朱毅萱 張雨婷 段瑞華 曹穎 劉暢 趙燦 王維領 霍中洋

摘要：篩選高產(chǎn)高效抗逆的綠色品種是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的重要保障。本研究以24個小麥品種為供試材料，在不同施氮量處理下調(diào)查品種的產(chǎn)量、氮肥農(nóng)學效率、赤霉病及白粉病抗性等指標，并進行綜合評價，篩選適宜江蘇省種植的綠色小麥品種。結(jié)果表明，同一品種在不同施氮水平下的產(chǎn)量優(yōu)勢表現(xiàn)不一致，揚麥25、淮麥33、洛麥24等品種的平均產(chǎn)量較高；隨著施氮量的增加，品種的氮肥農(nóng)學效率整體上呈降低趨勢，揚麥29、淮麥33、揚麥25等品種的平均氮肥利用效率較高；各品種赤霉病抗性和白粉病抗性間存在極顯著的負相關關系，揚麥15、寧麥13、揚麥20等品種具有較高的赤霉病抗性，而揚麥29、鎮(zhèn)麥9號、鎮(zhèn)麥10等品種具有較強的白粉病抗性；增加施氮量降低了小麥植株的抗倒伏能力，揚麥25、寧麥資126、國紅6號等品種的抗倒性較好；半冬性和弱春性品種的越冬期抗寒性整體上優(yōu)于春性品種，但部分春性品種如寧麥13、寧麥26和揚麥29同樣具有較強的越冬期抗寒性。利用主成分分析法和熵值法對各品種的綜合性狀進行評價，提出揚麥25、揚麥29、寧麥13、鎮(zhèn)麥18為適宜在江蘇淮南推廣種植的綠色小麥品種；淮麥33和洛麥24為適宜在江蘇淮北種植的綠色小麥品種。

關鍵詞：小麥；綠色品種；高產(chǎn)；高效；抗逆；綜合評價

中圖分類號：S512.103.7 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2023）15-0056-09

基金項目：江蘇省重點研發(fā)計劃（編號：BE2020319、BE2019377、BE2021361）；江蘇現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)關鍵技術創(chuàng)新計劃［編號：CX（21）2001］；江蘇省高校優(yōu)勢學科建設工程資助項目（編號：PAPD）。

作者簡介：朱毅萱（2001—），女，浙江仙居人，研究方向為小麥抗逆栽培。E-mail：1195769680@qq.com。

通信作者：王維領，博士，助理研究員，研究方向為小麥抗逆高產(chǎn)栽培。E-mail：weilingw@163.com。

在人口增長、氣候變化等因素影響下，穩(wěn)住糧食基本盤是我國的長期戰(zhàn)略需求，但減少農(nóng)藥和化肥的投入亦是我國農(nóng)業(yè)實現(xiàn)綠色健康發(fā)展的重要保障。因此，如何在減少農(nóng)藥和化肥用量的前提下穩(wěn)住糧食產(chǎn)量是我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中面臨的重要科學問題。培育和篩選高產(chǎn)高效抗逆的優(yōu)良品種是解決以上科學問題的重要途徑。小麥是我國主要的糧食作物，其高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)對保障我國經(jīng)濟發(fā)展和民生穩(wěn)定具有重要的意義。前人在小麥品種篩選方面開展了大量的研究，比如篩選高產(chǎn)高效品種、抗赤霉病品種和抗寒品種等［1-3］。但綜合考察小麥品種多方面農(nóng)藝性狀的研究相對較少。

