氮肥施用对中筋小麦氮素利用的影响

成振华 牛巧龙 郑育锁 徐 震 肖 波 冯 伟 王苗苗 金聪颖 张思晨

摘    要：为探讨氮肥施用对中筋小麦氮素利用的影响，以衡观35为试材，采用田间小区试验，研究不同氮肥施用量（0，180，300 kg·hm-2，分別记为N0，N1，N2）小麦的籽粒产量、品质及氮利用率。结果表明，施用氮肥可增加衡观35小麦单位面积成穗数并提高籽粒产量，与N0相比，N1、N2处理小麦籽粒产量分别显著增加38.3%和37.6%（P<0.05），成穗数分别显著增加33.4%和29.9%（P<0.05）;随施氮量增加，小麦穗粒数没有变化，而千粒质量呈下降趋势。与N0相比，N1、N2处理衡观35小麦籽粒蛋白含量提高6.8 %和23.6 %，其中N2与N0和N1差异显著（P<0.05）;不同施氮水平衡观35籽粒湿面筋含量与面筋持水率均无显著差异（P>0.05）。施用氮肥可促进小麦茎、叶累积氮向籽粒转移，与N0相比，N1和N2茎、叶转移量增加8.9～17.7 kg·hm-2，转移率增加1.1～6.8个百分点。随施氮量增加，衡观35小麦叶片中的氮对籽粒氮的贡献率、植株氮肥利用效率、氮肥偏生产力及氮肥表观利用率均下降，植株氮素收获指数升高，花前运转氮素贡献率下降，花后积累氮素贡献率升高，成熟期营养器官氮素累积量增加。综合而言，当地肥力水平下，中筋小麦衡观35适宜施氮量约在150 kg·hm-2，过量施用氮肥，不利于植株营养器官累积氮向籽粒转移，氮肥利用率降低。

关键词：中筋小麦;施氮量;籽粒产量;氮素利用率

中图分类号：S512.1          文献标识码：A          DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2020.01.013

Effects of Nitrogen Application on Nitrogen Utilization of Medium Gluten Wheat

CHENG Zhenhua1，NIU Qiaolong2， ZHENG Yusuo3，XU Zhen1，XIAO Bo3，FENG Wei1，WANG Miaomiao1，JIN Congying1，ZHANG Sichen1

（1.Tianjin Agricultural Environmental Protection Monitoring Station， Tianjin 300061， China; 2.College of Agronomy & Resources and Environment， Tianjin Agricultural University， Tianjin 300384， China; 3.Tianjin Soil Fertilizer Workstation， Tianjin 300061， China）

Abstract： In order to explore the effect of nitrogen fertilizer application on nitrogen utilization of medium gluten wheat， using Hengguan 35 as a test material and field plot experiments to study the effects of the different nitrogen fertilizer application rates （0， 180， 300 kg · hm-2， recording as N0， N1， N2） on grain yield， quality and nitrogen use efficiency of wheat. The result showed that application nitrogen could increase the number of spikes per unit area and grain yield of Hengguan 35. Compared with N0， the grain yield of wheat treated with N1 and N2 significantly increased by 38.3% and 37.6% （P<0.05）， respectively， and the number of spikes significantly increased by 33.4% and 29.9%（P<0.05）. With the increase of nitrogen application， the number of grains per ear of wheat did not change， but the thousand-grain weight showed a downward trend. Compared with N0， the grain protein content of Hengguan 35 wheat treated by N1 and N2 treatment increased by 6.8% and 23.6%， of which N2 was significantly different from that of N0 and N1 （P<0.05）. The difference of wet gluten content and gluten water holding rate of Hengguan 35 grains at different nitrogen application were not significant（P>0.05）. Application nitrogen fertilizer could promote the transition of nitrogen accumulation in wheat stems and leaves to grains. Compared with N0， the amount of N1 and N2 stem and leaves increased by 8.9～17.7 kg · hm-2， and the transfer rate increased by 1.1～6.8 percentage points. With the increase of nitrogen application rate， the nitrogen contribution rate in wheat leaves to grain nitrogen， plant nitrogen use efficiency， nitrogen partial productivity and apparent nitrogen use efficiency decreased， plant nitrogen harvest index increased， nitrogen contribution rate before flowering decreased， nitrogen accumulation rate after flowering increased， and nitrogen accumulation in vegetative organs at maturity increased. In general， at the local fertility level， the suitable nitrogen application rate for medium gluten wheat was 150 kg·hm-2. Excessive application of nitrogen fertilizer was not conducive to the transfer of accumulated nitrogen from the vegetative organs to the grain， and the nitrogen fertilizer utilization rate was reduced.

