不同生態(tài)條件下品種和施氮量對冬小麥產(chǎn)量及氮肥利用效率的影響

張美微, 謝旭東, 王晨陽, 馬 耕,盧紅芳, 周國勤, 謝迎新,馬冬云

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院, 河南鄭州 450002; 2.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所, 河南鄭州 450002;3.河南省信陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)院, 河南信陽 464000)

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不同生態(tài)條件下品種和施氮量對冬小麥產(chǎn)量及氮肥利用效率的影響

張美微1,2, 謝旭東1, 王晨陽1, 馬 耕1,盧紅芳1, 周國勤3, 謝迎新1,馬冬云1

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院, 河南鄭州 450002; 2.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所, 河南鄭州 450002;3.河南省信陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)院, 河南信陽 464000)

為給河南省不同生態(tài)區(qū)域小麥氮肥高效利用提供理論依據(jù)，于2012-2013年在南陽和信陽2個地點，2013-2014年南陽、信陽和鄭州3個地點，通過田間試驗研究了施氮量對10個小麥品種產(chǎn)量和氮肥利用效率的影響。結(jié)果表明，小麥產(chǎn)量和氮肥利用效率均顯著受品種、地點和施氮水平的影響，同時顯著存在品種×地點和地點×施氮量的互作效應(yīng)；其中，品種效應(yīng)相對較小，地點對產(chǎn)量和氮肥農(nóng)學(xué)利用效率的影響較大，施氮水平對氮肥偏生產(chǎn)力的調(diào)控效應(yīng)最大。10個品種中，周麥28在各地點均獲得了較高的產(chǎn)量和氮肥偏生產(chǎn)力，表現(xiàn)出較好的適應(yīng)性。3個地點中，鄭州和南陽的小麥產(chǎn)量和氮肥偏生產(chǎn)力均顯著高于信陽，而信陽具有較高的氮肥農(nóng)學(xué)利用效率，說明適量的氮肥供給對于信陽改善小麥生產(chǎn)非常重要。增施氮肥可以顯著提高小麥產(chǎn)量，但降低了氮肥偏生產(chǎn)力和氮肥農(nóng)學(xué)利用效率，且不同地點和品種對施氮水平的響應(yīng)存在差異。綜合各品種產(chǎn)量和氮肥利用效率對施氮水平的響應(yīng)，在3個地點小麥在較低施氮水平(120 kg·hm-2)下均可達(dá)到高產(chǎn)高效的生產(chǎn)目標(biāo)，但各地點也存在需要高氮肥投入的小麥品種，如鄭州的鄭麥3596、南陽的洛麥24及信陽的西農(nóng)509和宛麥16。

冬小麥；氮肥；品種；生態(tài)條件；產(chǎn)量；氮肥利用效率

提高小麥產(chǎn)量對保障我國糧食安全具有重要的意義。氮肥施用對提高小麥分蘗成穗率、增加穗數(shù)和穗粒數(shù)作用明顯[1-2]，生產(chǎn)中為提高小麥單產(chǎn)，氮肥往往被大量投入[3]。然而，隨著施氮量的不斷增加，小麥產(chǎn)量只維持在一定的水平，并未得到進(jìn)一步的顯著提高。同時，氮肥的過量投入也造成了氮肥利用效率低、環(huán)境污染等一系列問題[4-5]。當(dāng)前，氮肥利用效率在世界范圍的平均值僅為33%[6]。在氮肥利用效率評價指標(biāo)中，氮肥農(nóng)學(xué)利用效率和氮肥偏生產(chǎn)力從作物增產(chǎn)方面反映了作物對氮素的利用情況[7]。多數(shù)學(xué)者研究認(rèn)為，氮肥農(nóng)學(xué)利用效率和氮肥偏生產(chǎn)力往往隨著施氮水平的提高而降低[7-9]，但二者還受品種和環(huán)境的顯著影響[10-12]。河南省是中國小麥的主產(chǎn)區(qū)，生產(chǎn)中種植品種多，投肥量偏大，因此在提高小麥產(chǎn)量的同時必須兼顧增加氮肥利用效率，以提高農(nóng)民種植收益。本研究以河南省及周邊省份近幾年推廣的10個小麥品種為材料，在鄭州、南陽和信陽開展不同施氮水平對小麥產(chǎn)量和氮肥利用效率影響的研究，探討不同品種產(chǎn)量和氮肥利用效率在不同生態(tài)環(huán)境下對施氮水平的響應(yīng)，以期為河南省高產(chǎn)高效小麥生產(chǎn)提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與設(shè)計

