施氮模式对强筋小麦氮素积累和籽粒蛋白质含量的影响

付陈陈，刘子晶，蔡瑞国，郭双双，徐东娜，史金平，张 敏

(1.河北省作物逆境生物学重点实验室/河北科技师范学院农学与生物科技学院，河北秦皇岛 066004；2.秦皇岛市耕地质量监测保护中心，河北秦皇岛 066004)

小麦是我国重要的粮食作物，随着人们生活水平的提高，对小麦品质提出了更高要求，市场对强筋小麦的需求量也越来越大[1-2]。氮肥对强筋小麦的生长起着重要作用，研究表明，氮肥运筹对强筋小麦干物质积累有显著影响[3-5]；干物质积累量与氮素供应相关，追氮时期不同，氮肥对干物质积累的效应不同[6]；合理的施氮模式能够促进植株干物质积累，为籽粒氮素形成提供了物质基础[7-8]。大量研究表明，强筋小麦不同生育时期吸收氮素能力不同，在相同施氮量条件下，孕穗期施氮会促进植株氮素的累积和氮素向籽粒的转运[9-10]。毛凤梧等[11]研究表明，推迟追施氮肥时期和提高氮肥追施比例可提高强筋小麦氮素转运量及其对籽粒的贡献率，有利于提高小麦籽粒产量和蛋白质含量。

小麦籽粒中的氮素主要以蛋白质形式存在，氮素供应时期对小麦籽粒蛋白质及其组分含量具有明显的调节作用[12-14]。Ottman[15]等研究表明，拔节后期追氮肥显著提高小麦籽粒蛋白质含量，但不同蛋白质组分含量因处理而异；潘庆民等[16]发现，拔节期以后施用氮肥可以同时提高籽粒蛋白质及其组分含量；Don等[17]认为，小麦籽粒蛋白质组分含量随施氮肥时期后移呈递增趋势。目前，有关不同施氮量、施氮时期及施氮比例对强筋小麦氮素积累、转运、籽粒蛋白质含量影响的研究已有大量报道，而关于冀东平原氮肥运筹对强筋小麦蛋白质及其组分含量影响的研究鲜见报道。

本试验选用2个强筋小麦品种，在总施氮量为210 kg·hm-2基础上设置4种施氮模式，以产量和蛋白质含量为目标，探索强筋小麦最佳施氮模式，以期为冀东平原强筋小麦生产提供理论依据和技术参考。

1 材料及方法

1.1 试验设计

试验于2020年10月至2021年6月在河北科技师范学院试验站(39°44′N，119°13′E)进行，前茬作物为玉米。供试品种为当地推广强筋小麦津农7号和中麦998。试验地土壤为潮褐土，耕层土壤(0～20 cm)全氮、碱解氮、速效磷、速效钾、有机质含量分别为1.48 g·kg-1、47.56 mg·kg-1、13.29 mg·kg-1、77.48 mg·kg-1和25.42 g·kg-1。采用完全随机区组设计，设置4种施氮模式(CK：底肥50%+拔节肥50%；N1：底肥30%+起身肥20%+拔节肥50%；N2：底肥50%+拔节肥30%+孕穗肥20%；N3：底肥 30%+拔节肥50%+孕穗肥20%；氮肥用量：210 kg·hm-2)。2020年10月9日播种，基本苗为375×104株·hm-2。小区面积为7.5 m2(3 m× 2.5 m)，3次重复。氮肥为尿素(含氮46%)，各处理磷肥和钾肥均按105 kg·hm-2全部作为底肥一次性施用。于2021年6月20日收获。其他管理方法同当地小麦高产大田。

1.2 项目测定与方法

1.2.1 植株干物质积累量与氮素相关指标的测定

开花期标记同一天开花的单茎，于小麦开花期和成熟期各取10个单茎，分成茎、叶、鞘、穗(成熟期为穗轴+颖壳、籽粒)；105 ℃杀青30 min， 60 ℃烘干至恒重，计算干物质积累量。粉碎后采用半微量凯氏定氮法测定全氮含量，参照代新俊[1]的方法计算植株氮素积累量、转运量及其对籽粒贡献率，用氮含量乘以5.7计算籽粒蛋白质含量[10]。3次重复。