Key words： medium gluten wheat; nitrogen application rate; grain yield; nitrogen utilization rate

氮肥合理施用是调控小麦产量与品质的重要生理基础[1]，同时也是提高氮肥利用率，削减氮素损失导致环境污染的关键措施[2-3]。增施氮肥可显著提高小麦产量，并改善营养品质[4-5]，但过量施氮常导致土壤硝态氮高量累积[6]、植株氮代谢中心错位[7]、病害加重等，降低籽粒产量且劣化品质。不同小麦品种对氮肥的施用响应不同。徐凤娇等[8]研究表明，增加氮肥用量可以有效緩解叶绿素降解，抑制旗叶全氮含量降低，但强筋小麦品种比中筋小麦品种旗叶叶绿素含量和氮素含量下降缓慢;石玉等[9]研究认为，随施氮量增加，强筋小麦济麦20和中筋小麦泰山23的籽粒蛋白质及各组分含量均呈先增加后降低的趋势，弱筋小麦宁麦9号子粒的蛋白质各组分含量显著增加，加工品质变劣。不同基因型小麦对氮素养分的转运和吸收存在显著差异，是造成不同小麦产量和品质差异的重要因素[10-12]。因此，针对不同的小麦品种特性合理运筹氮肥，对小麦生产实现高产优质具有重要意义。

本试验选用黄淮海区大面积推广种植的小麦品种（中筋型衡观35），研究施氮量对中筋小麦产量及品质的影响，探讨其与小麦植株氮素吸收利用的关系，以期为中筋型小麦氮肥高效管理提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验设计

田间试验于2015—2016年度在天津市武清区周庄村中国农业科学院武清野外试验站（N39°21′，E117°12′）进行。土壤类型为潮土，耕层土壤养分情况：有机质42.9 g·kg-1，全氮1.51 g·kg-1，全磷0.72 g·kg-1，硝态氮20.97 mg·kg-1，铵态氮5.16 mg·kg-1，有效磷18.46 mg·kg-1，速效钾50.66 mg·kg-1，pH值7.62。供试品种为中筋小麦衡观35，以HG35表示。

试验采用随机区组设计，设3个施氮水平：0，180，300 kg·hm-2，分别以N0、N1、N2表示，每个处理3次重复，小区面积48 m2（4 m×12 m），随机排列。同时每公顷配施150 kg P2O5和120 kg K2O。氮肥为尿素（N含量46.0%），磷肥为过磷酸钙（P2O5含量17.0%），钾肥为硫酸钾（K2O含量51.0%），磷钾肥作为基肥全部施入，氮肥以1∶1的基追比在整地播种前及拔节期施入。2015年10月13日播种，基本苗120株·m-2，其他管理同常规大田的栽培方式。小麦成熟后，按小区收获计产。

1.2 测定指标与方法

1.2.1 土壤养分含量测定 在小麦播种前及收获后，各小区按“S”型选取10点，用土钻取0 ～ 100 cm土样，每20 cm为一层，混合均匀，保存部分鲜样，其余风干后过0.85 mm和0.15 mm，测定土壤基本理化性质。土壤全氮采用半微量凯氏法[13]，全磷采用碳酸钠熔融—钼锑抗比色法[13]，有机质采用重铬酸钾氧化外加热法[13]，有效磷采用Olsen法[13]，速效钾采用乙酸铵提取—火焰光度法[13]，硝态氮和铵态氮采用CaCl2提取法，pH值用pH计测定（水∶土=2.5∶1）[13]。

1.2.2 小麦营养器官含氮量测定 分别于小麦孕穗期、开花期、成熟期取样20株，将孕穗期分为叶片、茎秆2个部分，开花期分为叶片、茎秆、穗3个部分，成熟期分为叶片、茎秆、颖壳+穗轴、籽粒4个部分，于105 ℃杀青30 min，75 ℃烘至恒质量，称质量后磨碎，用凯氏定氮法测植株全氮含量。

