楊明曉，吳 偉，張鈞浩，付博陽，彭正萍，薛 澄

（河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院/河北省農(nóng)田生態(tài)環(huán)境重點實驗室，河北 保定 071000）

小麥籽粒中的氮素主要以蛋白質(zhì)形式存在，很多研究已表明適當(dāng)提高氮素供應(yīng)在多數(shù)情況下均可提高小麥籽粒蛋白質(zhì)含量進(jìn)而提高小麥品質(zhì)［1-6］。此外，氮素供應(yīng)時期對小麥品質(zhì)也具有明顯的調(diào)節(jié)作用［3,7-8］，在小麥生育后期追施氮肥被普遍認(rèn)為是提高氮肥利用率并提高小麥籽粒蛋白質(zhì)含量及加工品質(zhì)的重要途徑［9］。

小麥籽粒蛋白質(zhì)、淀粉、脂質(zhì)等與小麥加工品質(zhì)密切相關(guān)，其中小麥籽粒蛋白質(zhì)含量及其組分是影響小麥加工品質(zhì)的重要指標(biāo)［7,10］。小麥籽粒加工品質(zhì)特性的形成受到基因型、生態(tài)環(huán)境及栽培措施等多種因素的調(diào)控［11］。其中養(yǎng)分供應(yīng)，尤其是氮素供應(yīng)狀況是影響小麥品質(zhì)的關(guān)鍵因素之一［12-13］。

沈建輝等［14］研究表明，拔節(jié)和孕穗期追氮均提高了強筋、中筋小麥籽粒蛋白質(zhì)含量，但追氮過晚不利于產(chǎn)量和蛋白質(zhì)含量的同步提高，其中以孕穗期施氮對籽粒蛋白質(zhì)含量的提高效果最好。楊扎根等［15］發(fā)現(xiàn)對于強筋小麥追氮時期后延至抽穗期其品質(zhì)優(yōu)于拔節(jié)期追氮。而王曉英和賀明榮［16］研究發(fā)現(xiàn)，在一定的基追比條件下，追氮時期自拔節(jié)期后移至孕穗和開花期時谷蛋白含量、高分子量谷蛋白亞基（HMW-GS）含量和面團穩(wěn)定時間均不同程度降低。Rossmann 等［17］研究表明，在低氮條件下，后期施氮（開花期）可有效提高籽粒蛋白質(zhì)含量和改善蛋白質(zhì)組成。Rekowski 等［18］研究表明，在低氮水平下，后期施氮（抽穗前）是提高小麥烘烤品質(zhì)的可行途徑。Xue 等［19-21］發(fā)現(xiàn)，后期施氮（分次施氮）的確可以提高小麥籽粒的烘烤品質(zhì)，且原因在于后期施氮（分次施肥）改變了氮素在小麥籽粒中不同面筋蛋白組分及其亞基間的分配從而影響其加工品質(zhì)。然而，不同研究結(jié)論不甚一致，導(dǎo)致這一現(xiàn)象的原因除小麥品種和氣候條件差別較大，可能還存在后期施氮關(guān)鍵期。已有研究中所謂的后期施氮時期范圍較為模糊，涵蓋了從小麥拔節(jié)期至開花期之間較為寬泛的范圍，對于是否存在后期施氮調(diào)控小麥品質(zhì)關(guān)鍵期的研究尚未見報道。因此，為探究優(yōu)質(zhì)小麥生產(chǎn)中提高小麥品質(zhì)的最佳施氮時期, 本試驗以河北省主栽優(yōu)質(zhì)強筋冬小麥‘藁優(yōu)2018’為供試材料，研究不同追氮時期對小麥產(chǎn)量、加工品質(zhì)及氮素吸收利用的影響，以期為小麥高產(chǎn)與提質(zhì)增效提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2017 年10 月至2019 年6 月在河北省邢臺市寧晉縣鳳凰鎮(zhèn)孟村進(jìn)行，該地年平均氣溫12.8 ℃，年均降水量449.1 mm。試驗田土壤為壤質(zhì)潮褐土，2017 年試驗開始前0 ～40 cm 土壤的基本理化性狀見表1。2017—2019 年小麥生育期內(nèi)月降水量和月平均氣溫見圖1。

