小麦成熟期N、P养分利用效率鉴定初探

吕广德，陈永军，尹逊栋，吴 科，钱兆国

（泰安市农业科学院，山东泰安 271000）

0 引言

小麦是世界重要的粮食作物之一，也是中国第二大口粮作物，其种植面积占中国粮食作物总种植面积的30%左右[1]。氮和磷是小麦生长发育所必需的矿质营养元素，在促进光合作用、产物运输、蛋白质合成、气孔运动、增强抗逆性等方面发挥重要作用[2]。当前，大部分农田耕地的氮素和磷素的盈余量很大[3]。长期以来，小麦生产过程中氮磷肥施用量严重超出实际需求量[4]，据统计，2016年，中国氮肥年施用量达到448.5万t，磷肥年使用量达到200.2万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，以及不断增加的土壤氮库和磷库，造成小麦养分利用效率低，土壤板结、功能性降低，环境污染等严重后果[7-9]。因此合理的减施氮肥和磷肥不仅对小麦生产，也对生态环境保护具有重要意义。当前，提高氮肥和磷肥利用效率的措施有两个，一是栽培方法的改良，例如分层施肥[10]、测土配肥[11]、水肥一体化[12]等；二是资源高效新品种的培育，筛选和利用高效种质资源是培育资源高效型品种的基础[13]。目前，小麦氮肥和磷肥高效利用种质资源的筛选鉴定还没有统一的方案和规程，均处于试验探索阶段。本试验依据小麦良种攻关养分利用效率鉴定公式，对当前山东省审定及推广的品种开展养分利用效率鉴定试验，以期拓宽小麦养分高效利用的种质资源，为高效小麦育种工作提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验设计

2018—2019年于泰安市农业科学院肥城试验基地进行试验。

本试验共设3个处理：对照处理(CK)、低氮处理(LN)、低磷处理(LP)。3行区，株距2 cm，行距25 cm，行长1.5 m，重复2次。正常处理按照小麦9000 kg/hm2的产量目标施肥，低氮、低磷处理按照小麦6000 kg/hm2产量目标分别施用相应量的氮素和磷素，其他养分保持一致，施肥前测定N、P、K含量（表1）。各处理间用水泥墙（深1.5 m）隔开，形成养分利用鉴定池。筛选材料为近几年审定推广及参加审定试验的56份小麦品种（系）（对照材料‘济麦22’）（表2），每个重复内采用间比法顺序排列，每10个材料种植1个对照材料。收获并测定1.5 m行长的籽粒产量。

表1 2018年和2019年小麦种植前土壤养分含量 mg/kg

表2 成熟期N、P养分利用效率鉴定品种（品系）

续表2

氮素利用效率鉴定指标(Nitrogen Use Index,NUI)计算见公式(1)，磷素利用效率鉴定指标(Phosphorus Use Index,PUI)计算见公式(2)。

式中，NUI为氮效率指数；Gt为待测材料减氮处理籽粒产量；Gc为待测材料正常处理籽粒产量；GC为对照品种正常处理籽粒产量；GT为对照品种减氮处理籽粒产量。

式中，PUI为磷效率指数；Gt为待测材料减磷处理籽粒产量；Gc为待测材料正常处理籽粒产量；GC为对照品种正常处理籽粒产量；GT为对照品种减磷处理籽粒产量。笔者将NUI≥1.300、PUI≥1.100认定为氮素和磷素养分高效材料。

2 结果与分析

2.1 正常施肥水平条件下供试材料的产量结果

2018—2019年度，供试材料产量变幅为7047～10025 kg/hm2，对照品种‘济麦22’的产量为9108 kg/hm2。供试材料中比对照增产的共16个，分别是‘师栾02-1’、‘临沂091’、‘济麦23’、‘鲁麦188’、‘山农111’、‘良星66’、‘AN01’、‘裕田麦 119’、‘山农 29’、‘鑫星 169’、‘烟181’、‘菏麦20’、‘山农23’、‘烟农21’、‘烟农999’和‘山农30’（表3）。

表3 成熟期氮素养分高效材料筛选(2018—2019)