1.2.3 小麦籽粒品质测定 蛋白质含量测定参考NY/T3-1982《谷类、豆类作物种子粗蛋白测定法》，称取0.100 0 g过筛的样品于25 mL凯氏瓶中，加2 g加速剂及3 mL浓硫酸，轻摇使试样湿润后于电炉上小火加热，泡沫停止后大火加热至液体呈透明蓝绿色，继续消煮30 min，稍冷却后移入反应室蒸馏，随后滴定。面筋含量及持水率的测定为2%盐水洗涤法，称取10.00 g面粉加适量2%盐水，揉捏成表面光滑的面团，于盐水中洗至面筋团形成，在自来水中洗净淀粉，随后排水称质量并烘干至恒质量。

1.2.4 氮素利用评价指标计算 公式如下：

经济系数=完熟期籽粒质量/植株总干物质量

花前运转氮素贡献率（%）=（花前氮素运转量/籽粒氮素积累量）×100

花后积累氮素贡献率（%）=（花后氮素积累量/籽粒氮素积累量）×100

氮素收获指数=籽粒氮素积累量/植株氮素积累量

氮素利用效率=籽粒产量/植株氮素积累量

氮肥表观利用率=（施氮区吸氮量-不施氮区吸氮量）/施氮量

氮肥偏生产力=籽粒产量/施氮量

1.3 数据处理

用SPSS17.0、Microsoft Excel2010软件进行数据统计分析和图表制作，采用Duncan法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 氮肥施用对小麦产量及构成因子的影响

由表1可知，与N0相比，N1、N2处理HG35小麦成穗数分别显著增加33.4%和29.9%（P<0.05），平均籽粒产量显著增加38.3%和37.6%（P<0.05），而穗粒数没有显著差异（P>0.05），千粒质量随氮肥施用量增加降低，其中N2显著降低5.7%（P<0.05）。说明增施氮肥可显著提高HG35的单位面积成穗数及籽粒产量。当施氮量增加到300 kg·hm-2（N2），相对180 kg·hm-2（N1）的施氮量，小麦单位面积成穗数、穗粒数、千粒质量及产量并未显著增加，甚至成穗数和千粒质量略有下降，说明300 kg·hm-2施氮量已经超过小麦适宜需求氮量。

2.2 氮肥施用对小麦籽粒品质的影响

氮肥施用可提高小麦籽粒蛋白含量（图1A），与N0相比，N1、N2处理HG35小麦籽粒蛋白含量提高6.8 %和23.6 %，其中N2与N0和N1差异显著（P<0.05）。不同氮肥施用水平下HG35籽粒湿面筋含量与面筋持水率（图1B，1C）均没有显著差异（P>0.05）。

2.3 氮肥施用对小麦植株地上部营养器官氮素分配的影响

随生育期推进，小麦氮素富集中心由茎、叶营养器官逐渐向籽粒转移。

由表2可知，N0处理HG35小麦孕穗期茎、叶累积氮含量分配率相差15.6个百分点，而N1和N2处理孕穗期茎、叶累积氮含量分配率各占50%左右，相对差异较小，说明氮肥施用可调整孕穗期小麦茎、叶氮素分配。

由表3可知，HG35小麦开花期植株吸收的氮素开始向穗部转运，穗部富集的氮素相当于地上部总吸收氮量的三分之一，表现为N1处理显著高于N0和N2处理（P<0.05），茎氮素表现为N2>N0>N1，处理间差异显著（P<0.05），叶氮素表现为N1>N0>N2，前二者显著高于后者（P<0.05）。

由表4可知，HG35小麦成熟期分配到籽粒中的氮素比率占60 %以上，是植株氮素主要富集中心，植株器官氮素分配率均表现为籽粒>茎>叶>颖壳+穗轴;增施氮肥显著增加小麦籽粒氮素分配率（P<0.05），与N0相比，N1和N2分别增加4.0%和10.1%。

