李淑靖,吳金芝,黃 明,王春平,李友軍,汪洪濤,趙雯馨,黃修利,李文娜,李 爽

(河南科技大學(xué) 農(nóng)學(xué)院,河南 洛陽 471023)

小麥(TriticumaestivumL.)是我國(guó)三大糧食作物之一,其種植面積和產(chǎn)量分別占我國(guó)糧食作物總量的20.0%,20.1%[1-2],在保障國(guó)家糧食安全中具有重要作用[3]。小麥氮磷鉀積累利用特征與其產(chǎn)量形成關(guān)系密切,因而備受人們關(guān)注[4-14]。李瑞珂等[4]研究發(fā)現(xiàn),高產(chǎn)小麥品種的氮素積累量顯著高于低產(chǎn)品種。王崢[5]的研究表明,小麥品種改良進(jìn)程中產(chǎn)量的可塑性增加,收獲指數(shù)降低,單位面積粒數(shù)增加,籽粒質(zhì)量先降低后增加。對(duì)黃土高原不同年代品種的研究表明[6],現(xiàn)代品種比20世紀(jì)80年代品種產(chǎn)量提高39.7%,磷生理效率提高33.1%,單位產(chǎn)量的需磷量降低22.8%。多數(shù)研究表明,隨小麥產(chǎn)量的增加,百千克籽粒需氮、磷量增加[7-8],籽粒含氮量[9]、含磷量[10-11]和含鉀量[12]降低。然而,黃倩楠等[13]卻發(fā)現(xiàn),不同麥區(qū)的百千克籽粒需氮、磷、鉀量均隨產(chǎn)量的增加呈降低趨勢(shì);李莎莎等[14]研究表明,高產(chǎn)小麥品種間籽粒氮含量存在顯著差異,高籽粒氮含量品種的籽粒含磷量高但含鉀量低。綜合來看,品種和產(chǎn)量水平對(duì)小麥氮磷鉀養(yǎng)分積累利用特征及其籽粒養(yǎng)分含量均會(huì)產(chǎn)生影響,但其影響效應(yīng)尚無定論。不同地理來源小麥品種具有不同的基因背景,研究其特征可為種質(zhì)資源的保護(hù)和新品種的選育提供參考。前人圍繞不同地理來源小麥品種的遺傳變異[15-16],HMW-GS組成[17],小麥面粉香氣成分[18]、品質(zhì)和形態(tài)性狀[19-20],產(chǎn)量及其構(gòu)成因素[21],鎘積累[22],葉綠素?zé)晒鈪?shù)[23]差異等進(jìn)行了探討。同時(shí),對(duì)小麥產(chǎn)量和氮磷鉀積累利用的品種差異已經(jīng)進(jìn)行了大量研究,但多是圍繞區(qū)域內(nèi)或者是國(guó)內(nèi)的品種間差異展開,有關(guān)國(guó)內(nèi)與國(guó)外品種(品系)間的研究較少,且有關(guān)不同地理來源品種的產(chǎn)量和氮磷鉀養(yǎng)分吸收利用差異的研究尚未見報(bào)道。因此,以58個(gè)中國(guó)品種、42個(gè)CIMMYT品種、65個(gè)國(guó)外其他地區(qū)品種(品系)為材料,在旱地條件下研究不同地理來源品種及同一地理來源高產(chǎn)與低產(chǎn)品種的產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成因素差異,以及氮磷鉀積累、分配、利用及需求特征,旨在為旱地小麥育種和栽培提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2020年9月—2021年6月在河南省洛陽市河南科技大學(xué)開元校區(qū)農(nóng)場(chǎng)(112.25°E,34.36°N)進(jìn)行,試驗(yàn)地位于典型的半濕潤(rùn)易旱區(qū),海拔為150 m,年平均氣溫14.6 ℃,年降水量為400～800 mm,且主要集中在6—9月。試驗(yàn)開始前0～20 cm和20～40 cm土層土壤基礎(chǔ)肥力見表1。

