不同追氮时期对强筋小麦产量、品质及氮素 吸收利用的影响

杨明晓，吴 伟，张钧浩，付博阳，彭正萍，薛 澄

（河北农业大学 资源与环境科学学院/河北省农田生态环境重点实验室，河北 保定 071000）

小麦籽粒中的氮素主要以蛋白质形式存在，很多研究已表明适当提高氮素供应在多数情况下均可提高小麦籽粒蛋白质含量进而提高小麦品质［1-6］。此外，氮素供应时期对小麦品质也具有明显的调节作用［3,7-8］，在小麦生育后期追施氮肥被普遍认为是提高氮肥利用率并提高小麦籽粒蛋白质含量及加工品质的重要途径［9］。

小麦籽粒蛋白质、淀粉、脂质等与小麦加工品质密切相关，其中小麦籽粒蛋白质含量及其组分是影响小麦加工品质的重要指标［7,10］。小麦籽粒加工品质特性的形成受到基因型、生态环境及栽培措施等多种因素的调控［11］。其中养分供应，尤其是氮素供应状况是影响小麦品质的关键因素之一［12-13］。

沈建辉等［14］研究表明，拔节和孕穗期追氮均提高了强筋、中筋小麦籽粒蛋白质含量，但追氮过晚不利于产量和蛋白质含量的同步提高，其中以孕穗期施氮对籽粒蛋白质含量的提高效果最好。杨扎根等［15］发现对于强筋小麦追氮时期后延至抽穗期其品质优于拔节期追氮。而王晓英和贺明荣［16］研究发现，在一定的基追比条件下，追氮时期自拔节期后移至孕穗和开花期时谷蛋白含量、高分子量谷蛋白亚基（HMW-GS）含量和面团稳定时间均不同程度降低。Rossmann 等［17］研究表明，在低氮条件下，后期施氮（开花期）可有效提高籽粒蛋白质含量和改善蛋白质组成。Rekowski 等［18］研究表明，在低氮水平下，后期施氮（抽穗前）是提高小麦烘烤品质的可行途径。Xue 等［19-21］发现，后期施氮（分次施氮）的确可以提高小麦籽粒的烘烤品质，且原因在于后期施氮（分次施肥）改变了氮素在小麦籽粒中不同面筋蛋白组分及其亚基间的分配从而影响其加工品质。然而，不同研究结论不甚一致，导致这一现象的原因除小麦品种和气候条件差别较大，可能还存在后期施氮关键期。已有研究中所谓的后期施氮时期范围较为模糊，涵盖了从小麦拔节期至开花期之间较为宽泛的范围，对于是否存在后期施氮调控小麦品质关键期的研究尚未见报道。因此，为探究优质小麦生产中提高小麦品质的最佳施氮时期, 本试验以河北省主栽优质强筋冬小麦‘藁优2018’为供试材料，研究不同追氮时期对小麦产量、加工品质及氮素吸收利用的影响，以期为小麦高产与提质增效提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2017 年10 月至2019 年6 月在河北省邢台市宁晋县凤凰镇孟村进行，该地年平均气温12.8 ℃，年均降水量449.1 mm。试验田土壤为壤质潮褐土，2017 年试验开始前0 ～40 cm 土壤的基本理化性状见表1。2017—2019 年小麦生育期内月降水量和月平均气温见图1。

表1 0 ～40 cm 土壤基本理化性状Table 1 Basic physical and chemical properties of the 0-40 cm soil

图1 小麦生育期内月降水量和月平均气温Fig.1 Monthly precipitation and average temperature during the growth period of wheat

1.2 试验设计

小麦品种为优质强筋冬小麦‘藁优2018’。试验共设置4 个处理（表2）：各处理总施氮量均为240 kg N/hm2。基肥为掺混肥（N∶P2O5∶K2O 为 6.4∶9∶7），折合纯养分用量为96 kg N/hm2、135 kg P2O5/hm2和105 kg K2O/hm2；追施氮肥为尿素，施用方式为撒施。各处理均设置4 个重复，采用完全随机区组设计，小区面积25.8 m2（4 m×6.45 m）。2017—2018 季小麦于2017 年10 月26 日播种，播种量255 kg/hm2，行距0.15 m，2018 年6 月12 日收获；2018—2019 季小麦于2018 年10 月13 日播种，播种量262.5 kg/hm2，行距0.15 m，2019 年6 月8 日收获，其他田间管理均按当地小麦常规管理进行。

