小麥成熟期N、P養(yǎng)分利用效率鑒定初探

呂廣德，陳永軍，尹遜棟，吳 科，錢兆國

（泰安市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，山東泰安 271000）

0 引言

小麥?zhǔn)鞘澜缰匾募Z食作物之一，也是中國第二大口糧作物，其種植面積占中國糧食作物總種植面積的30%左右[1]。氮和磷是小麥生長發(fā)育所必需的礦質(zhì)營養(yǎng)元素，在促進(jìn)光合作用、產(chǎn)物運(yùn)輸、蛋白質(zhì)合成、氣孔運(yùn)動、增強(qiáng)抗逆性等方面發(fā)揮重要作用[2]。當(dāng)前，大部分農(nóng)田耕地的氮素和磷素的盈余量很大[3]。長期以來，小麥生產(chǎn)過程中氮磷肥施用量嚴(yán)重超出實(shí)際需求量[4]，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2016年，中國氮肥年施用量達(dá)到448.5萬t，磷肥年使用量達(dá)到200.2萬t[5]，但氮肥利用率只有21.2%～35.9%[4]，磷肥利用率更是只有15%左右[6]。高投入的氮肥和磷肥，以及不斷增加的土壤氮庫和磷庫，造成小麥養(yǎng)分利用效率低，土壤板結(jié)、功能性降低，環(huán)境污染等嚴(yán)重后果[7-9]。因此合理的減施氮肥和磷肥不僅對小麥生產(chǎn)，也對生態(tài)環(huán)境保護(hù)具有重要意義。當(dāng)前，提高氮肥和磷肥利用效率的措施有兩個，一是栽培方法的改良，例如分層施肥[10]、測土配肥[11]、水肥一體化[12]等；二是資源高效新品種的培育，篩選和利用高效種質(zhì)資源是培育資源高效型品種的基礎(chǔ)[13]。目前，小麥氮肥和磷肥高效利用種質(zhì)資源的篩選鑒定還沒有統(tǒng)一的方案和規(guī)程，均處于試驗(yàn)探索階段。本試驗(yàn)依據(jù)小麥良種攻關(guān)養(yǎng)分利用效率鑒定公式，對當(dāng)前山東省審定及推廣的品種開展養(yǎng)分利用效率鑒定試驗(yàn)，以期拓寬小麥養(yǎng)分高效利用的種質(zhì)資源，為高效小麥育種工作提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2018—2019年于泰安市農(nóng)業(yè)科學(xué)院肥城試驗(yàn)基地進(jìn)行試驗(yàn)。

本試驗(yàn)共設(shè)3個處理：對照處理(CK)、低氮處理(LN)、低磷處理(LP)。3行區(qū)，株距2 cm，行距25 cm，行長1.5 m，重復(fù)2次。正常處理按照小麥9000 kg/hm2的產(chǎn)量目標(biāo)施肥，低氮、低磷處理按照小麥6000 kg/hm2產(chǎn)量目標(biāo)分別施用相應(yīng)量的氮素和磷素，其他養(yǎng)分保持一致，施肥前測定N、P、K含量（表1）。各處理間用水泥墻（深1.5 m）隔開，形成養(yǎng)分利用鑒定池。篩選材料為近幾年審定推廣及參加審定試驗(yàn)的56份小麥品種（系）（對照材料‘濟(jì)麥22’）（表2），每個重復(fù)內(nèi)采用間比法順序排列，每10個材料種植1個對照材料。收獲并測定1.5 m行長的籽粒產(chǎn)量。

表1 2018年和2019年小麥種植前土壤養(yǎng)分含量 mg/kg

表2 成熟期N、P養(yǎng)分利用效率鑒定品種（品系）

續(xù)表2

氮素利用效率鑒定指標(biāo)(Nitrogen Use Index,NUI)計(jì)算見公式(1)，磷素利用效率鑒定指標(biāo)(Phosphorus Use Index,PUI)計(jì)算見公式(2)。

