不同年代冬小麥品種的產(chǎn)量和磷生理效率對(duì)土壤肥力水平的響應(yīng)

黃　芳，韓曉宇，王　崢，楊學(xué)云，張樹(shù)蘭

（西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，農(nóng)業(yè)部西北植物營(yíng)養(yǎng)與農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西楊凌 712100）

不同年代冬小麥品種的產(chǎn)量和磷生理效率對(duì)土壤肥力水平的響應(yīng)

黃芳，韓曉宇，王崢，楊學(xué)云，張樹(shù)蘭*

（西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，農(nóng)業(yè)部西北植物營(yíng)養(yǎng)與農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西楊凌 712100）

【目的】本研究利用長(zhǎng)期施肥定位試驗(yàn)構(gòu)建的不同土壤肥力梯度，探索陜西關(guān)中地區(qū)小麥品種演替過(guò)程中產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成因素以及磷生理效率的變化，以期了解品種演替對(duì)土壤肥力水平以及磷效率的響應(yīng)，為今后品種選育提供參考?！痉椒ā块L(zhǎng)期試驗(yàn)包括 7 個(gè)處理，分別為不施肥處理（CK）、單施兩個(gè)水平有機(jī)肥處理（M1和 M2）、兩個(gè)水平有機(jī)肥與兩個(gè)水平無(wú)機(jī)肥配施處理（M1N1P1、M1N2P2、M2N1P1、M2N2P2）。小麥品種為小偃6號(hào)（80年代）、小偃22（90年代末）以及西農(nóng) 979（當(dāng)前品種）?！窘Y(jié)果】小麥品種演替過(guò)程中單產(chǎn)水平逐步提高，同時(shí)小麥產(chǎn)量隨著土壤肥力水平提高呈顯著增加趨勢(shì)；品種更替的增產(chǎn)效應(yīng)主要反映在高肥力土壤上（有機(jī)無(wú)機(jī)配施的 4 個(gè)處理），而在低肥力（CK、M1、M2）土壤上品種更替產(chǎn)量差異不顯著。小麥品種演替過(guò)程中，在低肥力情況下穗數(shù)表現(xiàn)為 90年代末的小偃22 低于 80年代的小偃6號(hào)，而當(dāng)前品種西農(nóng) 979 又高于小偃6號(hào)的趨勢(shì)；但在高肥力情況下隨品種演替穗數(shù)基本呈現(xiàn)為增加的趨勢(shì)。在低肥力情況下隨品種演替穗粒數(shù)的變化不一致，而在高肥力情況下穗粒數(shù)隨品種演替基本呈增加的趨勢(shì)。隨著品種演替，無(wú)論在高肥力還是低肥力情況下，千粒重均呈逐漸增加的趨勢(shì)。三個(gè)品種的穗數(shù)、穗粒數(shù)以及千粒重均隨土壤肥力水平提高以及養(yǎng)分投入增加而呈增加的趨勢(shì)。隨著品種更替，無(wú)論高肥力還是低肥力土壤 100 kg 小麥需磷量均呈下降趨勢(shì)，具體為小偃6號(hào)＞西農(nóng) 979＞小偃22號(hào)；不過(guò)低肥力土壤的 100 kg 需磷量高于高肥力土壤。隨品種的演替，無(wú)論高肥力土壤還是低肥力土壤磷生理效率均呈現(xiàn)升高的趨勢(shì)，但是高肥力土壤的磷生理效率高于低肥力土壤?！窘Y(jié)論】陜西關(guān)中地區(qū)隨品種更替小麥單產(chǎn)逐漸提高，其中西農(nóng) 979 單產(chǎn)的提升是由于穗數(shù)和千粒重的提高，而小偃22號(hào)單產(chǎn)的提升則由于穗粒數(shù)和千粒重的提高。品種更替在低肥力土壤上并沒(méi)有表現(xiàn)出產(chǎn)量及磷效率的優(yōu)勢(shì)，在高肥力土壤上表現(xiàn)出產(chǎn)量及磷效率的協(xié)同提高。因此，品種更替對(duì)土壤肥力水平的要求更高，土壤培肥以及定向育種的有機(jī)結(jié)合是實(shí)現(xiàn)陜西關(guān)中小麥高產(chǎn)高效、可持續(xù)發(fā)展的有效方略。