試驗于2012-2013年在南陽(內(nèi)鄉(xiāng))和信陽(羅山)2個點進(jìn)行，2013-2014年在前一年的基礎(chǔ)上增加鄭州點；以6個弱春性小麥品種(西農(nóng)509、宛麥16、洛麥24、漯麥18、鄭麥9962和偃展4110)和4個半冬性小麥品種(西農(nóng)979、鄭麥3596、鄭麥583和周麥28)為供試材料；設(shè)置了0、120、225和330 kg·hm-24個施氮水平(分別用N0～N3表示)。每點試驗采用施氮水平和品種二因素裂區(qū)設(shè)計，施氮水平為主區(qū)，品種為副區(qū)，重復(fù)3次，小區(qū)面積為12 m2。氮肥(尿素)按基追比為6∶4分別在播種前和拔節(jié)期施入；磷(P2O5)、鉀(K2O)的施用量分別為90 kg·hm-2和75 kg·hm-2，均在播種前全部作為基肥施入。信陽點前茬作物為水稻，南陽和鄭州點前茬作物為玉米。2012-2013年南陽和信陽點小麥分別于2012年10月14日和16日播種，分別于2013年5月29日和28日收獲；2013-2014年南陽、信陽和鄭州分別于2013年10月16日、17日和11日播種，分別于2014年5月28日、26日和31日收獲。各試點小麥生育期降水量和月平均氣溫見圖1，土壤特性見表1。

1.2 測定項目與方法

于成熟期各小區(qū)人工實收面積5.8 m2，自然曬干后進(jìn)行脫粒計產(chǎn)，計算單位面積籽粒產(chǎn)量、氮肥偏生產(chǎn)力(Nitrogen partial factor productivity，NPFP)和氮肥農(nóng)學(xué)利用效率(Agronomic nitrogen use efficiency，ANUE)。

氮肥偏生產(chǎn)力= 籽粒產(chǎn)量/施氮量

氮肥農(nóng)學(xué)利用效率=(施氮處理產(chǎn)量-不施氮處理產(chǎn)量)/施氮量

1.3 數(shù)據(jù)分析

測定結(jié)果使用SPSS 15.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和方差分析，處理間差異顯著性分析采用鄧肯(Duncan)多重比較法進(jìn)行。折線圖均由Excel 2007軟件完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 小麥產(chǎn)量和氮肥利用效率的方差分析

品種、地點和施氮量對小麥產(chǎn)量、氮肥農(nóng)學(xué)利用效率和氮肥偏生產(chǎn)力均有顯著的影響；在各因子中，地點對產(chǎn)量和氮肥農(nóng)學(xué)利用效率的影響最大，施氮量對氮肥偏生產(chǎn)力的調(diào)控效應(yīng)最大；而品種間產(chǎn)量和氮肥利用效率的變異相對較小，兩年結(jié)果一致(表2)。此外，品種×地點和地點×施氮量互作對兩年小麥產(chǎn)量和氮肥效率均有顯著的影響；而品種×施氮量的互作效應(yīng)在2個年度間存在差異：2012-2013年度品種×施氮量互作顯著影響產(chǎn)量和氮肥偏生產(chǎn)力，2013-2014年度則僅對產(chǎn)量有顯著的影響。在互作影響中，以地點×施氮量對產(chǎn)量和氮肥利用效率的影響最大。環(huán)境對產(chǎn)量和氮肥利用效率的影響遠(yuǎn)大于基因型。

圖1 2012-2014年不同試驗點小麥生育期的月平均氣溫和降水量

年份Year地點Site土壤類型Soiltype有機(jī)質(zhì)Organicmatter/(g·kg-1)全氮TotalN/(g·kg-1)有效磷AvailableP/(mg·kg-1)速效鉀AvailableK/(mg·kg-1)2012-2013南陽Nanyang壤土Loam19．131．027．27164．29信陽Xinyang水稻土Paddy16．290．865．60143．712013-2014鄭州Zhengzhou壤土Loam17．500．9018．83252．60南陽Nanyang壤土Loam18．720．956．86172．35信陽Xinyang水稻土Paddy16．090．875．72169．36

表2 小麥產(chǎn)量和氮肥利用效率在環(huán)境和品種間的方差分析

表中數(shù)據(jù)為各因子均方占總均方的比值。*：P<0.05; **:P<0.01; ns:P>0.05。

Data in the table was the percentage of total mean square. *:P<0.05; **:P<0.01; ns:P>0.05.

