追氮量对强筋和中筋小麦产量与品质的影响

马瑞琦，陶志强，王德梅，王艳杰，杨玉双，朱英杰，赵凯男，李俊志，王玉娇，常旭虹，赵广才

（中国农业科学院作物科学研究所/农业部作物生理生态重点实验室，北京 100081）

随着我国专用小麦的快速发展，不同筋型小麦的特色生产越来越受到人们的重视。小麦籽粒品质既受遗传基因的控制，也受环境条件的影响，部分品质性状存在基因型与环境的互作效应。其中，在调节小麦籽粒品质的诸多栽培措施中，肥料是决定小麦品质优劣的主要因素之一，尤其是氮肥运筹合理与否对籽粒品质具有显著的调节作用[1]。前人研究表明，在一定范围内增加追氮量，可显著提高籽粒产量且明显改善籽粒的品质[2-3]；适当提高中后期追氮比例[4-5]、追氮时期适当后移[6]也有相同效果。尽管提高施氮量是获得小麦高产的主要途径之一，但过量施氮伴随的群体结构劣化和氮素利用效率降低值得重视。强、中筋小麦品种在北方麦区广泛种植，品质形成以及产量与品质同步提高与其氮肥合理追施密切相关，改善施肥技术和适当减少施氮量逐渐成为提高小麦产量和氮肥利用率、减少农业污染的重要措施[7]。本试验选用广泛种植的两种筋型的4个代表性冬小麦品种，研究在底施氮肥量一定的基础上，追氮量对强筋和中筋两种类型小麦品种籽粒产量和品质的调控效应，为不同筋型小麦实现高产优质高效生产提供理论及技术参考。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验于2016—2017年在中国农业科学院作物科学研究所北京试验基地 (39°57＇N，116°19＇E) 进行。该地区属暖温带半湿润半干旱大陆性季风气候，年平均气温12.5℃，无霜期211天，年降雨量628.9 mm，集中于夏季的6～8月。土壤质地为壤土，pH为7.3，养分含量见表1。

试验采用2因素随机区组设计，A因素为品种，包括藁优2018 (强筋)、师栾02-1 (强筋)、中麦8 号 (中筋)、中麦 175 (中筋)，分别用 A1、A2、A3、A4表示。B因素为追氮量，包括追施纯氮75、105、135 kg/hm2三个水平，依次记为N75、N105、N135。所有处理底施磷酸二铵300 kg/hm2，尿素111 kg/hm2。氮肥追施时期为拔节期，随水追施。基本苗为3×106株/hm2，小区面积7.2 m2，3次重复。其它管理同一般高产田。

1.2 测定项目与方法

成熟期取样考察单位面积穗数，各小区取10株考察每穗粒数、千粒重、生物产量，按小区收获测定产量。

籽粒粗蛋白质含量采用上海晟声凯氏定氮仪测定全氮，再折算为蛋白质含量；蛋白质组分采用连续振荡法[8]提取后，再用凯氏定氮仪测定籽粒含氮量；用瑞典波通公司2200型面筋仪测定干湿面筋含量；按AACC56-63ZELENY方法，用德国布拉本德沉淀值仪测定沉淀值；按照AACC54-21方法，用德国布拉本德粉质仪测定面团流变学特性。

1.3 数据处理与分析

试验数据用Microsoft Excel 2010整理作图，用DPS数据处理软件进行方差分析，主要指标的显著性分析采用Duncan多重比较法。

2 结果与分析

2.1 追氮量对产量及其构成因素的影响

2.1.1 品种类型与追氮量对小麦产量构成及蛋白质产量的影响 品种、追氮量对小麦产量及其构成因素均有不同程度的影响 (表2)。籽粒产量与蛋白质产量均以师栾02-1为最高，其中，其籽粒产量与其他品种差异不显著，蛋白质产量则显著高于其他品种。穗粒数和千粒重品种间存在显著差异。千粒重以藁优2018最高，师栾02-1最低，两个中筋小麦居中；除中麦8号与师栾02-1的穗粒数差异显著外，其它品种间差异不显著；各品种间单位面积穗数差异达到显著水平，以师栾02-1最高。品种间生物产量的变化规律与穗数的变化相似。

