小麥氮高效品種的篩選及評價

孟自力， 朱 偉， 朱 倩， 倪雪峰， 閆向泉， 王 祁

(1.商丘市農林科學院，河南商丘 476000； 2.河南農業(yè)大學農學院，河南鄭州 450000)

目前，我國已經(jīng)成為生產小麥的第一大國，我國耕地面積約占全球10%卻消耗著全球27%的氮肥，而小麥的氮肥利用率僅為35%左右。目前研究均認為，由于小麥品種不同，其植株對氮素營養(yǎng)的吸收能力也有很大的差異。因此，充分利用植物自身的營養(yǎng)遺傳特性，篩選氮效率高、耐低氮能力強的小麥品種是提高氮素利用效率，減少氮素過剩引發(fā)的環(huán)境問題，節(jié)約礦質營養(yǎng)資源的一條有效途徑。

植物體內的氮素水平直接或間接影響植物光合作用。植物氮素水平作為影響植物生長發(fā)育的限制因素，能通過調控植物的光合作用、呼吸作用及蒸騰作用等進而對植物的生理特性產生影響，氮素供應不足或過量會導致光合同化物減少，干物質積累降低進而影響小麥的產量。因此，通過光合作用可以有效評價不同小麥品種的氮利用效率。另外，在評價不同作物品種之間的氮吸收利用差異中，大田試驗多以產量、養(yǎng)分吸收量等作為評價指標。

本試驗以黃淮南片生產應用中14個半冬性小麥品種為材料，進行大田試驗，研究不同小麥干物質積累及光合作用，從而篩選出小麥氮素利用效率高、耐低氮的品種，確定評價氮高效小麥品種地上干物質量關鍵生育時期及光合指標，以此為提高小麥氮素利用效率提供依據(jù)，為積極響應國家的化肥農藥雙減戰(zhàn)略、打造生態(tài)宜居的自然環(huán)境提供技術保障。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本試驗選取的材料為14個黃淮南片主推半冬性小麥品種(表1)。

表1 供試小麥材料

1.2 試驗設計

試驗于2020—2021年在河南省商丘市梁園區(qū)雙八鎮(zhèn)商丘市農林科學院試驗基地進行，該地區(qū)屬于典型的溫帶季風性氣候，光照充足，年平均氣溫為14.5 ℃，年平均降水量為555 mm，前茬作物為玉米，0～20 cm土層有機質含量1.15%，全氮含量0.72 g/kg，有效磷含量45.5 mg/kg，速效鉀含量 93.34 mg/kg，水解氮含量105 mg/kg。采用田間試驗小麥品種和氮肥施用量14×2完全均衡方案。施氮量分別為 N0(不施氮)、N1(正常施氮，210 kg/hm)。共組成28個處理，試驗田間排列采用裂區(qū)隨機區(qū)組設計，施氮量為主區(qū)，小麥品種為副區(qū)，3次重復。各副區(qū)面積為1.5 m×9 m=13.5 m。各副區(qū)除按處理施氮肥外，磷肥(PO)、鉀肥(KO)施用量分別為120、75 kg/hm。供試氮肥為尿素，磷肥為過磷酸鈣，鉀肥為氯化鉀。肥料的施用方法：60%的氮肥和全部磷鉀肥播種前撒施，深翻入土，剩余40%的氮肥于拔節(jié)期開溝追施，施后灌水。其他管理如除草、病蟲害防治和灌水按DB 4114/T 078—2015《小麥高產高效栽培技術規(guī)程》進行。播種日期為2020年10月10日，基本苗150萬株/hm。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 分蘗數(shù)測定 在小麥苗期，標記代表小區(qū)總體長勢的1 m雙行小麥，分別在越冬期、返青期、拔節(jié)期記錄小麥1 m雙行的分蘗數(shù)。

1.3.2 干物質量測定 分別于三葉期、越冬期、拔節(jié)期、開花期、灌漿期采集具有代表性的植株樣品20 株，90 ℃鼓風殺青30 min，65 ℃下烘干至恒質量，稱取干物質量，計算地上部分生物學產量。