表1 試驗(yàn)開始前土壤基礎(chǔ)肥力

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與田間管理

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。供試小麥品種(品系)共165個(gè),按照引種來源分成中國(guó)、CIMMYT和國(guó)外其他品種3類,其中,中國(guó)品種58個(gè),CIMMYT品種42個(gè),國(guó)外其他品種65個(gè)。參照李莎莎等[14]描述的方法,將同一地理來源不同品種按產(chǎn)量從高到低排序,排在前10位的為高產(chǎn)品種,排在后10位的為低產(chǎn)品種,具體信息見表2。2020年10月12日播種,每個(gè)品種播種2行,行長(zhǎng)1.0 m,行距20 cm,每行均勻點(diǎn)播40粒,株距2.5 cm,3次重復(fù)。所用肥料為N∶P2O5∶K2O=23∶10∶5的復(fù)合肥,全部基施,用量為750 kg/hm2,折合172.5 kg/hm2N、75 kg/hm2P2O5和37.5 kg/hm2K2O。全生育期無灌溉,病蟲草防治等其他管理同常規(guī)大田。

表2 供試小麥品種名稱及分類

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 植株干物質(zhì)積累量及氮磷鉀含量的測(cè)定 在成熟期,抽取具有代表性的植株10個(gè),統(tǒng)計(jì)穗數(shù)后,將地上部分分成莖葉、籽粒和穎殼+穗軸(簡(jiǎn)稱穎殼)三部分并自然風(fēng)干,稱質(zhì)量后,將風(fēng)干莖葉剪碎至1 cm左右小段,然后分別取籽粒、莖葉和穎殼各20 g左右,65 ℃烘至恒質(zhì)量,稱質(zhì)量并計(jì)算風(fēng)干樣品含水量,進(jìn)而計(jì)算單位面積籽粒、莖葉和穎殼的干物質(zhì)積累量。將烘干后的上述樣品分別粉碎,密封于自封袋,用于測(cè)定氮磷鉀含量。采用H2SO4-H2O2法消解,連續(xù)流動(dòng)分析儀(AA3,SEAL,德國(guó))測(cè)定消解液中的氮、磷濃度,火焰光度計(jì)(M410,SHERWOOD,英國(guó))測(cè)定鉀濃度[14]。氮磷鉀含量均以烘干質(zhì)量表示,某一器官的氮(磷、鉀)積累量為該器官烘干質(zhì)量與其養(yǎng)分含量的乘積。地上部氮(磷、鉀)積累量為各器官氮(磷、鉀)積累量之和[24]。

1.3.2 籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的測(cè)定 在成熟期,將每個(gè)小區(qū)抽樣后余下的全部小麥?zhǔn)斋@、風(fēng)干,脫粒后稱取籽粒風(fēng)干質(zhì)量并測(cè)定含水量,折算出籽粒烘干質(zhì)量,加上抽取的10株小麥的籽粒質(zhì)量,計(jì)算單位面積籽粒產(chǎn)量(g/m2)。利用抽樣的植株測(cè)定穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量,并計(jì)算穗粒質(zhì)量。小麥產(chǎn)量、千粒質(zhì)量和穗粒質(zhì)量均用烘干質(zhì)量表示。

1.3.3 相關(guān)指標(biāo)計(jì)算 氮(磷、鉀)吸收效率(g/g)=地上部氮(磷、鉀)積累量(g/m2)/施氮(磷、鉀)量(g/m2)[25],氮(磷、鉀)生理效率(g/g)=籽粒產(chǎn)量(g/m2)/地上部氮(磷、鉀)積累量(g/m2)[24]。

籽粒養(yǎng)分含量形成的養(yǎng)分需求量,指作物每生成1 g/kg的籽粒養(yǎng)分含量所要求地上部吸收該養(yǎng)分的數(shù)量,反映作物籽粒某一養(yǎng)分含量形成對(duì)該養(yǎng)分吸收的需求情況。計(jì)算公式如下:

籽粒氮(磷、鉀)含量形成的氮(磷、鉀)需求量(g/m2)=地上部氮(磷、鉀)積累量(g/m2)/籽粒氮(磷、鉀) 含量(g/kg)×1 000[24]。

百千克籽粒產(chǎn)量形成的養(yǎng)分需求量,指小麥生產(chǎn)100 kg 籽粒產(chǎn)量需要的地上部養(yǎng)分吸收量,反映作物形成籽粒產(chǎn)量對(duì)養(yǎng)分的需求情況。計(jì)算公式如下:

