不同有机肥种类配施化学氮肥对丘陵旱地小麦产量和籽粒蛋白质品质的影响

伍晓轩，杨洪坤，朱 杰，柳伟伟，普琼达瓦，2，樊高琼*

（1.四川农业大学农学院/农业部西南作物生理生态与耕作重点实验室/作物生理生态及栽培四川省重点实验室，成都 611130；2.西藏日喀则市第二中等职业技术学校，日喀则 857000，西藏自治区）

西南麦区是我国第三大小麦产区，又以四川为主。四川小麦主要分布于丘陵旱地，占比80%以上。土壤贫瘠、有机质含量低和缺氮[1]是限制丘陵旱地小麦产量提升的关键因素之一。生产上农民为提高产量盲目增加施氮量，导致氮肥利用效率和氮素转运效率显著降低[2-4]，土壤板结和养分淋溶效应严重[5]，限制了丘陵旱地的可持续发展。减少无机氮配施有机肥是实现四川丘陵旱地小麦生产可持续发展的一项重要技术途径。

长期施氮研究表明，无机肥配施有机肥可增加表层土壤含氮量，减少养分流失[6]，提高土壤细菌多样性、土壤微生物量碳氮和土壤酶活性[7-8]，增强土壤对氮肥的缓冲能力，协调土壤氮素固定、释放与作物吸收的关系，提高氮肥利用率[9]。可延缓小麦生育后期根系衰老以及叶片光合速率的下降[10]，提高小麦营养与生殖器官的氮素积累[11]，促进旱地小麦籽粒高产稳产和品质的提高[12-13]。但传统的农家粪肥等有机物料，长期施用会带来重金属与抗生素复合污染的生态风险[14]。商品有机肥作为新型肥料发展潜力大，相关研究却较缺乏，关于丘陵旱地有机无机配施的合理比例也尚待明确。

鉴于此，本研究以成都盖尔盖司生物科技有限公司生产的普通有机肥和生物有机肥作为有机肥源，在两个不同施氮量下，设置不同的有机无机配比，研究其对四川丘陵旱地小麦籽粒产量和蛋白质品质的影响，为四川丘陵旱地有机无机肥的合理配施提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 供试材料与试验设计

田间试验于2017年 11月—2018年 5月在仁寿县珠嘉乡踏水村进行。参试品种为中筋小麦川农30。两种有机肥均由成都盖尔盖司生物科技有限公司提供，普通有机肥养分组成为：有机质≥45%，N 1.09%，P2051.11%，K2O 0.24%；生物有机肥养分组成为：有机质≥45%，N 1.22%，P2052.24%，K2O 1.47%，有效活菌数（枯草芽孢杆菌、侧孢短芽孢杆菌）≥2×107·g-1。

试验采取三因素裂区设计，主区为施氮量（N120为 120 kg/hm2、N180为 180 kg/hm2）；裂区为有机肥种类（T1生物有机肥，T2普通有机肥）；裂裂区为施肥配比（即在等氮条件下设置有机无机不同氮源配比，R0为100%尿素、R25为25%有机肥+75%尿素，R50为50%有机肥+50%尿素，R75为75%有机肥+25%尿素，R100为 100%有机肥），共计 20 个处理，设 3 次重复。

小麦采用人工开沟条播，行距20 cm，小区面积2 m×4 m，基本苗 225 万株/hm2。生物有机肥、普通有机肥作基肥一次性施入；无机氮肥分两次施入，基肥:拔节肥=6:4；磷肥 120 kg/hm2、钾肥 75 kg/hm2，作为底肥施入。水分管理及病虫草害防治等按照一般大田生产进行。

1.2 调查测定项目与方法

1.2.1 产量及产量构成

收获前调查穗数，同时取连续的30 个穗考察穗粒数。每小区取中间6 行挖方测产，挖方面积4.8 m2，晒干后脱粒称重。混合均匀后随机数出2 个500 粒称重计算千粒重，两份样品重量差数与平均数之比保持在5%以内。用1VFD#DD 型谷物水分测定仪测定籽粒含水率，根据实际含水率计算标准水分（13%）下的单位面积籽粒产量（kg/hm2）和千粒重，根据产量和施氮量计算氮肥偏生产力。

