董志強 呂麗華 姚艷榮 張經(jīng)廷 張麗華 姚海坡 申海平 賈秀領(lǐng)

河北省農(nóng)林科學院糧油作物研究所 / 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部華北地區(qū)作物栽培科學觀測實驗站 / 河北省作物栽培生理與綠色生產(chǎn)重點實驗室,河北石家莊 050035

小麥是我國主要糧食作物, 也是耗水較多的作物, 小麥生產(chǎn)中普遍存在灌水量大、水資源浪費嚴重和氮肥過量施用造成氮肥利用率降低、NO3--N淋失, 環(huán)境污染等問題[1-3]。隨著人民生活水平的不斷提高, 我國對優(yōu)質(zhì)專用小麥的需求量呈持續(xù)增長趨勢。因此, 明確強筋優(yōu)質(zhì)小麥最佳的水氮互作模式,對提高小麥產(chǎn)量和品質(zhì)具有重要意義。在小麥生產(chǎn)中, 澆水和施肥往往被認為是改善品質(zhì)的策略[4]。已有研究證實, 在小麥生長發(fā)育過程中, 水分通過參與小麥植株的生理生化反應, 對植株內(nèi)干物質(zhì)積累和運轉(zhuǎn)起到調(diào)節(jié)作用, 進而影響產(chǎn)量形成[5-6]。水分通過改變小麥籽粒儲藏物質(zhì)比例來影響面粉的加工品質(zhì)[7-9]。有研究表明, 小麥的加工品質(zhì)與終端產(chǎn)品的營養(yǎng)價值和健康效果密切相關(guān)[10]。灌水過多或過少均不利于小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的形成, 只有合理灌溉,才能達到小麥高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的目的[11]。在播前土壤水分充足的條件下, 拔節(jié)期和開花期各灌溉75 mm是華北平原小麥生產(chǎn)中最佳限水灌溉方式[12]。小麥籽粒產(chǎn)量和品質(zhì)受生態(tài)條件、年型、遺傳因素及耕作栽培措施的調(diào)控, 且肥料的調(diào)控效果最明顯[13-14]。氮是小麥最重要的營養(yǎng)元素之一, 在小麥生產(chǎn)中, 氮肥是同時提高籽粒蛋白質(zhì)含量和產(chǎn)量的最有效投入[15-17]。華北平原小麥平均施氮量為325 kg hm-2,遠超過其平均產(chǎn)量對應的需氮量160 kg hm-2[18]。華北平原小麥產(chǎn)量水平達到7000 kg hm-2時, 最佳施氮量在185 kg hm-2左右[19]。在華北平原以土壤相對含水量為基礎(chǔ)進行補灌的條件下, 冬小麥獲得穩(wěn)定籽粒產(chǎn)量的適宜施氮量為180 kg hm-2[20]。在一定施氮量范圍內(nèi), 小麥籽粒產(chǎn)量隨施氮量的增加而增加,超過適宜施氮量范圍產(chǎn)量反而會下降[21-22]。與農(nóng)戶施肥相比, 小麥玉米輪作推薦施肥小麥季氮肥減量11.8%, 產(chǎn)量提高7.4%[23]。不同氮肥施用量處理可顯著影響小麥籽粒面包加工品質(zhì)[24-25]。適當增加施氮量或提高小麥生育中后期施氮比例均能提高籽粒產(chǎn)量、品質(zhì), 如蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量和穩(wěn)定時間等[26-27]。施用高氮肥料通常能提高谷物代謝產(chǎn)物、淀粉和蛋白質(zhì)的合成及面包烘烤品質(zhì)[28]。也有研究表明, 過量施氮會導致冬小麥產(chǎn)量、品質(zhì)顯著降低[29-31]。如何通過合理灌溉和優(yōu)化氮肥施用量,協(xié)同提高籽粒產(chǎn)量和品質(zhì)是當前強筋優(yōu)質(zhì)小麥生產(chǎn)中亟待解決的問題。大田條件下, 以強筋優(yōu)質(zhì)小麥品種師欒02-1為供試材料, 設(shè)置2個灌溉水平和6個氮肥水平, 研究不同水氮互作對小麥籽粒產(chǎn)量和加工品質(zhì)的影響, 旨在明確強筋小麥最佳灌水次數(shù)和施氮量, 為強筋小麥科學澆水和施氮提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

