馬愛平，崔歡虎，亢秀麗，靖 華，王裕智，張建誠

（1山西農(nóng)業(yè)大學(xué)小麥研究所，山西臨汾 041000；2山西農(nóng)業(yè)大學(xué)棉花研究所，山西運城 044000）

0 引言

20世紀(jì)80年代至21世紀(jì)初，大量無機化肥的使用使小麥單產(chǎn)得到大幅度提高。與此同時，較多研究者表明，麥田增施氮肥能夠顯著提高籽粒蛋白質(zhì)各組分的含量[1]，且能提高籽粒濕面筋含量，延長面團形成時間、面團穩(wěn)定時間[2]。近年來，隨著化肥大量施入麥田，研究發(fā)現(xiàn)高環(huán)境風(fēng)險區(qū)域擴大較快[3]，小麥傳統(tǒng)管理高產(chǎn)模式存在硝態(tài)氮累積淋移[4]，硝態(tài)氮含量隨著施氮量的增加而增加，硝態(tài)氮向下移動的趨勢比較明顯[5-6]，表明傳統(tǒng)小麥管理高產(chǎn)模式不利于生態(tài)環(huán)境的良性循環(huán)。因此，減施化肥用量實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展，逐漸成為小麥生產(chǎn)系統(tǒng)實現(xiàn)環(huán)境友好與產(chǎn)量和品質(zhì)協(xié)同提高的主要研究方向。

基于此，廣大科技工作者開展了有機肥資源、減施無機化肥、減施化肥與有機肥配施的相關(guān)研究。在有機肥資源數(shù)量層面，宋大利等[7]、柴如山等[8]、朱兆良等[9]、牛新勝等[10]、耿維等[11]研究認(rèn)為，中國有機肥資源數(shù)量巨大，合理利用作物秸稈、糞便、綠肥和餅肥，是實現(xiàn)化肥減施增效的重要途徑，馬想等[12]進(jìn)一步開展了中國典型農(nóng)田土壤中有機物料腐解特征及驅(qū)動因子研究，明確了有機物料腐解的相關(guān)因子。在區(qū)域減施無機化肥層面，邱韓英等[13]研究認(rèn)為，氮肥減量20%和氮磷鉀肥減量20%均會降低小麥產(chǎn)量，董園園等[14]研究認(rèn)為，肥料用量減少15%小麥產(chǎn)量基本與常規(guī)持平。減施化肥與有機肥配施層面，劉建等[15]、陳志龍等[16]、張晶等[17]、馬臣等[18]、郁潔等[19]、張昊青等[20]在中國不同區(qū)域采用不同方法開展了減施化肥與有機肥配施的增產(chǎn)效果及相關(guān)機理研究，結(jié)果表明，合理的有機無機配施可減少無機氮用量并可促進(jìn)氮磷鉀吸收、提高產(chǎn)量和水肥利用效率；王慶等[21]研究結(jié)果表明，化肥適度減量和配施有機肥有利于提高土壤肥力；與此同時，南鎮(zhèn)武等[22]、蔡艷等[23]、伍曉軒等[24]開展了有機與無機配施對小麥籽粒品質(zhì)性狀研究。

以往研究采用不同方法從不同層面、不同區(qū)域開展了有機肥資源、減施化肥及有機與無機配施的相關(guān)研究，形成了較多研究成果，為區(qū)域化肥減施實現(xiàn)資源環(huán)境友好與產(chǎn)量和品質(zhì)協(xié)同提高起到了積極作用。但以往研究一方面較多關(guān)注了對產(chǎn)量性狀的影響，而有關(guān)對品質(zhì)性狀的影響也僅局限于對籽粒品質(zhì)（蛋白質(zhì)含量及蛋白質(zhì)組分等）性狀的影響，另一方面以往研究化肥減施量多以各地傳統(tǒng)或常規(guī)絕對施肥量百分比計算，而未涉及當(dāng)?shù)禺a(chǎn)量與籽粒產(chǎn)量對氮、磷的需求量，又由于各地傳統(tǒng)或常規(guī)絕對施肥量不同進(jìn)而形成減施氮量不同，其研究結(jié)果也難以形成統(tǒng)一的結(jié)論。本項研究依據(jù)國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T 394—2013[25]的綠色食品肥料使用準(zhǔn)則、當(dāng)?shù)睾底饔牮B(yǎng)條件下的常年產(chǎn)量水平及每50 kg籽粒產(chǎn)量所需氮、磷量核定無機化肥的減施量，開展無機化肥施用量、不同種類有機肥及其用量對籽粒、面粉、面團品質(zhì)綜合性狀的影響，以期為減施化肥實現(xiàn)綠色種植提供理論與技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地區(qū)概況