塿土；小偃6號(hào)；小偃22號(hào)；西農(nóng) 979；產(chǎn)量構(gòu)成因素

小麥也是我國(guó)最重要的口糧之一，小麥產(chǎn)業(yè)發(fā)展直接關(guān)系到我國(guó)的糧食安全和社會(huì)穩(wěn)定。小麥單產(chǎn)的提高受到很多因素的影響，品種改良是其中的一個(gè)重要因素［1］。國(guó)內(nèi)外有關(guān)試驗(yàn)都證明，在小麥單產(chǎn)的提高中，品種的作用占 40%～50%［2］。建國(guó)以來(lái)，我國(guó)不同地區(qū)小麥品種經(jīng)歷了 6～8次較大規(guī)模品種更換，同時(shí)在陜西也經(jīng)歷了6次大規(guī)模的品種更替，小麥產(chǎn)量逐步提高。錢(qián)曼懋等［3］對(duì)建國(guó)以來(lái)北部冬麥區(qū) 48 個(gè)品種的研究表明，以解放時(shí)期種植的地方品種產(chǎn)量為基數(shù)，50年代的品種產(chǎn)量提高了24.4%，60年代提高了 20.4%，70年代提高了39.1%，80年代提高了 46.3%。耿志訓(xùn)等［4］研究認(rèn)為，在陜西武功1950～1980年30年間，品種改進(jìn)的作用平均占增產(chǎn)的 42.8%，每年因品種改進(jìn)的增產(chǎn)率為 1.4%；在 1950～1965年、1965～1973年和1973～1980年間，品種改進(jìn)增產(chǎn)率分別為 30.6% 和47.6% 和 58.8%。那么，品種演替這種增產(chǎn)趨勢(shì)在不同肥力水平土壤上的表現(xiàn)如何，以往研究甚少。

小麥品種改良對(duì)作物產(chǎn)量提高有很大的貢獻(xiàn)。那么品種演替過(guò)程中對(duì)養(yǎng)分效率，如磷效率如何影響？盡管一些研究表明不同小麥品種磷素利用效率存在較大差異［5-8］，這種品種間的差異不但存在于低磷和高磷水平間，而且也存在于同一磷水平內(nèi)［9］。然而關(guān)于品種更替增產(chǎn)下磷效率，如磷生理效率如何變化，還鮮見(jiàn)報(bào)道。上世紀(jì) 80年代以前，我國(guó)大多數(shù)土壤均表現(xiàn)為缺磷；80年代之后，大量施入磷肥顯著提高了作物產(chǎn)量，而磷肥過(guò)多投入不但使磷素在土壤中大量累積，還會(huì)造成作物對(duì)磷素的奢侈吸收［10］。另外，世界范圍內(nèi)磷礦資源短缺，多個(gè)研究預(yù)測(cè)磷資源持續(xù)利用時(shí)間約 100 多年［11-12］。因此，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中磷高效利用顯得極為重要，磷高效品種的育成對(duì)于緩解磷礦消耗尤為重要［13］。那么了解小麥育種歷程中磷生理效率變化有助于為育種學(xué)家未來(lái)育種提供借鑒。

小麥?zhǔn)顷兾魇〉闹饕Z食作物之一，關(guān)中平原是陜西乃至我國(guó)高產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)的小麥生產(chǎn)區(qū)域之一［14］，也是小麥品種改良和小麥良種繁供的傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)基地之一［15］。為了了解該區(qū)域小麥品種更替增產(chǎn)過(guò)程中對(duì)土壤肥力水平的響應(yīng)以及磷生理效率的變化，本文利用長(zhǎng)期施肥定位試驗(yàn)構(gòu)建的不同土壤肥力梯度，來(lái)研究陜西關(guān)中地區(qū)小麥品種演替過(guò)程中產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成因素以及磷生理效率的變化特征。

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)地概況

本試驗(yàn)在“國(guó)家黃土肥力和肥料效益監(jiān)測(cè)基地”進(jìn)行，基地位于黃土高原南部的陜西省關(guān)中平原楊凌示范區(qū)（34°17′51″N，108°00′48″E，海拔 534 m）。供試土壤為塿土（旱耕土墊人為土），黃土母質(zhì)。試驗(yàn)點(diǎn)的年平均氣溫 13℃，年降水量 550 mm，且降水主要集中在 6～9 月份。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

