旱地條件下不同地理來(lái)源小麥品種的產(chǎn)量與氮磷鉀積累利用差異

李淑靖,吳金芝,黃 明,王春平,李友軍,汪洪濤,趙雯馨,黃修利,李文娜,李 爽

(河南科技大學(xué) 農(nóng)學(xué)院,河南 洛陽(yáng) 471023)

小麥(TriticumaestivumL.)是我國(guó)三大糧食作物之一,其種植面積和產(chǎn)量分別占我國(guó)糧食作物總量的20.0%,20.1%[1-2],在保障國(guó)家糧食安全中具有重要作用[3]。小麥氮磷鉀積累利用特征與其產(chǎn)量形成關(guān)系密切,因而備受人們關(guān)注[4-14]。李瑞珂等[4]研究發(fā)現(xiàn),高產(chǎn)小麥品種的氮素積累量顯著高于低產(chǎn)品種。王崢[5]的研究表明,小麥品種改良進(jìn)程中產(chǎn)量的可塑性增加,收獲指數(shù)降低,單位面積粒數(shù)增加,籽粒質(zhì)量先降低后增加。對(duì)黃土高原不同年代品種的研究表明[6],現(xiàn)代品種比20世紀(jì)80年代品種產(chǎn)量提高39.7%,磷生理效率提高33.1%,單位產(chǎn)量的需磷量降低22.8%。多數(shù)研究表明,隨小麥產(chǎn)量的增加,百千克籽粒需氮、磷量增加[7-8],籽粒含氮量[9]、含磷量[10-11]和含鉀量[12]降低。然而,黃倩楠等[13]卻發(fā)現(xiàn),不同麥區(qū)的百千克籽粒需氮、磷、鉀量均隨產(chǎn)量的增加呈降低趨勢(shì);李莎莎等[14]研究表明,高產(chǎn)小麥品種間籽粒氮含量存在顯著差異,高籽粒氮含量品種的籽粒含磷量高但含鉀量低。綜合來(lái)看,品種和產(chǎn)量水平對(duì)小麥氮磷鉀養(yǎng)分積累利用特征及其籽粒養(yǎng)分含量均會(huì)產(chǎn)生影響,但其影響效應(yīng)尚無(wú)定論。不同地理來(lái)源小麥品種具有不同的基因背景,研究其特征可為種質(zhì)資源的保護(hù)和新品種的選育提供參考。前人圍繞不同地理來(lái)源小麥品種的遺傳變異[15-16],HMW-GS組成[17],小麥面粉香氣成分[18]、品質(zhì)和形態(tài)性狀[19-20],產(chǎn)量及其構(gòu)成因素[21],鎘積累[22],葉綠素?zé)晒鈪?shù)[23]差異等進(jìn)行了探討。同時(shí),對(duì)小麥產(chǎn)量和氮磷鉀積累利用的品種差異已經(jīng)進(jìn)行了大量研究,但多是圍繞區(qū)域內(nèi)或者是國(guó)內(nèi)的品種間差異展開(kāi),有關(guān)國(guó)內(nèi)與國(guó)外品種(品系)間的研究較少,且有關(guān)不同地理來(lái)源品種的產(chǎn)量和氮磷鉀養(yǎng)分吸收利用差異的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。因此,以58個(gè)中國(guó)品種、42個(gè)CIMMYT品種、65個(gè)國(guó)外其他地區(qū)品種(品系)為材料,在旱地條件下研究不同地理來(lái)源品種及同一地理來(lái)源高產(chǎn)與低產(chǎn)品種的產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成因素差異,以及氮磷鉀積累、分配、利用及需求特征,旨在為旱地小麥育種和栽培提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2020年9月—2021年6月在河南省洛陽(yáng)市河南科技大學(xué)開(kāi)元校區(qū)農(nóng)場(chǎng)(112.25°E,34.36°N)進(jìn)行,試驗(yàn)地位于典型的半濕潤(rùn)易旱區(qū),海拔為150 m,年平均氣溫14.6 ℃,年降水量為400～800 mm,且主要集中在6—9月。試驗(yàn)開(kāi)始前0～20 cm和20～40 cm土層土壤基礎(chǔ)肥力見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)開(kāi)始前土壤基礎(chǔ)肥力

