我國主要麥區(qū)主栽高產品種產量差異及其與產量構成和氮磷鉀吸收利用的關系

黃寧，王朝輝, 2，王麗，馬清霞，張悅悅，張欣欣，王瑞

我國主要麥區(qū)主栽高產品種產量差異及其與產量構成和氮磷鉀吸收利用的關系

黃寧1，王朝輝1, 2，王麗1，馬清霞1，張悅悅1，張欣欣1，王瑞1

（1西北農林科技大學資源環(huán)境學院/農業(yè)農村部西北植物營養(yǎng)與農業(yè)環(huán)境重點實驗室，陜西楊凌 712100；2西北農林科技大學/ 旱區(qū)作物逆境生物學國家重點實驗室，陜西楊凌 712100）

【】明確主栽高產品種產量差異與產量構成、氮磷鉀吸收利用的關系，對于通過選育優(yōu)良品種，進一步優(yōu)化養(yǎng)分管理和栽培措施，縮小產量差，以指導我國主要麥區(qū)小麥的高產優(yōu)質生產。于2016—2017年度在我國黃淮北片、黃淮南片和長江中下游3個主要冬麥區(qū)進行田間試驗，種植各麥區(qū)主栽高產品種，研究高產小麥品種產量差異及其與干物質累積、產量構成和氮磷鉀吸收利用之間的關系。黃淮北片、黃淮南片和長江中下游麥區(qū)籽粒產量均存在較大差異，分別介于7 751—8 702 kg·hm-2、7 302—8 413 kg·hm-2、5 554—到6 294 kg·hm-2。各麥區(qū)品種高產的原因不同，黃淮北片麥區(qū)，高產品種具有高的地上部生物量和收獲指數，穗數也是高產的原因；黃淮南片麥區(qū)高的收獲指數和穗粒數是高產的關鍵；長江中下游麥區(qū)高產的主要原因是高的收獲指數和千粒重。黃淮北片麥區(qū)，高產品種有低的籽粒含氮量和需氮量以及高的氮生理效率；黃淮南片麥區(qū)，高產品種莖葉含磷量和需磷量較低，但磷生理效率和莖葉含鉀量較高；長江中下游麥區(qū)，高產品種的籽粒含鉀量低，籽粒含磷量和莖葉含磷鉀量高，地上部氮磷吸收量高，磷生理效率低于而需磷量高于對照品種。總體來看，黃淮北片麥區(qū)魯原118、黃淮南片濮麥168、長江中下游麥區(qū)華麥7號等具有較好的產量表現；在我國主要麥區(qū)，地上部生物量和收獲指數仍是高產的關鍵，同時提高地上部養(yǎng)分吸收利用和養(yǎng)分收獲指數，才能提高生理效率，降低養(yǎng)分需求量，實現小麥高產優(yōu)質。