小麥-玉米輪作長(zhǎng)期定位試驗(yàn)開(kāi)始于 1980年秋，試驗(yàn)設(shè)氮、磷化肥以及有機(jī)肥各 3 個(gè)水平，共 9個(gè)處理，隨機(jī)區(qū)組排列，每個(gè)處理3次重復(fù)。本研究涉及其中 7 個(gè)施肥處理，具體施肥量見(jiàn)表1，M 代表牛糞，牛糞中氮、磷、鉀含量多年均值分別為23.42、10.07、11.77 g/kg。小麥和玉米化肥用量相同，有機(jī)肥只在小麥季施用，不同處理在一定程度上反映了不同土壤肥力水平，2013年6 月冬小麥?zhǔn)斋@后的土壤基本化學(xué)性質(zhì)見(jiàn)表2。2013年冬小麥季，不同施肥處理分別種植了關(guān)中平原 80年代主栽品種小偃6號(hào)、90年代末小偃22 以及近年來(lái)育成的西農(nóng) 979。每個(gè)小區(qū)種植 24 行小麥，每個(gè)品種每區(qū)種植 8 行，行距為 25 cm，小區(qū)面積 30 m2（6 m×5 m），不同品種在播種時(shí)基于發(fā)芽率以及千粒重的估算，保證品種間基本苗數(shù)一致，播種日期為 2013年10月6日，收獲日期為 2014年6月9日。小麥生育期間進(jìn)行冬灌一次，灌水量 90 mm。

表1　冬小麥/夏玉米輪作體系試驗(yàn)處理與施肥量Table 1　Treatments and rates of fertilizers in the winter wheat-summer maize cropping system

表2　33年長(zhǎng)期定位試驗(yàn)后不同肥料處理土壤（0?20 cm）化學(xué)性質(zhì)Table 2　Some soil chemical properties（0-20 cm）after 33-years different fertilizer treatments

1.3樣品采集與測(cè)定

小麥成熟時(shí)每小區(qū)各品種收獲約 2.0 m2，風(fēng)干、脫粒測(cè)定生物量以及籽粒產(chǎn)量。同時(shí)每小區(qū)每個(gè)品種選取 2 個(gè) 1 m 行測(cè)定穗數(shù)，并從中隨機(jī)取 10 株測(cè)定穗粒數(shù)以及千粒重。

每個(gè)小區(qū)每個(gè)品種選取小麥秸稈（包括葉）以及籽粒，進(jìn)行全磷分析。全磷測(cè)定采用 H2SO4-H2O2消化，鉬銻抗比色法測(cè)定。

1.4數(shù)據(jù)分析

小麥磷素吸收量、生產(chǎn) 100 kg 小麥需磷量以及磷生理效率計(jì)算公式如下：

小麥吸磷量（kg/hm2）=秸稈生物量×秸稈磷濃度+籽粒產(chǎn)量×籽粒磷濃度

100 kg 小麥籽粒需磷量（kg）=植株吸磷量/產(chǎn)量×100

磷生理效率（kg/kg）=（施磷區(qū)產(chǎn)量-不施肥區(qū)產(chǎn)量）/（施磷區(qū)地上部植株吸磷量-不施肥區(qū)地上部植株吸磷量）

對(duì)不同施肥處理或小麥品種間的產(chǎn)量以及其它指標(biāo)進(jìn)行了單因素以及雙因素方差分析，方差分析達(dá)顯著水平后，采用 LSD 法進(jìn)行多重比較。數(shù)據(jù)采用 SPSS（V20.0）軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2　結(jié)果與分析

2.1不同土壤肥力梯度下冬小麥籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

由表3看出，隨著品種更替 3 個(gè)小麥品種平均產(chǎn)量分別為 3544 kg/hm2（小偃6號(hào)），4950 kg/hm2（小偃22號(hào)）和 4896 kg/hm2（西農(nóng) 979），其中小偃6號(hào)顯著低于小偃22號(hào)和西農(nóng) 979。同一施肥處理品種演替的產(chǎn)量變化與總趨勢(shì)不同，如長(zhǎng)期不施肥（CK）的瘠薄土壤以及長(zhǎng)期施用高量有機(jī)肥（M2），品種更替產(chǎn)量變化不明顯；而長(zhǎng)期施用低量有機(jī)肥處理（M1），小偃6號(hào)產(chǎn)量顯著低于小偃22號(hào)，西農(nóng) 979與前兩者差異不顯著；長(zhǎng)期有機(jī)肥配合化肥（MNP處理）的高肥力土壤，小偃6號(hào)產(chǎn)量均顯著低于西農(nóng)979 和小偃22號(hào)，后兩者差異不顯著。

表3　不同土壤肥力下不同品種小麥籽粒產(chǎn)量（kg/hm2）Table 3　Grain yields of wheat under different soil fertility levels

