施氮水平对不同强筋小麦品种产量和品质的影响

李俊志 常旭虹 王德梅 王艳杰 杨玉双 赵广才

（1 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重点试验室，100081，北京；2 辽宁省旱地农林研究所，122000，辽宁朝阳）

小麦是世界第一大粮食作物，也是我国第三大粮食作物[1]。随着我国经济迅速发展，人们对强筋小麦的需求大大增加，但是我国优质强筋小麦的供应能力不足，主要受制于优质强筋小麦的产量和品质达不到所需标准[2-3]。在实际生产过程中，小麦的产量及品质是品种与环境之间相互作用的结果。因此，选择优质强筋小麦品种，配合适宜的栽培措施，可以实现强筋小麦优质高产的目标[4]。有研究[5-7]表明，在一定范围内增施氮肥可以显著提高小麦的产量和品质。有学者[8]认为，随着施氮量增加，小麦的产量呈先增后降的趋势，但不同品种小麦品质随施氮量的变化不尽相同。在高地力条件下，增施氮肥可以有效增加小麦单位面积穗数、穗粒数、籽粒产量及品质[9]。有学者[10-13]认为，适量范围内，增施氮肥可以显著提高小麦籽粒产量及品质，过量施肥虽然可以小幅提高籽粒蛋白质含量，但会造成籽粒产量下降。赵广才等[14]认为，籽粒的蛋白质组分受施氮量影响较大，增施氮肥可以增加醇溶蛋白和谷蛋白含量，减少清蛋白及球蛋白含量。有研究[15]表明，适量增施氮肥可以显著增加小麦籽粒蛋白质含量；同时减少氮肥施用量有助于强筋小麦的节本增效[16]。关于氮肥处理对强筋小麦产量及品质的影响均有报道，但结果不尽相同。本试验以3 个具有代表性的强筋小麦品种为材料，研究其对氮肥处理的响应，为强筋小麦优质生产提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2017-2018 年在中国农业科学院作物科学研究所赵县试验基地进行，供试土壤质地为壤土，pH 8.2，0～20cm 土层土壤养分含量为有机质18.56g/kg、全氮1.17mg/kg、碱解氮127.84mg/kg、有效磷40.15mg/kg、速效钾118.00mg/kg；20～40cm土层土壤养分含量为有机质9.33g/kg、全氮0.68mg/kg、碱解氮67.07mg/kg、有效磷13.28mg/kg、速效钾62.00mg/kg。

1.2 试验材料

以生产上广泛种植的3 个代表性强筋小麦品种藁优2018（A1）、师栾02-1（A2）和石优20（A3）为试验材料。

1.3 试验设计

采用裂区试验设计，主区为施氮量，设4 个施氮水平，分别为0（N0）、180（N1）、240（N2）和300kg/hm2（N3）。副区为3 个强筋小麦品种。试验田统一施底肥P2O5172.5kg/hm2、K2O 112.5kg/hm2，氮肥底肥追肥比例为5:5，追施氮肥时期为拔节期，随水施肥。

试验小区面积10.8m2（9m×1.2m），3 次重复。播种方式为条播，行距15cm。2017 年10 月14 日播种，基本苗270 万株/hm2。越冬水浇水量900m3/hm2，春季拔节期浇水1 次，浇水量750m3/hm2。

1.4 测定项目与方法

1.4.1 产量及其构成因素 收获前，采用直径40cm 的钢圈，随机在每个小区选取3 样点，调查穗数和穗粒数。收获后，全小区收获后计算产量，并进行考种。

1.4.2 容重 按国家标准GB/T 5498-2013 用HGT-1000 型容重器（上海东方衡器厂）测定容重。

1.4.3 千粒重 按国家标准GB/T 5519-2018 分别用法国肖邦数粒仪和赛多利斯天平计数、称重测定千粒重。

1.4.4 籽粒蛋白质含量 采用凯氏定氮法测定籽粒含氮率，籽粒蛋白质含量=籽粒含氮率×5.7。

1.4.5 籽粒蛋白质组分 采用连续提取法[17]，按照清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白的顺序依次提取，再采用凯氏定氮仪测定含氮量。

1.5 数据处理

用Excel 软件进行数据整理和作图，用DPS软件进行方差分析与互作效应分析。

2 结果与分析

2.1 不同强筋小麦品种间农艺性状和产量的差异

由表1 可知，不同强筋小麦品种的单位面积穗数、千粒重、容重及产量间差异性显著。其中A1 的穗数和容重明显高于A2 和A3；A2 的穗粒数高于A1 和A3，但三者穗粒数之间差异不显著。A3 的千粒重显著高于A1 和A2，A1 的穗粒数和籽粒产量均为最低，较A3 籽粒产量低了11.38%，但A1 的容重最高，其中A1 和A2 容重均超过国家一等粮食标准，A3 容重则达到国家二等粮食标准。3 个品种籽粒产量表现为A3＞A2＞A1。

