馬瑞琦，王德梅，陶志強，王艷杰，楊玉雙，趙廣才，王振林，常旭虹*

（1 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/作物生物學(xué)國家重點實驗室，山東泰安 271018；2 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部作物生理生態(tài)重點實驗室，北京 100081）

我國小麥種植地域廣闊，品種類型較多，按品質(zhì)一般可分為強筋、中筋和弱筋小麥。近年來，隨著人民食物消費結(jié)構(gòu)由數(shù)量、溫飽向質(zhì)量、營養(yǎng)方向的轉(zhuǎn)變，各地為滿足市場需求和提高市場競爭力，均在大力優(yōu)化調(diào)整種植結(jié)構(gòu)，積極發(fā)展不同品質(zhì)類型的優(yōu)質(zhì)專用小麥。但小麥品質(zhì)的優(yōu)劣除受品種遺傳特性影響外，在很大程度上還受栽培環(huán)境(栽培措施和生態(tài)環(huán)境)的影響[1]。氮素則是影響小麥品質(zhì)的重要因素，不同品質(zhì)小麥對氮素的需求也不相同。因此，小麥品質(zhì)優(yōu)劣很大程度上取決于營養(yǎng)器官氮素向籽粒的轉(zhuǎn)運及籽粒對氮素的吸收累積。一般來說，增加施氮量可促進小麥產(chǎn)量提升，促進籽粒對氮素的積累，改善強筋和中筋小麥品質(zhì)，但對弱筋小麥加工品質(zhì)可能會產(chǎn)生負(fù)面影響，且施氮量增加，還有造成氮素利用效率降低。研究表明，施用氮肥可以有效調(diào)控小麥氮素營養(yǎng)，提高植株氮素積累與運轉(zhuǎn)；適量施氮還可增加小麥干物質(zhì)積累，但氮肥施用過量則會使大量氮素在莖稈中殘留，降低籽粒對氮肥利用率，進而影響品質(zhì)[2-4]。因此，根據(jù)不同類型小麥對氮素的需求規(guī)律，優(yōu)化施肥技術(shù)、選擇適宜施氮量，是促進小麥氮素吸收利用、提高產(chǎn)量、協(xié)同改善品質(zhì)、減少農(nóng)田化肥污染的重要措施。前人有關(guān)此方面的研究多數(shù)是針對某一種筋型、兩種筋型或者不同的小麥品種進行的，將強筋、中筋和弱筋小麥在同一試點進行同步研究的較少。在團隊前期多年試驗的基礎(chǔ)上，本試驗選用能在北京安全越冬的強筋、中筋和弱筋3種筋型小麥6個品種，重點研究底施相同量氮肥的基礎(chǔ)上，拔節(jié)期追氮對不同筋型小麥干物質(zhì)和氮素積累與分配的影響，比較不同筋型小麥氮素利用的差異，為不同筋型小麥氮高效品種的篩選和生產(chǎn)提供理論和技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

試驗于2016—2017年在中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所東圃場試驗基地(聯(lián)想橋東南100 m)(39°57′N，116°19′E)進行，土壤質(zhì)地為壤土，耕層土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分為有機質(zhì)17.35 g/kg、全氮0.89 g/kg、堿解氮122 mg/kg、有效磷13.4 mg/kg、速效鉀98.0 mg/kg、pH 7.3。

試驗采用兩因素隨機區(qū)組設(shè)計，A因素為品種類型，設(shè)3個類型，每類型選用兩個品種，A1為強筋品種(藁優(yōu)2018、師欒02-1)，A2為中筋品種(中麥8號、中麥175)，A3為弱筋品種(揚麥22、揚麥15)。B因素為追施氮量，B1為75 kg/hm2(N75)，B2為 105 kg/hm2(N105)，B3為 135 kg/hm2(N135)。試驗田底施磷(P2O5) 135 kg/hm2、氮 (N）105 kg/hm2。氮肥追施時期為拔節(jié)期。強筋與中筋品種于10月5日播種，弱筋品種于10月15日播種，基本苗為300×104/hm2，小區(qū)面積7.2 m2，每個處理3次重復(fù)。于出苗后標(biāo)記長勢均勻一致的1 m雙行作為后期調(diào)查用固定樣點。分別于越冬前、拔節(jié)初期、灌漿中期各澆水一次，水量均為750 m3/hm2。其它管理同一般高產(chǎn)田，6月11日統(tǒng)一收獲。