不同施肥處理小麥平均產(chǎn)量范圍為 1213～6228 kg/hm2（表3），施肥處理較 CK 增產(chǎn) 154%～413%。從不同品種對(duì)土壤肥力的響應(yīng)可以看出，小偃6號(hào)產(chǎn)量變化范圍為 1106～4886 kg/hm2，與 CK 處理相比，施肥的增產(chǎn)幅度為 134%～342%，其中高肥的增產(chǎn)幅度為 307%，低肥的增產(chǎn)幅度為 157%。小偃22號(hào)產(chǎn)量變化范圍為 1479～6651 kg/hm2，與 CK 處理相比，施肥的增產(chǎn)幅度為 146%～350%，其中高肥的增產(chǎn)幅度為 337%，低肥的增產(chǎn)幅度為 147%。西農(nóng) 979 產(chǎn)量變化范圍為 1056～7503 kg/hm2，與 CK處理相比，施肥增產(chǎn)幅度為 183%～611%，其中高肥增產(chǎn)幅度為 538%，低肥增產(chǎn)幅度為 196%。綜合以上結(jié)果可以看出，西農(nóng) 979 隨土壤肥力提高產(chǎn)量增幅最大，其次是小偃22號(hào)，最小為小偃6號(hào)；同時(shí)，高肥力水平下小麥產(chǎn)量增幅明顯大于低肥力水平下。

表4表明，不考慮土壤肥力條件隨著品種更替小麥平均穗數(shù)西農(nóng) 979 顯著高于小偃22號(hào)和小偃6號(hào)，后二者穗數(shù)相似。進(jìn)一步分析同一肥力梯度下品種間的穗數(shù)差異，結(jié)果顯示除了 M1N1P1 處理小偃6號(hào)顯著低于其它兩個(gè)品種之外，其它處理 3 個(gè)品種間均無(wú)顯著差異，但各處理均為西農(nóng) 979 穗數(shù)最高（表4）。

不考慮品種時(shí)，不同肥力梯度的小麥穗數(shù)有顯著差異，其中 M1N2P2、M2N1P1、M2N2P2 處理顯著高于 M1N1P1 處理，M1N1P1 處理顯著高于 M2處理，M2 處理顯著高于 M1 處理，M1 處理顯著高于 CK 處理。從不同品種對(duì)土壤肥力的響應(yīng)可以看出，3 個(gè)品種隨土壤肥力提高穗數(shù)均有增加趨勢(shì)（表4）。

表4　不同肥力下土壤小麥穗數(shù)（×104No./hm2）Table 4　Spike number of wheat under different soil fertility levels

表5表明，不考慮土壤肥力條件隨著品種更替平均穗粒數(shù)為小偃22號(hào)顯著高于小偃6號(hào)和西農(nóng)979，后二者穗粒數(shù)相似。長(zhǎng)期不施肥處理（CK），西農(nóng) 979 顯著低于其它兩個(gè)品種；低肥力條件下，小偃22號(hào)穗粒數(shù)顯著高于其它兩個(gè)品種；M1N1P1、M2N1P1 和 M2N2P2 三個(gè)處理中，3 個(gè)品種間沒(méi)有顯著差異； M1N2P2 處理小偃6號(hào)穗粒數(shù)顯著低于其他兩個(gè)品種。

不考慮品種時(shí)，不同肥力處理間穗粒數(shù)存在顯著差異（表5），其中 M1N1P1、M2N2P2、M2、M1N2P2 處理顯著高于 M2N1P1 處理，所有施肥處理均高于不施肥處理。3 個(gè)品種隨土壤肥力提高穗粒數(shù)有增加趨勢(shì)，但是每個(gè)品種具體處理間變化趨勢(shì)不盡一致。

表5　不同肥力土壤小麥穗粒數(shù)（grain/spike）Table 5　Grain number of wheat under different soil fertility levels

表6表明，不考慮土壤肥力條件隨著品種更替千粒重顯著提高。進(jìn)一步分析同一肥力梯度下品種間的千粒重差異，除 M2N1P1 處理三個(gè)品種間千粒重顯著不同外，其它處理幾乎均表現(xiàn)為小偃6號(hào)顯著低于小偃22號(hào)和西農(nóng) 979，后兩者無(wú)顯著差異。

不考慮品種時(shí)不同肥力梯度間千粒重差異顯著，其中 M1N1P1、M1N2P2、M2N2P2 顯著高于M1，施肥處理顯著高于不施肥。進(jìn)一步分析不同品種對(duì)土壤肥力的響應(yīng)（表6），3 個(gè)不同品種隨土壤肥力提高千粒重有增加趨勢(shì)。