表1 强筋小麦品种之间农艺性状和产量的差异Table 1 Differences in agronomic traits and yield among strong gluten wheat varieties

2.2 氮肥处理对强筋小麦农艺性状和产量的影响

由表2 可以看出，不同施氮水平间穗粒数、千粒重、容重和籽粒产量差异显著，穗数无显著差异。其中各施氮水平穗粒数和籽粒产量均随着氮肥施用量增加呈现先增后减的趋势，在N2 施氮水平下，穗粒数和籽粒产量均达到最大值，相较N0 分别增加13.48%和7.24%。施氮水平对籽粒容重的影响呈现随施氮量增加而下降的趋势，表现为N0＞N1＞N2＞N3，施氮水平对千粒重的影响表现为N0＞N2＞N1＞N3。结果表明，在适量范围内，增施氮肥可以增加强筋小麦单位面积穗数、穗粒数和籽粒产量，但不利于千粒重和容重的增加。

表2 氮肥处理对强筋小麦农艺性状和产量的影响Table 2 Effects of nitrogen fertilizer treatments on agronomic traits and yield of strong gluten wheat

2.3 氮肥处理与品种互作对强筋小麦农艺性状和产量的影响

由表3 可以看出，不同处理组合间农艺性状和籽粒产量差异显著。其中N2A1 穗数显著高于其他处理组合；穗粒数以N2A2 最大；千粒重则N0A3 最大，并显著高于其他处理；N0A1 容重最高，但其籽粒产量低于其他处理；N2A3 籽粒产量显著高于其他大部分处理，并且在同一施氮水平下，A3 千粒重和籽粒产量显著高于其他2 个品种，表明A3 对氮肥处理的响应优于其他2 个品种，可以获得更高的籽粒产量。3 个品种籽粒产量均在N2 施氮水平下达到最大，相比N0 施氮水平，A1～A3 分别提高6.29%、8.18%和7.64%。结果表明，在本试验条件下，3 个强筋小麦品种在N2 施氮水平下可以更好地协调产量构成因素，进而获得更高的产量。

表3 氮肥处理与品种互作对强筋小麦农艺性状和产量的影响Table 3 Effects of nitrogen application rate and variety interaction on agronomic traits and yield of strong gluten wheat

2.4 不同强筋小麦品种间蛋白质及其组分含量的差异

不同强筋小麦品种间籽粒蛋白质及其组分含量分析结果（表4）表明，3 个品种籽粒蛋白质含量表现为A1＞A2＞A3。其中A1 籽粒蛋白质含量最高，与A2 之间差异不显著，与A3 有显著性差异，A1 蛋白质含量相较A2 和A3 分别增加1.17%和12.02%；A1 的清蛋白、球蛋白和谷蛋白含量最高，均显著高于A2 和A3；A2 的醇溶蛋白含量显著高于A3。A1 籽粒蛋白质、清蛋白、球蛋白和谷蛋白含量均高于其他2 个品种，A3 籽粒蛋白质及其组分含量均低于其他2 个品种。

表4 不同强筋小麦品种间蛋白质及其组分含量的差异Table 4 Differences of protein and its component contents among different strong gluten wheat varieties%

2.5 氮肥处理对强筋小麦蛋白质及其组分含量的影响

由表5 可知，不同施氮水平间籽粒蛋白质及其组分含量有差异，在N3 施氮水平下籽粒蛋白质含量最高，并且N0 和N3 施氮水平间籽粒蛋白质含量差异达到显著水平，N1、N2 间差异不显著，N3 籽粒蛋白质含量相较N0、N1、N2 分别增加21.41%、3.58%和2.73%；籽粒清蛋白、球蛋白和谷蛋白含量均以N3 最高，其中N3 籽粒清蛋白和球蛋白含量均显著高于其他处理（N1 处理球蛋白除外），谷蛋白含量与N1 和N2 之间差异不显著，与N0 之间差异显著；醇溶蛋白含量则以N2 最高，且与N1 和N3 处理差异不显著，与N0 之间存在显著性差异。根据表5 可以看出，随着氮肥施用量增加，强筋小麦籽粒清蛋白、球蛋白和谷蛋白含量有增加的趋势；而醇溶蛋白含量则呈先增后减的趋势。

表5 氮肥处理对强筋小麦蛋白质及其组分含量的影响Table 5 Effects of nitrogen fertilizer treatments on the contents of protein and its components in strong gluten wheat%

