小麦是我国主要的粮食作物之一，种植面积约占粮食作物总面积的22%，是我国主要商品粮和战略储备粮，小麦生产对促进我国农业生产发展和改善人们生活水平具有重要意义^[1-2]。冀东地区位于我国的东北部，处于温带半湿润大陆性季风气候区，受纬度和气候等因素的影响，传统种植制度以春玉米一年一熟和春花生―冬小麦―夏玉米两年三熟为主。通过本课题组多年研究，在燕山山前平原区实现了春小麦-夏谷/夏玉米等一年两熟栽培方式，极大地提高了土地利用效率。作物的产量与品质不仅受到自然环境与作物基因型的影响，还与栽培措施密切相关^[3-4]。施肥是农作物生产中较易人为控制的重要栽培措施^[5]，氮素是作物生长必不可少的，施氮水平直接影响作物的生理代谢，最终影响作物的产量和品质^[6⇓-8]。由于多数土壤中的氮素难以满足作物生长需求，因此施用氮肥是保障作物高产的常规措施^[9]。但张文静等^[10]研究表明，氮肥投入过量会使小麦无效分蘖增多，导致穗数下降，也会引起小麦灌浆期贪青晚熟甚至倒伏，致使产量减少。朱兆良等^[11]研究发现，我国小麦和水稻的氮肥平均利用率仅为28%~41%。王月福等^[12]研究表明，影响小麦品质的醇溶蛋白随着氮肥施用量增加而下降。以上研究说明过量施用氮肥不仅不能显著提高产量和品质，反而会造成氮肥浪费，使土壤中的硝态氮残留增多，增加污染环境的风险^[13-14]。旗叶是小麦体内氮贮存与同化的主要营养器官，对小麦产量和品质的贡献最大^[15]；茎鞘氮素吸收与利用对小麦粒重和品质的提高有促进作用^[16]。

本研究以冀东地区栽培面积较广的春小麦品种“津强11”为材料，研究减量施氮对叶片春小麦生长过程中各器官氮素吸收、利用和转运的影响，及对籽粒品质的影响，为冀东地区春小麦减量施氮、提高春小麦氮肥利用效率和品质、保护土壤与生态环境提供理论基础。

试验于2021年在河北科技师范学院农学与生物科技学院试验站（119.15° E，39.70° N）进行。试验站所属地区为温带大陆性季风气候，年均气温6~16 ℃，年均降水量962.3 mm，年日照时数3000~3200 h。土壤类型为壤土，种植前0~20 cm土壤含有机质20.38 g/kg、全氮2.14 g/kg、碱解氮72.24 mg/kg、速效磷19.78 mg/kg、速效钾127.14 mg/kg，pH为7.56。

供试春小麦品种为津强11，设置4个施氮水平，分别为0、80、160和240 kg/hm²，分别用N₀、N₈₀、N₁₆₀和N₂₄₀来表示，每个处理3次重复，完全随机排列。小区面积16 m²（4 m×4 m），行间距20 cm。磷肥为过磷酸钙（120 kg/hm²），钾肥为硫酸钾（120 kg/hm²），两者作为基肥。氮肥为尿素（含氮46%），在拔节期追施。春小麦播种日期为2021年3月7日，收获日期为2021年6月22日，基本苗数600万/hm²，其他管理措施同当地大田生产。

分别于春小麦的拔节期、孕穗期、抽穗期、开花期和成熟期随机取10株具有代表性的植株测量株高，其中拔节期株高用直尺测定小麦的地上部分基部到最上部展开叶叶尖的距离，其他生育时期株高是用直尺测量地上部分基部到顶部的长度。穗部性状：于春小麦成熟期随机取10株具有代表性的植株，用直尺测量穗长，随机连续抓取20个麦穗，调查穗粒数、小穗数、有效小穗数和无效小穗数，并计算小麦结实率。叶片黄化率：分别于花后7、14、21和28 d调查旗叶和旗叶黄化部分长和宽，计算叶片黄化率。

