不同冬小麦品种产量和氮素吸收利用效率差异

张宏芝，高永红，王立红，孔德鹏，张跃强，李剑峰，王 重，高 新，时 佳，赵 奇，樊哲儒

（1.新疆农业科学院核技术生物技术研究所/农业农村部荒漠绿洲作物生理生态与耕作重点实验室，乌鲁木齐 830091；2.新疆农业科学院粮食作物研究所，乌鲁木齐 830091；3.新疆维吾尔自治区农业技术推广总站,乌鲁木齐 830000）

0 引言

【研究意义】氮素是作物生长发育所需的重要营养元素，合理施用氮肥对小麦获得高产至关重要[1-2]。氮肥施用过量，会产生氮素利用率低等问题[3-5]，且仅提高了农业生产成本[6-7]。合理施肥、提高氮素利用率，对冬小麦生产具有重要意义[8]。【前人研究进展】不同小麦品种产量和氮素利用率存在着显著的基因型差异[9-10]。筛选和培育氮高效型小麦品种，挖掘氮高效品种的氮素吸收和利用潜力，是提高小麦氮效率的主要研究方向[11-12]。当土壤中有效氮含量较低时，某一基因型小麦能正常生长，或者当土壤中有效氮含量较高，某一基因型小麦依然能够保持高产的能力，那么这种基因型则被认为氮高效即能高效利用氮素养分[13]。高产品种是高氮效率品种，即产量和氮素吸收可以同步增长[14]。养分吸收和利用效率是由不同遗传基因控制，供试的小麦品种间氮吸收效率差异不显著，而利用效率差异极显著[15-16]。李淑文等[17]研究表明，不同氮效率品种在缺氮条件下的氮效率特征具有显著差异，氮高效小麦品种具有相对较高的籽粒产量形成能力和氮效率。王永华等[18]依据氮素利用效率（NUE）将20个基因型小麦，分为双高效型（在低氮和高氮条件下均有较高的NUE）、低氮高效型（只在低氮条件下具有较高的NUE）、双低效型（在高氮和低氮条件下均不能获得较高的NUE）和高氮高效型（仅在高氮条件下具有较高的NUE）。【本研究切入点】前人对不同小麦品种氮效率差异及对氮肥的响应进行了较多的研究，但对新疆南疆不同氮肥水平下小麦品种氮效率的差异研究还鲜见报道。尚需研究新疆南疆12个品种（系）在不同施氮量条件下产量及产量构成、氮素积累量、氮素吸收和利用效率的差异。【拟解决的关键问题】研究选用新疆南疆12个小麦品种（系）为材料，在滴灌随水滴肥条件下，从氮素的吸收和利用两个方面分析不同冬小麦品种的氮素利用特性，为新疆小麦氮高效品种的选育和高产栽培技术制定提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验于2018～2019年度在新疆泽普县种子公司脱绒厂进行，E：77°16′，N38°10′，海拔高度1 266 m，土壤类型为沙壤土。播前0～20cm 土壤基础肥力为有机质12.79 g/kg，全氮0.581 g/kg，全磷0.8 g/kg，全钾19.8 g/kg，碱解氮33.1 mg/kg，速效磷13.7 mg/kg，速效钾91.0 mg/kg。

1.2 方法

1.2.1 试验设计

试验为裂区设计，氮肥为主区，品种为副区。氮肥处理设置3个水平，N0：整个生育期不施肥，N1：追施纯氮103.5 kg/hm2，N2：追施纯氮207 kg/hm2。品种选择南疆的12个小麦品种（系），分别为新冬20 号、新冬22 号、新冬40 号、新冬46号、新冬57 号、新冬60 号、邯郸5316、中麦8 号、H12-38、15/6412、15/6317、12/N6166。每处理3次重复。每个小区面积12m2（4 m×3 m）。播种密度525×104粒/hm2，人工播种，行距20 cm。全生育期灌水6 次（越冬，返青期、抜节期、孕穗期、扬花期、灌浆期），灌水采用滴灌。小麦播种前，施磷酸二铵375 kg/hm2，作为基肥一次性施入（N0处理整个生育期不施肥）。追肥在返青期和拔节期追施，追施比例为返青∶拔节=1∶2，追肥随水滴施。其他管理措施同当地大田。

