化肥減施對小麥產量及品質的影響

張 晶,張定一,黨建友,裴雪霞

(山西農業大學小麥研究所,臨汾 041000)

施用化肥對提高作物產量、確保我國糧食安全具有重要意義[1]。 近年來,我國普遍存在施用化肥過量的現象,導致肥料利用率偏低,不僅沒有促進作物增產,還造成了嚴重的環境污染,不利于農業可持續發展[2-5]。 據統計,我國每生產1.5 kg 糧食大約需要消耗化肥0.5 kg,是國際公認安全線的2 倍左右[6-7]。減量施肥是在保證作物產量穩定的前提下,減少肥料投入,以提高肥料利用率、降低環境污染。 研究表明,適當減量施肥能夠實現產量穩定,提高肥料利用率和經濟效益[8-10]。 而李世清等[11]研究認為,減量施肥會影響小麥籽粒灌漿過程和特性,進而影響籽粒重和小麥產量。 前人對不同小麥品種間氮素吸收和利用進行了相關研究,丁永剛等[12]認為,不同氮效率小麥品種或群體間產量和物質生產能力存在差異;徐曉峰等[13]認為,寬幅播種配合氮肥減施可以提高氮肥利用效率和小麥產量。 以往的研究多集中在小麥氮素吸收利用特性方面[14-17],而受氣候條件、土壤肥力、品種及田間管理等因素的影響,化肥減施效果可能存在較大的區域性差異。 目前,關于晉南地區小麥化肥減施效果的研究未見報道。 為此,本試驗研究減量施用化肥對晉南地區不同小麥品種產量及品質的影響,旨在明確化肥減施在晉南麥區的可行性,并篩選出適合當地種植的穩產提質的冬小麥品種,以期為該區域作物高效施肥及實現化肥零增長的目標提供理論和技術依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗于2020 年10 月9 日—2021 年6 月11 日在山西農業大學小麥研究所洪堡試驗基地(36°13.2＇N、111°33.7＇E)進行。 試驗區域為黃淮冬麥區北片,屬溫帶大陸性半干旱氣候,年平均氣溫13.1 ℃,年降水量450—550 mm。 試驗地土壤屬中壤石灰性褐土,連續多年為小麥-玉米一年兩熟輪作制,0—20 cm 土層含有機質16.28 g∕kg、堿解氮65.33 mg∕kg、速效磷22.11 mg∕kg、速效鉀130.5 mg∕kg。

1.2 試驗設計

試驗采用裂區設計,以小麥品種為主區,設置‘濟麥22’‘石農086’‘品育8012’‘煙農1212’4 個品種;以施肥模式為副區,設置(1)常規施肥(CF):總施純N 270.0 kg∕hm2,其中基施純N 189.0 kg∕hm2、P2O5120.0 kg∕hm2、K2O 67.5 kg∕hm2,拔節期追施純N 81.0 kg∕hm2;(2) 化肥減施(FR):總施純N 240.0 kg∕hm2,其中基施純N 180.0 kg∕hm2、P2O5105.0 kg∕hm2、K2O 34.5 kg∕hm2,拔節期追施純N 60.0 kg∕hm2;(3)不施肥(CK)。 肥料種類為尿素(含N 46.2%)、磷酸二銨(含N 18%、P2O546%)、氯化鉀(含K2O 60%)。 主區面積2.5 m×51 m= 127.5 m2,副區為2.5 m×17 m=45.5 m2,重復3 次。 全生育期滴灌4 次(越冬水∕返青水∕拔節水∕灌漿期),總灌水量:(600 +300 +600 +300)m3∕hm2=1 800 m3∕hm2。10 月9 日播種,播量225.0 kg∕hm2,播種行距20 cm,其他管理措施同大田生產。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 產量及穗粒結構

收獲時每小區隨機取長勢均勻的2 行冬小麥,每行隨機選取長20 cm 的區段作為樣本,統計有效穗數、每穗粒數;各處理收獲2 個未取樣調查樣方外,再隨機取3 個1.0 m2樣方,脫粒,風干后稱重;數取500 粒稱重,2 次重復(重復間相差≤0.5 g),80 ℃下烘至恒重,按13%含水率計算千粒重和產量。

1.3.2 蛋白質組分

采用連續提取法,稱取1.0 g 樣品,依次使用蒸餾水、10% NaCl、70%乙醇和0.2% NaOH 溶液提取籽粒中的清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和麥谷蛋白,采用凱式定氮法測定其含量。

