施氮量對不同筋型小麥光合特性、品質及產量的影響

朱倩 孟自力 倪雪峰 朱偉 閆向泉

摘要：為探究氮肥對小麥光合特性、品質和產量的影響，確定小麥最佳施氮量，以輪選145（中筋）、輪選49（中強筋）、中麥578（強筋）、商麥167（中筋）為試驗材料，設置N0（0 kg/hm2）、N1（90 kg/hm2）、N2（180 kg/hm2）、N3（270 kg/hm2）、N4（360 kg/hm2）5個氮肥處理，研究施氮量對小麥葉綠素（SPAD值）、葉面積指數（LAI）、光合特性、品質和產量的影響。結果表明，隨著施氮量增加，輪選145葉片SPAD值、LAI、凈光合速率（Pn）、氣孔導度（Gs）、蒸騰速率（Tr）均呈現出不斷增加的趨勢，輪選49、中麥578、商麥167呈先增后降趨勢，其中輪選49、中麥578 峰值在N3處理，商麥167峰值在N2處理或N3處理，且施氮處理均高于N0處理；胞間CO2濃度（Ci）變化趨勢與Pn、Gs、Tr相反。增加施氮量能提高4個品種的蛋白含量、濕面筋含量和穩定時間，輪選145和商麥167各指標在0～360 kg/hm2范圍內隨施氮量的增加而增加，輪選49和中麥578在0～270 kg/hm2范圍內隨施氮量增加而增加。輪選145籽粒產量在N4處理達到最高，輪選49和中麥578產量在N3處理達到最高，商麥167產量在N2處理達到最高，最大籽粒產量表現為商麥167＞輪選145＞輪選49＞中麥578，且同一氮肥處理下商麥167產量均高于其他品種，說明商麥167氮肥適應力強，輪選145、中麥578、商麥167在低氮（N1）處理的籽粒產量較N0處理分別提升52.93%、84.03%、49.02%，說明這3個品種氮肥利用效率高；隨著施氮量增加，輪選145、商麥167穗數、穗粒數、千粒質量增加，輪選49、中麥578穗數、穗粒數增加，說明輪選145、商麥167產量提高主要依靠產量3因素協調，輪選49、中麥578產量提高主要依靠穗數和穗粒數。綜合考慮光合特性、品質和產量等指標，輪選49、中麥578高產優質的最佳施氮量為270 kg/hm2，輪選145最佳施氮量為 360 kg/hm2，商麥167最佳施氮量為180 kg/hm2。

關鍵詞：施氮量；光合特性；品質；產量；小麥

中圖分類號：S512.106? 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2024）03-0131-07

小麥是我國三大糧食作物之一，在全國糧食生產中占據重要地位，保障其高產對我國糧食安全具有重要意義［1］。近年來，隨著人們物質生活水平的日益提高，我國小麥的供需結構也由原來的數量向質量轉變，市場上對不同品質優質專用小麥的需求不斷上升。因此，大力發展高產與優質并重的小麥生產對深化農業供給側結構性改革意義重大［2-3］。小麥品質和產量的形成除了受自身遺傳基因的控制，還受外界生長環境和栽培措施等諸多因素的影響［4-5］，在諸多栽培措施中，氮肥是影響小麥產量和品質的關鍵因素［6-7］。近年來，小麥生產中氮肥施用量逐年上升，過量施氮造成小麥“貪青” “晚熟”等現象，同時也導致養分利用效率低、土壤污染、水體富營養化等問題［8］，因此生產中應合理施用氮肥。

根據品質不同，可以將小麥分為強筋、中強筋、中筋、弱筋4種類型，不同筋型小麥光合特性、品質和產量對氮肥調控的響應不同。研究表明，施氮量在180 kg/hm2時，弱筋小麥品質、產量最優；施氮量在210～270 kg/hm2范圍時，強筋小麥品質、產量最優［9-10］。徐鳳嬌等的研究表明，0～300 kg/hm2范圍內增施氮肥能有效緩解葉綠素降解，0～270 kg/hm2 范圍內增施氮肥能提高強筋、中筋小麥蛋白質產量和籽粒產量，0～180 kg/hm2范圍內增施氮肥能有效延長面團形成時間和穩定時間［11］。孫夢等研究了強筋、中筋小麥在高肥力、中肥力、低肥力條件下產量和品質對氮肥的響應，認為施氮量在180 kg/hm2時高肥力田產量最高，施氮量在 240 kg/hm2 時，中肥力、低肥力田產量最高，施氮量在240 kg/hm2時不同筋型小麥在3種肥力條件下品質均最優［12］。姚艷榮等對河北省長期定位施氮條件下中筋、強筋、超強筋小麥適宜施氮量進行研究，認為施氮180 kg/hm2為最優施氮處理，能實現小麥高產、高效、優質和生態安全的統一［12］。前人對優質小麥適宜施氮量有了一定的研究，但不同地區、不同品種間差異較大，本試驗以商丘市大面積種植的強筋、中強筋、中筋小麥為試驗材料，研究施氮量對小麥光合特性、品質和產量的影響，以期為商丘市小麥優質高產栽培提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地與供試材料

