王 犇,任開明,馬尚宇,樊永惠,張文靜,黃正來
(安徽農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院,安徽 合肥 230036)
弱筋小麥因其蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量較低、面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間較短等原因,適合作為生產(chǎn)糕點(diǎn)、餅干等食品的原材料,目前,國(guó)內(nèi)優(yōu)質(zhì)弱筋小麥?zhǔn)袌?chǎng)缺口較大[1]。安徽省沿淮麥區(qū)及江淮丘陵地區(qū),因其灌漿期多雨潮濕,光照不足,且前茬作物多為水稻等原因,小麥籽粒蛋白質(zhì)的形成與積累較慢,比較適合弱筋小麥的生產(chǎn)[2-3]。弱筋小麥優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)中如果增施氮肥與推遲追肥時(shí)期會(huì)使弱筋小麥蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量及沉降值等品質(zhì)指標(biāo)升高,造成品質(zhì)的降低[4-6]。
緩釋肥、控失肥及配方施肥作為新型環(huán)保肥料因其養(yǎng)分釋放時(shí)間較長(zhǎng),能夠更符合生育時(shí)期較長(zhǎng)的小麥生長(zhǎng),因此,達(dá)到小麥增產(chǎn)的目的,腐殖酸肥料能降低土壤氮損失,提高肥料利用率,使小麥增產(chǎn)[7-8]。汪強(qiáng)等[9]研究發(fā)現(xiàn),緩釋肥料能使冬小麥產(chǎn)量提高3.4%~20.2%,肥料利用率提高7.65%~15.45%。緱培欣等[10]研究發(fā)現(xiàn),一次性基施控失肥、有機(jī)無機(jī)配方肥和腐殖酸處理下小麥的氮肥農(nóng)學(xué)效率分別較普通肥處理平均提高139.0%,67.5%,52.8%,產(chǎn)量增幅為22.5%~53.7%。有關(guān)新型肥料的報(bào)道較多,但肥料種類與制作工藝及生產(chǎn)實(shí)際情況的差異較大,導(dǎo)致實(shí)際生產(chǎn)上難以選擇。因此,本研究在等量的氮、磷、鉀養(yǎng)分供應(yīng)的情況下,研究4種不同類型肥料(緩釋摻混肥料、控失肥、腐殖酸肥料、小麥配方肥)一次性基施對(duì)稻茬弱筋小麥產(chǎn)量及品質(zhì)的影響,分析對(duì)小麥干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)、灌漿、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響,為江淮稻茬麥區(qū)弱筋小麥高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)提供理論依據(jù)。
試驗(yàn)于2020—2022年在安徽省合肥市廬江縣安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)皖中綜合試驗(yàn)站(117.23°E,31.48°N)進(jìn)行,前茬為水稻。播種前土壤pH值為5.45,有機(jī)質(zhì)含量21.37 g/kg,堿解氮100.5 mg/kg,速效鉀含量98 mg/kg,速效磷21.4 mg/kg。供試品種為寧麥13與皖西麥0638。
試驗(yàn)采用二因素裂區(qū)設(shè)計(jì),每個(gè)處理小區(qū)長(zhǎng)20 m,寬2.3 m。主區(qū)為肥料處理,副區(qū)為品種,肥料處理分別為:不施肥處理(CK)、常規(guī)高產(chǎn)施肥基施復(fù)合肥(17-17-17)652.94 kg/hm2,拔節(jié)期追施尿素150 kg/hm2(T1);基施44%(25-12-7)緩釋摻混肥料(含緩釋氮8%)720 kg/hm2(T2);基施43%(24-12-7)控釋肥750 kg/hm2(T3);基施43%(23-13-7)含腐植酸肥料782.61 kg/hm2(T4);基施45%(25-13-7)小麥配方肥720 kg/hm2(T5),T1~T4處理P與K肥用P2O5、K2O補(bǔ)充至常規(guī)高產(chǎn)施肥模式CK用量,使所有處理養(yǎng)分一致,純氮180 kg/hm2。除常規(guī)高產(chǎn)施肥T1處理外所有肥料一次性基施,其他管理措施同大田高產(chǎn)栽培管理。試驗(yàn)所用肥料均由中鹽安徽紅四方肥業(yè)股份有限公司提供。