百千克籽粒需氮(磷、鉀)量(kg/kg)=地上部氮(磷、鉀)積累量(g/m2)/產(chǎn)量(g/m2)×100[24]。

百千克籽粒產(chǎn)量形成的干物質(zhì)需求量,指小麥生產(chǎn)100 kg 籽粒產(chǎn)量需要的地上部干物質(zhì)量,反映作物形成籽粒產(chǎn)量對(duì)干物質(zhì)的需求情況。計(jì)算公式如下:

百千克籽粒需干物質(zhì)量(kg/kg)=地上部生物量(g/m2)/籽粒產(chǎn)量(g/m2)×100[26]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2019軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,利用SPSS 23.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)(LSD法)。

2 結(jié)果與分析

2.1 旱地條件下不同地理來源小麥品種的產(chǎn)量和養(yǎng)分積累利用特征描述

由表3可以看出,不同測(cè)定性狀的標(biāo)準(zhǔn)差不同,其中百千克籽粒需干物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)差最大,為698.0,其次是生物量,為253.3,籽粒磷積累量、磷吸收效率、百千克籽粒需磷量標(biāo)準(zhǔn)差較小,說明供試品種的百千克籽粒需干物質(zhì)量和生物量等性狀的差異較大,評(píng)價(jià)時(shí)需要進(jìn)一步的劃分。不同測(cè)定性狀的變異系數(shù)為16.0%～51.4%,變異系數(shù)最大的是營(yíng)養(yǎng)器官磷積累量,其次是營(yíng)養(yǎng)器官氮積累量、籽粒磷積累量、百千克籽粒需鉀量;變異系數(shù)較小的是磷生理效率、百千克籽粒需磷量、千粒質(zhì)量。表明供試小麥品種的產(chǎn)量和養(yǎng)分積累利用具有明顯的差異,并且供試小麥品種具有豐富的遺傳背景和代表性。

表3 供試小麥品種的產(chǎn)量和氮磷鉀積累利用特征

2.2 旱地條件下不同地理來源小麥品種的產(chǎn)量及其構(gòu)成因素差異

由表4可以看出,旱地條件下不同地理來源的小麥品種對(duì)小麥的產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成因素、生物量、收獲指數(shù)均具有顯著的調(diào)控作用,且同一地理來源的高低產(chǎn)品種之間,以及不同地理來源的高產(chǎn)品種之間、低產(chǎn)品種之間也多表現(xiàn)出了顯著差異。對(duì)于全部品種而言,與國(guó)外其他品種相比,CIMMYT和中國(guó)小麥品種的籽粒產(chǎn)量、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量別提高21.3%和10.5%,39.1%和18.1%,26.4%和24.3%;收獲指數(shù)提高9.8,9.0百分點(diǎn);生物量、穗數(shù)分別降低11.6%和19.9%,23.3%和20.5%。對(duì)于高產(chǎn)品種而言,與國(guó)外其他品種相比,CIMMYT和中國(guó)小麥品種的籽粒產(chǎn)量、穗粒數(shù)分別提高11.4%和5.4%,20.4%和16.6%,生物量和穗數(shù)分別降低16.3%和15.7%,17.7%和17.7%,CIMMYT的千粒質(zhì)量增幅不顯著,而中國(guó)品種顯著降低25.3%。對(duì)于低產(chǎn)品種而言,與國(guó)外其他品種相比,CIMMYT和中國(guó)品種的籽粒產(chǎn)量、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量分別提高44.9%和21.9%,58.7%和20.2%,40.3%和22.3%,生物量、穗數(shù)分別降低13.9%和24.2%,34.9%和21.0%。與同一地理來源低產(chǎn)品種相比,中國(guó)高產(chǎn)品種的產(chǎn)量、穗數(shù)、穗粒數(shù)和生物量分別提高122.4%,38.7%,39.3%,96.1%和12.8%;CIMMYT高產(chǎn)品種的產(chǎn)量、穗數(shù)和生物量分別顯著提高97.6%,68.2%和71.7%;國(guó)外其他高產(chǎn)品種的產(chǎn)量、穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量、生物量分別顯著提高157.2%,33.0%,43.6%,35.9%,76.4%。

表4 旱地條件下不同地理來源小麥品種的產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成因素、生物量和收獲指數(shù)差異