续表3

2019—2020年度，供试材料产量变幅为8135～10862 kg/hm2，对照品种‘济麦22’的产量为8907 kg/hm2。供试材料中比对照增产的共20个，分别是‘山农25’、‘鲁原 502’、‘山农 23’、‘济南 17’、‘济麦 23’、‘鲁麦188’、‘烟1212’、‘泰山27’、‘鑫星169’、‘裕田麦119’、‘菏麦20’、‘临沂091’、‘泰科麦41’、‘AN01’、‘山农29’、‘烟农19’、‘青麦6号’、‘烟农21’、‘烟农999’和‘山农30’（表4）。

表4 成熟期氮素养分高效材料筛选(2019—2020)

续表4

2.2 低氮胁迫条件下(LN)供试材料的产量结果

2018—2019年度，供试材料产量变幅为5915～8351 kg/hm2，对照品种‘济麦22’的产量为7097 kg/hm2。供试材料中比对照增产的共24个，分别是‘泰农32’、‘菏麦 17’、‘济麦 20’、‘临沂 091’、‘鑫星 169’、‘鲁原502’、‘裕田麦 119’、‘青丰 1 号’、‘青农 2 号’、‘山农111’、‘泰山27’、‘良星66’、‘师栾02-1’、‘鑫麦296’、‘良星517’、‘山农29’、‘烟181’、‘淄麦28’、‘山农23’、‘烟农 21’、‘烟农 999’、‘山农 30’、‘临麦 4 号’和‘AN01’（表3）。

2019—2020年度，供试材料产量变幅为5019～8654 kg/hm2，对照品种‘济麦22’的产量为7110 kg/hm2。供试材料中比对照增产的共26个，分别是‘临沂091’、‘泰田麦118’、‘山农111’、‘鲁原502’、‘山农22’、‘泰科麦41’、‘鑫麦296’、‘鑫星169’、‘裕田麦119’、‘临麦4号’、‘泰科麦34’、‘烟农19’、‘泰山28’、‘良星517’、‘良星66’、‘烟1212’、‘AN01’、‘烟农173’、‘烟农21’、‘山农25’、‘淄麦28’、‘泰山27’、‘山农29’、‘山农23’、‘山农30’和‘烟农999’（表4）。

2.3 低磷胁迫条件下(LP)供试材料的产量结果

2018—2019年度，供试材料产量变幅为5490～8039 kg/hm2，对照品种‘济麦22’的产量为7299 kg/hm2。供试材料中比对照增产的共12个，分别是‘菏麦17’、‘烟农999’、‘山农20’、‘烟农21’、‘山农111’、‘裕田麦119’、‘AN01’、‘良星517’、‘淄麦28’、‘山农29’、‘山农23’和‘山农30’（表5）。

表5 小麦成熟期磷素养分高效材料筛选(2018—2019)

续表5

2019—2020年度，供试材料产量变幅为5831～9005 kg/hm2，对照品种‘济麦22’的产量为7466 kg/hm2。供试材料中比对照增产的共19个，分别是‘临麦4号’、‘泰山27’、‘烟农21’、‘烟农999’、‘裕田麦119’、‘泰科麦34’、‘泰田麦118’、‘山农111’、‘AN01’、‘山农29’、‘山农20’、‘良星517’、‘烟1212’、‘良星99’、‘淄麦28’、‘烟农19’、‘山农23’、‘山农25’和‘山农30’（表6）。

表6 小麦成熟期磷素养分高效材料筛选(2019—2020)

续表6

2.4 氮、磷养分利用效率鉴定结果

在NPK、LN 2个处理下，对56份参试材料进行了氮素利用效率鉴定，鉴定结果：氮素利用高效的材料有20份，分别为‘淄麦28’、‘临麦4号’、‘泰山27’、‘良星66’、‘烟农999’、‘山农23’、‘山农29’、‘山农30’、‘鑫麦296’、‘烟农21’、‘良星517’、‘AN01’、‘烟农173’、‘烟1212’、‘师栾02-1’、‘泰科麦34’、‘泰山28’、‘泰田麦118’、‘烟181’和‘山农25’（表3）。