2.2 地點和品種間小麥產(chǎn)量和氮肥利用效率的差異

小麥產(chǎn)量和氮肥利用效率在3個地點間存在顯著差異(表3)。產(chǎn)量和氮肥偏生產(chǎn)力均表現(xiàn)為鄭州>南陽>信陽，而氮肥農(nóng)學(xué)利用效率則表現(xiàn)為信陽>鄭州>南陽。從變異程度看，信陽點小麥產(chǎn)量在品種間的變異系數(shù)達(dá)到鄭州和南陽的3倍，說明對于小麥產(chǎn)量來說，品種的選擇在信陽更為重要。氮肥農(nóng)學(xué)利用效率的變異系數(shù)最大，產(chǎn)量最小。可見，提高小麥氮肥利用效率比增產(chǎn)更容易實現(xiàn)。生產(chǎn)中要綜合考慮產(chǎn)量和氮肥利用效率，以實現(xiàn)兩者的協(xié)同提高。

品種間產(chǎn)量和氮肥偏生產(chǎn)力在各地點均存在顯著差異；而品種間氮肥農(nóng)學(xué)利用效率在鄭州和南陽表現(xiàn)出顯著差異，而在信陽差異不顯著(表3)。周麥28、鄭麥3596和洛麥24分別在鄭州、南陽和信陽均獲得了較高產(chǎn)量，較平均值分別增加了15.1%、11.4%和6.4%。同時，這3個品種也分別在各地點獲得了較高的氮肥偏生產(chǎn)力，但其農(nóng)學(xué)利用效率相對較低。綜合10個品種在各地點的表現(xiàn)可以發(fā)現(xiàn)，周麥28在3個地點均具有較高的產(chǎn)量和氮肥偏生產(chǎn)力，且其氮肥農(nóng)學(xué)利用效率在鄭州和信陽也高于平均水平。

同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示在0.05水平上差異顯著。XN509：西農(nóng)509；WM16：宛麥16；LM24：洛麥24；LM18：漯麥18；ZM9962：鄭麥9962；YZ4110：偃展4110；XN979：西農(nóng)979；ZM3596：鄭麥3596；ZM583：鄭麥583；ZM28：周麥28。下表同。平均值后的字母為地點間多重比較結(jié)果。

Values followed by different letters within same column were significantly different at the 0.05 probability level. XN509：Xinong 509；WM16：Wanmai 16；LM24：Luomai 24；LM18：Luomai 18；ZM9962：Zhengmai 9962；YZ4110：Yanzhan 4110；XN979：Xinong 979；ZM3596：Zhengmai 3596；ZM583：Zhengmai 583；ZM28：Zhoumai 28. The same as in other tables.The letters indicate the results of multiple comparison among sites.

2.3 不同地點施氮量對各品種產(chǎn)量和氮肥利用效率的影響

增施氮肥在3個地點均顯著提高了產(chǎn)量，但各品種在不同地點對施氮量的響應(yīng)存在差異(表4)。在鄭州點，小麥品種鄭麥3596產(chǎn)量隨著施氮量的增加而顯著增加，在N3下達(dá)到最大值，較N0增加了10.5%；宛麥16、洛麥24和漯麥18則在N2下獲得最高產(chǎn)量，過多施氮(N3)對進(jìn)一步增產(chǎn)無效；西農(nóng)509、鄭麥9962、偃展4110、西農(nóng)979在各施氮處理(N1、N2和N3)下產(chǎn)量均得到顯著提高，但施氮處理間無顯著差異；而鄭麥583和周麥28產(chǎn)量隨施氮水平的提高而無顯著增加。在南陽點，10個小麥品種中，洛麥24在N3下獲得最高產(chǎn)量，較N0增加了33.4%；而周麥28受施氮量影響不顯著；其他8個品種產(chǎn)量在各施氮處理下均顯著提高，但N1、N2和N3之間無顯著差異。在信陽點，西農(nóng)509和宛麥16產(chǎn)量隨著施氮水平的提高而顯著增加，分別增產(chǎn)163.7%和152.0%；其他8個品種的產(chǎn)量在各施氮處理下均顯著提高，N1、N2和N3間無顯著差異。