表2 试验设计Table 2 Experimental design

1.3 样品采集

于小麦成熟期采集植株样品，每小区随机采集4个沿小麦种植行0.5 m 长度地上部植株样品，同一小区采集的所有样品混合，作为一个分析样品。成熟期地上部植株分为茎叶、籽粒和颖壳。分别称鲜重后，在105 ℃杀青30 min，70 ℃烘干至恒重，测定各器官生物量。各器官样品粉碎后，测定全氮含量。此外，小麦成熟期每小区随机采集6 个沿小麦种植行 2 m 长度的穗（取样面积1.8 m2），脱粒后用于测产。

1.4 测定指标与方法

1.4.1 小麦产量及构成要素测定 千粒重：每小区随机选取1 000 颗小麦籽粒，称其鲜重并测定含水量，计算干重。穗粒数：每小区随机选取50 个穗，进行人工脱粒，称籽粒鲜重和测定含水量，计算其干重，根据千粒重计算穗粒数。穗数：将测产使用的全部籽粒称重，并测含水量，计算其干重，再根据千粒重和穗粒数计算出穗数。籽粒产量：根据1.3 中小麦成熟期样品采集方案，籽粒带回实验室后，采用谷物水分测定仪（PM-8188）测定籽粒含水量，按面积计算各小区小麦籽粒产量，产量用干重表示。

1.4.2 小麦地上部各器官含氮量和吸氮量测定 用FW100 高速万能粉碎机（泰斯特，天津）粉碎小麦地上部各器官样品，用于测定小麦地上部各器官全氮含量。用LM120 锤式实验粉碎磨（Perten，Sweden）对小麦籽粒磨粉，用于测定蛋白质组分。用Buhler 实验磨（MLU220，Uzvil，Switzerland）对小麦籽粒制粉，用于测定湿面筋含量、形成时间、稳定时间、吸水率。小麦地上部各器官全氮含量：用H2SO4-H2O2消煮-凯氏定氮法进行全氮测定［22］。小麦地上部及各器官吸氮量：各器官吸氮量（kg/hm2）=各器官生物量（kg/hm2）×各器官全氮含量（%），各器官吸氮量相加总和为地上部总吸氮量。

1.4.3 小麦品质指标的测定 蛋白质含量：利用H2SO4-H2O2消煮-凯氏定氮法测定全氮含量，乘以系数5.7 得到蛋白质含量［22］。蛋白质组分：用连续提取法将籽粒中的清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白分别提取出来［23］，用凯氏定氮法测定各蛋白质组分中的全氮含量，乘以系数5.7 得到各个组分中的蛋白质含量［22］。湿面筋含量：使用Glutomatic 2200（Perten，Sweden）测定。形成时间、稳定时间、吸水率：使用Farinograph（Brabender，Germany）测定。

1.5 数据计算

收获指数（%）=籽粒产量（kg/hm2）/成熟期地上部生物量（kg/hm2）×100%

氮素收获指数（%）=成熟期籽粒吸氮量（kg/hm2）/成熟期地上部吸氮量（kg/hm2）×100%

氮肥偏生产力（kg/kg）=籽粒产量（kg/hm2）/施氮量（kg/hm2）

氮素吸收效率（%）=成熟期地上部吸氮量（kg/hm2）/施氮量（kg/hm2）×100%

氮素利用效率（kg/kg）=籽粒产量（kg/hm2）/成熟期地上部吸氮量（kg/hm2）

1.6 数据统计分析

采用SigmaPlot14.0 软件进行数据整理和作图，采用SPSS 20 软件进行方差分析，LSD 法进行多重比较（P ＜ 0.05）。

2 结果与分析

2.1 不同追氮时期对小麦产量及产量构成要素的影响

由表3 可以看出，2017—2018 季小麦各处理籽粒产量为5 657.1 ～6 331.6 kg/hm2。

表3 不同追氮时期对小麦产量及产量构成要素的影响Table 3 Effects of N topdressing timing on yield and yield components of wheat

