夏玉米品种田间耐盐性综合评价及鉴选

韩小伟， 刘国利， 张 峰， 张国顺， 冯玉在， 张会光， 李宗新， 张 慧， 韩文亮， 高英波

(1.滨州市农业科学院，山东滨州 256600； 2.山东省无棣县小泊头镇农业综合服务中心，山东无棣 256600；3.山东借箭牛业发展有限公司，山东滨州 256600； 4.山东省农业科学院玉米研究所/小麦玉米国家工程实验室/农业农村部黄淮海北部玉米生物学与遗传育种重点实验室，山东济南 250100)

土壤盐渍化是限制农业生产的重要因子之一，严重影响了作物的生长发育和产量提升。我国盐渍化土壤总面积约为3 600万hm，占我国耕地总面积的10%左右，其中具备农业改良利用潜力的盐碱地面积约为67万hm，可增耕地面积及农业生产能力提升潜力巨大。玉米是我国重要的粮食作物之一，近年来年总产量维持在2.6亿t左右，位居粮食作物产量首位，约占三大粮食作物总产量的43%，对保障国家粮食安全至关重要。近年来盐碱地的玉米种植面积呈明显增长趋势，但受盐碱逆境的影响，玉米单产和总产偏低。因此，评价鉴选耐盐高产玉米品种，挖掘玉米自身耐盐能力，对有效利用盐渍土地、实现玉米高产稳产具有重要意义。

鉴选和选育耐盐作物来利用盐碱地，由治理盐碱地适应作物向选育耐盐碱植物适应盐碱地转变，是实现盐碱地生态保护和高质量发展的有效途径。前人对玉米耐盐性鉴定研究大多集中在萌发期和苗期，并筛选出发芽率、发芽势、株高、干质量等苗期耐盐性指标，且耐盐性鉴定大多在室内或盆栽条件下进行，难以反映玉米在盐碱地条件下的实际胁迫环境。在诸多制约玉米产量增长的因素中遗传改良作用占35%～40%，而玉米品种的选育和区试大部分都是在适宜的生长条件下进行，导致实际生产中缺乏耐盐碱高产稳产品种。随着玉米种业快速发展，玉米品种井喷，农业新型经营主体和种植大户不能合理选择玉米品种，也是玉米整体产量无法大幅提高的主要因素之一。鉴于此，本研究以132个近年来新审定的玉米品种为供试材料，开展耐盐性综合评价及鉴选，挖掘耐盐玉米种质资源，为耐盐高产稳产玉米品种选育、审定和推广应用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2019年、2020年和2021年6—10月在山东省滨州市无棣县郭马村(38°0′30″N，117°37′12″E)进行。试验点地处华北平原冬小麦、夏玉米一年两熟种植区，该区年平均降水量为590.15 mm，年均气温为13.93 ℃。土壤为黏土，地势平坦，肥力均匀。pH值为8.40，有机质含量15.97 g/kg，全氮含量1.00 g/kg，碱解氮含量91.96 mg/kg，速效磷含量29.61 mg/kg，速效钾含量200.13 mg/kg，0～40 cm土层含盐量0.15%。2019年、2020年和2021年6—10月阶段累积降水量及平均温度见图1。

1.2 试验设计

参试品种共132个，详见表1。试验采用随机区组试验设计，郑单958品种作为对照，每个品种3次重复，小区面积为666.67 m，种植密度为 67 500 株/hm。播前施用硅谷肥(含纯N、PO、KO分别为30%、10%、10%)375 kg/hm作为基肥，小喇叭口期追施复合肥(含纯N、PO、KO分别为28%、6%、6%)300 kg/hm。田间管理同常规大田管理一致。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 收获和测产 每小区选取长势均匀的4行玉米(每行5 m)进行收获，称其果穗总鲜质量，并计算出平均鲜穗质量；以平均鲜穗质量为标准在所收果穗中选取20穗进行室内考种，包括穗行数、行粒数、千粒质量、穗长等指标。将鲜籽粒和烘干后籽粒分别称质量测定其含水量，并按含水量14%折算出实际产量。