試驗于2018—2019年度在2個試驗基地實施，無機肥、有機肥試驗分別在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)小麥研究所堯都區(qū)洪堡、鄉(xiāng)寧縣紅凹村試驗基地進(jìn)行。其中洪堡基地，海拔459.0 m，年平均氣溫13.08℃，常年平均降水455.1 mm。試驗?zāi)甓刃蓍e期（6月中下旬、7、8、9月份）降雨312.00 mm較常年(313.3 mm)少1.3 mm，小麥生育期間（10、11、12、1、2、3、4、5月）自然降水86.6 mm，由于嚴(yán)重干旱，在2018年3月31日模擬生育期降雨噴灌30.0 mm，全生育期降雨+補灌共116.6 mm較常年(141.8 mm)少25.2 mm；紅凹試驗基地，海拔998.0 m，年平均氣溫10.48℃，常年平均降水515.00 mm。試驗?zāi)甓刃蓍e期降雨305.4 mm，較常年(359.2 mm)少53.80 mm，小麥生育期間（10、11、12、1、2、3、4、5、6月上旬）降水101.0 mm，較常年(155.8 mm)少54.80 mm。2個試驗點肥力均瘠薄，其中紅凹試驗基地硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、有效磷、速效鉀分別為4.89、1.64、37.40、178mg/kg，土壤質(zhì)地均為輕黏土質(zhì)。

1.2 試驗材料及不同有機肥養(yǎng)分含量測定

洪堡、紅凹試驗點分別選用小麥品種為‘晉麥92號’、‘臨豐3號’；洪堡試驗點所用無機肥料尿素、過磷酸鈣分別由山西焦化集團有限公司、陜西省雙菱化工集團有限責(zé)任公司生產(chǎn)，紅凹試驗點所用牛糞、羊糞由當(dāng)?shù)靥峁?，?種有機肥風(fēng)干樣品進(jìn)行養(yǎng)分測定（見表1），全氮測定法(半微量開氏法)NY/T 53—1987；單質(zhì)磷測定法NY/T 88—1988；單質(zhì)鉀測定法NY/T 87—1988，均由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所分析測試中心測定。

表1 不同有機肥養(yǎng)分含量測定

1.3 試驗方法

無機氮磷用量試驗：采用隨機區(qū)組方法，共設(shè)7個處理（見表2）。其中傳統(tǒng)NP用量指當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥量；減量NP用量依據(jù)NY/T 394—2013綠色食品肥料使用準(zhǔn)則、當(dāng)?shù)爻Ｄ戤a(chǎn)量水平3750 kg/hm2及每50 kg籽粒產(chǎn)量所需NP用量核定。小區(qū)面積13.34 m2，3次重復(fù)。2018年10月3日將稱重的肥料撒施于對應(yīng)小區(qū)并深翻當(dāng)日播種。

表2 無機NP試驗處理

有機肥不同施肥量試驗：采用大區(qū)對比方法，牛糞、羊糞均設(shè)3個處理（見表3）。2種有機肥均以其濕重45、60、75 t/hm2施肥量換算小區(qū)濕重施肥量，施入各處理對應(yīng)的小區(qū)，對2種有機肥取樣風(fēng)干，各處理以每公頃施入的干重施肥量計；試驗小區(qū)長6 m，寬5.0 m，每個處理試驗面積30 m2。2018年10月2日將稱重的肥料撒施于對應(yīng)小區(qū)并深翻10月3日播種。

