金欣欣, 姚艳荣, 贾秀领^,*, 姚海坡^*, 申海平^*, 崔永增^*, 李谦^*河北省农林科学院粮油作物研究所, 河北石家庄 050035

Effects of genotype and environment on wheat yield, quality, and nitrogen use efficiency

JIN Xin-Xin, YAO Yan-Rong, JIA Xiu-Ling^,*, YAO Hai-Po^*, SHEN Hai-Ping^*, CUI Yong-Zeng^*, LI Qian^*Institute of Cereal and Oil Crops, Hebei Academy of Agriculture and Forestry Sciences, Shijiazhuang 050035, Hebei, China

通讯作者: ^*贾秀领, E-mail: jiaxiuling2013@163.com

收稿日期:2018-10-10接受日期:2019-01-12网络出版日期:2019-02-01

基金资助:

本研究由国家重点研发计划项目.2016YFD0300402 本研究由国家重点研发计划项目.2017YFNC050025-3 河北省现代农业产业技术体系-小麦产业创新团队项目资助.

Received:2018-10-10Accepted:2019-01-12Online:2019-02-01

Fund supported:

This study was supported by the National Key Research and Development Program of China.2016YFD0300402 This study was supported by the National Key Research and Development Program of China.2017YFNC050025-3 Hebei Wheat Industry Technology System..

作者简介 About authors
金欣欣,E-mail:jinxinxin1984@163.com。









摘要
以不同基因型的小麦品种(13个强筋小麦品种和2个中筋小麦品种), 不同试验地点(馆陶、宁晋、藁城)和不同施氮水平(0、180、240和300 kg hm ^-2)的田间试验, 综合分析基因型、环境对小麦产量、品质、氮肥利用率的影响, 以期为优质强筋小麦品种选育、栽培调控及高产提质增效的协同目标提供科学依据。研究表明, 不同小麦品种产量在9289~10,088 kg hm ^-2之间, 强筋小麦品种平均产量9548 kg hm ^-2, 比中筋小麦品种减产3.1%。藁城、宁晋、馆陶三地的产量分别达9932、9433和9223 kg hm ^-2。不同小麦品种籽粒蛋白质均值14.5%, 湿面筋28.5%, 沉淀指数39.5 mL, 稳定时间15.4 min, 拉伸能量87.5 cm ², 最大拉伸阻力428.8 BU。藁优5218、藁优5766、冀麦738、科农2009、师栾02-1、藁优2018、冀麦867综合品质表现较好。馆陶和宁晋的小麦品质性状相对较好, 藁城的品质较差。氮肥利用率随施氮量增加呈降低趋势, N180处理的氮肥农学效率、氮肥吸收利用效率、氮肥生理利用率最高, 依次为4.3 kg kg ^-1、26.2%、16.6 kg kg ^-1。兼顾产量、品质、效率三方面, 藁城适宜种植品种有冀麦738、冀麦867、师栾02-1; 宁晋有师栾02-1、科农2009、冀麦738; 馆陶有藁优5766、藁优2018、师栾02-1。综合考虑小麦产量、籽粒品质和氮素利用率, 180 kg hm ^-2为本研究条件下的最佳施氮量。
关键词： 基因型;环境;小麦;产量;品质;氮素效率

Abstract
An experiment was carried out at Guantao, Ningjin, and Gaocheng using five wheat varieties (thirteen strong gluten wheat varieties and two middle gluten wheat varieties) with four levels of nitrogen fertilizer application (0, 180, 240, and 300 kg ha ^-1). The average yield of different wheat varieties was 9289 to 10,088 kg ha ^-1; yield of strong gluten varieties was 9548 kg ha ^-1, which was 3.1% lower than that of middle gluten varieties. The yield in Gaocheng, Ningjin and Guantao was 9932, 9433, 9223 kg ha ^-1, respectively. The averaged grain protein content, wet gluten content, Zeleny sedimentation, dough stability time, extensibility energy and maximum resistance were 14.5%, 28.5%, 39.5 mL, 15.4 min, 87.5 cm ², and 428.8 BU, respectively. Gaoyou 5218, Gaoyou 5766, Jimai 738, Kenong 2009, Shiluan 02-1, Gaoyou 2018, and Jimai 738 had better quality. The wheat had better quality in Guantao and Ningjin than in Gaocheng. The nitrogen use efficiency decreased with nitrogen fertilizer increase. Under nitrogen fertilizer application of 180 kg ha ^-1, nitrogen agronomic efficiency, recovery efficiency and internal efficiency were the highest, with 4.3 kg kg ^-1, 26.2% and 16.6 kg kg ^-1, respectively. Gaocheng was suitable for growing Jimai 738, Jimai 867, and Shiluan 02-1. Ningjin was suitable for growing Shiluan 02-1, Kenong 2009, and Jimai 738. Guantao was suitable for growing Gaoyou 5766, Gaoyou 2018, and Shiluan 02-1. Taking grain yield, quality and nitrogen use efficiency into account, 180 kg ha ^-1 is the optimum nitrogen application under the similar condition of this study.
Keywords：genotype;environment;wheat;yield;quality;nitrogen efficiency


