新研究有助于指导未来冬小麦氮素管理的产量、蛋白质和面包品质

土壤和养分管理专家Bijesh Maharjan驾驶一架装有传感器的无人机(UAV,或无人机)在小麦试验田上空飞行。
图1所示。土壤和养分管理专家Bijesh Maharjan驾驶一架装有传感器的无人机(UAV,或无人机)在小麦试验田上空飞行。

新研究有助于指导未来冬小麦氮素管理的产量、蛋白质和面包品质

蛋白质的情况下

对内布拉斯加州旱地冬小麦生产者来说,2019年又是充满挑战的一年。在许多情况下,今年夏天收获的谷物蛋白质含量低于10%,只有在生产者施用足够的氮(N)以实现高产和蛋白质的情况下例外。

低蛋白质含量的报告来自生产者和合作社。内布拉斯加州大学林肯分校(University of Nebraska-Lincoln)的小麦品种试验记录到,在大多数情况下,蛋白质水平约为12%,在斯科特布拉夫县(Scotts Bluff County)的试验中,有几条品种的蛋白质水平低于10%。

由于蛋白质水平低于10%-11%,小麦生产商的收入会受到影响,具体取决于价格。尽管2016年内布拉斯加州的小麦产量很高,但低蛋白质水平估计造成了230万至960万美元的收入损失。类似的低蛋白问题在2017年依然存在。

鉴于这些损失,一项为期两年的研究于2018年秋季启动,以评估土壤氮水平如何影响内布拉斯加州小麦的蛋白质。这项工作是在UNL农业研究司和内布拉斯加州小麦局的支助下进行的。这项研究还打算修订UNL对小麦的生育力建议。

UNL的研究小组希望评估氮肥用量和施用时机对粮食质量、产量和田间产量的影响。试验正在全州各地的不同降雨量和土壤类型的研究地点进行。这项研究还测试了作物传感器在监测作物状况和是否在生长季节需要输入方面的有效性。

土壤速效氮是决定小麦蛋白质水平的关键因素。由于粮食市场价格低迷,生产者面临降低投入成本的压力,主要是氮肥的投入成本。然而,在产量高和/或土壤残氮低的情况下,减少或消除对冬小麦施氮通常会导致蛋白质水平低。

氮素与土壤有效水分的相互作用对冬小麦的有利生产具有重要意义。高水平的土壤水分和良好的生长条件提高了分蘖和小麦产量。随着小麦产量的增加,需要更多的氮来维持足够的蛋白质水平。

为了提高小麦蛋白质水平,必须在土壤中合理管理氮,使其在籽粒发育过程中有利于植物吸收。

建立冬小麦氮素新推荐的数据基础

准确预测小麦所需氮量需要大量的数据集。最后一个用于内布拉斯加州旱地冬小麦生产的预测N算法是在20世纪70年代编写的。考虑到旱地小麦性状和管理的进展以及气候条件的变化,有必要重新评估旱地小麦氮素推荐。

为实现这一目标,2018年在4个地点启动了旱地冬小麦生育试验:

  • 悉尼附近的高原农业实验室
  • 靠近格兰特的亨利·j·斯顿夫国际小麦中心,
  • 米德的东内布拉斯加研究和推广中心
  • 斯科茨布拉夫的潘汉德尔研究和推广中心。

本研究旨在了解施氮量和施氮时机对籽粒产量和品质的影响。

第一年的结果和天气问题

2019年,这四个地点的数据受到天气、疾病和其他因素的影响。不幸的是,斯科茨布拉夫的审判因冰雹损坏而失败了。令人惊讶的是,在米德,增加施氮量并没有导致粮食产量的增加。这可能是由于在现场的镰刀菌头疫病(FHB),以及其他因素。众所周知,小麦枯萎病的严重程度在施氮量高的小麦和在潮湿的条件下,如在米德常见的小麦。

在格兰特和西德尼,数据表明,通过优化施氮量和施用时机,粮食产量可能会提高。在格兰特,从5月到7月的降水量高于平均水平,这是作物分蘖、孕穗期、抽穗和开花的时间,增加了作物的日常用水量。这使得所有施氮处理的产量都相当高。春季施氮和分施(秋季施氮1 / 3,春季施氮2 / 3)比秋季施氮增产。籽粒产量随施氮量的增加呈线性增加趋势。西德尼的情况也是如此;然而,在那里,粮食产量并没有因施药时机的不同而不同。

在格兰特和西德尼,谷物蛋白质分析的数据表明,蛋白质含量可能因施氮量而改变,而不是施用时间。在无氮或低氮时,蛋白质水平约为10%,在75磅N英亩时,蛋白质水平为11.5%。这一发现并不是决定性的,因为这是该研究的第一年,该研究将在多个地点继续进行一年或更长时间,取决于资金的可用性。

利用新技术

这项研究的数据还表明,作物传感器可以有效地让生产者知道在生长季节是否需要额外的投入,特别是在改善粮食质量的季节应用。

从手持和无人机(drone)传感器获得的植被指数数据也正在进行分析。初步分析表明,不同氮速率间归一化差红边(NDRE)值存在显著差异。基于这些结果,该团队将开发作物传感器辅助的季节施氮算法,并与生产者分享,以提高粮食产量和质量。

从无人机捕获的图像,经过处理后,描述了绘图的归一化差红边(NDRE)值。Maharjan的团队计划使用传感器图像与生产者分享算法,他们可以在生长季节使用这些算法来调整氮含量,以提高粮食产量和质量。
图2。由无人机拍摄的图像(图1),然后描述该图的归一化差红边(NDRE)值。Maharjan的团队计划使用传感器图像与生产者分享算法,他们可以在生长季节使用这些算法来调整氮含量,以提高粮食产量和质量。

好的面包

在今年的研究中,来自所有四个地点的谷物样本将在大学的食品加工中心实验室进行分析,以确定纯级面粉和全麦面粉的其他最终使用质量参数,包括:

  • 粒径分布(只适用于全麦面粉)
  • 天冬酰胺,
  • 烘焙质量(mixograph)。

A本季结尾的回顾

在所有地点,将对收获后的土壤样品进行残留矿质氮分析,这将对本试验观察到的产量有所帮助。在秋季和随后的春季降水充足的年份里,土壤氮很可能会向土壤剖面深处移动,离开根区。这表明拆分N个应用程序是有好处的。

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