施氮水平和种植密度对小麦产量和籽粒品质的影响

魏 鹏，袁建新，王玲玲，闫素辉

（安徽科技学院 农学院，安徽 凤阳 233100）

小麦是我国重要的粮食作物，对保障国家粮食安全具有重要作用。高产优质是小麦生产一直以来的目标，影响小麦产量和品质因素众多，如品种的遗传特性、生态环境、栽培技术和自然灾害等［1]。在各种栽培措施中，氮素营养与种植密度对小麦产量和品质的影响最为突出［2-3]。施用氮肥是提高小麦产量的重要技术措施，但过量施用氮肥，会降低小麦的抗倒性能，进而加大小麦倒伏发生的可能性，降低小麦的产量和品质［4-5]。密度也是影响小麦产量的关键因素，密度过低会导致穗数不足，产量降低［6]；密度过高，则茎秆纤细，容易发生倒伏，同样导致产量降低［7]。在当前小麦生产中，过高的氮肥施用量可能增加倒伏的风险和减少不必要的氮肥流失与浪费，但减少氮肥施用量后产量会相应地下降。在一定范围内，随着种植密度增加，小麦产量不断增加［8]。因此可以在减氮的同时通过适宜增加种植密度来提高产量，在生产中合理的施氮量与种植密度是优质增产机制的重要基础，在减氮增密条件下找出适宜的种植密度和施氮量对小麦的高产优质生产至关重要。

籽粒蛋白质含量和湿面筋含量是小麦营养、食用和加工品质的重要指标，沉淀值（也叫沉降值）是反映烘烤面包品质的一个重要指标，与籽粒蛋白质含量、湿面筋含量密切相关［9]。适量增加氮肥施用量可以提高小麦产量及籽粒蛋白质、湿面筋含量和沉降值，从而有效地改善小麦加工品质［10]。但氮肥施用过量，则会使小麦加工品质趋于变劣。种植密度也是影响小麦籽粒品质的重要因素［11]，徐月明等［12]认为小麦籽粒蛋白质和湿面筋含量与种植密度呈二次曲线关系。因此通过合理的氮肥施用量和种植密度，最大限度发挥高产优质品种的产量和品质潜力，获得产量和品质效益的统一，已然成为亟待解决的重要课题。为此，本试验在大田小麦广泛使用施氮量为210 kg/hm2、种植密度为257万株/hm2的基础上［13-14]，以江淮地区两个主推品种‘宁麦13’和‘皖西麦0638’为试验材料，分别设置3个不同施氮水平和3个种植密度，研究施氮水平和种植密度对小麦产量及其构成因素和籽粒品质形成的影响，为小麦高产栽培和优质栽培的合理施氮量和种植密度提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料与设计

本试验于2017-2018年在安徽科技学院科技园进行。试验地前茬为玉米，耕作层0～20 cm土层中有机质含量16.65 g/kg、碱解氮72.75 mg/kg、速效钾96.05 mg/kg、速效磷17.45 mg/kg。试验材料为‘宁麦13’（NM 13）和‘皖西麦0638’（W38）。采用裂裂区设计，主区为品种，裂区为氮肥处理，设3个施氮水平：120 kg/hm2（N1）、180 kg/hm2（N2）和240 kg/hm2（N3）；裂裂区为密度处理，设3个密度梯度：180万株/hm2（D1）、240万株/hm2（D2）、300万株/hm2（D3），重复3次。氮、磷、钾肥分别为尿素（N 46%）、过磷酸钙（有效P2O512%）、氯化钾（K2O 60%），磷、钾肥全部底施，氮肥的基追比为7∶3，追肥在拔节期施入。小区面积为9 m2（3 m×3 m），行距25 cm，3次重复。全生育期无灌溉，其他管理措施与常规农田基本一致。

1.2 测定项目与方法

1.2.1 产量及其构成因素的测定 在抽穗期调查小麦有效穗数，在每个处理小区中先随机挑选出一片小麦长势均匀的区域，再用长尺量出1 m2，数取该1 m2区域内小麦有效穗数；在成熟期调查每穗实粒数，在每个处理小区中挑选出15株长势均匀一致的小麦单株，用剪刀将其麦穗剪下，数取其籽粒每穗实粒数；在小麦成熟期进行测产，在每个处理小区中先随机挑选出一片小麦长势均匀的区域，再用长尺量出1 m2，分扎晒干脱粒，再考种称重；用测产的籽粒，每个处理随机数取100粒籽粒，称重，记为百粒重，再换算为千粒重，每个处理重复5次。

