小麦产量和品质对不同类型土壤和施氮处理的响应

刘哲文，郭丹丹，常旭虹，王德梅，王艳杰，杨玉双,王玉娇，柏军兵，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/农业部作物生理生态与栽培重点开放实验室，北京 100081)

小麦是我国重要的粮食作物，绿色、优质、高产成为当前小麦研究的重要内容。提高小麦产量和品质对实现国家粮食安全战略、促进我国农业生产发展和改善人民生活水平具有重要意义。

土壤作为重要的环境因素对小麦植株生长、产量、品质均会产生影响。研究表明，小麦植株吸收的氮72.51%～73.57%来自土壤氮，26.43%～27.49%来自于肥料氮。籽粒产量与土壤基础地力关系密切。土壤质地对籽粒蛋白质积累影响较大，蛋白质含量随土质黏重程度的提高而增加。小麦籽粒的氮素大部分由植株开花前储存在营养器官中的氮素转运而来，增加小麦花前氮素积累量可以提高籽粒氮素含量。高肥力麦田追氮过早不利于小麦群体控制,实施“氮肥后移”能够有效控制群体发展。施氮能够显著提高小麦的干物质积累量、花前干物质转运量和产量，但不同氮肥运筹对不同土壤中小麦植株的生长、籽粒产量和品质影响存在差异。

目前，氮肥运筹与土壤类型对小麦生长发育影响的研究较多，但结果存在较大差异。为获得更多土壤与小麦产量和品质关系的资料，本试验选用两种土壤类型，研究不同土壤类型在不同生育期追氮对津强11号籽粒产量和品质的影响，以明确不同土壤类型下适合小麦生长的追氮时期，为氮肥的合理施用及小麦的高产优质栽培提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验采用盆栽方法，于2020—2021年度在中国农业科学院作物科学研究所温室内进行。供试的黑土取自黑龙江地区，潮土取自中国农业科学院中圃场的耕层。供试品种为春小麦品种津强11号。土壤基础养分状况如表1。

表1 土壤基础养分状况

1.2 试验设计

采用随机区组设计，主因素为土壤，分别为A(黑土)和A(潮土)；次因素为施氮处理，分别为B(不施肥)、B(底施)、B(三叶期施)、B(拔节期施)和B(抽穗期施)，均每盆施尿素2 g，尿素含氮46%。于2020年10月19日将供试土壤混匀后装盆并播种，每盆装土3.1 kg，盆内直径0.24 m、高0.18 m，每盆种15株，留苗8株，3次重复，共计30盆。2020年12月7日移入温室，2021年3月6日收获。生育期水分供应充足。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 穗部性状及产量测定

成熟期按盆收获进行室内考种，测定株高、穗长、总小穗数、穗粒数、千粒重和籽粒产量。

1.3.2 籽粒性状测定

采用杭州万深检测科技有限公司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)和圆度(GR)。

1.3.3 籽粒粗蛋白及组分含量测定

采用FOSS Kjeltec2003全自动凯氏定氮仪(丹麦FOSS公司)测定全氮；蛋白质组分采用连续振荡法测定。全氮含量×5.7为蛋白质含量。

1.4 数据分析

采用Excel 2010进行数据整理，用DPS软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同类型土壤和施氮处理对小麦穗部性状和产量的影响

由表2可知，小麦的株高、穗长、总小穗数、穗粒数、千粒重和籽粒产量均表现为黑土>潮土，二者间差异均显著。黑土(A)中小麦的株高、穗长、总小穗数、穗粒数、千粒重和产量分别比潮土(A)增加14.78%、10.66%、5.76%、28.07%、18.37%和38.4%。说明土壤基础肥力较高的黑土更有利于小麦生长。

表2 不同类型土壤下穗部性状及产量

由表3可知，不同施氮时期对小麦产量及其相关因素影响不同。与不施氮(B)处理相比，施氮处理均能提高小麦籽粒产量。随着施氮时期的后移，产量表现为先上升后下降的趋势，B达到最大值；B、B、B、B较B分别增产 12.34%、40.51%、78.80%、76.27%，并且B、B、B处理显著高于B处理。不同处理间比较，B的千粒重最高，且显著高于其他处理；B处理的穗长、穗粒数和千粒重显著低于其他处理；B和B处理间的株高、穗长、总小穗数和穗粒数无显著差异；各穗部性状和产量均以B最高，产量的提高主要由于穗粒数和千粒重的协同提高。各施肥处理间穗粒数和产量的变异系数较大，分别为24.99%和25.40%，说明施氮肥时期主要通过改变穗粒数对籽粒产量产生影响。

