施氮量对不同筋型小麦光合特性、品质及产量的影响

2024-04-08朱倩孟自力倪雪峰朱伟闫向泉

江苏农业科学 2024年3期

朱倩孟自力倪雪峰朱伟闫向泉

摘要：为探究氮肥对小麦光合特性、品质和产量的影响，确定小麦最佳施氮量，以轮选145（中筋）、轮选49（中强筋）、中麦578（强筋）、商麦167（中筋）为试验材料，设置N0（0 kg/hm2）、N1（90 kg/hm2）、N2（180 kg/hm2）、N3（270 kg/hm2）、N4（360 kg/hm2）5个氮肥处理，研究施氮量对小麦叶绿素（SPAD值）、叶面积指数（LAI）、光合特性、品质和产量的影响。结果表明，随着施氮量增加，轮选145叶片SPAD值、LAI、净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、蒸腾速率（Tr）均呈现出不断增加的趋势，轮选49、中麦578、商麦167呈先增后降趋势，其中轮选49、中麦578 峰值在N3处理，商麦167峰值在N2处理或N3处理，且施氮处理均高于N0处理；胞间CO2浓度（Ci）变化趋势与Pn、Gs、Tr相反。增加施氮量能提高4个品种的蛋白含量、湿面筋含量和稳定时间，轮选145和商麦167各指标在0～360 kg/hm2范围内随施氮量的增加而增加，轮选49和中麦578在0～270 kg/hm2范围内随施氮量增加而增加。轮选145籽粒产量在N4处理达到最高，轮选49和中麦578产量在N3处理达到最高，商麦167产量在N2处理达到最高，最大籽粒产量表现为商麦167＞轮选145＞轮选49＞中麦578，且同一氮肥处理下商麦167产量均高于其他品种，说明商麦167氮肥适应力强，轮选145、中麦578、商麦167在低氮（N1）处理的籽粒产量较N0处理分别提升52.93%、84.03%、49.02%，说明这3个品种氮肥利用效率高；随着施氮量增加，轮选145、商麦167穗数、穗粒数、千粒质量增加，轮选49、中麦578穗数、穗粒数增加，说明轮选145、商麦167产量提高主要依靠产量3因素协调，轮选49、中麦578产量提高主要依靠穗数和穗粒数。综合考虑光合特性、品质和产量等指标，轮选49、中麦578高产优质的最佳施氮量为270 kg/hm2，轮选145最佳施氮量为 360 kg/hm2，商麦167最佳施氮量为180 kg/hm2。

关键词：施氮量；光合特性；品质；产量；小麦

中图分类号：S512.106 文献标志码：A

文章编号：1002-1302（2024）03-0131-07

小麦是我国三大粮食作物之一，在全国粮食生产中占据重要地位，保障其高产对我国粮食安全具有重要意义［1］。近年来，随着人们物质生活水平的日益提高，我国小麦的供需结构也由原来的数量向质量转变，市场上对不同品质优质专用小麦的需求不断上升。因此，大力发展高产与优质并重的小麦生产对深化农业供给侧结构性改革意义重大［2-3］。小麦品质和产量的形成除了受自身遗传基因的控制，还受外界生长环境和栽培措施等诸多因素的影响［4-5］，在诸多栽培措施中，氮肥是影响小麦产量和品质的关键因素［6-7］。近年来，小麦生产中氮肥施用量逐年上升，过量施氮造成小麦“贪青” “晚熟”等现象，同时也导致养分利用效率低、土壤污染、水体富营养化等问题［8］，因此生产中应合理施用氮肥。