1.3.3 光合指標測定 光合參數(shù)采用LI-6400便攜式光合儀(LI-6400，LI-COR，Lincoln，NE，美國)進行測定，測定時間選在拔節(jié)期09：00—11：00進行。測定時將葉面溫度控制為25 ℃，相對濕度控制為50%左右，光照度控制為1 500 μmol/(m·s)，CO濃度控制為(400±5) μmol/mol，分別測定隨機從每個處理選取的植株的最上部完全展開的葉片，測定項目包括凈光合速率()、胞間二氧化碳濃度()、氣孔導度()和蒸騰速率()。

1.3.4 考種及成熟期測產 于成熟期1 m雙行的穗數(shù)，取20株小麥進行考種(株高、穗粒數(shù)、千粒質量)，計算理論產量；另從每個副區(qū)收獲4 m，脫粒，稱取實際產量。

2 結果與分析

2.1 施氮處理條件下小麥品種不同時期干物質積累差異

不同小麥品種三葉期和越冬期干物質量測定結果如圖1所示，可以看出，在三葉期施氮肥和不施氮肥處理對干物質量影響很小，說明不施氮肥處理對出苗后苗情影響不大，同時2種處理條件下，不同品種間差異也較小。越冬期干物質量累積進一步增加，不同施氮處理條件下各品種間干物質量差值出現(xiàn)明顯差異，其中V06、V12、V13品種的2種不同處理干物質量差異最大，V14、V07、V08品種次之，說明這幾個品種在越冬期表現(xiàn)出對氮肥敏感；三葉期、越冬期的苗期干物質積累量都比較少，分別低于340、600 kg/hm，受施氮量影響均較小。

由圖2可知，不同小麥品種在拔節(jié)期和灌漿期干物質累積均明顯增加，整個拔節(jié)期施氮、不施氮處理的干物質累積增長量分別在5 400、3 300 kg/hm以上，整個灌漿期干物質累積增長量分別在2 300、1 800 kg/hm以上，相比之下拔節(jié)期干物質累積更高，表明品種在拔節(jié)期、灌漿期的氮肥利用效率對地上部分產量形成極為關鍵，而且拔節(jié)期更為重要，灌漿期是小麥籽粒干物質形成的關鍵時期也是影響后期產量至關重要的環(huán)節(jié)。拔節(jié)期不同施氮量處理條件下，干物質量差異明顯的品種有V01、V03、V08、V02，說明這些品種的干物質形成在拔節(jié)期比較關鍵，拔節(jié)期也是氮肥敏感期，V04、V05、V12、V13品種干物質差值次之；灌漿期施氮條件下，干物質量差異明顯的品種有V01、V04、V05、V07、V13，說明這些品種干物質形成在灌漿期比較關鍵，灌漿期是氮肥敏感期，V09、V11、V12品種干物質差值次之。

不同小麥品種抽穗期干物質量及差值測定結果如圖3所示，可以看出，不同施氮處理條件下抽穗期的大多數(shù)品種干物質累積量相對差值是所有生育期最大的，其中V02、V06、V08、V09、V10、V12、V13、V14干物質累積量差值均高于不施氮處理的干物質累積量，差異極為明顯，這個時期是小麥“庫”形成的關鍵時期，對后期小麥產量的形成也很關鍵，但是這個時期地上部分干物質累積量相對于拔節(jié)期和灌漿期還是較少。

綜上所述，不同施氮條件下各小麥品種的干物質積累的主要時期存在差異：V12、V13在拔節(jié)期至灌漿期，V1、V4、V5在拔節(jié)期和灌漿期，V02、V03、V08在拔節(jié)期，V07、V09在灌漿期，干物質量差異明顯，對氮肥敏感，表明小麥品種在拔節(jié)期、灌漿期對干物質形成、氮肥利用高低及產量形成極為關鍵。