1.2.2 籽粒品质性状的测定 以成熟期测产的籽粒为材料，分别从每个处理中随机取出部分籽粒，设置3次重复，再用Perten公司的DA 7200近红外分析仪分别测定其籽粒粗蛋白含量、湿面筋含量和沉淀值。

1.3 数据处理与分析

使用Microsoft Excel 2003和DPS进行数据的统计与分析。

2 结果与分析

2.1 氮密互作对产量及其构成因素的影响

氮密互作对小麦产量及其构成因素的影响见表1。由表1可以看出，种植密度对穗数、穗粒数、千粒重以及产量均呈极显著性影响。在相同施氮量下，随着种植密度的增加，穗数呈上升趋势，穗粒数、千粒重均呈下降趋势，产量呈先上升后下降趋势，两个品种表现一致。D2水平较D1水平总产量增加了1216.48 kg/hm2，D2水平较D3水平总产量减少了148.91 kg/hm2，可见种植密度在180～240万株/hm2范围内，密度每增加1万株/hm2，产量约增加20.27 kg/hm2；种植密度在240～300万株/hm2范围内，密度每增加1万株/hm2，产量约减少2.48 kg/hm2。

施氮量对穗数、穗粒数、千粒重以及产量均呈极显著性差异。在相同种植密度下，随着施氮量的增加，穗数、穗粒数均呈上升趋势，千粒重呈先下降后上升趋势，产量呈先上升后下降趋势，两个品种表现一致。N2水平较N1水平总产量增加了488.02 kg/hm2，N2水平较N3水平产量减少了422.77 kg/hm2，可见施氮量在120～180 kg/hm2范围内，氮肥每增加1 kg/hm2，产量约增加8.13 kg/hm2；在施氮180～240 kg/hm2范围内，氮肥每增加1 kg/hm2，产量约减少7.05 k g/hm2。

表1 氮密互作对小麦产量及其构成因素的影响Tab.1 Effect of the interaction of nitrogen application level and planting density on yield and its components

2.2 氮密互作对籽粒粗蛋白含量的影响

氮密互作对籽粒粗蛋白含量的影响见表2。由表2可知籽粒粗蛋白含量在不同种植密度和不同施氮量下均呈极显著性差异。在相同种植密度下，籽粒粗蛋白含量随着施氮量的增加呈先上升后下降趋势，N2水平较N1水平粗蛋白总含量增加了1.28%，N2水平较N3水平粗蛋白总含量损失了0.69%，可见施氮量在120～180 kg/hm2范围内，氮肥每增加1 kg/hm2，粗蛋白含量约增加0.0213%；在施氮180～240 kg/hm2范围内，氮肥每增加1 kg/hm2，粗蛋白含量约减少0.0115%；在相同施氮量下，籽粒粗蛋白含量随着种植密度的增加呈先降低后增长的趋势，D1水平较D2水平粗蛋白含量减少了0.68%，D3水平较D2水平粗蛋白含量增加了1.55%，可见种植密度在180～240万株/hm2范围内，密度每增加1万株/hm2，粗蛋白含量约减少0.0113%；种植密度在240～300万株/hm2范围内，密度每增加1万株/hm2，粗蛋白含量约增加0.0258%。

表2 氮密互作对籽粒粗蛋白含量、湿面筋含量与沉淀值的影响Tab.2 Effect of the interaction of nitrogen application level and planting density on grain protein content,wet gluten，and sedimentation value

2.3 氮密互作对籽粒湿面筋含量的影响

氮密互作对籽粒湿面筋含量的影响见表2。由表2可知，籽粒湿面筋含量在不同种植密度和不同施氮量下均呈极显著性差异。在相同种植密度下，籽粒湿面筋含量随着施氮量的增加呈上升趋势，N3水平较N1水平湿面筋总含量增加了4.54%，可见施氮量在120～240 kg/hm2范围内，氮肥每增加1 kg/hm2，湿面筋含量约增加0.0378%；在相同施氮量下，湿面筋含量随着种植密度的增加呈先降低后上升的趋势，D1水平较D2水平湿面筋总含量减少了2.45%，D3水平较D2水平湿面筋总含量增加了3.00%，可见种植密度在180～240万株/hm2范围内，密度每增加1万株/hm2，湿面筋含量约减少0.0408%；种植密度在240～300万株/hm2范围内，密度每增加1万株/hm2，湿面筋含量约增加0.05%。

