夏玉米品種田間耐鹽性綜合評價及鑒選

韓小偉， 劉國利， 張 峰， 張國順， 馮玉在， 張會光， 李宗新， 張 慧， 韓文亮， 高英波

(1.濱州市農業科學院，山東濱州 256600； 2.山東省無棣縣小泊頭鎮農業綜合服務中心，山東無棣 256600；3.山東借箭牛業發展有限公司，山東濱州 256600； 4.山東省農業科學院玉米研究所/小麥玉米國家工程實驗室/農業農村部黃淮海北部玉米生物學與遺傳育種重點實驗室，山東濟南 250100)

土壤鹽漬化是限制農業生產的重要因子之一，嚴重影響了作物的生長發育和產量提升。我國鹽漬化土壤總面積約為3 600萬hm，占我國耕地總面積的10%左右，其中具備農業改良利用潛力的鹽堿地面積約為67萬hm，可增耕地面積及農業生產能力提升潛力巨大。玉米是我國重要的糧食作物之一，近年來年總產量維持在2.6億t左右，位居糧食作物產量首位，約占三大糧食作物總產量的43%，對保障國家糧食安全至關重要。近年來鹽堿地的玉米種植面積呈明顯增長趨勢，但受鹽堿逆境的影響，玉米單產和總產偏低。因此，評價鑒選耐鹽高產玉米品種，挖掘玉米自身耐鹽能力，對有效利用鹽漬土地、實現玉米高產穩產具有重要意義。

鑒選和選育耐鹽作物來利用鹽堿地，由治理鹽堿地適應作物向選育耐鹽堿植物適應鹽堿地轉變，是實現鹽堿地生態保護和高質量發展的有效途徑。前人對玉米耐鹽性鑒定研究大多集中在萌發期和苗期，并篩選出發芽率、發芽勢、株高、干質量等苗期耐鹽性指標，且耐鹽性鑒定大多在室內或盆栽條件下進行，難以反映玉米在鹽堿地條件下的實際脅迫環境。在諸多制約玉米產量增長的因素中遺傳改良作用占35%～40%，而玉米品種的選育和區試大部分都是在適宜的生長條件下進行，導致實際生產中缺乏耐鹽堿高產穩產品種。隨著玉米種業快速發展，玉米品種井噴，農業新型經營主體和種植大戶不能合理選擇玉米品種，也是玉米整體產量無法大幅提高的主要因素之一。鑒于此，本研究以132個近年來新審定的玉米品種為供試材料，開展耐鹽性綜合評價及鑒選，挖掘耐鹽玉米種質資源，為耐鹽高產穩產玉米品種選育、審定和推廣應用提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2019年、2020年和2021年6—10月在山東省濱州市無棣縣郭馬村(38°0′30″N，117°37′12″E)進行。試驗點地處華北平原冬小麥、夏玉米一年兩熟種植區，該區年平均降水量為590.15 mm，年均氣溫為13.93 ℃。土壤為黏土，地勢平坦，肥力均勻。pH值為8.40，有機質含量15.97 g/kg，全氮含量1.00 g/kg，堿解氮含量91.96 mg/kg，速效磷含量29.61 mg/kg，速效鉀含量200.13 mg/kg，0～40 cm土層含鹽量0.15%。2019年、2020年和2021年6—10月階段累積降水量及平均溫度見圖1。

1.2 試驗設計

參試品種共132個，詳見表1。試驗采用隨機區組試驗設計，鄭單958品種作為對照，每個品種3次重復，小區面積為666.67 m，種植密度為 67 500 株/hm。播前施用硅谷肥(含純N、PO、KO分別為30%、10%、10%)375 kg/hm作為基肥，小喇叭口期追施復合肥(含純N、PO、KO分別為28%、6%、6%)300 kg/hm。田間管理同常規大田管理一致。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 收獲和測產 每小區選取長勢均勻的4行玉米(每行5 m)進行收獲，稱其果穗總鮮質量，并計算出平均鮮穗質量；以平均鮮穗質量為標準在所收果穗中選取20穗進行室內考種，包括穗行數、行粒數、千粒質量、穗長等指標。將鮮籽粒和烘干后籽粒分別稱質量測定其含水量，并按含水量14%折算出實際產量。