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與田間管理

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。供試小麥品種(品系)共165個(gè),按照引種來(lái)源分成中國(guó)、CIMMYT和國(guó)外其他品種3類(lèi),其中,中國(guó)品種58個(gè),CIMMYT品種42個(gè),國(guó)外其他品種65個(gè)。參照李莎莎等[14]描述的方法,將同一地理來(lái)源不同品種按產(chǎn)量從高到低排序,排在前10位的為高產(chǎn)品種,排在后10位的為低產(chǎn)品種,具體信息見(jiàn)表2。2020年10月12日播種,每個(gè)品種播種2行,行長(zhǎng)1.0 m,行距20 cm,每行均勻點(diǎn)播40粒,株距2.5 cm,3次重復(fù)。所用肥料為N∶P2O5∶K2O=23∶10∶5的復(fù)合肥,全部基施,用量為750 kg/hm2,折合172.5 kg/hm2N、75 kg/hm2P2O5和37.5 kg/hm2K2O。全生育期無(wú)灌溉,病蟲(chóng)草防治等其他管理同常規(guī)大田。

表2 供試小麥品種名稱(chēng)及分類(lèi)

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 植株干物質(zhì)積累量及氮磷鉀含量的測(cè)定 在成熟期,抽取具有代表性的植株10個(gè),統(tǒng)計(jì)穗數(shù)后,將地上部分分成莖葉、籽粒和穎殼+穗軸(簡(jiǎn)稱(chēng)穎殼)三部分并自然風(fēng)干,稱(chēng)質(zhì)量后,將風(fēng)干莖葉剪碎至1 cm左右小段,然后分別取籽粒、莖葉和穎殼各20 g左右,65 ℃烘至恒質(zhì)量,稱(chēng)質(zhì)量并計(jì)算風(fēng)干樣品含水量,進(jìn)而計(jì)算單位面積籽粒、莖葉和穎殼的干物質(zhì)積累量。將烘干后的上述樣品分別粉碎,密封于自封袋,用于測(cè)定氮磷鉀含量。采用H2SO4-H2O2法消解,連續(xù)流動(dòng)分析儀(AA3,SEAL,德國(guó))測(cè)定消解液中的氮、磷濃度,火焰光度計(jì)(M410,SHERWOOD,英國(guó))測(cè)定鉀濃度[14]。氮磷鉀含量均以烘干質(zhì)量表示,某一器官的氮(磷、鉀)積累量為該器官烘干質(zhì)量與其養(yǎng)分含量的乘積。地上部氮(磷、鉀)積累量為各器官氮(磷、鉀)積累量之和[24]。

1.3.2 籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的測(cè)定 在成熟期,將每個(gè)小區(qū)抽樣后余下的全部小麥?zhǔn)斋@、風(fēng)干,脫粒后稱(chēng)取籽粒風(fēng)干質(zhì)量并測(cè)定含水量,折算出籽粒烘干質(zhì)量,加上抽取的10株小麥的籽粒質(zhì)量,計(jì)算單位面積籽粒產(chǎn)量(g/m2)。利用抽樣的植株測(cè)定穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量,并計(jì)算穗粒質(zhì)量。小麥產(chǎn)量、千粒質(zhì)量和穗粒質(zhì)量均用烘干質(zhì)量表示。

1.3.3 相關(guān)指標(biāo)計(jì)算 氮(磷、鉀)吸收效率(g/g)=地上部氮(磷、鉀)積累量(g/m2)/施氮(磷、鉀)量(g/m2)[25],氮(磷、鉀)生理效率(g/g)=籽粒產(chǎn)量(g/m2)/地上部氮(磷、鉀)積累量(g/m2)[24]。

籽粒養(yǎng)分含量形成的養(yǎng)分需求量,指作物每生成1 g/kg的籽粒養(yǎng)分含量所要求地上部吸收該養(yǎng)分的數(shù)量,反映作物籽粒某一養(yǎng)分含量形成對(duì)該養(yǎng)分吸收的需求情況。計(jì)算公式如下:

籽粒氮(磷、鉀)含量形成的氮(磷、鉀)需求量(g/m2)=地上部氮(磷、鉀)積累量(g/m2)/籽粒氮(磷、鉀) 含量(g/kg)×1 000[24]。

百千克籽粒產(chǎn)量形成的養(yǎng)分需求量,指小麥生產(chǎn)100 kg 籽粒產(chǎn)量需要的地上部養(yǎng)分吸收量,反映作物形成籽粒產(chǎn)量對(duì)養(yǎng)分的需求情況。計(jì)算公式如下:

