小麥氮高效品種的篩選及評(píng)價(jià)

孟自力， 朱 偉， 朱 倩， 倪雪峰， 閆向泉， 王 祁

(1.商丘市農(nóng)林科學(xué)院，河南商丘 476000； 2.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，河南鄭州 450000)

目前，我國已經(jīng)成為生產(chǎn)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(rèn)為，由于小麥品種不同，其植株對(duì)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(qiáng)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(zhì)營養(yǎng)資源的一條有效途徑。

植物體內(nèi)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(zhǎng)發(fā)育的限制因素，能通過調(diào)控植物的光合作用、呼吸作用及蒸騰作用等進(jìn)而對(duì)植物的生理特性產(chǎn)生影響，氮素供應(yīng)不足或過量會(huì)導(dǎo)致光合同化物減少，干物質(zhì)積累降低進(jìn)而影響小麥的產(chǎn)量。因此，通過光合作用可以有效評(píng)價(jià)不同小麥品種的氮利用效率。另外，在評(píng)價(jià)不同作物品種之間的氮吸收利用差異中，大田試驗(yàn)多以產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收量等作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。

本試驗(yàn)以黃淮南片生產(chǎn)應(yīng)用中14個(gè)半冬性小麥品種為材料，進(jìn)行大田試驗(yàn)，研究不同小麥干物質(zhì)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(píng)價(jià)氮高效小麥品種地上干物質(zhì)量關(guān)鍵生育時(shí)期及光合指標(biāo)，以此為提高小麥氮素利用效率提供依據(jù)，為積極響應(yīng)國家的化肥農(nóng)藥雙減戰(zhàn)略、打造生態(tài)宜居的自然環(huán)境提供技術(shù)保障。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)選取的材料為14個(gè)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(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2020—2021年在河南省商丘市梁園區(qū)雙八鎮(zhèn)商丘市農(nóng)林科學(xué)院試驗(yàn)基地進(jìn)行，該地區(qū)屬于典型的溫帶季風(fēng)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(jī)質(zhì)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(yàn)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(gè)處理，試驗(yàn)田間排列采用裂區(qū)隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，施氮量為主區(qū)，小麥品種為副區(qū)，3次重復(fù)。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(chǎn)高效栽培技術(shù)規(guī)程》進(jìn)行。播種日期為2020年10月10日，基本苗150萬株/hm。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 分蘗數(shù)測(cè)定 在小麥苗期，標(biāo)記代表小區(qū)總體長(zhǎng)勢(shì)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(zhì)量測(cè)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(fēng)殺青30 min，65 ℃下烘干至恒質(zhì)量，稱取干物質(zhì)量，計(jì)算地上部分生物學(xué)產(chǎn)量。

1.3.3 光合指標(biāo)測(cè)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(jìn)行測(cè)定，測(cè)定時(shí)間選在拔節(jié)期09：00—11：00進(jìn)行。測(cè)定時(shí)將葉面溫度控制為25 ℃，相對(duì)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(cè)定隨機(jī)從每個(gè)處理選取的植株的最上部完全展開的葉片，測(cè)定項(xiàng)目包括凈光合速率()、胞間二氧化碳濃度()、氣孔導(dǎo)度()和蒸騰速率()。

1.3.4 考種及成熟期測(cè)產(chǎn) 于成熟期1 m雙行的穗數(shù)，取20株小麥進(jìn)行考種(株高、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量)，計(jì)算理論產(chǎn)量；另從每個(gè)副區(qū)收獲4 m，脫粒，稱取實(shí)際產(chǎn)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 施氮處理?xiàng)l件下小麥品種不同時(shí)期干物質(zhì)積累差異

不同小麥品種三葉期和越冬期干物質(zhì)量測(cè)定結(jié)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(duì)干物質(zhì)量影響很小，說明不施氮肥處理對(duì)出苗后苗情影響不大，同時(shí)2種處理?xiàng)l件下，不同品種間差異也較小。越冬期干物質(zhì)量累積進(jìn)一步增加，不同施氮處理?xiàng)l件下各品種間干物質(zhì)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(zhì)量差異最大，V14、V07、V08品種次之，說明這幾個(gè)品種在越冬期表現(xiàn)出對(duì)氮肥敏感；三葉期、越冬期的苗期干物質(zhì)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(zhì)累積均明顯增加，整個(gè)拔節(jié)期施氮、不施氮處理的干物質(zhì)累積增長(zhǎng)量分別在5 400、3 300 kg/hm以上，整個(gè)灌漿期干物質(zhì)累積增長(zhǎng)量分別在2 300、1 800 kg/hm以上，相比之下拔節(jié)期干物質(zhì)累積更高，表明品種在拔節(jié)期、灌漿期的氮肥利用效率對(duì)地上部分產(chǎn)量形成極為關(guān)鍵，而且拔節(jié)期更為重要，灌漿期是小麥籽粒干物質(zhì)形成的關(guān)鍵時(shí)期也是影響后期產(chǎn)量至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。拔節(jié)期不同施氮量處理?xiàng)l件下，干物質(zhì)量差異明顯的品種有V01、V03、V08、V02，說明這些品種的干物質(zhì)形成在拔節(jié)期比較關(guān)鍵，拔節(jié)期也是氮肥敏感期，V04、V05、V12、V13品種干物質(zhì)差值次之；灌漿期施氮條件下，干物質(zhì)量差異明顯的品種有V01、V04、V05、V07、V13，說明這些品種干物質(zhì)形成在灌漿期比較關(guān)鍵，灌漿期是氮肥敏感期，V09、V11、V12品種干物質(zhì)差值次之。