1.3.3 品質指標

籽粒樣品風干后使用德國Brabender 公司Quadrumat Junior 實驗磨磨粉進行品質測定,水分調至14%。 參照GB∕T 14614—2006《小麥粉 面團的物理特性 吸水量和流變學特性的測定 粉質儀法》,用德國Brabender 公司的粉質儀測定面團吸水率、形成時間、穩定時間和弱化度。 參照GB∕T 21119—2007《小麥 沉降指數測定法Zeleny 試驗》,用德國Brabender 公司的沉降值測定儀測定小麥的Zeleny 沉降值。 參照GB∕T 5506.2—2008《小麥和小麥粉 面筋含量 第2 部分:儀器法測定濕面筋》,用瑞典Perton 公司的2200 型面筋儀測定濕面筋含量。 參照GB∕T 14615—2006《小麥粉 面團的物理特性 流變學特性的測定拉伸儀法》,用德國Brabender 公司的拉伸儀測定拉伸參數,主要指標包括拉伸面積、拉伸阻力、延展性、最大阻力和拉伸比例。

1.4 數據分析

采用Excel 2016 和DPS 15.10 軟件對試驗數據進行分析。

2 結果與分析

2.1 施肥模式對小麥產量及其構成因素的影響

由表1 知,品種和施肥處理均對產量及其構成因素的影響達極顯著水平,其互作對產量和千粒重的影響達極顯著水平,對成穗數和穗粒數的影響達顯著水平。 品種及施肥處理交互作用主要通過影響千粒重影響產量,4 個小麥品種產量均表現為:常規施肥(CF) ＞化肥減施(FR) ＞CK。 其中,‘濟麥22’處理間差異顯著,‘品育8012’FR 處理與CK 間、‘煙農1212’CF 與FR 處理間差異均不顯著。 CF 處理中,‘品育8012’產量最高且與其他3 個品種差異顯著,‘品育8012’增產主要與成穗數和千粒重增加有關。 FR處理中,‘濟麥22’和‘煙農1212’產量較高,二者差異不顯著,‘濟麥22’增產主要與成穗數和千粒重增加有關,‘煙農1212’增產主要與成穗數增加有關。

表1 不同施肥模式小麥產量及其構成要素Table 1 Wheat yield and yield component under different fertilization modes

2.2 施肥模式對小麥蛋白質組分含量的影響

小麥蛋白組分含量分析結果表明(表2),小麥清蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白含量在品種間存在極顯著差異,施肥、品種與施肥互作對蛋白質組分的影響均達極顯著水平。 從4 個品種看,‘濟麥22’清蛋白含量處理間無顯著差異,谷蛋白含量處理間存在顯著差異,醇溶蛋白含量以FR 處理最高,且與其他處理差異顯著,球蛋白含量FR 處理與CK 間差異不顯著;‘品育8012’以FR 處理的谷蛋白含量最高,與其他處理差異顯著;‘石農086’谷蛋白含量處理間無顯著差異,FR 處理清蛋白和醇溶蛋白含量最高,且與其他兩個處理差異顯著;‘煙農1212’醇溶蛋白含量處理間無顯著差異,FR 處理清蛋白含量最高,且與其他處理差異顯著,球蛋白和醇溶蛋白含量均以CF 處理最高。 4 個品種中,除‘石農086’谷蛋白含量處理間差異不顯著外,其他3 個品種均表現為CK 谷蛋白含量最低,且差異顯著。

表2 不同施肥模式小麥成熟期蛋白質組分含量Table 2 Content of protein components in wheat at maturity under different fertilization modes

2.3 施肥模式對小麥粉質參數的影響

由表3 知,品種對小麥粉質參數的吸水率、穩定時間和濕面筋影響極顯著,施肥對吸水率、穩定時間、沉降值和濕面筋的影響達極顯著水平,對弱化度影響顯著;品種和施肥交互作用對吸水率、穩定時間和濕面筋影響達極顯著水平,對沉降值及弱化度影響達顯著水平,說明除品種本身特性外,施肥處理是影響小麥粉質參數的重要因素。 其中,‘濟麥22’吸水率、形成時間、穩定時間、沉降值和濕面筋施肥處理間均沒有顯著差異,弱化度CF 處理最高,顯著高于FR 處理,但兩者與CK 差異不顯著;‘品育8012’吸水率、形成時間、沉降值和濕面筋處理間無顯著差異,CK 穩定時間最長,弱化度最低;‘石農086’吸水率、沉降值和濕面筋處理間無顯著差異,CK 形成時間、穩定時間最長,FR 和CF 處理間差異不顯著,弱化度CK 和FR 處理間差異不顯著;‘煙農1212’粉質參數處理間差異較大,穩定時間處理間差異達顯著水平,弱化度表現為FR 和CF 處理間差異顯著。

表3 不同施肥模式小麥粉質參數Table 3 Wheat flour quality parameters of different fertilization modes