氮肥偏生产力（partial factor productivity，PFP）=施氮处理小麦产量/施氮量

1.2.2 籽粒蛋白质品质测定

磨粉：收获后脱粒晾晒，常温储存2 个月磨粉。按14%水分含量润麦后，用Brabender Quadrumat Junior 实验磨磨粉，面粉后熟一个月后用于测定品质性状。

蛋白质含量：采用Fosskjeltec 8400 定氮仪测定蛋白质含量（籽粒蛋白质换算系数为5.7）。

Zeleny-沉降值：按 GB/T·21119-2007，采用中国农业大学研制CAU-B 型沉淀值测定仪测定。

湿面筋含量：按照国标GB/T14608-1993，采用瑞典Perten 仪器公司生产Glutomatic2100/2102 型面筋仪测定。

1.3 数据处理及分析

数据经Microsoft Excel 2010 整理汇总，运用DPS7.05 进行统计分析，用LSD 法进行多重比较及差异显著性分析（P=0.05）。

2 结果与分析

2.1 施氮量、有机肥种类、施肥配比对小麦产量、蛋白质品质及氮肥偏生产力影响的方差分析

由表1可得，施氮量显著影响氮肥偏生产力，有机肥种类显著影响蛋白质含量和沉降值，施肥配比显著影响产量、穗数、穗粒数、蛋白质含量、湿面筋含量和氮肥偏生产力。其中穗粒数与氮肥偏生产力受施氮量影响最大，分别为34.7%与98.3%；沉降值和蛋白质含量受有机肥种类影响最大，分别占52.8%和31%；产量与穗数的施肥配比效应最大，分别为65.5%、70.8%；而千粒重和湿面筋含量则受施氮量×施肥配比的互作效应影响最大，分别为54.1%和27.9%。此外，各因素互作效应显著作用于蛋白质品质性状，施氮量×有机肥种类（N×T）互作效应显著影响了湿面筋含量，施氮量×施肥配比（N×R）显著影响蛋白质含量和湿面筋含量、有机肥种类×施肥配比（T×R）、施氮量×有机肥种类×施肥配比（N×T×R）的互作则显著影响了蛋白质含量、湿面筋含量和沉降值。

2.2 施氮量与施肥配比对小麦籽粒产量、产量构成及氮肥偏生产力的影响

进一步分析表明（表2），与施氮120 kg/hm2相比，施氮180 kg/hm2并未显著增加产量，反而显著降低了氮肥偏生产力；不同施肥配比间，随着有机肥占比的增加，产量与氮肥偏生产力均先增加后减少，两个施氮量在有机氮比无机氮为1:1（R50处理）时，产量均最高，原因在于此时的穗数与穗粒数较高，氮肥偏生产力也在该处理下显著高于其余各处理。

2.3 有机肥种类与施肥配比对小麦籽粒蛋白质品质的影响

有机肥种类与施肥配比显著影响籽粒蛋白质品质（表1）。具体而言（表3），生物有机肥相较于普通有机肥蛋白质含量提高0.41 个百分点，差异显著，但普通有机肥处理下沉降值和湿面筋含量更高，且沉降值差异显著。不同施肥配比间表现为配施一定量的有机肥可提高蛋白质含量和品质，蛋白质含量分别在R50（生物有机肥）和R75（普通有机肥）处理下最高，湿面筋含量分别在R25（生物有机肥）和R50（普通有机肥）处理下最高，沉降值分别在R25（生物有机肥）和R100（普通有机肥）处理下最高。配施生物有机肥在有机肥占比0～75%范围内，小麦籽粒蛋白质品质均达中强筋小麦标准（GB/T17329-2013），而配施普通有机肥时仅在有机肥占比为75%时，小麦籽粒蛋白质品质达到中强筋小麦标准。