表1 0 ～40 cm 土壤基本理化性狀Table 1 Basic physical and chemical properties of the 0-40 cm soil

圖1 小麥生育期內(nèi)月降水量和月平均氣溫Fig.1 Monthly precipitation and average temperature during the growth period of wheat

1.2 試驗設(shè)計

小麥品種為優(yōu)質(zhì)強筋冬小麥‘藁優(yōu)2018’。試驗共設(shè)置4 個處理（表2）：各處理總施氮量均為240 kg N/hm2?；蕿閾交旆剩∟∶P2O5∶K2O 為 6.4∶9∶7），折合純養(yǎng)分用量為96 kg N/hm2、135 kg P2O5/hm2和105 kg K2O/hm2；追施氮肥為尿素，施用方式為撒施。各處理均設(shè)置4 個重復(fù)，采用完全隨機區(qū)組設(shè)計，小區(qū)面積25.8 m2（4 m×6.45 m）。2017—2018 季小麥于2017 年10 月26 日播種，播種量255 kg/hm2，行距0.15 m，2018 年6 月12 日收獲；2018—2019 季小麥于2018 年10 月13 日播種，播種量262.5 kg/hm2，行距0.15 m，2019 年6 月8 日收獲，其他田間管理均按當(dāng)?shù)匦←湷Ｒ?guī)管理進(jìn)行。

表2 試驗設(shè)計Table 2 Experimental design

1.3 樣品采集

于小麥成熟期采集植株樣品，每小區(qū)隨機采集4個沿小麥種植行0.5 m 長度地上部植株樣品，同一小區(qū)采集的所有樣品混合，作為一個分析樣品。成熟期地上部植株分為莖葉、籽粒和穎殼。分別稱鮮重后，在105 ℃殺青30 min，70 ℃烘干至恒重，測定各器官生物量。各器官樣品粉碎后，測定全氮含量。此外，小麥成熟期每小區(qū)隨機采集6 個沿小麥種植行 2 m 長度的穗（取樣面積1.8 m2），脫粒后用于測產(chǎn)。

1.4 測定指標(biāo)與方法

1.4.1 小麥產(chǎn)量及構(gòu)成要素測定 千粒重：每小區(qū)隨機選取1 000 顆小麥籽粒，稱其鮮重并測定含水量，計算干重。穗粒數(shù)：每小區(qū)隨機選取50 個穗，進(jìn)行人工脫粒，稱籽粒鮮重和測定含水量，計算其干重，根據(jù)千粒重計算穗粒數(shù)。穗數(shù)：將測產(chǎn)使用的全部籽粒稱重，并測含水量，計算其干重，再根據(jù)千粒重和穗粒數(shù)計算出穗數(shù)。籽粒產(chǎn)量：根據(jù)1.3 中小麥成熟期樣品采集方案，籽粒帶回實驗室后，采用谷物水分測定儀（PM-8188）測定籽粒含水量，按面積計算各小區(qū)小麥籽粒產(chǎn)量，產(chǎn)量用干重表示。

1.4.2 小麥地上部各器官含氮量和吸氮量測定 用FW100 高速萬能粉碎機（泰斯特，天津）粉碎小麥地上部各器官樣品，用于測定小麥地上部各器官全氮含量。用LM120 錘式實驗粉碎磨（Perten，Sweden）對小麥籽粒磨粉，用于測定蛋白質(zhì)組分。用Buhler 實驗?zāi)ィ∕LU220，Uzvil，Switzerland）對小麥籽粒制粉，用于測定濕面筋含量、形成時間、穩(wěn)定時間、吸水率。小麥地上部各器官全氮含量：用H2SO4-H2O2消煮-凱氏定氮法進(jìn)行全氮測定［22］。小麥地上部及各器官吸氮量：各器官吸氮量（kg/hm2）=各器官生物量（kg/hm2）×各器官全氮含量（%），各器官吸氮量相加總和為地上部總吸氮量。