1.2 測定內(nèi)容與方法

1.2.1 產(chǎn)量及構(gòu)成因素 收獲前拔取樣點植株，測定單位面積穗數(shù)、每穗粒數(shù)、千粒重及生物產(chǎn)量，全小區(qū)收獲測定產(chǎn)量。

1.2.2 含氮量 分別于開花期和成熟期進行取樣，將開花期植株樣品分為葉片、莖稈、穗3部分，成熟期植株樣品分為籽粒、葉片、莖稈、穎殼+穗軸4部分。樣品用烘箱105℃殺青后80℃烘至恒重，測定干物重。采用上海晟聲自動化分析儀器有限公司生產(chǎn)的凱氏定氮儀測定樣品含氮量。氮素積累有關(guān)計算公式[5-6]如下：

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

本試驗各筋型小麥數(shù)據(jù)均為兩個參試品種的平均值。試驗數(shù)據(jù)用Microsoft Excel 2013整理作圖，用DPS數(shù)據(jù)處理軟件進行方差分析，主要指標(biāo)的顯著性分析采用Duncan多重比較法。

2 結(jié)果與分析

2.1 追氮量對開花期和成熟期小麥地上部干物質(zhì)積累與分配的影響

由表1可知，增加追氮量顯著提高各筋型小麥開花期干物質(zhì)積累量，N135與N75處理間差異均達到顯著水平，其中弱筋小麥增幅高于強筋和中筋小麥，表明追氮量對弱筋小麥開花期干物質(zhì)積累的調(diào)控效應(yīng)最大。不同筋型小麥各器官干物質(zhì)所占比例受追氮量影響不盡相同，對于強筋小麥，增加追氮量顯著提高葉片干物質(zhì)比例，降低穗部干物質(zhì)比例，莖稈干物質(zhì)所占比例變化不顯著；中筋小麥莖稈干物質(zhì)比例顯著提高，葉片所占比例顯著降低，穗部干物質(zhì)則先增后降；弱筋小麥莖稈和穗部干物質(zhì)比例顯著提高，葉片比例則顯著降低。

表1 不同追氮量下開花期小麥不同部位的干物質(zhì)積累量與分配比例Table 1 Dry matter accumulation amount and distribution in different parts of wheat at flowering stage under different N topdressing rates

從平均值來看，強筋小麥干物質(zhì)積累量顯著高于中筋及弱筋小麥，其莖稈所占比例最高，為56.4%；葉片所占比例以中筋小麥最高，為26.3%；弱筋小麥穗部干物質(zhì)占比則最高，為22.7%。表明在開花期，強筋和中筋小麥的干物質(zhì)優(yōu)先分配于營養(yǎng)器官中。隨著追氮量增加，開花期小麥干物質(zhì)積累量均逐漸提高，其中干物質(zhì)積累量各追氮處理間差異顯著，與N75相比，N105和N135處理下，小麥莖、葉、穗及總干物質(zhì)積累量分別增長8.1%、11.1%、7.9%、8.8%和30.7%、26.5%、19.3%、27.1%。N135處理干物質(zhì)在莖稈中的分配比例顯著高于N75和N105，在葉片和穗中的分配則顯著低于N75和N105，后兩者間差異均不顯著。