随着追氮量的增加，籽粒产量、生物产量及蛋白质产量均有所提高。其中，生物产量在三个氮肥处理间均差异显著；穗数和穗粒数表现为N135与N75之间差异显著，其他处理两两之间差异不显著；千粒重与蛋白质产量则表现为N135处理显著高于N75、N105处理，后两者间差异不显著。

2.1.2 不同处理组合对小麦籽粒产量构成及蛋白质产

量的影响 每个参试品种籽粒产量均随追氮量的增加而提高，但差异均未达到显著水平 (表3)。N75、N105条件下，各品种籽粒产量表现为：师栾02-1 ＞ 中麦 175 ＞ 中麦 8 号 ＞ 藁优 2018；而 N135条件下，则表现为中麦 8 号 ＞ 中麦 175 ＞ 师栾 02-1 ＞ 藁优 2018。总体分析，中麦8号对追氮量的敏感性较高，平均增产6.67%；中麦175则对追氮量的敏感性最低，平均增产仅4.28%。各品种平均蛋白质产量表现为师栾 02-1 ＞ 藁优 2018 ＞ 中麦 175 ＞ 中麦 8 号。

表2 不同品种与追氮处理的小麦籽粒产量构成及蛋白质产量Table 2 Wheat grain yield, yield components and protein yield under different nitrogen topdressing rates

不同小麦品种产量三要素均在一定程度上受到追施氮肥量的影响。在N 75～135 kg/hm2范围内，增加追氮量对各品种的穗数 (N135条件下藁优2018除外)、穗粒数、千粒重均有提高作用。强筋小麦穗数较多，平均为714.0 × 104穗/hm2，中筋小麦为619.2× 104穗/hm2；穗粒数以中筋小麦较高 (32.7粒)，强筋小麦较低 (31.1粒)；千粒重以中筋小麦较高，平均达40.8 g，强筋小麦较低 (39.3 g)，但差异不显著。随着追氮量的增加，各小麦品种的生物产量呈增加趋势，差异达到显著水平，N135条件下，表现为师栾 02-1 ＞ 中麦 175 ＞ 藁优 2018 ＞ 中麦 8 号。

2.2 追氮量对小麦籽粒蛋白质及其组分的影响

2.2.1 品种与追氮量对小麦籽粒蛋白质及其组分的影响 表4可见，品种和氮素追施量均显著影响着小麦籽粒中的总蛋白含量和各蛋白组分含量。4个品种相比，整体总蛋白含量表现为强筋小麦 (师栾02-1、藁优2018) ＞ 中筋小麦 (中麦8号、中麦175)；清蛋白、球蛋白含量为中筋小麦 ＞ 强筋小麦；醇溶蛋白、谷蛋白则为强筋小麦 ＞ 中筋小麦；贮藏蛋白强筋小麦显著高于中筋小麦；可溶性蛋白含量中筋小麦 ＞ 强筋小麦；谷蛋白与醇溶蛋白的比值则以强筋小麦较高。

随追氮量的增加，各小麦品种籽粒各蛋白组分的含量均呈增加趋势，且醇溶蛋白和谷蛋白的增加幅度高于清蛋白和球蛋白。与N75相比，N105、N135处理下的籽粒各蛋白组分、谷醇比和总蛋白含量均增加显著；N105与N135相比，除去球蛋白和谷醇比外，其他蛋白组分和总蛋白含量差异也达到显著水平。这表明，增加氮素追施量可以有效增加小麦籽粒中的蛋白质含量和质量。

由表4还可以得出，品种与追氮量之间对小麦籽粒蛋白及组分存在显著的交互作用，除球蛋白含量外，总蛋白质、清蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白以及其他蛋白指标均受到品种与追氮交互作用的显著影响。

2.2.2 不同处理组合对小麦籽粒蛋白质及其组分的影响 从表5可见，参试品种蛋白质含量对追氮量的反应变化趋势相似，除中麦175外，均表现为N75和N105处理间差异不显著，N135处理则显著高于N105和N75处理 (表5)。随着追施氮量的增加，蛋白质含量增幅最高的品种为中麦175，增幅为14.84%；其次为师栾02-1，增幅为9.79%；藁优2018增幅为6.84%；增幅最小的中麦8号为4.93%。