2.6 氮肥处理与品种互作对强筋小麦蛋白质及其组分含量的影响

由图1 和表6 可以看出，不同处理组合间籽粒蛋白质及其组分含量差异显著。在N3 处理下，A1、A2 和A3 籽粒蛋白质、清蛋白、球蛋白和醇溶蛋白均达到最高；A1、A2 和A3 籽粒蛋白质含量相比N0 处理分别增加2.09%、2.94%和3.31%，且呈现随着氮肥施用量的增加而升高的趋势；A1、A2 和A3 籽粒清蛋白含量均呈现随氮肥施用量增加而先减后增的趋势，A1 和A2 均在N2 处理达到最低，而A3 在N1 处理达到最低；A2 和A3 籽粒球蛋白含量均呈现随氮肥施用量增加而增加的趋势；A1 和A2 籽粒醇溶蛋白含量均呈现随氮肥施用量增加而增加的趋势；A2 和A3 籽粒谷蛋白含量均在N2 处理下达到最高，并呈现随氮肥施用量增加而先增后减的趋势，A1 籽粒谷蛋白含量则在N1 处理下达到最高。籽粒蛋白质、球蛋白和醇溶蛋白含量均以N3A2 处理最高，与其他组合存在显著差异，其籽粒蛋白质含量相较N3A1 和N3A2 分别高2.53%和11.32%；籽粒清蛋白含量以N3A1 处理最高，与除N0A1 外其他组合存在显著差异；籽粒谷蛋白含量则以N1A1处理最高，与除N3A1 和N2A3 外其他组合存在显著差异。

图1 施氮量对不同品种籽粒蛋白质含量的影响Fig.1 Effects of nitrogen application rate on grain protein contents of different varieties

结果表明，强筋小麦籽粒蛋白质含量受施氮量和品种的影响差异显著，而施氮量对不同强筋小麦品种籽粒蛋白质含量影响趋势相同，均呈现随着氮肥施用量增加而增加的趋势。

3 讨论

氮肥施用量和强筋小麦品种是影响强筋小麦产量和蛋白质含量的主要因素[18-20]。本试验结果表明，在相同施氮量条件下，石优20 籽粒产量和千粒重显著高于其他2 个品种，藁优2018 籽粒蛋白质含量较高，而师栾02-1 的综合性较好。有研究[21-22]表明，小麦籽粒产量与施氮量之间呈二次曲线关系。本试验研究结果与上述结果相似，试验中3 个品种籽粒产量均随氮肥施用量增加呈现先增后减的趋势，均在N2 施氮水平下达到最大，相比N0 施氮水平，A1～A3 分别提高6.29%、8.18%和7.64%。有学者[23]认为，小麦籽粒容重、硬度、出粉率和吸水率均随施氮量增加而增加，本试验研究结果与之不尽相同，试验结果表明，随着氮肥施用量增加，籽粒容重呈现下降的趋势，这与增施氮肥不利于籽粒容重增加的研究[8]结果相同。朱统泉等[24]认为，施用氮肥可以促进小麦有效穗数、穗粒数和千粒重的增加，进而提高小麦籽粒产量，而本试验结果表明与之相似，结果表明单位面积穗数呈现随施氮量增加而增加的趋势，穗粒数随施氮量增加呈现先增后减的趋势，千粒重则呈现随施氮量增加而降低的趋势。

籽粒蛋白质含量是籽粒品质的重要指标之一。关于施氮量对籽粒蛋白质及其组分含量影响的研究结果不尽相同，有学者[8]认为，籽粒蛋白质含量随施氮量增加呈现先增后减的趋势，本试验研究结果与之不尽相同，试验结果表明，籽粒蛋白质含量随着氮肥施用量增加呈增加趋势，这与陆增根等[22]研究结果相同。赵广才等[25]认为，施氮量在150～300kg/hm2范围内，籽粒蛋白质及其组分含量均随氮肥施用量增加而增加。孟维伟等[9]经过2 年研究认为，籽粒蛋白质及其组分含量均随氮肥施用量增加而增加，但经过高氮处理籽粒醇溶蛋白含量与低氮处理无显著差异。王月福等[26]认为，籽粒中清蛋白、球蛋白和谷蛋白所占比例随着氮肥施用量增加而增加，醇溶蛋白则随着氮肥施用量增加而下降。上述3 个研究结果均表明，在一定施氮量范围内，增施氮肥可以提高籽粒蛋白质及其组分含量，这与本研究结果相符。

4 结论

在相同施氮水平下，强筋小麦品种石优20 的产量高于藁优2018 和师栾02-1；施氮量在0～240kg/hm2范围内，藁优2018 的蛋白质及其组分含量均高于石优20 和师栾02-1；施氮量在240～300kg/hm2范围内，师栾02-1 蛋白质及其组分含量高于藁优2018 和石优20。综合不同强筋小麦籽粒产量、籽粒蛋白质及其组分含量等结果，认为施纯氮240kg/hm2、基追比例为5:5、追肥时期为拔节期，种植石优20 和藁优2018，及施纯氮180kg/hm2种植师栾02-1 均有利于提高籽粒产量、蛋白质及其组分含量，可达到产量和品质协同提高的目标。