表3 有机肥种类与施肥配比对小麦籽粒蛋白质品质的影响Table 3 Effects of organic fertilizer type and fertilization ratio on wheat grain protein quality

3 讨论与结论

前人研究表明，增施氮肥可维持土壤氮素水平，是促进中强筋小麦高产优质的关键栽培措施[2-4]，但高施氮量会增加氮素在土壤中的固定量，增加小麦一生的土壤氮素表观盈亏和氮素淋溶[5]，影响土壤供氮和植株吸收，氮素利用效率显著下降，进而影响植株产量和品质的形成。本试验中，增施氮肥（180 kg/hm2）未显著提高籽粒产量、蛋白质含量与湿面筋含量，氮肥偏生产力却显著降低。同时，单施尿素增产效果有限，搭配施用50%的有机氮肥可显著增产，且随施氮量增加有机肥的增产作用增强，如本试验中有机无机氮1:1 时，在施氮量120 kg/hm2时增产4%，施氮180 kg/hm2时增产13%。

曹承富等[15]提出淮北中强筋品种高产优质的最佳施氮量为225 kg/hm2。本试验中，施氮120 kg/hm2与180 kg/hm2产量差异不显著，且产量水平较低（5 000 kg/hm2左右），远远落后于全国平均水平，反映了丘陵旱地土壤贫瘠的现状。也说明当基础地力较差时，增加施氮量难以提升籽粒产量，改良土壤培肥地力尤为重要。大量研究表明，有机无机配施可增加土壤氮素残留[16]，稳定土壤矿质态氮释放[17]，保障土壤养分持续供应，并改善土壤团聚体结构[18]，促进根系发育，促进小麦灌浆期茎、叶、鞘、穗吸收，累积氮素[11]，减缓生育后期的根系衰老和光合速率下降[10，19]，维持灌浆期物质的积累转运，通过提高穗粒数而提高产量[19]，并改善蛋白质品质[12-13]，增加土壤-作物系统氮素回收，提高氮素利用效率[20]。本试验中，施氮120 kg/hm2、有机无机氮1:1 时，穗数和穗粒数显著提高而增产，可较好地同步实现高产优质，同时氮肥偏生产力大幅提升。这不同于前人的3.3:6.7[21]或（5～10）:16[22]或 1:3[23]的有机氮与无机氮的比例，也反映了不同区域因土壤、地力不同需要有不同的有机无机肥配比。

关于有机无机肥配比对籽粒蛋白质品质的影响，前人研究认为，无机肥占比相对较高时，更有利于品质的提升[11，24]，本试验中有机肥占比50%为临界值，该配比下显著提高了产量与氮肥偏生产力，同时提高了蛋白质含量、湿面筋含量和沉降值，其中有机肥占比≤50%的处理比占比＞50%的处理更能促进产量提高和品质改善，这应与各配比在小麦生育时期提供的速效氮水平有关，与前人研究较一致[25-26]。同时，本研究中，生物有机肥下的蛋白质含量显著高于普通有机肥，原因可能在于两种有机肥成分的不同和供氮能力的差异。生物有机肥中具有丰富的微生物，相当于直接向土壤中接种微生物，章家恩等[27]指出提高土壤微生物数可改善土壤结构，协调土壤-微生物-植物根系的关系，促进养分的积累与转运。长期施用生物有机肥提高土壤中各形态氮素含量和酶活性[28]，促进作物根系生长，增强水肥吸收能力，提高光合速率[29]，增加小麦花前花后干物质积累量与灌浆速率，提高小麦籽粒产量、蛋白质含量及氮素利用效率[30]。本试验中尽管产量上两种有机肥差异不显著，但在品质上却差异显著，因而生物有机肥是值得推荐的。

有机无机配施有利于丘陵旱地中强筋小麦产量和品质提升，在施氮120 kg/hm2时，无机氮:有机氮=1:1 处理，有机氮源为生物有机肥，可显著增加穗数和穗粒数而增产，同时对蛋白质含量和质量无不良影响，氮肥偏生产力高，是适宜于四川丘陵旱地的有机无机配比模式。