无机氮磷减量、有机肥施用量对小麦品质性状的影响

马爱平，崔欢虎，亢秀丽，靖 华，王裕智，张建诚

（1山西农业大学小麦研究所，山西临汾 041000；2山西农业大学棉花研究所，山西运城 044000）

0 引言

20世纪80年代至21世纪初，大量无机化肥的使用使小麦单产得到大幅度提高。与此同时，较多研究者表明，麦田增施氮肥能够显著提高籽粒蛋白质各组分的含量[1]，且能提高籽粒湿面筋含量，延长面团形成时间、面团稳定时间[2]。近年来，随着化肥大量施入麦田，研究发现高环境风险区域扩大较快[3]，小麦传统管理高产模式存在硝态氮累积淋移[4]，硝态氮含量随着施氮量的增加而增加，硝态氮向下移动的趋势比较明显[5-6]，表明传统小麦管理高产模式不利于生态环境的良性循环。因此，减施化肥用量实现高质量发展，逐渐成为小麦生产系统实现环境友好与产量和品质协同提高的主要研究方向。

基于此，广大科技工作者开展了有机肥资源、减施无机化肥、减施化肥与有机肥配施的相关研究。在有机肥资源数量层面，宋大利等[7]、柴如山等[8]、朱兆良等[9]、牛新胜等[10]、耿维等[11]研究认为，中国有机肥资源数量巨大，合理利用作物秸秆、粪便、绿肥和饼肥，是实现化肥减施增效的重要途径，马想等[12]进一步开展了中国典型农田土壤中有机物料腐解特征及驱动因子研究，明确了有机物料腐解的相关因子。在区域减施无机化肥层面，邱韩英等[13]研究认为，氮肥减量20%和氮磷钾肥减量20%均会降低小麦产量，董园园等[14]研究认为，肥料用量减少15%小麦产量基本与常规持平。减施化肥与有机肥配施层面，刘建等[15]、陈志龙等[16]、张晶等[17]、马臣等[18]、郁洁等[19]、张昊青等[20]在中国不同区域采用不同方法开展了减施化肥与有机肥配施的增产效果及相关机理研究，结果表明，合理的有机无机配施可减少无机氮用量并可促进氮磷钾吸收、提高产量和水肥利用效率；王庆等[21]研究结果表明，化肥适度减量和配施有机肥有利于提高土壤肥力；与此同时，南镇武等[22]、蔡艳等[23]、伍晓轩等[24]开展了有机与无机配施对小麦籽粒品质性状研究。

以往研究采用不同方法从不同层面、不同区域开展了有机肥资源、减施化肥及有机与无机配施的相关研究，形成了较多研究成果，为区域化肥减施实现资源环境友好与产量和品质协同提高起到了积极作用。但以往研究一方面较多关注了对产量性状的影响，而有关对品质性状的影响也仅局限于对籽粒品质（蛋白质含量及蛋白质组分等）性状的影响，另一方面以往研究化肥减施量多以各地传统或常规绝对施肥量百分比计算，而未涉及当地产量与籽粒产量对氮、磷的需求量，又由于各地传统或常规绝对施肥量不同进而形成减施氮量不同，其研究结果也难以形成统一的结论。本项研究依据国家行业标准NY/T 394—2013[25]的绿色食品肥料使用准则、当地旱作雨养条件下的常年产量水平及每50 kg籽粒产量所需氮、磷量核定无机化肥的减施量，开展无机化肥施用量、不同种类有机肥及其用量对籽粒、面粉、面团品质综合性状的影响，以期为减施化肥实现绿色种植提供理论与技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地区概况

试验于2018—2019年度在2个试验基地实施，无机肥、有机肥试验分别在山西农业大学小麦研究所尧都区洪堡、乡宁县红凹村试验基地进行。其中洪堡基地，海拔459.0 m，年平均气温13.08℃，常年平均降水455.1 mm。试验年度休闲期（6月中下旬、7、8、9月份）降雨312.00 mm较常年(313.3 mm)少1.3 mm，小麦生育期间（10、11、12、1、2、3、4、5月）自然降水86.6 mm，由于严重干旱，在2018年3月31日模拟生育期降雨喷灌30.0 mm，全生育期降雨+补灌共116.6 mm较常年(141.8 mm)少25.2 mm；红凹试验基地，海拔998.0 m，年平均气温10.48℃，常年平均降水515.00 mm。试验年度休闲期降雨305.4 mm，较常年(359.2 mm)少53.80 mm，小麦生育期间（10、11、12、1、2、3、4、5、6月上旬）降水101.0 mm，较常年(155.8 mm)少54.80 mm。2个试验点肥力均瘠薄，其中红凹试验基地硝态氮、铵态氮、有效磷、速效钾分别为4.89、1.64、37.40、178mg/kg，土壤质地均为轻黏土质。