試驗于2017—2020年在河北省農(nóng)林科學院糧油作物研究所藁城堤上試驗站(38°41′ N, 116°85′ E, 海拔51.2 m)進行, 該試驗站屬于河北太行山山前平原區(qū)。本試驗用地自2006年小麥播種開始已開展11年冬小麥—夏玉米一年兩熟水氮耦合定位試驗。小區(qū)面積為37.8 m2(5.4 m × 7.0 m), 灌水設(shè)計: 冬小麥季設(shè)一水(W1, 拔節(jié)水)和兩水(W2, 拔節(jié)水+開花水) 2個灌溉水平, 夏玉米季設(shè)限水和適水兩個水分處理, 灌水次數(shù)根據(jù)當季的降水量來定, 采用小畦漫灌方式, 單次灌水量75 mm, 冬小麥季一水對應夏玉米季限水, 冬小麥季兩水對應夏玉米季適水。施肥設(shè)計: 冬小麥和夏玉米均設(shè)N0、N1、N2、N3、N4和N5 (0、60、120、180、240和300 kg hm-2) 6個施氮水平, 以尿素(含氮量46%)為氮源, 小麥播種前基施和拔節(jié)期追施各占50%, 所有處理磷鉀肥施用量均一致, 小麥季各處理均于播種前旋地時施入P2O5150 kg hm-2(過磷酸鈣, 含P2O515%)和K2O 105 kg hm-2(顆粒氯化鉀, 含K2O 60%), 夏玉米季不施磷鉀肥。冬小麥、夏玉米收獲后秸稈全部還田。試驗田土質(zhì)為壤土, 2018年小麥播種前各水氮互作處理耕層(0～20 cm)土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分含量見表1。

表1 試驗區(qū)土壤(0～20 cm)基礎(chǔ)養(yǎng)分含量Table 1 Soil basic nutrient content in experimental area (0-20 cm)

供試品種為強筋優(yōu)質(zhì)小麥師欒02-1。2017年10月15日播種, 2018年6月9日收獲; 2018年10月10日播種, 2019年6月8日收獲; 2019年10月9日播種, 2020年6月8日收獲。本試驗為澆水次數(shù)和施氮量2因子裂區(qū)試驗設(shè)計, 主區(qū)為澆水次數(shù), 副區(qū)為施氮量(詳情見上), 播量180 kg hm-2, 3次重復。其他田間管理與當?shù)厣a(chǎn)習慣相同, 小麥生育期內(nèi)未發(fā)生嚴重病蟲害。試驗區(qū)降水情況見表2。

表2 2017-2020年試驗區(qū)降水情況Table 2 Rainfall in experiment area from 2017 to 2020 (mm)

1.2 測定項目與方法

1.2.1 土壤肥力測定 土壤肥力性狀指標有機質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀按照NY525-2012標準檢測。

1.2.2 產(chǎn)量 小麥成熟期, 采用專用小型小區(qū)收獲機單獨收獲脫粒, 待籽粒自然風干后分別稱重,采用谷物水分測定儀測定籽粒含水量, 折算為含水量13%的標準產(chǎn)量。

1.2.3 籽粒品質(zhì)性狀 小麥收獲后, 籽粒自然風干存放2個月后, 每小區(qū)取樣2.5 kg進行品質(zhì)分析。濕面筋含量采用面筋分析儀(Glutomatic 2100, 瑞典波通公司)依據(jù) GB/T 5506.2-2008測定; 采用BAU-A型沉淀儀依據(jù)AACC-56-61A方法測定沉降值; 采用電子粉質(zhì)儀(810106002型, 德國Brabender公司)依據(jù)GB/T 14614-2006方法測定面團穩(wěn)定時間; 采用拉伸儀(86003302型, 德國Brabender公司)依據(jù)GB/T 14615-2006方法測定拉伸能量和最大拉伸阻力。

