氮、硫肥配施对稻茬麦氮素利用及籽粒产量和品质的影响

申丹丹，牛轶男，朱 敏，李春燕，朱新开，丁锦峰，郭文善

(扬州大学江苏省作物栽培生理重点实验室/粮食作物现代产业技术协调创新中心/扬州大学小麦研究中心，江苏扬州 2250009)

氮素是小麦生长发育和蛋白质合成所必需的营养物质，也是影响小麦产量和品质的限制性因子。适量施氮可促进小麦花后光合物质的积累，进而提高产量。吴培金等认为，小麦籽粒蛋白质及其组分含量均随施氮量增加而增加。谢迎新等发现，过高的施氮量会显著降低小麦氮肥偏生产力和氮利用效率。适宜的施氮量对提高小麦产量和改善籽粒品质具有重要作用。

硫素是植物生长必需的矿质营养元素之一。缺硫会影响小麦籽粒蛋白质含量及麦谷蛋白和醇溶蛋白在总蛋白中的比例，影响面粉的品质。施用硫肥对作物的产量、蛋白质和淀粉积累有较大的影响。Tao等认为，施用硫肥可显著提高小麦籽粒总蛋白和淀粉含量，并增加谷蛋白和醇溶蛋白含量以及谷蛋白与醇溶蛋白的比值。杨安中等研究表明，基施硫肥不仅能增加小麦产量，还能提高小麦籽粒蛋白质和面筋含量，改善其品质。

氮素和硫素在植物体内进行相似的同化途径，二者具有明显的相互作用，硫素缺乏时会减少氮同化。硫供应受限时，小麦不能充分发挥其产量潜力。氮和硫同时施用时，小麦氮素利用效率和产量都有所提高。随着氮肥施用量的增加，作物氮肥利用率降低，作物产量和品质都会发生变化，而且氮、硫肥的不合理施用会造成籽粒品质变劣。稻茬小麦主要分布于我国长江中下游地区，在江苏、安徽、湖北等省份种植面积大、占比高。减氮条件下，硫肥施用能否提升稻茬小麦氮素利用效率、增加籽粒产量、改善籽粒品质有待明确。本试验在水稻秸秆全量还田条件下，研究氮肥和硫肥施用量对小麦氮素吸收与利用、籽粒产量和品质的影响，以期提出氮、硫肥施用技术，为稻茬小麦优质丰产高效生产提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地点和供试品种

试验于2019-2020年在江苏省海安农场进行。试验田前茬为水稻，土壤为砂壤土。小麦播种前0～20 cm土层含全氮1.39 mg·g、速效磷41.76 mg·kg、速效钾149.52 mg·kg、有机质24.47 g·kg、有效硫25.58 mg·kg，土壤pH值为7.12。供试小麦为中筋品种扬麦23，由江苏省里下河地区农业科学研究所提供。

1.2 试验设计

试验采用氮硫肥两因素随机区组设计，其中施氮量设置0、195和270 kg·hm3个水平(分别用N0、N195和N270代表)，施硫量设0、30和60 kg·hm3个水平(分别用S0、S30和S60代表)，共9个处理。各处理均施磷(PO)120 kg·hm和钾(KO)120 kg·hm。用尿素(含N46%)作氮肥，用重过磷酸钙(含PO44%)作磷肥，用硫酸钾(含硫18%、钾52%)作硫肥和钾肥，用氯化钾(含KO 60%)平衡钾肥用量。氮肥基施和拔节期追施各50%，其他肥料均基施。所有肥料通过人工撒施，基肥于播前施用，拔节肥于倒三叶期施用。试验于2019年11月3日采用小区播种机条播，行距23 cm。三叶期间通过人工间苗实现基本苗225×10株·hm，2020年6月10日收获。小区面积15 m，3次重复。其他管理措施同当地高产田。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 植株氮素积累量的测定

将成熟期的样品粉碎，采用HSO-HO消解-靛酚蓝比色法测定含氮率，计算植株氮素积累量。按下式计算氮素利用效率。

氮素利用效率=(施氮处理产量-不施氮处理产量)/(施氮处理氮素积累量-不施氮处理氮素积累量)×100%

氮肥表观利用率=(施氮处理氮素积累量-不施氮处理氮素积累量)/施氮量×100%

氮肥农学效率=(施氮处理产量-不施氮处理产量)/施氮量×100%

1.3.2 产量及其构成调查

于乳熟期连续取50个麦穗，调查穗粒数。于成熟期划定各小区3个1 m区域，调查穗数。人工收割脱粒，自然晒干后称重，随机取1 000粒测千粒重，重复3次。测定籽粒含水率，折算为13%含水率的每公顷籽粒产量和千粒重。

1.3.3 小麦籽粒品质测定

采用JYDB100X40硬度仪测定籽粒的硬度，采用上海东方衡器有限公司生产的HGT-1000型容重仪测定籽粒容重。

按照GB/T 14614-1993方法，使用Brabender粉质仪测定粉质参数。

采用HSO-HO靛酚蓝比色法测定籽粒含氮量，含氮量乘以5.7即为籽粒蛋白质含量。采用连续提取法依次提取清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白，并进行蛋白质组分含量测定。