表6　不同肥力土壤小麥千粒重（g）Table 6　1000 grain weight of wheat under different soil fertility levels

2.2不同肥力水平下不同品種冬小麥百公斤產(chǎn)量需磷量

表7顯示，不考慮土壤肥力條件，隨著品種更替平均 100 kg 產(chǎn)量需磷量為小偃6號(hào)顯著高于西農(nóng)979，西農(nóng) 979 顯著高于小偃22號(hào)。進(jìn)一步分析不同肥力梯度下品種間差異（表7），除 M2N1P1 處理之外，其它處理品種更替 100 kg 產(chǎn)量需磷量變化與總演變趨勢(shì)均不同。

表7　不同肥力土壤生產(chǎn) 100 kg 小麥需磷量（kg）Table 7　Phosphorus uptake for producing 100 kg wheat grain under different soil fertility levels

不考慮品種時(shí)，不同肥力處理間 100 kg 產(chǎn)量需磷量存在顯著差異，其中 M2 處理顯著高于其它處理，M1 處理顯著高于 M1N2P2，施肥處理均顯著高于不施肥處理。進(jìn)一步分析不同品種對(duì)土壤肥力的響應(yīng)，發(fā)現(xiàn) 3 個(gè)品種隨土壤肥力變化趨勢(shì)大體為：低肥力 100 kg 需磷量高于高肥力，施肥處理 100 kg需磷量高于不施肥處理（表7）。

2.3不同肥力水平下小麥品種磷生理效率

圖1A 顯示不考慮土壤肥力條件隨著品種更替磷生理效率為 151 kg/kg（小偃6號(hào)）、201 kg/kg（小偃22號(hào)）和 189 kg/kg（西農(nóng) 979），其中小偃6號(hào)顯著低于小偃22號(hào)和西農(nóng) 979。

在不考慮品種時(shí)，不同施肥處理間磷生理效率變化范圍為 128～197 kg/kg（圖1B），其中高肥土壤的磷生理效率顯著高于低肥力土壤。

圖1　不同年代小麥品種和不同土壤肥力下磷生理效率Fig.1　P physiological efficiencies of wheat cultivars released in different decades and at different soil fertility levels

［注（Note）：柱上不同的小寫(xiě)字母表示品種間或施肥處理間磷生理效率差異達(dá)0.05的顯著水平Different small letters above the bars indicate significant differences between wheat cultivars or fertilized treatments at 0.05 level.］

從不同品種對(duì)土壤肥力的響應(yīng)可以看出（圖2），小偃22號(hào)在低肥力土壤 M1 處理下磷生理效率顯著高于其它兩個(gè)品種，而 M2 處理品種間差異不顯著；高肥力土壤不同處理下品種間差異顯著性不一致，其中 M1N1P1、M2N1P1、M2N2P2 處理小偃22最高，西農(nóng)979次之，小偃6號(hào)最低，而 M1N2P2處理隨著品種更替磷生理效率呈逐漸增高的趨勢(shì)。另外，3 個(gè)品種的磷生理效率均是隨著土壤肥力水平提高以及施肥量增加呈增加的趨勢(shì)，線性增加斜率為西農(nóng) 979＞小偃22＞小偃6，其中西農(nóng) 979 為顯著的增加趨勢(shì)。但就高肥土壤而言，隨著施肥量增加 3個(gè)品種磷生理效率均沒(méi)有明顯的變化。

圖2　不同土壤肥力下不同年代小麥品種的磷生理效率Fig.2　P physiological efficiencies of wheat cultivars released in different decades under different soil fertility levels

3　討論

3.1不同土壤肥力下不同品種冬小麥產(chǎn)量

本試驗(yàn)結(jié)果表明，小麥演替過(guò)程中單產(chǎn)水平逐步提高，這與其他研究結(jié)果一致［16-17］。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，西農(nóng) 979 單產(chǎn)的提升主要由于穗數(shù)和千粒重的提高，而小偃22號(hào)單產(chǎn)的提升主要由于穗粒數(shù)和千粒重的提高。李維平［18］研究表明，隨著陜西省品種演變，千粒重顯著增加，而穗粒數(shù)因地而異。田中偉［19］的結(jié)果表明，隨著品種改良進(jìn)程，小麥穗粒數(shù)和千粒重顯著增加，而單位面積穗數(shù)相對(duì)穩(wěn)定。孟凡華和福德平［20］的研究表明，隨著北京市小麥品種的更替，穗數(shù)和穗粒數(shù)變化不大，千粒重的增幅較大，對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)最大。因此，品種演替過(guò)程中千粒重增加是單產(chǎn)增加的一個(gè)共同特征，而穗數(shù)以及穗粒數(shù)的變化不同的品種表現(xiàn)不盡一致。