表3 有機肥試驗處理

1.4 測定內(nèi)容

（1）千粒重、容重性狀測定

無機肥試驗在收獲期對3次重復(fù)的每個處理分別單收單打，千粒重在收獲籽粒中，隨機取樣3次，每次500粒稱重，換算千粒重；容重測定取樣同千粒重，用上海東方衡器廠生產(chǎn)的HGT-100型容重器測定；有機肥試驗在每個處理的收獲籽粒中取樣3次（作為3次重復(fù)），千粒重、容重性狀測定方法同無機肥試驗。

（2）品質(zhì)性狀

將無機肥試驗3次重復(fù)的籽粒混勻，隨機取樣3次（作為3次重復(fù)）；有機肥試驗在每個處理的收獲籽粒中取樣3次（作為3次重復(fù)）。2個試驗對所取樣品均采用DA7200二極管陣列近紅外光譜儀（瑞典Perten）進(jìn)行品質(zhì)分析，測定籽粒品質(zhì)（蛋白質(zhì)含量）、面粉（濕面筋含量、沉降值）、面團（延展性、形成時間、穩(wěn)定時間、最大抗延阻力、拉伸面積）品質(zhì)。

1.5 數(shù)據(jù)處理

資料數(shù)據(jù)用Excel 2003和DPS平臺操作系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)計分析

2 結(jié)果與分析

2.1 無機N、P施肥量對小麥品質(zhì)性狀及其變異系數(shù)的影響

2.1.1 無機N、P施肥量對小麥品質(zhì)性狀的影響 從表4看出，無機N、P不同施肥量對小麥品質(zhì)性狀的影響不同。N、P不同施肥量對籽粒品質(zhì)（蛋白質(zhì)含量、容重）、面粉品質(zhì)、面團品質(zhì)性狀的影響均存在顯著差異，籽粒品質(zhì)的千粒重不存在顯著差異。

（1）傳統(tǒng)NP配施量和減量NP配施對小麥品質(zhì)性狀的影響

傳統(tǒng)NP配施量與減量NP配施相比，籽粒蛋白質(zhì)含量、面粉品質(zhì)、面團品質(zhì)（形成時間、穩(wěn)定時間）存在顯著差異(P＜0.05)，而面團品質(zhì)（延展性、拉伸面積、最大抗延阻力）、籽粒容重不存在顯著性差異；傳統(tǒng)NP配施量與減量NP配施二者的籽粒蛋白質(zhì)含量、面粉品質(zhì)、面團品質(zhì)均優(yōu)于空白且存在極顯著差異(P＜0.01)，而籽粒容重則表現(xiàn)為空白優(yōu)于傳統(tǒng)NP配施量、減量NP配施且存在顯著差異(P＜0.05)。

（2）傳統(tǒng)單施N量與傳統(tǒng)單施P量對小麥品質(zhì)性狀的影響

傳統(tǒng)單施N量與傳統(tǒng)單施P量相比，傳統(tǒng)單施N量的籽粒蛋白質(zhì)含量、面粉品質(zhì)、面團品質(zhì)均優(yōu)于傳統(tǒng)單施P量，且二者存在極顯著差異(P＜0.01)；傳統(tǒng)單施N量的籽粒蛋白質(zhì)含量、面粉品質(zhì)、面團品質(zhì)均優(yōu)于空白，且二者存在極顯著差異(P＜0.01)，而傳統(tǒng)單施P量與空白處理間的籽粒蛋白質(zhì)含量、面粉品質(zhì)、面團品質(zhì)均不存在顯著差異。