根据品质不同，可以将小麦分为强筋、中强筋、中筋、弱筋4种类型，不同筋型小麦光合特性、品质和产量对氮肥调控的响应不同。研究表明，施氮量在180 kg/hm2时，弱筋小麦品质、产量最优；施氮量在210～270 kg/hm2范围时，强筋小麦品质、产量最优［9-10］。徐凤娇等的研究表明，0～300 kg/hm2范围内增施氮肥能有效缓解叶绿素降解，0～270 kg/hm2 范围内增施氮肥能提高强筋、中筋小麦蛋白质产量和籽粒产量，0～180 kg/hm2范围内增施氮肥能有效延长面团形成时间和稳定时间［11］。孙梦等研究了强筋、中筋小麦在高肥力、中肥力、低肥力条件下产量和品质对氮肥的响应，认为施氮量在180 kg/hm2时高肥力田产量最高，施氮量在 240 kg/hm2 时，中肥力、低肥力田产量最高，施氮量在240 kg/hm2时不同筋型小麦在3种肥力条件下品质均最优［12］。姚艳荣等对河北省长期定位施氮条件下中筋、强筋、超强筋小麦适宜施氮量进行研究，认為施氮180 kg/hm2为最优施氮处理，能实现小麦高产、高效、优质和生态安全的统一［12］。前人对优质小麦适宜施氮量有了一定的研究，但不同地区、不同品种间差异较大，本试验以商丘市大面积种植的强筋、中强筋、中筋小麦为试验材料，研究施氮量对小麦光合特性、品质和产量的影响，以期为商丘市小麦优质高产栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地与供试材料

试验于2021—2022在商丘市农林科学院薛庄试验基地（海拔50.1 m，34°31′N，115°42′E）进行。其土质为两合土，0～20 cm耕层土壤有机质含量2.44%，速效氮含量53.38 mg/kg，速效磷含量42.37 mg/kg和速效钾含量174 mg/kg。2021年10月至2022年6月小麦生育期间试验地降水量及气温如图1所示。

1.2 试验设计

试验采用2因素裂区设计，主区设5个氮素水平，分别为N0（0 kg/hm2）、N1（90 kg/hm2）、N2（180 kg/hm2）、N3（270 kg/hm2）、N4（360 kg/hm2），氮肥（尿素，N含量46%）分2次施入，基肥 ∶追肥为 5 ∶5，追肥时期在拔节期；磷肥（过磷酸钙，P2O5含量12%）、钾肥（硫酸钾，K2O含量50%）、有机肥（鸡粪）均在播前一次性基施，施用量分别为90、90、1 200 kg/hm2。副区设4个品种，分别为轮选145（中筋）、轮选49（中强筋）、中麦578（强筋）、商麦167（中筋）。基本苗为270万株/hm2，小区面积为13.5 m2（1.5 m×9.0 m），3次重复，共60（5×4×3）个小区。出苗后每小区选取1个1 m双行固定样点，供各生育期调查及成熟期取样考种。其他管理同一般高产田。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 叶面积指数（LAI）

分别于拔节期、开花期、成熟期选取生育进程相同的小麦，用CY-G10叶面积仪测定植株叶面积指数。

1.3.2 叶绿素含量（SPAD值）

分别于拔节期、开花期、成熟期选取20株生育进程相同的小麦，用便携式SPAD-502Plus叶绿素仪进行测定，以SPAD值表示叶绿素相对含量，拔节期测量倒2叶，开花期、成熟期测量旗叶，取平均值作为叶片的SPAD值。

1.3.3 光合特性参数

采用Li-6400便携式光合测定仪测定开花期、灌浆后期小麦旗叶的净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、胞间CO2浓度（Ci）、蒸腾速率（Tr）。每小区选取同一花期的10张叶片进行测定，于晴朗天气09：00—11：00在外加光源为红蓝光下进行测定。

1.3.4 籽粒品质指标

采用近红外谷物分析仪（Perten、IM7400型、瑞典）测定小麦籽粒粗蛋白（干基）含量、湿面筋（湿基）含量、吸水率、稳定时间。

1.3.5 产量及其构成要素

成熟期调查1 m双行样段内的穗数，计算出单位面积穗数。各处理选取长势均匀区域随机取样20株，进行室内考种。小区全部收割计产，折算出产量。

1.4 数据分析

用Excel 2017进行数据整理、计算、绘图，用SPSS软件进行数据分析，采用LSD法进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 施氮量对不同筋型小麦叶片SPAD值的影响