1.2.2 蛋白质组分含量的测定

参照何照范[18]方法测定蛋白质组分含量。

1.2.3 产量及其构成因素测定

完熟期每小区取代表性1 m2，测穗数和穗粒数，按小区收获，晒干后测千粒重和产量。

1.3 数据分析

采用 Excel 2010进行数据处理和作图，采用 DPS 7.05进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 施氮模式对强筋小麦干物质积累量的影响

施氮模式对强筋小麦植株干物质积累量具有显著效应(表1)。与CK相比，N2和N3处理显著提高两个品种开花期地上部干物质积累总量，且N2处理显著高于N3处理；津农7号开花期N2处理的叶片和穗轴+颖壳干物质积累量显著提高，中麦998的N2处理开花期茎、叶片和鞘的干物质积累量显著提高。2个强筋小麦品种成熟期籽粒干物质积累量均以N2处理最高，且中麦显著高于津农7号(P<0.05)。

表1 不同施氮模式下强筋小麦的干物质积累量Table 1 Dry matter accumulation of strong gluten wheat with different nitrogen application modes g·stem-1

2.2 施氮模式对强筋小麦氮素积累量的影响

施氮模式对强筋小麦植株氮素积累量有显著效应(表2)。与CK相比，N2处理显著提高2个强筋小麦品种开花期叶片和穗轴+颖壳的氮素积累量；N3处理显著提高津农7号开花期茎的氮素积累量，N1处理降低开花期各器官的氮素积累量；2个品种N2、N3处理的开花期地上部氮素积累总量均显著高于CK；津农7号开花期地上部氮素积累总量及各器官氮素含量平均高于中麦998。成熟期，N3处理的2个品种各营养器官(中麦998鞘除外)氮素积累量均高于其他处理。

表2 不同施氮模式下强筋小麦的植株氮素积累量Table 2 Nitrogen accumulation of strong gluten wheat with different nitrogen application modes mg·stem-1

2.3 施氮模式对小麦营养器官氮素转运的影响

施氮模式对强筋小麦植株氮素转运量有显著效应(表3)。与CK相比，津农7号和中麦998的N2处理的叶片和穗轴+颖壳氮素转运量显著提高，N3处理的茎和鞘氮素转运量显著升高；N2处理2个品种花前氮素总转运量显著高于其他处理，花后氮素积累量均以N1处理最高。花前氮素转运量对籽粒氮素的贡献率，津农7号以CK最高，中麦998以N2处理最高；津农7号花前氮素转运量对籽粒氮素的贡献率显著高于中麦998(P<0.05)。2个品种花后氮素积累量对籽粒贡献率均以N1处理最高。

表3 不同施氮模式下强筋小麦的氮素转运量Table 3 Nitrogen transport of strong gluten wheat with different nitrogen application modes mg·stem-1

2.4 施氮模式对籽粒蛋白质含量的影响

施氮模式对强筋小麦的总蛋白质及其组分含量具有显著效应(表4)。与CK相比，津农7号籽粒总蛋白质含量和醇溶蛋白含量以N2处理最高，清蛋白和谷蛋白含量以N3处理最高；中麦998籽粒总蛋白质含量、醇溶蛋白和谷蛋白含量均以N3处理最高；2个强筋小麦品种球蛋白含量均以N1处理最高。2个强筋小麦品种N2与N3处理比较，总蛋白质含量、醇溶蛋白含量和谷蛋白含量无显著差异，且津农7号总蛋白质及其组分含量均高于中麦998。

表4 不同施氮模式下强筋小麦籽粒蛋白质及组分含量Table 4 Protein and its component contents of strong gluten wheat with different nitrogen application modes %