表3 不同追氮处理下各品种小麦籽粒产量结构及蛋白质产量Table 3 Yield components and protein yield of each wheat cultivar under different nitrogen topdressing rates

表4 不同品种与追氮处理的小麦籽粒蛋白质及其组分含量 (%)Table 4 Contents of protein and protein components in grain of each wheat cultivar and different nitrogen trentments

表5 不同追氮处理下各品种小麦籽粒蛋白质及其组分含量 (%)Table 5 Protein and protein component contents in grain of each wheat cultivar under different nitrogen topdressing rates

不同品种的清蛋白、醇溶蛋白及谷蛋白随着追氮量的增加显著提高，球蛋白受影响则比较小。同类型品种相比较，师栾02-1的醇溶蛋白和谷蛋白含量较藁优2018更易受到氮肥调控影响；中麦175对氮肥的敏感性则高于中麦8号。

各参试品种在追氮量为135 kg/hm2时，籽粒中各蛋白质组分含量最高，但藁优2018及中麦8号的各组分含量在N105和N135处理间差异不显著。

2.3 追氮量对加工品质的影响

2.3.1 品种和追氮量对加工品质的影响 沉淀值、湿面筋含量、吸水率、面团形成时间和稳定时间、面包体积及面包评分均表现为强筋小麦显著高于中筋小麦，且品种间差异显著 (表6)。随追氮量增加，沉淀值、湿面筋含量、吸水率、面团形成时间、稳定时间、面包体积及面包评分等品质指标均显著提高，弱化度则表现出相反的规律。这表明追施氮肥在N 75～135 kg/hm2范围内，可以显著改善小麦的加工品质。

2.3.2 不同处理组合对小麦加工品质的影响 追施氮肥对不同小麦品种的加工品质均有较大影响 (表7)。对于藁优2018，N135处理的沉淀值、湿面筋、形成时间及粉质评价值显著高于N105处理，但吸水率、稳定时间、弱化度、面包体积与面包评分则表现为N135与N105处理间差异不显著。

对于师栾02-1，湿面筋、形成时间及稳定时间均以N135处理最高，显著高于N105和N75处理；沉淀值、吸水率、弱化度则表现为N135与N105处理间差异不显著，但显著优于N75处理；面包烘焙指标受追氮量影响较小，三个氮肥处理间差异均不显著。

中麦8号的加工品质指标中，除沉淀值外，N135处理与N105处理间差异不显著。N105与N75两个氮肥处理的沉淀值、湿面筋、弱化度及面包评分，差异显著，其他性状差异不显著。表明每公顷追施105kg纯氮，即可使中麦8号达到较好品质。

中麦175品质受氮肥影响相对较小，与N105处理相比，N135处理下除沉淀值、湿面筋及面包评分显著提高外，其他指标均无显著差异，但显著优于N75处理；N105处理与N75处理间多数指标差异不显著。

可见，施氮量在105～135 kg/hm2范围内，供试小麦品种可获得较好的加工品质。

3 讨论

3.1 追氮量与品种筋型对冬小麦籽粒产量及其构成的影响

有研究认为，小麦产量主要受穗粒数和千粒重的影响[9]，另有试验表明，小麦产量主要决定于穗数和穗粒数[10]，而施氮量是通过增加穗数和穗粒数影响产量[11-12]；千粒重和品质则主要决定于品种的遗传特性[13]。小麦产量构成因素之间存在交互作用，赵广才等[14]、郭明明等[15]研究表明，施氮量对小麦产量及其构成因素的影响不同，随着施氮量的增加，千粒重显著降低；穗数、穗粒数和籽粒产量在270 kg/hm2处理下达到最大值。徐凤娇等[16]研究表明，不同品质类型小麦的籽粒产量和蛋白质产量均随施氮量增加呈先升高后降低的趋势。强筋品种对氮肥较敏感，氮肥的增产作用较大[17]。

表6 不同品种与追氮处理的小麦籽粒加工品质Table 6 Processing quality indicators of each wheat cultivar and different nitrogen treatments

