不同冬小麥品種產量和氮素吸收利用效率差異

張宏芝，高永紅，王立紅，孔德鵬，張躍強，李劍峰，王 重，高 新，時 佳，趙 奇，樊哲儒

（1.新疆農業科學院核技術生物技術研究所/農業農村部荒漠綠洲作物生理生態與耕作重點實驗室，烏魯木齊 830091；2.新疆農業科學院糧食作物研究所，烏魯木齊 830091；3.新疆維吾爾自治區農業技術推廣總站,烏魯木齊 830000）

0 引言

【研究意義】氮素是作物生長發育所需的重要營養元素，合理施用氮肥對小麥獲得高產至關重要[1-2]。氮肥施用過量，會產生氮素利用率低等問題[3-5]，且僅提高了農業生產成本[6-7]。合理施肥、提高氮素利用率，對冬小麥生產具有重要意義[8]。【前人研究進展】不同小麥品種產量和氮素利用率存在著顯著的基因型差異[9-10]。篩選和培育氮高效型小麥品種，挖掘氮高效品種的氮素吸收和利用潛力，是提高小麥氮效率的主要研究方向[11-12]。當土壤中有效氮含量較低時，某一基因型小麥能正常生長，或者當土壤中有效氮含量較高，某一基因型小麥依然能夠保持高產的能力，那么這種基因型則被認為氮高效即能高效利用氮素養分[13]。高產品種是高氮效率品種，即產量和氮素吸收可以同步增長[14]。養分吸收和利用效率是由不同遺傳基因控制，供試的小麥品種間氮吸收效率差異不顯著，而利用效率差異極顯著[15-16]。李淑文等[17]研究表明，不同氮效率品種在缺氮條件下的氮效率特征具有顯著差異，氮高效小麥品種具有相對較高的籽粒產量形成能力和氮效率。王永華等[18]依據氮素利用效率（NUE）將20個基因型小麥，分為雙高效型（在低氮和高氮條件下均有較高的NUE）、低氮高效型（只在低氮條件下具有較高的NUE）、雙低效型（在高氮和低氮條件下均不能獲得較高的NUE）和高氮高效型（僅在高氮條件下具有較高的NUE）。【本研究切入點】前人對不同小麥品種氮效率差異及對氮肥的響應進行了較多的研究，但對新疆南疆不同氮肥水平下小麥品種氮效率的差異研究還鮮見報道。尚需研究新疆南疆12個品種（系）在不同施氮量條件下產量及產量構成、氮素積累量、氮素吸收和利用效率的差異。【擬解決的關鍵問題】研究選用新疆南疆12個小麥品種（系）為材料，在滴灌隨水滴肥條件下，從氮素的吸收和利用兩個方面分析不同冬小麥品種的氮素利用特性，為新疆小麥氮高效品種的選育和高產栽培技術制定提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗于2018～2019年度在新疆澤普縣種子公司脫絨廠進行，E：77°16′，N38°10′，海拔高度1 266 m，土壤類型為沙壤土。播前0～20cm 土壤基礎肥力為有機質12.79 g/kg，全氮0.581 g/kg，全磷0.8 g/kg，全鉀19.8 g/kg，堿解氮33.1 mg/kg，速效磷13.7 mg/kg，速效鉀91.0 mg/kg。

1.2 方法

1.2.1 試驗設計

試驗為裂區設計，氮肥為主區，品種為副區。氮肥處理設置3個水平，N0：整個生育期不施肥，N1：追施純氮103.5 kg/hm2，N2：追施純氮207 kg/hm2。品種選擇南疆的12個小麥品種（系），分別為新冬20 號、新冬22 號、新冬40 號、新冬46號、新冬57 號、新冬60 號、邯鄲5316、中麥8 號、H12-38、15/6412、15/6317、12/N6166。每處理3次重復。每個小區面積12m2（4 m×3 m）。播種密度525×104粒/hm2，人工播種，行距20 cm。全生育期灌水6 次（越冬，返青期、抜節期、孕穗期、揚花期、灌漿期），灌水采用滴灌。小麥播種前，施磷酸二銨375 kg/hm2，作為基肥一次性施入（N0處理整個生育期不施肥）。追肥在返青期和拔節期追施，追施比例為返青∶拔節=1∶2，追肥隨水滴施。其他管理措施同當地大田。