1.3 數(shù)據(jù)分析

為了便于分析, 采用小麥生育年[即休閑期(7月至9月)+生育期(10月至次年6月)]概念, 生育年降水量=休閑期降水量+生育期降水量。將生育年降水量劃分為干旱年型、平水年型和豐水年型3種類型。用DI表示干旱指數(shù), AnP表示生育年降水量, M1表示多年生育年平均降水量, σ表示多年生育年降水量的標準差。公式為DI = (AnP - M1)/σ。當DI＞0.35為豐水年型, -0.35≤DI≤0.35為平水年型, DI＜-0.35為干旱年型[32]。1976—2016年河北省石家莊市藁城區(qū)年均降水量480.6 mm, 均方差153.1 mm,2017— 2018年度屬豐水年型, 2018—2019年度、2019—2020年度屬干旱年型。

用Microsoft Excel 2007處理數(shù)據(jù), 采用SPSS 25.0軟件進行統(tǒng)計分析, 最小極差(LSD)法檢驗差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 水氮互作對小麥產(chǎn)量的影響

施氮量0～300 kg hm-2時, 不同降水年型春澆一水、春澆兩水小麥籽粒產(chǎn)量隨施氮量的增加均先增加后減少, 產(chǎn)量最高值對應的施氮量為N4處理(表3、表4和表5)。且小麥產(chǎn)量不同降水年型間存在較大差異, 2017—2018年度(豐水年型)春澆一水產(chǎn)量平均值略低于春澆兩水, 較春澆兩水減少3.5%;2018—2019年度(干旱年型)和2019—2020年度(干旱年型)春澆一水產(chǎn)量平均值遠低于春澆兩水, 較春澆兩水分別減少26.2%和24.4%。

灌水次數(shù)相同, 不同施氮量處理間小麥產(chǎn)量相比較。2017—2018年度, 春澆一水、春澆兩水產(chǎn)量除N3、N5處理外, 其他處理均顯著低于N4處理(表3)。2018—2019年度, W1N0、W1N1、W1N2處理產(chǎn)量較W1N4處理分別減少52.6%、17.9%和8.7%,W2N0、W2N1處理較W2N4處理分別減少61.9%和20.8%, 差異均顯著(表4)。2019—2020年度, 春澆一水、春澆兩水除N5處理外, 其他處理均顯著低于N4處理(表5)。以上結(jié)果表明, 一般降水年型強筋優(yōu)質(zhì)小麥最佳施氮量范圍為180～240 kg hm-2。施氮量相同, 不同灌水次數(shù)小麥產(chǎn)量相比較。2017—2018年度, 施氮量120～300 kg hm-2時, 春澆一水不同施氮量處理產(chǎn)量均顯著低于施氮量相同的春澆兩水處理; 2018—2019年度, 春澆一水所有施氮量處理產(chǎn)量均顯著低于施氮量相同的春澆兩水處理; 2019—2020年度, W1N1處理產(chǎn)量較W2N1處理減少2.6%,差異不顯著, 其他春澆一水各施氮量處理均顯著低于施氮量相同的春澆兩水處理。表明, 豐水年型和干旱年型春季澆兩水均有利于強筋優(yōu)質(zhì)小麥產(chǎn)量的提高。

表3 2017-2018年度不同水氮互作對小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響Table 3 Effects of different water and nitrogen interaction on wheat yield and yield composition in 2017 and 2018

表4 2018-2019年度不同水氮互作對小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響Table 4 Effects of different water and nitrogen interaction on wheat yield and yield composition in 2018 and 2019

表5 2019-2020年度不同水氮互作對小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響Table 5 Effects of different water and nitrogen interaction on wheat yield and yield composition in 2019 and 2020

(續(xù)表5)

