小麥成熟期N、P養分利用效率鑒定初探

呂廣德，陳永軍，尹遜棟，吳 科，錢兆國

（泰安市農業科學院，山東泰安 271000）

0 引言

小麥是世界重要的糧食作物之一，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育所必需的礦質營養元素，在促進光合作用、產物運輸、蛋白質合成、氣孔運動、增強抗逆性等方面發揮重要作用[2]。當前，大部分農田耕地的氮素和磷素的盈余量很大[3]。長期以來，小麥生產過程中氮磷肥施用量嚴重超出實際需求量[4]，據統計，2016年，中國氮肥年施用量達到448.5萬t，磷肥年使用量達到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，造成小麥養分利用效率低，土壤板結、功能性降低，環境污染等嚴重后果[7-9]。因此合理的減施氮肥和磷肥不僅對小麥生產，也對生態環境保護具有重要意義。當前，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資源是培育資源高效型品種的基礎[13]。目前，小麥氮肥和磷肥高效利用種質資源的篩選鑒定還沒有統一的方案和規程，均處于試驗探索階段。本試驗依據小麥良種攻關養分利用效率鑒定公式，對當前山東省審定及推廣的品種開展養分利用效率鑒定試驗，以期拓寬小麥養分高效利用的種質資源，為高效小麥育種工作提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

2018—2019年于泰安市農業科學院肥城試驗基地進行試驗。

本試驗共設3個處理：對照處理(CK)、低氮處理(LN)、低磷處理(LP)。3行區，株距2 cm，行距25 cm，行長1.5 m，重復2次。正常處理按照小麥9000 kg/hm2的產量目標施肥，低氮、低磷處理按照小麥6000 kg/hm2產量目標分別施用相應量的氮素和磷素，其他養分保持一致，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的56份小麥品種（系）（對照材料‘濟麥22’）（表2），每個重復內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行長的籽粒產量。

表1 2018年和2019年小麥種植前土壤養分含量 mg/kg

表2 成熟期N、P養分利用效率鑒定品種（品系）

續表2

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

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

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

2 結果與分析

2.1 正常施肥水平條件下供試材料的產量結果

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

表3 成熟期氮素養分高效材料篩選(2018—2019)

續表3

2019—2020年度，供試材料產量變幅為8135～10862 kg/hm2，對照品種‘濟麥22’的產量為8907 kg/hm2。供試材料中比對照增產的共20個，分別是‘山農25’、‘魯原 502’、‘山農 23’、‘濟南 17’、‘濟麥 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29’、‘煙農19’、‘青麥6號’、‘煙農21’、‘煙農999’和‘山農30’（表4）。

表4 成熟期氮素養分高效材料篩選(2019—2020)

續表4

2.2 低氮脅迫條件下(LN)供試材料的產量結果

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

2019—2020年度，供試材料產量變幅為5019～8654 kg/hm2，對照品種‘濟麥22’的產量為7110 kg/hm2。供試材料中比對照增產的共26個，分別是‘臨沂091’、‘泰田麥118’、‘山農111’、‘魯原502’、‘山農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19’、‘泰山28’、‘良星517’、‘良星66’、‘煙1212’、‘AN01’、‘煙農173’、‘煙農21’、‘山農25’、‘淄麥28’、‘泰山27’、‘山農29’、‘山農23’、‘山農30’和‘煙農999’（表4）。

2.3 低磷脅迫條件下(LP)供試材料的產量結果

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

表5 小麥成熟期磷素養分高效材料篩選(2018—2019)

續表5

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

表6 小麥成熟期磷素養分高效材料篩選(2019—2020)

續表6

2.4 氮、磷養分利用效率鑒定結果

在NPK、LN 2個處理下，對56份參試材料進行了氮素利用效率鑒定，鑒定結果：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999’、‘山農23’、‘山農29’、‘山農30’、‘鑫麥296’、‘煙農21’、‘良星517’、‘AN01’、‘煙農173’、‘煙1212’、‘師欒02-1’、‘泰科麥34’、‘泰山28’、‘泰田麥118’、‘煙181’和‘山農25’（表3）。

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

根據以上鑒定結果，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23’、‘山農29’、‘山農30’、‘良星517’、‘AN01’、‘煙1212’、‘泰科麥34’和‘泰田麥118’。

3 結論與討論

3.1 結論

從以往的研究看出，氮高效和磷高效小麥品種篩選的依據并不一致，但由于田間的環境條件很難控制，而且氮素利用效率和磷素利用效率是數量性狀，很容易造成鑒定結果的差異。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。本研究依據小麥良種攻關養分利用效率鑒定公式，利用正常氮、低氮和正常磷、低磷大田營養池，并結合56份當前推廣或待審定的小麥品種氮素和磷素利用鑒定結果，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氮磷肥管理是提高小麥氮素和磷素利用率的有效措施。當前，有關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，依據籽粒產量、生物產量、地上部氮素積累量和籽粒氮素積累量等指標，將試驗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的干物質或籽粒產量從低到高劃分為5種類型；王曉婧等[16]在5個氮肥水平下研究21份供試材料的產量、氮素利用率、氮素吸收效率和氮素利用效率等指標，篩選出‘臨麥4號’、‘魯原502’、‘泰山28’和‘山農25’等氮高效品種，并對其達到高氮效率的途徑進行了聚類分析；羅永露等[17]對中國西南麥區24個小麥品種在3種氮素水平下進行氮素高效品種篩選，并初步分析出穗長和經濟系數等農藝性狀可作為西南麥區氮高效品種篩選的依據；宋曉等[18]基于主成分分析對27個小麥品種的12個氮效率指標進行分析，進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定性進行研究，利用耐低磷力和品種適應性來描述磷效率，篩選出‘內鄉188’、‘徐麥25’和‘西農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，結合19個與產量及磷效率相關性狀分析，定義磷效率和產量均表現優異的品種為磷高效基因型品種。綜上所述，目前沒有統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情況進行說明，我們在保持土壤物理結構的基礎上，以正常處理按照小麥9000 kg/hm2的產量目標施肥，低氮和低磷處理按照小麥6000 kg/hm2產量目標分別施用相應量的氮素和磷素，其他養分保持一致。各處理間用水泥墻（深1.5 m）隔開，形成養分利用鑒定池。利用小麥良種攻關養分利用效率鑒定公式，以當前黃淮麥區推廣面積最大的‘濟麥22’小麥品種為對照，初探當前推廣面積較大或待審定的小麥品種（系）的養分利用率，為小麥養分高效育種提供材料基礎。