1.2.2 測定指標

1.2.2.1 植株氮含量

每小區于成熟期取10株小麥，分為莖、葉、籽粒、穎殼+穗軸共4個器官，于105℃殺青30 min，80℃烘干后稱重。不同器官樣品用微型植物粉碎機粉碎，送有資質的單位測定植株氮含量，并計算地上部氮素積累量。

1.2.2.2 產量和產量構成因素

收獲期進行田間測產，每處理取2 m2樣方，每處理5 次重復，取平均值；另外每處理取定點1m行長進行室內考種，調查667m2穗數、穗粒數和千粒重。

1.2.2.3 氮素利用率

氮素利用率（NUE，kg/kg）=籽粒產量/供氮量；

氮素吸收效率（UPE，%）=成熟期地上部氮素積累量/供氮量×100%；

氮素利用效率（UTE，kg/kg）=籽粒產量/地上部氮素積累量。

1.3 數據處理

數據采用EXCEL 2007、DPS7.05 和SPSS21.0進行數據統計分析，用Duncan多重比較法進行差異顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 不同小麥品種產量及產量構成因素

研究表明，隨著施氮量的增加收獲穗數和穗粒數增加，而千粒重隨著施氮量的增加而降低。在N0條件下，產量較高品種為新冬40 號，15/6317，新冬60號；在N1條件下，產量較高品種為新冬40號，新冬60號，新冬57號，12/N6166；在N2條件下，產量較高品種為新冬60 號，15/6317，邯5316，新冬40號。表1

表1 不同小麥品種產量及產量構成因素Table 1 Yield and yield components of different wheat varieties

2.2 不同小麥品種氮素積累量

研究表明，不同品種植株氮素積累量隨著施氮量的增加顯著提高。在N0條件下氮素積累量較高品種為新冬20號，中麥8號，新冬60號，新冬40，12/N6166，邯5316；在N1條件下氮素積累量較高品種為新冬60號，新冬40號；在N2條件下氮素積累量較高品種為新冬60 號，新冬40 號，15/6317。表2

表2 不同小麥品種植株氮素積累量變化Table 2 Plant N accumulation of different wheat varieties（kg/hm2）

2.3 不同小麥品種氮素利用率及聚類

研究表明，隨著施氮量的增加不同品種氮素利用率（NUE）降低。在N0條件下，NUE較高品種為新冬40 號，新冬60 號，15/6317；在N1條件下，NUE 較高品種為新冬60 號，新冬57 號，新冬40號，中麥8號，12/N6166；在N2條件下，NUE較高品種為新冬60號，新冬40號，15/6317。在不同氮肥水平下，NUE 較高品種為新冬60 號，新冬40 號，15/6317；NUE降低品種為新冬22號，H12-38，15/6412，新冬46號。表3，圖1

圖1 不同氮肥條件下品種氮素利用率的聚類Fig.1 Cluster analysis of nitrogen use efficiency under different nitrogen fertilizer conditions

表3 不同小麥品種氮素利用率變化Table 3 Nitrogen use efficiency of different wheat varieties（kg/kg）

2.4 不同小麥品種氮素利用效率和氮素吸收效率

研究表明，氮素吸收和利用效率隨著施氮量的增加呈降低的趨勢。氮素吸收效率在N0條件下較高品種為新冬20 號，12/N6166；在N1條件下較高品種為新冬60 號，15/6412，新冬40 號；在N2條件下較高品種為新冬60號和新冬40號。氮素利用效率在N0條件下較高品種為新冬22號，新冬57號，新冬40號和15/6317；在N1條件下較高品種為15/6317，新冬57號；在N2條件下較高品種為邯5316，12/N6166。