2.2 水氮互作對小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

小麥產(chǎn)量高低由收獲時單位面積穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重三者的乘積決定。本試驗中, 不同水氮互作對單位面積收獲穗數(shù)的影響最大, 其次是千粒重,對穗粒數(shù)的影響最小。施氮量0～300 kg hm-2時, 不同降水年型春澆一水、春澆兩水小麥收獲穗數(shù)隨施氮量的增加呈先增加后減少或逐漸增加的趨勢, 收獲穗數(shù)最大值對應的施氮量為N4或N5處理, 變化趨勢和產(chǎn)量基本相同。灌水次數(shù)相同, 不同施氮量處理收獲穗數(shù)相比較, 2017—2018年度, W1N0、W1N1處理小麥收獲穗數(shù)較W1N4處理分別減少28.3%和10.8%; W2N0、W2N1處理較W2N4處理分別減少48.4%和27.5%, 差異均顯著。2018—2019年度, W1N0、W1N1、W1N2處理收獲穗數(shù)較W1N5處理分別減少51.3%、14.2%和11.5%; W2N0、W2N1處理較W2N4處理分別減少54.9%和17.5%, 差異均顯著。2019—2020年度, W1N0、W1N1、W1N2、W1N3處理收獲穗數(shù)較W1N4處理分別減少69.5%、24.4%、17.1%和13.1%; W2N0、W2N1、W2N2處理較W2N5處理分別減少61.8%、29.3%和13.5%, 差異均顯著。春澆一水和春澆兩水收獲穗數(shù)平均值的差值不同降水年型間存在較大差異。豐水年型, 春澆一水收獲穗數(shù)平均值略低于春澆兩水, 較春澆兩水減少2.5%; 干旱年型, 春澆一水收獲穗數(shù)平均值遠低于春澆兩水, 較春澆兩水分別減少16.8%和18.5%, 變化趨勢和產(chǎn)量相同。

施氮量相同, 不同灌水次數(shù)收獲穗數(shù)間比較。豐水年型, 不施氮情況下, 春澆一水處理收獲穗數(shù)高于春澆兩水處理, 差異不顯著; 施氮量60～240 kg hm-2時, 春澆一水處理收獲穗數(shù)顯著低于施氮量相同的春澆兩水處理; 施氮量300 kg hm-2時, 春澆兩水處理收獲穗數(shù)高于春澆一水處理, 差異不顯著。干旱年型, 施氮量0～300 kg hm-2時, 春澆一水不同施氮量處理收獲穗數(shù)均顯著低于施氮量相同的春澆兩水處理。以上結(jié)果表明, 小麥生育期降水量偏少的情況下, 春澆兩水較春澆一水能顯著增加收獲穗數(shù), 進而增加產(chǎn)量。

從3年的試驗結(jié)果可以看出, 不同施氮量處理春澆兩水小麥千粒重平均值均高于春澆一水, 且不同降水年型間存在較大差異。豐水年型, 春澆兩水千粒重平均值略高于春澆一水, 較春澆一水增加0.3%; 干旱年型, 春澆兩水千粒重平均值明顯高于春澆一水, 較春澆一水分別增加18.6%和6.7%。施氮量0～300 kg hm-2時, 施氮量相同, 不同灌水次數(shù)千粒重相比較。2017—2018年度, W2N0處理較W1N0處理增加7.2%, 差異顯著, 其他施氮量相同的春澆兩水處理與春澆一水處理均無顯著差異;2018—2019年度, 春澆兩水處理千粒重均顯著高于施氮量相同的春澆一水處理; 2019—2020年度,W2N0、W2N2、W2N4、W2N5處理千粒重分別顯著高于施氮量相同的春澆一水處理。

穗粒數(shù)隨施氮量的增加3年間變化無明顯規(guī)律可循。不同降水年型春澆一水穗粒數(shù)平均值與春澆兩水差異不大?？傮w來說, 春澆兩水穗粒數(shù)高于春澆一水, 如豐水年型春澆兩水穗粒數(shù)平均值較春澆一水增加1.6%, 干旱年型春澆兩水穗粒數(shù)平均值較春澆一水分別增加2.3%和3.1%。收獲指數(shù)受降水年型的影響較大, 不同降水年型收獲指數(shù)的變化完全不同。施氮量0～300 kg hm-2時, 施氮量相同, 不同灌水次數(shù)收獲指數(shù)相比較, 2017—2018年度, 不同施氮量春澆一水處理收獲指數(shù)均顯著高于施氮量相同的春澆兩水處理, 春澆一水收獲指數(shù)平均值較春澆兩水增加9.3%; 2018—2019年度, 不同施氮量春澆兩水處理均顯著高于施氮量相同的春澆一水處理,春澆兩水收獲指數(shù)平均值較春澆一水增加15.7%。