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本文引用格式
金欣欣, 姚艳荣, 贾秀领, 姚海坡, 申海平, 崔永增, 李谦. 基因型和环境对小麦产量、品质和氮素效率的影响[J]. 作物学报, 2019, 45(4): 635-644. doi:10.3724/SP.J.1006.2019.81072
JIN Xin-Xin, YAO Yan-Rong, JIA Xiu-Ling, YAO Hai-Po, SHEN Hai-Ping, CUI Yong-Zeng, LI Qian. Effects of genotype and environment on wheat yield, quality, and nitrogen use efficiency[J]. Acta Crops Sinica, 2019, 45(4): 635-644. doi:10.3724/SP.J.1006.2019.81072


小麦是我国的主要粮食作物之一, 随着人民生活水平的不断提高, 小麦品质问题日益受到人们的关注。因此, 保障小麦高产和提高品质已成为我国品种改良与栽培措施优化的重要目标。小麦产量、品质受基因型、环境及其交互作用的影响很大^[1,2,3]。品种的基因型是遗传基础, 栽培环境则是产量、品质性状的表达条件。前人对不同基因型小麦品种的生态适应性以及产量、品质稳定性做了相应的研究^[3,4,5], 不同类型小麦品种的产量、品质因种植区域、栽培措施不同(密度、施肥量、耕作模式等)而有所差异^[6,7,8,9,10]。有研究表明, 籽粒沉淀值、稳定时间、拉伸参数等品质性状受基因型的影响较大; 而蛋白质含量、湿面筋、等受栽培环境的影响较大^[3,4,5], 且不同品种的不同品质性状对环境的响应不同^[11]。栽培环境中以氮肥对小麦产量和籽粒品质的影响最大^[6,7,8,9]。适当增加施氮量或提高小麦生育中后期施氮比例, 均能提高小麦产量、品质, 如蛋白质含量、湿面筋含量和稳定时间等^{[12,13,14,15,16]}。由于不同类型小麦品种的氮素吸收利用效率存在差异^[17,18], 故其达到最高产量、最优品质的施氮量不同^[19,20]。施氮能够促进小麦氮素的吸收和累积, 但过量施用氮肥会导致氮素大量损失及环境污染。也有研究表明, 过量施氮条件下, 冬小麦产量、品质和氮素利用率均显著降低^[8,9,10], 故如何优化氮肥施用量, 协同提高产量、氮素利用率和籽粒品质是当前小麦生产中亟待解决的问题。有关如何施氮肥实现小麦高产、优质、高效这一综合目标已有很多说明或报道, 但多是在同一品种或同一地点条件下的比较研究, 关于在不同地点, 施用氮肥对不同小麦品种, 尤其是强筋小麦品种的增产效应、品质调优和氮肥利用率的研究相对较少。为此, 本文在不同地点和不同氮肥条件下种植优质强筋小麦品种, 综合研究基因型和环境对小麦产量、品质、氮肥利用率的影响, 以期为优质强筋小麦品种选育、栽培调控及高产提质增效的协同目标提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验概况

试验于2016—2017年在河北省石家庄市藁城区河北省农林科学院粮油作物研究所堤上实验站(114°70°E, 37°93°N)、宁晋县示范基地(114°53°E, 37°37°N)、馆陶县示范基地(115°40°E, 36°47°N) 3个试验点进行。小麦生长季藁城、宁晋、馆陶的平均气温分别为10.4℃、10.0℃和10.3℃, 藁城的平均气温分别较宁晋、馆陶高0.4℃、0.1℃。三地的平均日最高气温依次为16.5℃、16.0℃和16.4℃, 平均日最低气温依次为5.4℃、4.8℃和5.7℃。藁城、宁晋、馆陶的降雨量分别为108.9、121.5和189.7 mm, 尽管馆陶的降雨量相对较高, 但其中55.5 mm降雨在6月2日至6日, 此期间降雨对于小麦生长属无效降雨。3个试验地点的土壤质地均为壤土, 土壤肥力见表1。各试验点按照统一方案, 采用二因素裂区试验设计, 主区为氮处理, 设4个氮素处理(全生育期不施氮处理N0; 全生育期施氮180、240、300 kg hm^-2, 记为N180、N240、N300), 副区为品种, 每个处理3次重复。选取近5~10年通过国家或省优质组区域试验审定的强筋小麦品种13个, 以及河北省中南部大面积种植的中筋小麦品种2个, 共15个品种, 详见表2。氮肥所用肥料为尿素, 40%基施, 60%拔节期追施。

Table 1
表1
表1各试验地点土壤基本特性(0~20 cm)
Table 1Soil property of experiment site (0-20 cm)