2.3 旱地條件下不同地理來源小麥品種的地上部氮磷鉀養(yǎng)分積累量的差異

由表5可知,旱地條件下不同地理來源全部品種及高產(chǎn)品種和低產(chǎn)品種的地上氮磷鉀積累量均以國(guó)外其他品種最高。與國(guó)外其他品種相比,對(duì)全部品種而言,CIMMYT和中國(guó)小麥品種的地上部氮、鉀積累量均顯著降低,降幅分別為12.8%和17.0%,16.1%和16.8%,而地上部磷積累量無顯著差異;對(duì)高產(chǎn)品種而言,與國(guó)外其他品種相比,地上部氮積累量分別顯著降低17.1%和13.9%,CIMMYT品種的地上部磷鉀積累量顯著降低10.9%和21.6%;對(duì)低產(chǎn)品種而言,地上部氮、鉀積累量分別顯著降低17.7%和28.3%,29.1%和31.3%,但磷積累量的降幅未達(dá)顯著水平。與同一地理來源低產(chǎn)品種相比,高產(chǎn)品種的地上部氮、磷、鉀積累量均顯著提高,其中,中國(guó)品種分別提高98.8%,101.0%和83.7%,CIMMYT品種提高66.7%,65.1%和56.8%,國(guó)外其他品種提高65.5%,71.2%和41.8%。

表5 旱地條件下不同地理來源小麥品種的地上部氮磷鉀積累量差異

2.4 旱地條件下不同地理來源小麥品種的不同器官氮磷鉀積累和分配特性的差異

如表6所示,在旱地條件下,除不同地理來源品種間籽粒鉀積累量和同一地理來源高低產(chǎn)品種間穎殼氮磷積累量無顯著差異外,不同地理來源全部品種、高產(chǎn)品種、低產(chǎn)品種間以及同一地理來源高產(chǎn)與低產(chǎn)品種間的差異均達(dá)到顯著水平。與國(guó)外其他品種相比,對(duì)全部品種而言,CIMMYT和中國(guó)品種的莖葉氮、磷、鉀積累量分別降低44.2%和32.0%,39.0%和16.0%,24.3%和22.2%,CIMMYT和中國(guó)品種的穎殼氮、磷積累量降低37.4%和47.4%,47.0%和54.7%,中國(guó)品種的穎殼鉀積累量和籽粒氮積累量降低16.7%和6.4%,CIMMYT品種的籽粒氮積累量、中國(guó)品種的籽粒磷積累量提高6.0%,36.2%;對(duì)高產(chǎn)品種而言,CIMMYT和中國(guó)品種的莖葉氮、鉀積累量,穎殼氮、磷積累量分別降低33.9%和21.2%,22.4%和20.6%,50.9%和53.6%,49.7%和55.7%,CIMMYT品種的莖葉磷積累量降低28.9%,中國(guó)品種的籽粒磷積累量顯著提高61.9%;對(duì)低產(chǎn)品種而言,CIMMYT和中國(guó)品種的莖葉氮、鉀積累量分別顯著降低58.3%和47.7%,37.5%和33.7%,穎殼的氮、磷積累量顯著降低45.5%和50.4%,55.8%和60.3%,CIMMYT品種的籽粒氮、鉀積累量顯著提高19.8%和17.9%,籽粒磷積累量及中國(guó)品種的籽粒氮磷鉀積累量無顯著變化。同一地理來源高產(chǎn)與低產(chǎn)品種相比,中國(guó)品種的莖葉和籽粒的氮、磷、鉀積累量分別顯著提高65.0%,49.0%,57.0%和118.8%,104.7%,131.2%,CIMMYT品種顯著提高73.7%,49.1%,62.7%和72.4%,80.5%,63.5%,國(guó)外其他品種的莖葉鉀積累量、穎殼鉀積累量和籽粒氮、磷、鉀積累量提高31.1%,64.2%和115.7%,66.4%,115.6%。