1.2.2 测定指标

1.2.2.1 植株氮含量

每小区于成熟期取10株小麦，分为茎、叶、籽粒、颖壳+穗轴共4个器官，于105℃杀青30 min，80℃烘干后称重。不同器官样品用微型植物粉碎机粉碎，送有资质的单位测定植株氮含量，并计算地上部氮素积累量。

1.2.2.2 产量和产量构成因素

收获期进行田间测产，每处理取2 m2样方，每处理5 次重复，取平均值；另外每处理取定点1m行长进行室内考种，调查667m2穗数、穗粒数和千粒重。

1.2.2.3 氮素利用率

氮素利用率（NUE，kg/kg）=籽粒产量/供氮量；

氮素吸收效率（UPE，%）=成熟期地上部氮素积累量/供氮量×100%；

氮素利用效率（UTE，kg/kg）=籽粒产量/地上部氮素积累量。

1.3 数据处理

数据采用EXCEL 2007、DPS7.05 和SPSS21.0进行数据统计分析，用Duncan多重比较法进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同小麦品种产量及产量构成因素

研究表明，随着施氮量的增加收获穗数和穗粒数增加，而千粒重随着施氮量的增加而降低。在N0条件下，产量较高品种为新冬40 号，15/6317，新冬60号；在N1条件下，产量较高品种为新冬40号，新冬60号，新冬57号，12/N6166；在N2条件下，产量较高品种为新冬60 号，15/6317，邯5316，新冬40号。表1

表1 不同小麦品种产量及产量构成因素Table 1 Yield and yield components of different wheat varieties

2.2 不同小麦品种氮素积累量

研究表明，不同品种植株氮素积累量随着施氮量的增加显著提高。在N0条件下氮素积累量较高品种为新冬20号，中麦8号，新冬60号，新冬40，12/N6166，邯5316；在N1条件下氮素积累量较高品种为新冬60号，新冬40号；在N2条件下氮素积累量较高品种为新冬60 号，新冬40 号，15/6317。表2

表2 不同小麦品种植株氮素积累量变化Table 2 Plant N accumulation of different wheat varieties（kg/hm2）

2.3 不同小麦品种氮素利用率及聚类

研究表明，随着施氮量的增加不同品种氮素利用率（NUE）降低。在N0条件下，NUE较高品种为新冬40 号，新冬60 号，15/6317；在N1条件下，NUE 较高品种为新冬60 号，新冬57 号，新冬40号，中麦8号，12/N6166；在N2条件下，NUE较高品种为新冬60号，新冬40号，15/6317。在不同氮肥水平下，NUE 较高品种为新冬60 号，新冬40 号，15/6317；NUE降低品种为新冬22号，H12-38，15/6412，新冬46号。表3，图1

图1 不同氮肥条件下品种氮素利用率的聚类Fig.1 Cluster analysis of nitrogen use efficiency under different nitrogen fertilizer conditions

表3 不同小麦品种氮素利用率变化Table 3 Nitrogen use efficiency of different wheat varieties（kg/kg）

2.4 不同小麦品种氮素利用效率和氮素吸收效率

研究表明，氮素吸收和利用效率随着施氮量的增加呈降低的趋势。氮素吸收效率在N0条件下较高品种为新冬20 号，12/N6166；在N1条件下较高品种为新冬60 号，15/6412，新冬40 号；在N2条件下较高品种为新冬60号和新冬40号。氮素利用效率在N0条件下较高品种为新冬22号，新冬57号，新冬40号和15/6317；在N1条件下较高品种为15/6317，新冬57号；在N2条件下较高品种为邯5316，12/N6166。