在不施氮（N0）條件下新冬40 號，新冬60 號，15/6317氮素利用率較高，但氮素吸收效率和利用效率均處于高或中等水平，新冬40 號，新冬60號，15/6317在低氮條件下氮素利用率較高來自氮素吸收效率和氮素利用效率的共同作用，以氮素利用效率為主；在施氮（N1、N2）條件下新冬60 號和新冬40號氮素吸收效率高于其它品種，但其氮素利用效率并不突出，在施肥條件下新冬60號和新冬40 號高氮素利用率來自其較高氮素吸收能力，而15/6317 氮素利用率較高是氮素吸收效率和氮素利用效率的共同作用。表4

表4 不同小麥品種氮素吸收效率和氮素利用效率Table 4 The nitrogen uptake and utilization efficiencyin different wheat varieties

3 討論

選用氮高效小麥品種并加強氮肥管理是提高小麥氮素利用率的有效措施[19-20]。施氮量是影響小麥氮素吸收利用效率的重要因素。研究表明[21-22]，隨著施氮量的增加，氮素的吸收利用效率逐漸降低。郭天財等[23]認為施氮量在0～180 kg/hm2范圍內，隨施氮量的增加氮素利用率也隨之增加，超過此臨界值反而下降。研究表明，隨著施氮量的增加氮素利用率、氮素吸收效率和氮素利用效率呈降低趨勢。王曉婧[24]、趙俊曄等[25]研究也認為隨著施氮量的增加，小麥的氮吸收效率等各項指標均存在不同程度的降低。研究結果不一致可能與土壤肥力、施肥量等有關。

不同小麥品種間不僅存在顯著的氮效率差異，也存在顯著地氮素吸收和利用的差異[22，26]，即使是同一氮效率類型的冬小麥品種，其達到高氮效率的途徑亦是不同的[27-28]。氮高效品種較低效品種通常具有更高的氮吸收效率或者氮利用效率。氮高效品種較氮低效品種具有較強的低氮忍耐、氮素吸收、氮素轉運能力[17，29]。低氮條件下吸收效率和利用效率的共同影響導致了產量差異，但以利用效率為主[16]。研究也表明新冬40號，新冬60號，15/6317在低氮條件下氮素利用效率較高來自氮素吸收效率和氮素利用效率的共同作用，以氮素利用效率為主。氮高效品種達到高氮效率的途徑不同，臨麥4號通過高氮素吸收效率、泰山28 通過高氮素利用效率、魯原502 和山農25 通過氮素吸收效率和利用效率共同作用實現氮高效[8]。研究表明，新冬60號和新冬40號在不同氮肥條件下氮素利用率較高，主要是由于其氮素吸收效率較高；而15/6317 氮素利用率較高是氮素吸收效率和氮素利用效率的共同作用。童依平等[16]的研究也表明在高氮條件下主要是吸收效率的影響，利用效率的影響較小。而Gaju O 等[30]則研究表明在低氮素供應條件下，小麥產量的基因型差異主要是由氮素的吸收效率決定;而在高氮素供應條件下，小麥產量則由氮素的吸收效率和利用效率共同決定。

4 結論

隨著施氮量的增加不同品種收獲穗數、穗粒數增加，千粒重降低，氮素積累量和產量增加；氮素利用率、氮素吸收效率和氮素利用效率隨著施氮量的增加而降低。氮素利用率較高品種為新冬40號，新冬60號，15/6317。氮高效品種達到高氮效率的途徑不同，在不施氮（N0）條件下新冬40號，新冬60號，15/6317氮素利用率高主要是氮素吸收效率和氮素利用效率的共同作用，以氮素利用效率為主；在施氮條件下新冬60 號和新冬40號在氮素利用率高來自其較高氮素吸收效率，而15/6317 氮素利用率較高是氮素吸收效率和氮素利用效率的共同作用。