小麥；品種；產量；產量構成；氮磷鉀

0 引言

【研究意義】隨著人口不斷增長，全球糧食生產需再提升70%—100%才能滿足需要[1-2]。小麥是我國三大糧食作物之一，面積和產量分別占糧食總面積和總產的21.3%和20.9%[3]。由于供給側結構性改革，經濟作物種植面積不斷增加，導致糧食作物種植面積減少，只有維持單產持續(xù)增長才能保證糧食供需平衡。在我國小麥主要種植區(qū)華北，小麥產量介于2 400— 7 200 kg·hm-2，平均為5 700 kg·hm-2 [4]。說明目前生產中，小麥產量仍存在較大的差異，縮小產量差異，普遍提高產量水平，對維護國家糧食安全有重要意義。【前人研究進展】作物產量差異日益受到人們關注，特別是品種間的產量差異，已從不同角度進行了廣泛研究[5-7]。英國8個小麥品種的試驗表明[8]，小麥基因的改良增產50%，收獲指數和生物量提高是主要因素。愛爾蘭的研究發(fā)現[9]，單位面積籽粒數是增產的主要因素，其主要受穗數影響。墨西哥的觀測發(fā)現[10]，1966—2009年產量每年以30 kg·hm-2增加，主要得益于收獲指數和籽粒重的增加。在1986—2015年間[11]，我國北部冬麥區(qū)旱區(qū)178個小麥品種產量，以68.2 kg·hm-2和1.57%速度逐年遞增，有效穗數和千粒重的增加起著主要作用。山東萊州8個不同穗型品種的試驗表明[12]，高肥條件下大中穗品種產量高于多穗品種，中低肥條件下則相反。河南鄭州34個品種的研究發(fā)現[13]，從低產到高產，主要是收獲指數和每穗籽粒重顯著增加。在我國不同區(qū)域，產量構成因素的增產作用也不一樣。黃淮北片麥區(qū)千粒重起主要作用[14]，黃淮南片有效穗數作用更大[15]，也有研究認為黃淮麥區(qū)穗粒數是主要因素[16]，長江中下游麥區(qū)千粒重起主要作用[17]。河北超高產小麥品種研究發(fā)現[18]，穗粒數和千粒重是繼續(xù)增產的重要因素。品種間產量差異也會引起作物養(yǎng)分利用的差異。隨產量增加，不同小麥品種的籽粒含氮量[19]、含磷量[20-21]和含鉀量[22]不斷降低。英國15個小麥品種/系研究發(fā)現[19]，與低產品種相比，高產品種產量提高101.4%，籽粒含氮量降低15.5%，而氮生理效率提高32.7%，單位產量需氮量降低24.6%。黃土高原不同年代品種研究表明[23]，現代品種產量提高了39.7%，磷生理效率提高33.1%，形成單位產量的需磷量降低22.8%。河南27個品種的盆栽試驗發(fā)現[22]，施鉀條件下高產品種產量比低產品種高121.0%，鉀生理效率高106.7%，而需鉀量卻低52.4%。【本研究切入點】前人對不同年代、不同產量水平品種的產量差異已有大量研究，但對目前生產中各地主栽高產品種之間的產量差異如何？產量差異與干物質累積、分配，產量構成要素，氮磷鉀吸收利用的關系如何？鮮見報道。【擬解決的關鍵問題】本研究以我國不同麥區(qū)的主栽高產小麥品種為試驗材料，通過在各麥區(qū)布置田間多點試驗，研究主栽高產小麥品種的產量差異與生物量、收獲指數、產量構成和氮磷鉀吸收利用的關系，以期明確高產小麥品種產量差異與干物質累積、產量構成和養(yǎng)分吸收利用的關系。對于篩選和培育高產小麥品種，進一步優(yōu)化養(yǎng)分管理和栽培措施，縮小產量差，實現我國主要麥區(qū)小麥高產優(yōu)質生產有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗地點及分布

于2016—2017年，由小麥良種聯(lián)合攻關成員單位與國家小麥產業(yè)技術體系綜合試驗站協(xié)作實施，在黃淮北片、黃淮南片和長江中下游三大冬麥區(qū)的山東、河南、河北、陜西、山西、甘肅、江蘇、安徽、湖北9個省區(qū)的32個綜合試驗站開展田間多點試驗。其中黃淮北片10個試驗站、21個品種，黃淮南片10個試驗站、17個品種，長江中下游12個試驗站、6個品種，每站布置一個田間試驗。各試驗站土壤的基本理化性狀如表1。

1.2 試驗設計與樣品采集

1.2.1 試驗設計 各試驗地點的施肥量為當地適宜施肥量（表1）。采用機械播種或人工撒播，每個品種播種面積不少于0.03 hm2，不設重復，機械全區(qū)收獲，各試驗點均采用當地適宜的田間管理措施。

1.2.2 樣品采集 于小麥收獲前5天左右采樣。在小區(qū)內選擇長10 m、寬5 m，小麥長勢均勻區(qū)域作為采樣區(qū)。在采樣區(qū)內隨機采集100穗的小麥全株[24]，在根莖結合處將根剪除，地上部分作為1個考種和化學分析的樣品，用于植株不同部位養(yǎng)分、穗粒數、千粒重及收獲指數測定。然后，在采樣區(qū)內小麥行間隨機選取5個點，取0—20 cm土層的土樣，捏碎混勻，取500 g作為土壤理化性狀測定的樣品。

