增密减氮对弱筋小麦‘宁麦13’产量和品质的影响

徐 俊，姚 远，钱晨诚，丁锦峰，李春燕，朱新开，郭文善，朱 敏

（江苏省作物遗传生理重点实验室/江苏省作物栽培生理重点实验室，扬州大学农学院，江苏扬州 225009）

0 引言

作为中国的主要粮食之一，小麦有着重要的商品价值和战略储备价值，在粮食生产消费中有着极其重要的地位，实现小麦优质稳产的群体结构指标，对中国人民生活来说具有重要的意义[1]。其中江苏沿江地区因降雨量较多，小麦灌浆期蛋白质合成受阻，导致面筋含量偏低，有利于弱筋小麦品质形成，因此江苏沿江地区已成为最大的弱筋小麦生产基地。但生产上弱筋小麦大多数采用增施氮肥来提高产量但同时也会导致籽粒蛋白质含量的增加，弱筋小麦品质达标率下降[2-3]。同时由于没有配套的栽培措施，生产出的弱筋小麦品质变化较大，品质不稳定。因此，构建弱筋小麦优质稳产的栽培模式显得尤为重要。

低蛋白、低筋力是划分小麦为弱筋小麦的重要依据，通过降低生产中氮肥的施用量，虽然品质符合弱筋小麦标准，但由此会导致小麦产量降低，产量与品质两者难以统一协调。另外，由于生产中弱筋小麦栽培措施难以标准化实施，弱筋小麦品质变异幅度大，造成弱筋小麦产量不高、弱筋不弱等问题。马廷臣等认为影响小麦品质的主要因素为施氮量，姚金保等[4]研究指出适当的增加所施氮肥，会使小麦产量上升，同时也会提高小麦中蛋白质和湿面筋的含量，导致所种品种品质与弱筋小麦国家标准相违背(GB/T 17320—2013)，因此合理的施氮量是实现弱筋小麦优质稳产的重要措施。在小麦大田生产中，小麦的产量与其种植密度息息相关，种植密度过低导致小麦剑叶叶绿素含量持续时间短，从而导致单位面积穗数降低，影响其产量形成；而过高的种植密度会导致小麦基本苗不足，剑叶叶绿素含量前期高，中期下降过快，从而花后光合产物积累少，最终引起千粒重和单位面积穗数的降低，导致小麦产量减少[5]。小麦的茎蘖成穗率、群体光合能力以及群体结构，在一定程度上受到种植密度的影响，而合理的种植密度有利于产量的形成[6]。前人研究认为[7-8]，氮肥的合理施用能够促进小麦的营养器官生长，从而使小麦群体结构达优。彭永欣等[9-10]研究表明，合理的增加施氮量有利于增加小麦的产量，当施氮量超过240 kg/hm2时，则影响小麦产量形成，造成减产。

本研究以弱筋小麦‘宁麦13’为试验材料，设置不同的密度和施氮量，分析产量、品质指标的关系研究增密减氮对产量和品质调优的影响，旨在提出小麦优质稳产的最佳密肥组合模式，从而实现弱筋小麦优质稳产相协调提供理论依据和技术支持。以期为大田生产上制定弱筋小麦优质稳产的栽培模式提供一定理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料与设计

2018—2020年在扬州仪征进行两年试验，选用弱筋品种‘宁麦13’作为试验材料，采用小区试验，共设置5个密度与肥料组合模式（表1），氮肥运筹为7:1:2:0，分别为基肥在播种之前施用，壮蘖肥在小麦三叶一心至四叶期施用，拔节肥在拔节期施用，孕穗肥在孕穗期施用，磷钾肥各90 kg/hm2，随基肥一次性底施。每个小区9 m2，每个处理设置3个重复。10月底人工整地，机械开沟等工作，并于11月2日适期播种，于11月26日间苗。期间采用常规大田高产模式管理。

表1 密肥组合模式

1.2 测定项目与方法

1.2.1 产量及其构成要素 在小麦成熟期时测定每小区田间单位面积穗数及每穗粒数；使用脱粒机脱粒并将其晒干，数3个1000粒并称重。使用美国产FOSS-370型近红外线谷物分析仪测定水分含量，折算成13%水分时的千粒重进行计算。每小区收获1 m2计产，折算成籽粒含水率为13%时的产量。

1.2.2 叶面积指数和花后干物质积累量 于小麦各关键生育期（越冬期、拔节期、孕穗期、开花期和成熟期）在每个小区取样20株，测出其叶面积指数(LAI)和茎蘖数，将样品分器官在烘箱内105℃杀青1 h，80℃烘干至恒重，测定干物质积累量，重复3次。