参照双波长法测定淀粉、直链淀粉和支链淀粉含量。

1.4 数据分析

采用Excel 2010建立数据库，用DPS7.0软件进行统计分析，LSD法进行显著性分析。

2 结果与分析

2.1 氮硫配施对小麦产量及其构成的影响

由表1可知，随施氮量或施硫量的增加，小麦平均籽粒产量均呈增加趋势。氮硫肥对籽粒产量存在显著的互作效应。在N0和N195水平下，籽粒产量随施硫量增加呈升高趋势；而在N270水平下，籽粒产量随施硫量增加呈先升后降趋势，以S30的产量最高。这说明，在减氮条件下适量施硫可提高小麦籽粒产量。总体而言，本试验条件下N195S60处理下产量最高。

表1 氮、硫肥施用量对小麦籽粒产量及其构成的影响Table 1 Effect of nitrogen and sulfur application rates on grain yield and yield components of wheat

除施硫对千粒重影响不显著外，氮硫肥对穗数、穗粒数、千粒重均有显著影响，同时施氮量和施硫量间互作对产量构成影响显著。从氮肥效应看，穗数和穗粒数均表现为N270>N195>N0，施氮水平间差异均显著；千粒重表现为N270显著低于N195和N0。穗数和穗粒数均随施硫量增加而增加。在所有处理中，N195S60处理的穗粒数显著高于其他处理，穗数也最大，说明该处理的产量高主要是由于穗数和穗粒数较高。

2.2 氮硫配施对小麦氮素吸收与利用的影响

施氮量和施硫量均显著影响稻茬小麦氮肥农学效率、表观利用率、氮素利用效率和总氮素积累量，同时施硫量和施氮量间互作对各指标影响显著(表2)。在N195下氮素农学效率和氮肥表观利用率均显著高于N270，而氮素利用效率和总氮素积累量均显著低于N270。氮肥利用效率、总氮素积累量、氮肥农学效率和氮肥表观利用率随施硫量增加而显著增加。在N0水平下，随施硫量增加，总氮素积累量显著增加；在N195水平下，增施硫肥可显著提高氮肥农学效率和氮素利用效率；在N270水平下，随施硫量增加，氮肥农学效率、氮素利用效率和氮肥表观利用率均呈先升后降趋势。这表明，较高施氮量条件下，过多施硫会对稻茬小麦氮素的吸收与利用造成负面影响。

表2 氮、硫肥施用量对小麦氮素吸收与利用的影响Table 2 Effect of nitrogen and sulfur application rates on nitrogen absorption and utilization of wheat

2.3 氮硫配施对小麦籽粒品质的影响

2.3.1 籽粒硬度、容重和面粉粉质特性

除施硫量对容重影响不显著外，施氮量、施硫量及其互作均对小麦籽粒硬度、容重和粉质各参数有显著的影响(表3)。随施氮量的增加，籽粒硬度、面团形成时间和稳定时间均呈上升趋势，且不同施氮水平间差异均显著；N270和N195间籽粒容重和粉质指数差异不显著，但这两个施氮水平的此二指标均显著高于N0。面团形成时间和面团稳定时间均随施硫量增加而显著增加，施硫水平间容重无显著差异。在N0水平下，籽粒硬度、容重和粉质指数在不同施硫处理间差异不显著；在N195水平下，随着施硫量的增加，小麦面团形成时间、稳定时间和粉质指数均显著增加；在N270水平下，随施硫量的增加，小麦面团形成时间和稳定时间呈先增后降趋势。这表明适宜的氮、硫肥施用量组合可以改善小麦面粉品质。总体而言，N195S60处理最有助于小麦品质的改善。

表3 氮、硫肥施用量对小麦籽粒硬度、容重和粉质特性的影响Table 3 Effect of nitrogen and sulfur application rates on hardness,test density and flour quality characteristics in wheat grain

2.3.2 籽粒淀粉及其组分含量

除施硫量对小麦籽粒总淀粉含量影响不显著外，施氮量、施硫量及其互作均显著影响籽粒淀粉组分含量和直/支比(表4)。不同施氮水平下支链淀粉含量表现为N195>N270>N0，施氮水平间差异显著；总淀粉含量在N195和N270间差异不显著，但二水平均显著高于N0；直链淀粉含量和直支链淀粉比均表现为N195显著低于其他施氮水平。小麦籽粒直链淀粉含量和直支链淀粉比随施硫量增加而显著下降，平均支链淀粉含量和总淀粉含量表现为S60和S30间差异不显著，但二水平均显著高于S0。在N0和N195水平下，随施硫量的增加，直链淀粉含量和直支链淀粉比均呈下降趋势，而支链淀粉含量均呈上升趋势；在N270水平下，施硫量对小麦淀粉组分含量和直支链淀粉比均无显著影响。总体而言，N195S60处理更有利于提高小麦籽粒支链淀粉含量，降低直支链淀粉比。

表4 氮、硫肥施用量对小麦籽粒淀粉及其组分含量的影响Table 4 Effect of nitrogen and sulfur application rates on starch content and its components in wheat grain