表2表明，拔節(jié)期增加追施氮肥量可提高3種筋型小麥成熟期干物質(zhì)積累量，追氮量由75 kg/hm2增加到135 kg/hm2，除強筋、中筋小麥葉片干物質(zhì)增加不顯著外，其他器官及總干物質(zhì)量均顯著提高。其中強筋小麥莖稈、葉片、穎殼+穗軸、籽粒及總干物質(zhì)積累增幅分別為2.2%、11.2%、28.3%、8.8%和8.3%；中筋小麥增幅分別為4.1%、11.5%、72.5%、12.4%和15.6%；弱筋小麥增幅則分別為25.7%、30.5%、51.8%、29.9%和31.5%。總體上表現(xiàn)為弱筋小麥?zhǔn)艿收{(diào)控影響最大，干物質(zhì)增幅比例較高；各器官間則以穗軸穎殼受氮肥影響較大。成熟期干物質(zhì)在不同器官中積累量和分配比例從高到低依次為籽粒＞莖＞穎殼+穗軸＞葉。

表2 不同追氮量下成熟期小麥不同部位的干物質(zhì)積累量與分配比例Table 2 Dry matter accumulation amount and distribution in different parts of wheat at maturity stage under different N topdressing rates

比較3種筋型小麥可得出，莖稈、籽粒和總干物質(zhì)量以強筋小麥較高，顯著高于中筋和弱筋小麥；葉片干物質(zhì)表現(xiàn)為強筋和中筋顯著高于弱筋小麥；穎殼+穗軸干物質(zhì)則以中筋小麥為最高，顯著高于弱筋和強筋小麥。從分配比例分析，強筋小麥籽粒干物質(zhì)分配比例顯著高于中筋及弱筋小麥；穎殼+穗軸的分配比例則以弱筋最高，顯著高于強筋和中筋小麥；莖稈干物質(zhì)占比以強筋和弱筋小麥較多，葉片以弱筋和中筋小麥較高，表明弱筋小麥的物質(zhì)轉(zhuǎn)運效率總體較低。

成熟期小麥莖稈、葉片、穎殼+穗軸、籽粒及總干物質(zhì)積累量隨著追氮量增加顯著提高。與N75相比，N105和N135處理的小麥莖、葉、穎殼+穗軸、籽粒及總干物質(zhì)積累量分別提高3.7%、3.4%、20.9%、6.3%、6.7%和8.6%、16.7%、51.1%、14.8%、16.6%。增加追氮量，對籽粒和葉片干物質(zhì)占比影響較小，各處理間差異不顯著，但顯著降低莖稈中干物質(zhì)分配比例，提高穎殼+穗軸干物質(zhì)占比，其變幅高于其他器官，表明穎殼+穗軸干物質(zhì)量最容易受氮肥影響。

2.2 追氮量對花前和花后小麥植株氮素積累轉(zhuǎn)運的影響

由表3可得出，從開花期至成熟期，小麥營養(yǎng)器官(莖、葉)的氮素含量均顯著降低，不同追氮量處理下各筋型小麥的花前貯存氮素轉(zhuǎn)運量均高于花后的氮素轉(zhuǎn)運量。與N75相比，N105和N135處理下，強筋小麥開花期、成熟期的營養(yǎng)器官中氮素積累量分別增加17.9%、16.0%和23.1%、19.2%，成熟期籽粒中氮素積累量和花前氮素轉(zhuǎn)運量增幅分別為8.1%、18.9%和15.0%、25.3%，花前氮素對籽粒的貢獻率平均提高5.6個百分點，花后氮素貢獻率則相應(yīng)降低；但花前氮素轉(zhuǎn)運率及花后氮素轉(zhuǎn)運量受氮肥影響較小。表明隨著追氮量增加，花前氮素對強筋小麥籽粒的貢獻高于花后。與N75相比，N105和N135處理下，中筋小麥開花期、成熟期營養(yǎng)器官氮素積累量分別提高0.5%、14.9%和23.6%、52.0%，成熟期籽粒氮素積累和花前氮素轉(zhuǎn)運量則分別增加-0.7%、-7.4%和18.3%、8.2%，N135與N75之間差異顯著；花前氮素轉(zhuǎn)運率分別顯著降低5.1和8.1個百分點，花后氮素轉(zhuǎn)運量分別提高9.2%和33.3%，花前花后氮素對籽粒貢獻率差異則均不顯著。在N105和N135處理下，弱筋小麥營養(yǎng)器官氮素積累在開花期和成熟期分別比N75處理提高35.3%、38.8%和90.4%、88.9%，籽粒中的氮素積累量和花前氮素轉(zhuǎn)運量分別增加21.6%、31.7%和51.0%、91.3%；花前氮素貢獻率分別提高4.7和15.1個百分點，其中N135與N75處理差異顯著，花后貢獻率則顯著降低，花前氮素轉(zhuǎn)運率及花后氮素轉(zhuǎn)運量均表現(xiàn)為差異不顯著。