1.2.3 花后旗叶SPAD值和光合性能 分别于开花期和乳熟期，采用SPAD502叶绿素仪（SPECTRUM，美国）测定SPAD值，重复5次。

1.2.4 籽粒品质 籽粒容重：成熟期取籽粒，采用上海东方衡器有限公司生产的HGT-1000型容重仪测定籽粒容重

籽粒硬度：成熟期取籽粒，采用JYDB100X40硬度仪测定籽粒的硬度。分为硬质型，中硬质型和软质型小麦，其中硬度指数大于60%为硬质型，硬度指数介于50%～60%（含60%）为中硬质型，硬度指数介于40%～50%（含50%）为软质型。

籽粒出粉率：采用Brabender磨粉仪(D-28033)磨成面粉，分离出面粉和麸皮，籽粒出粉率的计算见公式(1)。

1.2.5 籽粒加工品质

（1）蛋白质含量：取成熟期籽粒，采用H2SO4-H2O2靛酚蓝比色法测定其含氮量，乘以5.7即为蛋白质含量。

（2）湿面筋含量：使用美国产FOSS-370型近红外线谷物分析仪测定其湿面筋含量。

（3）沉降值：采用Brabender磨粉仪(D-28033)磨成面粉，并运用SDS常量法测定沉降值。

1.2.6 籽粒面粉品质 面粉糊化特性：参照AACC60-02方法测定。含水量为14%时，称取3.00 g面粉，蒸馏水25 mL放入测试罐中，每个样品测定重复3次。使用澳大利亚Newport Scientific仪器公司生产的快速粘度分析仪测定面粉的糊化特性。

面粉溶剂保持力(SRC)：按照AACC 56-11方法测定4种SRC指标，准确称取(1.000±0.01)g小麦粉放入10 mL离心管中，加入不同溶剂[蒸馏水、5%(W/W)乳酸、50%(W/W)蔗糖、5%(W/W)碳酸钠]5±0.01 g，室温溶涨，溶胀期间每隔5 min震荡约5 s，待20 min后与1000 r/min离心15 min，弃去上清液，倒扣在吸水纸上，沥干后称重。SRC的计算见公式(2)。同时算出GPI（面筋性能指数），见公式(3)。

1.3 数据处理与统计分析

采用Excel 2010进行数据统计、SigmaPlot10.0绘图，用SPSS 19.0进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 增密减氮模式下小麦籽粒品质的差异

由表2两年实验数据表明，小麦的磨粉品质、沉降值、出粉率以及湿面筋含量等受施氮量与种植密度互作的影响。在施氮量为240 kg/hm2的相同条件下，随着小麦田间种植密度的上升，小麦蛋白质与湿面筋含量、沉降值都呈现先升高再下降的趋势，其中蛋白质含量在M2N1模式下为11.68%和10.55%，M3N1模式仅为11.53%和8.9%，同时湿面筋含量和沉降值的变化也与蛋白质的变化趋势相同，种植密度一样的条件下，施氮量与籽粒蛋白质含量呈正相关，蛋白质最高达11.68%和10.55%，施氮量较低的条件下仅为11.08%与9.9%，差异显著。籽粒容重、硬度和出粉率无显著的变化。同时相较于第一年，第二年的蛋白质含量显著降低，可能是由于第二年粒数过高导致粒重降低，从而导致干物质积累量降低，降低了小麦的氮素的积累。

表2 增密减氮模式下小麦籽粒品质的差异

2.2 增密减氮模式下小麦面粉溶剂保持力的差异

‘宁麦13’溶剂保持力结果如表3所示，小麦面粉溶剂保持力受密肥影响大，面筋性能指数(GPI)变幅较小，第一年范围为0.37～0.48，第二年为0.42～0.52。其中，第一年蔗糖SRC值最大，水SRC值最小；第二年碳酸钠SRC值最大，水SRC值最小。‘宁麦13’的GPI小于0.6，表明总体上弱筋品质较好，可以通过栽培措施手段改善‘宁麦13’品质以达到优质弱筋小麦标准。

表3 增密减氮模式下小麦面粉溶剂保持力(SRC)的差异

2.3 增密减氮模式下小麦面粉糊化特性的差异

由表4两年实验数据可知，峰值粘度和最终粘度的密度处理为180万/hm2＞240万/hm2＞300万/hm2。当密度为240万/hm2时，施氮量对峰值粘度、低谷粘度、稀懈值、最终粘度、反弹值的影响表现为150 kg/hm2＜180 kg/hm2＜240 kg/hm2。由此可知当密度一定时，施氮量对最终粘度和反弹值有显著影响，表现为施氮量的增加有上升的趋势。当密度为240万/hm2，施氮量为180 kg/hm2，峰值粘度、最终粘度、低谷粘度、稀懈值和反弹至都较小，有利于弱筋小麦‘宁麦13’品质的改善。