2.3 水氮互作對小麥濕面筋含量、沉降值和吸水率的影響

不同水氮互作下小麥濕面筋含量不同降水年型間存在較大差異, 2017—2018年度, 春澆一水濕面筋含量平均值略低于春澆兩水, 較春澆兩水減少3.2%。施氮量為0～60 kg hm-2時春澆一水濕面筋含量顯著高于春澆兩水, 施氮量120～300 kg hm-2時春澆兩水顯著高于春澆一水, 變化趨勢與收獲穗數(shù)相同(表3和表6)。2018—2019年度, 施氮量0～300 kg hm-2時, 春澆一水濕面筋含量平均值較春澆兩水增加7.2%, 春澆一水處理濕面筋含量均顯著高于施氮量相同的春澆兩水處理(表7)。2019—2020年度, 春澆一水濕面筋含量平均值較春澆兩水增加7.3%, 其中, W1N0、W1N1、W1N2處理分別顯著高于施氮量相同的春澆兩水處理(表8)。施氮量0～300 kg hm-2時, 不同降水年型春澆一水、春澆兩水小麥濕面筋含量隨施氮量的增加先增加后減少或逐漸增加, 最大值對應的施氮量為240 kg hm-2或300 kg hm-2。2017—2018年度, W1N4處理較W1N0、W1N1、W1N2、W1N5處理分別增加37.2%、17.6%、5.5%和7.2%; W2N4處理較W2N0、W2N1、W2N2處理分別增加66.5%、37.4%和5.4%, 差異均顯著。2018—2019年度, W1N4處理較W1N0、W1N1、W1N2、W1N3處理分別增加75.7%、57.8%、14.5%和6.9%; W2N4處理較W2N0、W2N1、W2N2、W2N3處理分別增加69.4%、59.6%、18.1%和4.1%, 差異均顯著。2019—2020年度, W1N5處理較W1N0、W1N1、W1N2、W1N3、W1N4處理分別增加30.6%、28.7%、13.1%、5.5%和4.6%; W2N5處理較W2N0、W2N1、W2N2、W2N3處理分別增加57.9%、52.5%、29.0%和7.5%, 差異均顯著。

不同水氮互作下小麥沉降值不同降水年型間亦存在較大差異。施氮量0～300 kg hm-2時, 豐水年型,春澆一水小麥沉降值平均值略低于春澆兩水, 較春澆兩水減少1.7%。W2N2處理較W1N2處理增加4.0%, W2N4處理較W1N4處理增加5.9%, 差異均顯著。干旱年型, 春澆一水處理沉降值均顯著高于施氮量相同的春澆兩水處理。施氮量0～300 kg hm-2時,不同降水年型春澆一水、春澆兩水沉降值隨施氮量的增加先增加后減少或逐漸增加, 最大值對應的施氮量為240 kg hm-2或300 kg hm-2。2017—2018年度, W1N5處理沉降值較W1N0、W1N1、W1N2處理分別增加7.1%、5.8%和4.9%; W2N4處理較W2N0、W2N1、W2N2處理分別增加13.8%、11.8%和5.0%, 差異均顯著。2018—2019年度, W1N4處理沉降值較W1N0、W1N1、W1N2、W1N3處理分別增加42.5%、30.0%、7.7%和6.4%; W2N4處理較W1N0、W1N1、W1N2處理分別增加34.1%、26.3%和6.0%, 差異均顯著。2019—2020年度, W1N5處理沉降值較W1N0、W1N1、W1N2、W1N3處理分別增加31.0%、23.1%、10.2%和8.2%; W2N4處理較W1N0、W1N1、W1N2處理分別增加22.9%、22.1%和11.5%, 差異均顯著。

吸水率相對于其他小麥加工品質(zhì)指標不同降水年型間差異較小。豐水年型, 春澆兩水小麥吸水率平均值略高于春澆一水, 較春澆一水增加0.2%; 干旱年型, 春澆一水吸水率平均值較春澆兩水分別增加1.0%和1.6% (表6、表7和表8)。

表6 2017-2018年度不同水氮互作下小麥加工品質(zhì)的變化Table 6 Changes of wheat processing quality under different water and nitrogen interaction in 2017 and 2018

表7 2018-2019年度不同水氮互作下小麥加工品質(zhì)的變化Table 7 Changes of wheat processing quality under different water and nitrogen interaction in 2018 and 2019