1.2 试验材料及不同有机肥养分含量测定

洪堡、红凹试验点分别选用小麦品种为‘晋麦92号’、‘临丰3号’；洪堡试验点所用无机肥料尿素、过磷酸钙分别由山西焦化集团有限公司、陕西省双菱化工集团有限责任公司生产，红凹试验点所用牛粪、羊粪由当地提供，对2种有机肥风干样品进行养分测定（见表1），全氮测定法(半微量开氏法)NY/T 53—1987；单质磷测定法NY/T 88—1988；单质钾测定法NY/T 87—1988，均由中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所分析测试中心测定。

表1 不同有机肥养分含量测定

1.3 试验方法

无机氮磷用量试验：采用随机区组方法，共设7个处理（见表2）。其中传统NP用量指当地常规施肥量；减量NP用量依据NY/T 394—2013绿色食品肥料使用准则、当地常年产量水平3750 kg/hm2及每50 kg籽粒产量所需NP用量核定。小区面积13.34 m2，3次重复。2018年10月3日将称重的肥料撒施于对应小区并深翻当日播种。

表2 无机NP试验处理

有机肥不同施肥量试验：采用大区对比方法，牛粪、羊粪均设3个处理（见表3）。2种有机肥均以其湿重45、60、75 t/hm2施肥量换算小区湿重施肥量，施入各处理对应的小区，对2种有机肥取样风干，各处理以每公顷施入的干重施肥量计；试验小区长6 m，宽5.0 m，每个处理试验面积30 m2。2018年10月2日将称重的肥料撒施于对应小区并深翻10月3日播种。

表3 有机肥试验处理

1.4 测定内容

（1）千粒重、容重性状测定

无机肥试验在收获期对3次重复的每个处理分别单收单打，千粒重在收获籽粒中，随机取样3次，每次500粒称重，换算千粒重；容重测定取样同千粒重，用上海东方衡器厂生产的HGT-100型容重器测定；有机肥试验在每个处理的收获籽粒中取样3次（作为3次重复），千粒重、容重性状测定方法同无机肥试验。

（2）品质性状

将无机肥试验3次重复的籽粒混匀，随机取样3次（作为3次重复）；有机肥试验在每个处理的收获籽粒中取样3次（作为3次重复）。2个试验对所取样品均采用DA7200二极管阵列近红外光谱仪（瑞典Perten）进行品质分析，测定籽粒品质（蛋白质含量）、面粉（湿面筋含量、沉降值）、面团（延展性、形成时间、稳定时间、最大抗延阻力、拉伸面积）品质。

1.5 数据处理

资料数据用Excel 2003和DPS平台操作系统进行统计分析

2 结果与分析

2.1 无机N、P施肥量对小麦品质性状及其变异系数的影响

2.1.1 无机N、P施肥量对小麦品质性状的影响 从表4看出，无机N、P不同施肥量对小麦品质性状的影响不同。N、P不同施肥量对籽粒品质（蛋白质含量、容重）、面粉品质、面团品质性状的影响均存在显著差异，籽粒品质的千粒重不存在显著差异。

（1）传统NP配施量和减量NP配施对小麦品质性状的影响

传统NP配施量与减量NP配施相比，籽粒蛋白质含量、面粉品质、面团品质（形成时间、稳定时间）存在显著差异(P＜0.05)，而面团品质（延展性、拉伸面积、最大抗延阻力）、籽粒容重不存在显著性差异；传统NP配施量与减量NP配施二者的籽粒蛋白质含量、面粉品质、面团品质均优于空白且存在极显著差异(P＜0.01)，而籽粒容重则表现为空白优于传统NP配施量、减量NP配施且存在显著差异(P＜0.05)。

（2）传统单施N量与传统单施P量对小麦品质性状的影响

传统单施N量与传统单施P量相比，传统单施N量的籽粒蛋白质含量、面粉品质、面团品质均优于传统单施P量，且二者存在极显著差异(P＜0.01)；传统单施N量的籽粒蛋白质含量、面粉品质、面团品质均优于空白，且二者存在极显著差异(P＜0.01)，而传统单施P量与空白处理间的籽粒蛋白质含量、面粉品质、面团品质均不存在显著差异。