后期施氮处理中，不同追氮时期NS+E+B、NS+E+H和NS+E+F处理间小麦籽粒产量无显著差异。与NS+E相比，孕穗期追氮NS+E+B处理小麦籽粒产量显著提高674.5 kg/hm2，增产11.9%；抽穗期追氮NS+E+H处理和开花期追氮NS+E+F处理较NS+E处理表现出增产的趋势。说明不同追氮时期对小麦产量影响不同，其中孕穗追氮NS+E+B处理小麦增产效果更为突出。与NS+E相比，后期施氮有提高小麦千粒重的趋势，其中NS+E+H处理千粒重最高，相比于NS+E处理增加9.7%；同为后期施氮处理中，NS+E+H相比于NS+E+F处理小麦千粒重增加6.2%，NS+E+B相比于NS+E+F有增加的趋势。各处理间小麦穗数、穗粒数及收获指数均无显著差异。2018—2019 季小麦各处理籽粒产量为7 740.1 ～8 598.8 kg/hm2，各处理间小麦籽粒产量无显著差异，但从数值上看，孕穗追氮NS+E+B处理小麦籽粒产量最高。从产量构成要素及收获指数分析，2018—2019 季小麦各处理间亦无显著差异。

2.2 不同追氮时期对小麦品质的影响

由图2 可以看出，2017—2018 季小麦成熟期各处理籽粒蛋白质含量为14.5%～15.0%。与NS+E相比，后期施氮处理对小麦籽粒蛋白质含量无显著影响。后期施氮处理中，不同追氮时期各处理间小麦籽粒蛋白质含量也无显著差异。但从数值上来看，孕穗期追氮NS+E+B处理下小麦籽粒蛋白质含量高于其他处理。

图2 2017—2018 不同追氮时期对小麦籽粒蛋白质 含量的影响Fig.2 Effects of N topdressing timing on grain protein concentration of wheat during 2017—2018

由图3 可以看出，2017—2018 季小麦面粉湿面筋含量为37.5% ～39.8%。与NS+E相比，后期施氮处理对小麦面粉湿面筋含量影响显著，随着追氮时期后移，湿面筋含量有明显的升高趋势，升幅为4.0%～6.1%。后期施氮处理中，不同追氮时期NS+E+B、NS+E+H和NS+E+F处理间小麦面粉湿面筋含量无显著差异。

图3 2017—2018 不同追氮时期对小麦面粉湿面筋含量的影响Fig.3 Effects of N topdressing timing on wet gluten content of wheat flour in 2017—2018

对2017—2018 季小麦籽粒蛋白质组分分析可见（图4），小麦籽粒清蛋白含量为2.4%～2.7%。与NS+E处理相比，后期追氮处理对小麦籽粒清蛋白含量无显著影响。后期施氮处理中，NS+E+B处理清蛋白含量为2.7%，较NS+E+H处理提高14.8%；NS+E+B与NS+E+F处理间清蛋白含量差异不显著。小麦籽粒球蛋白含量为1.2%～1.3%。各处理间小麦籽粒球蛋白含量无显著差异。小麦籽粒醇溶蛋白含量为2.8% ～3.3%。与NS+E相比，后期追氮处理小麦籽粒醇溶蛋白含量显著提高14.1%～17.6%。追氮时期由孕穗期推至开花期各处理间小麦籽粒醇溶蛋白含量无显著差异。小麦籽粒谷蛋白含量为3.9%～4.4%。与NS+E相比，后期追氮处理小麦籽粒谷蛋白含量显著提高8.7%～12.8%，后期追氮处理中，随着追氮时期后移，小麦籽粒谷蛋白含量有降低的趋势，但处理间差异不显著。

图4 2017—2018 不同追氮时期对小麦籽粒蛋白质 组分的影响Fig.4 Effects of N topdressing timing on content of protein components wheat grains during 2017—2018