由表5可知，随施氮量增加，小麦茎、叶累积氮向籽粒转移量及转移率均显著增加（P<0.05），与N0相比，N1和N2茎累积氮转移量分别增加8.9和17.7 kg·hm-2，转移率增加5.1和6.8个百分点，叶累积氮转移量增加12.5和12.4 kg·hm-2，转移率增加1.1和4.8个百分点;随施氮量增加，小麦叶片中的氮对籽粒氮的贡献率下降，N2显著低于N1和N0（P<0.05），而茎秆中的氮对籽粒氮的贡献率无显著变化（P>0.05）。

2.4 氮肥施用对小麦氮素利用的影响

由表6可知，随氮肥施用量增加，HG35小麦植株氮肥利用效率、氮肥偏生产力及氮肥表观利用率均呈下降趋势，N2与N1差异均显著（P<0.05），其中N2处理氮肥利用效率较N0下降8.4%;小麦植株氮素收获指数随施氮量增加而升高，与N0相比，N1、N2处理氮素收获指数分别增加2.7和6.7个百分点，处理间差异均显著（P<0.05）。N2处理引起小麦植株花前运转氮素贡献率较N0显著下降4.1个百分点（P<0.05），而花后积累氮素贡献率较N0显著增加5.3个百分点。综合说明，增施氮肥可促进小麦花前营养器官贮存氮素在花输入穗部，但过多施用氮肥明显提高小麦成熟期营养器官的氮素残留量[14]，引起“贪青晚熟”，养分过度消耗。

3 结论与讨论

氮肥施用是影响小麦产量、品质的最重要栽培措施之一[15-16]。小麦产量会随着施氮量的增加而增加，但施氮量达到一定水平后群体产量增加缓慢[17-18]。本研究中，中筋小麦HG35籽粒产量随施氮量的增加呈先升高后降低的变化趋势，且与成穗数显著相关，这与周顺利等[19]和刘红杰等[20]的研究结果一致;HG35籽粒蛋白质含量、湿面筋含量及面筋持水率均随施氮量的增加而提高，湿面筋含量超过35%，达到国家一级优质小麥国家标准（GB/T 17892-1999）[21]，这与Brown 等[22]的研究中认为氮肥在0～300 kg·hm-2施用范围内，提高氮肥用量，有助于提高籽粒蛋白质和湿面筋含量[23]的结果一致。在籽粒灌浆过程中，前期以形成清蛋白、球蛋白为主，后期以形成醇溶蛋白、谷蛋白为主，应进一步进行氮素运筹，如降低后期追氮比例等，可以降低灌浆中后期醇溶蛋白和谷蛋白含量，从而降低籽粒总蛋白含量，改善小麦品质[24]。

供氮水平是影响不同基因型小麦氮素吸收动态、氮吸收利用效率等方面的重要因素[25]。氮肥用量对不同品种小麦氮素吸收和转运再利用的影响不同，最终影响其籽粒蛋白含量和产量水平[26]。马冬云等[27]利用N15同位素示踪法分析不同穗型品种氮转运特征，认为转运氮贡献率是子粒产量、蛋白质含量的决定性因素。王旭红等[12]对8个小麦品种进行植株氮素吸收转运特征的比较，认为高产品种均表现出较强的氮吸收能力，但氮转运利用能力表现不一。本研究中筋小麦HG35不仅氮肥偏生产力和氮肥表观利用率较高，而且氮利用效率、氮收获指数、氮转运效率以及转运氮贡献率也高于不施用氮肥，表现较强的氮吸收和氮转运及再利用能力，即可在较低的供氮水平获得较高的产量;在籽粒品质上，本研究蛋白质含量与氮素收获指数、氮转运效率、转运氮贡献率呈正相关关系，这与杜金哲等[28]的研究结果一致。

综上所述，鉴于供氮水平对小麦产量、品质及氮吸收和利用效率产生了不同的影响效果，在生产中应针对不同小麦品种，选用适宜供氮水平，并优化管理方式，就本试验而言，当地肥力条件下，180 kg·hm-2的施氮量可在一定程度上保证衡观35小麦品质和产量。

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收稿日期：2019-07-19

作者简介：成振华（1979—），男，山西霍州人，高级农艺师，硕士，主要从事农业资源环境保护工作。