（3）減量單施N與減量單施P對小麥品質(zhì)性狀的影響

減量單施N與減量單施P相比，減量單施N的籽粒蛋白質(zhì)含量、面粉品質(zhì)、面團品質(zhì)均優(yōu)于減量單施P，且二者存在極顯著差異(P＜0.01)；減量單施N籽粒品質(zhì)蛋白質(zhì)含量、面粉品質(zhì)、面團品質(zhì)均優(yōu)于空白，且二者存在極顯著差異(P＜0.01)，而減量單施P與空白處理間的籽粒蛋白質(zhì)含量、面粉品質(zhì)、面團品質(zhì)均不存在顯著差異。

（4）同量N條件下傳統(tǒng)、減量NP配施與傳統(tǒng)、減量N單施對品質(zhì)性狀的影響

同量N條件下傳統(tǒng)、減量NP配施總體優(yōu)于傳統(tǒng)、減量N單施。其中傳統(tǒng)NP配施優(yōu)于傳統(tǒng)單施N，籽粒蛋白質(zhì)含量、面粉濕面筋含量、面團品質(zhì)（形成時間、拉伸面積）存在顯著差異(P＜0.05)；減量NP配施優(yōu)于減量N單施，籽粒蛋白質(zhì)含量、面粉濕面筋含量、面團品質(zhì)均不存在顯著差異。

（5）傳統(tǒng)、減量單施N、P對品質(zhì)性狀的影響

傳統(tǒng)、減量單施N、P量對品質(zhì)性狀的影響總體呈現(xiàn)隨施用量的提高品質(zhì)性狀在改善。傳統(tǒng)單施N量優(yōu)于減量單施N、傳統(tǒng)單施P量優(yōu)于減量單施P，但二者的籽粒品質(zhì)（蛋白質(zhì)含量）、面粉品質(zhì)、面團品質(zhì)均不存在顯著差異；傳統(tǒng)單施N量、減量單施N與空白處理間均存在極顯著差異(P＜0.01)，而傳統(tǒng)單施P量、減量單施P與空白處理間除容重性狀外其他性狀不存在差異。

2.1.2 無機N、P施用量對小麥品質(zhì)性狀變異系數(shù)的影響 從表5看出，無機N、P施用量對小麥品質(zhì)性狀變異系數(shù)的影響不同。N、P施用量對不同小麥品質(zhì)性狀變異系數(shù)的影響變幅為9.15%～0.25%，其中沉降值、形成時間、拉伸面積影響較大，容重、千粒重、穩(wěn)定時間影響較小。

表4 無機NP施肥量對小麥品質(zhì)性狀的影響

表5 無機N、P施用量對小麥品質(zhì)性狀變異系數(shù)的影響

2.2 不同有機肥及施用量對小麥品質(zhì)性狀及其線性關(guān)系、變異系數(shù)的影響

2.2.1 不同有機肥施肥量對小麥品質(zhì)性狀及其線性關(guān)系的影響

（1）不同有機肥施肥量對小麥品質(zhì)性狀的影響

從表6看出，不同有機肥施肥量對小麥品質(zhì)性狀的影響不同。2種有機肥對籽粒蛋白質(zhì)含量、面粉品質(zhì)、面團品質(zhì)的影響均總體呈現(xiàn)隨施肥量的增加品質(zhì)性狀在提高，而籽粒品質(zhì)（千粒重、容重）則表現(xiàn)不一。羊糞不同施肥量對籽粒蛋白質(zhì)含量、面粉品質(zhì)、面團品質(zhì)的影響均存在極顯著差異(P＜0.01)；牛糞除對面團穩(wěn)定時間存在顯著差異(P＜0.05)外，對籽粒蛋白質(zhì)含量、面粉品質(zhì)、面團品質(zhì)的影響均存在極顯著差異(P＜0.01)。羊糞42.9 t/hm2與32.1 t/hm2對籽粒蛋白質(zhì)含量、面粉濕面筋含量、面團延展性的影響存在極顯著差異(P＜0.01)，對面粉沉降值、面團形成時間存在顯著差異(P＜0.05)，對其他性狀的影響不存在差異；牛糞28.6 t/hm2與21.5 t/hm2對籽粒蛋白質(zhì)含量、面團延展性的影響存在極顯著差異(P＜0.01)，對其他性狀的影響不存在差異。