2.4 水氮互作對小麥面團穩(wěn)定時間、拉伸能量和最大拉伸阻力的影響

施氮量0～300 kg hm-2時, 不同降水年型春澆一水、春澆兩水小麥面團穩(wěn)定時間隨施氮量增加均先增加后減少, 最大值對應的施氮量均為240 kg hm-2(表6、表7和表8)。2017—2018年度, W1N4處理穩(wěn)定時間較W1N0、W1N1、W1N2、W1N3、W1N5處理分別增加35.7%、16.3%、10.7%、5.6%和6.5%;W2N4處理穩(wěn)定時間較W2N0、W2N1、W2N2、W2N3、W2N5處理分別增加34.3%、16.5%、11.0%、8.5%和9.3%, 差異均顯著。2018—2019年度, W1N4處理穩(wěn)定時間較W1N0、W1N1、W1N2、W1N5處理分別增加66.7%、64.3%、11.6%和8.8%; W2N4處理穩(wěn)定時間較W2N0、W2N1、W2N2、W2N3、W2N5處理分別增加88.0%、84.7%、24.8%、19.5%和8.5%, 差異均顯著。2019—2020年度, W1N4處理穩(wěn)定時間較W1N0、W1N1、W1N2、W1N5處理分別增加46.4%、43.0%、27.5%和11.3%; W2N4處理穩(wěn)定時間較W2N0、W2N1、W2N2、W2N3、W2N5處理分別增加15.5%、13.6%、10.7%、7.2%和5.5%,差異均顯著。豐水年型, 春澆兩水小麥穩(wěn)定時間平均值較春澆一水增加22.5%, 各施氮量春澆兩水處理均顯著高于施氮量相同的春澆一水處理; 干旱年型, 春澆一水穩(wěn)定時間平均值較春澆兩水分別增加20.2%和24.7%, 各施氮量春澆一水處理均顯著高于施氮量相同的春澆兩水處理。

表8 2019-2020年度不同水氮互作下小麥加工品質(zhì)的變化Table 8 Changes of wheat processing quality under different water and nitrogen interaction in 2019 and 2020

施氮量0～300 kg hm-2時, 不同降水年型春澆一水、春澆兩水小麥拉伸能量隨施氮量的增加均先增加后減少, 施氮量240 kg hm-2時達到最大值。2017—2018年度, W1N4處理拉伸能量較W1N0、W1N1、W1N2、W1N3處理分別增加22.1%、12.7%、9.2%和9.2%; W2N4處理較W2N0、W2N1、W2N2、W2N5處理分別增加21.7%、10.2%、5.1%和5.9%, 差異均顯著。2018—2019年度, W1N4處理拉伸能量較W1N0、W1N1、W1N2、W1N3、W1N5處理分別增加97.8%、84.2%、66.1%、18.5%和15.5%; W2N4處理較W2N0、W2N1、W2N2、W2N3、W2N5處理分別增加88.2%、66.2%、49.5%、18.3%和15.4%, 差異均顯著。2019—2020年度, W1N4處理拉伸能量較W1N0、W1N1、W1N2、W1N3、W1N5處理分別增加29.4%、22.2%、20.0%、6.5%和4.8%; W2N4處理較W2N0、W2N1、W2N2、W2N3、W2N5處理分別增加10.4%、8.2%、6.0%、5.0%和7.1%, 差異均顯著。豐水年型, 春澆兩水拉伸能量平均值較春澆一水增加9.9%, 各施氮量春澆兩水處理均顯著高于施氮量相同的春澆一水處理; 干旱年型, 春澆一水拉伸能量平均值較春澆兩水分別增加15.6%和17.0%, 各施氮量春澆一水處理均顯著高于施氮量相同的春澆兩水處理。

最大拉伸阻力的變化和拉伸能量相同: 隨施氮量的增加先增加后減少, 春澆一水、春澆兩水最大拉伸阻力最大值對應的施氮量均為240 kg hm-2。2017—2018年度, W1N4處理最大拉伸阻力較W1N0、W1N1處理分別增加18.4%和8.0%, W2N4處理較W2N0、W2N1處理分別增加7.5%和4.7%, 差異均顯著; 2018—2019年度, W1N4處理最大拉伸阻力較W1N0、W1N1、W1N2、W1N5處理分別增加36.1%、32.2%、26.4%和14.6%, W2N4處理較W2N0、W2N1、W2N2、W2N5處理分別增加20.0%、12.5%、9.0%和6.1%, 差異均顯著; 2019—2020年度, W1N4處理最大拉伸阻力較W1N0、W1N1、W1N2、W1N3處理分別增加19.5%、18.3%、11.2%和9.0%, W2N4處理較W2N0、W2N1、W2N2、W2N3處理分別增加28.8%、23.5%、23.2%和18.5%, 差異均顯著。施氮量0～300 kg hm-2時, 豐水年型, 春澆兩水最大拉伸阻力平均值較春澆一水增加16.4%, 各施氮量春澆兩水處理最大拉伸阻力均顯著高于施氮量相同的春澆一水處理; 干旱年型, 春澆一水最大拉伸阻力平均值較春澆兩水分別增加6.1%和23.0%。