表6 旱地條件下不同地理來源小麥品種的不同器官氮磷鉀積累量差異

由表7可以看出,氮磷鉀在小麥不同器官中的分配比例因品種地理來源和產(chǎn)量水平高低而異,且多數(shù)條件下差異達(dá)到了顯著水平。與國(guó)外其他品種相比,對(duì)全部品種而言,CIMMYT和中國(guó)品種的莖葉氮、鉀分配比例分別顯著降低10.9和5.2,4.1和3.1百分點(diǎn),穎殼氮、磷分配比例顯著降低2.7和3.8,5.6和13.9百分點(diǎn),CIMMYT品種的莖葉磷和穎殼鉀分配比例顯著降低5.1和3.9百分點(diǎn),CIMMYT和中國(guó)品種的籽粒氮、磷、鉀分配比例顯著提高13.6和8.9,10.9和13.3,4.5和3.1百分點(diǎn);對(duì)高產(chǎn)品種而言,CIMMYT和中國(guó)品種的穎殼氮、磷分配比例顯著降低4.7和5.3,10.7和18.4百分點(diǎn),籽粒氮、磷分配比例顯著提高9.4和7.1,11.8和16.1百分點(diǎn),而莖葉磷,莖葉、穎殼和籽粒鉀分配比例無顯著差異;對(duì)低產(chǎn)品種而言,CIMMYT和中國(guó)品種的莖葉氮,穎殼氮分配比例分別顯著降低17.7和9.5,4.3和4.0百分點(diǎn),籽粒氮、磷、鉀分配比例顯著提高22.0和13.5,13.4和14.7,6.4和3.3百分點(diǎn),CIMMYT品種的莖葉磷、鉀分配比例顯著降低8.5和8.0百分點(diǎn)。與同一地理來源低產(chǎn)品種相比,中國(guó)高產(chǎn)品種的籽粒氮、磷、鉀分配比例分別顯著提高7.6,8.1和4.4百分點(diǎn),莖葉鉀和穎殼氮分配比例顯著降低5.7和3.4百分點(diǎn);CIMMYT高產(chǎn)品種的穎殼氮分配比例顯著降低2.5百分點(diǎn),籽粒氮、磷、鉀分配比例無顯著變化;國(guó)外其他高產(chǎn)品種的莖葉氮、鉀分配比例分別顯著降低11.9和6.7百分點(diǎn),籽粒氮、磷、鉀分配比例顯著提高14.0,6.7和5.0百分點(diǎn)。

表7 旱地條件下不同地理來源小麥品種的不同器官氮磷鉀分配差異

2.5 旱地條件下不同地理來源小麥品種的氮磷鉀利用效率的差異

旱地條件下不同地理來源品種及同一地理來源高低產(chǎn)品種對(duì)小麥氮磷鉀養(yǎng)分利用效率均有顯著的調(diào)控作用(表8)。與國(guó)外其他品種相比,對(duì)全部品種而言,CIMMYT和中國(guó)品種的氮、鉀吸收效率顯著降低了11.1%和17.3%,16.7%和18.2%,磷吸收效率無顯著差異,CIMMYT和中國(guó)品種的氮、磷、鉀生理效率顯著提高33.2%和29.4%,22.6%和12.1%,36.1%和24.3%;對(duì)高產(chǎn)品種而言,CIMMYT和中國(guó)品種的氮、鉀吸收效率顯著降低16.5%和16.5%,20.4%和17.5%,而磷吸收效率無顯著差異,CIMMYT和中國(guó)品種的氮生理效率顯著提高24.3%和21.3%,CIMMYT品種的磷和鉀生理效率顯著提高17.6%和27.5%,而中國(guó)品種增幅不顯著;對(duì)低產(chǎn)品種而言,CIMMYT和中國(guó)品種的氮、鉀吸收效率顯著降低18.2%和28.8%,31.1%和31.4%,而磷吸收效率無顯著差異,CIMMYT和中國(guó)品種的氮、磷、鉀生理效率顯著提高50.3%和47.7%,36.4%和25.2%,77.1%和52.4%。與同一地理來源低產(chǎn)品種相比,中國(guó)高產(chǎn)品種的氮、磷、鉀吸收效率和鉀生理效率顯著提高93.6%,84.6%,70.3%和20.1%;CIMMYT品種的氮、磷、鉀吸收效率,氮、磷生理效率顯著提高68.5%,71.4%,63.6%,11.4%和12.2%;國(guó)外其他品種的氮、磷、鉀吸收效率和生理效率顯著提高65.2%,68.8%,41.6%和34.7%,30.2%,60.6%。說明CIMMYT品種的養(yǎng)分生理效率高于中國(guó)品種,二者均高于國(guó)外其他品種,且在全部品種、高產(chǎn)和低產(chǎn)品種中均表現(xiàn)出相同的規(guī)律。