（2）有機肥不同施肥量與小麥品質(zhì)性狀的線性關(guān)系

以2種有機肥的6個施肥量為自變量(x)，6個施肥量對應(yīng)的10個品質(zhì)性狀為因變量(y)進(jìn)行線性分析。從表7看出，有機肥不同施肥量(x)與小麥品質(zhì)相關(guān)性狀(y)的線性關(guān)系不同。籽粒蛋白質(zhì)含量、面粉、面團品質(zhì)與有機肥不同施肥量均存在正相關(guān)，且均存在顯著差異。其中籽粒蛋白質(zhì)含量、面粉、面團品質(zhì)（除最大抗延阻力）與有機肥不同施肥量均存在極顯著差異(P＜0.01)，最大抗延阻力與有機肥不同施肥量存在顯著差異(P＜0.05)；籽粒容重、千粒重與有機肥不同施肥量分別呈現(xiàn)正相關(guān)和負(fù)相關(guān)，二者與有機肥不同施肥量均不存在差異(P＞0.05)。

2.2.2 有機肥不同施肥量對小麥品質(zhì)性狀變異系數(shù)的影響 從表8看出，有機肥不同施肥量對小麥品質(zhì)性狀變異系數(shù)的影響不同。有機肥不同施肥量對籽粒品質(zhì)、面粉品質(zhì)、面團品質(zhì)的10個品質(zhì)性狀的變異系數(shù)影響幅度為0.50%～21.59%，其中面粉沉降值、面團品質(zhì)的拉伸面積、最大抗延阻力變異度較大，籽粒品質(zhì)（容重、千粒重）、面團品質(zhì)（穩(wěn)定時間）變異度較小。

表6 不同有機肥施用量對小麥品質(zhì)性狀的影響

表7 有機肥不同施肥量(x)與小麥品質(zhì)性狀(y)的線性關(guān)系

表8 有機肥不同施肥量對小麥品質(zhì)性狀變異系數(shù)的影響

3 討論

（1）關(guān)于無機氮素減量與改善小麥品質(zhì)

本項研究結(jié)果表明，旱作雨養(yǎng)條件下，傳統(tǒng)、減量氮磷配施或傳統(tǒng)、減量單施氮量背景下，籽粒蛋白質(zhì)含量、面粉、面團品質(zhì)均隨無機氮素用量的增加而提升，進(jìn)一步表明，氮素是影響小麥品質(zhì)的主要因素[26]。因此，如何在減施無機氮素背景下獲得較好的品質(zhì)是實現(xiàn)減施化肥用量行動計劃的關(guān)鍵。在同一氮素用量條件下提升小麥品質(zhì)前人開展了較多途徑研究。品種途徑，姜瑛等[27]研究表明，不同品種的氮素偏生產(chǎn)力不同，關(guān)二旗等[28]研究表明，品質(zhì)性狀在不同小麥品種之間存在顯著差異；有機與無機配施途徑，樊虎玲等[29]研究表明，化肥和有機肥配合施用有利于提高小麥品質(zhì)；提高氮肥利用率途徑，石玉等[30]研究認(rèn)為，增加追施氮肥的比例可顯著提高氮肥利用率、籽粒產(chǎn)量、蛋白質(zhì)含量，改善籽粒加工品質(zhì)，但在雨養(yǎng)條件下實施該項技術(shù)難度較大（需與降雨相結(jié)合，并需配備相應(yīng)的施肥機械）；植物生長調(diào)節(jié)劑途徑，馬瑞琦等[31]研究表明起身期噴施多效唑可以提高中麥8號小麥面粉的蛋白質(zhì)含量；輪作途徑，選用豆科作物或綠肥輪作，可補充化肥減施氮素不足和培肥地力[32-33]。綜上所述，減施氮素用量，可通過多途徑彌補因氮素不足對小麥品質(zhì)的影響。