1.3.2 形态学指标测定 于乳熟期连续选取50株玉米调查其株高、穗位高、倒伏率等情况。

1.3.3 玉米品种综合指标评价 采用加权隶属函数法将各指标进行综合评价赋值(值)。计算公式如下：

(1)

(2)

(3)

(4)

式中：为各材料中第项指标的测定值；max和min分别为供试材料中第项指标测定值的最大值和最小值。如果所测指标与评价性质呈正相关，则采用公式(1)计算隶属函数值，如指标与评价性质为负相关，则采用公式(2)。为供试材料()的变异系数，为在总变异中所占的权重。

1.4 数据分析

试验采用Microsoft Excel 2019进行数据录入，并用SPSS 23.0中的描述性统计、探索性分析、均值聚类分析、因子分析、相关性分析及系统聚类分析选项对品种进行分类，利用Origin 2018软件绘制图表。

2 结果与分析

2.1 不同玉米品种产量变化及聚类分析

探索性分析结果(图2)表明，平均籽粒产量为(7 424.48±154.04) kg/hm，95%置信区间内平均籽粒产量范围为7 119.75～7 729.21 kg/hm，籽粒最低和最高产量分别为3 128.40 kg/hm和 11 026.50 kg/hm，变异系数为0.238。

根据产量均值聚类分析结果将132个玉米品种分成1、2、3、4类(表1)，即1类为高产品种，包括鑫星321、宁研678、硕秋702、天泰619、NK815、济玉519、NK818、德单179、道吉158、连胜253、农大778、丰乐235、德瑞88、金海2010、豫禾269、齐民玉6号、登海DT208、德农52、鑫研156，产量范围为 9 074.08～11 026.50 kg/hm；2类为中产品种，包括好日子738、鲁单9169等59个品种，产量变化区间为7 387.82～9 013.55 kg/hm；3类为相对低产品种，包括金海188、豫禾695等33个品种，产量变化区间为5 493.73～7 312.16 kg/hm；4类为低产品种，包括天泰614、新单68等21个品种，产量变化区间为3 128.40～5 204.74 kg/hm。

表1 132个玉米品种产量K均值聚类分析

2.2 132个玉米品种耐盐性相关指标因子分析

对132个玉米品种10项耐盐性状指标进行因子分析(表2)可得，前4个公因子累积贡献率为77.043%，可以概括各指标总信息量。第1公因子主要反映的是产量、千粒质量及穂长情况，特征根及贡献率分别为2.392和23.918%；第2公因子主要反映的是株高、穗位高和穗行数，特征根和贡献率分别为2.276和22.755%；第3公因子主要反映的是穗粒数和行粒数，特征根和贡献率分别为1.964和19.641%；第4公因子主要反映的是倒伏率和穗数，特征根及贡献率最低，分别为1.073和10.729%。

由因子得分系数矩阵及特征根(表2、表3)可求得综合得分函数：=0053+0124+0123+0114-0132-0045+0123+0085+0093+0127，根据综合得分函数可知，倒伏率和穗行数其系数相对较低，分别为0.053和0.045，结合载荷矩阵中的分类可确定产量、千粒质量、穂长、株高、穗位高、穗粒数、行粒数作为衡量玉米综合评分的主要性状。

表2 各综合指标贡献率及因子载荷矩阵

表3 各综合指标得分系数矩阵

2.3 132个玉米品种各耐盐性状指标隶属函数值和相关性分析

由表4可见，除倒伏率外，株高、穗位高、穗长、穗数、穗行数、行粒数、穗粒数、千粒质量和产量的隶属函数值变异系数均较大，表明品种间各指标隶属函数值差异较大；各指标隶属函数值权重表现为(穗粒数)>(千粒质量)>(穂长)>(产量)>(株高)>(穗行数)>(穗位高)>(行粒数)>(穗数)>(倒伏率)。

表4 132个玉米品种基于10种耐盐性状指标的隶属函数值

由图3可知，对不同鉴定指标测定值与值相关性分析表明，除倒伏率、穗行数和亩穗数外，其他指标与值均具有极显著相关关系(<0.001)，株高、穗位高、穂长、行粒数、穗粒数、千粒质量及产量与值相关系数分别为-0.39、-0.41、0.67、0.47、0.58、0.55、0.81。