（3）减量单施N与减量单施P对小麦品质性状的影响

减量单施N与减量单施P相比，减量单施N的籽粒蛋白质含量、面粉品质、面团品质均优于减量单施P，且二者存在极显著差异(P＜0.01)；减量单施N籽粒品质蛋白质含量、面粉品质、面团品质均优于空白，且二者存在极显著差异(P＜0.01)，而减量单施P与空白处理间的籽粒蛋白质含量、面粉品质、面团品质均不存在显著差异。

（4）同量N条件下传统、减量NP配施与传统、减量N单施对品质性状的影响

同量N条件下传统、减量NP配施总体优于传统、减量N单施。其中传统NP配施优于传统单施N，籽粒蛋白质含量、面粉湿面筋含量、面团品质（形成时间、拉伸面积）存在显著差异(P＜0.05)；减量NP配施优于减量N单施，籽粒蛋白质含量、面粉湿面筋含量、面团品质均不存在显著差异。

（5）传统、减量单施N、P对品质性状的影响

传统、减量单施N、P量对品质性状的影响总体呈现随施用量的提高品质性状在改善。传统单施N量优于减量单施N、传统单施P量优于减量单施P，但二者的籽粒品质（蛋白质含量）、面粉品质、面团品质均不存在显著差异；传统单施N量、减量单施N与空白处理间均存在极显著差异(P＜0.01)，而传统单施P量、减量单施P与空白处理间除容重性状外其他性状不存在差异。

2.1.2 无机N、P施用量对小麦品质性状变异系数的影响 从表5看出，无机N、P施用量对小麦品质性状变异系数的影响不同。N、P施用量对不同小麦品质性状变异系数的影响变幅为9.15%～0.25%，其中沉降值、形成时间、拉伸面积影响较大，容重、千粒重、稳定时间影响较小。

表4 无机NP施肥量对小麦品质性状的影响

表5 无机N、P施用量对小麦品质性状变异系数的影响

2.2 不同有机肥及施用量对小麦品质性状及其线性关系、变异系数的影响

2.2.1 不同有机肥施肥量对小麦品质性状及其线性关系的影响

（1）不同有机肥施肥量对小麦品质性状的影响

从表6看出，不同有机肥施肥量对小麦品质性状的影响不同。2种有机肥对籽粒蛋白质含量、面粉品质、面团品质的影响均总体呈现随施肥量的增加品质性状在提高，而籽粒品质（千粒重、容重）则表现不一。羊粪不同施肥量对籽粒蛋白质含量、面粉品质、面团品质的影响均存在极显著差异(P＜0.01)；牛粪除对面团稳定时间存在显著差异(P＜0.05)外，对籽粒蛋白质含量、面粉品质、面团品质的影响均存在极显著差异(P＜0.01)。羊粪42.9 t/hm2与32.1 t/hm2对籽粒蛋白质含量、面粉湿面筋含量、面团延展性的影响存在极显著差异(P＜0.01)，对面粉沉降值、面团形成时间存在显著差异(P＜0.05)，对其他性状的影响不存在差异；牛粪28.6 t/hm2与21.5 t/hm2对籽粒蛋白质含量、面团延展性的影响存在极显著差异(P＜0.01)，对其他性状的影响不存在差异。

（2）有机肥不同施肥量与小麦品质性状的线性关系

以2种有机肥的6个施肥量为自变量(x)，6个施肥量对应的10个品质性状为因变量(y)进行线性分析。从表7看出，有机肥不同施肥量(x)与小麦品质相关性状(y)的线性关系不同。籽粒蛋白质含量、面粉、面团品质与有机肥不同施肥量均存在正相关，且均存在显著差异。其中籽粒蛋白质含量、面粉、面团品质（除最大抗延阻力）与有机肥不同施肥量均存在极显著差异(P＜0.01)，最大抗延阻力与有机肥不同施肥量存在显著差异(P＜0.05)；籽粒容重、千粒重与有机肥不同施肥量分别呈现正相关和负相关，二者与有机肥不同施肥量均不存在差异(P＞0.05)。

2.2.2 有机肥不同施肥量对小麦品质性状变异系数的影响 从表8看出，有机肥不同施肥量对小麦品质性状变异系数的影响不同。有机肥不同施肥量对籽粒品质、面粉品质、面团品质的10个品质性状的变异系数影响幅度为0.50%～21.59%，其中面粉沉降值、面团品质的拉伸面积、最大抗延阻力变异度较大，籽粒品质（容重、千粒重）、面团品质（稳定时间）变异度较小。