式中，NUI為氮效率指數(shù)；Gt為待測材料減氮處理籽粒產(chǎn)量；Gc為待測材料正常處理籽粒產(chǎn)量；GC為對照品種正常處理籽粒產(chǎn)量；GT為對照品種減氮處理籽粒產(chǎn)量。

式中，PUI為磷效率指數(shù)；Gt為待測材料減磷處理籽粒產(chǎn)量；Gc為待測材料正常處理籽粒產(chǎn)量；GC為對照品種正常處理籽粒產(chǎn)量；GT為對照品種減磷處理籽粒產(chǎn)量。筆者將NUI≥1.300、PUI≥1.100認(rèn)定為氮素和磷素養(yǎng)分高效材料。

2 結(jié)果與分析

2.1 正常施肥水平條件下供試材料的產(chǎn)量結(jié)果

2018—2019年度，供試材料產(chǎn)量變幅為7047～10025 kg/hm2，對照品種‘濟(jì)麥22’的產(chǎn)量為9108 kg/hm2。供試材料中比對照增產(chǎn)的共16個，分別是‘師欒02-1’、‘臨沂091’、‘濟(jì)麥23’、‘魯麥188’、‘山農(nóng)111’、‘良星66’、‘AN01’、‘裕田麥 119’、‘山農(nóng) 29’、‘鑫星 169’、‘煙181’、‘菏麥20’、‘山農(nóng)23’、‘煙農(nóng)21’、‘煙農(nóng)999’和‘山農(nóng)30’（表3）。

表3 成熟期氮素養(yǎng)分高效材料篩選(2018—2019)

續(xù)表3

2019—2020年度，供試材料產(chǎn)量變幅為8135～10862 kg/hm2，對照品種‘濟(jì)麥22’的產(chǎn)量為8907 kg/hm2。供試材料中比對照增產(chǎn)的共20個，分別是‘山農(nóng)25’、‘魯原 502’、‘山農(nóng) 23’、‘濟(jì)南 17’、‘濟(jì)麥 23’、‘魯麥188’、‘煙1212’、‘泰山27’、‘鑫星169’、‘裕田麥119’、‘菏麥20’、‘臨沂091’、‘泰科麥41’、‘AN01’、‘山農(nóng)29’、‘煙農(nóng)19’、‘青麥6號’、‘煙農(nóng)21’、‘煙農(nóng)999’和‘山農(nóng)30’（表4）。

表4 成熟期氮素養(yǎng)分高效材料篩選(2019—2020)

續(xù)表4

2.2 低氮脅迫條件下(LN)供試材料的產(chǎn)量結(jié)果

2018—2019年度，供試材料產(chǎn)量變幅為5915～8351 kg/hm2，對照品種‘濟(jì)麥22’的產(chǎn)量為7097 kg/hm2。供試材料中比對照增產(chǎn)的共24個，分別是‘泰農(nóng)32’、‘菏麥 17’、‘濟(jì)麥 20’、‘臨沂 091’、‘鑫星 169’、‘魯原502’、‘裕田麥 119’、‘青豐 1 號’、‘青農(nóng) 2 號’、‘山農(nóng)111’、‘泰山27’、‘良星66’、‘師欒02-1’、‘鑫麥296’、‘良星517’、‘山農(nóng)29’、‘煙181’、‘淄麥28’、‘山農(nóng)23’、‘煙農(nóng) 21’、‘煙農(nóng) 999’、‘山農(nóng) 30’、‘臨麥 4 號’和‘AN01’（表3）。

2019—2020年度，供試材料產(chǎn)量變幅為5019～8654 kg/hm2，對照品種‘濟(jì)麥22’的產(chǎn)量為7110 kg/hm2。供試材料中比對照增產(chǎn)的共26個，分別是‘臨沂091’、‘泰田麥118’、‘山農(nóng)111’、‘魯原502’、‘山農(nóng)22’、‘泰科麥41’、‘鑫麥296’、‘鑫星169’、‘裕田麥119’、‘臨麥4號’、‘泰科麥34’、‘煙農(nóng)19’、‘泰山28’、‘良星517’、‘良星66’、‘煙1212’、‘AN01’、‘煙農(nóng)173’、‘煙農(nóng)21’、‘山農(nóng)25’、‘淄麥28’、‘泰山27’、‘山農(nóng)29’、‘山農(nóng)23’、‘山農(nóng)30’和‘煙農(nóng)999’（表4）。