試驗于2021—2022在商丘市農林科學院薛莊試驗基地（海拔50.1 m，34°31′N，115°42′E）進行。其土質為兩合土，0～20 cm耕層土壤有機質含量2.44%，速效氮含量53.38 mg/kg，速效磷含量42.37 mg/kg和速效鉀含量174 mg/kg。2021年10月至2022年6月小麥生育期間試驗地降水量及氣溫如圖1所示。

1.2 試驗設計

試驗采用2因素裂區設計，主區設5個氮素水平，分別為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 ∶追肥為 5 ∶5，追肥時期在拔節期；磷肥（過磷酸鈣，P2O5含量12%）、鉀肥（硫酸鉀，K2O含量50%）、有機肥（雞糞）均在播前一次性基施，施用量分別為90、90、1 200 kg/hm2。副區設4個品種，分別為輪選145（中筋）、輪選49（中強筋）、中麥578（強筋）、商麥167（中筋）?；久鐬?70萬株/hm2，小區面積為13.5 m2（1.5 m×9.0 m），3次重復，共60（5×4×3）個小區。出苗后每小區選取1個1 m雙行固定樣點，供各生育期調查及成熟期取樣考種。其他管理同一般高產田。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 葉面積指數（LAI）

分別于拔節期、開花期、成熟期選取生育進程相同的小麥，用CY-G10葉面積儀測定植株葉面積指數。

1.3.2 葉綠素含量（SPAD值）

分別于拔節期、開花期、成熟期選取20株生育進程相同的小麥，用便攜式SPAD-502Plus葉綠素儀進行測定，以SPAD值表示葉綠素相對含量，拔節期測量倒2葉，開花期、成熟期測量旗葉，取平均值作為葉片的SPAD值。

1.3.3 光合特性參數

采用Li-6400便攜式光合測定儀測定開花期、灌漿后期小麥旗葉的凈光合速率（Pn）、氣孔導度（Gs）、胞間CO2濃度（Ci）、蒸騰速率（Tr）。每小區選取同一花期的10張葉片進行測定，于晴朗天氣09：00—11：00在外加光源為紅藍光下進行測定。

1.3.4 籽粒品質指標

采用近紅外谷物分析儀（Perten、IM7400型、瑞典）測定小麥籽粒粗蛋白（干基）含量、濕面筋（濕基）含量、吸水率、穩定時間。

1.3.5 產量及其構成要素

成熟期調查1 m雙行樣段內的穗數，計算出單位面積穗數。各處理選取長勢均勻區域隨機取樣20株，進行室內考種。小區全部收割計產，折算出產量。

1.4 數據分析

用Excel 2017進行數據整理、計算、繪圖，用SPSS軟件進行數據分析，采用LSD法進行差異顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 施氮量對不同筋型小麥葉片SPAD值的影響

由圖2可知，隨著生育進程的推進，不同品種小麥SPAD值均表現出先升后降的趨勢，且均在開花期達到最大值。同一品種同一生育期下，增施氮肥能顯著提高葉片SPAD值（P<0.05），但是不同品種對施氮量的響應不同，輪選145葉片SPAD值隨施氮量的增加而升高，以N4處理最大，且顯著高于N0、N1、N2處理；輪選49、中麥578、商麥167葉片SPAD值隨施氮量的增加呈先增后降的趨勢，其中輪選49、中麥578在N3處理達到最大值，表現為N3處理＞N4處理＞N2處理＞N1處理＞N0處理，商麥167在N2處理達到最大值，且顯著高于N0處理。成熟期各品種葉片SPAD值均大幅下降，輪選145、輪選49、中麥578、商麥167成熟期平均SPAD值分別為16.23、17.12、15.41、17.48，開花期平均SPAD值分別為64.57、62.50、66.50、68.84，其中商麥167在開花期和成熟期SPAD期較高，為籽粒產量的形成奠定了基礎。不同施氮量相比較，成熟期N1、N2、N3、N4處理的SPAD值分別較N0處理增加26.60%、61.65%、66.30%、63.60%，除N1處理與N0處理差異不顯著外，其他處理差異均達顯著水平，說明增施氮肥能使小麥生育后期SPAD值維持在較高水平，從而延緩葉片衰老。

