不同氮磷钾肥处理对小麦产量和品质的影响

郭丹丹 刘哲文 常旭虹 王德梅 王艳杰 杨玉双 王玉娇 石书兵 赵广才

（1.新疆农业大学农学院 新疆乌鲁木齐 830052；2.中国农业科学院作物科学研究所/农业农村部作物生理生态与栽培重点开放实验室 北京 100081）

近年来我国小麦产量屡创新高，2016-2021年，我国小麦总产量均在1.33亿t以上，小麦生产对保障国家粮食安全起到重要作用。随着生活条件的改善和消费结构的优化，人们对优质强筋和优质弱筋小麦的需求不断增加，因此，需要实现优质小麦产量和品质的协同提高，而合理施用化肥是最有效的增产增效措施之一。

研究表明，不同品种小麦的氮磷钾配合施用相比单施氮、磷、钾及不施肥的籽粒产量和蛋白质含量均有显著影响[1-2]。强筋小麦通常在低肥地块增施氮肥，会达到较明显的增产效果，中高肥力地块增施氮肥则可提高籽粒蛋白质含量和改善加工品质[3]；施加磷肥后提高产量的效果显著[4]；施钾可提高小麦籽粒蛋白质含量，极显著提高了球蛋白和醇溶蛋白含量[5]，能够在提高产量的同时改善品质。弱筋小麦在生产中应控制氮肥的施用量、增施磷肥，由于钾肥易淋失，所以适度补钾，可以提高小麦产量，改善籽粒品质[6]。

尽管提高氮磷钾的施用可以提高小麦产量和品质，但不合理施肥伴随着产量和品质的降低问题值得重视。强筋、弱筋小麦品质形成及产量与品质同步提高与其合理施肥密切相关，改善施肥技术和适当减少化肥的过量施用可以提高小麦产量和肥料利用率，减少养分流失[7]。本试验选用广泛种植的两种筋型的小麦品种，研究氮、磷、钾三大营养元素配施对小麦产量、品质的影响。为不同筋型小麦实现高产优质高效生产提供理论依据及技术参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

采用盆栽试验，于2020-2021年在中国农业科学院作物科学研究所温室(38°49′61″N、116°13′18″E)进行。供试土壤为潮土、壤质，取自中国农业科学院中圃场的耕层，土壤基础养分见表1。

表1 土壤基础养分状况

1.2 试验方法

试验为两因素随机区组设计。A因素为品种，A1：扬麦15号；A2：津强6号。B因素为肥料处理，设5个水平，B1：不施肥；B2：每盆施氮素 2 g（使用肥料为含氮46%的尿素）；B3：每盆施五氧化二磷2 g；B4：每盆施氧化钾2 g；B5：每盆氮磷钾肥各施2 g。磷钾肥全部底施，氮肥分2次施用，底肥、追肥各施50%，追肥在拔节期随水施入。于2020年10月19日在试验网室将供试的土壤搅拌均匀后装入盆内，然后播种。盆内直径22 cm、高 18 cm，土壤净重3 kg/盆。每盆播种15粒，出苗后选留健壮整齐的幼苗10株，3次重复，共30盆，2020年12月7日移入试验温室，生育期间随时观察土壤墒情，及时补水，保证水分供应充足。2021年3月6日收获。成熟后全部收获，进行室内考种并测定相关指标。

1.3 测定指标

1.3.1 穗部性状及籽粒产量 收获期，每盆收取10株完整小麦植株进行室内考种，测定总小穗数、不孕小穗数、穗粒数、千粒重、产量。

1.3.2 籽粒性状 采用杭州万深检测科技有限公司生产的稻麦性状测定仪（SC-G型）测定籽粒投影面积（GA）、籽粒周长（GC）、籽粒长宽比（L/W）、籽粒长（GL）、籽粒宽（GW）、籽粒直径（GD）和籽粒圆度（GR）。

1.3.3 籽粒粗蛋白及组分含量 籽粒粗蛋白质含量采用上海晟声凯氏定氮仪测定全氮含量，按照籽粒全氮含量×5.7折算蛋白质含量；蛋白质组分采用连续振荡法[8]顺序提取清蛋白、球蛋白、谷蛋白和醇溶蛋白后，用凯氏定氮仪测定籽粒含氮量。籽粒蛋白质产量（g/盆）=蛋白质含量（%）×籽粒产量。

1.4 数据处理

采用Excel对所有数据进行初步处理，采用DPS软件进行系统分析。

2 结果与分析

2.1 品种与施肥对穗部性状及籽粒产量的影响

2.1.1 不同品种和氮磷钾配施对穗部性状及籽粒产量的效应 由表2可知，2个品种间除穗粒数和籽粒产量外，各性状差异均极显著（P<0.01）；总小穗数、不孕小穗数和穗粒数以A1最高，但千粒重和籽粒产量以A2最高。不同施肥处理间除千粒重外其他各性状差异显著，其中施氮（B5、B2）均极显著高于不施氮（B1、B3 和 B4），并且总小穗数、穗粒数、千粒重和籽粒产量均以B5最高，B2次之，但不孕小穗数相反。单施氮（B2）、磷（B3）、钾（B4）与不施肥（B1）相比，单施氮（B2）改善了籽粒的穗部性状，并提高了产量，其中总小穗数达到显著差异水平，不孕小穗、穗粒数和籽粒产量达到极显著差异水平。单施磷（B3）和单施钾（B4）的各性状和产量均与对照（B1）无显著差异。施肥处理间穗粒数和籽粒产量的变异系数分别达到40.72%、43.95%，可见氮磷钾配合施用对穗粒数和产量影响较大。