1.2.3 樣品的處理與測定 將收集的100穗植物樣品莖葉和穗分開，風干后，稱量風干莖葉和穗重，莖葉用不銹鋼剪刀剪碎，穗手工脫粒，然后稱量籽粒重，用穗重和籽粒重相減得到穎殼重。數1 000粒籽粒烘干、稱重，測定小麥千粒重。穗粒數由采集的100穗小麥的籽粒重和千粒重計算得到。收獲指數為采集的100穗小麥的籽粒重與地上部生物量的比值。取籽粒和剪碎混勻的莖葉各50 g、穎殼30 g，用自來水和蒸餾水分別快速漂洗3次，裝入標記好的紙袋，65℃烘至恒重，測定風干莖葉、穎殼、籽粒的含水量。烘干的籽粒、莖葉、穎殼用組織混合研磨儀（Retsch MM400，德國，氧化鋯罐）磨細，用于化學分析。準確稱取粉碎植物樣品0.2000—0.2500 g，濃H2SO4-H2O2法紅外消解植物樣品，連續(xù)流動分析儀（SEAL Analytical AA3，德國）測定消解液中的氮和磷含量，火焰光度計（Sherwood M410，英國）測定消解液中的鉀含量。生物量、產量、收獲指數、千粒重和氮磷鉀養(yǎng)分含量均用烘干重表示。

土壤樣品風干后分別過1 mm和0.15 mm篩。1 mm土樣用來測定pH、硝銨態(tài)氮、速效磷和速效鉀，0.15 mm土樣用來測定有機質和全氮。土壤pH用pH計測定，水土比為1﹕2.5。硝銨態(tài)氮用 1 mol·L-1的KCl浸提，速效磷用0.5 mol·L-1的NaHCO3浸提，均用連續(xù)流動分析儀（SEAL Analytical AA3，德國）測定。速效鉀用1 mol·L-1的NH4OAc浸提，火焰光度計（Sherwood M410，英國）測定。有機質用重鉻酸鉀外加熱法測定。全氮用濃硫酸加混合催化劑（K2SO4﹕CuSO4=10﹕1）消煮、連續(xù)流動分析儀（AA3，SEAL Analytical，德國）測定。

1.3 數據計算與統(tǒng)計分析

1.3.1 產量分組 小麥產量由全區(qū)收獲計產確定，產量除以收獲指數計算出小麥生物量，產量除以穗粒數和千粒重計算出穗數。將各麥區(qū)參試的小麥品種按平均產量從高到低排列，根據統(tǒng)計分析結果，選擇各麥區(qū)產量高低差異顯著的品種，分別作為主栽高產品種和對照品種，分析各麥區(qū)主栽高產品種產量差異及其與干物質累積、產量構成和氮磷鉀吸收利用之間的關系。

1.3.2 相關指標及計算

養(yǎng)分收獲指數（%）= 籽粒氮（磷、鉀）吸收量（kg·hm-2）/地上部氮（磷、鉀）吸收量（kg·hm-2）×100；地上部氮（磷、鉀）吸收量指作物在整個生育期地上部吸收的氮（磷、鉀）總量，為收獲期各器官吸收的養(yǎng)分之和，反映了作物從土壤攜出養(yǎng)分的能力。計算方法如下[25]：

地上部養(yǎng)分吸收量（kg·hm-2）=（籽粒養(yǎng)分含量（g·kg-1）×籽粒產量（kg·hm-2）+莖葉養(yǎng)分量（g·kg-1）×莖葉生物量（kg·hm-2）+穎殼養(yǎng)分含量（g·kg-1）×穎殼生物量（kg·hm-2））/1000；

養(yǎng)分生理效率，指地上部吸收單位養(yǎng)分，所能獲得的籽粒產量，反映了作物利用吸收的養(yǎng)分形成產量的能力。計算方法如下[25]：

養(yǎng)分生理效率（kg·kg-1）= 產量（kg·hm-2）/地上部養(yǎng)分吸收量（kg·hm-2）；

養(yǎng)分需求量，指小麥生產1 000 kg籽粒，地上部吸收的養(yǎng)分總量，反映了作物形成籽粒產量對養(yǎng)分的需求情況。計算方法如下[25]：

表1 各麥區(qū)試驗站試驗田塊0—20 cm土層的基本理化性狀和施肥情況

NHH、SHH和YR分別代表的是黃淮北片、黃淮南片和長江中下游麥區(qū)。下同

NHH, SHH and YR represent the wheat production regions of the North-HuangHuai, South-HuangHuai, and the middle and lower Yangtze River reaches, respectively. The same as below