由图5 可以看出，2017—2018 季小麦面团形成时间为4.1 ～4.6 min，稳定时间为7.1 ～7.6 min，各处理间小麦面团形成时间和稳定时间均无显著差异。但在NS+E、NS+E+H、NS+E+F处理下面团稳定时间稳定在7.1 min 和7.2 min，在NS+E+B处理下小麦面团的稳定时间延长到7.6 min，从数值上看，NS+E+B处理下小麦面团稳定时间较NS+E、NS+E+H、NS+E+F处理分别提高7.0%、7.0%、5.6%。由图6 可以看出，与NS+E处理相比，于小麦生育后期追氮能明显提高小麦面粉的吸水率，吸水率最高可达61.1%。后期追氮处理中，随着追氮时期后移，各处理间小麦面粉吸水率无显著差异。

图5 2017—2018 不同追氮时期对小麦面团形成时间和稳定时间的影响Fig.5 Effects of N topdressing timing on the development time and stability time of wheat dough during 2017—2018

图6 2017—2018 不同追氮时期对小麦面粉吸水率的影响Fig.6 Effects of N topdressing timing on the water absorption of wheat flour during 2017—2018

2.3 不同追氮时期对小麦氮素吸收利用的影响

对2017—2018 季小麦地上部及各器官吸氮量分析可见（图7），各处理小麦地上部总吸氮量为183.5 ～221.6 kg N/hm2，其中孕穗期追氮NS+E+B处理小麦地上部吸氮量最高。与NS+E相比，后期施氮可大幅度提高小麦地上部植株吸氮量，增幅达12.3%～20.8%。同为后期追氮处理中，不同追氮时期对小麦地上部吸氮量无显著影响。

由图7 可以看出，各处理间籽粒和颖壳吸氮量的显著性分析相同。后期施氮处理中NS+E+B处理小麦籽粒、颖壳吸氮量最高，相比于NS+E处理分别显著提高16.0%、28.9%；同为后期施氮处理中，不同追氮时期对小麦籽粒、颖壳吸氮量无显著影响，但与NS+E+B处理相比，NS+E+H和NS+E+F处理籽粒、颖壳吸氮量有降低的趋势。说明后期追氮可以提高籽粒和颖壳对氮素的吸收，但是随着追氮时期后移，籽粒和颖壳对氮素的吸收有减弱的趋势。与NS+E处理相比，后期追氮处理对小麦茎叶吸氮量无显著影响。

对小麦地上部植株及植株各器官吸氮量的分析表明，说明不同追氮时期对小麦地上部植株及各器官吸氮量影响不同，后期追氮可以促进小麦对氮素的吸收累积及氮素在籽粒、颖壳中的累积，尤其在孕穗期追氮NS+E+B处理下，小麦对氮素的吸收量最高。

图7 2017—2018 不同追氮时期对小麦成熟期地上部及各器官吸氮量的影响Fig.7 Effects of N topdressing timing on N uptake in aboveground part and organs of wheat during 2017—2018

由表4 可以看出，2017—2018 季小麦各处理籽粒氮素收获指数在75.6%～78.1%之间，不同追氮时期各处理间氮素收获指数无显著差异。与NS+E处理相比，NS+E+B处理氮肥偏生产力显著提高，达到26.4 kg/kg，NS+E+H处 理 和NS+E+F处 理 较NS+E处 理差异不显著。后期施氮处理中，不同追氮时期对小麦氮肥偏生产力无显著影响。小麦氮素吸收效率在76.5%～92.4%之间，各处理间氮素吸收效率表现为NS+E+B＞NS+E+H＞NS+E+F＞NS+E。与NS+E相 比，NS+E+B处理小麦氮素吸收效率显著提高20.8%；NS+E+H处理和NS+E+F处理较NS+E处理差异不显著。后期追氮处理中，不同追氮时期NS+E+B、NS+E+H和NS+E+F处理对小麦氮素吸收效率无显著影响。说明于生育后期追氮可以促进小麦对氮素的吸收，其中孕穗期追氮NS+E+B处理下吸收效果最好。小麦籽粒氮素利用效率在28.8 ～30.8 kg/kg 之间，不同追氮时期各处理间小麦籽粒氮素利用效率无显著差异。