百千克籽粒需氮(磷、鉀)量(kg/kg)=地上部氮(磷、鉀)積累量(g/m2)/產(chǎn)量(g/m2)×100[24]。

百千克籽粒產(chǎn)量形成的干物質(zhì)需求量,指小麥生產(chǎn)100 kg 籽粒產(chǎn)量需要的地上部干物質(zhì)量,反映作物形成籽粒產(chǎn)量對(duì)干物質(zhì)的需求情況。計(jì)算公式如下:

百千克籽粒需干物質(zhì)量(kg/kg)=地上部生物量(g/m2)/籽粒產(chǎn)量(g/m2)×100[26]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2019軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,利用SPSS 23.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)(LSD法)。

2 結(jié)果與分析

2.1 旱地條件下不同地理來(lái)源小麥品種的產(chǎn)量和養(yǎng)分積累利用特征描述

由表3可以看出,不同測(cè)定性狀的標(biāo)準(zhǔn)差不同,其中百千克籽粒需干物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)差最大,為698.0,其次是生物量,為253.3,籽粒磷積累量、磷吸收效率、百千克籽粒需磷量標(biāo)準(zhǔn)差較小,說(shuō)明供試品種的百千克籽粒需干物質(zhì)量和生物量等性狀的差異較大,評(píng)價(jià)時(shí)需要進(jìn)一步的劃分。不同測(cè)定性狀的變異系數(shù)為16.0%～51.4%,變異系數(shù)最大的是營(yíng)養(yǎng)器官磷積累量,其次是營(yíng)養(yǎng)器官氮積累量、籽粒磷積累量、百千克籽粒需鉀量;變異系數(shù)較小的是磷生理效率、百千克籽粒需磷量、千粒質(zhì)量。表明供試小麥品種的產(chǎn)量和養(yǎng)分積累利用具有明顯的差異,并且供試小麥品種具有豐富的遺傳背景和代表性。

表3 供試小麥品種的產(chǎn)量和氮磷鉀積累利用特征

2.2 旱地條件下不同地理來(lái)源小麥品種的產(chǎn)量及其構(gòu)成因素差異

由表4可以看出,旱地條件下不同地理來(lái)源的小麥品種對(duì)小麥的產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成因素、生物量、收獲指數(shù)均具有顯著的調(diào)控作用,且同一地理來(lái)源的高低產(chǎn)品種之間,以及不同地理來(lái)源的高產(chǎn)品種之間、低產(chǎn)品種之間也多表現(xiàn)出了顯著差異。對(duì)于全部品種而言,與國(guó)外其他品種相比,CIMMYT和中國(guó)小麥品種的籽粒產(chǎn)量、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量別提高21.3%和10.5%,39.1%和18.1%,26.4%和24.3%;收獲指數(shù)提高9.8,9.0百分點(diǎn);生物量、穗數(shù)分別降低11.6%和19.9%,23.3%和20.5%。對(duì)于高產(chǎn)品種而言,與國(guó)外其他品種相比,CIMMYT和中國(guó)小麥品種的籽粒產(chǎn)量、穗粒數(shù)分別提高11.4%和5.4%,20.4%和16.6%,生物量和穗數(shù)分別降低16.3%和15.7%,17.7%和17.7%,CIMMYT的千粒質(zhì)量增幅不顯著,而中國(guó)品種顯著降低25.3%。對(duì)于低產(chǎn)品種而言,與國(guó)外其他品種相比,CIMMYT和中國(guó)品種的籽粒產(chǎn)量、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量分別提高44.9%和21.9%,58.7%和20.2%,40.3%和22.3%,生物量、穗數(shù)分別降低13.9%和24.2%,34.9%和21.0%。與同一地理來(lái)源低產(chǎn)品種相比,中國(guó)高產(chǎn)品種的產(chǎn)量、穗數(shù)、穗粒數(shù)和生物量分別提高122.4%,38.7%,39.3%,96.1%和12.8%;CIMMYT高產(chǎn)品種的產(chǎn)量、穗數(shù)和生物量分別顯著提高97.6%,68.2%和71.7%;國(guó)外其他高產(chǎn)品種的產(chǎn)量、穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量、生物量分別顯著提高157.2%,33.0%,43.6%,35.9%,76.4%。

表4 旱地條件下不同地理來(lái)源小麥品種的產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成因素、生物量和收獲指數(shù)差異