2.5 施氮模式对籽粒产量及其构成因素的影响

施氮模式显著影响2品种籽粒产量及其构成因素(表5)。2品种的穗数均以N1处理最高，千粒重均以N2处理最高；穗粒数津农7号以N3处理最高，中麦998以CK最高。2个品种的产量均以N2处理最高。

表5 不同施氮模式下强筋小麦的籽粒产量及构成因素Table 5 Grain yield and its components of strong gluten wheat with different nitrogen application modes

3 讨论与结论

3.1 施氮模式对强筋小麦氮素积累转运的影响

干物质是产量形成的基础，氮素供应与干物质积累量密切相关[19]。前人研究表明，不同施氮模式对小麦植株氮素积累与转运具有明显调控效应[20]；在施氮总量相同时，拔节以后追氮，有利于提高植株含氮量、花前氮素向籽粒的转运量及花前氮素对籽粒氮素的贡献率[14]。本研究结果表明，在施氮量210 kg·hm-2下，N2、N3处理较CK显著提高开花期各器官与成熟期籽粒干物质积累量；较CK显著增加开花期各器官尤其是叶片的氮素积累量与成熟期籽粒氮素积累量，提高花前氮素向籽粒的转运量，这与上述研究一致。但在氮素对籽粒的贡献率方面，津农7号花前氮素对籽粒的贡献率以CK最高，其次是N2处理，CK和N2处理无显著差别，这可能与孕穗期施肥导致花前积累的氮素在各营养器官中滞留未及时转运到籽粒中有关，具体原因有待进一步探讨；中麦998花前氮素对籽粒的贡献率以N2处理最高，其次N3处理；津农7号花前氮素对籽粒的贡献率明显高于中麦998,可能与品种特性有关。说明后期施氮可以有效提高干物质积累量、促进花前氮素向籽粒转移。

3.2 施氮模式对籽粒蛋白质及其组分含量的影响

前人研究表明，相同施氮量条件下，不同施氮比例、施氮时期对籽粒蛋白质含量影响较大[21]；小麦追氮时期后延至抽穗期，其籽粒蛋白质含量优于拔节期追氮[22]。而王海琪等[23]与代新俊等[5]发现，拔节期1次追肥的籽粒蛋白质含量优于其他时期追肥。本研究结果表明，中麦998以N3处理的籽粒蛋白质含量最高，其次是N2处理，N3和N2处理无显著差异；津农7号以N2处理的籽粒蛋白质含量最高，这与上述研究不同，这可能与小麦品种不同有关。增加后期施氮比例，会对蛋白质组分含量产生很大影响，其中籽粒中的谷蛋白、醇溶蛋白含量随施氮比例提高而提高[24]。Xue等[25]研究表明，分次施用氮肥对于增加醇溶蛋白含量至关重要。本试验结果表明，随着施氮时期后移，2强筋小麦醇溶蛋白含量增加不显著，谷蛋白显著增加，说明后期施氮可以显著提高谷蛋白含量。这与Xue等[25]研究不同，有待进一步研究。

3.3 施氮模式对籽粒产量及其构成因素的影响

有研究发现，拔节前期追氮可能增加小麦穗数[26]；拔节后期增施氮易使小麦贪青影响小麦粒重[27]，同样影响小麦产量。本试验中，与CK相比，N1处理通过增加强筋小麦的穗数提高小麦产量，N2处理提高千粒重进而提高产量，与上述研究不同。可能与地区和品种差异有关，有待进一步研究。

综上所述，在总施氮量210 kg·hm-2条件下，将20%的氮肥后移至孕穗期施用可增加强筋小麦植株干物质积累，促进花前积累氮素向籽粒转移，提高贮藏蛋白积累量，进而提高籽粒蛋白质含量。N2处理可使津农7号获得较高的籽粒产量和蛋白质含量；而中麦998则以N2处理籽粒产量最高，N3处理蛋白质含量最高。