2.2 施氮量對不同筋型小麥LAI的影響

由圖3可知，拔節期到開花期小麥LAI呈升高趨勢，開花期到成熟期LAI則大幅下降，不同品種、不同施氮量對小麥LAI存在顯著影響。不同品種間比較，拔節期和開花期LAI均表現為商麥167＞輪選145＞中麥578＞輪選49，成熟期LAI較開花期分別下降30.13%、38.64%、33.85%、27.01%，說明中麥578、輪選145在生育后期LAI下降較快；整個生育期的LAI表現為商麥167＞輪選145＞輪選 49＞中麥578，商麥167的LAI在整個生育期都處在較高水平 可能為后期產量形成奠定了基礎。不同施氮量相比較，輪選145在各生育期LAI均表現為隨施氮量的增加而增加的趨勢，輪選49、中麥578、商麥167隨施氮量的增加表現出先增后降的趨勢，其中輪選49、中麥578在N3處理達到最大值，商麥167在N2或N3處理達到最大值；在成熟期，N1、N2、N3、N4處理的4個品種小麥平均LAI分別較N0處理增加22.24%、77.16%、99.66%、75.58%，說明增施氮肥能顯著提高LAI，延長光合作用時間。

2.3 施氮量對不同筋型小麥光合特性的影響

由表1可知，施氮量對不同品種小麥開花期和灌漿后期旗葉光合特性的影響趨勢一致，但品種間存在差異。同一品種不同生育期，Pn、Gs、Tr變化趨勢相同。其中，隨著施氮量增加，輪選145旗葉Pn、Gs、Tr均呈增加趨勢，施氮處理明顯高于N0處理；輪選49、中麥578呈先升后降的趨勢，N3處理最高，且顯著高于N0和N1處理；商麥167也呈先升后降的趨勢，N2處理最高，且顯著高于N0處理。隨著施氮量的增加，各品種Ci的變化趨勢與Pn、Gs、Tr相反。

與開花期相比，灌漿后期Pn、Gs、Tr均下降，Ci有所增加。其中，N0、N1、N2、N3、N4處理的平均Pn分別下降71.43%、67.38%、59.26%、57.61%、58.45%，平均Gs分別下降75.13%、72.17%、67.37%、66.94%、68.27%，平均Tr分別下降57.30%、47.59%、19.98%、15.59%、23.71%，平均Ci則分別較開花期上升18.13%、13.05%、3.03%、2.37%、1.29%。說明增施氮肥能夠延緩葉片衰老，延長光合作用持續時間。

2.4 施氮量對不同筋型小麥籽粒品質的影響

由表2可知，施氮量對不同筋型小麥蛋白含量、濕面筋含量、吸水率、穩定時間存在顯著影響。隨著施氮量增加，4個品種穩定時間均有所增加，且施氮處理顯著大于N0處理（中麥578的N1、N2處理除外），吸水率呈先增后降的趨勢；蛋白含量和濕面筋含量的變化趨勢一致，其中輪選145（中筋）、商麥167（中筋）總體呈增加趨勢，輪選49（中強筋）、中麥578（強筋）呈先增后降趨勢。輪選145、輪選49、中麥578、商麥167這4個品種N1、N2、N3、N4處理的蛋白含量分別較N0處理增加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%，濕面筋含量分別較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%。說明隨著施氮量增加，強筋、中強筋小麥品質提升較慢，中筋小麥品質提升快，但總體來看中筋小麥在各氮肥水平下品質均低于強筋、中強筋小麥，且在 0～270 kg/hm2范圍內，強筋、中強筋小麥品質與施氮量呈正相關。從不同筋型小麥品質性狀對氮肥的響應來看，強筋、中強筋小麥蛋白質含量、濕面筋含量和面團穩定時間受氮肥調控效應大，中筋小麥較小，氮肥對不同筋型小麥的吸水率調控效應無明顯規律。

2.5 施氮量對不同筋型小麥產量及構成因素的影響

由表3可知，隨著施氮量增加，輪選49、中麥578、商麥167籽粒產量均表現出先增后降的趨勢，其中輪選49、中麥578的產量最大值出現在N3處理（270 kg/hm2），商麥167最大值出現在N2處理（180 kg/hm2） 輪選145產量則隨施氮量的增加而不斷升高，最大值出現在N4處理（360 kg/hm2），且4個品種施氮處理的籽粒產量均顯著高于不施氮處理。從產量構成因素來看，輪選145、 商麥167這2個品種穗粒數和穗數總體表現為隨施氮量的增加而增加，千粒質量表現為先升后降的趨勢，說明輪選145、商麥167產量提高主要依靠穗數、穗粒數、千粒質量3因素協調作用；輪選49、中麥578這2個品種穗粒數和穗數隨施氮量的增加呈增加趨勢，千粒質量則隨施氮量的增加而降低，說明輪選49、中麥578產量提高主要依靠穗粒數和穗數，提高千粒質量是進一步提高產量的潛在因素。不同品種間相比較，最大籽粒產量表現為商麥167（中筋）＞輪選145（中筋）＞輪選49（中強筋）＞中麥578（強筋），分別為 8 349.93、8 102.02、7 927.31、7 606.92 kg/hm2，說明優質強筋、中強筋小麥品種產量水平低于中筋小麥。此外，在同一氮肥處理下，商麥167籽粒產量均高于同其他3個品種，說明商麥167氮肥適應能力較強；輪選145、中麥578、商麥167在低氮肥N1處理下的產量較N0處理分別增加52.93%、84.03%、49.02%，說明輪選145、中麥578、商麥167對氮肥較敏感。