2.3 旱地條件下不同地理來(lái)源小麥品種的地上部氮磷鉀養(yǎng)分積累量的差異

由表5可知,旱地條件下不同地理來(lái)源全部品種及高產(chǎn)品種和低產(chǎn)品種的地上氮磷鉀積累量均以國(guó)外其他品種最高。與國(guó)外其他品種相比,對(duì)全部品種而言,CIMMYT和中國(guó)小麥品種的地上部氮、鉀積累量均顯著降低,降幅分別為12.8%和17.0%,16.1%和16.8%,而地上部磷積累量無(wú)顯著差異;對(duì)高產(chǎn)品種而言,與國(guó)外其他品種相比,地上部氮積累量分別顯著降低17.1%和13.9%,CIMMYT品種的地上部磷鉀積累量顯著降低10.9%和21.6%;對(duì)低產(chǎn)品種而言,地上部氮、鉀積累量分別顯著降低17.7%和28.3%,29.1%和31.3%,但磷積累量的降幅未達(dá)顯著水平。與同一地理來(lái)源低產(chǎn)品種相比,高產(chǎn)品種的地上部氮、磷、鉀積累量均顯著提高,其中,中國(guó)品種分別提高98.8%,101.0%和83.7%,CIMMYT品種提高66.7%,65.1%和56.8%,國(guó)外其他品種提高65.5%,71.2%和41.8%。

表5 旱地條件下不同地理來(lái)源小麥品種的地上部氮磷鉀積累量差異

2.4 旱地條件下不同地理來(lái)源小麥品種的不同器官氮磷鉀積累和分配特性的差異

如表6所示,在旱地條件下,除不同地理來(lái)源品種間籽粒鉀積累量和同一地理來(lái)源高低產(chǎn)品種間穎殼氮磷積累量無(wú)顯著差異外,不同地理來(lái)源全部品種、高產(chǎn)品種、低產(chǎn)品種間以及同一地理來(lái)源高產(chǎn)與低產(chǎn)品種間的差異均達(dá)到顯著水平。與國(guó)外其他品種相比,對(duì)全部品種而言,CIMMYT和中國(guó)品種的莖葉氮、磷、鉀積累量分別降低44.2%和32.0%,39.0%和16.0%,24.3%和22.2%,CIMMYT和中國(guó)品種的穎殼氮、磷積累量降低37.4%和47.4%,47.0%和54.7%,中國(guó)品種的穎殼鉀積累量和籽粒氮積累量降低16.7%和6.4%,CIMMYT品種的籽粒氮積累量、中國(guó)品種的籽粒磷積累量提高6.0%,36.2%;對(duì)高產(chǎn)品種而言,CIMMYT和中國(guó)品種的莖葉氮、鉀積累量,穎殼氮、磷積累量分別降低33.9%和21.2%,22.4%和20.6%,50.9%和53.6%,49.7%和55.7%,CIMMYT品種的莖葉磷積累量降低28.9%,中國(guó)品種的籽粒磷積累量顯著提高61.9%;對(duì)低產(chǎn)品種而言,CIMMYT和中國(guó)品種的莖葉氮、鉀積累量分別顯著降低58.3%和47.7%,37.5%和33.7%,穎殼的氮、磷積累量顯著降低45.5%和50.4%,55.8%和60.3%,CIMMYT品種的籽粒氮、鉀積累量顯著提高19.8%和17.9%,籽粒磷積累量及中國(guó)品種的籽粒氮磷鉀積累量無(wú)顯著變化。同一地理來(lái)源高產(chǎn)與低產(chǎn)品種相比,中國(guó)品種的莖葉和籽粒的氮、磷、鉀積累量分別顯著提高65.0%,49.0%,57.0%和118.8%,104.7%,131.2%,CIMMYT品種顯著提高73.7%,49.1%,62.7%和72.4%,80.5%,63.5%,國(guó)外其他品種的莖葉鉀積累量、穎殼鉀積累量和籽粒氮、磷、鉀積累量提高31.1%,64.2%和115.7%,66.4%,115.6%。