2.3.3 籽粒蛋白质及其组分含量

由表5可见，N195的籽粒平均醇溶蛋白和谷蛋白含量均显著高于N270和N0；平均清蛋白、总蛋白和球蛋白在N195与N270间差异不显著，但这两个施氮水平均显著高于N0。平均谷蛋白和总蛋白含量随施硫量的增加而显著增加，平均球蛋白和醇溶蛋白含量表现为S60显著高于S30和S0，但S30和S0间差异不显著。施氮量和施硫量互作对籽粒球蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白和总蛋白含量均有显著影响。在N0和N195水平下增施硫肥对清蛋白、球蛋白含量均无显著影响，而醇溶蛋白、谷蛋白和总蛋白含量随施硫量增加均呈上升趋势；在N270水平下，随施硫量的增加，醇溶蛋白、谷蛋白和总蛋白含量均随施硫量增加呈先升后降趋势。总体而言，N195S60处理可以获得较高的蛋白质及其组分含量。

表5 氮、硫肥施用量对小麦籽粒蛋白质及其组分含量的影响Table 5 Effect of nitrogen and sulfur application rates on protein content and its components in wheat grain

3 讨 论

氮肥是影响小麦产量和品质最为关键的因素之一。在一定范围之内，小麦籽粒产量随施氮量的增加而提高。齐冰玉等提出，施氮对小麦籽粒蛋白质品质和面团稳定时间均有提高效应, 尤其对提高稳定时间的效应最为显著。李文阳等认为，在0～240 kg·hm施氮肥范围内，增施氮肥可以提高小麦籽粒中直、支链淀粉积累量，过量施氮肥则不利于淀粉积累。本研究结果表明，随施氮量的增加，小麦穗数、穗粒数和产量均显著增加，面团形成时间和稳定时间延长，但施氮量较高时，籽粒支链淀粉含量降低，清蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白含量显著降低。谢迎新等研究表明，增施氮肥可增加植株氮素积累量，氮生理效率和农学效率则随施氮量增加呈先增后降趋势。本试验中，随施氮量的增加，总氮素积累量增加，而氮肥农学效率和氮肥表观利用率先增后降。这些结果均说明，增施氮肥可提高小麦产量，改善籽粒品质，促进小麦植株对氮素的吸收利用，但施氮量并不是越多越好，施氮量在一定范围内有利于品质的提高，超过该范围会使品质下降。

前人研究表明, 施硫可使产量构成因素同步提高，从而提高产量。施硫可以降低小麦淀粉的直支比，改善面团流变学特性；延长小麦面团形成和稳定时间；可显著促进籽粒谷蛋白的积累。本试验结果显示，随施硫量的增加，小麦产量显著提高，面团形成时间和稳定时间增加，直支链淀粉比显著降低，促进了支链淀粉、谷蛋白和总蛋白的积累。Salvagiotti等研究认为，施硫可以通过促进小麦吸氮来提高氮素利用效率。从本试验结果看，施硫可显著增加小麦总氮素积累量，提高氮肥农学效率、表观利用率和氮素利用效率，有利于氮效率的提高。

周杰等研究发现，在一定的氮、硫供应水平下氮素和硫素之间在小麦上存在互促效应，而过高的供氮条件下继续增加硫的供应，会抑制氮、硫的吸收和积累，降低叶片光合同化能力。王丽等研究认为，在一定供氮水平下适量施硫有利于氮肥农学效率的提高，而在较高供氮水平下过多施硫导致氮肥农学利用率降低。本试验中，在减氮(N195)条件下增施硫肥有利于增加小麦穗数和穗粒数，提高产量、氮肥农学效率和氮素利用效率。这说明硫肥的施用能促进小麦对氮素的吸收与利用，从而有利于产量的提高。本研究结果还表明，在较高施氮量条件下，小麦籽粒产量、氮肥农学效率、利用效率和表观利用率随施硫量增加呈先升后降趋势，硫肥施用较多不利于小麦对氮素的吸收利用。

对于硫肥和氮肥配合施用对小麦品质的改善作用，前人研究认为，在推荐氮施用量条件下，施硫处理可延长面团形成时间，降低面团稳定时间；硫肥对小麦淀粉组分的调节作用与氮肥水平有关，低氮和高氮与硫肥配合施用均有利于改善小麦籽粒的淀粉组分；氮硫配施显著影响了小麦籽粒的蛋白质组成。在本试验条件下，不同氮肥水平增施硫肥的结果不同，减氮水平下随施硫量增加可显著延长面团形成时间和稳定时间，降低直支比，同时醇溶蛋白、谷蛋白和总蛋白含量也显著增加；而高氮水平下适量施硫可改善小麦品质，过多施硫反而对小麦品质不利。

在减氮(N195)和高氮(N270)条件下，配合施用适量硫肥对小麦产量提高和品质改善有明显的效果，但高施氮量下增施过多硫肥会造成产量和品质下降。本试验条件下施氮195 kg·hm配合施硫60 kg·hm更有利于实现小麦高产优质。有关氮硫肥的施用时期与施用比例对小麦籽粒产量和品质形成的影响及机制有待于进一步研究。