2.3 低磷脅迫條件下(LP)供試材料的產(chǎn)量結(jié)果

2018—2019年度，供試材料產(chǎn)量變幅為5490～8039 kg/hm2，對照品種‘濟(jì)麥22’的產(chǎn)量為7299 kg/hm2。供試材料中比對照增產(chǎn)的共12個，分別是‘菏麥17’、‘煙農(nóng)999’、‘山農(nóng)20’、‘煙農(nóng)21’、‘山農(nóng)111’、‘裕田麥119’、‘AN01’、‘良星517’、‘淄麥28’、‘山農(nóng)29’、‘山農(nóng)23’和‘山農(nóng)30’（表5）。

表5 小麥成熟期磷素養(yǎng)分高效材料篩選(2018—2019)

續(xù)表5

2019—2020年度，供試材料產(chǎn)量變幅為5831～9005 kg/hm2，對照品種‘濟(jì)麥22’的產(chǎn)量為7466 kg/hm2。供試材料中比對照增產(chǎn)的共19個，分別是‘臨麥4號’、‘泰山27’、‘煙農(nóng)21’、‘煙農(nóng)999’、‘裕田麥119’、‘泰科麥34’、‘泰田麥118’、‘山農(nóng)111’、‘AN01’、‘山農(nóng)29’、‘山農(nóng)20’、‘良星517’、‘煙1212’、‘良星99’、‘淄麥28’、‘煙農(nóng)19’、‘山農(nóng)23’、‘山農(nóng)25’和‘山農(nóng)30’（表6）。

表6 小麥成熟期磷素養(yǎng)分高效材料篩選(2019—2020)

續(xù)表6

2.4 氮、磷養(yǎng)分利用效率鑒定結(jié)果

在NPK、LN 2個處理下，對56份參試材料進(jìn)行了氮素利用效率鑒定，鑒定結(jié)果：氮素利用高效的材料有20份，分別為‘淄麥28’、‘臨麥4號’、‘泰山27’、‘良星66’、‘煙農(nóng)999’、‘山農(nóng)23’、‘山農(nóng)29’、‘山農(nóng)30’、‘鑫麥296’、‘煙農(nóng)21’、‘良星517’、‘AN01’、‘煙農(nóng)173’、‘煙1212’、‘師欒02-1’、‘泰科麥34’、‘泰山28’、‘泰田麥118’、‘煙181’和‘山農(nóng)25’（表3）。

在NPK、LP 2個處理下，對56份參試材料進(jìn)行了磷素利用效率鑒定，鑒定結(jié)果：磷素利用高效的材料有15份，分別為‘淄麥28’、‘山農(nóng) 23’、‘山農(nóng) 29’、‘山農(nóng)30’、‘山農(nóng)20’、‘裕田麥119’、‘良星517’、‘山農(nóng)111’、‘AN01’、‘煙農(nóng)19’、‘煙1212’、‘泰科麥34’、‘良星99’、‘山農(nóng)25’和‘裕田麥118’（表4）。

根據(jù)以上鑒定結(jié)果，56份參試材料中氮磷均高效利用的材料有9份，分別為‘淄麥28’、‘山農(nóng)23’、‘山農(nóng)29’、‘山農(nóng)30’、‘良星517’、‘AN01’、‘煙1212’、‘泰科麥34’和‘泰田麥118’。