3 結論與討論

氮素是小麥生長的必需營養元素，直接影響小麥體內的可溶性蛋白水平、光合酶類的合成與活性、葉綠素的合成等，進而影響光合作用［13］。大量研究表明，在一定范圍內增施氮肥能提高葉面積指數、葉綠素含量、凈光合速率、氣孔導度、蒸騰速率，降低胞間CO2濃度，從而促進作物營養生長，但不同地區、不同品種間最佳施氮量存在差異［14-16］。本研究結果表明，施氮能顯著提高植株LAI、SPAD值、Pn、Gs、Tr，降低Ci，這與前人研究結果［13-15］基本一致。輪選145植株的LAI、SPAD值、Pn、Gs、Tr隨施氮量的增加而升高，在N4處理達到最大值，表現為N4處理＞N3處理＞N2處理＞N1處理＞N0處理；輪選49、中麥578、商麥167上述指標隨施氮量的增加呈先增后減的趨勢，輪選49、中麥578在N3處理達到最大值，商麥167在N2處達最大值；4個品種旗葉Ci值變化趨勢與Pn、Gs、Tr相反。

小麥品質除受自身遺傳因素的影響，氮肥亦起著重要作用。多數研究認為，施氮能顯著提高籽粒蛋白含量、濕面筋含量和沉降值，延長面團的形成時間和穩定時間［17-18］，但是施氮量對不同筋型小麥的品質性狀調控效應的研究結果不盡相同。曹承富等研究發現，施氮量對不同筋型小麥的品質性狀調控效應無明顯規律［19］。朱新開等的研究表明，氮肥對不同品質類型小麥的調節幅度不同，強筋小麥品質指標受氮肥調節幅度較大，弱筋小麥則較?。?0］。本研究結果表明，適當增施氮肥能提高強筋、中強筋、中筋小麥的蛋白含量、濕面筋含量、吸水率和面團穩定時間，強筋、中強筋小麥品質達到最優的適宜施氮量是270 kg/hm2；從不同筋型小麥品質性狀對氮肥的響應來看，強筋、中強筋小麥蛋白含量、濕面筋含量和面團穩定時間受氮肥調控效應大，中筋小麥較小，氮肥對不同筋型小麥的吸水率調控效應無明顯規律。

氮肥對小麥產量和產量3因素均有顯著的調控效應，不同筋型小麥對氮肥的響應不同［21-22］，曹承富等研究發現，強筋、中筋小麥達到最高產量的施氮量分別為224.6、207.5 kg/hm2［19］。朱新開等研究發現，施氮量為180 kg/hm2時，弱筋小麥產量最大，施氮量為180～240 kg/hm2時，強筋和中筋小麥產量最佳［20］。本試驗結果表明，中麥578（強筋）、輪選49（中強筋）的最佳施氮量為270 kg/hm2，2個中筋小麥品種的適宜施氮量不同，其中輪選145施氮量在360 kg/hm2時產量達最大值，商麥167在180 kg/hm2時產量達最大值，這可能與品種自身氮素利用效率有關，有待進一步研究。另外，本研究中因未施氮（N0）處理會導致品種早衰，提早成熟，造成麥粒脫落，此外收割時也容易造成小麥脫穗掉粒，實際產量偏低，與理論產量差值偏大。籽粒產量受有效穗數、穗粒數、千粒質量3個因素影響［23-24］。本研究結果表明，隨施氮量增加，輪選49（中強筋）和中麥578（強筋）穗粒數、穗數增加趨勢，千粒質量呈下降趨勢；輪選145（中筋）和商麥167（中筋）穗粒數、穗數呈增加趨勢，千粒質量呈先升后降趨勢。說明輪選49和中麥578籽粒產量的提高主要依靠穗粒數和穗數，輪選145和商麥167籽粒產量的提高主要依靠穗數、穗粒數、千粒質量3因素協調作用。

適量增施氮肥能增加不同筋型小麥葉綠素含量，促進植株光合作用，延緩葉片光合作用時間，提高小麥品質和產量。綜合考慮光合特性、產量和品質，輪選49、中麥578高產優質的最佳施氮量為 270 kg/hm2，輪選145最佳施氮量為360 kg/hm2，商麥167最佳施氮量為180 kg/hm2。

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