1.4.3 小麥品質(zhì)指標(biāo)的測定 蛋白質(zhì)含量：利用H2SO4-H2O2消煮-凱氏定氮法測定全氮含量，乘以系數(shù)5.7 得到蛋白質(zhì)含量［22］。蛋白質(zhì)組分：用連續(xù)提取法將籽粒中的清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白分別提取出來［23］，用凱氏定氮法測定各蛋白質(zhì)組分中的全氮含量，乘以系數(shù)5.7 得到各個組分中的蛋白質(zhì)含量［22］。濕面筋含量：使用Glutomatic 2200（Perten，Sweden）測定。形成時間、穩(wěn)定時間、吸水率：使用Farinograph（Brabender，Germany）測定。

1.5 數(shù)據(jù)計算

收獲指數(shù)（%）=籽粒產(chǎn)量（kg/hm2）/成熟期地上部生物量（kg/hm2）×100%

氮素收獲指數(shù)（%）=成熟期籽粒吸氮量（kg/hm2）/成熟期地上部吸氮量（kg/hm2）×100%

氮肥偏生產(chǎn)力（kg/kg）=籽粒產(chǎn)量（kg/hm2）/施氮量（kg/hm2）

氮素吸收效率（%）=成熟期地上部吸氮量（kg/hm2）/施氮量（kg/hm2）×100%

氮素利用效率（kg/kg）=籽粒產(chǎn)量（kg/hm2）/成熟期地上部吸氮量（kg/hm2）

1.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

采用SigmaPlot14.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和作圖，采用SPSS 20 軟件進(jìn)行方差分析，LSD 法進(jìn)行多重比較（P ＜ 0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同追氮時期對小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成要素的影響

由表3 可以看出，2017—2018 季小麥各處理籽粒產(chǎn)量為5 657.1 ～6 331.6 kg/hm2。

表3 不同追氮時期對小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成要素的影響Table 3 Effects of N topdressing timing on yield and yield components of wheat

后期施氮處理中，不同追氮時期NS+E+B、NS+E+H和NS+E+F處理間小麥籽粒產(chǎn)量無顯著差異。與NS+E相比，孕穗期追氮NS+E+B處理小麥籽粒產(chǎn)量顯著提高674.5 kg/hm2，增產(chǎn)11.9%；抽穗期追氮NS+E+H處理和開花期追氮NS+E+F處理較NS+E處理表現(xiàn)出增產(chǎn)的趨勢。說明不同追氮時期對小麥產(chǎn)量影響不同，其中孕穗追氮NS+E+B處理小麥增產(chǎn)效果更為突出。與NS+E相比，后期施氮有提高小麥千粒重的趨勢，其中NS+E+H處理千粒重最高，相比于NS+E處理增加9.7%；同為后期施氮處理中，NS+E+H相比于NS+E+F處理小麥千粒重增加6.2%，NS+E+B相比于NS+E+F有增加的趨勢。各處理間小麥穗數(shù)、穗粒數(shù)及收獲指數(shù)均無顯著差異。2018—2019 季小麥各處理籽粒產(chǎn)量為7 740.1 ～8 598.8 kg/hm2，各處理間小麥籽粒產(chǎn)量無顯著差異，但從數(shù)值上看，孕穗追氮NS+E+B處理小麥籽粒產(chǎn)量最高。從產(chǎn)量構(gòu)成要素及收獲指數(shù)分析，2018—2019 季小麥各處理間亦無顯著差異。

2.2 不同追氮時期對小麥品質(zhì)的影響

由圖2 可以看出，2017—2018 季小麥成熟期各處理籽粒蛋白質(zhì)含量為14.5%～15.0%。與NS+E相比，后期施氮處理對小麥籽粒蛋白質(zhì)含量無顯著影響。后期施氮處理中，不同追氮時期各處理間小麥籽粒蛋白質(zhì)含量也無顯著差異。但從數(shù)值上來看，孕穗期追氮NS+E+B處理下小麥籽粒蛋白質(zhì)含量高于其他處理。