表4 增密减氮模式下小麦糊化特性的差异

2.4 增密减氮模式下小麦LAI的差异

由表5可知，小麦LAI随着时期而不断变化，基本在孕穗期出现最大值。不同的施氮量与种植密度对小麦各时期的LAI都会产生影响。且各模式间均存在差异，各时期的表现均为M2N1高于M1N1和M3N1，说明在相同施氮量水平下过高或过低密度都会使小麦的叶面积指数下降；同时前期小麦LAI最高值出现在M2N1模式为0.71，说明前期施氮肥可以有效的增大叶面积，但后期小麦叶面积指数会显著降低，说明随着后期施氮量的减少，各模式间的叶面积指数也发生了变化，最大值出现在M2N3模式，拔节、孕穗和开花期具体数值为4.11、7.61和4.92，说明在相同密度条件下增施氮肥可以促进小麦叶面积指数，但过量增加氮肥会导致叶面积指数的降低。综上所述，种植密度与氮肥对小麦叶面积有着促进的作用，但过高的氮肥与种植密度会导致小麦叶面积指数的降低。

表5 增密减氮模式下小麦LAI的差异

2.5 增密减氮模式下小麦茎蘖动态的差异

由表6可知，不同种植模式下的小麦其群体结构中的茎蘖动态也不同，其中茎蘖数最大值均出现在拔节期，后期则出现了不同程度的降低，M1N1模式成穗率最高为39.24%，但由于其本身的密度不高，成熟期穗数不高仅为438×104株/hm2，其次为M2N1，成穗率为39.07%，因基本苗起点高，最终成穗数高于M3N1模式，但过量的增密会导致成穗率下降，可能是由于过高的氮肥导致茎蘖数增加从而使群体内竞争加剧，无效分蘖数增加，导致最终成穗率不高。

表6 增密减氮模式下小麦茎蘖动态的差异

2.6 增密减氮模式下小麦干物质积累量的差异

由表7可知，花后干物质积累量与产量密切相关，积累量越多的处理产量也就越高。在施氮量相同的情况下，种植密度越高，小麦前期的干物质积累量也越多，但是从开花期开始，高密条件下小麦的积累量却出现下降的趋势，从而导致花后干物质积累量最大值出现在M2N1模式下为5357.8 kg/hm2；而在种植密度相同的条件下，施氮量越多，各时期的干物质积累量总体来说也越高，综上所述小麦花后干物质积累量的提高得益于合理的密肥互作组合，有利于产量的提高。过高的种植密度与施氮量会导致小麦群体内竞争加剧，从而使小麦后期的干物质积累量降低，导致小麦生长受阻产量降低。

表7 增密减氮模式下小麦干物质积累量的差异

2.7 增密减氮模式下小麦花后旗叶SPAD值的差异

由表8可知，小麦的SPAD值基本在花后7天达到最大值，后开始降低，同时相比与产量，较高产量的处理SPAD值也会高于别的处理，说明小麦剑叶SPAD值与产量呈现正相关的关系，前期各处理的SPAD最大值均出现在M2N4模式，说明增施氮肥可以显著提高小麦剑叶SPAD值，后期以M2N1模式与M2N3模式SPAD值较大，分别为47.77和47.4，说明在相同施氮量条件下，各时期的SPAD值与种植密度的大小并无关联，但是过高的密度会导致SPAD值降低幅度增大，从而降低SPAD值，影响产量；在相同密度条件下，随着施氮量的增加，各时期的SPAD值总体也在增加，呈正相关的关系，但是低密度情况下会导致后期SPAD值降幅过大，进而影响产量。

表8 增密减氮模式下小麦旗叶SPAD值的差异

2.8 增密减氮模式下小麦产量及其构成的差异

由表9两年数据可知小麦的产量既受种植密度影响也受施氮量的影响，其中M2N1模式产量最高为7959.67 kg/hm2和 9128.87 kg/hm2，M2N2 模式最低为6116.67 kg/hm2和5234.27 kg/hm2，而造成产量差异的原因就在于产量的三要素，M2N1产量三要素都高于其他处理，因此产量最高，同时M1N1产量较低的原因是密度低导致的穗数不足，仅为438.33×104/hm2，所以产量不高，M3N1则是因为密度过大加大了群体内的竞争所以导致穗数，粒数和千粒重都不高。说明在施氮量相同的条件下，小麦的产量与种植密度呈正相关关系，但密度不断增加产量却会出现下降的趋势；同时在相同种植密度条件下，施氮量增加有利于小麦产量三要素的增加。但过高的施氮量会导致小麦蛋白质含量过高，从而超过弱筋小麦的标准。

表9 增密减氮模式下小麦产量及其构成的差异

3 讨论

本试验所在的年度，第二年出苗期间出现持续干旱天气，影响了种子的萌发，同时因疫情的影响，导致田间管理不足，田间杂草偏多，小麦的生长受到抑制，分蘖降低，导致穗数较少。同时后期光照充足，每穗粒数增加，从而获得了高产。