養(yǎng)分需求量（kg·kg-1）= 地上部養(yǎng)分吸收量（kg·hm-2）/籽粒產量（kg·hm-2）×1000。

用Microsoft Excel 2016整理數據，DPS統(tǒng)計分析。

2 結果

2.1 各麥區(qū)主栽高產小麥品種產量差異

3個小麥主產區(qū)，小麥品種引起的產量變異達顯著或極顯著水平（圖1）。黃淮北片麥區(qū)，高產品種邯11-5276、魯原118、中麥4072和邢麥20，產量介于8 577—8 702 kg·hm-2，平均8 641 kg·hm-2；對照品種臨農12、BY35、滄麥13和魯研9088產量介于7 751—7 931 kg·hm-2，平均7 837 kg·hm-2；高產品種產量比對照品種平均高10.3%。黃淮南片麥區(qū)，高產品種濮麥168，產量為8 413 kg·hm-2，對照品種華麥226、西農615和百農5822產量介于7 302—7 648 kg·hm-2，平均7 501 kg·hm-2，高產品種平均比對照品種高12.2%。長江中下游麥區(qū)，高產品種華麥7號產量6 294 kg·hm-2，比對照品種揚麥10-120的產量（5 554 kg·hm-2）高13.3%。

A、B和C分別代表黃淮北片、黃淮南片和長江中下游麥區(qū)的品種，對應品種分別為：A1（邯11-5276）、A2（魯原118）、A3（中麥4072）、A4（邢麥20）、A5（煙1212）、A6（菏麥0746-2）、A7（衡1589）、A8（泰科麥5303）、A9（中麥5051）、A10（臨Y8222）、A11（安麥12-41）、A12（石11-5139）、A13（LH16-1）、A14（濟麥22）、A15（濰2750-6）、A16（邯11-5272）、A17（輪選198）、A18（臨農12）、A19（BY35）、A20（滄麥13）、A21（魯研9088）；B1（濮麥168）、B2（徐麥2178）、B3（安科1401）、B4（鄭麥0943）、B5（淮麥302）、B6（渦麥505）、B7（天麥162）、B8（漯麥163）、B9（宛麥715）、B10（洛麥33）、B11（皖墾麥1221）、B12（周麥18）、B13（蘭天0422）、B14（皖宿1313）、B15（華麥226）、B16（西農615）、B17（百農5822）；C1（華麥7號）、C2（皖西麥0439）、C3（襄麥D31）、C4（信麥7916）、C5（揚麥20）、C6（揚麥10-120）。H代表高產，CK代表對照品種。下同

2.2 產量差異與生物量、收獲指數和產量構成的關系

小麥品種產量差異與生物量、收獲指數和產量構成的關系因麥區(qū)而異（表2）。黃淮北片麥區(qū)，高產品種的地上部生物量和收獲指數高，平均比對照品種高6.8%和3.2%，而莖葉生物量無顯著差異，其中邢麥的生物量、魯原118的收獲指數顯著高于對照品種；雖然高產品種的產量構成要素均值與對照品種無顯著差異，但各高產品種的穗數均顯著高于對照品種滄麥13和魯研9088；高產品種邯11-5276和魯原118高產原因分別是穗數和千粒重較高。黃淮南片麥區(qū)，除高產品種的穗粒數顯著高于對照品種40.3%外，其余指標差異不顯著。高產品種濮麥168的收獲指數顯著高于所有對照品種，但與對照品種的均值差異不顯著，濮麥168的穗數顯著低于西農615和百農5822，此外濮麥168千粒重顯著低于百農5822。長江中下游麥區(qū)，高產品種收獲指數和千粒重比對照品種顯著高4.5%和8.6%，地上部、莖葉生物量和穗粒數高產品種雖高于對照品種，但差異不顯著。

表2 各麥區(qū)主栽品種產量差異與生物量、收獲指數與產量構成

表中數據為各同一麥區(qū)不同試驗點同一品種的平均值，同一列不同小寫字母表示同一麥區(qū)不同品種間差異達5%顯著水平，不同大寫字母表示同一麥區(qū)高產和對照品種平均值差異達5%顯著水平。下同。莖葉生物量為包括穎殼在內的地上營養(yǎng)器官生物量

Data in the tables are the cultivar averages over different sites in the same region, In same column of a region, different lowercase letters indicate significant differences between different cultivars at≤5%, capital letters indicate the differences were significant between means of different yield levels at≤5%. The same as below. Biomass of straw is the aboveground biomass of vegetative parts including glumes