（2）關(guān)于有機肥與小麥品質(zhì)關(guān)系

黃國勤[34]提出了綠色發(fā)展的綠色培肥主要途徑；由于有機肥料存在養(yǎng)分不平衡問題，很多情況下不能完全滿足生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)作物產(chǎn)品對養(yǎng)分的需求，因而其營養(yǎng)品質(zhì)并不一定比常規(guī)農(nóng)產(chǎn)品高[35]；朱兆良等[9]對中國有機肥資源及施用量分析認(rèn)為，中國每年可提供N 30.5×106t，比每年氮肥總使用量還高，而有機肥還田率只有39%，不到資源量的一半，表明在有機肥進(jìn)入農(nóng)田的環(huán)節(jié)中還有較多的問題需解決，如有機肥使用成本較高（腐熟、運輸、撒施等）；本項研究結(jié)果表明，2種有機肥施肥量(x)與籽粒（容重、蛋白質(zhì)含量）、面粉、面團品質(zhì)性狀(y)均呈現(xiàn)正相關(guān)，而有關(guān)該方面的研究已有文獻(xiàn)報道較少。

（3）關(guān)于氮磷配施與小麥品質(zhì)性狀關(guān)系

本項研究表明，同N量條件下品質(zhì)性狀減量NP配施總體優(yōu)于減量單施N，傳統(tǒng)單施N量與減量單施N的籽粒蛋白質(zhì)含量、面粉、面團品質(zhì)不存在差異，表明減量施肥中應(yīng)注意磷素的配施，磷素的使用有利于氮素的吸收進(jìn)而改善品質(zhì)性狀。以往傳統(tǒng)施肥背景下有關(guān)氮磷配施對小麥品質(zhì)性狀的影響研究較多，如陳力平等[26]研究認(rèn)為，只有氮、磷、鉀適當(dāng)配比才能有效提高品質(zhì)；而在減施氮素用量背景下，較多的研究更加關(guān)注氮素與有機肥的配施，而淡化了磷素在減施氮素背景下對品質(zhì)性狀的作用。

（4）關(guān)于無機氮磷、有機肥不同用量背景下不同品質(zhì)性狀的變異系數(shù)

本項研究表明，容重、沉降值品質(zhì)性狀在無機氮磷、有機肥不同用量背景下的穩(wěn)定性（變異系數(shù)）分別為最小和最大，表明容重、沉降值品質(zhì)性狀對無機氮磷、有機肥不同用量背景的反應(yīng)分別為遲鈍和敏感。趙鵬濤等[36]在傳統(tǒng)施肥背景下研究結(jié)果認(rèn)為，容重有較大的變異幅度，而姜蘭芳等[37]研究表明，容重變異幅度較??；有關(guān)無機氮磷減量背景下不同品質(zhì)性狀的穩(wěn)定性（變異系數(shù)）已有文獻(xiàn)報道較少。

4 結(jié)論

本項研究表明，傳統(tǒng)、減量氮磷配施或傳統(tǒng)、減量單施氮量背景下，籽粒蛋白質(zhì)含量、面粉、面團品質(zhì)性狀均隨無機氮施用量的增加而提升，其中傳統(tǒng)氮磷配施與減量氮磷配施的籽粒蛋白質(zhì)含量、面粉、面團品質(zhì)（穩(wěn)定時間）性狀存在顯著差異，傳統(tǒng)單施N量與減量單施N的籽粒蛋白質(zhì)含量、面粉、面團品質(zhì)性狀不存在差異。有機肥不同施用量對品質(zhì)性狀的影響存在差異，2種有機肥施肥量與籽粒蛋白質(zhì)含量、面粉、面團品質(zhì)性狀均呈現(xiàn)正相關(guān)。因此，要實現(xiàn)化肥減施與品質(zhì)協(xié)同改善，需加強無機氮磷利用率、優(yōu)質(zhì)品種鑒選等途徑或關(guān)鍵技術(shù)的研究與應(yīng)用。