由图2可知，随着生育进程的推进，不同品种小麦SPAD值均表现出先升后降的趋势，且均在开花期达到最大值。同一品种同一生育期下，增施氮肥能显著提高叶片SPAD值（P<0.05），但是不同品种对施氮量的响应不同，轮选145叶片SPAD值随施氮量的增加而升高，以N4处理最大，且显著高于N0、N1、N2处理；轮选49、中麦578、商麦167叶片SPAD值随施氮量的增加呈先增后降的趋势，其中轮选49、中麦578在N3处理达到最大值，表现为N3处理＞N4处理＞N2处理＞N1处理＞N0处理，商麦167在N2处理达到最大值，且显著高于N0处理。成熟期各品种叶片SPAD值均大幅下降，轮选145、轮选49、中麦578、商麦167成熟期平均SPAD值分别为16.23、17.12、15.41、17.48，开花期平均SPAD值分别为64.57、62.50、66.50、68.84，其中商麦167在开花期和成熟期SPAD期较高，为籽粒产量的形成奠定了基础。不同施氮量相比较，成熟期N1、N2、N3、N4处理的SPAD值分别较N0处理增加26.60%、61.65%、66.30%、63.60%，除N1处理与N0处理差异不显著外，其他处理差异均达显著水平，说明增施氮肥能使小麦生育后期SPAD值维持在较高水平，从而延缓叶片衰老。

2.2 施氮量对不同筋型小麦LAI的影响

由图3可知，拔节期到开花期小麦LAI呈升高趋势，开花期到成熟期LAI则大幅下降，不同品种、不同施氮量对小麦LAI存在显著影响。不同品种间比较，拔节期和开花期LAI均表现为商麦167＞轮选145＞中麦578＞轮选49，成熟期LAI较开花期分别下降30.13%、38.64%、33.85%、27.01%，说明中麦578、轮选145在生育后期LAI下降较快；整个生育期的LAI表现为商麦167＞轮选145＞轮选 49＞中麦578，商麦167的LAI在整个生育期都处在较高水平可能为后期产量形成奠定了基础。不同施氮量相比较，轮选145在各生育期LAI均表現为随施氮量的增加而增加的趋势，轮选49、中麦578、商麦167随施氮量的增加表现出先增后降的趋势，其中轮选49、中麦578在N3处理达到最大值，商麦167在N2或N3处理达到最大值；在成熟期，N1、N2、N3、N4处理的4个品种小麦平均LAI分别较N0处理增加22.24%、77.16%、99.66%、75.58%，说明增施氮肥能显著提高LAI，延长光合作用时间。

2.3 施氮量对不同筋型小麦光合特性的影响

由表1可知，施氮量对不同品种小麦开花期和灌浆后期旗叶光合特性的影响趋势一致，但品种间存在差异。同一品种不同生育期，Pn、Gs、Tr变化趋势相同。其中，随着施氮量增加，轮选145旗叶Pn、Gs、Tr均呈增加趋势，施氮处理明显高于N0处理；轮选49、中麦578呈先升后降的趋势，N3处理最高，且显著高于N0和N1处理；商麦167也呈先升后降的趋势，N2处理最高，且显著高于N0处理。随着施氮量的增加，各品种Ci的变化趋势与Pn、Gs、Tr相反。

与开花期相比，灌浆后期Pn、Gs、Tr均下降，Ci有所增加。其中，N0、N1、N2、N3、N4处理的平均Pn分别下降71.43%、67.38%、59.26%、57.61%、58.45%，平均Gs分别下降75.13%、72.17%、67.37%、66.94%、68.27%，平均Tr分别下降57.30%、47.59%、19.98%、15.59%、23.71%，平均Ci则分别较开花期上升18.13%、13.05%、3.03%、2.37%、1.29%。说明增施氮肥能够延缓叶片衰老，延长光合作用持续时间。

2.4 施氮量对不同筋型小麦籽粒品质的影响

由表2可知，施氮量对不同筋型小麦蛋白含量、湿面筋含量、吸水率、稳定时间存在显著影响。随着施氮量增加，4个品种稳定时间均有所增加，且施氮处理显著大于N0处理（中麦578的N1、N2处理除外），吸水率呈先增后降的趋势；蛋白含量和湿面筋含量的变化趋势一致，其中轮选145（中筋）、商麦167（中筋）总体呈增加趋势，轮选49（中强筋）、中麦578（强筋）呈先增后降趋势。轮选145、轮选49、中麦578、商麦167这4个品种N1、N2、N3、N4处理的蛋白含量分别较N0处理增加19.22%、16.90%、22.42%、23.49%，2.91%、5.30%、11.79%、8.51%，2.47%、3.90%、12.14%、9.82%，15.80%、21.16%、25.07%、25.61%，湿面筋含量分别较N0增加20.33%、17.76%、24.42%、25.02%，3.15%、4.02%、10.49%、6.41%，3.87%、4.41%、13.89%、11.18%，17.60%、18.54%、26.42%、26.46%。说明随着施氮量增加，强筋、中强筋小麦品质提升较慢，中筋小麦品质提升快，但总体来看中筋小麦在各氮肥水平下品质均低于强筋、中强筋小麦，且在 0～270 kg/hm2范围内，强筋、中强筋小麦品质与施氮量呈正相关。从不同筋型小麦品质性状对氮肥的响应来看，强筋、中强筋小麦蛋白质含量、湿面筋含量和面团稳定时间受氮肥调控效应大，中筋小麦较小，氮肥对不同筋型小麦的吸水率调控效应无明显规律。