表6 旱地條件下不同地理來(lái)源小麥品種的不同器官氮磷鉀積累量差異

由表7可以看出,氮磷鉀在小麥不同器官中的分配比例因品種地理來(lái)源和產(chǎn)量水平高低而異,且多數(shù)條件下差異達(dá)到了顯著水平。與國(guó)外其他品種相比,對(duì)全部品種而言,CIMMYT和中國(guó)品種的莖葉氮、鉀分配比例分別顯著降低10.9和5.2,4.1和3.1百分點(diǎn),穎殼氮、磷分配比例顯著降低2.7和3.8,5.6和13.9百分點(diǎn),CIMMYT品種的莖葉磷和穎殼鉀分配比例顯著降低5.1和3.9百分點(diǎn),CIMMYT和中國(guó)品種的籽粒氮、磷、鉀分配比例顯著提高13.6和8.9,10.9和13.3,4.5和3.1百分點(diǎn);對(duì)高產(chǎn)品種而言,CIMMYT和中國(guó)品種的穎殼氮、磷分配比例顯著降低4.7和5.3,10.7和18.4百分點(diǎn),籽粒氮、磷分配比例顯著提高9.4和7.1,11.8和16.1百分點(diǎn),而莖葉磷,莖葉、穎殼和籽粒鉀分配比例無(wú)顯著差異;對(duì)低產(chǎn)品種而言,CIMMYT和中國(guó)品種的莖葉氮,穎殼氮分配比例分別顯著降低17.7和9.5,4.3和4.0百分點(diǎn),籽粒氮、磷、鉀分配比例顯著提高22.0和13.5,13.4和14.7,6.4和3.3百分點(diǎn),CIMMYT品種的莖葉磷、鉀分配比例顯著降低8.5和8.0百分點(diǎn)。與同一地理來(lái)源低產(chǎn)品種相比,中國(guó)高產(chǎn)品種的籽粒氮、磷、鉀分配比例分別顯著提高7.6,8.1和4.4百分點(diǎn),莖葉鉀和穎殼氮分配比例顯著降低5.7和3.4百分點(diǎn);CIMMYT高產(chǎn)品種的穎殼氮分配比例顯著降低2.5百分點(diǎn),籽粒氮、磷、鉀分配比例無(wú)顯著變化;國(guó)外其他高產(chǎn)品種的莖葉氮、鉀分配比例分別顯著降低11.9和6.7百分點(diǎn),籽粒氮、磷、鉀分配比例顯著提高14.0,6.7和5.0百分點(diǎn)。

表7 旱地條件下不同地理來(lái)源小麥品種的不同器官氮磷鉀分配差異

2.5 旱地條件下不同地理來(lái)源小麥品種的氮磷鉀利用效率的差異

旱地條件下不同地理來(lái)源品種及同一地理來(lái)源高低產(chǎn)品種對(duì)小麥氮磷鉀養(yǎng)分利用效率均有顯著的調(diào)控作用(表8)。與國(guó)外其他品種相比,對(duì)全部品種而言,CIMMYT和中國(guó)品種的氮、鉀吸收效率顯著降低了11.1%和17.3%,16.7%和18.2%,磷吸收效率無(wú)顯著差異,CIMMYT和中國(guó)品種的氮、磷、鉀生理效率顯著提高33.2%和29.4%,22.6%和12.1%,36.1%和24.3%;對(duì)高產(chǎn)品種而言,CIMMYT和中國(guó)品種的氮、鉀吸收效率顯著降低16.5%和16.5%,20.4%和17.5%,而磷吸收效率無(wú)顯著差異,CIMMYT和中國(guó)品種的氮生理效率顯著提高24.3%和21.3%,CIMMYT品種的磷和鉀生理效率顯著提高17.6%和27.5%,而中國(guó)品種增幅不顯著;對(duì)低產(chǎn)品種而言,CIMMYT和中國(guó)品種的氮、鉀吸收效率顯著降低18.2%和28.8%,31.1%和31.4%,而磷吸收效率無(wú)顯著差異,CIMMYT和中國(guó)品種的氮、磷、鉀生理效率顯著提高50.3%和47.7%,36.4%和25.2%,77.1%和52.4%。與同一地理來(lái)源低產(chǎn)品種相比,中國(guó)高產(chǎn)品種的氮、磷、鉀吸收效率和鉀生理效率顯著提高93.6%,84.6%,70.3%和20.1%;CIMMYT品種的氮、磷、鉀吸收效率,氮、磷生理效率顯著提高68.5%,71.4%,63.6%,11.4%和12.2%;國(guó)外其他品種的氮、磷、鉀吸收效率和生理效率顯著提高65.2%,68.8%,41.6%和34.7%,30.2%,60.6%。說(shuō)明CIMMYT品種的養(yǎng)分生理效率高于中國(guó)品種,二者均高于國(guó)外其他品種,且在全部品種、高產(chǎn)和低產(chǎn)品種中均表現(xiàn)出相同的規(guī)律。

