成振華 牛巧龍 鄭育鎖 徐 震 肖 波 馮 偉 王苗苗 金聰穎 張思晨

摘? ? 要：為探討氮肥施用對中筋小麥氮素利用的影響，以衡觀35為試材，采用田間小區(qū)試驗，研究不同氮肥施用量（0，180，300 kg·hm-2，分別記為N0，N1，N2）小麥的籽粒產量、品質及氮利用率。結果表明，施用氮肥可增加衡觀35小麥單位面積成穗數(shù)并提高籽粒產量，與N0相比，N1、N2處理小麥籽粒產量分別顯著增加38.3%和37.6%（P<0.05），成穗數(shù)分別顯著增加33.4%和29.9%（P<0.05）;隨施氮量增加，小麥穗粒數(shù)沒有變化，而千粒質量呈下降趨勢。與N0相比，N1、N2處理衡觀35小麥籽粒蛋白含量提高6.8 %和23.6 %，其中N2與N0和N1差異顯著（P<0.05）;不同施氮水平衡觀35籽粒濕面筋含量與面筋持水率均無顯著差異（P>0.05）。施用氮肥可促進小麥莖、葉累積氮向籽粒轉移，與N0相比，N1和N2莖、葉轉移量增加8.9～17.7 kg·hm-2，轉移率增加1.1～6.8個百分點。隨施氮量增加，衡觀35小麥葉片中的氮對籽粒氮的貢獻率、植株氮肥利用效率、氮肥偏生產力及氮肥表觀利用率均下降，植株氮素收獲指數(shù)升高，花前運轉氮素貢獻率下降，花后積累氮素貢獻率升高，成熟期營養(yǎng)器官氮素累積量增加。綜合而言，當?shù)胤柿λ较?，中筋小麥衡觀35適宜施氮量約在150 kg·hm-2，過量施用氮肥，不利于植株營養(yǎng)器官累積氮向籽粒轉移，氮肥利用率降低。

關鍵詞：中筋小麥;施氮量;籽粒產量;氮素利用率

中圖分類號：S512.1? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2020.01.013

Effects of Nitrogen Application on Nitrogen Utilization of Medium Gluten Wheat

CHENG Zhenhua1，NIU Qiaolong2， ZHENG Yusuo3，XU Zhen1，XIAO Bo3，F(xiàn)ENG Wei1，WANG Miaomiao1，JIN Congying1，ZHANG Sichen1

（1.Tianjin Agricultural Environmental Protection Monitoring Station， Tianjin 300061， China; 2.College of Agronomy & Resources and Environment， Tianjin Agricultural University， Tianjin 300384， China; 3.Tianjin Soil Fertilizer Workstation， Tianjin 300061， China）

Abstract： In order to explore the effect of nitrogen fertilizer application on nitrogen utilization of medium gluten wheat， using Hengguan 35 as a test material and field plot experiments to study the effects of the different nitrogen fertilizer application rates （0， 180， 300 kg · hm-2， recording as N0， N1， N2） on grain yield， quality and nitrogen use efficiency of wheat. The result showed that application nitrogen could increase the number of spikes per unit area and grain yield of Hengguan 35. Compared with N0， the grain yield of wheat treated with N1 and N2 significantly increased by 38.3% and 37.6% （P<0.05）， respectively， and the number of spikes significantly increased by 33.4% and 29.9%（P<0.05）. With the increase of nitrogen application， the number of grains per ear of wheat did not change， but the thousand-grain weight showed a downward trend. Compared with N0， the grain protein content of Hengguan 35 wheat treated by N1 and N2 treatment increased by 6.8% and 23.6%， of which N2 was significantly different from that of N0 and N1 （P<0.05）. The difference of wet gluten content and gluten water holding rate of Hengguan 35 grains at different nitrogen application were not significant（P>0.05）. Application nitrogen fertilizer could promote the transition of nitrogen accumulation in wheat stems and leaves to grains. Compared with N0， the amount of N1 and N2 stem and leaves increased by 8.9～17.7 kg · hm-2， and the transfer rate increased by 1.1～6.8 percentage points. With the increase of nitrogen application rate， the nitrogen contribution rate in wheat leaves to grain nitrogen， plant nitrogen use efficiency， nitrogen partial productivity and apparent nitrogen use efficiency decreased， plant nitrogen harvest index increased， nitrogen contribution rate before flowering decreased， nitrogen accumulation rate after flowering increased， and nitrogen accumulation in vegetative organs at maturity increased. In general， at the local fertility level， the suitable nitrogen application rate for medium gluten wheat was 150 kg·hm-2. Excessive application of nitrogen fertilizer was not conducive to the transfer of accumulated nitrogen from the vegetative organs to the grain， and the nitrogen fertilizer utilization rate was reduced.