不同小麥品種抽穗期干物質(zhì)量及差值測(cè)定結(jié)果如圖3所示，可以看出，不同施氮處理?xiàng)l件下抽穗期的大多數(shù)品種干物質(zhì)累積量相對(duì)差值是所有生育期最大的，其中V02、V06、V08、V09、V10、V12、V13、V14干物質(zhì)累積量差值均高于不施氮處理的干物質(zhì)累積量，差異極為明顯，這個(gè)時(shí)期是小麥“庫”形成的關(guān)鍵時(shí)期，對(duì)后期小麥產(chǎn)量的形成也很關(guān)鍵，但是這個(gè)時(shí)期地上部分干物質(zhì)累積量相對(duì)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(zhì)積累的主要時(shí)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(zhì)量差異明顯，對(duì)氮肥敏感，表明小麥品種在拔節(jié)期、灌漿期對(duì)干物質(zhì)形成、氮肥利用高低及產(chǎn)量形成極為關(guān)鍵。

2.2 施氮與不施氮處理?xiàng)l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(duì)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(zhì)積累量增加，從而實(shí)現(xiàn)氮肥利用效率和產(chǎn)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(chǎn)量的形成。說明氮高效品種相對(duì)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(zhì)生產(chǎn)力，實(shí)現(xiàn)氮肥高效利用和產(chǎn)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(fù)相關(guān)的關(guān)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(dǎo)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(biāo)的一個(gè)有效途徑；蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度則不能夠全面準(zhǔn)確地反映出來，所以不能夠成為一個(gè)有效利用的氮高效指標(biāo)。

表2 施氮與不施氮處理對(duì)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?xiàng)l件下不同品種的產(chǎn)量差異

從圖4可知，施氮與不施氮產(chǎn)量均高、產(chǎn)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(duì)氮肥不太敏感；不施氮和施氮產(chǎn)量均保持較高水平的品種有V04、V07、V08，表明這些品種穩(wěn)產(chǎn)性好；施氮產(chǎn)量高、不施氮產(chǎn)量低，產(chǎn)量差值較大的品種有V03、V10、V11、V13，表明這些品種對(duì)氮肥敏感度高，適于高水肥地塊利用；施氮產(chǎn)量中等、不施氮產(chǎn)量反而相對(duì)較高、產(chǎn)量差值較小的品種是V09,說明該品種對(duì)氮不敏感；施氮與不施氮產(chǎn)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(jié)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(nèi)豐富的小麥品種資源。選育氮高效小麥品種既是小麥高產(chǎn)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(chǎn)量形成的基礎(chǔ)階段，小麥在這些時(shí)期對(duì)養(yǎng)分的積極吸收對(duì)后期生殖生長(zhǎng)有重大作用，利用小麥不同生育期對(duì)氮素吸收利用的差異性來篩選氮高效品種，并對(duì)其相關(guān)的性狀指標(biāo)作甄別——以此作為評(píng)價(jià)小麥氮效率的重要指標(biāo)，這一系列的研究得到眾多學(xué)者的關(guān)注。李丹丹等研究發(fā)現(xiàn)，地上部干質(zhì)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(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)；裴雪霞等研究發(fā)現(xiàn)，小麥苗期相對(duì)植株干質(zhì)量這一指標(biāo)適合作為耐低氮小麥氮高效品種篩選的評(píng)價(jià)指標(biāo)。本試驗(yàn)結(jié)論與韓璐等的研究結(jié)論比較一致，主要采用拔節(jié)期和灌漿期干物質(zhì)積累量來評(píng)價(jià)氮高效品種。另外，本試驗(yàn)采用大田試驗(yàn)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(jié)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(jìn)而使花后干物質(zhì)積累量增加，從而實(shí)現(xiàn)氮肥利用效率提高和產(chǎn)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(chǎn)量的形成。這與馬瑞琦等的研究結(jié)論一致，說明氮高效品種相對(duì)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(zhì)生產(chǎn)力，實(shí)現(xiàn)氮肥高效利用和產(chǎn)量較高水平。