江蘇省是我國冬小麥優(yōu)勢產(chǎn)區(qū)之一。2020年江蘇省小麥播種面積為233.9萬hm2，產(chǎn)量達 1 333.9萬t，占全國小麥生產(chǎn)總量的9.94%（國家統(tǒng)計年鑒，2020年）。盡管江蘇省小麥的生產(chǎn)狀況整體較好，但也面臨著諸多問題。近年來江蘇省有統(tǒng)計面積的小麥品種超過100個，但種植面積在2.7萬hm2以上的品種僅有20個左右。品種多、亂、布局不到位已成為江蘇省小麥實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的主要障礙。氮肥施用量大、利用率低同樣是江蘇省小麥生產(chǎn)中亟需解決的重要問題。2020年江蘇氮肥施用總量達137.1萬t，單位面積施氮量達 324.5 kg/hm2，較江蘇所在的華東地區(qū)高44.5%，較華北、東北和西北地區(qū)分別高67.5%、45.5%和14.2% （國家統(tǒng)計年鑒，2020年）。張福鎖等的研究表明，江蘇省小麥季的氮肥利用率平均僅為16.1%，明顯低于28.2%的全國平均水平［4］。此外，江蘇省小麥在生育期內(nèi)常遭受赤霉病、白粉病、條銹病等生物脅迫和階段性低溫、漬害、高溫等非生物脅迫，嚴重威脅小麥的安全生產(chǎn)［5-6］。

種植高產(chǎn)高效抗逆的小麥品種不僅可以為改善江蘇省小麥種植品種多、亂、布局不到位的現(xiàn)狀提供基礎，還可以為減肥減藥形勢下江蘇省小麥的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)提供保障。因此，本研究選用江蘇省推廣種植或新審定的小麥品種為供試材料，通過調(diào)查不同施氮水平下品種的產(chǎn)量、氮肥農(nóng)學效率、赤霉病及白粉病抗性等性狀，篩選出高產(chǎn)高效抗逆的綠色小麥品種，以期為江蘇省小麥生產(chǎn)轉(zhuǎn)型升級提供支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料為24個在江蘇省推廣種植或新審定的小麥品種，品種相關信息見表1。

1.2 試驗處理

試驗于2020—2021年在江蘇省揚州市沙頭鎮(zhèn)張洪程院士創(chuàng)新試驗基地（32°32′N，119°56′E）進行。試驗田前茬作物為水稻，土壤類型為潴育型水稻土。設置4個施氮水平（0、210、270、330 kg/hm2），分別記為N0、N210、N270、N330。田間小區(qū)布局為裂區(qū)設計，以施氮量為主區(qū)，品種為副區(qū)。每個處理設置3次重復。播種時間為2020年11月15日；播種方式為人工開溝劃行條播，行距為25 cm?；久鐢?shù)量為240萬株/hm2，小區(qū)面積為12 m2。氮肥（尿素）運籌方式為基肥 ∶分蘗肥 ∶拔節(jié)肥 ∶孕穗肥=5 ∶1 ∶2 ∶2，其中分蘗肥于 3～4 葉期施用，拔節(jié)肥于葉齡余數(shù)2.5～3.0 葉時施用，孕穗肥葉齡余數(shù)1葉時施用；磷鉀肥各 112.5 kg/hm2 于播種前一次性施用。其他栽培管理措施同高產(chǎn)田。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 實際產(chǎn)量

每個小區(qū)于成熟期收獲1 m2 植株，脫粒曬干后稱其質(zhì)量；使用FOSS-370型近紅外谷物分析儀測定籽粒水分含量，按照13% 的標準水分進行質(zhì)量折算，計算實際產(chǎn)量。

1.3.2 氮肥農(nóng)學效率

氮肥農(nóng)學效率（kg/kg）=（施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量-不施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量）/施氮量［7］。

1.3.3 赤霉病抗性

采用單花滴注法分析各品種對赤霉病的抗性［8］。于抽穗期將分生孢子液滴注到麥穗中部的1朵小花中；接種后用塑料袋套袋，保濕3 d；解除塑料袋后，每天對接種穗進行噴霧，連續(xù)處理5 d。于接種25 d后調(diào)查每穗感染小穗數(shù)量。按照感染比例（R=感染小穗數(shù)/總小穗數(shù)）對感染程度進行嚴重度劃分：一級，僅接種小穗感染；二級，R<0.25；三級，0.250.50。