表3 不同追施氮量下不同筋型小麥營養(yǎng)器官氮素積累量、轉(zhuǎn)運率和對籽粒的貢獻率Table 3 Accumulation, translocation, and contribution to yield of stored N in vegetative organs of wheat as affected by nitrogen topdressing rate and cultivar

比較各施氮處理平均值表明，增加追氮量，營養(yǎng)器官氮素積累量、籽粒氮素積累量、花前營養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)運量及對籽粒的貢獻率均呈增加趨勢，以N135處理最高，處理間差異達到顯著水平，表明追施氮肥能提高小麥氮素積累量及花前氮素利用，且施氮越多，增幅越大?；ㄇ盃I養(yǎng)器官氮素向籽粒的轉(zhuǎn)運率隨追氮量增加而逐漸降低，N105和N135處理的花前轉(zhuǎn)運率顯著低于N75處理；花后氮素轉(zhuǎn)運量各處理間差異不顯著，貢獻率表現(xiàn)為N135處理顯著低于N75處理，N105與N75、N135與N105處理之間差異不顯著。

2.3 追氮量對不同品種小麥產(chǎn)量及構(gòu)成因素的影響

由表4得出，小麥產(chǎn)量以中筋小麥總體較高，顯著高于弱筋小麥，與強筋小麥產(chǎn)量差異不顯著。增加追施氮肥量對3種筋型小麥產(chǎn)量均有提高效應(yīng)，與N75相比，強筋小麥在N105和N135處理下產(chǎn)量分別提高3.8%和5.1%，中筋小麥分別提高3.8%和7.2%，弱筋小麥分別提高3.9%和6.2%，但差異未達到顯著水平。分析追氮量對產(chǎn)量三因素的影響得出，增加追施氮肥量可以顯著提高弱筋小麥成穗數(shù)，處理間差異達到顯著水平；強筋小麥的穗粒數(shù)和千粒重隨施氮量增加逐漸提高；中筋小麥的千粒重隨施氮量增加逐漸提高。

表4 不同追氮量下小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素Table 4 Effects of different treatments on wheat yield and its components under different N topdressing rates