前人研究表明，小麦籽粒品质受到多个条件的互作影响，在本试验条件下，小麦的种植密度和施氮量都会影响其籽粒的品质，朱冬梅等[11]试验表明湿面筋含量与所施肥料的含氮量成正相关。束林华等[12]提出，通过增施氮肥来提高小麦籽粒产量、蛋白质含量时，对施氮量有一定的要求，当施氮量高于这个临界值，弱筋小麦就会由于蛋白质含量超标不符合国家标准。适当的增加密度与施氮量会显著提高小麦籽粒的品质，而种植密度与施氮量过高则会导致湿面筋含量减少[13-14]，小麦籽粒硬度、出粉率和沉降值的下降，从而降低小麦的籽粒品质。本试验中，弱筋小麦‘宁麦13’SRC值变化较大，受栽培措施的影响大，品质较不稳定，其中GPI值变化范围在弱筋小麦的范围之内，反映出‘宁麦13’的品质较优。‘宁麦13’的RVA特性在240万/hm2密度条件下，施氮量增加会导致粘度仪参数的降低，说明‘宁麦13’面团韧性强。施氮量在150 kg/hm2和180 kg/hm2时，所得小麦籽粒品质与国家弱筋小麦标准相符合，但当施氮量为240 kg/hm2，小麦的蛋白质含量和湿面筋含量与国家标准相违背，不再满足弱筋小麦品种要求。此试验结果与李春燕等[15]研究得出的施氮量对弱筋小麦品质有显著影响且不应超过240 kg/hm2的结论相同。所以在保证小麦满足国家弱筋小麦标准的条件下实现弱筋小麦高品质化，应该控制总施氮量为180 kg/hm2，就可以获得优质弱筋小麦籽粒[16-17]。

小麦的产量主要由栽培措施中的种植密度以及施氮量决定[18-20]。苏玉环等[21]研究的数据表明，小麦的种植密度对单位面积穗数、千粒重、茎蘖成穗率等因素影响十分显著，并且由此得出种植密度应随着小麦品种分蘖特性的不同而改变这一建议。于振文等[22-23]由试验结果提出，当种植密度较低时，便于小麦通风以及透光，从而可提高其光合作用能力，然而低密度的种植也会导致单位面积收获的小麦穗数不够，影响最终产量；而增大种植密度虽然可以增加单位面积收获的小麦穗数，但是单位面积小麦群体过大会导致倒伏，因此一味地扩大小麦的种植密度反而会对群体的构建造成不良影响。由此可知，调整小麦的种植密度是我们协调小麦个体与群体关系的一个重要手段，通过试验研究我们可以找到小麦产量实现最大化的栽培模式。王月福等[24]研究提出，适当地提高小麦的施氮量也是提高小麦产量的一个重要方法，因为氮肥可以增加单位面积的小麦穗数以及穗粒数，但是过度施氮却会导致产量减少[25]。在生产过程中我们可以将合适的种植密度以及施氮量同时作用在小麦的生产上，利用密氮互作方法使得小麦群体花后的光合效率依然保持着高水平，由此增强小麦群体后期的光合性能，提高干物质积累量，最终扩大小麦的产量[26]。本试验数据表明，300×104/hm2密度条件下产量仅为6904.5 kg/hm2，远低于240×104/hm2密度下的 7959.67 kg/hm2，说明过高密度会导致产量的降低；同时在相同密度条件下，高施氮量则会导致品质的降低，270 kg/hm2施氮水平下，籽粒蛋白质含量过高导致小麦品质不符合弱筋小麦标准，与前人的观点一致。

本试验为弱筋小麦提供了一套优质稳产的栽培模式，但由于仅在江苏地区种植所以无法确定是否可以适用于更大范围，因此下一步的计划就是在各个不同的地区进行种植以此确保弱筋小麦的优质稳产的栽培模式的适用地区。

4 结论

在本试验条件下，不同密肥模式下小麦品质、群体结构、产量及其构成存在显著差异，M1N1、M3N1、M2N2、M2N3模式下为弱筋小麦群体，且可以在扬州地区达到6000 kg/hm2以上的高产，采用种植密度为240×104/hm2的基本苗，同时施氮量为180 kg/hm2，氮肥运筹比例为7:1:2:0的栽培模式，弱筋小麦的优质稳产具有较高产量、LAI、茎蘖成穗率、SPAD值和干物质积累量同时籽粒品质符合弱筋小麦标准，低筋力、低蛋白、稳定的面筋性能指数以及糊化特性。这些指标都可以通过栽培模式进行调控，应在弱筋小麦的优质稳产群体中加以重视。