1.3.4 白粉病抗性

于小麥植株開花后15 d調(diào)查各品種的白粉病自然發(fā)病情況，并參考董娜等的方法對各品種對白粉病的抗性進行分級（表2）［9］。

1.3.5 越冬期抗寒性

2020年12月30日和2021年1月6日左右，揚州市發(fā)生2次高強度降溫天氣，出現(xiàn)單日最高溫度低于0 ℃，最低氣溫降至-10 ℃的歷史極端低溫。于2021年1月13日（第2次降溫后1周）對各品種葉片受凍情況進行調(diào)查，以反映品種的抗寒能力。根據(jù)全國小麥區(qū)域試驗凍害5級指標進行葉片凍害程度的調(diào)查，每個品種至少調(diào)查30個主莖［10］。凍害指數(shù)的計算公式如下：

凍害發(fā)生率=達到凍害級別的莖蘗數(shù)/總莖蘗數(shù)×100%；

凍害指數(shù)=∑［凍害等級（2級以上）× 凍害發(fā)生率］/（凍害最高級×100%）。

1.3.6 抗倒伏能力

于成熟期調(diào)查各小區(qū)倒伏面積，計算倒伏比例（倒伏面積/小區(qū)面積），以反映各品種的抗倒伏能力。

1.3.7 綜合評價

利用熵值法和主成分分析法對各品種進行綜合評價［11-12］。

1.4 數(shù)據(jù)分析

各圖表數(shù)值均為3次生物學重復的平均值。試驗數(shù)據(jù)用Excel 2016和SPSS 22.0進行處理和統(tǒng)計分析，利用SigmaPlot 10.0進行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品種的產(chǎn)量表現(xiàn)

由表3可知，品種和施氮水平對小麥產(chǎn)量均有極顯著影響，品種和施氮水平間的互作效應對產(chǎn)量影響不顯著。將所有品種在各施氮水平下的產(chǎn)量求平均值，本試驗點小麥的平均產(chǎn)量為 5 074 kg/hm2。隨著施氮水平的增加，小麥產(chǎn)量整體上呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢，由N0水平的1 369 kg/hm2提高到N330水平的6 791 kg/hm2。然而，揚麥20、揚麥25、揚麥29和寧麥資126等品種在N270水平下的產(chǎn)量卻高于N330水平，分別高出12.4%、3.0%、3.1%、2.8%。可見，不同品種的最佳施氮量有所不同。各品種在不同施氮水平下產(chǎn)量優(yōu)勢表現(xiàn)不一致，比如揚麥25在N210水平下產(chǎn)量高于其他品種，在N270水平下排名第2，而在N330水平下排名第11。對所有施氮水平下各品種的產(chǎn)量求平均值后可知，揚麥25、淮麥33、洛麥24、徐麥33、揚麥20和鎮(zhèn)麥18等品種在本試驗點的產(chǎn)量表現(xiàn)較為突出。

2.2 不同品種氮肥農(nóng)學效率表現(xiàn)

氮肥農(nóng)學效率是評價小麥氮肥肥效的重要指標［9］。由表4可知，品種和施氮水平均對氮肥農(nóng)學效率有極顯著影響，品種和施氮水平間的互作效應對氮肥農(nóng)學效率影響不顯著。將所有品種在各施氮水平下的氮肥農(nóng)學效率求平均值可知，本試驗點小麥的平均氮肥農(nóng)學效率為18.6 kg/kg。隨著施氮水平的增加，小麥品種氮肥農(nóng)學效率整體上呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢（由N210水平的20.8 kg/kg下降到N330水平的16.4 kg/kg），說明高施氮量不利于小麥植株對氮肥的高效利用。但有部分品種（如揚水平下較高，這可能與每個品種的需氮量不同有關。各品種在不同施氮水平下的平均氮肥農(nóng)學效率排名有所不同。對各施氮水平下每個品種的 平均氮肥農(nóng)學效率求平均值后發(fā)現(xiàn)，揚麥29、淮麥33、揚麥25、洛麥24、徐麥33和揚麥15等品種的平均氮肥農(nóng)學效率在本試驗點表現(xiàn)較高。