3 討論

3.1 追氮量對不同筋型小麥地上部干物質(zhì)積累的影響

研究表明，開花期小麥各器官干物質(zhì)量表現(xiàn)為莖稈＞穎殼+穗軸＞葉，成熟期為籽粒＞莖稈＞穎殼+穗軸＞葉[7]，本研究小麥成熟期測定結(jié)果與其相同，但開花期則為莖稈＞葉片＞穗，有待于進一步分析差異存在的原因。本研究表明，增加追氮量可顯著提高開花期中筋和弱筋小麥莖稈干物質(zhì)占比，強筋小麥葉片干物質(zhì)分配比例，降低中筋弱筋小麥葉片干物質(zhì)占比；強筋小麥穗部干重占比隨施氮量增加表現(xiàn)為逐漸降低，中筋和弱筋小麥為先升后降。有研究認(rèn)為，旱地小麥在N0～180 kg/hm2范圍內(nèi)，隨施氮量增加，冬小麥成熟期各器官干物質(zhì)積累量先增后降[8]。牛巧龍等[9]則認(rèn)為在N0～300 kg/hm2范圍內(nèi)增施氮肥，對強筋和弱筋小麥地上部各部位器官干物質(zhì)的積累均具有促進作用。本試驗表明，成熟期強筋和中筋小麥葉片干物質(zhì)積累受追氮量影響較小，差異不顯著，其他部位干物質(zhì)和總干物質(zhì)量則隨追氮量增加而提高；弱筋小麥總干物質(zhì)和各器官干物質(zhì)量均隨追氮量增加而提高。與前人結(jié)果不盡相同的原因主要是試驗條件、施氮范圍、水分管理措施有所不同，且所選用的品種和試驗所處的生態(tài)區(qū)也不相同導(dǎo)致的。因此，對于不同筋型小麥干物質(zhì)積累的研究還需要再進一步擴大試驗范圍，增加代表性品種，穩(wěn)定環(huán)境條件進行深入探索。

3.2 追氮量對不同筋型小麥氮素利用的影響

前人研究認(rèn)為，拔節(jié)期追氮能增加開花期植株氮素積累，促進營養(yǎng)器官氮素向籽粒運轉(zhuǎn)[10]，氮素對籽粒的貢獻率表現(xiàn)為花前轉(zhuǎn)運大于花后同化[11]。張法全等[12]研究發(fā)現(xiàn)，施氮量增加，開花后營養(yǎng)器官積累的氮素向籽粒的轉(zhuǎn)運量和轉(zhuǎn)運率均表現(xiàn)為先增加后降低，施N 240～270 kg/hm2可滿足小麥氮素積累及營養(yǎng)器官向籽粒轉(zhuǎn)移的需要。增加施氮量顯著增強了貯藏氮素向籽粒的轉(zhuǎn)運，但施氮量過高不利于氮素轉(zhuǎn)移[13]。段文學(xué)等[14]則認(rèn)為在施N 150 kg/hm2基礎(chǔ)上增加施氮量，成熟期籽粒氮素積累量及分配比例降低，營養(yǎng)器官氮素積累量及分配比例升高。吳培金等[15]研究表明，在施N 105～315 kg/hm2范圍內(nèi)，弱筋小麥開花期、成熟期植株及成熟期籽粒氮素積累量均隨施氮量增加而顯著增加，花后營養(yǎng)器官氮素向籽粒的轉(zhuǎn)運率及對籽粒氮素積累的貢獻率均隨施氮量的增加而降低。本試驗結(jié)果表明，隨著追氮量的增加，強筋小麥營養(yǎng)器官氮素積累量、籽粒氮素積累量及花前氮素轉(zhuǎn)運量均顯著提高；中筋小麥花前氮素轉(zhuǎn)運率顯著降低，花后氮素轉(zhuǎn)運量則顯著提高；追氮對弱筋小麥影響較大，其營養(yǎng)器官氮素積累、籽粒氮素積累、花前氮素轉(zhuǎn)運量和貢獻率均顯著提高。試驗結(jié)果與前人研究結(jié)論不完全一致，其原因可能是試驗地點環(huán)境條件及氮肥運籌方式不同所導(dǎo)致的，土壤的肥力條件也可能對小麥氮素利用造成一定影響。其次，為了實現(xiàn)不同筋型小麥同步試驗，選用的品種也是造成試驗結(jié)果差異的原因之一。因此，在未來研究中應(yīng)適當(dāng)增加品種數(shù)量，調(diào)整氮肥運籌方式和用量，增加同位素等高精度研究手段，進一步深入分析相同條件下不同筋型小麥氮素利用差異的機理。