2.5 施氮量对不同筋型小麦产量及构成因素的影响

由表3可知，随着施氮量增加，轮选49、中麦578、商麦167籽粒产量均表现出先增后降的趋势，其中轮选49、中麦578的产量最大值出现在N3处理（270 kg/hm2），商麦167最大值出现在N2处理（180 kg/hm2）轮选145产量则随施氮量的增加而不断升高，最大值出现在N4处理（360 kg/hm2），且4个品种施氮处理的籽粒产量均显著高于不施氮处理。从产量构成因素来看，轮选145、商麦167这2个品种穗粒数和穗数总体表现为随施氮量的增加而增加，千粒质量表现为先升后降的趋势，说明轮选145、商麦167产量提高主要依靠穗数、穗粒数、千粒质量3因素协调作用；轮选49、中麦578这2个品种穗粒数和穗数随施氮量的增加呈增加趋势，千粒质量则随施氮量的增加而降低，说明轮选49、中麦578产量提高主要依靠穗粒数和穗数，提高千粒质量是进一步提高产量的潜在因素。不同品种间相比较，最大籽粒产量表现为商麦167（中筋）＞轮选145（中筋）＞轮选49（中强筋）＞中麦578（强筋），分别为 8 349.93、8 102.02、7 927.31、7 606.92 kg/hm2，说明优质强筋、中强筋小麦品种产量水平低于中筋小麦。此外，在同一氮肥处理下，商麦167籽粒产量均高于同其他3个品种，说明商麦167氮肥适应能力较强；轮选145、中麦578、商麦167在低氮肥N1处理下的产量较N0处理分别增加52.93%、84.03%、49.02%，说明轮选145、中麦578、商麦167对氮肥较敏感。

3 结论与讨论

氮素是小麦生长的必需营养元素，直接影响小麦体内的可溶性蛋白水平、光合酶类的合成与活性、叶绿素的合成等，进而影响光合作用［13］。大量研究表明，在一定范围内增施氮肥能提高叶面积指数、叶绿素含量、净光合速率、气孔导度、蒸腾速率，降低胞间CO2浓度，从而促进作物营养生长，但不同地区、不同品种间最佳施氮量存在差异［14-16］。本研究结果表明，施氮能显著提高植株LAI、SPAD值、Pn、Gs、Tr，降低Ci，这与前人研究结果［13-15］基本一致。轮选145植株的LAI、SPAD值、Pn、Gs、Tr随施氮量的增加而升高，在N4处理达到最大值，表现为N4处理＞N3处理＞N2处理＞N1处理＞N0处理；轮选49、中麦578、商麦167上述指标随施氮量的增加呈先增后减的趋势，轮选49、中麦578在N3处理达到最大值，商麦167在N2处达最大值；4个品种旗叶Ci值变化趋势与Pn、Gs、Tr相反。

小麦品质除受自身遗传因素的影响，氮肥亦起着重要作用。多数研究认为，施氮能显著提高籽粒蛋白含量、湿面筋含量和沉降值，延长面团的形成时间和稳定时间［17-18］，但是施氮量对不同筋型小麦的品质性状调控效应的研究结果不尽相同。曹承富等研究发现，施氮量对不同筋型小麦的品质性状调控效应无明显规律［19］。朱新开等的研究表明，氮肥对不同品质类型小麦的调节幅度不同，强筋小麦品质指标受氮肥调节幅度较大，弱筋小麦则较小［20］。本研究结果表明，适当增施氮肥能提高强筋、中强筋、中筋小麦的蛋白含量、湿面筋含量、吸水率和面团稳定时间，强筋、中强筋小麦品质达到最优的适宜施氮量是270 kg/hm2；从不同筋型小麦品质性状对氮肥的响应来看，强筋、中强筋小麦蛋白含量、湿面筋含量和面团稳定时间受氮肥调控效应大，中筋小麦较小，氮肥对不同筋型小麦的吸水率调控效应无明显规律。