2.3 產量差異與氮吸收利用的關系

小麥品種產量差異與氮素吸收利用的關系也因區(qū)域而異（表3）。黃淮北片麥區(qū)，高產品種莖葉含氮量、地上部吸氮量和氮收獲指數與對照品種無顯著差異，但籽粒含氮量和需氮量顯著低于對照品種，平均比對照品種分別低10.7%和10.4%，氮生理效率卻比對照品種顯著高12.2%；其中高產品種魯原118、中麥4072和邢麥20的籽粒含氮量和需氮量顯著低于所有對照品種，氮生理效率顯著高于所有對照品種。黃淮南片麥區(qū)，高產品種和對照品種各指標均值差異均不顯著，高產品種籽粒含氮量平均比對照品種低9.7%；高產品種濮麥168氮生理效率顯著高于和需氮量顯著低于所有對照品種。長江中下游麥區(qū)，高產品種地上部吸氮量比對照品種籽粒顯著高16.8%，籽粒與莖葉含氮量和氮素吸收利用差異均不顯著。

2.4 產量差異與磷吸收利用的關系

小麥品種的產量差異與磷素吸收利用的關系與氮不同（表4）。黃淮北片麥區(qū)，含磷量及磷的吸收利用高產品種和對照品種間差異不顯著。黃淮南片麥區(qū)，莖葉含磷量和需磷量高產品種比對照品種低，平均低19.2%和15.6%，而生理效率顯著高17.0%；高產品種濮麥168的籽粒含磷量和需磷量顯著低于所有對照品種，而生理效率則是高于對照品種。長江中下游麥區(qū)，高產品種籽粒、莖葉含磷量、地上部吸磷量和需磷量顯著高于對照品種，平均比對照品種高5.6%、30.2%、22.5%和7.3%，而生理效率顯著低13.1%，磷收獲指數差異不顯著。

2.5 產量差異與鉀吸收利用的關系

小麥品種的產量差異與鉀素吸收利用的關系與氮和磷有所不同（表5）。黃淮北片麥區(qū)，高產品種和對照品種鉀吸收利用差異不顯著，高產品種僅邢麥20地上部吸鉀量顯著高于所有對照品種。黃淮南片麥區(qū)，莖葉含鉀量高產品種比對照品種顯著高14.8%，籽粒含鉀量和鉀吸收利用差異不顯著。長江中下游麥區(qū)，高產品種籽粒和莖葉含鉀量比對照品種顯著低7.7%和高9.3%，其余指標差異均不顯著。

表3 各麥區(qū)不同產量水平主栽品種含氮量及氮的吸收利用

表4 各麥區(qū)主栽品種含磷量及磷的吸收利用

表5 各麥區(qū)主栽品種含鉀量及鉀的吸收利用

3 討論

3.1 不同麥區(qū)主栽品種產量差異與干物質累積和產量構成的關系

研究表明，我國主栽高產品種產量仍存在較大變異，黃淮北片主栽高產品種間產量差異為951 kg·hm-2，黃淮南片介于1 111 kg·hm-2，長江中下游麥區(qū)介于740 kg·hm-2，說明在當前產量較高的情況下，仍存在進一步增產的潛力。各麥區(qū)的分析表明，黃淮北片麥區(qū)，高產品種生物量和收獲指數均顯著高于對照品種，黃淮南片和長江中下游麥區(qū)，高產品種生物量有高的趨勢，收獲指數也高于對照品種。總體來看，高產品種與對照品種相比有較高的地上部生物量或能維持較高的收獲指數；從產量構成來看，黃淮北片的穗數，黃淮南片的穗粒數，長江中下游麥區(qū)千粒重則是決定產量的關鍵因素。