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

從以往的研究看出，氮高效和磷高效小麥品種篩選的依據(jù)并不一致，但由于田間的環(huán)境條件很難控制，而且氮素利用效率和磷素利用效率是數(shù)量性狀，很容易造成鑒定結(jié)果的差異。探索一種簡便有效的鑒定方法，對氮素和磷素高效利用有重要意義。本研究依據(jù)小麥良種攻關(guān)養(yǎng)分利用效率鑒定公式，利用正常氮、低氮和正常磷、低磷大田營養(yǎng)池，并結(jié)合56份當(dāng)前推廣或待審定的小麥品種氮素和磷素利用鑒定結(jié)果，篩選到20份氮素高效利用品種（系），15份磷素高效利用品種（系），9份氮素和磷素均高效利用品種（系）。

3.2 討論

選用氮磷高效小麥品種并加強(qiáng)氮磷肥管理是提高小麥氮素和磷素利用率的有效措施。當(dāng)前，有關(guān)小麥氮高效和磷高效品種的篩選已有大量研究。何文壽等在施氮和不施氮2個水平下，依據(jù)籽粒產(chǎn)量、生物產(chǎn)量、地上部氮素積累量和籽粒氮素積累量等指標(biāo)，將試驗(yàn)品種劃分為高速高效型、低速中效型和中速低效型三類[14]；張錫州等[15]在66 mg/kg土壤的氮肥水平下，把供試材料按成熟期植株單位氮素積累量所能生產(chǎn)的干物質(zhì)或籽粒產(chǎn)量從低到高劃分為5種類型；王曉婧等[16]在5個氮肥水平下研究21份供試材料的產(chǎn)量、氮素利用率、氮素吸收效率和氮素利用效率等指標(biāo)，篩選出‘臨麥4號’、‘魯原502’、‘泰山28’和‘山農(nóng)25’等氮高效品種，并對其達(dá)到高氮效率的途徑進(jìn)行了聚類分析；羅永露等[17]對中國西南麥區(qū)24個小麥品種在3種氮素水平下進(jìn)行氮素高效品種篩選，并初步分析出穗長和經(jīng)濟(jì)系數(shù)等農(nóng)藝性狀可作為西南麥區(qū)氮高效品種篩選的依據(jù)；宋曉等[18]基于主成分分析對27個小麥品種的12個氮效率指標(biāo)進(jìn)行分析，進(jìn)而篩選氮高效小麥品種。柏棟陰等[19]在不同磷肥的條件下對58份小麥品種的磷效率及其年度間的穩(wěn)定性進(jìn)行研究，利用耐低磷力和品種適應(yīng)性來描述磷效率，篩選出‘內(nèi)鄉(xiāng)188’、‘徐麥25’和‘西農(nóng)979’等3個高耐低磷力的品種，‘徐麥856’、‘徐麥270’、‘徐麥3-54’和‘小偃54’等4個磷高效品種；袁園園等[20]通過正常磷和低磷大田池栽試驗(yàn)，結(jié)合19個與產(chǎn)量及磷效率相關(guān)性狀分析，定義磷效率和產(chǎn)量均表現(xiàn)優(yōu)異的品種為磷高效基因型品種。綜上所述，目前沒有統(tǒng)一的氮素和磷素利用高效的鑒定方法，且很多研究只是注重后期施用氮素和磷素的情況，并未對土壤中氮素和磷素供應(yīng)情況進(jìn)行說明，我們在保持土壤物理結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，以正常處理按照小麥9000 kg/hm2的產(chǎn)量目標(biāo)施肥，低氮和低磷處理按照小麥6000 kg/hm2產(chǎn)量目標(biāo)分別施用相應(yīng)量的氮素和磷素，其他養(yǎng)分保持一致。各處理間用水泥墻（深1.5 m）隔開，形成養(yǎng)分利用鑒定池。利用小麥良種攻關(guān)養(yǎng)分利用效率鑒定公式，以當(dāng)前黃淮麥區(qū)推廣面積最大的‘濟(jì)麥22’小麥品種為對照，初探當(dāng)前推廣面積較大或待審定的小麥品種（系）的養(yǎng)分利用率，為小麥養(yǎng)分高效育種提供材料基礎(chǔ)。