表8 旱地條件下不同地理來(lái)源小麥品種的氮磷鉀利用效率的差異

2.6 旱地條件下不同地理來(lái)源小麥品種的氮磷鉀及干物質(zhì)需求量的差異

由表9可知,旱地條件下不同地理來(lái)源的小麥品種籽粒的氮磷鉀養(yǎng)分和干物質(zhì)需求量差異顯著,而籽粒氮含量形成的需氮量和籽粒磷含量形成的需磷量無(wú)顯著差異。與國(guó)外其他品種相比,對(duì)全部品種而言,CIMMYT和中國(guó)的籽粒鉀含量形成的需鉀量,百千克籽粒需氮、磷、鉀、干物質(zhì)量分別顯著降低12.2%和14.1%,27.8%和25.6%,21.3%和12.8%,32.7%和26.7%,25.1%和23.3%;對(duì)高產(chǎn)品種而言,CIMMYT和中國(guó)的百千克籽粒需氮、鉀、干物質(zhì)量分別顯著降低22.0%和19.6%,26.7%和17.6%,21.5%和21.2%,CIMMYT品種的百千克籽粒需磷量顯著降低16.7%,而中國(guó)品種的降幅不顯著;對(duì)低產(chǎn)品種而言,CIMMYT和中國(guó)品種的籽粒鉀含量形成的需鉀量,百千克籽粒需氮、磷、鉀、干物質(zhì)量分別顯著降低22.6%和21.8%,36.0%和34.7%,29.1%和21.8%,45.1%和37.4%,36.0%和33.3%。與同一地理來(lái)源低產(chǎn)品種相比,中國(guó)高產(chǎn)品種籽粒氮含量形成的需氮量、籽粒磷含量形成的需磷量和籽粒鉀含量形成的需鉀量分別顯著提高102.8%,109.5%和75.9%,CIMMYT品種提高79.2%,81.7%和76.5%,國(guó)外其他品種提高73.0%,110.8%和52.1%;但中國(guó)品種百千克籽粒需鉀、干物質(zhì)量顯著降低16.8%和11.1%;CIMMYT品種百千克籽粒需氮、磷量顯著降低10.7%和10.3%;國(guó)外其他品種百千克籽粒需氮、磷、鉀、干物質(zhì)量分別顯著降低26.7%,23.6%,36.8%和24.7%。

3 結(jié)論與討論

3.1 旱地條件下不同地理來(lái)源小麥品種的籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成因素差異

小麥產(chǎn)量不僅是穗數(shù)、穗粒數(shù)、籽粒質(zhì)量相互協(xié)調(diào)的結(jié)果,也與干物質(zhì)向籽粒的分配能力(收獲指數(shù))關(guān)系密切[27-28]。本研究表明,CIMMYT籽粒產(chǎn)量略高于中國(guó)品種,二者均高于國(guó)外其他品種,主要是因?yàn)镃IMMYT品種具有較高的穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量和收獲指數(shù),且穗粒數(shù)較中國(guó)品種顯著提高,而國(guó)外其他品種雖然具有較高的生物量和穗數(shù),但其穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量較低,且收獲指數(shù)僅為31.9%,說(shuō)明旱地條件下小麥高產(chǎn)不僅需要產(chǎn)量要素協(xié)調(diào),還需要較高的收獲指數(shù)。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn),不同地理來(lái)源的高產(chǎn)品種間產(chǎn)量無(wú)顯著差異,但獲得高產(chǎn)的調(diào)控因素并不相同,CIMMYT品種具有較高的穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量,國(guó)外其他品種具有較高的生物量和穗數(shù),中國(guó)品種的產(chǎn)量構(gòu)成因素較為協(xié)調(diào),介于二者之間。同一地理來(lái)源高產(chǎn)品種較低產(chǎn)品種,穗數(shù)、生物量均顯著提高,且中國(guó)和國(guó)外其他品種的穗粒數(shù)和收獲指數(shù)也顯著提高,說(shuō)明較高的產(chǎn)量三要素和生物量是旱地條件下小麥高產(chǎn)的基礎(chǔ)。在渭北旱塬的研究結(jié)果也表明,高產(chǎn)品種較低產(chǎn)品種增產(chǎn)主要是因?yàn)樯锪俊⑺霐?shù)分別增加14.8%和13.3%[29-30]。綜合來(lái)看,不同地理來(lái)源小麥品種的產(chǎn)量不同,且影響產(chǎn)量的因素也不相同,可以通過(guò)選用不同地理來(lái)源的品種,針對(duì)性地改良小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素及干物質(zhì)積累能力,從而提高旱地小麥產(chǎn)量潛力。