Key words： medium gluten wheat; nitrogen application rate; grain yield; nitrogen utilization rate

氮肥合理施用是調控小麥產量與品質的重要生理基礎[1]，同時也是提高氮肥利用率，削減氮素損失導致環(huán)境污染的關鍵措施[2-3]。增施氮肥可顯著提高小麥產量，并改善營養(yǎng)品質[4-5]，但過量施氮常導致土壤硝態(tài)氮高量累積[6]、植株氮代謝中心錯位[7]、病害加重等，降低籽粒產量且劣化品質。不同小麥品種對氮肥的施用響應不同。徐鳳嬌等[8]研究表明，增加氮肥用量可以有效緩解葉綠素降解，抑制旗葉全氮含量降低，但強筋小麥品種比中筋小麥品種旗葉葉綠素含量和氮素含量下降緩慢;石玉等[9]研究認為，隨施氮量增加，強筋小麥濟麥20和中筋小麥泰山23的籽粒蛋白質及各組分含量均呈先增加后降低的趨勢，弱筋小麥寧麥9號子粒的蛋白質各組分含量顯著增加，加工品質變劣。不同基因型小麥對氮素養(yǎng)分的轉運和吸收存在顯著差異，是造成不同小麥產量和品質差異的重要因素[10-12]。因此，針對不同的小麥品種特性合理運籌氮肥，對小麥生產實現(xiàn)高產優(yōu)質具有重要意義。

本試驗選用黃淮海區(qū)大面積推廣種植的小麥品種（中筋型衡觀35），研究施氮量對中筋小麥產量及品質的影響，探討其與小麥植株氮素吸收利用的關系，以期為中筋型小麥氮肥高效管理提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗設計

田間試驗于2015—2016年度在天津市武清區(qū)周莊村中國農業(yè)科學院武清野外試驗站（N39°21′，E117°12′）進行。土壤類型為潮土，耕層土壤養(yǎng)分情況：有機質42.9 g·kg-1，全氮1.51 g·kg-1，全磷0.72 g·kg-1，硝態(tài)氮20.97 mg·kg-1，銨態(tài)氮5.16 mg·kg-1，有效磷18.46 mg·kg-1，速效鉀50.66 mg·kg-1，pH值7.62。供試品種為中筋小麥衡觀35，以HG35表示。

試驗采用隨機區(qū)組設計，設3個施氮水平：0，180，300 kg·hm-2，分別以N0、N1、N2表示，每個處理3次重復，小區(qū)面積48 m2（4 m×12 m），隨機排列。同時每公頃配施150 kg P2O5和120 kg K2O。氮肥為尿素（N含量46.0%），磷肥為過磷酸鈣（P2O5含量17.0%），鉀肥為硫酸鉀（K2O含量51.0%），磷鉀肥作為基肥全部施入，氮肥以1∶1的基追比在整地播種前及拔節(jié)期施入。2015年10月13日播種，基本苗120株·m-2，其他管理同常規(guī)大田的栽培方式。小麥成熟后，按小區(qū)收獲計產。

1.2 測定指標與方法

1.2.1 土壤養(yǎng)分含量測定 在小麥播種前及收獲后，各小區(qū)按“S”型選取10點，用土鉆取0 ～ 100 cm土樣，每20 cm為一層，混合均勻，保存部分鮮樣，其余風干后過0.85 mm和0.15 mm，測定土壤基本理化性質。土壤全氮采用半微量凱氏法[13]，全磷采用碳酸鈉熔融—鉬銻抗比色法[13]，有機質采用重鉻酸鉀氧化外加熱法[13]，有效磷采用Olsen法[13]，速效鉀采用乙酸銨提取—火焰光度法[13]，硝態(tài)氮和銨態(tài)氮采用CaCl2提取法，pH值用pH計測定（水∶土=2.5∶1）[13]。

1.2.2 小麥營養(yǎng)器官含氮量測定 分別于小麥孕穗期、開花期、成熟期取樣20株，將孕穗期分為葉片、莖稈2個部分，開花期分為葉片、莖稈、穗3個部分，成熟期分為葉片、莖稈、穎殼+穗軸、籽粒4個部分，于105 ℃殺青30 min，75 ℃烘至恒質量，稱質量后磨碎，用凱氏定氮法測植株全氮含量。