1.2.1 干物質(zhì)積累與轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)指標(biāo)計(jì)算公式 于小麥開花期、成熟期每個(gè)處理取30單莖,3次重復(fù),分為莖鞘+葉片、穎殼+穗軸以及籽粒3部分,80 ℃烘干至恒質(zhì)量,用于干物質(zhì)積累分配計(jì)算,干物質(zhì)花前、花后干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量與籽粒貢獻(xiàn)率相關(guān)計(jì)算方法參考馬尚宇等[11]計(jì)算方法。
1.2.2 灌漿動(dòng)態(tài)測(cè)定 開花期掛牌標(biāo)記同一天開花且長(zhǎng)勢(shì)相近的植株,開花后7 d開始取樣,每處理取20穗,每7 d取樣1次,80 ℃烘干脫粒后稱取千粒質(zhì)量。采用Logistic方程以千粒質(zhì)量作為因變量,開花后天數(shù)為自變量,對(duì)冬小麥籽粒灌漿過程進(jìn)行擬合,并計(jì)算相應(yīng)的灌漿特征參數(shù),分析籽粒灌漿特性,計(jì)算灌漿參數(shù),具體計(jì)算公式參考江曉東等[12]試驗(yàn)方法。
1.2.3 氮肥農(nóng)學(xué)效率及氮肥偏生產(chǎn)力計(jì)算 氮肥農(nóng)學(xué)效率=(施氮區(qū)小麥產(chǎn)量-不施氮區(qū)作物產(chǎn)量)/施氮量
1.2.4 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素 收獲前在每個(gè)小區(qū)中選取長(zhǎng)勢(shì)均勻的1 m2調(diào)查穗數(shù),重復(fù)3次,從中隨機(jī)選取30穗脫粒,然后計(jì)算平均穗粒數(shù),取1 000粒稱質(zhì)量作為千粒質(zhì)量。在試驗(yàn)區(qū)小麥達(dá)到黃熟末期后用收割機(jī)收獲后稱量每個(gè)小區(qū)的產(chǎn)量,在測(cè)定收獲小麥的籽粒含水率后折算成含水率為13%的籽粒產(chǎn)量。
1.2.5 品質(zhì)指標(biāo)測(cè)定 使用Perten Instruments DA7200型近紅外谷物分析儀測(cè)定小麥籽粒的含水量、蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量、穩(wěn)定時(shí)間、Z-沉降值等參數(shù)。
使用Microsoft Excel 2019對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與作圖,使用SPSS軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析(Duncan新復(fù)極差法)。
由表1可知,不同類型肥料影響了小麥干物質(zhì)在不同器官的分配量。干物質(zhì)在各器官中表現(xiàn)為籽粒>莖+葉>穎殼+穗軸。小麥配方肥T5處理干物質(zhì)在籽粒中的分配量及比例最大,顯著高于常規(guī)施肥T1處理。緩釋摻混肥料處理與小麥配方肥處理干物質(zhì)在籽粒中的分配量顯著高于常規(guī)施肥處理。寧麥13常規(guī)施肥T1處理干物質(zhì)在莖+葉中分配量最大,顯著高于其他處理。緩釋摻混肥料及小麥配方肥處理干物質(zhì)在莖+葉中的分配量顯著低于常規(guī)處理,這說明2種肥料處理較常規(guī)施肥不同程度提高了營(yíng)養(yǎng)器官中干物質(zhì)向籽粒中轉(zhuǎn)運(yùn)的能力,減少了干物質(zhì)在營(yíng)養(yǎng)器官中的分配量。
由表2可知,5種肥料處理較不施肥處理均提高了花前、花后干物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)量及花后干物質(zhì)對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率。相對(duì)于常規(guī)施肥T1處理,其他4種肥料處理均提高了花后干物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)量及花后干物質(zhì)對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率。相對(duì)于常規(guī)施肥處理,寧麥13花后干物質(zhì)對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率,緩釋摻混肥料、小麥配方肥處理分別提高了4.54,8.10百分點(diǎn),皖西麥0638分別提高了11.34,11.83百分點(diǎn)。寧麥13的緩釋摻混肥與小麥配方肥處理相較于常規(guī)施肥處理花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量未產(chǎn)生顯著差異(除T3處理外),而顯著提高花后干物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)量。