2.2 施氮與不施氮處理條件下不同品種光合特性的差異

由表2可知，施氮與不施氮處理對不同小麥灌漿期葉片、、和影響顯著。氮高效品種V01、V04、V05和V07在施氮和不施氮的條件下，灌漿期的凈光合速率在所有品種中均最高(極顯著高于其他處理)，較高的凈光合速率使花后干物質積累量增加，從而實現(xiàn)氮肥利用效率和產量穩(wěn)定；而氮低效品種V06、V14和V12 的凈光合速率在施氮和不施氮的條件下均最低(極顯著低于其他處理)，從而不能夠保證后期產量的形成。說明氮高效品種相對來說有著更大的減氮潛力，它通過灌漿期葉片保持高光合能力來增加干物質生產力，實現(xiàn)氮肥高效利用和產量較高水平。胞間CO濃度在施氮和不施氮條件下整體表現(xiàn)出與凈光合速率負相關的關系，即凈光合速率越低，胞間CO濃度越高。在施氮和不施氮條件下，均是V01、V02和V05品種的蒸騰速率最大；在施氮和不施氮條件下，均是V01、V05和V07品種的氣孔導度最大。綜上所述，灌漿期凈光合速率和胞間CO濃度能夠客觀反映氮高效品種的特性，從而可以作為判斷氮高效指標的一個有效途徑；蒸騰速率和氣孔導度則不能夠全面準確地反映出來，所以不能夠成為一個有效利用的氮高效指標。

表2 施氮與不施氮處理對小麥品種灌漿期光合特性的影響

施氮V0117.31aA4.65bB420.53bB260.23nNV0212.97eE5.23aA289.85jJ308.12iIV0312.62gG3.20fF300.22hH311.31gGV0415.30cC3.24fF311.30eE283.52lLV0516.81bB3.94cC369.46cC280.46mMV068.07lL3.31eE306.64fF331.15aAV0713.47dD3.03hiHI592.39aA287.14kKV0812.71fF3.40dD284.53lL310.64hHV0912.52hH3.36dDE298.62iI314.97dDV1012.56hH3.09gG288.73kK312.75eEV1112.27iI3.06ghGH301.42gG322.24cCV128.42kK3.00iI277.41mM311.63fFV1312.07jJ3.07ghGH321.42dD325.96bBV146.11mM2.72jJ272.91nN305.90jJ

2.3 施氮肥與不施氮肥處理條件下不同品種的產量差異

從圖4可知，施氮與不施氮產量均高、產量差值較小的品種有V01、V02、V05，表明這些品種含有氮肥利用率高，對氮肥不太敏感；不施氮和施氮產量均保持較高水平的品種有V04、V07、V08，表明這些品種穩(wěn)產性好；施氮產量高、不施氮產量低，產量差值較大的品種有V03、V10、V11、V13，表明這些品種對氮肥敏感度高，適于高水肥地塊利用；施氮產量中等、不施氮產量反而相對較高、產量差值較小的品種是V09,說明該品種對氮不敏感；施氮與不施氮產量均低的品種有V07、V06、V12、V14，表明這些品種氮肥利用率低。

3 結論與討論

我國篩選和培育氮高效小麥品種的一大有利條件便是國內豐富的小麥品種資源。選育氮高效小麥品種既是小麥高產的一種保障，又是降低氮肥施用量、提高氮肥利用效率、減輕氮肥引發(fā)的一系列環(huán)境問題的可靠途徑。苗期、拔節(jié)期、抽穗期和灌漿期作為小麥地上產量形成的基礎階段，小麥在這些時期對養(yǎng)分的積極吸收對后期生殖生長有重大作用，利用小麥不同生育期對氮素吸收利用的差異性來篩選氮高效品種，并對其相關的性狀指標作甄別——以此作為評價小麥氮效率的重要指標，這一系列的研究得到眾多學者的關注。李丹丹等研究發(fā)現(xiàn)，地上部干質量的耐性指數(shù)及植物氮素積累量適合作為小麥苗期氮效率的2個評價指標；裴雪霞等研究發(fā)現(xiàn)，小麥苗期相對植株干質量這一指標適合作為耐低氮小麥氮高效品種篩選的評價指標。本試驗結論與韓璐等的研究結論比較一致，主要采用拔節(jié)期和灌漿期干物質積累量來評價氮高效品種。另外，本試驗采用大田試驗方法，研究了不同氮效率小麥品種光合特性差異，得到如下結果：氮高效品種在施氮和不施氮的條件下，灌漿期凈光合速率均未明顯降低，進而使花后干物質積累量增加，從而實現(xiàn)氮肥利用效率提高和產量穩(wěn)定；而氮低效品種凈光合速率卻整體出現(xiàn)不同程度的降低，從而不能夠保證后期產量的形成。這與馬瑞琦等的研究結論一致，說明氮高效品種相對來說有著更大的減氮潛力，它通過灌漿期葉片保持高光合能力來增加干物質生產力，實現(xiàn)氮肥高效利用和產量較高水平。