分别于春小麦的孕穗期、抽穗期、开花期、花后7 d、花后21 d和花后28 d在每个小区选择长势均匀的5个植株，用SPAD-502便携式叶绿素测定仪测定旗叶的SPAD值，分别测定叶尖部、叶中部、叶基部，取平均值。

分别于拔节期、孕穗期、抽穗期、开花期和成熟期各取长势均匀的10株春小麦地上部，拔节期分为叶和鞘；孕穗期、抽穗期、开花期分为叶、鞘、秆、穗；成熟期分为叶、鞘、秆、籽粒4个部分。在称取各部分鲜重后，放入105 ℃烘箱中杀青30 min，80 ℃烘箱中烘至恒重称取各器官干重。将烘干样品粉碎后，用凯式定氮法测定各器官氮含量。

收获小麦籽粒后自然晾干，去除其中杂质和不完整的籽粒。使用IM9100型近红外（NIR）整粒谷物分析仪（Perten公司，瑞典）测定籽粒含水量、湿面筋含量、吸水率和蛋白质含量。

茎鞘（叶）氮素转运量=开花期茎鞘（叶）氮素积累量-成熟期茎鞘（叶）氮素积累量；

茎鞘（叶）氮素转运率（%）=茎鞘（叶）氮素转运量/开花期茎鞘（叶）氮素积累量×100；

花前氮素对籽粒氮贡献率（%）=花前氮素转运量/成熟期籽粒氮素积累量×100；

花后氮素对籽粒氮贡献率（%）=花后氮素积累量/成熟期籽粒氮素积累量×100；

氮肥利用效率（%）=（施氮区植株氮积累量-不施氮区植株氮积累量）/施氮量×100；

氮收获指数（%）=籽粒中氮素积累量/成熟期植株氮素积累量×100；

氮肥农学利用效率（%）=（施氮区产量-不施氮区产量）/施氮量；

氮肥生理利用率（%）=（施氮区籽粒干重-不施氮区籽粒干重）/（施氮区植株氮素积累量-不施氮区植株氮素积累量）；

氮肥偏生产力=籽粒产量/施氮量；

叶片黄化率（%）=总黄化叶面积/总叶面积× 100；

结实率（%）=穗粒数/（小穗数×2）×100。

采用Excel整理数据及制表绘图，采用SPSS 26分析数据差异性。

株高可以反映小麦生长过程中的营养状况，由图1可知，随着小麦生育进程的推进，各施氮处理下的株高不断上升，从孕穗期到成熟期株高随着施氮量的增加呈上升趋势，均在N₂₄₀时达到最大值。拔节期株高在不同处理间无显著差异；孕穗期的株高分别较拔节期增加了116.70%、123.94%、119.54%和130.06%，其中N₂₄₀处理株高显著高于其他处理；抽穗期N₂₄₀与N₁₆₀处理间株高差异不显著，但N₂₄₀显著高于N₈₀和N₀，且N₁₆₀、N₈₀和N₀间株高差异不显著；开花期N₂₄₀和N₁₆₀的株高显著高于N₈₀和N₀，且N₂₄₀与N₁₆₀间和N₈₀与N₀间差异不显著；成熟期N₂₄₀株高显著高于N₀，其他处理间差异不显著。说明施氮量高时养分供应更充分，更有利于提高株高。

由表1可知，施氮量对小麦穗粒数、有效小穗数和无效小穗数均有显著性影响，对穗长和小穗数无显著影响。穗粒数在施氮处理下均高于不施氮处理，在N₈₀处理时达到最大值（51.75粒），与N₂₄₀处理差异不显著，N₈₀和N₂₄₀处理显著高于N₀和N₁₆₀处理。有效小穗数在N₂₄₀处理最大，为15.11，与N₈₀处理差异不显著，显著高于N₀和N₁₆₀处理。无效小穗数在N₂₄₀处理最小，为1.54，显著低于其他处理。结实率在N₈₀处理最大，为156.37%，显著高于其他处理；N₀与N₁₆₀处理差异不显著。