由表3可知,不同肥料處理均提高了小麥灌漿的理論最高粒質(zhì)量(K)、平均灌漿速率(Va)、最大灌漿速率(Vmax)、最大灌漿速率出現(xiàn)時(shí)間(Tmax)及有效灌漿天數(shù)(T)。相對(duì)于常規(guī)施肥處理,寧麥13小麥配方肥T5處理平均灌漿速率提高最多,提高了12.28%,緩釋摻混肥料處理灌漿有效天數(shù)延長(zhǎng)最多,延長(zhǎng)了4.02 d。皖西麥0638平均灌漿速率緩釋摻混肥料處理提高了3.13%(僅次于腐殖酸復(fù)合肥),緩釋摻混肥料處理下最大灌漿速率較常規(guī)施肥處理提高13.90%,小麥配方肥處理延長(zhǎng)有效灌漿時(shí)間3.8 d。
表3 不同肥料處理下小麥的灌漿參數(shù)
由圖1可知,不同肥料處理對(duì)氮肥農(nóng)學(xué)效率影響差異較大,品種間對(duì)同種肥料的響應(yīng)存在差異。兩品種2 a連續(xù)以緩釋摻混肥料、小麥配方肥處理氮肥農(nóng)學(xué)效率最高。相對(duì)于常規(guī)施肥處理,緩釋摻混肥料處理寧麥13、皖西麥0638氮肥農(nóng)學(xué)效率2 a內(nèi)平均提高了23.14%,36.88%,小麥配方肥處理平均提高了36.31%,39.35%。小麥配方肥處理與緩釋摻混肥料處理相比,僅在2021—2022年寧麥13達(dá)成顯著差異。2020—2021年,寧麥13控失肥、腐殖酸配方肥處理均低于常規(guī)施肥,但未達(dá)到顯著水平。
圖柱上不同小寫字母表示同一品種間不同處理在0.05水平具有差異顯著性;圖柱上垂直線表示標(biāo)準(zhǔn)誤。
由表4可知,5種肥料較不施肥處理均能提高小麥籽粒產(chǎn)量。寧麥13 CK、T1、T2、T3、T4、T5處理2 a平均產(chǎn)量為2 496.13,4 557.33,4 966.21,4 243.67,4 580.86,5 208.43 kg/hm2。皖西麥0638產(chǎn)量平均為2 270.62,4 501.55,5 413.50,4 647.14,4 501.55,5 377.32 kg/hm2,以緩釋摻混肥料和小麥配方肥處理產(chǎn)量最高。緩釋摻混肥料較常規(guī)施肥處理相比2 a平均增產(chǎn)9.27%~24.30%,小麥配方肥增產(chǎn)11.64%~22.98%。相較于常規(guī)施肥處理,2020—2021年緩釋摻混肥料處理下,寧麥13與皖西麥0638分別較常規(guī)施處理增產(chǎn)3.40%,16.30%,小麥配方肥2個(gè)品種增產(chǎn)6.54%,18.74%。2021-2022年兩品種緩釋摻混肥處理分別較常規(guī)施肥增產(chǎn)15.14%,24.23%與22.86%,20.17%。緩釋摻混肥料、小麥配方肥對(duì)比,僅2021—2022產(chǎn)量差異顯著,寧麥13小麥配方肥處理顯著高于緩釋摻混肥料處理,而皖西麥0638相反,緩釋摻混肥料處理顯著高于小麥配方肥處理。進(jìn)一步分析產(chǎn)量構(gòu)成因素,與不施肥處理相比5種施肥處理均能提高有效穗數(shù)與千粒質(zhì)量。而相較于常規(guī)施肥處理,2021—2022年緩釋摻混肥料、小麥配方肥均能穩(wěn)定提高穗數(shù)。穗粒數(shù)緩釋摻混肥料、小麥配方肥優(yōu)于常規(guī)施肥處理,緩釋摻混肥料、小麥配方肥相比無顯著差異。相比于常規(guī)施肥處理,緩釋摻混肥料、小麥配方肥其他處理在千粒質(zhì)量上均有不同程度的提高,千粒質(zhì)量緩釋摻混肥料、小麥配方肥處理均顯著高于常規(guī)施肥處理。
表4 不同肥料處理下小麥籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成因素
由表5可知,施肥處理均可顯著提高小麥籽粒蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量、穩(wěn)定時(shí)間及沉淀值。寧麥13常規(guī)施肥處理品質(zhì)性狀最高,皖西麥0638常規(guī)施肥處理同樣處于較高水平,均高于小麥配方肥處理,蛋白質(zhì)含量與穩(wěn)定時(shí)間顯著高于小麥配方肥處理,這表明常規(guī)施肥處理分次施肥相較于其他施肥處理能大幅度提高小麥籽粒的蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量。小麥配方肥品質(zhì)數(shù)值全部低于控失肥處理與常規(guī)施肥處理,但部分未達(dá)顯著。對(duì)照國(guó)家弱筋小麥品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 17320-2013),蛋白質(zhì)含量小于12.5%,濕面筋含量小于26%,穩(wěn)定時(shí)間小于3 min,沉降值小于30 mL。寧麥13僅CK和小麥配方肥處理達(dá)到標(biāo)準(zhǔn),而皖西麥0638所有處理全部達(dá)到國(guó)家弱筋小麥標(biāo)準(zhǔn)。