由表5可見，隨施氮量的增加，3個地點各小麥品種的氮肥偏生產(chǎn)力均顯著降低，以N3最低；其中N2較N1的降幅在鄭州、南陽和信陽分別為22.7～30.1、22.1～29.0和15.5～25.7 kg·kg-1，而N3較N2的降幅分別為8.4～12.3、7.4～10.5和4.9～10.7 kg·kg-1。10個品種中，周麥28在3個地點的各施氮水平下均表現(xiàn)出較高的氮肥偏生產(chǎn)力。施氮水平對氮肥農(nóng)學(xué)利用效率的影響在品種間和地點間存在差異。在鄭州點，施氮量對宛麥16、洛麥24和鄭麥583的氮肥農(nóng)學(xué)利用效率無顯著影響，但顯著影響其他品種的氮肥農(nóng)學(xué)利用效率，其中漯麥18以N2處理最高，其余品種以N1處理最高。在南陽點，施氮量對宛麥16、洛麥24、漯麥18和偃展4110的氮肥農(nóng)學(xué)利用效率無顯著影響，其他品種氮肥農(nóng)學(xué)利用效率均隨著施氮水平提高而顯著下降。在信陽點，施氮量對各品種氮肥農(nóng)學(xué)利用效率的影響均達(dá)顯著水平。10個品種中，鄭麥9962在鄭州和南陽的不同施氮水平下均表現(xiàn)較高的氮肥農(nóng)學(xué)利用效率；而在信陽，漯麥18、鄭麥3596和西農(nóng)509分別在N1、N2和N3下表現(xiàn)出較高的氮肥農(nóng)學(xué)利用效率。

表4 施氮水平對小麥產(chǎn)量的影響

鄭州數(shù)據(jù)為2013-2014年數(shù)據(jù)；南陽和信陽數(shù)據(jù)為2012-2013和2013-2014年。兩個年度的平均值后同列中不同小寫字母表示處理間0.05水平顯著性差異。下表同。

Data of Zhengzhou came from 2012-2013 growing season,and data of Nanyang and Xinyang was the average of 2012-2013 and 2013-2014 growing seasons.Values within a column followed by different letters were significantly different among the treatments at the 0.05 probability level. The same as in table 5.

表5 施氮水平對小麥氮肥利用效率的影響

3 討 論

小麥產(chǎn)量受基因型控制[13]，也受環(huán)境和栽培措施的顯著影響[14]。李巧云等通過對河南省多個生態(tài)條件下不同小麥品種的產(chǎn)量變化的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)半冬性品種的平均產(chǎn)量明顯高于弱春性品種[15]；而環(huán)境對小麥產(chǎn)量的影響往往大于基因型差異[16]。同樣，氮肥利用效率也受基因型和環(huán)境的共同影響[17-19]。本研究表明，品種和環(huán)境(地點和氮肥水平)均對小麥產(chǎn)量和氮肥利用效率有顯著影響，其中環(huán)境效應(yīng)大于品種；產(chǎn)量受地點的影響最大，氮肥偏生產(chǎn)力受施氮水平的調(diào)控效應(yīng)最大。因此，要實現(xiàn)小麥高產(chǎn)高效的生產(chǎn)目標(biāo)，必須充分重視環(huán)境因素，特別是氮肥調(diào)控。3個地點中，鄭州和南陽的小麥產(chǎn)量和氮肥偏生產(chǎn)力均顯著高于信陽，這與當(dāng)?shù)赝寥蕾|(zhì)地、養(yǎng)分含量和前茬作物有關(guān)，體現(xiàn)了信陽稻茬麥在生產(chǎn)中的不利因素(表1)。而信陽的小麥氮肥農(nóng)學(xué)利用效率顯著高于鄭州和南陽，說明適量的氮肥供給對于改善稻茬小麥生產(chǎn)、提高產(chǎn)量具有重要作用。在品種選擇方面，周麥28表現(xiàn)出了非常好的區(qū)域適應(yīng)性，在3個地點均獲得了較高的產(chǎn)量。信陽點小麥品種間的產(chǎn)量變異系數(shù)較大，表明品種選擇在該地區(qū)更為重要。