如图2所示，不同施氮量下叶片黄化率均随花后天数的增加呈现增大趋势，均在花后28 d达到最大值，同一时期的黄化率随施氮量的增加呈降低趋势。花后7 d的叶片黄化率随施氮量的增加呈先增后减的趋势，在N₂₄₀处理达到最小值（17%），花后14 d的叶片黄化率随着施氮量的增加呈逐渐降低的趋势，在N₂₄₀处理达到最小值（20%）。花后21~28 d期间黄化率增涨幅度较大，在同一生育时期，随着施氮量的增加均呈逐渐降低的趋势，且均以N₂₄₀处理最小，分别为32%和55%，其中花后21 d的N₁₆₀和N₂₄₀处理显著低于N₀和N₈₀处理，花后28 d的叶片黄化率持续增大，表现为N₀>N₈₀>N₁₆₀>N₂₄₀，其中N₂₄₀处理显著低于其他处理。说明随着花后天数的增加，黄化叶面积也逐渐增加，即黄化率随着花后天数的增加而增加。施氮量不同对花后叶黄化面积也有影响，不施氮条件下的叶片黄化率最高，施氮量最高的处理黄化率最低，说明施氮量会影响春小麦花后叶片黄化率，施用氮肥在一定程度上可以降低花后叶片黄化率。

如图3所示，不同施氮处理下春小麦各生育时期的旗叶SPAD值，随着生育进程呈不断下降的趋势，均在花后7 d达到最大值。在同一生育时期，除花后28 d以外，不同处理间SPAD值差异不显著，随着施氮量的增加SPAD值均呈先增后减的趋势，分别在花后7 d N₈₀处理、花后14 d N₁₆₀处理、花后21 d N₁₆₀处理达到最大值，分别是57.18、56.32和52.19。在各生育时期中，施用氮肥处理的叶绿素含量均高于不施用氮肥处理，说明施用氮肥后，能够提高叶绿素的合成，并有利于光合作用。在花后28 d，随着施氮量的增大，SPAD呈不断增大的趋势，在N₂₄₀处理达到最大值（31.88），与N₁₆₀处理无显著差异，但二者显著高于其他处理，说明施用氮肥能够延缓植株衰老，适量减氮不会导致叶绿素含量降低。

由表2可知，在春小麦拔节之后，孕穗期到开花期的氮素积累量呈上升趋势。从相同部位不同时期的各处理可以得出，在各处理下，鞘中氮素积累量均在拔节期最高，其中在N₀、N₈₀、N₁₆₀处理下拔节期的氮素积累量显著高于其他生育时期。除拔节期以外，在N₀、N₁₆₀、N₂₄₀处理下的氮素积累均在开花期时最高，分别为17.31、21.68、25.41 kg/hm²，N₈₀处理则在孕穗期时达到最大值19.34 kg/hm²。N₀处理叶氮素积累量随生育进程推进总体呈逐渐下降的趋势，在拔节期达到最大值；其他施氮处理均呈先升高后降低的趋势，在孕穗期时达到最大值，且显著高于其他时期氮素积累量。秆中各施氮处理下均呈先升高后降低的趋势，且在N₈₀和N₂₄₀处理时显著高于其他时期；穗氮素积累量均呈逐渐上升的趋势，N₈₀和N₁₆₀处理均显著高于其他生育时期，两者均在开花期时达到最大值。说明减量施氮有利于提高生育后期氮素积累量。