地点 Location	有机质 Organic matter (g kg-1)	全氮 Total N content (g kg-1)	碱解氮 Available N (mg kg-1)	有效磷 Available P (mg kg-1)	有效钾 Available K (mg kg-1)
藁城 Gaocheng	21.1 a	1.1 a	119.1 a	23.3 a	107.6 b
宁晋 Ningjin	19.5 a	1.1 a	93.7 b	15.6 b	167.4 a
馆陶 Guantao	14.1 b	0.8 b	75.6 c	22.2 a	103.4 c

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Table 2
表2
表2试验所用小麦品种
Table 2Wheat varieties used in experiment

序号 Number	品种 Variety	审定编号 Authorized number	类别 Category
1	藁优2018 Gaoyou 2018	2008007	强筋 Strong gluten
2	藁优5218 Gaoyou 5218	2015005	强筋 Strong gluten
3	藁优5766 Gaoyou 5766	2014002	强筋 Strong gluten
4	邯麦18 Hanmai 18	2016005	强筋 Strong gluten
5	河农5290 Henong 5290	2011003	强筋 Strong gluten
6	冀麦738 Jimai 738	2016015	强筋 Strong gluten
7	冀麦867 Jimai 867	2016006	强筋 Strong gluten
8	科农2009 Kenong 2009	20170015	强筋 Strong gluten
9	师栾02-1 Shiluan 02-1	2007016	强筋 Strong gluten
10	石4366 Shi 4366	2015003	强筋 Strong gluten
11	石农952 Shinong 952	2016011	强筋 Strong gluten
12	石优17 Shiyou 17	2007007	强筋 Strong gluten
13	石优20 Shiyou 20	2011011	强筋 Strong gluten
14	衡4444 Heng 4444	2012002	中筋 Middle gluten
15	济麦22 Jimai 22	2006018	中筋 Middle gluten

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磷肥为重过磷酸钙(P₂O₅约135 kg hm^-2), 钾肥为氯化钾(K₂O约45 kg hm^-2), 磷钾肥全部一次性基施。灌溉方式为畦灌, 小麦生育期灌溉拔节水和开花水, 每次灌溉75 mm。其他病虫草害防治等同传统大田管理。试验小区面积1.8 m×6.0 m, 每小区播种12行, 行距15 cm, 基本苗约330万株 hm^-2。藁城于2016年10月8日播种, 2017年6月8日收获; 宁晋于2016年10月10日播种, 2017年6月12日收获; 馆陶于2016年10月12日播种, 2017年6月6日收获。

1.2 指标及测定方法

1.2.1 产量 小麦成熟期, 在每个小区划定面积为1.8 m×3 m = 5.4 m²的区域, 人工收割, 脱粒, 待籽粒自然风干后分别称重。采用谷物水分测定仪测定籽粒含水量, 并折算为含水量13%的标准产量。

1.2.2 氮肥利用率相关指标 成熟期在每个小区内收获0.3 m² (1 m双行)的小麦, 70℃烘干至恒重, 分别测定干物质量。然后植株样品用粉碎机粉碎, 采用半微量凯氏定氮法测定含氮量, 并计算植株吸氮量^[17,18]。

氮肥农学效率(kg kg^-1) = (施氮处理产量-不施氮处理产量)/施氮量

氮肥吸收利用效率(%) = (施氮处理吸氮量-不施氮处理吸氮量)/施氮量×100%

氮肥生理利用率(kg kg^-1) = (施氮处理产量-不施氮处理产量)/(施氮处理吸氮量-不施氮处理吸氮量)

1.2.3 小麦品质性状 籽粒风干存放2个月后, 从每小区取样2.5 kg统一进行品质分析。采用Buhler磨磨粉。采用半微量凯氏定氮法测定面粉含氮量, 按含氮量的5.7倍换算蛋白质含量。利用面筋仪(Glutomatic 2100, 瑞典, 波通公司)依据GB/T 5506.2-2008测定湿面筋含量。采用BAU-A型沉淀仪依据AACC-56-61A方法测定沉淀值。采用德国Brabender公司生产的810106002型电子粉质仪依据GB/T 14614-2006方法测定面团稳定时间。采用德国Brabender公司86003302型拉伸仪依据GB/T 14615-2006方法测定最大拉伸阻力、拉伸能量。

1.3 数据分析与作图

采用Microsoft Excel 2010和SPSS 22.0数据分析软件整理和统计分析数据。采用LSD方法判断各影响因素的显著性。

2 结果与分析

2.1 基因型和环境对小麦产量、吸氮量和品质的联合方差分析

小麦产量、品质和吸氮量均受基因型、环境(地点和氮肥)及其互作效应的影响, 且达到显著水平(表3)。基因型和环境效应的大小因产量、吸氮量及品质性状的不同而存在差异。例如, 产量、吸氮量、蛋白质的地点效应最大, 其次为氮肥, 品种位于第3位; 湿面筋、沉淀指数、稳定时间以地点效应最大, 其次是品种, 第三是氮肥; 拉伸能量和最大拉伸阻力的品种效应最大, 其次为地点和氮肥。