2.3 不同品種赤霉病抗性表現(xiàn)

由圖1可知，不同品種間赤霉病抗性差異較大。其中，春性品種、弱春性品種和半冬性品種的平均嚴重度分別為2.29、3.46、3.85?？梢娫诒狙芯恐?，春性品種、弱春性品種和半冬性品種的赤霉病抗性呈現(xiàn)出春性品種>弱春性品種>半冬性品種的規(guī)律。因此，在蘇中地區(qū)種植弱春性和半冬性小麥品種感染赤霉病的風險較大。本試驗所用品種中赤霉病抗性表現(xiàn)良好的品種有揚麥15（嚴重度為1.29）、寧麥13（嚴重度為1.57）、揚麥20（嚴重度為1.70）、揚麥25（嚴重度為1.80）和鹽麥1（嚴重度為1.89）等。施氮量與小麥品種赤霉病抗性強弱間不存在明顯的相關關系（圖2）。

2.4 不同品種白粉病抗性表現(xiàn)

由圖3可知，不同品種間白粉病發(fā)病情況差異明顯。其中，春性品種、弱春性品種和半冬性品種的平均感染級別分別為1.38、0.60、0.15?？梢?，春性品種、弱春性品種和半冬性品種的白粉病抗性呈現(xiàn)出春性品種<弱春性品種<半冬性品種的規(guī)律。本試驗中白粉病抗性表現(xiàn)良好的品種有揚麥29、鎮(zhèn)麥9、鎮(zhèn)麥10、鎮(zhèn)麥12、鎮(zhèn)麥18、寧麥資126、農(nóng)麥88、淮麥33和徐麥33等，均未感病。隨著施氮水平的增加，小麥品種白粉病抗性整體上呈逐漸下降的趨勢，兩者極顯著相關（r=-0.638**）（圖4）。

2.5 不同品種越冬期抗寒性強弱表現(xiàn)

由圖5可知，品種間越冬期抗寒性存在明顯差異。其中，春性品種、弱春性品種和半冬性品種的平均受凍指數(shù)分別為0.33、0.27和0.24，說明不同冬春性小麥品種越冬期抗寒性呈現(xiàn)出春性品種<弱春性品種<半冬性品種的趨勢。但也存在春性品種越冬期抗寒性高于弱春性或半冬性品種的現(xiàn)象，如寧麥13、農(nóng)麥26、揚麥29等。參試品種當中越冬期抗寒性較強的品種有寧麥13、淮麥33、洛麥24、寧麥26、濟麥22、揚麥29、煙農(nóng)19等。不同品種越冬期抗寒性對氮素的響應表現(xiàn)不一致，如寧麥13和揚麥23越冬期抗寒性隨著施氮水平的增加呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，而增加施肥量則降低了徐麥33的越冬期抗寒性（圖6）。整體而言，品種越冬期抗寒性與施氮水平呈正相關關系，但相關性不顯著。

2.6 不同品種抗倒伏能力表現(xiàn)

由表5可知，品種、施氮水平均對小麥倒伏比例有極顯著影響，品種和施氮水平間的互作效應對小麥倒伏比例影響不顯著。隨著施氮水平的增加植株倒伏比例呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢，說明高施氮量增加了小麥植株倒伏的風險。但也有部分品種如揚麥23、鎮(zhèn)麥10、寧麥資126、農(nóng)麥88、鹽麥1等在N330水平下未發(fā)生倒伏，而在N210或N270條件下發(fā)生了倒伏。對各施氮水平下每個品種的倒伏比例求平均值后發(fā)現(xiàn)，揚麥25、寧麥資126、國紅6、揚麥15、淮麥33、揚麥23、濟麥22等品種的抗倒性表現(xiàn)良好。