表5 不同肥料處理對(duì)弱筋小麥品質(zhì)的影響
小麥籽粒產(chǎn)量來源于花前、花后干物質(zhì)積累與轉(zhuǎn)運(yùn)的兩部分,有部分研究認(rèn)為花前同化物大部分用于器官的構(gòu)建,花后干物質(zhì)積累與對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率與產(chǎn)量呈正相關(guān)[13-15]。研究發(fā)現(xiàn)提高基追比,增加追肥比例可以提高小麥花后干物質(zhì)積累量與對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率[16]。本試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),兩品種緩釋摻混肥料、小麥配方肥處理的小麥花后干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量及對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率相較于常規(guī)施肥處理均顯著提高,且寧麥13緩釋摻混肥料、小麥配方肥處理的花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量同樣高于其他處理,這表明含有緩釋摻混肥料與小麥配方肥養(yǎng)分釋放周期更加適合小麥生長(zhǎng)利用。葉片和莖鞘是小麥光合作用的主要器官,前期干物質(zhì)生產(chǎn)量高使植物營(yíng)養(yǎng)器官發(fā)育充分,提高葉片的光合面積及光合能力,同時(shí)花后較其他處理仍有較高的肥力供應(yīng),使小麥花后干物質(zhì)生產(chǎn)量增加,同化物向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)能力提高,提高了小麥干物質(zhì)在籽粒中的分配量與比例[17]。
灌漿期是籽粒形成的重要時(shí)期,通過籽粒花后干物質(zhì)質(zhì)量擬合出的灌漿參數(shù)是衡量籽粒灌漿的重要指標(biāo)[18-19]。研究指出,灌漿速率與有效灌漿天數(shù)是影響粒質(zhì)量的關(guān)鍵因素[19]。小麥的灌漿速率與天數(shù)受遺傳因素、栽培技術(shù)及生長(zhǎng)環(huán)境多方面因素影響[20-21]。而灌漿期肥力的供應(yīng)對(duì)小麥灌漿影響顯著,氮肥后移能明顯提高小麥的灌漿速率[22]。馬新明等[23]研究發(fā)現(xiàn),在一定施氮范圍內(nèi),較高的供氮水平可以提高小麥的關(guān)鍵速率與有效灌漿天數(shù)。本試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),施氮處理較不施肥處理均提高了灌漿參數(shù),緩釋摻混肥料、小麥配方肥處理灌漿速率及有效灌漿天數(shù)等處于較高數(shù)值,這表明緩釋摻混肥料、小麥配方肥2種肥料在花后較其他肥力有較高的供氮能力,小麥葉片的葉綠素含量與光合速率較高,故提高了籽粒灌漿速率的同時(shí),延長(zhǎng)了籽粒有效灌漿天數(shù),使籽粒灌漿充分,提高粒質(zhì)量。
控失肥、緩釋肥作為新型肥料,較長(zhǎng)的肥力供應(yīng)時(shí)間能滿足作物生長(zhǎng)中后期對(duì)養(yǎng)分的需求[24-25]。一次性基施控緩釋肥既能節(jié)省經(jīng)濟(jì)與勞動(dòng)力成本,同時(shí)又能達(dá)到作物增產(chǎn)的效果[26]。馬富亮等[27]研究發(fā)現(xiàn),控釋尿素相較于普通尿素能提高小麥的有效穗數(shù)、穗粒數(shù)及千粒質(zhì)量,產(chǎn)量能增加10.4%~16.5%。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),幾種肥料相對(duì)于常規(guī)高產(chǎn)施肥穗粒數(shù)的增加并不明顯,這可能是由于常規(guī)高產(chǎn)施肥在拔節(jié)期的追肥,拔節(jié)期—抽穗期是穗形成的關(guān)鍵時(shí)期,小麥植株獲得氮素的補(bǔ)充促進(jìn)了小麥穗的分化。