通常認為小麥產量持續(xù)提升的原因是生物量和收獲指數的增加[26]，但我國對1945—2010年199個小麥品種的研究發(fā)現[27]，隨產量增加，生物量也相應增加，而收獲指數無顯著變化；河南1941—2011年30個小麥品種研究也發(fā)現[28]，小麥收獲指數理論最大值為60%[29]，本研究收獲指數最高可達50.6%,已經達到收獲指數上限（45%—50%）[30]。收獲指數對產量似乎已經沒有影響。本研究的結果與此有所不同，各麥區(qū)主栽高產小麥品種中，地上部生物量和收獲指數均是獲得高產的關鍵，黃淮北片麥區(qū)，高產品種有高的地上部生物量和收獲指數；對于黃淮南片和長江中下游麥區(qū)而言，高產小麥品種有較高的收獲指數，較高的地上部干物質的形成以及形成干物質更多的向籽粒中分配仍是縮小產量差，實現小麥增產的重要途徑。英國對1970—1995年8個不同年代小麥品種的研究發(fā)現[8]，產量增加得益于生物量和收獲指數不斷增加，同時穗數是決定產量的重要因素。中國華北平原兩個地點12個品種11季[29]以及阿根廷2年3個環(huán)境種植的17個品種[31]的研究發(fā)現，單位面積籽粒數決定收獲期小麥籽粒產量，這與黃淮北片麥區(qū)規(guī)律基本一致，該麥區(qū)冬季寒冷干燥、春季干旱多風，形成更多有效分蘗和穗粒數是小麥高產的原因。然而在河北的10 000 kg·hm-2超高產試驗表明[18]，穗數對產量無影響，穗粒數和千粒重顯著影響產量。本研究中，黃淮北片產量介于7 751—8 702 kg·hm-2之間，與宋建民[32]、孫亞輝[33]和張俊靈[11]報道的產量相近，結果也都是穗數決定了產量增加。原因可能是超高產的情況下，穗數已經足夠，所以穗粒數和千粒重才會成為影響產量的因素，而在稍低的產量水平下，穗數仍是產量提高的關鍵。澳大利亞1958—2007年13個代表性小麥品種[34]和兩個溫室以及兩個田間[35]的研究得出，提高穗粒數是增產的關鍵，這與黃淮南片麥區(qū)規(guī)律一致。但段國輝等[36]提出，在河南1989—2004年高肥條件下，千粒重增長最快，其次是穗粒數和穗數。在目前產量水平下的構成要素中，千粒重可塑性最低[37]，所以在黃淮南片穗粒數決定了產量的提高。這也與該麥區(qū)孕穗到開花期間常常遭受陰雨或干旱，小麥穗、小穗與小花分化以及開花受精受環(huán)境影響，能抵御不良環(huán)境影響的高產品種可以形成更多的穗粒數有關。長江中下游麥區(qū)11個試驗點[38]以及在南京的兩個試驗[39-40]的研究均發(fā)現，不論在高產還是低產條件下，籽粒重均是影響產量的重要因素，這與本研究結果一致。長江中下游麥區(qū)冬季溫和多濕，小麥分蘗旺盛，但拔節(jié)后因遮光和水分逆境逐漸死亡，所以穗數低于其他兩個麥區(qū)，成熟時陰雨高溫，能累積更多的碳水化合物，提高粒重便成為決定產量高低的主要因素。

由于環(huán)境條件不同，不同麥區(qū)影響小麥品種產量高低的產量構成要素不同，黃淮北片的穗數、黃淮南片的穗粒數和長江中下游的千粒重是各麥區(qū)獲得高產的關鍵。通過選育優(yōu)化小麥品種的同時，還應調控栽培措施，縮小產量差，以實現產量提高。在黃淮北片麥區(qū)，應通過提高播種數量和質量等一系列措施，合理密植、增加穗數；拔節(jié)期是決定穗粒數的關鍵時期[41]，在黃淮南片麥區(qū)，要進一步優(yōu)化該時期養(yǎng)分和水分管理；長江中下游麥區(qū)，需要優(yōu)化花后水分和養(yǎng)分的管理，提高光合作用強度和持續(xù)時間，以增加籽粒重。