小麥產(chǎn)量不僅與品種有關(guān)，同時(shí)還受土壤肥力水平的影響［21-22］。本試驗(yàn)研究表明，小麥產(chǎn)量隨著土壤肥力水平提高以及施肥量增加而顯著增加，不過(guò)小偃6號(hào)的增產(chǎn)幅度小于小偃22，西農(nóng) 979 增產(chǎn)幅度最高。另外，品種更替在低肥力土壤上（CK、M1和 M2）沒(méi)有體現(xiàn)增產(chǎn)，而在高肥力土壤上（MNP 處理）顯著增產(chǎn)。樊虎玲［17］在陜西小麥品種性狀演變研究中表明，不施肥條件下品種間產(chǎn)量差異顯著，其結(jié)果與本文不施肥處理結(jié)果不同。這可能是由于本試驗(yàn)不施肥與樊虎玲試驗(yàn)中不施肥存在著本質(zhì)不同，本試驗(yàn)是長(zhǎng)期不施肥土壤，而后者是當(dāng)季不施肥，土壤本身肥力水平還較高。這也表明品種演替沒(méi)有提高適應(yīng)瘠薄土壤的能力，而保持了適應(yīng)性。昝亞玲等［23］的研究也表明，隨養(yǎng)分投入水平的提高，小麥產(chǎn)量明顯增加，高產(chǎn)品種對(duì)養(yǎng)分投入的敏感程度明顯高于低產(chǎn)品種。這些結(jié)果也間接反映了現(xiàn)代育種優(yōu)越的土壤養(yǎng)分環(huán)境。這也意味著為了小麥高產(chǎn)，培育高肥力土壤十分重要。但是我國(guó)中低產(chǎn)田面積超過(guò) 50%，小麥育種應(yīng)該充分考慮中低肥力土壤的現(xiàn)狀，進(jìn)而培育高產(chǎn)品種，這將有助于全面提升糧食總產(chǎn)水平，滿足人口日益增加對(duì)糧食的需求。

3.2不同肥力水平下不同品種冬小麥百公斤產(chǎn)量需磷量

100 kg 小麥產(chǎn)量需磷量在一定程度上反映了品種對(duì)養(yǎng)分的依賴(lài)性或者利用土壤養(yǎng)分的能力（如不施肥情況）。本試驗(yàn)中小麥的 100 kg 籽粒產(chǎn)量需磷量介于 0.34～0.68 kg。這與其他研究［24］報(bào)道的 0.40～0.65 kg范圍相似。在長(zhǎng)期不施肥處理（CK）中，隨著小麥品種的更替，100 kg 籽粒需磷量在品種間沒(méi)有顯著差異，說(shuō)明品種更替不能改善貧瘠土壤中的磷素利用。在施肥情況下，小偃6號(hào) 100 kg 需磷量顯著高于其他兩個(gè)品種，表明品種演替在一定程度上減少了磷素需求，尤其是小偃22 表現(xiàn)明顯。本試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，施肥處理 100 kg 小麥需磷量均顯著高于長(zhǎng)期不施肥處理，但是隨著土壤肥力水平提高 100 kg 小麥需磷量呈降低的趨勢(shì)。有研究表明，旱作小麥 100 kg籽粒需磷量隨施磷量增加先增加后降低［25］。樊虎玲［17］也曾報(bào)道小偃6號(hào) 100 kg 需磷量顯著高于小偃22號(hào)，并且隨著施肥量的提高 100 kg 小麥需磷量呈降低的趨勢(shì)。張鵬等［26］在陜西關(guān)中的戶縣、周至和扶風(fēng)的研究結(jié)果也顯示，西農(nóng) 979 隨著產(chǎn)量水平的增加，每形成 100 kg 籽粒時(shí)冬小麥磷攜出量呈降低趨勢(shì)。這表明無(wú)論是 80年代品種還是當(dāng)前品種均不存在磷素奢侈吸收累積。但是，昝亞玲等［27］報(bào)道在雨養(yǎng)條件下小偃22號(hào)隨施氮量增加，百公斤籽粒需磷量降低，而在一定氮水平下隨施磷量增加，百公斤籽粒需磷量增加。這一結(jié)果與上述結(jié)果的差異性可能與干旱條件下植物抗旱性反應(yīng)有關(guān)。