在NPK、LP 2个处理下，对56份参试材料进行了磷素利用效率鉴定，鉴定结果：磷素利用高效的材料有15份，分别为‘淄麦28’、‘山农 23’、‘山农 29’、‘山农30’、‘山农20’、‘裕田麦119’、‘良星517’、‘山农111’、‘AN01’、‘烟农19’、‘烟1212’、‘泰科麦34’、‘良星99’、‘山农25’和‘裕田麦118’（表4）。

根据以上鉴定结果，56份参试材料中氮磷均高效利用的材料有9份，分别为‘淄麦28’、‘山农23’、‘山农29’、‘山农30’、‘良星517’、‘AN01’、‘烟1212’、‘泰科麦34’和‘泰田麦118’。

3 结论与讨论

3.1 结论

从以往的研究看出，氮高效和磷高效小麦品种筛选的依据并不一致，但由于田间的环境条件很难控制，而且氮素利用效率和磷素利用效率是数量性状，很容易造成鉴定结果的差异。探索一种简便有效的鉴定方法，对氮素和磷素高效利用有重要意义。本研究依据小麦良种攻关养分利用效率鉴定公式，利用正常氮、低氮和正常磷、低磷大田营养池，并结合56份当前推广或待审定的小麦品种氮素和磷素利用鉴定结果，筛选到20份氮素高效利用品种（系），15份磷素高效利用品种（系），9份氮素和磷素均高效利用品种（系）。

3.2 讨论

选用氮磷高效小麦品种并加强氮磷肥管理是提高小麦氮素和磷素利用率的有效措施。当前，有关小麦氮高效和磷高效品种的筛选已有大量研究。何文寿等在施氮和不施氮2个水平下，依据籽粒产量、生物产量、地上部氮素积累量和籽粒氮素积累量等指标，将试验品种划分为高速高效型、低速中效型和中速低效型三类[14]；张锡州等[15]在66 mg/kg土壤的氮肥水平下，把供试材料按成熟期植株单位氮素积累量所能生产的干物质或籽粒产量从低到高划分为5种类型；王晓婧等[16]在5个氮肥水平下研究21份供试材料的产量、氮素利用率、氮素吸收效率和氮素利用效率等指标，筛选出‘临麦4号’、‘鲁原502’、‘泰山28’和‘山农25’等氮高效品种，并对其达到高氮效率的途径进行了聚类分析；罗永露等[17]对中国西南麦区24个小麦品种在3种氮素水平下进行氮素高效品种筛选，并初步分析出穗长和经济系数等农艺性状可作为西南麦区氮高效品种筛选的依据；宋晓等[18]基于主成分分析对27个小麦品种的12个氮效率指标进行分析，进而筛选氮高效小麦品种。柏栋阴等[19]在不同磷肥的条件下对58份小麦品种的磷效率及其年度间的稳定性进行研究，利用耐低磷力和品种适应性来描述磷效率，筛选出‘内乡188’、‘徐麦25’和‘西农979’等3个高耐低磷力的品种，‘徐麦856’、‘徐麦270’、‘徐麦3-54’和‘小偃54’等4个磷高效品种；袁园园等[20]通过正常磷和低磷大田池栽试验，结合19个与产量及磷效率相关性状分析，定义磷效率和产量均表现优异的品种为磷高效基因型品种。综上所述，目前没有统一的氮素和磷素利用高效的鉴定方法，且很多研究只是注重后期施用氮素和磷素的情况，并未对土壤中氮素和磷素供应情况进行说明，我们在保持土壤物理结构的基础上，以正常处理按照小麦9000 kg/hm2的产量目标施肥，低氮和低磷处理按照小麦6000 kg/hm2产量目标分别施用相应量的氮素和磷素，其他养分保持一致。各处理间用水泥墙（深1.5 m）隔开，形成养分利用鉴定池。利用小麦良种攻关养分利用效率鉴定公式，以当前黄淮麦区推广面积最大的‘济麦22’小麦品种为对照，初探当前推广面积较大或待审定的小麦品种（系）的养分利用率，为小麦养分高效育种提供材料基础。