3.2 不同麥區(qū)主栽品種產量差異與氮、磷、鉀吸收利用的關系

小麥品種產量高低與氮吸收利用的關系因麥區(qū)而異。研究表明，黃淮北片和南片麥區(qū)高產品種地上部氮累積量和氮收獲指數與對照品種無顯著差異，但產量增加10.3%和12.2%，籽粒含氮量低于對照品種。黃淮北片麥區(qū)高產品種氮生理效率和需氮量分別高于和低于對照品種，而黃淮南片麥區(qū)無顯著差異。長江中下游麥區(qū)高產品種僅地上部吸氮量高于對照品種，其余差異不顯著。在法國27個小麥品種田間試驗發(fā)現[42]，籽粒含氮量與產量呈負相關，產量提高增加1 000 kg·hm-2，含氮量降低1.6 g·kg-1，這與我國黃淮北片和南片麥區(qū)規(guī)律一致，與長江中下游麥區(qū)規(guī)律相反；分析英國15個品種/系的試驗結果發(fā)現[19]，產量從4 679 kg·hm-2上升到9 422 kg·hm-2時，地上部吸氮量、氮收獲指數和氮生理效率分別增加51.8%、12.1%和32.7%，而籽粒含氮量和需氮量分別降低15.5%和24.6%；分析英國和法國16個小麥品種研究結果發(fā)現[43]，產量從6 742 kg·hm-2增加到8 257 kg·hm-2時，氮生理效率上升24.0%，而籽粒含氮量和需氮量分別降低21.5%和19.8%，地上部吸氮量和收獲指數無明顯變化；分析河南鄭州16個小麥品種的研究結果表明[44]，高產和低產品種產量分別是9 785和7 655 kg·hm-2，地上部吸氮量、氮收獲指數和氮生理效率高產比低產品種分別高4.4%、4.0%和22.4%，籽粒含氮量和需氮量分別低15.6%和18.3%。這與黃淮北片和南片麥區(qū)的規(guī)律一致，與長江中下游麥區(qū)規(guī)律有所不同。黃淮北片麥區(qū)，高產品種有高氮生理效率和低需氮量，地上部吸氮量無顯著差異，單位質量的氮，高產品種能生產更多干物質；黃淮南片和北片麥區(qū)結果類似，但氮生理效率和需氮量均值之間差異不顯著；長江中下游麥區(qū)，高產品種有高地上部吸氮量，是進一步提高產量的關鍵。綜上所述，3個麥區(qū)選育品種時，在維持高氮生理效率、低需氮量的同時，盡可能提高地上部吸氮量和氮收獲指數，從而實現小麥的高產優(yōu)質。

本研究表明，黃淮北片麥區(qū)，磷素吸收利用無顯著差異；黃淮南片麥區(qū)，高產品種有低莖葉含磷量與需氮量和高磷生理效率；長江中下游麥區(qū)，高產品種有高的籽粒與莖葉含磷量、地上部吸磷量和需氮量以及低生理效率。陜西9個品種的田間試驗結果分析表明[20]，產量上升63.5%，地上部吸磷量和生理效率分別增加了48.2%和10.3%，而籽粒含磷量和需磷量分別降低了10.0%和9.6%；巴基斯坦20個小麥品種田間試驗結果研究表明[45]，低產品種和高產品種產量分別為2 904和4 565 kg·hm-2，籽粒含磷量、地上部吸磷量、磷收獲指數和磷生理效率高產品種比低產品種分別高45.9%、42.0%、3.3%和10.6%，需磷量則是低9.7%。四川130個小麥品種的盆栽試驗表明[21]，產量增加107%，地上部吸磷量和生理效率分別上升42.0%和79.5%，而植株含磷量和需磷量分別降低20.8%和31.5%。本研究結果與前人結果有所不同，各麥區(qū)磷素吸收利用規(guī)律不同，黃淮北片差異不顯著，黃淮南片與前人結果一致，長江中下游與前人結果相反，這可能與各麥區(qū)的氣候或土壤差異有關，需進一步研究。

研究表明，除黃淮南片麥區(qū)高產品種有高的莖葉含鉀量以外，黃淮麥區(qū)高產品種和對照品種的含鉀量及鉀素吸收利用差異不顯著，在長江中下游麥區(qū)高產品種有高的莖葉含鉀量和低的籽粒含鉀量。關于小麥品種間鉀素吸收利用的報道較少，河北兩季4個超高產小麥品種的試驗，得出了與本研究相似的結論[46]，同年份超高產小麥品種具有相同鉀素吸收利用特性；河南28個小麥品種的盆栽試驗結果分析表明[47]，產量增加118.6%，地上部吸鉀量和需鉀量分別提高163%和20.1%，鉀生理效率降低16.7%，籽粒含鉀量無明顯變化。前人結果與本研究黃淮麥區(qū)結果基本一致。長江中下游麥區(qū)有所不同，高產品種地上部吸收的鉀不能很好的轉移到籽粒中去，鉀素不能有效利用。