河南省是我國小麥生產(chǎn)的主要省份。在過去的幾十年中(1949-2010年)，小麥單產(chǎn)由645 kg·hm-2提高到5 838 kg·hm-2，這種增產(chǎn)效應(yīng)不僅得益于品種改良，與氮肥投入量的增加也有密切關(guān)系[20]。前人通過大量研究表明，在一定施氮范圍內(nèi)，增加氮肥投入顯著提高了小麥產(chǎn)量，但施氮過多并不能實現(xiàn)持續(xù)增產(chǎn)[21-22]，且造成氮肥利用效率顯著下降[23]。因此，適當(dāng)降低氮肥投入量，優(yōu)化氮肥供應(yīng)，是減少氮肥損失、提高氮肥利用效率的關(guān)鍵[24]，尤其是在氮肥投入量較大的小麥高產(chǎn)區(qū)。還有研究認(rèn)為，適當(dāng)增加追氮比例[25]、實施氮肥后移，或采用分次、分層施入[26]、合理水肥運(yùn)籌[27]、地膜覆蓋[28]等措施，均能提高小麥產(chǎn)量和氮肥利用效率。本研究結(jié)果表明，氮肥投入過多對增產(chǎn)無益，且降低了氮肥偏生產(chǎn)力和氮肥農(nóng)學(xué)利用效率。但不同地點和品種對施氮量的響應(yīng)存在差異?？傮w來說，在施純氮120 kg·hm-2條件下各地點小麥即可達(dá)到高效和相對較高的產(chǎn)量目標(biāo)，但也存在一些需要高氮投入的小麥品種，如鄭州的鄭麥3596、南陽的洛麥24以及信陽的西農(nóng)509和宛麥16。因此，在小麥生產(chǎn)上，應(yīng)結(jié)合品種的需氮特性，在保證高產(chǎn)的同時適當(dāng)降低氮肥投入量，提高氮肥利用效率，達(dá)到節(jié)本增效的綜合目標(biāo)。

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Effect of Cultivar and Nitrogen Fertilizer Application on Grain Yield and Nitrogen Use Efficiency of Wheat at Different Planting Environments

ZHANG Meiwei1,2, XIE Xudong1, WANG Chenyang1, MA Geng1,LU Hongfang1, ZHOU Guoqin3, XIE Yingxin1, MA Dongyun1

(1.College of Agronomy, Henan Agricultural University, Zhengzhou, Henan 450002, China;2.The Cereal Crops Institute, Henan Academy of Agricultural Sciences, Zhengzhou, Henan 450002, China;3.Xinyang Institute of Agricultural Science, Xinyang, Henan 464000, China)

To evaluate the response of grain yield and nitrogen use efficiency of wheat to nitrogen (N) fertilizer levels in different environments, the experiment was carried out at Nanyang and Xinyang in 2012-2013, and Nanyang, Xinyang and Zhengzhou in growing season of 2013-2014, with ten wheat cultivars as materials, which were widely planted in Henan province. The results indicate that grain yield and N use efficiency were significantly influenced by cultivar, site, N levels and the interactions of cultivar × site and site × N levels. Of the three main factors, cultivar contributed relatively low effect, while site had greater effect on grain yield and agronomic nitrogen use efficiency (ANUE). N levels had the largest influence on nitrogen partial factor productivity (NPFP). Of the ten wheat cultivars, Zhoumai 28 obtained the higher grain yield and NPFP, which showed its better cultivar adaptability. Among the three sites, the wheat cultivated at Zhengzhou and Nanyang had higher grain yield and NPFP, while those at Xinyang got higher ANUE. It is indicated that added N fertilizer moderately will improve wheat production at Xinyang. Increasing N fertilizer input significantly increased grain yield, while decreased ANUE and NPFP significantly. N fertilizer level of 120 kg·hm-2could improve both grain yield and N use efficiency at three sites. However, there were some wheat cultivars which needed higher N input. For example, Zhengmai 3596 at Zhengzhou, Luomai 24 at Nanyang, Xinong 509 and Wanmai 16 at Xinyang should be applied with high N, in order to obtain high yield.

Winter wheat; Nitrogen fertilizer; Cultivar; Biological conditions; Grain yield; Nitrogen use efficiency

時間：2016-10-08

2016-04-20

2016-05-27

國家公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(201203079)；國家科技支撐計劃項目(2013BAD07B07和2015BAD26B01)；河南省小麥產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項目(S2010-01-G07)

E-mail：zhangmeiwei1986@163.com

王晨陽(E-mail：xmzxwang@163.com)

S512.1；S311

A

1009-1041(2016)10-1362-07

網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20161008.0932.030.html