表2 不同品种和施肥对穗部性状及籽粒产量的效应

2.1.2 不同处理组合对穗部性状及籽粒产量的影响由表3可知，品种和施肥对小麦穗部性状的影响均达到显著或极显著水平。在A1条件下，A1B2和A1B5的总小穗数和穗粒数相比A1B1极显著增加（P＜0.01），不孕小穗数和千粒重反而降低；A1B5穗粒数19.45粒和产量5.55 g/盆，均最高，A1B2次之且二者差异极显著（P<0.01），A1B3 产量（2.38 g/盆）最低。 在A2条件下，穗粒数、千粒重和籽粒产量均表现为A2B5>A2B2>A2B4>A2B3>A2B1，且 A2B2、A2B5极显著高于其他处理（P<0.01）。

表3 不同品种和施肥对小麦的穗部性状及籽粒产量的影响

从2个品种的施肥效应分析，扬麦15（A1）的单施氮（A1B2）、单施钾（A1B4）和氮磷钾配施（A1B5）处理较不施肥对照（A1B1）分别增产55.4%、3.1%和55.7%，单施磷（A1B3）减产3.4%，并且A1B2和A1B5与不施肥对照相比差异极显著（P<0.01)。津强6 号（A2）单施氮（A2B2）、单施磷（A2B3）、单施钾（A2B4）和氮磷钾配施（A2B5）分别较不施肥对照（A2B1）增产 48.8%、3.9%、14.5%和 60.1%，其中，A2B2和A2B5与对照（A2B1）相比差异极显著。各处理组合中，总小穗数的变异系数最小，为9.45%，稳定性较好。由于品种和施肥处理对穗粒数和产量都有重要影响，因此穗粒数和产量的变异系数最大，分别为 40.12%、42.48%。

2.2 品种与施肥对籽粒性状的影响

由表4可知，分析不同品种小麦籽粒性状，成熟小麦种子的7个籽粒性状（籽粒投影面积、籽粒周长、籽粒长宽比、籽粒长、籽粒宽、籽粒直径、籽粒圆度），除籽粒宽（GW）差异不显著、变异系数较小，其他6个性状间差异均达到极显著水平（P<0.01），且变异系数较大； 其中 GA、GC、L/W、GL、GD 均为 A2>A1，但A2的籽粒圆度（GR）相对较低。不同施肥处理间各籽粒性状均无显著差异，变异系数均较小且稳定，其中，籽粒直径（GD）的变异系数最小，表明这一性状较其他性状更稳定。不同施肥处理中，B2的GA、GC、L/W、GL、GD略高于其他处理，但GR最低，B4的GW较高，B1、B4和B5的 GR均高于其他处理，但差异均较小，有待进一步验证。

表4 不同品种和施肥对籽粒性状的效应

2.3 品种与施肥对蛋白质组分含量及产量的影响

2.3.1 不同品种和氮磷钾配施对蛋白质组分含量及产量的效应 由表5可知，津强6号(A2)的各籽粒蛋白质组分含量均极显著高于扬麦15号（A1），并且分别增加了 10.73%、20.11%、17.42%、24.35%、21.84%、11.49%，整体表现为种津强6号＞扬麦15。在不同施肥处理条件下，小麦籽粒清蛋白、球蛋白为氮磷钾配施（B5）最高；醇溶蛋白和谷蛋白均为单施氮（B2）最高（P<0.01%），单施钾（B4）最低；但不同施肥处理对各蛋白质组分含量的提高幅度有差异，即对醇溶蛋白和谷蛋白的增加幅度高于清蛋白和球蛋白。与B1相比，B2处理的贮藏蛋白和可溶性蛋白分别增加了44.44%、23.62%；B5处理分别增加了 39.03%、15.67%；B3处理下贮藏蛋白增加了0.43%，但可溶性蛋白降低了3.42%；B4处理分别降低了9.35%和6.34%。相反，与B1相比，氮磷钾均施（B5）的谷醇比降低了3.57%，但B2、B3和B4均呈现增加的趋势，分别为19.54%、2.87%和6.32%，各处理间无显著差异（P<0.05)。

表5 不同品种和施肥对籽粒蛋白质及其组分的效应

由表6可知，不同施肥处理间氮磷钾配施（B5）的蛋白质含量和产量均最高，并且B5和B2极显著高于 B1、B3 和 B4（P<0.01）；B3、B4 与 B1 相比，蛋白质含量及产量均呈现下降趋势，其中蛋白质含量分别下降1.97个和2.69个百分点，蛋白质产量分别下降13.88%和11.11%。总体而言，蛋白质含量表现为B5>B2>B1>B3>B4，蛋白质产量均表现为B5>B2>B1>B4>B3。