1.2.3 小麥籽粒品質測定 蛋白質含量測定參考NY/T3-1982《谷類、豆類作物種子粗蛋白測定法》，稱取0.100 0 g過篩的樣品于25 mL凱氏瓶中，加2 g加速劑及3 mL濃硫酸，輕搖使試樣濕潤后于電爐上小火加熱，泡沫停止后大火加熱至液體呈透明藍綠色，繼續(xù)消煮30 min，稍冷卻后移入反應室蒸餾，隨后滴定。面筋含量及持水率的測定為2%鹽水洗滌法，稱取10.00 g面粉加適量2%鹽水，揉捏成表面光滑的面團，于鹽水中洗至面筋團形成，在自來水中洗凈淀粉，隨后排水稱質量并烘干至恒質量。

1.2.4 氮素利用評價指標計算 公式如下：

經濟系數(shù)=完熟期籽粒質量/植株總干物質量

花前運轉氮素貢獻率（%）=（花前氮素運轉量/籽粒氮素積累量）×100

花后積累氮素貢獻率（%）=（花后氮素積累量/籽粒氮素積累量）×100

氮素收獲指數(shù)=籽粒氮素積累量/植株氮素積累量

氮素利用效率=籽粒產量/植株氮素積累量

氮肥表觀利用率=（施氮區(qū)吸氮量-不施氮區(qū)吸氮量）/施氮量

氮肥偏生產力=籽粒產量/施氮量

1.3 數(shù)據(jù)處理

用SPSS17.0、Microsoft Excel2010軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析和圖表制作，采用Duncan法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 氮肥施用對小麥產量及構成因子的影響

由表1可知，與N0相比，N1、N2處理HG35小麥成穗數(shù)分別顯著增加33.4%和29.9%（P<0.05），平均籽粒產量顯著增加38.3%和37.6%（P<0.05），而穗粒數(shù)沒有顯著差異（P>0.05），千粒質量隨氮肥施用量增加降低，其中N2顯著降低5.7%（P<0.05）。說明增施氮肥可顯著提高HG35的單位面積成穗數(shù)及籽粒產量。當施氮量增加到300 kg·hm-2（N2），相對180 kg·hm-2（N1）的施氮量，小麥單位面積成穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質量及產量并未顯著增加，甚至成穗數(shù)和千粒質量略有下降，說明300 kg·hm-2施氮量已經超過小麥適宜需求氮量。

2.2 氮肥施用對小麥籽粒品質的影響

氮肥施用可提高小麥籽粒蛋白含量（圖1A），與N0相比，N1、N2處理HG35小麥籽粒蛋白含量提高6.8 %和23.6 %，其中N2與N0和N1差異顯著（P<0.05）。不同氮肥施用水平下HG35籽粒濕面筋含量與面筋持水率（圖1B，1C）均沒有顯著差異（P>0.05）。

2.3 氮肥施用對小麥植株地上部營養(yǎng)器官氮素分配的影響

隨生育期推進，小麥氮素富集中心由莖、葉營養(yǎng)器官逐漸向籽粒轉移。

由表2可知，N0處理HG35小麥孕穗期莖、葉累積氮含量分配率相差15.6個百分點，而N1和N2處理孕穗期莖、葉累積氮含量分配率各占50%左右，相對差異較小，說明氮肥施用可調整孕穗期小麥莖、葉氮素分配。

由表3可知，HG35小麥開花期植株吸收的氮素開始向穗部轉運，穗部富集的氮素相當于地上部總吸收氮量的三分之一，表現(xiàn)為N1處理顯著高于N0和N2處理（P<0.05），莖氮素表現(xiàn)為N2>N0>N1，處理間差異顯著（P<0.05），葉氮素表現(xiàn)為N1>N0>N2，前二者顯著高于后者（P<0.05）。

由表4可知，HG35小麥成熟期分配到籽粒中的氮素比率占60 %以上，是植株氮素主要富集中心，植株器官氮素分配率均表現(xiàn)為籽粒>莖>葉>穎殼+穗軸;增施氮肥顯著增加小麥籽粒氮素分配率（P<0.05），與N0相比，N1和N2分別增加4.0%和10.1%。