2.4 氮密互作对籽粒沉淀值的影响

氮密互作对籽粒沉淀值的影响见表2。由表2可知，籽粒沉淀值在不同种植密度和不同施氮量下均呈极显著性差异。在相同种植密度下，籽粒沉淀值随着施氮量的增加呈先上升后降低趋势，N2水平较N1水平沉淀值增加了7.52 mL，N2水平较N3水平沉淀值降低了3.71 mL，可见施氮量在120～240 kg/hm2范围内，氮肥每增加1 kg/hm2，沉淀值约增加0.1253 mL，施氮量在240～300 kg/hm2范围内，氮肥每增加1 kg/hm2，沉淀值约降低0.0618 mL；在相同施氮量下，沉淀值随着种植密度的增加呈降低趋势，D3水平较D1水平沉淀值含量减少了9.54 mL，可见种植密度在180～300万株/hm2范围内，密度每增加1万株/hm2，沉淀值约减少0.0795 mL。

3 讨论

诸多栽培措施中，施氮量和种植密度对小麦产量和品质的影响最突出［15]。李筠等［16]研究表明随着种植密度的增加，小麦籽粒产量、穗粒数呈先增加后降低的趋势。李成军等［17]研究表明随着种植密度的增加，小麦籽粒中的蛋白质含量、湿面筋含量及面团稳定时间均呈现先增加后降低的趋势。本研究显示，种植密度在180～240万株/hm2范围内，产量呈上升趋势，粗蛋白含量、湿面筋含量和沉淀值均呈下降趋势；种植密度在240～300万株/hm2范围内，产量和沉淀值呈下降趋势，粗蛋白含量和湿面筋含量呈上升趋势。由此可见，在180～240万株/hm2种植密度范围内，随着种植密度的增加，在增产的同时也降低了小麦品质，在240～300万株/hm2种植密度范围内，随着种植密度的增加，虽然小麦的产量降低了，但小麦的品质得到了改善。

氮素是影响小麦产量和品质最主要的因素之一，合理施用氮肥可促进小麦生长发育并提高小麦产量，也对小麦籽粒品质的形成有明显的调节作用［18]。马瑞琦等［19]研究表明适宜的施氮量可以协调提高穗数、穗粒数和千粒重，进而显著提高小麦产量。Otteson等［20]与赵广才等［21]研究认为施用适量氮肥对小麦生长具有显著促进作用，小麦籽粒产量、蛋白质含量、干湿面筋含量、沉淀值、面团稳定时间以及面团拉力等也均有不同程度升高。本研究显示，施氮量在120～180 kg/hm2范围内，小麦产量、粗蛋白含量、湿面筋含量和沉淀值随着施氮量的增加均呈上升趋势；施氮量在180～240 kg/hm2范围内，小麦产量、粗蛋白含量和沉淀值随着施氮量的增加均呈下降趋势，湿面筋含量呈上升趋势。即在120～180 kg/hm2施氮范围内，随着施氮量的增加，小麦产量和品质同步上升；在180～240 kg/hm2施氮范围内，随着施氮量的增加，小麦产量和品质同步降低。因此，生产上适宜的施氮量不仅能够提高小麦的产量，同时也能改善小麦的品质，但过量施用氮肥，不仅降低了小麦的产量还会使小麦品质变劣。

从品种上来看，本研究显示，‘皖西麦0638’和‘宁麦13’在产量上总体相差不大，‘宁麦13’在湿面筋含量、沉淀值上高于‘皖西麦0638’，但在粗蛋白含量上低于‘皖西麦0638’。在低密度和高密低氮条件下，‘宁麦13’的产量显著高于‘皖西麦0638’，但在低密度时‘宁麦13’的品质指标显著低于‘皖西麦0638’；在适宜密度（中密度）低氮条件下，‘皖西麦0638’的产量、品质都优于‘宁麦13’。

综上所述，当施氮水平为主要影响因子时，随着施氮量的增加，小麦产量和品质的变化呈统一性（同步增加或降低）；当种植密度为主要影响因子时，随着种植密度的增加，小麦产量和品质的变化相反。在施氮量为180 kg/hm2，种植密度为240万株/hm2时小麦产量最高，但在此栽培条件下籽粒粗蛋白含量、湿面筋含量低于相同施氮量但种植密度为300万株/hm2的栽培条件，在后者栽培条件下，小麦产量也相对较高，两个品种表现一致。由此可见，要获得优质高产小麦，在江淮地区‘宁麦13’和‘皖西麦0638’适宜在施氮量180 kg/hm2、种植密度300万株/hm2的条件下种植。