Table 3
表3
表3基因型和环境(地点、氮肥)对产量、品质及氮素吸收的方差分析
Table 3Analysis of variance F-statistics to assess the effects of genotypes and environment (locations and nitrogen fertilizer)

来源 Source	F值 F-value
	产量 Yield	吸氮量Nitrogen absorption	蛋白质 Grain protein content	湿面筋 Wet gluten content	沉淀指数 Zeleny sedimentation	稳定时间 Dough stability time	拉伸能量Extensibility energy	最大拉伸阻力Maximum resistance
地点Location (L)	52.4*	43.6*	49.2*	307.9*	449.0*	92.9*	60.9*	74.9*
氮肥Nitrogen (N)	31.6*	27.6*	12.0*	34.1*	2.8*	3.0*	1.0	0.7
品种Variety (V)	4.0*	3.9*	9.9*	58.2*	122.7*	60.7*	141.2*	82.5*
L×N	3.2*	4.4*	2.5*	2.2	0.9	1.7	3.1*	2.6*
L×V	4.5*	3.1*	2.1*	3.6*	6.3*	5.1*	4.0*	2.5*
N×V	1.1	1.4	1.2	1.5	1.4	2.9*	1.8*	1.0
L×N×V	1.0	1.6*	0.9	0.5	0.5	3.3	1.0	1.5

^* 表示达0.05显著水平。^* Significance at the 0.05 probability level.

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2.2 基因型和环境对小麦产量的影响

小麦品种平均产量的变幅在9289~10,088 kg hm^-2之间, 品种之间的差异性如表4所示。强筋小麦中, 冀麦738和石4366的产量显著高于其他品种, 平均产量9981 kg hm^-2, 而藁优5766和科农2009的产量显著低, 平均产量9310 kg hm^-2。强筋和中筋小麦品种的平均产量分别为9548 kg hm^-2和9839 kg hm^-2, 相比中筋小麦品种, 强筋小麦平均减产3.1%。藁城、宁晋、馆陶试验地点小麦平均产量依次为9932、9433和9223 kg hm^-2, 相比藁城, 宁晋和馆陶的小麦平均减产5.0%和7.1% (表4)。施氮量显著提高小麦产量(表5), 不同小麦品种的平均产量随施氮量的增加总体呈现先增加后降低或平稳的趋势。方差分析结果表明, N180处理的平均产量(9804 kg hm^-2)显著高于其他处理, N240和N300处理的平均产量无显著差异, N0处理产量显著低。相比N0处理, N180、N240和N300处理的平均产量分别提高8.7%、6.7%和7.1%。本试验施氮量180 kg hm^-2条件下, 产量最佳。

Table 4
表4
表4不同品种在不同地点的产量
Table 4Yields of different wheat varieties at different locations

品种 Variety	产量Yield (kg hm-2)
	馆陶 Guantao	宁晋 Ningjin	藁城 Gaocheng	平均Average
藁优2018 Gaoyou 2018	8782 cd	9591 abc	9784 abcd	9442 de
藁优5218 Gaoyou 5218	86912 cd	9817 ab	9643 bcd	9421 de
藁优5766 Gaoyou 5766	9721 ab	8628 d	9442 d	9289 e
邯麦18 Hanmai 18	9528 ab	9018 cd	9596 bcd	9411 de
河农5290 Henong 5290	8600 d	9941 a	9821 abcd	9507 cde
冀麦738 Jimai 738	10115 a	9601 abc	10395 ab	10088 a
冀麦867 Jimai 867	9879 ab	9778 ab	9549 cd	9708 bcd
科农2009 Kenong 2009	8789 cd	9642 abc	9483 d	9330 e
师栾02-1 Shiluan 02-1	8779 cd	9316 abc	10050 abcd	9477 de
石4366 Shi 4366	10124 a	9491 abc	9960 abcd	9873 abc
石农952 Shinong 952	8645 cd	9174 bcd	10134 abcd	9434 de
石优17 Shiyou 17	8835 cd	9179 bcd	10318 abc	9569 cde
石优20 Shiyou 20	9343 bc	9101 cd	10046 abcd	9575 cde
衡4444 Heng 4444	9635 ab	9406 a	10563 a	9967 ab
济麦22 Jimai 22	8884 cd	9812 ab	10194 abcd	9711 bcd
平均Average	9223	9433	9934	9586

Values followed by different letters within a column are significantly different at P < 0.05.
每一列中标明不同小写字母的值差异显著(P < 0.05)。

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Table 5
表5
表5不同品种或不同试验地点在不同氮肥条件下的产量
Table 5Yields of different wheat varieties or location under different nitrogen fertilizers