3 討論

黃淮海平原是我國主要的小麥產(chǎn)區(qū)[33]。近些年由于投入成本不斷增加導致小麥種植效益較低, 進而影響該區(qū)小麥持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。因此, 通過合理調(diào)控灌水次數(shù)和優(yōu)化氮肥施用量, 降低生產(chǎn)成本, 減少水資源的浪費, 最終實現(xiàn)小麥高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效是該區(qū)當前小麥研究的核心。

3.1 水氮互作對小麥產(chǎn)量的影響

前人關(guān)于水氮互作對小麥籽粒產(chǎn)量的影響已做了大量研究。張秀等[31]研究表明, 施氮量為180 kg hm-2與240 kg hm-2間冬小麥籽粒產(chǎn)量無顯著性差異,施氮量增至300 kg hm-2時產(chǎn)量反而降低。與全生育期不灌溉相比, 冬小麥拔節(jié)期灌一水產(chǎn)量顯著提高,施氮量為240 kg hm-2結(jié)合拔節(jié)期灌水處理籽粒產(chǎn)量最高[34]。房琴等[35]研究結(jié)果表明, 施氮量為240～300 kg hm-2時小麥產(chǎn)量最高。綜合施氮量對小麥產(chǎn)量及構(gòu)成因素的影響效應, 在較高土壤肥力麥田適宜施氮量為240 kg hm-2左右[15]。本研究結(jié)果表明, 施氮量0～300 kg hm-2時, 不同降水年型春澆一水、春澆兩水強筋優(yōu)質(zhì)小麥師欒02-1產(chǎn)量隨施氮量增加均表現(xiàn)出先增加后減少的趨勢, 施氮量240 kg hm-2時產(chǎn)量最高, 這與上述結(jié)論相一致。春澆一水、春澆兩水情況下, 施氮量為180 kg hm-2與240 kg hm-2間冬小麥產(chǎn)量2017—2018年度和2018—2019年度均無顯著性差異, 與張秀等[31]結(jié)論相同; 而2019—2020年度施氮量240 kg hm-2顯著高于180 kg hm-2, 這與張秀等[31]結(jié)論存在差異。Li等[36]研究指出, 在我國華北平原微噴灌條件下, 灌溉量120 mm和總施氮量195 kg hm-2的處理較灌溉量120 mm和總施氮量240 kg hm-2的處理顯著增加冬小麥籽粒產(chǎn)量和水分利用效率, 與本研究結(jié)論存在一定差異。施氮量為120～300 kg hm-2時, 春澆兩水小麥產(chǎn)量顯著高于春澆一水。進一步分析表明, 不同水氮互作對小麥單位面積收獲穗數(shù)的影響最大, 其次是千粒重, 對穗粒數(shù)的影響最小。增加春季澆水次數(shù)和增加施氮量對小麥籽粒產(chǎn)量的提高主要是通過增加單位面積有效穗數(shù)來實現(xiàn)的。