表7 不同追氮处理下各小麦品种的加工品质Table 7 Processing quality of each wheat cultivar under different nitrogen topdressing rates

本试验结果表明，追施氮肥对不同类型的小麦产量影响不显著，与前人研究结果不尽相同，可能与供试品种和试验地土壤基础养分含量较高有关，有待进一步验证。

3.2 追氮量与品种类型对小麦品质的影响

前人研究表明，加工品质受品种遗传特性及氮肥运筹影响显著[18]。适当地增施氮肥有利于籽粒蛋白质的积累及各组分比例的改善[19]。施氮对不同蛋白组分含量的影响不同[20]。赵广才等[21]、赵长星等[19]研究表明，醇溶蛋白、谷蛋白、总蛋白含量及谷醇比均随施氮量增加显著提高，清蛋白、球蛋白含量则分别在施氮量为300 kg/hm2、225 kg/hm2时取得最大值。马少康等[22]则认为，增施氮肥有利于清蛋白、谷蛋白含量的提高，但不利于球蛋白和醇溶蛋白含量的提高。本试验结果表明，总蛋白质和贮藏蛋白含量表现为强筋小麦 ＞ 中筋小麦，可溶性蛋白和清蛋白含量表现为中筋小麦 ＞ 强筋小麦。籽粒蛋白质及组分含量均随追氮量的增加而提高，其中醇溶蛋白受影响最小。两类小麦籽粒蛋白质总量及组分含量均在追氮量为135 kg/hm2时达到最高值。

前人研究表明，适当增加追氮量有利于改善小麦籽粒品质[23]。雷钧杰等[24]、赵广才等[25]发现，冬小麦的湿面筋含量随着施氮量的增加呈“先增后降”的变化趋势。陆增根等[26]认为，在施氮0～300 kg/hm2范围内，适当增加氮肥用量可明显改善强筋小麦的加工品质，提高其沉淀值、湿面筋含量、吸水量、面团形成时间和稳定时间，降低弱化度。曹承富等[27]研究结果表明，施氮量与强筋和中筋品种的蛋白质含量呈显著正相关。

赵广才等[3]研究表明，当施氮量超过225 kg/hm2后，氮素的调节效应减弱，中强筋品种甚至出现负效应。强筋品种的面团稳定时间和形成时间对氮素调节的响应显著，小麦品质具有栽培可塑性。施氮可能使中筋小麦品种的某项品质指标优于强筋型[28]。温明星等[29]、尹建义等[30]选用‘镇麦168’为试验材料，其结果表明籽粒产量、蛋白质含量、湿面筋和稳定时间均随追氮水平的增加呈抛物线变化。

本研究与上述结果有一定的相似之处，在本试验条件下，两种品质类型小麦品种的面团稳定时间差异较大，表现为强筋 ＞ 中筋。拔节期追施氮肥可显著提高籽粒蛋白质及其组分含量、沉淀值、湿面筋、吸水率，延长形成时间及稳定时间，显著改善小麦加工品质。随着追氮量增加，强筋和中筋小麦的面团形成时间、稳定时间均呈增加趋势，但中筋小麦各施氮处理间差异不显著，强筋小麦品种各施氮处理间差异达到显著水平。

鉴于现有研究多数处于不同的生态区，选用的参试品种及土壤养分差异较大。因此，得出的最适追氮量范围有一定的差异。故应在更大的生态区及土壤类型范围内，选择更多不同遗传背景的品种进行更加深入系统的研究，以得到更全面的结果服务生产。

4 结论

在追氮75～135 kg/hm2范围内，随着施氮量的增加，强筋和中筋小麦产量及蛋白质产量均显著提高。各品种籽粒中蛋白质及其组分含量均随追氮量的增加而提高，湿面筋、吸水率、面团形成时间和稳定时间均显著提高。各品质指标在品种间的差异均达到显著水平，即优良品质的前提是优良的品种，栽培措施则可以促进或改善小麦品质。本试验综合考虑肥料投入量、小麦产量及品质等指标，强筋小麦于拔节期追氮135 kg/hm2，中筋小麦于拔节期追氮105 kg/hm2时，可兼顾较高的产量和品质。