1.3.2 形態學指標測定 于乳熟期連續選取50株玉米調查其株高、穗位高、倒伏率等情況。

1.3.3 玉米品種綜合指標評價 采用加權隸屬函數法將各指標進行綜合評價賦值(值)。計算公式如下：

(1)

(2)

(3)

(4)

式中：為各材料中第項指標的測定值；max和min分別為供試材料中第項指標測定值的最大值和最小值。如果所測指標與評價性質呈正相關，則采用公式(1)計算隸屬函數值，如指標與評價性質為負相關，則采用公式(2)。為供試材料()的變異系數，為在總變異中所占的權重。

1.4 數據分析

試驗采用Microsoft Excel 2019進行數據錄入，并用SPSS 23.0中的描述性統計、探索性分析、均值聚類分析、因子分析、相關性分析及系統聚類分析選項對品種進行分類，利用Origin 2018軟件繪制圖表。

2 結果與分析

2.1 不同玉米品種產量變化及聚類分析

探索性分析結果(圖2)表明，平均籽粒產量為(7 424.48±154.04) kg/hm，95%置信區間內平均籽粒產量范圍為7 119.75～7 729.21 kg/hm，籽粒最低和最高產量分別為3 128.40 kg/hm和 11 026.50 kg/hm，變異系數為0.238。

根據產量均值聚類分析結果將132個玉米品種分成1、2、3、4類(表1)，即1類為高產品種，包括鑫星321、寧研678、碩秋702、天泰619、NK815、濟玉519、NK818、德單179、道吉158、連勝253、農大778、豐樂235、德瑞88、金海2010、豫禾269、齊民玉6號、登海DT208、德農52、鑫研156，產量范圍為 9 074.08～11 026.50 kg/hm；2類為中產品種，包括好日子738、魯單9169等59個品種，產量變化區間為7 387.82～9 013.55 kg/hm；3類為相對低產品種，包括金海188、豫禾695等33個品種，產量變化區間為5 493.73～7 312.16 kg/hm；4類為低產品種，包括天泰614、新單68等21個品種，產量變化區間為3 128.40～5 204.74 kg/hm。

表1 132個玉米品種產量K均值聚類分析

2.2 132個玉米品種耐鹽性相關指標因子分析

對132個玉米品種10項耐鹽性狀指標進行因子分析(表2)可得，前4個公因子累積貢獻率為77.043%，可以概括各指標總信息量。第1公因子主要反映的是產量、千粒質量及穂長情況，特征根及貢獻率分別為2.392和23.918%；第2公因子主要反映的是株高、穗位高和穗行數，特征根和貢獻率分別為2.276和22.755%；第3公因子主要反映的是穗粒數和行粒數，特征根和貢獻率分別為1.964和19.641%；第4公因子主要反映的是倒伏率和穗數，特征根及貢獻率最低，分別為1.073和10.729%。

由因子得分系數矩陣及特征根(表2、表3)可求得綜合得分函數：=0053+0124+0123+0114-0132-0045+0123+0085+0093+0127，根據綜合得分函數可知，倒伏率和穗行數其系數相對較低，分別為0.053和0.045，結合載荷矩陣中的分類可確定產量、千粒質量、穂長、株高、穗位高、穗粒數、行粒數作為衡量玉米綜合評分的主要性狀。

表2 各綜合指標貢獻率及因子載荷矩陣

表3 各綜合指標得分系數矩陣

2.3 132個玉米品種各耐鹽性狀指標隸屬函數值和相關性分析

由表4可見，除倒伏率外，株高、穗位高、穗長、穗數、穗行數、行粒數、穗粒數、千粒質量和產量的隸屬函數值變異系數均較大，表明品種間各指標隸屬函數值差異較大；各指標隸屬函數值權重表現為(穗粒數)>(千粒質量)>(穂長)>(產量)>(株高)>(穗行數)>(穗位高)>(行粒數)>(穗數)>(倒伏率)。

表4 132個玉米品種基于10種耐鹽性狀指標的隸屬函數值

由圖3可知，對不同鑒定指標測定值與值相關性分析表明，除倒伏率、穗行數和畝穗數外，其他指標與值均具有極顯著相關關系(<0.001)，株高、穗位高、穂長、行粒數、穗粒數、千粒質量及產量與值相關系數分別為-0.39、-0.41、0.67、0.47、0.58、0.55、0.81。