2.7 各品種農(nóng)藝性狀間的相關關系

由表6可知，各品種實際產(chǎn)量與氮肥農(nóng)學利用效率間存在極顯著的正相關關系，實際產(chǎn)量與赤霉病抗性、白粉病抗性、抗倒性以及越冬期抗寒性呈正相關關系，但相關性均不顯著。各品種氮肥農(nóng)學效率除與產(chǎn)量極顯著相關外，與其他農(nóng)學指標間均無顯著相關性。各品種赤霉病抗性與白粉病抗性間存在極顯著的負相關關系，各品種赤霉病和白粉病抗性與其他指標均無顯著的相關性。各品種越冬期抗寒性與品種抗倒性間存在一定的負相關關系，但未達到顯著水平。

2.8 品種綜合評價

利用主成分分析法和熵值法對品種產(chǎn)量（N210、N270和N330平均值）、氮肥農(nóng)學利用效率（N210、N270和N330平均值）、赤霉病抗性（N270條件下）、白粉病抗性（N270條件下）、越冬期抗寒性（N270條件下）和抗倒伏能力（N210、N270和N330平均值）等進行綜合評價。由表7可知，在不同綜合評價方法下，各品種的綜合排名有所不同。在主成分分析方法下，綜合性狀排名較靠前的品種有揚麥25、揚麥29、揚麥15、寧麥13、淮麥33、洛麥24等；而在熵值法下，綜合性狀排名較靠前的品種有寧麥13、揚麥29、淮麥33、揚麥25、洛麥24、農(nóng)麥88等。

3 討論

農(nóng)藥和化肥的使用大幅度提高了作物產(chǎn)量，推動了農(nóng)業(yè)上的第一次“綠色革命”，對人類農(nóng)業(yè)發(fā)展和社會穩(wěn)定有著重要貢獻［13］。但農(nóng)藥和化肥的大量使用同樣引起了土壤酸化、環(huán)境污染、食品安全等一系列問題［14］。減量增效是平衡化肥和農(nóng)藥利與弊的有效途徑。培育和篩選高產(chǎn)高效抗逆的作物品種是實現(xiàn)減量增效、糧食穩(wěn)定供應的重要工作。因此 本研究通過調(diào)查不同小麥品種在不同施氮水平下的產(chǎn)量、氮肥農(nóng)學效率、赤霉病及白粉病抗性、抗倒性、抗寒性等多方面農(nóng)藝性狀的表現(xiàn)，并利用不同的分析方法（主成分分析法和熵值法）對各品種的綜合性狀進行排名，以準確篩選適宜江蘇省種植的高產(chǎn)高效抗逆小麥品種。在2種綜合排名方法下，排名均在前8的品種有揚麥25、揚麥29、寧麥13、鎮(zhèn)麥18、洛麥24和淮麥33，說明以上5個品種適宜在江蘇省推廣種植。其中，揚麥25、揚麥29、寧麥13和鎮(zhèn)麥18為春性品種，適宜在淮南種植；洛麥24和淮麥33分別為弱春性和半冬性品種，適宜在淮北種植。據(jù)統(tǒng)計，2020年江蘇淮南和淮北種植面積最大的品種分別為寧麥13和淮麥33，均為 19.4萬hm2；此外，揚麥25在淮南的種植面積為12.6萬hm2，列第3位。丁永剛等研究發(fā)現(xiàn)，揚麥25的平均氮肥農(nóng)學效率較揚麥20 高出17.6％，屬于氮高效品種［15］。Khan等研究發(fā)現(xiàn)，煙農(nóng)19的抗倒伏能力較差，尤其是在高施氮量條件下［16］。由此可見，本研究的綜合評價結(jié)果與實際生產(chǎn)以及前人的研究結(jié)果基本相符，具有較高的客觀性和準確性。目前，揚麥29（2018年審定）、鎮(zhèn)麥18（2020年審定）和洛麥24（2011年審定）在江蘇省的種植面積還相對較小，有待在適宜生態(tài)區(qū)進一步推廣種植。