圖2 2017—2018 不同追氮時期對小麥籽粒蛋白質(zhì) 含量的影響Fig.2 Effects of N topdressing timing on grain protein concentration of wheat during 2017—2018

由圖3 可以看出，2017—2018 季小麥面粉濕面筋含量為37.5% ～39.8%。與NS+E相比，后期施氮處理對小麥面粉濕面筋含量影響顯著，隨著追氮時期后移，濕面筋含量有明顯的升高趨勢，升幅為4.0%～6.1%。后期施氮處理中，不同追氮時期NS+E+B、NS+E+H和NS+E+F處理間小麥面粉濕面筋含量無顯著差異。

圖3 2017—2018 不同追氮時期對小麥面粉濕面筋含量的影響Fig.3 Effects of N topdressing timing on wet gluten content of wheat flour in 2017—2018

對2017—2018 季小麥籽粒蛋白質(zhì)組分分析可見（圖4），小麥籽粒清蛋白含量為2.4%～2.7%。與NS+E處理相比，后期追氮處理對小麥籽粒清蛋白含量無顯著影響。后期施氮處理中，NS+E+B處理清蛋白含量為2.7%，較NS+E+H處理提高14.8%；NS+E+B與NS+E+F處理間清蛋白含量差異不顯著。小麥籽粒球蛋白含量為1.2%～1.3%。各處理間小麥籽粒球蛋白含量無顯著差異。小麥籽粒醇溶蛋白含量為2.8% ～3.3%。與NS+E相比，后期追氮處理小麥籽粒醇溶蛋白含量顯著提高14.1%～17.6%。追氮時期由孕穗期推至開花期各處理間小麥籽粒醇溶蛋白含量無顯著差異。小麥籽粒谷蛋白含量為3.9%～4.4%。與NS+E相比，后期追氮處理小麥籽粒谷蛋白含量顯著提高8.7%～12.8%，后期追氮處理中，隨著追氮時期后移，小麥籽粒谷蛋白含量有降低的趨勢，但處理間差異不顯著。

圖4 2017—2018 不同追氮時期對小麥籽粒蛋白質(zhì) 組分的影響Fig.4 Effects of N topdressing timing on content of protein components wheat grains during 2017—2018

由圖5 可以看出，2017—2018 季小麥面團形成時間為4.1 ～4.6 min，穩(wěn)定時間為7.1 ～7.6 min，各處理間小麥面團形成時間和穩(wěn)定時間均無顯著差異。但在NS+E、NS+E+H、NS+E+F處理下面團穩(wěn)定時間穩(wěn)定在7.1 min 和7.2 min，在NS+E+B處理下小麥面團的穩(wěn)定時間延長到7.6 min，從數(shù)值上看，NS+E+B處理下小麥面團穩(wěn)定時間較NS+E、NS+E+H、NS+E+F處理分別提高7.0%、7.0%、5.6%。由圖6 可以看出，與NS+E處理相比，于小麥生育后期追氮能明顯提高小麥面粉的吸水率，吸水率最高可達(dá)61.1%。后期追氮處理中，隨著追氮時期后移，各處理間小麥面粉吸水率無顯著差異。

圖5 2017—2018 不同追氮時期對小麥面團形成時間和穩(wěn)定時間的影響Fig.5 Effects of N topdressing timing on the development time and stability time of wheat dough during 2017—2018

圖6 2017—2018 不同追氮時期對小麥面粉吸水率的影響Fig.6 Effects of N topdressing timing on the water absorption of wheat flour during 2017—2018