氮肥对小麦产量和产量3因素均有显著的调控效应，不同筋型小麦对氮肥的响应不同［21-22］，曹承富等研究发现，强筋、中筋小麦达到最高产量的施氮量分别为224.6、207.5 kg/hm2［19］。朱新开等研究发现，施氮量为180 kg/hm2时，弱筋小麦产量最大，施氮量为180～240 kg/hm2时，强筋和中筋小麦产量最佳［20］。本试验结果表明，中麦578（强筋）、轮选49（中强筋）的最佳施氮量为270 kg/hm2，2个中筋小麦品种的适宜施氮量不同，其中轮选145施氮量在360 kg/hm2时产量达最大值，商麦167在180 kg/hm2时产量达最大值，这可能与品种自身氮素利用效率有关，有待进一步研究。另外，本研究中因未施氮（N0）处理会导致品种早衰，提早成熟，造成麦粒脱落，此外收割时也容易造成小麦脱穗掉粒，实际产量偏低，与理论产量差值偏大。籽粒产量受有效穗数、穗粒数、千粒质量3个因素影响［23-24］。本研究结果表明，随施氮量增加，轮选49（中强筋）和中麦578（强筋）穗粒数、穗数增加趋势，千粒质量呈下降趋势；轮选145（中筋）和商麦167（中筋）穗粒数、穗数呈增加趋势，千粒质量呈先升后降趋势。说明轮选49和中麦578籽粒产量的提高主要依靠穗粒数和穗数，轮选145和商麦167籽粒产量的提高主要依靠穗数、穗粒数、千粒质量3因素协调作用。

适量增施氮肥能增加不同筋型小麦叶绿素含量，促进植株光合作用，延缓叶片光合作用时间，提高小麦品质和产量。综合考虑光合特性、产量和品质，轮选49、中麦578高产优质的最佳施氮量为 270 kg/hm2，轮选145最佳施氮量为360 kg/hm2，商麦167最佳施氮量为180 kg/hm2。

参考文献：

［1］张欢欢，王国刚，张勇翔，等. 我国粮食生產能力区域变化特征与成因分析［J］. 中国农业科技导报，2023，25（1）：6-15.

［2］马瑞琦，王德梅，陶志强，等. 不同筋型小麦干物质和氮素积累对追施氮量的响应［J］. 植物营养与肥料学报，2022，28（4）：622-631.

［3］靳海洋，张素瑜，崔静宇，等. 不同施氮措施对强筋和中强筋小麦品质的调控效应［J］. 作物杂志，2023（1）：212-218.

［4］成林，申晓晴，韩耀杰，等. 河南强筋小麦种植品质达标的关键气象因子分析［J］. 中国农业气象，2023，44（1）：47-57.

［5］程晓明，王慧，陈树林，等. 不同小麦品种籽粒灌浆、脱水特性及其与产量和品质的关系［J］. 河南农业大学学报，2023，57（2）：197-206，230.

［6］任开明，王犇，杨文俊，等. 施氮对稻茬弱筋小麦生长特性、品质与产量的影响［J］. 浙江农业学报，2023，35（4）：769-779.

［7］陈琛，刘家俊，邓垚，等. 氮肥运筹对强筋小麦镇麦18产量及干物质生产的影响［J］. 江苏农业学报，2023，39（2）：368-376.

［8］张水清，张博，岳克，等. 长期施肥对黄淮海平原小麦氮素吸收及氨挥发的影响［J］. 中国土壤与肥料，2022（11）：40-47.

［9］马瑞琦，王德梅，陶志强，等. 施氮量对北部冬麦区种植弱筋小麦产量与品质的影响［J］. 作物杂志，2023（1）：163-169.

［10］马瑞琦，常旭虹，刘阿康，等. 减量施氮协同提升强筋小麦产量和品质［J］. 植物营养与肥料学报，2023，29（1）：172-187.