3.3 追氮量對不同筋型小麥籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成的影響

多數(shù)學(xué)者研究表明，施用氮肥可以顯著提高小麥產(chǎn)量，生長前期少施氮肥，中后期重追施，利于增加穗粒數(shù)，提高千粒重和產(chǎn)量[16]。有人認(rèn)為小麥產(chǎn)量主要受穗粒數(shù)和千粒重的影響[17]，也有學(xué)者認(rèn)為，小麥產(chǎn)量主要決定于穗數(shù)和穗粒數(shù)[18]，施氮量主要是通過增加穗數(shù)和穗粒數(shù)彌補千粒重降低而提高產(chǎn)量[19-21]。吳永成等[22]研究認(rèn)為，增施氮肥可以提高小麥的產(chǎn)量及其構(gòu)成，但不同品質(zhì)類型小麥對氮肥的敏感性不同，強筋品種對氮肥較敏感，氮肥的增產(chǎn)作用較大。另有研究表明，在施氮0～300 kg/hm2范圍內(nèi)，隨著施氮量增加，小麥穗數(shù)、穗粒數(shù)增加，千粒重降低，施N超過240 kg/hm2后穗粒數(shù)也呈下降趨勢[23]；弱筋小麥籽粒產(chǎn)量則先增加后減少，施氮量為180 kg/hm2時產(chǎn)量最高[24]。本試驗結(jié)果表明，中筋小麥產(chǎn)量總體較高，顯著高于弱筋小麥，與強筋小麥產(chǎn)量差異不顯著。增加追氮量，弱筋小麥成穗數(shù)顯著提高，強筋小麥穗粒數(shù)、千粒重逐漸提高，中筋小麥千粒重也逐漸提高；不同筋型小麥產(chǎn)量均有提高趨勢，但施氮處理之間差異不顯著。其原因可能是本試驗田土壤比較肥沃，基礎(chǔ)地力較高，導(dǎo)致追氮量對產(chǎn)量沒有顯著影響。需在下一步研究中，增加不同肥力地塊試驗，并擴大試驗范圍，以得出更為共性的結(jié)論。

綜上分析，作為本試驗材料的弱筋小麥，是由長江中下游麥區(qū)引入試驗區(qū)經(jīng)過數(shù)年試種的后代，其生長特性已發(fā)生相應(yīng)的改變。因此，受試驗條件影響，本試驗結(jié)果需結(jié)合其在主要產(chǎn)區(qū)(長江中下游麥區(qū))實際生產(chǎn)環(huán)境進一步同步深入比較，以得出弱筋小麥在適宜區(qū)域的最適氮肥運籌方式。本研究重點在于，比較不同筋型小麥在相同環(huán)境條件下對氮素的利用及干物質(zhì)積累的差異，為有關(guān)的試驗性研究提供參考。

4 結(jié)論

在基施純氮105 kg/hm2，追氮 75～135 kg/hm2范圍內(nèi)，增加追氮量可提高不同筋型小麥主要器官開花期干物質(zhì)和總干物質(zhì)積累量，降低成熟期小麥干物質(zhì)在營養(yǎng)器官中的分配比例，促進干物質(zhì)向籽粒分配，提高小麥開花期和成熟期氮素積累量及花前貯存氮素轉(zhuǎn)運量，降低花后氮素轉(zhuǎn)運；追施氮肥對不同筋型小麥產(chǎn)量沒有顯著影響，產(chǎn)量構(gòu)成因素對追氮量的響應(yīng)在筋型之間有一定的差異。追施N 105 kg/hm2有利于強筋小麥的干物質(zhì)積累分配、氮素積累運轉(zhuǎn)，保證較高的穗粒數(shù)和千粒重，穩(wěn)定產(chǎn)量。追施N 135 kg/hm2可以顯著提高中筋小麥的干物質(zhì)積累、氮素吸收轉(zhuǎn)運及千粒重，保證較高產(chǎn)量。弱筋小麥?zhǔn)艿收{(diào)控最明顯，追施N 135 kg/hm2可以促進弱筋小麥植株干物質(zhì)積累、花前氮素積累與轉(zhuǎn)運，提高對籽粒的貢獻率，提高成穗數(shù)實現(xiàn)產(chǎn)量的提升。