品种或地点 Variety or location	产量 Yield (kg hm-2)
	N0	N180	N240	N300
品种 Variety
藁优2018 Gaoyou 2018	8872 c	9817 a	9773 a	9307 b
藁优5218 Gaoyou 5218	8514 b	9658 a	9712 a	9800 a
藁优5766 Gaoyou 5766	8233 c	9928 a	9406 b	9590 ab
邯麦18 Hanmai 18	8402 b	9824 a	9773 a	9646 a
河农5290 Henong 5290	8764 c	10155 a	9676 ab	9431 b
冀麦738 Jimai 738	9575 b	10465 a	9983 a	10329 a
冀麦867 Jimai 867	9092 c	10250 a	9869 ab	9623 b
科农2009 Kenong 2009	8956 c	9206 b	9453 ab	9705 a
师栾02-1 Shiluan 02-1	9299 b	9648 a	9626 a	9377 b
石4366 Shi 4366	9437 b	10386 a	9741 ab	9928 a
石农952 Shinong 952	8930 c	9735 a	9572 ab	9499 b
石优17 Shiyou 17	9309 b	9830 a	9430 b	9706 a
石优20 Shiyou 20	9123 b	9859 a	9581 b	9739 a
衡4444 Heng 4444	9737 b	10114 a	9853 ab	10165 a
济麦22 Jimai 22	9601 b	9656 ab	9874 a	9712 ab
平均 Average	9023 c	9804 a	9632 b	9559 b
地点 Location
馆陶 Guantao	8761 b	9376 a	9295 a	9462 a
宁晋 Ningjin	9036 b	9543 a	9572 a	9581 a
藁城 Gaocheng	9273 b	10492 a	10028 a	9934 a

Values followed by different letters within a column are significantly different at P < 0.05.
每一行中标明不同小写字母的值差异显著(P < 0.05)。

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2.3 基因型和环境对小麦品质的影响

不同小麦品种的品质性状如表6所示。不同小麦品种籽粒蛋白质含量变化在13.5%~15.5%之间, 平均14.5%, 按照国家强筋小麦蛋白质含量14%的标准(GB/T 17320- 2013), 达标率66.7%。湿面筋变化在23.8%~32.9%之间, 平均28.5%, 达标率26.7%。沉淀指数变化在28.2~47.4 mL之间, 平均39.5 mL, 达标率60.0%。稳定时间变化在3.5~34.0 min之间, 平均15.4 min, 达标率80.0%。拉伸能量变化在17.7~183.8 cm²之间, 平均87.5 cm², 达标率46.7%。最大拉伸阻力变化在75.6~803.0 BU之间, 平均428.8 BU, 达标率66.7%。从品质表现来看, 藁优5218、藁优5766、冀麦738、科农2009、师栾02-1、藁优2018、冀麦867共7个品种的综合品质相对较好。稳定时间、拉伸能量和最大拉伸阻力变异系数较大, 变幅为40.9%~58.5%, 而蛋白质、湿面筋和沉淀指数的变异系数较小, 变幅为5.0%~12.8%。

不同地点之间小麦品质性状差异显著(表6)。宁晋的蛋白质含量最高(15.3%), 馆陶和藁城的蛋白质含量较宁晋低0.8%和1.5%。湿面筋、沉淀指数与蛋白质的变化趋势一致。馆陶的稳定时间最高(21.1 min), 宁晋和藁城的稳定时间较馆陶低9.1 min和 8.1 min。拉伸能量、最大拉伸阻力与稳定时间的变化趋势一致。总体来看, 馆陶小麦品质性状的质量指标较高, 宁晋品质的数量指标较高, 而藁城的各项品质指标均较低。施氮肥有利于改善小麦籽粒的品质, 与不施氮处理相比, 施氮处理的籽粒蛋白质、湿面筋、沉淀指数、稳定时间显著提高, 但施氮处理之间差异不显著(表6)。施氮处理的平均蛋白质、湿面筋、沉淀指数、稳定时间分别为14.7%、28.9%、39.6 mL、15.8 min, 比不施氮处理依次提高0.8%、1.9%、0.4 mL、1.9 min。拉伸能量、最大拉伸阻力在施氮与不施氮处理间差异不显著, 平均为87.5 cm²、428.8 BU。

Table 6
表6
表6不同处理条件下的小麦的品质性状
Table 6Quality characteristics of wheat varieties in different treatments