2.4 施肥模式對小麥面粉拉伸參數的影響

由表4 知,品種和施肥處理對小麥拉伸參數影響均達極顯著水平,二者互作除對延展性無顯著影響外,對其余指標影響均達極顯著水平。 不同處理對‘濟麥22’拉伸阻力和延展性影響較小,FR 處理拉伸面積和最大阻力最大,其拉伸面積顯著高于CK 和CF 處理,最大阻力顯著高于CK,拉伸比例CK 最高,顯著高于CF 處理,但FR 處理與CK 和CF 處理間差異不顯著;‘品育8012’各項拉伸參數比較,CF 和FR 處理間差異不顯著,其拉伸阻力和拉伸比例顯著低于CK;‘石農086’拉伸面積處理間無顯著差異,CF 和FR 處理延展性顯著高于CK,CK 拉伸阻力、最大阻力及拉伸比例最高,FR 處理次之;‘煙農1212’拉伸面積、拉伸阻力及延展性處理間無顯著差異,FR 處理最大阻力最高,與CF 處理差異顯著,拉伸比例以CK 最高,CF 和FR 處理差異不顯著。

表4 不同施肥模式小麥拉伸參數Table 4 Tensile parameters of wheat under different fertilization modes

3 討論

3.1 化肥減施對不同小麥品種產量及其構成因素的影響

趙亞南等[18]研究表明,與常規施肥相比,減量施肥對小麥產量沒有顯著影響,產量構成因子中僅千粒重有增加趨勢,其他指標均沒有顯著變化。 鄭景瑞等[19]研究認為,不同小麥品種產量在推薦養分施肥條件下差異顯著。 本研究表明,化肥減施對不同品種小麥產量及其構成因素影響不同。 從品種角度來看,主要是小麥群體數量和千粒重限制產量。 從產量角度看,4 個小麥品種化肥減施潛力依次為‘煙農1212’ ＞‘濟麥22’ ＞‘石農086’ ＞‘品育8012’。 梁鵬等[20]研究認為,‘煙農1212’產量潛力高是由于灌漿中后期保持了較高的光合速率,延緩了旗葉衰老。 本研究表明,‘煙農1212’增產主要是成穗數增加,產量構成因素協調。

3.2 化肥減施對小麥成熟期蛋白質組分的影響

有研究表明,隨著施氮量的增加,小麥清蛋白和谷蛋白含量有減少的趨勢,球蛋白和醇溶蛋白含量增加[21]。 磷肥也能影響小麥籽粒蛋白質組分的積累,王旭東等[22]研究表明,105 kg∕hm2的低磷水平處理提高了中筋小麥品種清蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白的含量,降低了球蛋白的含量。 適當施用鉀肥對小麥籽粒中4 種蛋白組分的含量有顯著提高的作用。 陸強等[23]指出,增施鉀肥,可促進小麥籽粒產量、千粒重和蛋白質含量的增加。 本研究中不同品種小麥蛋白質組分含量對化肥減施的響應不同,施肥對‘濟麥22’清蛋白和球蛋白含量的調控作用較小,而對谷蛋白和醇溶蛋白含量的調節作用較大;適量減施化肥對提高‘品育8012’谷蛋白含量具有重要作用,而對‘石農086’谷蛋白含量卻無顯著影響;化肥減施對‘煙農1212’醇溶蛋白含量影響較小。 由此說明,施肥量對小麥蛋白質組分的影響因品種而異,這與石玉等[24]研究結果一致。

3.3 化肥減施對小麥加工品質的影響

小麥籽粒品質除受遺傳因素和生態條件的影響外,栽培措施和生態環境對籽粒品質有明顯的調控效應,其中以肥料的效應最為顯著[25-26]。 陳莉等[27]研究表明,氮、磷、鉀肥對小麥的加工品質具有明顯的互作效應,小麥籽粒容重、沉淀值、濕面筋、吸水量、形成時間、穩定時間隨氮、磷、鉀的適當用量增加顯著增加。 本研究表明,不同小麥品種加工品質指標對施肥的響應不同,除品種本身特性外,施肥處理是影響小麥粉質參數和拉伸參數的重要因素。 與常規施肥相比,化肥減施處理‘濟麥22’弱化度顯著降低,拉伸面積顯著提高,‘品育8012’則各項參數差異均不顯著,‘石農086’弱化度顯著降低,最大阻力和拉伸比例顯著提高,‘煙農1212’弱化度顯著降低,穩定時間和最大阻力顯著提高。 可見,除‘品育8012’外,適量減施化肥有利于提高其他3 個品種的面團流變學特性,進而改善小麥的加工品質。

4 結論

晉南地區冬小麥在滴灌灌水總量1 800 m3∕hm2,生育期灌水4 次,越冬前和拔節期增量灌水條件下,總施純N 240.0 kg∕hm2,其中基施純N 180.0 kg∕hm2、P2O5105.0 kg∕hm2、K2O 34.5 kg∕hm2,拔節期追施純N 60.0 kg∕hm2時,‘煙農1212’和‘濟麥22’能夠實現穩產提質和化肥減施增效。