在不施氮（N0）条件下新冬40 号，新冬60 号，15/6317氮素利用率较高，但氮素吸收效率和利用效率均处于高或中等水平，新冬40 号，新冬60号，15/6317在低氮条件下氮素利用率较高来自氮素吸收效率和氮素利用效率的共同作用，以氮素利用效率为主；在施氮（N1、N2）条件下新冬60 号和新冬40号氮素吸收效率高于其它品种，但其氮素利用效率并不突出，在施肥条件下新冬60号和新冬40 号高氮素利用率来自其较高氮素吸收能力，而15/6317 氮素利用率较高是氮素吸收效率和氮素利用效率的共同作用。表4

表4 不同小麦品种氮素吸收效率和氮素利用效率Table 4 The nitrogen uptake and utilization efficiencyin different wheat varieties

3 讨论

选用氮高效小麦品种并加强氮肥管理是提高小麦氮素利用率的有效措施[19-20]。施氮量是影响小麦氮素吸收利用效率的重要因素。研究表明[21-22]，随着施氮量的增加，氮素的吸收利用效率逐渐降低。郭天财等[23]认为施氮量在0～180 kg/hm2范围内，随施氮量的增加氮素利用率也随之增加，超过此临界值反而下降。研究表明，随着施氮量的增加氮素利用率、氮素吸收效率和氮素利用效率呈降低趋势。王晓婧[24]、赵俊晔等[25]研究也认为随着施氮量的增加，小麦的氮吸收效率等各项指标均存在不同程度的降低。研究结果不一致可能与土壤肥力、施肥量等有关。

不同小麦品种间不仅存在显著的氮效率差异，也存在显著地氮素吸收和利用的差异[22，26]，即使是同一氮效率类型的冬小麦品种，其达到高氮效率的途径亦是不同的[27-28]。氮高效品种较低效品种通常具有更高的氮吸收效率或者氮利用效率。氮高效品种较氮低效品种具有较强的低氮忍耐、氮素吸收、氮素转运能力[17，29]。低氮条件下吸收效率和利用效率的共同影响导致了产量差异，但以利用效率为主[16]。研究也表明新冬40号，新冬60号，15/6317在低氮条件下氮素利用效率较高来自氮素吸收效率和氮素利用效率的共同作用，以氮素利用效率为主。氮高效品种达到高氮效率的途径不同，临麦4号通过高氮素吸收效率、泰山28 通过高氮素利用效率、鲁原502 和山农25 通过氮素吸收效率和利用效率共同作用实现氮高效[8]。研究表明，新冬60号和新冬40号在不同氮肥条件下氮素利用率较高，主要是由于其氮素吸收效率较高；而15/6317 氮素利用率较高是氮素吸收效率和氮素利用效率的共同作用。童依平等[16]的研究也表明在高氮条件下主要是吸收效率的影响，利用效率的影响较小。而Gaju O 等[30]则研究表明在低氮素供应条件下，小麦产量的基因型差异主要是由氮素的吸收效率决定;而在高氮素供应条件下，小麦产量则由氮素的吸收效率和利用效率共同决定。

4 结论

随着施氮量的增加不同品种收获穗数、穗粒数增加，千粒重降低，氮素积累量和产量增加；氮素利用率、氮素吸收效率和氮素利用效率随着施氮量的增加而降低。氮素利用率较高品种为新冬40号，新冬60号，15/6317。氮高效品种达到高氮效率的途径不同，在不施氮（N0）条件下新冬40号，新冬60号，15/6317氮素利用率高主要是氮素吸收效率和氮素利用效率的共同作用，以氮素利用效率为主；在施氮条件下新冬60 号和新冬40号在氮素利用率高来自其较高氮素吸收效率，而15/6317 氮素利用率较高是氮素吸收效率和氮素利用效率的共同作用。