表3 不同施氮处理的穗部性状及产量

由表4可以看出，类型土壤和施氮时期互作对小麦产量及其构成因素有显著影响。其中，AB处理下的各被测指标均最高，其千粒重显著高于其他处理，株高、穗长和籽粒产量显著高于除AB处理外的其他处理，总小穗数与AB、AB处理间差异不显著，显著高于其他处理，穗粒数与AB、ABAB处理间差异不显著，显著高于其他处理。各处理间穗长的变异系数最小(11.04%)；千粒重的变异系数最大(29.83%)，说明其易受到土壤环境和施肥时期互作的影响。

表4 不同类型土壤和施氮处理的穗部性状及产量的比较

2.2 不同类型土壤和施氮处理对籽粒性状的影响

方差分析表明，仅对籽粒圆度有显著影响，潮土处理(A)的籽粒圆度(GR)显著高于黑土(A)，对其他指标均无显著效应。施氮时期对被测性状均无显著效应。说明小麦籽粒的圆度易受栽培土壤影响，施氮时期对小麦籽粒性状影响不显著。

由表5可知，除籽粒长(GL)外，其他籽粒性状在各处理间均无显著性差异。其中，AB的籽粒长(GL)显著高于其他处理(<0.05)，AB显著低于其他处理(<0.05)。说明土壤类型和施氮时期对除籽粒长外的其他籽粒性状无显著交互作用。在潮土条件下，拔节期施肥使籽粒的长度显著增加，具体原因有待进一步研究。

表5 不同类型土壤和施氮处理的籽粒性状比较

2.3 不同类型土壤和施氮处理对小麦籽粒蛋白质及其组分含量及产量的影响

由表6和图1可知，土壤类型对籽粒蛋白质及其组分含量均有显著影响。黑土处理的蛋白质含量和产量均显著高于潮土处理，分别提高了14.35%和38.71%；黑土处理的清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白含量也均显著高于潮土处理(A)，分别增加6.69%、8.67%、16.67% 和19.11%，增幅表现为谷蛋白>醇溶蛋白>清蛋白>球蛋白，表明黑土更有利于谷蛋白的提高。

表6 不同类型土壤的籽粒蛋白质含量及产量比较

相同蛋白组分图柱上不同小写字母表示差异达到0.05显著水平。下同。

由图2可知，籽粒蛋白组分含量随施氮时期的后移显著上升。B较B的清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白含量分别提高了23.73%、28.48%、48.46%和65.90%，说明随着施氮时期的后移，籽粒各蛋白组分含量不断提高，抽穗期(B)追施氮肥各组分含量最高。

图2 不同施氮处理的籽粒蛋白组分含量比较

由表7可知，不同施氮时期对蛋白质含量和产量具有显著影响。与不施肥(B)相比，抽穗期(B)、拔节期(B)、三叶期(B)、底施(B)氮肥处理的籽粒蛋白质含量分别提高了39.45%、27.37%、14.98%、9.02%。B较B的蛋白质产量提高了45.71%，B较B的蛋白质产量则减少了1.1%。这说明蛋白质含量以抽穗期施氮肥(B)最高，蛋白质产量为拔节期施氮肥(B)最高。说明津强11号在抽穗期施肥改善了籽粒蛋白质含量，拔节期施肥提高了籽粒蛋白质产量。

表7 不同施氮处理的籽粒蛋白质含量及产量比较

由表8可知，不同类型土壤及施氮时期的交互作用对强筋小麦品种津强11号蛋白质组分的影响显著。黑土条件下，各处理的蛋白质含量、清蛋白、球蛋白和醇溶蛋白随施氮期后移规律不明显，蛋白质含量表现为：AB较AB提高了 1.62%，AB较AB减少了0.26%，AB和AB较AB分别提高了1.93和2.71个百分比；谷蛋白随施肥时期的后移表现为逐渐上升的趋势，AB较AB增加了12.37%和17.37%，差异达到显著水平(<0.05)；蛋白质产量则表现为先上升后下降的趋势，其中，AB较AB提高了40.24%，AB较AB减少了7.83%。潮土条件下，各蛋白组分含量、蛋白质含量及产量均随着施肥时期的后移而增加，其中，AB的蛋白质含量较AB、AB、AB、AB分别提高了68.55%、41.07%、25.57%、0.15%，均达到显著水平。蛋白组分含量比较，清蛋白的变异系数最小(9.52%)，稳定较好，谷蛋白的变异系数较大(21.93%)，蛋白质产量的变异系数最高(38.44%)。