鄧先亮等[28]研究發(fā)現(xiàn),一次性基施含腐殖酸的控釋摻混肥料相對(duì)于傳統(tǒng)高產(chǎn)施肥(基肥+苗肥+拔節(jié)肥+劍葉肥)產(chǎn)量能提高2.21%。本試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),緩釋摻混肥料、控失肥、腐殖酸復(fù)合肥、小麥配方肥4種肥料相對(duì)于常規(guī)施肥均能提高小麥產(chǎn)量,緩釋摻混肥料與小麥配方肥處理連續(xù)2 a均有較高的產(chǎn)量。相對(duì)于常規(guī)高產(chǎn)施肥T1處理,緩釋摻混肥料、小麥配方肥處理對(duì)冬小麥的有效穗數(shù)與千粒質(zhì)量提高比較明顯,這應(yīng)該是由于緩釋摻混肥料與小麥配方肥的肥效較長(zhǎng),前期釋放緩慢,減少肥料養(yǎng)分的流失,避免了小麥群體的過度生長(zhǎng),提高了小麥的成穗率,使有效穗數(shù)增多?;ê笕杂休^多的氮素供應(yīng),使小麥灌漿更加充分,避免小麥早衰,延長(zhǎng)灌漿時(shí)間,使籽粒更加飽滿增加粒質(zhì)量。提高氮素利用效率是提高作物產(chǎn)量的重要途徑之一。白珊珊等[29]研究發(fā)現(xiàn),控失肥一次性基施相較于常規(guī)施肥能顯著提高氮肥農(nóng)學(xué)效率。侯紅乾等[30]研究發(fā)現(xiàn),與常規(guī)普通肥料相比,70%普通肥+30%有機(jī)肥處理能明顯提高小麥的氮肥農(nóng)學(xué)效率。本試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),緩釋摻混肥料、小麥配方肥處理連續(xù)2 a能穩(wěn)定提高小麥氮肥農(nóng)學(xué)利用效率。2020—2021年寧麥13控失肥、腐殖酸復(fù)合肥處理氮肥農(nóng)學(xué)效率顯著低于常規(guī)高產(chǎn)施肥,這可能是由于此期間試驗(yàn)地降雨量較大,部分小區(qū)發(fā)生漬害導(dǎo)致氮素流失嚴(yán)重造成的。
小麥品質(zhì)與小麥遺傳因素與栽培環(huán)境密切相關(guān)[31]。有研究發(fā)現(xiàn),一定程度上的前氮后移和增加氮肥的使用量能提高強(qiáng)筋小麥籽粒產(chǎn)量與蛋白質(zhì)含量,而弱筋小麥不需要較高的蛋白質(zhì)含量,眾多研究發(fā)現(xiàn),弱筋小麥?zhǔn)┑砍^一定范圍,則會(huì)使蛋白質(zhì)含量升高,造成品質(zhì)下降[32]。有研究表明,追肥的時(shí)間與小麥籽粒品質(zhì)形成關(guān)系密切,在180 kg/hm2,基追比為6∶4時(shí),小麥籽粒產(chǎn)量最高,且籽粒蛋白質(zhì)與濕面筋含量符合國(guó)家弱筋小麥標(biāo)準(zhǔn)[33]。而本試驗(yàn)條件下,寧麥13在180 kg/hm2氮素施用量下僅小麥配方肥處理籽粒品質(zhì)達(dá)成國(guó)家弱筋小麥標(biāo)準(zhǔn),皖西麥0638全部符合國(guó)家弱筋小麥標(biāo)準(zhǔn)。這可能是由于栽培環(huán)境、試驗(yàn)地點(diǎn)及不同品種對(duì)氮素的敏感程度不同導(dǎo)致的。生產(chǎn)中,為了實(shí)現(xiàn)弱筋小麥品質(zhì)的達(dá)標(biāo),往往使用減少后期追氮比例的方式。本試驗(yàn)所使用的緩釋摻混肥料由于養(yǎng)分釋放時(shí)間偏后,造成蛋白質(zhì)含量較高,品質(zhì)下降。
本試驗(yàn)研究表明,總施氮量180 kg/hm2前提下,4種肥料類型一次性基施,相較于常規(guī)高產(chǎn)施肥模式,小麥配方肥能顯著提高小麥干物質(zhì)生產(chǎn)量與干物質(zhì)在籽粒中的分配量。提高小麥灌漿速率、延長(zhǎng)有效灌漿時(shí)間,顯著增加籽粒粒質(zhì)量,提高成穗率,實(shí)現(xiàn)小麥高產(chǎn)的同時(shí)籽粒品質(zhì)符合國(guó)家弱筋小麥標(biāo)準(zhǔn)。綜合分析產(chǎn)量與品質(zhì),小麥配方肥一次性基施可作為江淮稻茬弱筋小麥高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)施肥模式之一。本試驗(yàn)中緩釋摻混肥料處理的小麥產(chǎn)量表現(xiàn)較優(yōu),但寧麥13籽粒品質(zhì)不符合國(guó)家弱筋小麥標(biāo)準(zhǔn),后續(xù)可繼續(xù)研究適當(dāng)降低緩釋摻混肥料的施用量對(duì)不同品種弱筋小麥產(chǎn)量與品質(zhì)的影響。