表8 旱地條件下不同地理來源小麥品種的氮磷鉀利用效率的差異

2.6 旱地條件下不同地理來源小麥品種的氮磷鉀及干物質(zhì)需求量的差異

由表9可知,旱地條件下不同地理來源的小麥品種籽粒的氮磷鉀養(yǎng)分和干物質(zhì)需求量差異顯著,而籽粒氮含量形成的需氮量和籽粒磷含量形成的需磷量無顯著差異。與國(guó)外其他品種相比,對(duì)全部品種而言,CIMMYT和中國(guó)的籽粒鉀含量形成的需鉀量,百千克籽粒需氮、磷、鉀、干物質(zhì)量分別顯著降低12.2%和14.1%,27.8%和25.6%,21.3%和12.8%,32.7%和26.7%,25.1%和23.3%;對(duì)高產(chǎn)品種而言,CIMMYT和中國(guó)的百千克籽粒需氮、鉀、干物質(zhì)量分別顯著降低22.0%和19.6%,26.7%和17.6%,21.5%和21.2%,CIMMYT品種的百千克籽粒需磷量顯著降低16.7%,而中國(guó)品種的降幅不顯著;對(duì)低產(chǎn)品種而言,CIMMYT和中國(guó)品種的籽粒鉀含量形成的需鉀量,百千克籽粒需氮、磷、鉀、干物質(zhì)量分別顯著降低22.6%和21.8%,36.0%和34.7%,29.1%和21.8%,45.1%和37.4%,36.0%和33.3%。與同一地理來源低產(chǎn)品種相比,中國(guó)高產(chǎn)品種籽粒氮含量形成的需氮量、籽粒磷含量形成的需磷量和籽粒鉀含量形成的需鉀量分別顯著提高102.8%,109.5%和75.9%,CIMMYT品種提高79.2%,81.7%和76.5%,國(guó)外其他品種提高73.0%,110.8%和52.1%;但中國(guó)品種百千克籽粒需鉀、干物質(zhì)量顯著降低16.8%和11.1%;CIMMYT品種百千克籽粒需氮、磷量顯著降低10.7%和10.3%;國(guó)外其他品種百千克籽粒需氮、磷、鉀、干物質(zhì)量分別顯著降低26.7%,23.6%,36.8%和24.7%。

3 結(jié)論與討論

3.1 旱地條件下不同地理來源小麥品種的籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成因素差異

小麥產(chǎn)量不僅是穗數(shù)、穗粒數(shù)、籽粒質(zhì)量相互協(xié)調(diào)的結(jié)果,也與干物質(zhì)向籽粒的分配能力(收獲指數(shù))關(guān)系密切[27-28]。本研究表明,CIMMYT籽粒產(chǎn)量略高于中國(guó)品種,二者均高于國(guó)外其他品種,主要是因?yàn)镃IMMYT品種具有較高的穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量和收獲指數(shù),且穗粒數(shù)較中國(guó)品種顯著提高,而國(guó)外其他品種雖然具有較高的生物量和穗數(shù),但其穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量較低,且收獲指數(shù)僅為31.9%,說明旱地條件下小麥高產(chǎn)不僅需要產(chǎn)量要素協(xié)調(diào),還需要較高的收獲指數(shù)。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn),不同地理來源的高產(chǎn)品種間產(chǎn)量無顯著差異,但獲得高產(chǎn)的調(diào)控因素并不相同,CIMMYT品種具有較高的穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量,國(guó)外其他品種具有較高的生物量和穗數(shù),中國(guó)品種的產(chǎn)量構(gòu)成因素較為協(xié)調(diào),介于二者之間。同一地理來源高產(chǎn)品種較低產(chǎn)品種,穗數(shù)、生物量均顯著提高,且中國(guó)和國(guó)外其他品種的穗粒數(shù)和收獲指數(shù)也顯著提高,說明較高的產(chǎn)量三要素和生物量是旱地條件下小麥高產(chǎn)的基礎(chǔ)。在渭北旱塬的研究結(jié)果也表明,高產(chǎn)品種較低產(chǎn)品種增產(chǎn)主要是因?yàn)樯锪?、穗?shù)分別增加14.8%和13.3%[29-30]。綜合來看,不同地理來源小麥品種的產(chǎn)量不同,且影響產(chǎn)量的因素也不相同,可以通過選用不同地理來源的品種,針對(duì)性地改良小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素及干物質(zhì)積累能力,從而提高旱地小麥產(chǎn)量潛力。