项目 Item	蛋白质 Grain protein content (%)	湿面筋 Wet gluten content (%)	沉淀指数 Zeleny sedimentation (mL)	稳定时间 Dough stability time (min)	拉伸能量 Extensibility energy (cm2)	最大拉伸阻力 Maximum resistance (BU)
品种 Variety
藁优2018 Gaoyou 2018	14.3 cde	29.3 cd	40.9 c	17.1 de	99.3 cd	481.6 c
藁优5218 Gaoyou 5218	15.0 abc	30.3 b	41.0 c	26.1 c	115.1 b	557.0 b
藁优5766 Gaoyou 5766	14.9 abc	27.6 efg	40.4 cd	34.0 a	112.3 b	571.0 b
邯麦18 Hanmai 18	15.5 a	32.9 a	43.7 b	7.4 f	82.8 fg	346.2 e
河农5290 Henong 5290	13.8 def	27.4 fg	37.3 e	9.6 f	56.5 g	269.7 f
冀麦738 Jimai 738	15.1 abc	29.3 bcd	43.9 b	18.4 d	106.6 bc	527.5 bc
冀麦867 Jimai 867	14.8 bc	29.7 bc	41.2 c	16.2 de	101.1 cd	513.0 bc
科农2009 Kenong 2009	15.5 ab	32.1 a	41.4 c	13.7 e	87.9 ef	411.1 d
师栾02-1 Shiluan 02-1	15.5 ab	28.5 de	47.4 a	30.5 b	183.8 a	803.0 a
石4366 Shi 4366	13.6 ef	25.5 i	33.9 f	10.0 f	58.3 g	343.1 e
石农952 Shinong 952	13.8 def	23.8 j	36.2 e	15.3 de	93.8 de	531.8 bc
石优17 Shiyou 17	13.6 ef	26.0 hi	39.5 d	10.0 f	75.3 g	402.1 d
石优20 Shiyou 20	14.6 c	26.8 gh	44.7 b	14.5 e	82.4 fg	411.3 d
衡4444 Heng 4444	13.5 f	27.9 ef	28.2 h	3.5 g	17.7 i	75.6 h
济麦22 Jimai 22	14.4 cd	30.1 bc	32.6 g	4.1 g	38.8 h	188.1 g
平均 Average	14.5	28.5	39.5	15.4	87.5	428.8
变异系数 CV(%)	5.0	8.6	12.8	58.5	43.9	40.9
地点 Location
馆陶Guantao	14.5 b	27.4 b	39.3 b	21.1 a	100.1 a	515.1 a
宁晋Ningjin	15.3 a	31.3 a	43.9 a	12.0 b	83.8 b	384.9 b
藁城Gaocheng	13.8 c	26.7 c	35.3 c	13.0 b	78.5 c	386.4 b
处理 Treatment
N0	13.9 b	27.1 b	39.2 b	14.0 b	85.7 a	440.6 a
N180	14.7 a	28.7 a	39.5 ab	16.0 a	88.6 a	426.4 a
N240	14.9 a	29.0 a	39.3 b	15.2 ab	86.4 a	421.9 a
N300	14.7 a	29.2 a	40.1 a	16.3 a	89.2 a	426.2 a

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2.4 基因型和环境对小麦氮素利用效率的影响

小麦植株的吸氮量随施氮量的增加呈现先增加后平稳或降低的趋势(表7)。施氮处理显著提高小麦植株的吸氮量, 但施氮处理之间差异不显著。施氮处理的吸氮量较不施氮处理提高17.9%。各小麦品种平均植株吸氮量在284.3~327.2 kg hm^-2之间, 平均为303.1 kg hm^-2。植株吸氮量较高的品种有冀麦867、冀麦738、师栾02-1、藁优5766等。馆陶和宁晋的植株吸氮量基本相同, 平均为318.1 kg hm^-2, 而石家庄的吸氮量比馆陶和宁晋低11.9%。

Table 7
表7
表7不同处理条件下小麦植株的吸氮量
Table 7Nitrogen absorption of wheat varieties under different treatments

品种或地点 Variety or location	吸氮量 Nitrogen absorption (kg hm-2)
	N0	N180	N240	N300	平均 Average
品种 Variety
藁优2018 Gaoyou 2018	221.7 b	319.5 a	307.3 a	299.8 a	287.1
藁优5218 Gaoyou 5218	232.1 b	292.0 a	315.2 a	317.9 a	289.3
藁优5766 Gaoyou 5766	270.6 b	339.7 a	327.6 a	340.4 a	319.6
邯麦18 Hanmai 18	269.6 b	322.7 a	342.4 a	331.1 a	316.4
河农5290 Henong 5290	252.7 c	280.2 b	320.1 a	284.0 b	284.3
冀麦738 Jimai 738	304.2 b	335.9 a	320.6 a	323.9 a	321.2
冀麦867 Jimai 867	302.1 b	338.8 a	329.4 a	338.6 a	327.2
科农2009 Kenong 2009	284.8 b	303.6 b	319.8 a	303.2 b	302.9
师栾02-1 Shiluan 02-1	272.2 c	353.0 a	327.9 b	338.5 ab	322.9
石4366 Shi 4366	241.7 c	313.8 a	318.2 a	283.3 b	289.3
石农952 Shinong 952	240.7 c	292.3 b	304.9 ab	330.2 a	292.0
石优17 Shiyou 17	263.3 b	289.6 a	297.0 a	300.6 a	287.6
石优20 Shiyou 20	285.7 c	338.4 a	310.3 b	319.3 ab	313.4
衡4444 Heng 4444	280.8 b	286.5 b	290.1 ab	314.3 a	292.9
济麦22 Jimai 22	286.2 b	309.0 a	299.9 a	304.7 a	300.0
平均 Average	267.2 b	314.3 a	315.4 a	315.3 a	-
地点 Location
馆陶 Guantao	294.5 c	318.6 b	321.2 ab	335.5 a	317.4
宁晋 Ningjin	294.4 c	316.3 b	333.8 a	330.6 a	318.8
藁城 Gaocheng	231.0 b	310.2 a	291.4 a	288.6 a	280.3