2.4 初選玉米品種(高產品種)聚類分析與綜合評價

通過值聚類分析繪制出譜系圖(圖4)，將其分為2類，A類為綜合耐鹽性能相對較高的品種，分別為寧研678、德瑞88、鑫星321、碩秋702、齊民玉6號；B類為綜合耐鹽性能相對較低的品種，分別為登海DT208、德農52等14個品種。中軸散點圖(圖5)表明，寧研678、鑫星321、碩秋702、天泰619、齊民玉6號、NK815及濟玉519的產量及值均相對較高，綜合其聚類分析和中軸散點圖所得結果鑒選出寧研678、鑫星321、碩秋702及齊民玉6號共計4個玉米品種。

3 討論

在不同的土壤耕層特性及氣候條件下，即使采用相同玉米品種和栽培措施，其產量也存在一定差異，選用適宜的玉米品種及合理的栽培措施是實現玉米高產穩產的有效途徑。本研究通過對近年來新審定推廣的132個玉米品種產量數據進行探索性分析得出，95%置信區間內平均籽粒產量范圍為7 119.75～7 729.21 kg/hm，變異系數為0.238，各品種之間產量變異幅度較大，表明鑒選適宜種植的品種對實現玉米高產穩產具有重要意義。單產水平高低是玉米抗病性能、抗逆性能及產量潛力等指標的綜合體現。在不考慮其他因素前提下，本研究通過采用K均值聚類分析進行產量初篩選將品種劃分為19個高產品種、59個中產品種、33個相對低產品種和21個低產品種，其中高產品種產量范圍為9 074.08～11 026.50 kg/hm。

玉米在不同生育階段的耐鹽能力鑒定指標不同。前人研究表明，胚根長度可作為玉米萌發期耐鹽性評價指標，根長、根鮮質量、根干質量可作為玉米苗期耐鹽性評價指標，籽粒干質量和穗干質量可作為玉米成株期耐鹽性評價指標。本研究通過因子分析將10項鑒定指標歸類為4個公因子，其中第1公因子主要反映的是產量、千粒質量及穂長情況，第2公因子主要反映的是株高、穗位高和穗行數，第3公因子主要反映的是穗粒數和行粒數，第4公因子主要反映的是倒伏率和穗數，因子綜合得分函數可知倒伏率和穗行數的系數相對偏低，對綜合得分影響程度較小。同時， 結合各耐鹽性狀指標隸屬函數值及測定值與綜合評價值的相關系數大小進行系統分析表明，產量、千粒質量、穂長、株高、穗位高、穗粒數、行粒數可作為衡量玉米綜合評分的主要性狀。

植株耐鹽表現是受多基因、多因素共同控制下多種性狀集成結果的體現，選用多指標比單指標較為系統地反映耐鹽特性。模糊數學隸屬函數法廣泛應用于小麥、玉米、高粱等植物的抗逆性研究、品種篩選等領域，其優點是將各指標無量綱化，提高指標之間的可比性，結合各指標隸屬函數值所占權重計算出加權隸屬函數值(值)，能夠科學、有效地評價各品種的耐鹽性。本研究首先采用系統聚類分析法將初選后的品種(高產品種)分為綜合耐鹽性能相對較高品種和綜合耐鹽性能相對較低品種2類，在此基礎上同時考慮到產量性狀作為玉米耐鹽高產品種篩選的重要指標， 鑒選出產量與值均相對較高的品種，篩選出寧研678、鑫星321、碩秋702及齊民玉6號共計4個玉米品種適宜鹽堿地種植。

4 結論

產量、千粒質量、穂長、株高、穗位高、穗粒數、行粒數可用于玉米品種田間耐鹽性的評價。本研究依據鹽堿地產量表現將132個玉米品種劃分為19個高產品種、59個中產品種、33個相對低產品種和21個低產品種；綜合考慮品種耐鹽性能(值)及田間產量表現，鑒選出寧研678、鑫星321、碩秋702及齊民玉6號共計4個玉米品種適宜鹽堿地種植。