3.2 水氮互作對小麥加工品質(zhì)的影響

小麥加工品質(zhì)常以濕面筋含量、沉降值、吸水率、面團形成時間和穩(wěn)定時間、拉伸能量、最大拉伸阻力等為主要評價指標。栽培環(huán)境對小麥品質(zhì)影響很大, 同一小麥品種品質(zhì)因栽培環(huán)境的改變而表現(xiàn)出不同的特征[26,37]。隨灌水量的增加, 小麥濕面筋含量及沉降值均呈遞減趨勢[7]。減少灌水次數(shù)可提高小麥沉降值、面團形成時間和穩(wěn)定時間[38]。本研究表明, 施氮量0～300 kg hm-2時, 豐水年型春澆兩水小麥濕面筋含量、沉降值、吸水率、面團穩(wěn)定時間、拉伸能量、最大拉伸阻力平均值均高于春澆一水, 這不同于上述結(jié)論, 原因可能是所選小麥品種不同、栽培環(huán)境改變、氣候條件(尤其是生育期降水量多少)不同等。而干旱年型的表現(xiàn)相反: 春澆一水小麥濕面筋含量、沉降值、吸水率、面團穩(wěn)定時間、拉伸能量、最大拉伸阻力平均值均高于春澆兩水,與上述研究結(jié)論基本一致。

徐恒永等[39]研究指出, 強筋小麥濕面筋含量和沉降值隨施氮量的增加而增加, 穩(wěn)定時間則隨施氮量的增加而呈先增后降的變化趨勢。強筋小麥濟麥20達到高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的最優(yōu)施氮量為225 kg hm-2[26]。干旱條件下, 適量施用高氮肥料可改善小麥面筋積累、面筋二級結(jié)構(gòu)形成和烘焙品質(zhì)[16]。張秀等[31]研究結(jié)果表明, 施氮量由180 kg hm-2增加至240 kg hm-2時, 2個強筋小麥品種面團形成時間、穩(wěn)定時間、沉降值和面包體積均顯著上升, 但施氮量從240 kg hm-2增加至300 kg hm-2時, 面團形成時間、穩(wěn)定時間和面包體積均顯著下降。本研究中, 施氮量為0～300 kg hm-2時, 不同降水年型春澆一水、春澆兩水強筋優(yōu)質(zhì)小麥師欒02-1濕面筋含量、吸水率和沉降值隨施氮量的增加先增加后減少或逐漸增加, 施氮量240 kg hm-2或300 kg hm-2時達到最大值; 面團穩(wěn)定時間、拉伸能量和最大拉伸阻力隨施氮量增加均先增加后減少, 施氮量240 kg hm-2時達到最大值。這與上述研究結(jié)論基本相同。趙廣才等[37]指出,施氮量0～300 kg hm-2時, 強筋小麥濕面筋含量、沉降值、吸水率、形成時間、穩(wěn)定時間、延伸性和面包體積均隨施氮量增加逐漸提高。蔡金華等[40]研究表明, 增施氮肥(3個施氮水平: N 240、300、360 kg hm-2)能顯著提高鎮(zhèn)麥136的濕面筋含量、面團形成時間和穩(wěn)定時間。施氮量在150～300 kg hm-2范圍內(nèi),隨施氮量的增加, 小麥沉降值、濕面筋含量、面團形成時間和穩(wěn)定時間均增加, 加工品質(zhì)明顯改善[41]。這與本試驗結(jié)果不完全一致, 可能與小麥品種特性、土壤基礎(chǔ)肥力和生育期氣象因子等因素有關(guān)。

4 結(jié)論

施氮量0～300 kg hm-2時, 不同降水年型春澆一水、春澆兩水強筋優(yōu)質(zhì)小麥師欒02-1產(chǎn)量隨施氮量的增加均先增加后減少, 產(chǎn)量最高值對應的施氮量為240 kg hm-2。施氮量120～300 kg hm-2時, 春澆兩水產(chǎn)量顯著高于春澆一水。水氮互作對小麥單位面積收獲穗數(shù)的影響最大, 其次是千粒重, 對穗粒數(shù)的影響最小。豐水年型春澆兩水小麥濕面筋含量、沉降值、吸水率、面團穩(wěn)定時間、拉伸能量、最大拉伸阻力平均值均高于春澆一水, 而干旱年型的表現(xiàn)相反: 春澆一水高于春澆兩水。小麥濕面筋含量和沉降值隨施氮量的增加先增加后減少或逐漸增加,施氮量240 kg hm-2或300 kg hm-2時達到最大值; 穩(wěn)定時間、拉伸能量和最大拉伸阻力隨施氮量的增加均先增加后減少, 施氮量240 kg hm-2時達到最大值。本試驗條件下, 小麥生育期春澆兩水和施氮量240 kg hm-2時, 籽粒產(chǎn)量和加工品質(zhì)表現(xiàn)最佳。