从相同生育时期不同部位的各施氮处理来看，除成熟期外，各生育时期叶中的氮素积累量最高。在拔节期时，鞘的氮素积累量呈先增后减的趋势，在N₈₀处理达到最大值（26.74 kg/hm²）；叶氮素积累量呈逐渐减小趋势，在N₀时最大，为53.43 kg/hm²，且显著高于其他施氮处理。孕穗期各器官中，叶中氮素积累量最多，在N₂₄₀处理达到最大值（65.95 kg/hm²），N₈₀处理次之，两者差异不显著。鞘和秆的氮素积累量呈不断增加的趋势，均在N₂₄₀处理达到最大值，分别为21.47和20.57 kg/hm²。穗中N₁₆₀处理到达最大值（9.64 kg/hm²），且显著高于其他施氮处理。抽穗期各器官的氮素积累量均呈逐渐增加的趋势，在N₂₄₀处理达到最大值，N₁₆₀次之。开花期鞘和叶的氮素积累量呈不断增加的趋势，在N₂₄₀处理时达到最大值，且鞘在N₂₄₀时显著高于其他施氮处理；秆和穗中均随着施氮量的增加呈先增后减的趋势，均在N₈₀处理时最大，分别为38.16 kg/hm²和32.33 kg/hm²，且与其他处理差异不显著。成熟期时鞘、叶、秆中的氮素积累量较其他时期降低幅度很大，开花期的穗到成熟期的籽粒则大幅增加。鞘、秆和籽粒均在N₈₀时达到最大值，分别为5.04、10.35和143.73 kg/hm²。在小麦生育后期，减氮处理提高了秆和穗中氮素积累量，对成熟期籽粒的形成起促进作用，且成熟期籽粒也在减氮至N₈₀处理时达到最大值，同样说明减氮处理更有利于提高小麦后期的氮素积累量。

由表3可知，各处理花前下氮素转运量表现为叶>秆>鞘，其中，叶中花前氮素转运量最高，且各施氮处理下花前氮素转运量均显著高于不施氮处理。鞘中花前氮素转运量随着施氮量的增加不断增加，在N₂₄₀处理达到最大值（51.49 kg/hm²），除N₈₀外，其余施氮处理均显著高于不施氮处理。秆中花前氮素转运量随施氮量的增加逐渐降低，在N₈₀处理达到最大值（27.48 kg/hm²），且各施氮处理与不施氮处理差异不显著。各处理下花前氮素转运率表现为叶>鞘>秆，叶中花前氮素转运率随施氮量的增加不断增加，在N₂₄₀处理达到最大值（87.96%），且显著高于不施氮处理。鞘和秆中的花前氮素转运率在施氮处理下随施氮量的增加为先增加后降低，均在N₁₆₀处理达到最大值，分别为82.59%和73.61%，且与N₀差异不显著。花前氮素对籽粒贡献率在施氮后随着施氮量的增加逐渐增加，在N₂₄₀处理达到最大值（81.77%），且显著高于其他处理。施氮水平下，花后氮素对籽粒的贡献率随着施氮量的增加逐渐减少，在N₈₀处理达到最大值（29.63%），且减氮处理均显著高于不施氮处理。花前氮素对籽粒贡献率占比较花后的大，说明花前的氮素积累尤为重要，花后氮素对籽粒贡献率在减氮至N₈₀处理达到最大值，说明减氮处理可以提高氮素对花后籽粒的贡献率。

由表4可知，籽粒的各项氮肥利用效率指标均随着施氮量的增加而逐渐降低，即N₈₀处理小麦各氮肥利用率的数值最高，常规施氮N₂₄₀时最低，且除氮肥生理利用率和氮收获指数外，N₈₀其他3个指标显著高于N₁₆₀和N₂₄₀，分别为40.33%、10.73 kg/kg和85.03 kg/kg；各处理的氮收获指数差异不显著，说明减氮处理可以显著提高春小麦籽粒对氮素的吸收与利用。