3.3不同肥力水平下不同品種冬小麥磷生理效率

小麥磷效率可以表示為磷當(dāng)季利用率、磷偏生產(chǎn)力、磷農(nóng)學(xué)效率以及磷生理效率等［28］，其高低主要與小麥品種和環(huán)境條件（如土壤、氣候條件和栽培耕作制度等）有關(guān)［29］。磷生理效率是小麥吸收 1 公斤外源磷生產(chǎn)小麥的公斤數(shù)。張福鎖等［30］總結(jié)了全國(guó)糧食主產(chǎn)區(qū)進(jìn)行的 1333 個(gè)田間試驗(yàn)，結(jié)果顯示小麥磷生理效率平均為 67.8 kg/kg，遠(yuǎn)低于本文研究的128～197 kg/kg。一般而言，磷生理效率是施磷區(qū)與不施磷區(qū)產(chǎn)量差除以施磷區(qū)與不施磷區(qū)吸磷量差。而本試驗(yàn)設(shè)計(jì)沒(méi)有單獨(dú)施磷的對(duì)照處理，用不施肥區(qū)作為對(duì)照，而施肥區(qū)的氮水平也有梯度，再加上配合了不同水平的有機(jī)肥。本文磷生理效率按照施肥區(qū)產(chǎn)量減去不施肥區(qū)的產(chǎn)量除以施肥區(qū)吸磷量減去不施肥區(qū)吸磷量來(lái)計(jì)算。由于本試驗(yàn)是長(zhǎng)期試驗(yàn)，不施肥區(qū)產(chǎn)量很低，因此，磷生理效率結(jié)果會(huì)偏高。不過(guò)本文磷生理效率的結(jié)果偏高是一個(gè)系統(tǒng)水平，這并不影響對(duì)品種演替的評(píng)估。

本研究顯示，隨著品種更替磷生理效率呈現(xiàn)小偃22＞西農(nóng) 979＞小偃6號(hào)的趨勢(shì)，說(shuō)明品種演替提高了磷效率，這與高產(chǎn)品種養(yǎng)分吸收利用能力高于低產(chǎn)品種的結(jié)果報(bào)道相一致［31］。王樹(shù)亮等［5］研究山東省不同時(shí)期 30 個(gè)主推品種的磷素利用效率（籽粒產(chǎn)量/植株總吸磷量）的結(jié)果也表明，高肥力和低肥力土壤下不同小麥品種間磷素利用效率隨著品種更替有增加的趨勢(shì)。陽(yáng)顯斌等［8］研究發(fā)現(xiàn)，不同基因型小麥品種磷素利用效率差異較大，磷素利用效率高的品種具有較高的籽粒生產(chǎn)能力，且其磷素再利用能力也高于低效品種。本研究結(jié)果還顯示，品種更替過(guò)程中表現(xiàn)出高肥土壤磷生理效率顯著高于低肥力土壤。這與宋慶杰等［32］和何文壽［33］報(bào)道的結(jié)果相似。而王樹(shù)亮等［5］在不同肥力水平土壤充足養(yǎng)分供應(yīng)條件下發(fā)現(xiàn)，高肥力下品種平均磷素利用效率低于低肥力土壤。這一結(jié)果與本文不同的原因可能是養(yǎng)分投入水平的差異。就本文高肥土壤而言，隨著施肥量增加不同年代的小麥品種磷生理效率變化不明顯，表明合理施用磷肥對(duì)磷高效的重要性，過(guò)量施磷會(huì)造成資源浪費(fèi)以及潛在的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。

4　結(jié)論

陜西關(guān)中小麥品種更替單產(chǎn)水平逐步提高主要體現(xiàn)在高肥土壤上，單產(chǎn)提高主要與千粒重增加有關(guān)；此外，小偃22 還與穗粒數(shù)增加有關(guān)，而西農(nóng)979 與穗數(shù)增加有關(guān)。隨著品種更替、土壤肥力水平提升以及養(yǎng)分投入增加，100 kg 小麥磷素需求量下降，磷生理效率增加，說(shuō)明品種演替在高肥土壤上不僅單產(chǎn)逐漸提高，而且養(yǎng)分利用效率不斷增加，即現(xiàn)代品種體現(xiàn)了高產(chǎn)高效的特征。但在低肥力土壤上，品種演替的上述優(yōu)勢(shì)特征沒(méi)有體現(xiàn)。因此，土壤培肥以及定向育種的有機(jī)結(jié)合是實(shí)現(xiàn)陜西關(guān)中小麥高產(chǎn)高效、可持續(xù)發(fā)展的有效方略。