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不同小麦品种的氮素利用效率差异显著(表8)。氮肥农学效率变化在0.6~6.3 kg kg^-1之间, 平均为3.2 kg kg^-1; 氮肥吸收利用率变化在6.0%~38.7%之间, 平均为20.6%; 氮肥生理利用率变化在3.5~30.3 kg kg^-1, 平均为16.4 kg kg^-1。氮肥农学效率较高的品种为藁优5766、邯麦18、藁优5218、河农5290。氮肥吸收利用效率较高的品种为藁优2018、藁优5218、藁优5766、邯麦18。氮肥生理利用效率较高的品种为冀麦738、冀麦867、河农5290、藁优5766。强筋和中筋小麦品种的平均氮肥农学效率分别为3.5 kg kg^-1、1.0 kg kg^-1; 氮肥吸收利用率分别为22.9%、7.1%; 氮肥生理利用效率分别为16.6 kg kg^-1、13.6 kg kg^-1。强筋小麦的氮肥利用率普遍高于中筋小麦。

藁城的氮肥农学利用效率(4.0 kg kg^-1)和氮肥吸收利用效率(29.5%)显著高于其他两地(表8), 馆陶和宁晋的农学利用效率和氮肥吸收利用效率无显著差异, 平均为2.5 kg kg^-1、13.2%。氮肥生理利用效率以馆陶(20.1 kg kg^-1)最高, 宁晋和藁城比馆陶低18.9%、33.3%。

Table 8
表8
表8不同处理条件下小麦的表征氮肥利用效率
Table 8Nitrogen fertilizer use efficiency of wheat varieties under different treatments

项目 Item	氮肥农学效率 Nitrogen agronomic efficiency (kg kg-1)	氮肥吸收利用效率 Nitrogen recovery efficiency (%)	氮肥生理利用率 Nitrogen internal efficiency (kg kg-1)
品种 Variety
藁优2018 Gaoyou 2018	3.5 c	38.7 a	8.7 ef
藁优5218 Gaoyou 5218	5.2 ab	32.2 b	15.9 d
藁优5766 Gaoyou 5766	6.3 a	25.7 c	24.0 b
邯麦18 Hanmai 18	5.9 a	26.8 c	21.5 bc
河农5290 Henong 5290	4.6 b	17.9 d	23.5 b
冀麦738 Jimai 738	3.1 cd	10.3 f	30.3 a
冀麦867 Jimai 867	3.8 c	14.7 de	24.5 b
科农2009 Kenong 2009	2.0 e	10.4 f	20.8 c
师栾02-1 Shiluan 02-1	1.1 f	30.1 b	3.5 g
石4366 Shi 4366	2.7 d	28.6 bc	9.2 ef
石农952 Shinong 952	3.0 d	28.4 bc	9.8 ef
石优17 Shiyou 17	1.6 e	13.7 e	10.7 e
石优20 Shiyou 20	2.7 d	16.9 d	16.3 d
衡4444 Heng 4444	1.3 ef	6.0 g	19.1 c
济麦22 Jimai 22	0.6 f	8.2 fg	8.0 f
平均 Average	3.2	20.6	16.4
地点 Location
馆陶 Guantao	2.7 b	12.8 b	20.1 a
宁晋 Ningjin	2.3 b	13.5 b	16.3 b
藁城 Gaocheng	4.0 a	29.5 a	13.4 b
处理 Treatment
N180	4.3 a	26.2 a	16.6 a
N240	2.5 b	18.7 b	13.6 b
N300	1.8 b	15.6 b	11.5 b

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氮肥农学效率、氮肥吸收利用效率、氮肥生理利用率均随施氮量增加而降低(表8), 以N180处理最高, 依次为4.3 kg kg^-1、26.2%、16.6 kg kg^-1, 而N240、N300比N180相应地降低41.9%~58.1%、28.6%~40.5%、18.1%~30.7%。总体来看, N180是小麦氮素吸收利用较理想的施氮水平。

3 讨论

3.1 产量、品质和氮素利用受基因型的影响

有关小麦产量、品质和氮素利用效率的研究较多, 但受试验品种、研究地区、采样地力、年度气候变化等因素的影响, 结果存在一定的差异^{[3-5, 11-12]}。本研究中, 13个强筋小麦品种平均产量9548 kg hm^-2, 仅低于中筋品种3.1%, 在可接受范围之内, 说明近些年来通过遗传改良培育的强筋小麦品种, 配套优化的栽培措施, 使产量大大提升。产量表现突出的强筋小麦品种有冀麦738、石4366、冀麦867、石优20、石优17、河农5290、师栾02-1、藁优2018等(表4和表5)。