由表5可知，籽粒的含水量、蛋白质含量和湿面筋含量在各处理间差异不显著。其中，籽粒含水量和湿面筋含量在施氮处理下随着施氮量的增加呈逐渐减小的趋势，且均在N₈₀处理达到最大值，分别为11.54%和27.93%。籽粒吸水率在N₂₄₀处理达到最大值，且显著高于N₀处理；蛋白质含量则在N₁₆₀处理达到最大值15.81%。说明除N₂₄₀处理，减氮至N₈₀和N₁₆₀有利于籽粒含水量、湿面筋含量的提高和蛋白质含量积累，可以提高小麦的后期加工品质。

氮素吸收利用能够促进植物叶片叶绿素的合成^[17]。赵长星等^[18]研究表明，花后“济麦20”的SPAD值随着施氮量的增加而增大；在灌浆中期时，籽粒生长和小麦叶片衰老同时进行，若叶片衰老过快，光合作用降低，光合产物减少，势必会造成小麦产量的降低。李廷亮等^[6]研究表明，施氮量在0~180 kg/hm²，小麦旗叶在灌浆期的叶绿素含量呈显著增加的趋势。本研究表明，随着花后天数的增加，叶片SPAD值不断下降，花后7~21 d时期不同处理间的SPAD值差异不显著，花后28 d N₂₄₀处理的SPAD值最高，但花后28 d N₁₆₀处理SPAD值与N₂₄₀差异不显著，表明减氮至N₁₆₀处理时对旗叶的光合作用没有显著影响，这与王亚飞^[19]研究发现一定范围内增加氮肥施用量，叶片SPAD值会提高，超过一定范围后SPAD值会下降的结论相似。另外，随着施氮量的增加，黄化率逐渐上升，花后28 d叶片黄化率较21 d增幅较大，施氮水平下黄化率均低于不施氮处理，其中N₈₀和N₁₆₀处理黄化率显著高于N₂₄₀处理。本课题组前期研究^[20]表明，随着施氮量的增加，产量总体呈先升高后降低的趋势，N₈₀和N₁₆₀处理的产量显著高于N₂₄₀，且N₈₀处理显著高于N₂₄₀处理，这说明生育后期减氮处理的黄化率提高，营养成分快速向籽粒转运，对成熟期籽粒形成有促进作用，利于提高产量。陈天鑫等^[21]研究表明，当氮肥增施至270 kg/hm²时，土壤中氮含量过高，影响了植株对其他元素的吸收，从而影响植株生长。以上说明，过量施氮不仅不会提高作物对氮素的吸收利用，反而会影响对其他元素的吸收利用，从而导致产量降低。

小麦地上部各器官的氮素积累量及转运量可以反映氮素吸收情况及植株生长状况；吴培金等^[22]研究发现，适量施用氮肥可以提高开花期植株及成熟期植株与籽粒的氮素积累量，过量施氮对小麦成熟期植株与籽粒氮素积累量的作用不明显。这与本研究基本一致，本研究中，开花期的氮素积累量在整个生育时期中最高，这可能是因为开花期是小麦植株新陈代谢最旺盛的阶段，需要大量的能量和营养物质，所以开花期的氮素积累量也就最多。过量增施氮肥会导致开花后营养器官氮素向籽粒中的转移率降低，过多的氮素滞留在营养器官中，容易导致籽粒产量下降^[23]。在小麦生育后期，鞘、秆、籽粒均在N₈₀处理时氮素积累量最多，说明减氮处理有利于小麦后期的氮素积累量。与不施氮相比，适量施氮可以促进小麦花前营养器官的积累与转运，这与前人^[24-25]研究中适量施用氮肥可以提高小麦的籽粒产量，过量施用氮肥会减少产量相一致。吴培金等^[22]研究发现，小麦花后营养器官氮素向籽粒的贡献率随施氮量的增加而下降。本研究发现，虽然花后成熟期的籽粒积累量最多，但花后氮素对籽粒的贡献率少于花前氮素对籽粒的贡献率，这可能是因为花前营养器官积累与转运更好地向籽粒转移，对于籽粒生长发育的贡献更大。赵满兴等^[26]研究表明，过量施用氮肥降低了籽粒氮素积累与转运，所以在生产中要合理施用氮肥，避免过量施用氮肥造成大量氮素在茎秆中的残留。本研究中的花后氮素对籽粒的贡献率随着施氮量的增加而降低，即随着减氮比例的增大，花后氮素对籽粒的贡献率也逐渐增大；N₂₄₀处理花后氮素对籽粒的贡献率远低于N₈₀和N₁₆₀处理，这与吴培金等^[22]和赵满兴等^[26]研究一致。