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Responses of grain yield and phosphorus physiological efficiency of wheat cultivars released in different decades to soil fertility levels

HUANG Fang，HAN Xiao-yu，WANG Zheng，YANG Xue-yun，ZHANG Shu-lan*
（College of Resources and Environment， Northwest A&F University/ Key Laboratory of Plant Nutrition and the Agro-environment in Northwest China， Ministry of Agriculture， Yangling， Shannxi 712100， China）

【Objectives】In order to understand the responses of yield and phosphorus efficiency of winter wheat cultivar improvement to various soil fertility levels， we investigated grain yield， yield components and phosphorus physiological efficiency of winter wheat cultivars released in 1980s， 1990s and recent years under different soil fertility levels， which have been built up in a long-term fertilization experiment on manural loess soil in Guanzhong Plain， Shaanxi province， China.【Methods】 The long-term experiment included seven treatments，control（CK， no nutrient input）， two doses of manure amendment（M1 and M2）， the integrated application of manure and chemical fertilizers of nitrogen（N）and phosphorus（P）， and both at two doses（M1N1P1， M1N2P2，M2N1P1 and M2N2P2）. The tested winter wheat cultivars were named as Xiaoyan 6（extensively grown cultivar in 1980s）， Xiaoyan 22（extensively grown cultivar in 1990s）and Xinong 979（cultivar in recent years）.【Results】The wheat yields generally showed a tendency of progressive increase with the improvement of cultivar， and were significantly enhanced with the increase of soil fertility regardless of cultivars. Nevertheless， the pronounced yield increases due to cultivar improvement were only observed on soils with high fertility such as the MNP treatments， while the yield benefit was minor on low fertility soils（e.g. CK， M1 and M2 treatments）. During the cultivar development process， under the lower soil fertility condition spike number per unit area of cultivar Xiaoyan 6 was higher than that of cultivar Xiaoyan 22， and the current cultivar Xinong 979 yielded the highest spike number. However， under the high soil fertility， the spike number per unit area tended to be increased with the cultivar improvement. In addition， the grain number per spike showed an inconsistent trend with the cultivar development under the low soil fertility levels， but the general increasing trend was detected under high soil fertility levels. The 1000 grains weight showed an increasing trend with the improvement of cultivars at all tested fertilizer treatments. Similar to the grain yield， the increases in soil fertility and/or nutrients input also enhanced the spike number per unit area， grain number per spike and the weight of 1000 grains， respectively， regardless of cultivars. The phosphorus requirement for producing 100 kg wheat grain decreased with the cultivar improvement whatever the soil fertility level is， with an order of Xiaoyan 6＞Xinong 979＞Xiaoyan 22， and the phosphorus requirement under high fertility soils was lower than that under low fertility soils. The P physiological efficiency improved with the cultivar improvement irrespective of soil fertility， and the P physiological efficiency under high fertility soils was higher than that under low fertility soils.【Conclusions】Wheat yield gradually increased with the cultivar improvement in Guanzhong Plain， Shaanxi province， which manifested by the increases in the weight of 1000 grains and spike number per unit area for cultivar Xinong 979， and in grain number per spike and weight of 1000 grains for cultivar Xiaoyan 22. However， the synergistic increases in the yield and P efficiency as a result of the cultivar improvement can be made full use only on high fertility soils. Hence， it is necessary to improve soil fertility to match the feature of current wheat cultivar on one hand， meanwhile wheat breeding should take the adaptation of new cultivars to the low soil fertility into consideration to fully explore yield potential of a given cultivar on the other hand in the region.

Lou soil； Xiaoyan 6； Xiaoyan 22； Xinong 979； yield components

S512；S502

A

1008-505X（2016）05-1222-10

2015-09-10接受日期：2015-12-04

日期：2016-04-01

國(guó)家公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專(zhuān)項(xiàng)（201203030）資助。

黃芳（1990—），女，內(nèi)蒙古化德縣人，碩士研究生，主要從事植物營(yíng)養(yǎng)方面的研究。E-mail：18829785684@163.com

Tel：029-87088120，E-mail：zhangshulan@nwsuaf.edu.cn