2.4 初选玉米品种(高产品种)聚类分析与综合评价

通过值聚类分析绘制出谱系图(图4)，将其分为2类，A类为综合耐盐性能相对较高的品种，分别为宁研678、德瑞88、鑫星321、硕秋702、齐民玉6号；B类为综合耐盐性能相对较低的品种，分别为登海DT208、德农52等14个品种。中轴散点图(图5)表明，宁研678、鑫星321、硕秋702、天泰619、齐民玉6号、NK815及济玉519的产量及值均相对较高，综合其聚类分析和中轴散点图所得结果鉴选出宁研678、鑫星321、硕秋702及齐民玉6号共计4个玉米品种。

3 讨论

在不同的土壤耕层特性及气候条件下，即使采用相同玉米品种和栽培措施，其产量也存在一定差异，选用适宜的玉米品种及合理的栽培措施是实现玉米高产稳产的有效途径。本研究通过对近年来新审定推广的132个玉米品种产量数据进行探索性分析得出，95%置信区间内平均籽粒产量范围为7 119.75～7 729.21 kg/hm，变异系数为0.238，各品种之间产量变异幅度较大，表明鉴选适宜种植的品种对实现玉米高产稳产具有重要意义。单产水平高低是玉米抗病性能、抗逆性能及产量潜力等指标的综合体现。在不考虑其他因素前提下，本研究通过采用K均值聚类分析进行产量初筛选将品种划分为19个高产品种、59个中产品种、33个相对低产品种和21个低产品种，其中高产品种产量范围为9 074.08～11 026.50 kg/hm。

玉米在不同生育阶段的耐盐能力鉴定指标不同。前人研究表明，胚根长度可作为玉米萌发期耐盐性评价指标，根长、根鲜质量、根干质量可作为玉米苗期耐盐性评价指标，籽粒干质量和穗干质量可作为玉米成株期耐盐性评价指标。本研究通过因子分析将10项鉴定指标归类为4个公因子，其中第1公因子主要反映的是产量、千粒质量及穂长情况，第2公因子主要反映的是株高、穗位高和穗行数，第3公因子主要反映的是穗粒数和行粒数，第4公因子主要反映的是倒伏率和穗数，因子综合得分函数可知倒伏率和穗行数的系数相对偏低，对综合得分影响程度较小。同时， 结合各耐盐性状指标隶属函数值及测定值与综合评价值的相关系数大小进行系统分析表明，产量、千粒质量、穂长、株高、穗位高、穗粒数、行粒数可作为衡量玉米综合评分的主要性状。

植株耐盐表现是受多基因、多因素共同控制下多种性状集成结果的体现，选用多指标比单指标较为系统地反映耐盐特性。模糊数学隶属函数法广泛应用于小麦、玉米、高粱等植物的抗逆性研究、品种筛选等领域，其优点是将各指标无量纲化，提高指标之间的可比性，结合各指标隶属函数值所占权重计算出加权隶属函数值(值)，能够科学、有效地评价各品种的耐盐性。本研究首先采用系统聚类分析法将初选后的品种(高产品种)分为综合耐盐性能相对较高品种和综合耐盐性能相对较低品种2类，在此基础上同时考虑到产量性状作为玉米耐盐高产品种筛选的重要指标， 鉴选出产量与值均相对较高的品种，筛选出宁研678、鑫星321、硕秋702及齐民玉6号共计4个玉米品种适宜盐碱地种植。

4 结论

产量、千粒质量、穂长、株高、穗位高、穗粒数、行粒数可用于玉米品种田间耐盐性的评价。本研究依据盐碱地产量表现将132个玉米品种划分为19个高产品种、59个中产品种、33个相对低产品种和21个低产品种；综合考虑品种耐盐性能(值)及田间产量表现，鉴选出宁研678、鑫星321、硕秋702及齐民玉6号共计4个玉米品种适宜盐碱地种植。