表6 不同有机肥施用量对小麦品质性状的影响

表7 有机肥不同施肥量(x)与小麦品质性状(y)的线性关系

表8 有机肥不同施肥量对小麦品质性状变异系数的影响

3 讨论

（1）关于无机氮素减量与改善小麦品质

本项研究结果表明，旱作雨养条件下，传统、减量氮磷配施或传统、减量单施氮量背景下，籽粒蛋白质含量、面粉、面团品质均随无机氮素用量的增加而提升，进一步表明，氮素是影响小麦品质的主要因素[26]。因此，如何在减施无机氮素背景下获得较好的品质是实现减施化肥用量行动计划的关键。在同一氮素用量条件下提升小麦品质前人开展了较多途径研究。品种途径，姜瑛等[27]研究表明，不同品种的氮素偏生产力不同，关二旗等[28]研究表明，品质性状在不同小麦品种之间存在显著差异；有机与无机配施途径，樊虎玲等[29]研究表明，化肥和有机肥配合施用有利于提高小麦品质；提高氮肥利用率途径，石玉等[30]研究认为，增加追施氮肥的比例可显著提高氮肥利用率、籽粒产量、蛋白质含量，改善籽粒加工品质，但在雨养条件下实施该项技术难度较大（需与降雨相结合，并需配备相应的施肥机械）；植物生长调节剂途径，马瑞琦等[31]研究表明起身期喷施多效唑可以提高中麦8号小麦面粉的蛋白质含量；轮作途径，选用豆科作物或绿肥轮作，可补充化肥减施氮素不足和培肥地力[32-33]。综上所述，减施氮素用量，可通过多途径弥补因氮素不足对小麦品质的影响。

（2）关于有机肥与小麦品质关系

黄国勤[34]提出了绿色发展的绿色培肥主要途径；由于有机肥料存在养分不平衡问题，很多情况下不能完全满足生产优质作物产品对养分的需求，因而其营养品质并不一定比常规农产品高[35]；朱兆良等[9]对中国有机肥资源及施用量分析认为，中国每年可提供N 30.5×106t，比每年氮肥总使用量还高，而有机肥还田率只有39%，不到资源量的一半，表明在有机肥进入农田的环节中还有较多的问题需解决，如有机肥使用成本较高（腐熟、运输、撒施等）；本项研究结果表明，2种有机肥施肥量(x)与籽粒（容重、蛋白质含量）、面粉、面团品质性状(y)均呈现正相关，而有关该方面的研究已有文献报道较少。

（3）关于氮磷配施与小麦品质性状关系

本项研究表明，同N量条件下品质性状减量NP配施总体优于减量单施N，传统单施N量与减量单施N的籽粒蛋白质含量、面粉、面团品质不存在差异，表明减量施肥中应注意磷素的配施，磷素的使用有利于氮素的吸收进而改善品质性状。以往传统施肥背景下有关氮磷配施对小麦品质性状的影响研究较多，如陈力平等[26]研究认为，只有氮、磷、钾适当配比才能有效提高品质；而在减施氮素用量背景下，较多的研究更加关注氮素与有机肥的配施，而淡化了磷素在减施氮素背景下对品质性状的作用。

（4）关于无机氮磷、有机肥不同用量背景下不同品质性状的变异系数

本项研究表明，容重、沉降值品质性状在无机氮磷、有机肥不同用量背景下的稳定性（变异系数）分别为最小和最大，表明容重、沉降值品质性状对无机氮磷、有机肥不同用量背景的反应分别为迟钝和敏感。赵鹏涛等[36]在传统施肥背景下研究结果认为，容重有较大的变异幅度，而姜兰芳等[37]研究表明，容重变异幅度较小；有关无机氮磷减量背景下不同品质性状的稳定性（变异系数）已有文献报道较少。

4 结论

本项研究表明，传统、减量氮磷配施或传统、减量单施氮量背景下，籽粒蛋白质含量、面粉、面团品质性状均随无机氮施用量的增加而提升，其中传统氮磷配施与减量氮磷配施的籽粒蛋白质含量、面粉、面团品质（稳定时间）性状存在显著差异，传统单施N量与减量单施N的籽粒蛋白质含量、面粉、面团品质性状不存在差异。有机肥不同施用量对品质性状的影响存在差异，2种有机肥施肥量与籽粒蛋白质含量、面粉、面团品质性状均呈现正相关。因此，要实现化肥减施与品质协同改善，需加强无机氮磷利用率、优质品种鉴选等途径或关键技术的研究与应用。