表8 不同类型土壤和施氮处理的蛋白组分含量和蛋白质产量比较

3 讨 论

3.1 土壤类型对小麦产量和品质的影响

不同类型土壤和施肥时期对小麦品质有重要影响。研究表明，小麦产量和蛋白质含量与土壤养分状况呈显著正相关。本试验验证了这一结果，表现为黑土处理的穗部性状、产量和品质高于潮土，黑土条件下的籽粒产量、蛋白质含量和蛋白质产量较潮土分别提高了38.4%、14.35%和38.71%；但潮土处理较黑土处理的籽粒饱满度(GR)明显提高。本研究中，黑土的有机质、全氮、碱解氮、速效磷和速效钾含量均高于潮土，对籽粒蛋白质含量影响较大的土壤有机质、全氮和碱解氮含量分别是潮土4.94倍、3.58倍和2.24倍(表1)，这可能是在其他栽培管理条件相同时，造成黑土种植的小麦籽粒蛋白质含量高于潮土的重要原因。本研究中，潮土条件下的总小穗数与穗粒数较正常条件明显低，且平均每小穗数结实粒数较少，可能由于温室生长的小麦生育时期较短，具体原因有待进一步分析。

3.2 施肥时期对小麦产量和品质的影响

研究发现，小麦蛋白质含量随施肥时期的后移而显著提高，其中，前期施氮有利于提高籽粒产量，后期施氮会促进蛋白质含量的提高。也有研究表明，起身期追氮加速小麦分蘖，导致小麦有效穗数减少；拔节期施氮会促进小麦穗粒数和千粒重的提高，继续推迟施肥则会造成产量减少；抽穗期施氮提高了籽粒蛋白质含量。这与本研究结果一致，各处理株高、穗长、总小穗数、穗粒数、千粒重、籽粒产量和蛋白质产量均表现为：拔节期>抽穗期>三叶期>底施>不施肥；拔节期(B)的穗粒数和千粒重最高，为20.33和41.49 g，较不施肥增产幅度最大(78.80%)；产量的提高主要是通过总小穗数和穗粒数的协同提高。但籽粒各蛋白组分含量随施氮时期的后移表现为逐渐上升的趋势，为抽穗期>拔节期>三叶期>底施>不施肥，抽穗期施氮显著提高了清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白含量；蛋白质含量较不施肥提高39.45%，表明抽穗期施肥显著改善籽粒蛋白质含量。

3.3 土壤类型和施肥时期互作对小麦产量和品质的影响

关于小麦高产优质生产的适宜的土壤条件和追氮时期的研究，前人已有较多研究，但小麦的产量和品质因环境条件、栽培措施、品种的不同有明显的差异。有研究表明，后期增施氮肥只有在前期肥力较高的基础上才可提高籽粒蛋白质含量。还有研究表明，追氮时期对籽粒产量和蛋白质含量的效应并不同步，即产量最大的施氮时期并不是蛋白质含量最高的施氮时期。

本研究中，黑土的土壤有机质含量较高，其小麦产量和品质及穗部性状均高于潮土，AB的产量最高，为每盆6.57 g，AB的产量最低，每盆为2.54 g，可能由于黑土的土壤养分含量较高，尤其是土壤的有机质含量是潮土的4.94倍；产量主要通过提高穗粒数和千粒重，且拔节期施肥增产效果最佳。本研究中，所测植株和产量的数据均低于大田数据，可能由于温室培养，导致小麦生育期较短，具体原因还有待进一步验证。从品质方面讲，蛋白质含量在黑土条件下出现两个小高峰，第一个小高峰为AB(15.64%)，第二个小高峰为A 1B(17.53%)和AB(18.31%)；谷蛋白含量随施肥时期的后移表现为逐渐上升；表明黑土处理在施底肥和拔节、抽穗肥时均会有效的提高小麦品质。潮土条件下，各组分蛋白含量及产量均随着施肥时期的后移而增加；其中，AB处理的蛋白质含量较AB提高了68.55%，差异达到极显著水平。黑土在拔节期追氮有利于津强11号籽粒产量和蛋白质产量提高，而抽穗期施氮有利于蛋白质含量的提高，这与杨扎根、鞠正春等研究结果相似。