不同小麦品种的品质性状因其遗传背景不同而差异显著。在本研究中, 15个参试品种的平均蛋白质含量(14.5%)、湿面筋(28.5%)、沉降值(39.5 mL)、稳定时间(15.4 min)等品质指标与傅晓艺等^[21]对河北省审定的52个小麦品种进行聚类得到的中强筋小麦品种的平均水平相当或稍低。品质性状的基因型差异显著, 尤其表现在衡量面筋质量的稳定时间、拉伸能量和最大拉伸阻力指标上, 其变异系数在40.9%~58.5%之间(表6)。单个品质指标达到国颁标准的比例, 除湿面筋(26.7%)和拉伸能量(46.7%)较低外, 其余均在60.0%以上。稳定时间达标率为80.0%, 但变异性大, 藁优5766和师栾02-1的稳定时间高达30 min以上, 而其他品种平均稳定时间为15.6 min。小麦湿面筋含量低和稳定时间变异大是造成强筋小麦达标率低的主要因素之一, 如藁优2018、冀麦738、冀麦867、师栾02-1的湿面筋含量接近但未达到国颁标准30%。这与张影全 等^[22]对冀南地区小麦籽粒品质现状分析的结果一致。综合来看, 藁优5218、藁优5766、冀麦738、科农2009、师栾02-1、藁优2018和冀麦867有5个以上品质指标达到国颁标准, 综合品质表现突出。

小麦氮肥吸收、利用效率的基因型差异是选育氮高效型品种的基础^[23,24,25]。本研究中, 参试品种的氮肥吸收、利用效率具有明显差异(表7和表8)。总体来看, 强筋小麦品种的吸氮量高于中筋小麦品种(表7), 冀麦867、冀麦738、师栾02-1、藁优5766、邯麦18和石优20吸氮量较高, 属于氮高吸收型小麦品种。不同小麦品种氮肥利用率受其计算方式的不同而存在差异(表8), 根据氮肥农学利用率所筛选的氮高利用型小麦品种有藁优5766、藁优5218、冀麦867、冀麦738、邯麦18等。氮高吸收、利用率是强筋小麦品质的保障, 也是减少氮肥损失的重要途径。因此, 筛选高产优质高效小麦品种, 既有利于维护粮食安全, 又能减轻小麦生产造成的污染。兼顾产量、品质、效率三方面, 本研究中, 冀麦867、冀麦738、师栾02-1、藁优5218和藁优2018综合表现较为突出。

3.2 产量、品质和氮素利用受环境的影响

随着我国对强筋小麦的需求量越来越大, 越来越多的生产者趋向于强筋小麦的大面积种植。相同小麦品种的产量、品质及氮吸收利用效率往往因为栽培环境的改变而表现出不同的特征^[11,12]。小麦的产量、品质、氮肥利用效率的表现受环境的影响程度因各指标性状而异^[2,3,4]。本研究中, 藁城产量最高, 而品质较差, 吸氮量小; 宁晋产量居中, 品质的数量指标最高, 吸氮量最高; 馆陶产量最低, 品质的质量指标最好, 吸氮量居中。不同指标间的差异源于土壤和气候因子两个因素^[26,27,28]。藁城的土壤有机质含量较高(2.11%), 且小麦返青至成熟期的平均气温为18.6℃, 有利于该地区产量的形成^[28], 但温度超过32℃时, 不利于蛋白质含量提高^[27], 该年藁城小麦灌浆至成熟期有14 d最高温超过32℃, 而宁晋和馆陶为9 d, 这可能是造成藁城品质较差的原因。蛋白质、湿面筋、沉降值与土壤速效磷、速效钾呈显著正相关^[28,29]。宁晋的蛋白质数量类指标最高, 可能与宁晋土壤有效钾含量较高有关, 馆陶的蛋白质质量类指标(拉伸能量、最大拉伸阻力等)较高可能与土壤磷含量较高有关系。依据3个地点的土壤及气候特点, 石家庄更适宜种植产量较高的强筋小麦, 如冀麦738、冀麦867、师栾02-1; 宁晋更适宜种植师栾02-1、科农2009、冀麦738; 馆陶更适宜种植藁优5766、藁优2018、师栾02-1。

增施氮肥无疑是提高小麦产量和品质的基本条件, 而盲目增施氮肥未必能够发挥小麦的产量品质潜力。本试验条件下, 小麦平均产量、品质随施氮量的增加呈现先增加后平稳的趋势, 但施氮处理之间差异不显著, 且不同试验地点变化趋势基本一致, 原因可能是本试验设计的施氮量范围较大。施氮180 kg hm^-2条件下, 产量品质即可达到最佳, 这与前人推荐冀中南地区小麦季适宜施氮量为110~240 kg hm^-2的研究结果基本一致^[30,31]。

The authors have declared that no competing interests exist.

作者已声明无竞争性利益关系。

参考文献 View Option 原文顺序
文献年度倒序
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