掌握品種重要農(nóng)藝指標間的相關關系，可為品種改良提供一定的參考。本研究結(jié)果表明，小麥產(chǎn)量與氮肥農(nóng)學效率間存在極顯著的相關關系，這與丁永剛等的研究結(jié)果［15，17］一致，說明提高氮素利用率是增加小麥產(chǎn)量的重要途徑。此外，本研究發(fā)現(xiàn)小麥品種赤霉病抗性和白粉病抗性間存在極顯著的負相關關系，指示將這2種抗病性狀統(tǒng)一在一個品種上的難度較大。但本研究同時發(fā)現(xiàn)，白粉病的發(fā)病程度與施氮水平（長勢）、品種冬春性（株型）等因素緊密相關。前人研究發(fā)現(xiàn)，間作模式、種植密度和施氮水平對小麥植株感染白粉病的概率有顯著影響［18-20］。以上研究結(jié)果說明，小麥白粉病的發(fā)生與田間小環(huán)境有較大關聯(lián)。由此可見，結(jié)合遺傳改良和栽培調(diào)控可以實現(xiàn)對小麥赤霉病和白粉病的有效防控。

前人研究發(fā)現(xiàn)，不同冬春性小麥品種越冬期抗寒能力整體上表現(xiàn)為半冬性品種>弱春性品種>春性品種［21-22］。本研究的結(jié)果與前人的一致。但本研究同時發(fā)現(xiàn)，部分春性品種如寧麥13、揚麥29、寧麥26等同樣具有較強的越冬期抗寒性，甚至超過部分弱春性或半冬性品種的越冬期抗寒能力。由于稻麥兩熟區(qū)域茬口緊張，江蘇省晚播小麥的面積約占總播種面積的50%［7］。晚播成為限制江蘇省小麥高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的重要因素。有學者提出，晚播情況下在淮北地區(qū)種植春性品種有利于獲得較高的產(chǎn)量［23］。但將春性品種北引種植存在能否安全越冬的問題。結(jié)合本研究的結(jié)果，寧麥13、揚麥29和寧麥26可以作為淮北晚播麥的候選品種。然而，抵御倒春寒的能力亦是考察春性品種能否在淮北地區(qū)安全種植的重要因素。因此，寧麥13、揚麥29和寧麥26能否引種淮北還有待進一步研究。本研究在揚州種植了半冬性或弱春性品種如淮麥33、徐麥33、洛麥24等，以考察江蘇淮北品種在淮南麥區(qū)的適應性。本研究結(jié)果表明，弱春或半冬性品種在揚州種植可以獲得較高的產(chǎn)量，氮肥農(nóng)學效率表現(xiàn)良好。但與春性品種相比，弱春和半冬性品種的生育期較長（比春性品種晚熟3～5 d），且易感赤霉病。廖森等的研究同樣表明，徐麥品種（主要種植在淮北）的赤霉病抗性明顯低于揚麥品種（主要種植于淮南）［24］。因此，將淮北品種種植在淮南會加劇茬口矛盾和提高赤霉病感染風險。

前人研究表明，品種氮肥利用率與施氮水平呈顯著負相關，而與產(chǎn)量呈顯著正相關［25-26］。本研究的結(jié)果與前人的研究結(jié)果一致。因此，如何平衡氮素利用效率和產(chǎn)量值得探究。本研究發(fā)現(xiàn)，大于210 kg/hm2且小于270 kg/hm2的施氮水平能夠較好地平衡氮素利用和產(chǎn)量。由于施氮量與土壤基礎地力以及品種的氮肥利用效率緊密相關，因此氮肥的施用量需要因地、因種決策［27-28］。

綜上所述，本研究通過調(diào)查各小麥品種的多個重要農(nóng)藝性狀，利用綜合評價模型，篩選出揚麥25、揚麥29、寧麥13和鎮(zhèn)麥18為適宜在江蘇淮南種植的高產(chǎn)高效抗逆綠色小麥品種；洛麥24和淮麥33為適宜在江蘇淮北種植的高產(chǎn)高效抗逆綠色小麥品種。該研究結(jié)果可為江蘇省不同生態(tài)區(qū)小麥種植品種的選擇提供依據(jù)，有利于小麥產(chǎn)業(yè)綠色健康發(fā)展。

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