表4 2017—2018 不同追氮时期对小麦氮素吸收利用的影响Table 4 Effects of N topdressing timing on nitrogen uptake and utilization of wheat during 2017—2018

3 讨论

本试验中2018—2019 季小麦籽粒产量为7 740.1 ～8 598.8 kg/hm2，而2017—2018 季小麦籽粒产量为5 657.1 ～6 331.6 kg/hm2，较当地正常年份小麦产量偏低［24］。原因是2017—2018 年河北省小麦在灌浆期间大面积发生白粉病、锈病，小麦生长受到影响，导致小麦产量较正常年份普遍偏低。然而，本试验研究结果与前人研究结果一致，后期追氮确实可提高小麦籽粒产量［18,25-26］。其中2017—2018 季小麦，与基施+拔节期追氮处理相比，基施+拔节期追氮+孕穗期追氮处理小麦增产幅度最高，而将后期追氮时期进一步推迟至抽穗期和开花期，小麦增产幅度降低，增产不显著；从产量构成要素分析，孕穗期追氮小麦籽粒产量最高且增产幅度高于抽穗期和开花期施氮的原因主要是提高了穗粒数。本研究结果表明在小麦生产中，为保障小麦高产后期追氮时期不宜晚于孕穗期。有研究表明，后期施氮可推迟小麦成熟期［27］，本研究未发现 此现象。

很多研究表明追氮时期后延，可以明显提高小麦籽粒蛋白质含量、湿面筋含量、稳定时间［16,28-32］，但后期施氮时期范围较为模糊，涵盖了从小麦拔节期至开花期之间较为宽泛的范围。在本试验条件下，后期追氮可提高小麦面粉湿面筋含量、醇溶蛋白含量、谷蛋白含量和吸水率，但不同追氮时期各处理间小麦籽粒蛋白质含量、面团形成时间和稳定时间均无显著差异，这与前人研究结论不尽相同。Rossmann等［17］研究结果表明，氮肥分3 次施用，其中一次后期（开花期）施用可以有效的提高籽粒蛋白质含量和改善蛋白质组成，尤其是当氮肥的总量较低或植株开花期氮素吸收不足的情况下，这一效果更加明显，但在高氮水平下，这一效果不明显。2017—2018 季小麦成熟期地上部吸氮量为183.5 ～221.6 kg N/hm2。由于试验年为小麦减产年，小麦对氮素的吸收有所下降，造成施240 kg N/hm2相对过多，导致后期追氮在小麦品质上表现出来的效果受到影响。各处理间籽粒蛋白质含量无显著差异，但随着追氮时期后延醇溶蛋白含量与谷蛋白含量的比值有升高的趋势。说明后期追氮可以改变氮在籽粒中的分配，这与Xue 等［20］的研究结果一致。本试验在保障小麦籽粒产量的前提下，探究后期施氮中可提高优质小麦品质的关键期，研究结果表明在孕穗期追氮较其他时期（抽穗期、开花期）追氮提高小麦品质的效果更 为明显。

本试验结果表明，后期追氮可提高小麦各器官及地上部吸氮量。其中后期追氮尤其是孕穗期追氮处理小麦各器官及地上部吸氮量增幅最高。氮肥偏生产力与氮素吸收效率与小麦地上部吸氮量变化趋势相同，亦是孕穗期追氮效果最好。说明后期追氮尤其是孕穗期追氮小麦可以较好的利用氮素进行籽粒生产，以及孕穗期追氮明显增加小麦对氮素的吸收利用。

4 结论

与小麦生育前期施氮相比，后期追氮可提高小麦籽粒产量、加工品质及地上部氮素吸收，同时优化籽粒蛋白质组成。这一效果在孕穗期追氮较其他时期（抽穗期、开花期）追氮更为明显。综合考虑产量、品质及氮素吸收利用，采用基施氮+拔节期施氮+孕穗期施氮（4∶3∶3）的氮素施用模式是适宜当地土壤和气候条件下小麦高产、优质及养分高效利用的氮肥管理模式。