表6 不同品种和施肥对籽粒蛋白质含量及蛋白质产量的效应

2.3.2 不同处理组合对籽粒蛋白质组分及产量的影响 由表7可知，除谷醇比无显著差异外，其他品种和施肥处理对小麦品质性状的交互作用均表现显著或极显著影响。清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白分别为A2B5、A1B5、B2B2和A2B5极显著高于其他处理（P<0.01），但扬麦 15号（A1）的清蛋白（A1B1）、球蛋白（A1B2）、醇溶蛋白（A1B3）和谷蛋白(A1B4)均为最低值；各筋型小麦的不同处理间球蛋白和谷蛋白受施肥处理的影响较大且不稳定，变异系数达到33.13%和28.18%。A2B5的贮藏蛋白含量和A2B2的可溶蛋白含量最高；A2B1贮藏蛋白含量和A1B1的可溶蛋白含量最低；谷醇比无显著差异。其中，蛋白质产量的变异系数最大，为61.46%，清蛋白的变异系数最小，为11.18%。

表7 不同品种和施肥对籽粒蛋白质含量及蛋白质产量的影响

3 讨论

3.1 施肥处理对不同品种小麦产量及其构成因素的影响

作物产量受土壤条件、气候因素、施肥措施、作物品种与管理等多种因素的影响[9]。前人对不同筋型小麦栽培管理及产量影响因素[10-11]等方面作了比较深入全面的研究。有研究认为，氮磷钾肥运筹对不同筋型小麦籽粒产量的影响表现为N＞P＞K，且主要是通过穗粒数和千粒重的增加来提高产量[12]。另有试验表明，单施氮对穗数、穗粒数影响最大，其次为钾肥，再次为磷肥，不施肥最低[13]。

本试验结果表明，扬麦15通过穗数和穗粒数的提高来增加产量，而津强6号主要通过穗粒数和千粒重提高产量。其中，不同品种小麦施用氮肥均有助于穗数和穗粒数的提高，以氮磷钾配施产量最高。本试验趋势NPK>N>K>P与冯金凤[13]的研究结果相同，与张海竹[12]的结论不尽相同，可能与供试品种和试验地土壤基础养分含量较高有关，有待进一步验证。

3.2 不同品种与施肥处理对小麦表观籽粒性状的影响

有研究表明，在同一播种条件下，不同小麦品种的粒长、粒宽、长宽比等籽粒性状差异较大[14]，但与本试验中籽粒性状的测试结果不尽相同。本试验结果显示，不同品种的小麦籽粒性状除籽粒宽度（GW）差异不显著，且变异系数较小，相对比较稳定，其余性状均具有极显著差异，且变异系数较大。本试验中施肥处理对籽粒表观性状的影响较小，不同施肥处理之间各籽粒性状虽有区别，但均未达到显著差异水平。可见品种的基因型对籽粒表观性状的影响大于栽培因素的影响。不同的试验结果对籽粒性状的影响存在差异，可能是由于供试的不同品种的遗传特性及生态环境和肥水管理水平不同，导致小麦籽粒的各种性状表现不同，有待进一步验证。

3.3 不同品种与施肥处理对小麦品质的影响

有研究报道，弱筋小麦植株不同部位的氮素运转积累状况显著低于强筋小麦[15]，并且不同品种小麦的蛋白质含量主要受氮肥用量影响较大。另有研究表明，强筋小麦的谷蛋白含量、贮藏蛋白及醇谷比（Glu/Gli）高于弱筋小麦，且不同品种的谷蛋白和醇溶蛋白含量的增加幅度显著高于清蛋白+球蛋白含量[16]。本试验结果表明，各品种籽粒蛋白质及组分含量均随肥料的施用而提高（氮磷钾配施>单施氮>单施钾>单施磷>不施肥），且醇溶蛋白和谷蛋白的增加幅度高于清蛋白和球蛋白。贮藏蛋白、可溶性蛋白和谷醇比的含量表现为津强6号>扬麦15，与蛋白质总含量和产量表现相一致。

鉴于本研究为盆栽试验，选取的参试品种及代表性的植株样本较小，可能与大田生产有一定的差异，故应进一步在大田条件下进行验证，为小麦优质高产栽培提供更多参考依据。

4 结论

本研究表明，津强6号的穗部性状及籽粒性状、蛋白质含量及组分高于扬麦15。扬麦15的单施氮、单施钾和氮磷钾配施较不施肥分别增产55.4%、3.1%和55.7%，但单施磷减产3.4%；津强6号单施氮、磷、钾和氮磷钾配施分别较不施肥增产48.8%、3.9%、14.5%和60.1%，并且籽粒产量均以氮磷钾配施最高。本试验中施肥处理对籽粒表观性状的影响未达到显著差异水平。各品种籽粒蛋白质及组分含量均随肥料的施用而提高（氮磷钾配施>单施氮>单施钾>单施磷>不施肥）。