3.2 旱地條件下不同地理來(lái)源小麥品種的氮磷鉀積累與分配差異

良好的氮磷鉀積累、分配能力是小麥高產(chǎn)的基礎(chǔ)。前人研究表明,高產(chǎn)品種的養(yǎng)分再分配到籽粒中的能力顯著高于低產(chǎn)品種[7-8,31-32]。本研究中同一地理來(lái)源的高產(chǎn)品種籽粒氮、磷、鉀積累量均顯著高于低產(chǎn)品種也證實(shí)了這個(gè)論點(diǎn)。本研究還發(fā)現(xiàn),CIMMYT品種具有較高的籽粒氮鉀積累量,且低產(chǎn)品種更突出,而中國(guó)品種具有較高的籽粒磷積累量,且高產(chǎn)品種更突出。CIMMYT和中國(guó)品種與國(guó)外其他品種相比,無(wú)論是全部品種、高產(chǎn)品種,還是低產(chǎn)品種,地上部氮磷鉀積累量均較低,與產(chǎn)量表現(xiàn)呈相反規(guī)律,但其籽粒養(yǎng)分分配比例高,與產(chǎn)量表現(xiàn)趨勢(shì)一致,說(shuō)明較高的籽粒養(yǎng)分分配比例可能是實(shí)現(xiàn)旱地小麥高產(chǎn)的關(guān)鍵,與黨紅凱等[33]的研究結(jié)果不一致,其原因可能與供試品種和栽培環(huán)境存在較大差異有關(guān)。

3.3 旱地條件下不同地理來(lái)源小麥品種的氮磷鉀利用效率的差異

小麥氮磷鉀養(yǎng)分利用效率高低與品種和產(chǎn)量水平有關(guān)[34]。陽(yáng)顯斌等[35]研究發(fā)現(xiàn),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。本研究表明,不同地理來(lái)源品種的氮磷鉀生理效率與產(chǎn)量規(guī)律一致,氮磷鉀吸收效率與產(chǎn)量規(guī)律相反,但同一地理來(lái)源高產(chǎn)品種的氮磷鉀吸收效率顯著高于低產(chǎn)品種。這意味著提高品種氮磷鉀養(yǎng)分生理效率有利于提高旱地條件下小麥產(chǎn)量,但高養(yǎng)分吸收效率的品種并不一定能獲得高產(chǎn)。前人關(guān)于小麥生理效率與產(chǎn)量水平的關(guān)系研究結(jié)果也并不一致。如Yue 等[36]和 Zhan等[31]研究認(rèn)為生理效率隨產(chǎn)量的增加而增加,而車(chē)升國(guó)等[7-8]卻認(rèn)為小麥氮磷生理效率隨產(chǎn)量的提高而降低。因此,需要在合理選擇利用高生理效率品種的基礎(chǔ)上,優(yōu)化栽培條件以進(jìn)一步提高養(yǎng)分生理效率,最終使單位地上部養(yǎng)分生產(chǎn)更多的籽粒產(chǎn)量。

3.4 旱地條件下不同地理來(lái)源小麥品種的氮磷鉀和干物質(zhì)需求量的差異

Barraclough等[37]對(duì)39個(gè)小麥品種的研究表明,小麥百千克籽粒需氮量差異較大,為1.30～3.70 kg/kg。黨紅凱等[33]對(duì)6個(gè)超高產(chǎn)小麥品種的研究發(fā)現(xiàn),每生產(chǎn)100 kg籽粒,需吸收氮2.63～3.13 kg、磷1.25～1.66 kg、鉀2.0～2.6 kg,且隨著產(chǎn)量的增加呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。本研究表明,同一地理來(lái)源高產(chǎn)品種的百千克籽粒養(yǎng)分需求量小于低產(chǎn)品種,與前人的研究規(guī)律基本一致,且均表現(xiàn)為國(guó)外其他品種>中國(guó)品種>CIMMYT品種。說(shuō)明CIMMYT品種每生產(chǎn)百千克籽粒的氮磷鉀養(yǎng)分需求較少,其獲得同等產(chǎn)量需要的氮磷鉀養(yǎng)分投入量也較少,具有良好的節(jié)肥減肥潛力。