3.2 旱地條件下不同地理來源小麥品種的氮磷鉀積累與分配差異

良好的氮磷鉀積累、分配能力是小麥高產(chǎn)的基礎(chǔ)。前人研究表明,高產(chǎn)品種的養(yǎng)分再分配到籽粒中的能力顯著高于低產(chǎn)品種[7-8,31-32]。本研究中同一地理來源的高產(chǎn)品種籽粒氮、磷、鉀積累量均顯著高于低產(chǎn)品種也證實(shí)了這個(gè)論點(diǎn)。本研究還發(fā)現(xiàn),CIMMYT品種具有較高的籽粒氮鉀積累量,且低產(chǎn)品種更突出,而中國(guó)品種具有較高的籽粒磷積累量,且高產(chǎn)品種更突出。CIMMYT和中國(guó)品種與國(guó)外其他品種相比,無論是全部品種、高產(chǎn)品種,還是低產(chǎn)品種,地上部氮磷鉀積累量均較低,與產(chǎn)量表現(xiàn)呈相反規(guī)律,但其籽粒養(yǎng)分分配比例高,與產(chǎn)量表現(xiàn)趨勢(shì)一致,說明較高的籽粒養(yǎng)分分配比例可能是實(shí)現(xiàn)旱地小麥高產(chǎn)的關(guān)鍵,與黨紅凱等[33]的研究結(jié)果不一致,其原因可能與供試品種和栽培環(huán)境存在較大差異有關(guān)。

3.3 旱地條件下不同地理來源小麥品種的氮磷鉀利用效率的差異

小麥氮磷鉀養(yǎng)分利用效率高低與品種和產(chǎn)量水平有關(guān)[34]。陽顯斌等[35]研究發(fā)現(xiàn),磷素利用效率高的品種具有較高的籽粒生產(chǎn)能力,且其磷素再利用能力也高于低效品種。本研究表明,不同地理來源品種的氮磷鉀生理效率與產(chǎn)量規(guī)律一致,氮磷鉀吸收效率與產(chǎn)量規(guī)律相反,但同一地理來源高產(chǎn)品種的氮磷鉀吸收效率顯著高于低產(chǎn)品種。這意味著提高品種氮磷鉀養(yǎng)分生理效率有利于提高旱地條件下小麥產(chǎn)量,但高養(yǎng)分吸收效率的品種并不一定能獲得高產(chǎn)。前人關(guān)于小麥生理效率與產(chǎn)量水平的關(guān)系研究結(jié)果也并不一致。如Yue 等[36]和 Zhan等[31]研究認(rèn)為生理效率隨產(chǎn)量的增加而增加,而車升國(guó)等[7-8]卻認(rèn)為小麥氮磷生理效率隨產(chǎn)量的提高而降低。因此,需要在合理選擇利用高生理效率品種的基礎(chǔ)上,優(yōu)化栽培條件以進(jìn)一步提高養(yǎng)分生理效率,最終使單位地上部養(yǎng)分生產(chǎn)更多的籽粒產(chǎn)量。

3.4 旱地條件下不同地理來源小麥品種的氮磷鉀和干物質(zhì)需求量的差異

Barraclough等[37]對(duì)39個(gè)小麥品種的研究表明,小麥百千克籽粒需氮量差異較大,為1.30～3.70 kg/kg。黨紅凱等[33]對(duì)6個(gè)超高產(chǎn)小麥品種的研究發(fā)現(xiàn),每生產(chǎn)100 kg籽粒,需吸收氮2.63～3.13 kg、磷1.25～1.66 kg、鉀2.0～2.6 kg,且隨著產(chǎn)量的增加呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。本研究表明,同一地理來源高產(chǎn)品種的百千克籽粒養(yǎng)分需求量小于低產(chǎn)品種,與前人的研究規(guī)律基本一致,且均表現(xiàn)為國(guó)外其他品種>中國(guó)品種>CIMMYT品種。說明CIMMYT品種每生產(chǎn)百千克籽粒的氮磷鉀養(yǎng)分需求較少,其獲得同等產(chǎn)量需要的氮磷鉀養(yǎng)分投入量也較少,具有良好的節(jié)肥減肥潛力。