4 結論

在我國小麥產量水平普遍較高的情況下，各地主栽品種產量仍存在較大差異。高產品種有著更高的地上部生物量和收獲指數，產量構成要素的作用因麥區(qū)而異，黃淮北片麥區(qū)的穗數、南片的穗粒數、長江中下游麥區(qū)的千粒重是小麥品種高產的關鍵，在選育高產小麥品種的同時，還需采取適宜的栽培措施，優(yōu)化產量構成，進一步縮小產量差，提升產量。

黃淮麥區(qū)隨著產量升高籽粒養(yǎng)分含量降低，氮磷養(yǎng)分需求降低，但生理效率升高；長江中下游麥區(qū)情況相反。黃淮北片麥區(qū)魯原118、黃淮南片濮麥168、長江中下游麥區(qū)華麥7號等具有較好的產量表現。

在我國不同麥區(qū)，地上部生物量和收獲指數仍是高產的關鍵，同時提高地上部養(yǎng)分吸收利用和養(yǎng)分收獲指數，才能提高生理效率，降低養(yǎng)分需求量，實現小麥高產優(yōu)質。

致謝：感謝國家現代農業(yè)產業(yè)技術體系小麥體系、國家小麥良種聯(lián)合攻關廣適性品種試驗網各試驗站的科研人員，對栽培信息調研及樣品采集給予的大力支持與幫助。

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Yield Variation of Winter Wheat and Its Relationship to Yield Components, NPK Uptake and Utilization of Leading and High Yielding Wheat Cultivars in Main Wheat Production Regions of China

HUANG Ning1, WANG ZhaoHui1, 2, WANG Li1, MA QingXia1, ZHANG YueYue1, ZHANG XinXin1, WANG Rui1

(1College of Natural Resources and Environment, Northwest A&F University/Key Laboratory of Plant Nutrition and Agro-environment in Northwest China, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Yangling 712100, Shaanxi;2Northwest A&F University/State Key Laboratory of Crop Stress Biology in Arid Areas, Yangling 712100, Shaanxi)

【】The aim of this study was to clarify wheat yield variation and its relationship to yield components and nutrient uptake and utilization for major high-yielding cultivars, so as to provide guidance to close yield gap and realize high yield and high quality in wheat production. 【】 Field experiments were conducted in 2016-2017 to test the major wheat cultivars in North-Huanghuai, South-Huanghuai, and the middle and lower Yangtze River reaches of China, under local suitable agricultural cultivations. The variation of yield and its relationship to dry matter accumulation, yield components, NPK uptake and utilization were investigated for the high-yielding cultivars in the three wheat production regions. 【】Large variation of grain yield existed in each wheat production region, ranging from 7 751 to 8 702 kg hm-2in North-Huanghuai, 7 302 to 8 413 kg·hm-2in South-Huanghuai, and 5 554 to 6 294 kg·hm-2in the middle and lower Yangtze River reaches. The high-yielding cultivars in North-Huanghuai were found to have higher biomass, harvest index and spike number than that of control cultivars, the high-yielding cultivars in South-HuangHuai had higher harvest index and grain number, and the high-yielding cultivars in the middle and lower reaches of the Yangtze River had higher harvest index and thousand grain weight. Besides, in North-HuangHuai the high-yielding cultivars showed lower grain N content and N requirement, and higher N physiological efficiency than that of control, in South-HuangHuai the high-yielding cultivars showed lower straw P content and P requirement, higher P physiological efficiency and straw K content, and in the middle and lower Yangtze River reaches, the high-yielding cultivars showed lower K content in grain, higher K content in straw, P content in grain and straw, and N and P uptake in shoot, and lower P physiological efficiency and higher P requirement.【】 The elite high-yielding cultivars, such as Luyuan118, Pumai168 and Huamai7, showed higher yield performance in North-Huanghuai, South-Huanghuai and the middle and lower Yangtze River reaches, respectively. In main wheat production regions of China, increasing shoot biomass and harvest index was the key factor to produce high grain yields. Also, enhancing shoot nutrient uptake and nutrient harvest index was necessary to achieve high grain nutrition quality as well as high yield.

wheat; cultivars; yield; yield components; nitrogen, phosphorus and potassium

10.3864/j.issn.0578-1752.2020.01.008

2019-04-11；

2019-07-01

國家現代農業(yè)產業(yè)技術體系建設專項（CARS-3）、國家重點研發(fā)計劃（2018YFD0200400）

黃寧，E-mail：huangning93@126.com。通信作者王朝輝，E-mail：w-zhaohui@263.net

（責任編輯 李云霞）