百千克籽粒需干物質(zhì)量表征著生產(chǎn)單位籽粒產(chǎn)量所需的地上部干物質(zhì)積累量,其值低意味著小麥利用干物質(zhì)形成籽粒產(chǎn)量的能力高,反之亦然。前人關(guān)于小麥百千克籽粒需干物質(zhì)量的研究較少。劉璐等[26]研究發(fā)現(xiàn),高產(chǎn)小麥品種的百千克籽粒需干物質(zhì)量小,低產(chǎn)品種呈相反規(guī)律。本研究表明,同一來(lái)源下高產(chǎn)品種的百千克籽粒需干物質(zhì)量低于低產(chǎn)品種,與前人的研究結(jié)果相似。CIMMYT和中國(guó)品種的百千克籽粒需干物質(zhì)量低于國(guó)外其他品種,說(shuō)明CIMMYT和中國(guó)品種干物質(zhì)生產(chǎn)籽粒的能力強(qiáng)。

提高小麥籽粒養(yǎng)分含量不僅可改善小麥品質(zhì),而且可使人們?cè)跀z入等量面點(diǎn)時(shí)獲得更多的氮磷鉀營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)。籽粒養(yǎng)分含量形成的養(yǎng)分需求量是籽粒中形成單位養(yǎng)分含量所需要的養(yǎng)分積累量[7],可用在以提高籽粒養(yǎng)分含量為目標(biāo)的小麥生產(chǎn)中指導(dǎo)養(yǎng)分投入。然而,目前關(guān)于籽粒養(yǎng)分含量形成的養(yǎng)分需求量的研究尚不多見(jiàn)。何剛等[24]研究發(fā)現(xiàn),可以通過(guò)地表管理調(diào)節(jié)籽粒氮含量形成的需氮量,但對(duì)籽粒磷鉀含量形成的養(yǎng)分需求量無(wú)顯著影響。本研究表明,在旱地條件下,除低產(chǎn)品種和全部品種的籽粒鉀含量形成的需鉀量表現(xiàn)為CIMMYT和中國(guó)品種顯著低于國(guó)外其他品種外,不同地理來(lái)源小麥品種籽粒氮磷鉀含量形成的養(yǎng)分需求量均無(wú)顯著差異。這些結(jié)果意味著小麥籽粒養(yǎng)分含量形成的養(yǎng)分需求量在不同地理來(lái)源品種間差異不大。然而,同一來(lái)源下,高產(chǎn)品種的籽粒氮磷鉀含量形成的養(yǎng)分需求量較低產(chǎn)品種顯著提高,且增幅超過(guò)50%,說(shuō)明高產(chǎn)品種形成單位氮磷鉀含量所需的養(yǎng)分積累量高,也就是說(shuō)需要在地上部累積較多的氮磷鉀才能實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高養(yǎng)分含量協(xié)同,這給當(dāng)前小麥高產(chǎn)高養(yǎng)分含量和減肥協(xié)同提出了挑戰(zhàn),其機(jī)理還有待進(jìn)一步探討。

綜上,旱地小麥的產(chǎn)量與氮磷鉀積累利用特性因品種地理來(lái)源、產(chǎn)量水平而異。與中國(guó)品種相比,CIMMYT品種具有較高產(chǎn)量、千粒質(zhì)量、穗粒數(shù)、收獲指數(shù)、籽粒氮積累量、磷鉀生理效率,國(guó)外其他品種具有較高的穗數(shù)、百千克籽粒需干物質(zhì)和氮磷鉀量、氮鉀吸收效率、莖葉氮磷鉀積累量、地上部氮鉀積累量。與同一地理來(lái)源低產(chǎn)品種相比,高產(chǎn)品種的穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量、收獲指數(shù)、地上部和籽粒氮磷鉀積累量、養(yǎng)分吸收效率、養(yǎng)分生理效率均顯著提高,百千克籽粒需氮磷鉀和干物質(zhì)量顯著降低,但其籽粒養(yǎng)分含量形成的氮磷鉀需求量卻會(huì)提高,因而在以高產(chǎn)高養(yǎng)分含量為目標(biāo)的生產(chǎn)中應(yīng)適當(dāng)增加養(yǎng)分投入量。