百千克籽粒需干物質(zhì)量表征著生產(chǎn)單位籽粒產(chǎn)量所需的地上部干物質(zhì)積累量,其值低意味著小麥利用干物質(zhì)形成籽粒產(chǎn)量的能力高,反之亦然。前人關(guān)于小麥百千克籽粒需干物質(zhì)量的研究較少。劉璐等[26]研究發(fā)現(xiàn),高產(chǎn)小麥品種的百千克籽粒需干物質(zhì)量小,低產(chǎn)品種呈相反規(guī)律。本研究表明,同一來源下高產(chǎn)品種的百千克籽粒需干物質(zhì)量低于低產(chǎn)品種,與前人的研究結(jié)果相似。CIMMYT和中國(guó)品種的百千克籽粒需干物質(zhì)量低于國(guó)外其他品種,說明CIMMYT和中國(guó)品種干物質(zhì)生產(chǎn)籽粒的能力強(qiáng)。

提高小麥籽粒養(yǎng)分含量不僅可改善小麥品質(zhì),而且可使人們?cè)跀z入等量面點(diǎn)時(shí)獲得更多的氮磷鉀營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)。籽粒養(yǎng)分含量形成的養(yǎng)分需求量是籽粒中形成單位養(yǎng)分含量所需要的養(yǎng)分積累量[7],可用在以提高籽粒養(yǎng)分含量為目標(biāo)的小麥生產(chǎn)中指導(dǎo)養(yǎng)分投入。然而,目前關(guān)于籽粒養(yǎng)分含量形成的養(yǎng)分需求量的研究尚不多見。何剛等[24]研究發(fā)現(xiàn),可以通過地表管理調(diào)節(jié)籽粒氮含量形成的需氮量,但對(duì)籽粒磷鉀含量形成的養(yǎng)分需求量無顯著影響。本研究表明,在旱地條件下,除低產(chǎn)品種和全部品種的籽粒鉀含量形成的需鉀量表現(xiàn)為CIMMYT和中國(guó)品種顯著低于國(guó)外其他品種外,不同地理來源小麥品種籽粒氮磷鉀含量形成的養(yǎng)分需求量均無顯著差異。這些結(jié)果意味著小麥籽粒養(yǎng)分含量形成的養(yǎng)分需求量在不同地理來源品種間差異不大。然而,同一來源下,高產(chǎn)品種的籽粒氮磷鉀含量形成的養(yǎng)分需求量較低產(chǎn)品種顯著提高,且增幅超過50%,說明高產(chǎn)品種形成單位氮磷鉀含量所需的養(yǎng)分積累量高,也就是說需要在地上部累積較多的氮磷鉀才能實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高養(yǎng)分含量協(xié)同,這給當(dāng)前小麥高產(chǎn)高養(yǎng)分含量和減肥協(xié)同提出了挑戰(zhàn),其機(jī)理還有待進(jìn)一步探討。

綜上,旱地小麥的產(chǎn)量與氮磷鉀積累利用特性因品種地理來源、產(chǎn)量水平而異。與中國(guó)品種相比,CIMMYT品種具有較高產(chǎn)量、千粒質(zhì)量、穗粒數(shù)、收獲指數(shù)、籽粒氮積累量、磷鉀生理效率,國(guó)外其他品種具有較高的穗數(shù)、百千克籽粒需干物質(zhì)和氮磷鉀量、氮鉀吸收效率、莖葉氮磷鉀積累量、地上部氮鉀積累量。與同一地理來源低產(chǎn)品種相比,高產(chǎn)品種的穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量、收獲指數(shù)、地上部和籽粒氮磷鉀積累量、養(yǎng)分吸收效率、養(yǎng)分生理效率均顯著提高,百千克籽粒需氮磷鉀和干物質(zhì)量顯著降低,但其籽粒養(yǎng)分含量形成的氮磷鉀需求量卻會(huì)提高,因而在以高產(chǎn)高養(yǎng)分含量為目標(biāo)的生產(chǎn)中應(yīng)適當(dāng)增加養(yǎng)分投入量。