2.3 不同追氮時期對小麥氮素吸收利用的影響

對2017—2018 季小麥地上部及各器官吸氮量分析可見（圖7），各處理小麥地上部總吸氮量為183.5 ～221.6 kg N/hm2，其中孕穗期追氮NS+E+B處理小麥地上部吸氮量最高。與NS+E相比，后期施氮可大幅度提高小麥地上部植株吸氮量，增幅達(dá)12.3%～20.8%。同為后期追氮處理中，不同追氮時期對小麥地上部吸氮量無顯著影響。

由圖7 可以看出，各處理間籽粒和穎殼吸氮量的顯著性分析相同。后期施氮處理中NS+E+B處理小麥籽粒、穎殼吸氮量最高，相比于NS+E處理分別顯著提高16.0%、28.9%；同為后期施氮處理中，不同追氮時期對小麥籽粒、穎殼吸氮量無顯著影響，但與NS+E+B處理相比，NS+E+H和NS+E+F處理籽粒、穎殼吸氮量有降低的趨勢。說明后期追氮可以提高籽粒和穎殼對氮素的吸收，但是隨著追氮時期后移，籽粒和穎殼對氮素的吸收有減弱的趨勢。與NS+E處理相比，后期追氮處理對小麥莖葉吸氮量無顯著影響。

對小麥地上部植株及植株各器官吸氮量的分析表明，說明不同追氮時期對小麥地上部植株及各器官吸氮量影響不同，后期追氮可以促進(jìn)小麥對氮素的吸收累積及氮素在籽粒、穎殼中的累積，尤其在孕穗期追氮NS+E+B處理下，小麥對氮素的吸收量最高。

圖7 2017—2018 不同追氮時期對小麥成熟期地上部及各器官吸氮量的影響Fig.7 Effects of N topdressing timing on N uptake in aboveground part and organs of wheat during 2017—2018

由表4 可以看出，2017—2018 季小麥各處理籽粒氮素收獲指數(shù)在75.6%～78.1%之間，不同追氮時期各處理間氮素收獲指數(shù)無顯著差異。與NS+E處理相比，NS+E+B處理氮肥偏生產(chǎn)力顯著提高，達(dá)到26.4 kg/kg，NS+E+H處 理 和NS+E+F處 理 較NS+E處 理差異不顯著。后期施氮處理中，不同追氮時期對小麥氮肥偏生產(chǎn)力無顯著影響。小麥氮素吸收效率在76.5%～92.4%之間，各處理間氮素吸收效率表現(xiàn)為NS+E+B＞NS+E+H＞NS+E+F＞NS+E。與NS+E相 比，NS+E+B處理小麥氮素吸收效率顯著提高20.8%；NS+E+H處理和NS+E+F處理較NS+E處理差異不顯著。后期追氮處理中，不同追氮時期NS+E+B、NS+E+H和NS+E+F處理對小麥氮素吸收效率無顯著影響。說明于生育后期追氮可以促進(jìn)小麥對氮素的吸收，其中孕穗期追氮NS+E+B處理下吸收效果最好。小麥籽粒氮素利用效率在28.8 ～30.8 kg/kg 之間，不同追氮時期各處理間小麥籽粒氮素利用效率無顯著差異。

表4 2017—2018 不同追氮時期對小麥氮素吸收利用的影響Table 4 Effects of N topdressing timing on nitrogen uptake and utilization of wheat during 2017—2018