由表5可知，隨施氮量增加，小麥莖、葉累積氮向籽粒轉移量及轉移率均顯著增加（P<0.05），與N0相比，N1和N2莖累積氮轉移量分別增加8.9和17.7 kg·hm-2，轉移率增加5.1和6.8個百分點，葉累積氮轉移量增加12.5和12.4 kg·hm-2，轉移率增加1.1和4.8個百分點;隨施氮量增加，小麥葉片中的氮對籽粒氮的貢獻率下降，N2顯著低于N1和N0（P<0.05），而莖稈中的氮對籽粒氮的貢獻率無顯著變化（P>0.05）。

2.4 氮肥施用對小麥氮素利用的影響

由表6可知，隨氮肥施用量增加，HG35小麥植株氮肥利用效率、氮肥偏生產力及氮肥表觀利用率均呈下降趨勢，N2與N1差異均顯著（P<0.05），其中N2處理氮肥利用效率較N0下降8.4%;小麥植株氮素收獲指數(shù)隨施氮量增加而升高，與N0相比，N1、N2處理氮素收獲指數(shù)分別增加2.7和6.7個百分點，處理間差異均顯著（P<0.05）。N2處理引起小麥植株花前運轉氮素貢獻率較N0顯著下降4.1個百分點（P<0.05），而花后積累氮素貢獻率較N0顯著增加5.3個百分點。綜合說明，增施氮肥可促進小麥花前營養(yǎng)器官貯存氮素在花輸入穗部，但過多施用氮肥明顯提高小麥成熟期營養(yǎng)器官的氮素殘留量[14]，引起“貪青晚熟”，養(yǎng)分過度消耗。

3 結論與討論

氮肥施用是影響小麥產量、品質的最重要栽培措施之一[15-16]。小麥產量會隨著施氮量的增加而增加，但施氮量達到一定水平后群體產量增加緩慢[17-18]。本研究中，中筋小麥HG35籽粒產量隨施氮量的增加呈先升高后降低的變化趨勢，且與成穗數(shù)顯著相關，這與周順利等[19]和劉紅杰等[20]的研究結果一致;HG35籽粒蛋白質含量、濕面筋含量及面筋持水率均隨施氮量的增加而提高，濕面筋含量超過35%，達到國家一級優(yōu)質小麥國家標準（GB/T 17892-1999）[21]，這與Brown 等[22]的研究中認為氮肥在0～300 kg·hm-2施用范圍內，提高氮肥用量，有助于提高籽粒蛋白質和濕面筋含量[23]的結果一致。在籽粒灌漿過程中，前期以形成清蛋白、球蛋白為主，后期以形成醇溶蛋白、谷蛋白為主，應進一步進行氮素運籌，如降低后期追氮比例等，可以降低灌漿中后期醇溶蛋白和谷蛋白含量，從而降低籽?？偟鞍缀?，改善小麥品質[24]。

供氮水平是影響不同基因型小麥氮素吸收動態(tài)、氮吸收利用效率等方面的重要因素[25]。氮肥用量對不同品種小麥氮素吸收和轉運再利用的影響不同，最終影響其籽粒蛋白含量和產量水平[26]。馬冬云等[27]利用N15同位素示蹤法分析不同穗型品種氮轉運特征，認為轉運氮貢獻率是子粒產量、蛋白質含量的決定性因素。王旭紅等[12]對8個小麥品種進行植株氮素吸收轉運特征的比較，認為高產品種均表現(xiàn)出較強的氮吸收能力，但氮轉運利用能力表現(xiàn)不一。本研究中筋小麥HG35不僅氮肥偏生產力和氮肥表觀利用率較高，而且氮利用效率、氮收獲指數(shù)、氮轉運效率以及轉運氮貢獻率也高于不施用氮肥，表現(xiàn)較強的氮吸收和氮轉運及再利用能力，即可在較低的供氮水平獲得較高的產量;在籽粒品質上，本研究蛋白質含量與氮素收獲指數(shù)、氮轉運效率、轉運氮貢獻率呈正相關關系，這與杜金哲等[28]的研究結果一致。

綜上所述，鑒于供氮水平對小麥產量、品質及氮吸收和利用效率產生了不同的影響效果，在生產中應針對不同小麥品種，選用適宜供氮水平，并優(yōu)化管理方式，就本試驗而言，當?shù)胤柿l件下，180 kg·hm-2的施氮量可在一定程度上保證衡觀35小麥品質和產量。

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收稿日期：2019-07-19

作者簡介：成振華（1979—），男，山西霍州人，高級農藝師，碩士，主要從事農業(yè)資源環(huán)境保護工作。