随施氮量的增加，小麦籽粒产量呈先升后降趋势^[27]。本课题组前期研究^[20]发现，随着施氮量的增加，产量总体呈先升后降的趋势，这与赵俊晔等^[28]研究发现施氮105~195 kg/hm²可以显著提高籽粒产量，继续增施氮至285 kg/hm²时产量降低相一致，说明过多施用氮肥不但不会增加产量，反而会使产量下降。氮肥利用率可以用来度量氮肥施用的合理性及效果，但过量施用氮肥会导致作物的氮肥利用率下降，也可能会造成对其他养分的吸收^[15]。刘立军等^[29]研究表明，氮肥利用效率及氮肥偏生产力均随着施氮量的增加而降低。本研究发现，随着施氮量的增加，小麦籽粒的氮肥利用效率、氮肥农学利用效率、氮肥生理利用率、氮肥偏生产力和氮收获指数均降低，即均在常规施氮N₂₄₀处理时最小，在减氮处理N₈₀时最大，且除氮收获指数外均显著高于N₂₄₀处理，这与前人^[30]报道的随施氮量增加，冬小麦氮肥利用率递减的结论一致。说明过多施用氮肥会使氮肥利用效率降低，而减氮处理可以有效提高小麦籽粒的氮肥利用效率，这与刘立军等^[29]和易琼等^[15]等研究结果一致。

在加工品质方面，前人^[31-32]研究表明，小麦植株氮素的积累和转运也影响籽粒的蛋白质含量。另外，叶中氮素积累量变化最大，这说明叶是强筋小麦籽粒蛋白质的重要来源^[33]，这与本试验叶中氮素积累量相一致。前人^[34-35]研究表明，随着氮肥用量的提高，小麦的湿面筋含量、面粉沉降值和面团稳定时间均增加，且在一定范围内增加施氮量可以增加面包体积，提高面包评分和吸水率，但是不施氮和施氮量过高均不利于提高面包的品质。本研究中，减氮至N₈₀和N₁₆₀处理时，籽粒含水量、蛋白质含量、吸水率、湿面筋含量总体高于N₂₄₀，另外，适量施氮也会对籽粒蛋白质含量有积极影响。施用氮肥各处理的蛋白质含量、吸水率均高于不施氮处理。说明减量施用氮肥可以提高小麦的蛋白质含量及吸水率，有利于提高小麦的加工品质。

N₈₀、N₁₆₀较N₂₄₀处理可以显著提高小麦的花后黄化率，加速营养成分向籽粒转移，有利于提高花后氮素转运对籽粒的贡献率，最终促进籽粒的形成并提高产量；花后28 d在N₂₄₀处理时的SPAD值最高，但花后28 d N₁₆₀处理时的SPAD值与N₂₄₀差异不显著，说明减氮至N₁₆₀处理对旗叶的光合作用没有显著影响；减量施氮处理N₈₀、N₁₆₀较N₂₄₀能够提高小麦籽粒的氮肥利用效率、氮肥农学利用效率、氮肥生理利用率和氮肥偏生产力，还可以提高小麦籽粒的蛋白质和湿面筋含量。所以建议冀东地区春小麦种植的最佳施氮量为80~160 kg/hm²。