3 討論

本試驗中2018—2019 季小麥籽粒產(chǎn)量為7 740.1 ～8 598.8 kg/hm2，而2017—2018 季小麥籽粒產(chǎn)量為5 657.1 ～6 331.6 kg/hm2，較當(dāng)?shù)卣Ｄ攴菪←湲a(chǎn)量偏低［24］。原因是2017—2018 年河北省小麥在灌漿期間大面積發(fā)生白粉病、銹病，小麥生長受到影響，導(dǎo)致小麥產(chǎn)量較正常年份普遍偏低。然而，本試驗研究結(jié)果與前人研究結(jié)果一致，后期追氮確實可提高小麥籽粒產(chǎn)量［18,25-26］。其中2017—2018 季小麥，與基施+拔節(jié)期追氮處理相比，基施+拔節(jié)期追氮+孕穗期追氮處理小麥增產(chǎn)幅度最高，而將后期追氮時期進(jìn)一步推遲至抽穗期和開花期，小麥增產(chǎn)幅度降低，增產(chǎn)不顯著；從產(chǎn)量構(gòu)成要素分析，孕穗期追氮小麥籽粒產(chǎn)量最高且增產(chǎn)幅度高于抽穗期和開花期施氮的原因主要是提高了穗粒數(shù)。本研究結(jié)果表明在小麥生產(chǎn)中，為保障小麥高產(chǎn)后期追氮時期不宜晚于孕穗期。有研究表明，后期施氮可推遲小麥成熟期［27］，本研究未發(fā)現(xiàn) 此現(xiàn)象。

很多研究表明追氮時期后延，可以明顯提高小麥籽粒蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量、穩(wěn)定時間［16,28-32］，但后期施氮時期范圍較為模糊，涵蓋了從小麥拔節(jié)期至開花期之間較為寬泛的范圍。在本試驗條件下，后期追氮可提高小麥面粉濕面筋含量、醇溶蛋白含量、谷蛋白含量和吸水率，但不同追氮時期各處理間小麥籽粒蛋白質(zhì)含量、面團形成時間和穩(wěn)定時間均無顯著差異，這與前人研究結(jié)論不盡相同。Rossmann等［17］研究結(jié)果表明，氮肥分3 次施用，其中一次后期（開花期）施用可以有效的提高籽粒蛋白質(zhì)含量和改善蛋白質(zhì)組成，尤其是當(dāng)?shù)实目偭枯^低或植株開花期氮素吸收不足的情況下，這一效果更加明顯，但在高氮水平下，這一效果不明顯。2017—2018 季小麥成熟期地上部吸氮量為183.5 ～221.6 kg N/hm2。由于試驗?zāi)隇樾←湝p產(chǎn)年，小麥對氮素的吸收有所下降，造成施240 kg N/hm2相對過多，導(dǎo)致后期追氮在小麥品質(zhì)上表現(xiàn)出來的效果受到影響。各處理間籽粒蛋白質(zhì)含量無顯著差異，但隨著追氮時期后延醇溶蛋白含量與谷蛋白含量的比值有升高的趨勢。說明后期追氮可以改變氮在籽粒中的分配，這與Xue 等［20］的研究結(jié)果一致。本試驗在保障小麥籽粒產(chǎn)量的前提下，探究后期施氮中可提高優(yōu)質(zhì)小麥品質(zhì)的關(guān)鍵期，研究結(jié)果表明在孕穗期追氮較其他時期（抽穗期、開花期）追氮提高小麥品質(zhì)的效果更 為明顯。

本試驗結(jié)果表明，后期追氮可提高小麥各器官及地上部吸氮量。其中后期追氮尤其是孕穗期追氮處理小麥各器官及地上部吸氮量增幅最高。氮肥偏生產(chǎn)力與氮素吸收效率與小麥地上部吸氮量變化趨勢相同，亦是孕穗期追氮效果最好。說明后期追氮尤其是孕穗期追氮小麥可以較好的利用氮素進(jìn)行籽粒生產(chǎn)，以及孕穗期追氮明顯增加小麥對氮素的吸收利用。

4 結(jié)論

與小麥生育前期施氮相比，后期追氮可提高小麥籽粒產(chǎn)量、加工品質(zhì)及地上部氮素吸收，同時優(yōu)化籽粒蛋白質(zhì)組成。這一效果在孕穗期追氮較其他時期（抽穗期、開花期）追氮更為明顯。綜合考慮產(chǎn)量、品質(zhì)及氮素吸收利用，采用基施氮+拔節(jié)期施氮+孕穗期施氮（4∶3∶3）的氮素施用模式是適宜當(dāng)?shù)赝寥篮蜌夂驐l件下小麥高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)及養(yǎng)分高效利用的氮肥管理模式。