(贵州省旱粮研究所， 贵阳 550006)

氮元素是作物生长发育所必需的大量营养元素之一，增施氮肥是提高粮食作物产量的重要途径，化肥的推广施用曾为解决中国粮食问题做出了很大贡献[1]。但随着施用量的逐年增加，小麦产量并未相应增加，并且表现出一定的耐肥特性。据报道，当前中国氮肥利用率仅有30%～40%[2]。通过挥发、淋溶等流失的氮肥给周围环境造成了严重污染,氮素的流失已使三峡库区回水区“水华”现象频频发生[3,4]。小麦是中国第二大粮食作物，氮素需求量极大，使得农业生产的经济压力很大[5]。近年来贵州地区的氮素施用量也存在过量施用的现状，给环境带来了很大污染[6]。

小麦的不同基因型在氮素利用率上差异很大[7-10]。英国洛桑试验站采用高产高效的品种，使春小麦的氮肥利用率从35%提高到65%，因品种差异造成的肥料利用率变异达24%～82%[10]。近年来，我国已培育出了氮高效的水稻和玉米，在高肥力土壤上可节约氮肥投入30%左右[11-13]。因此，通过剖析基因型氮素效率的差异性,发掘利用氮素效率高的小麦基因型，对培育氮素高效小麦新品种、合理施用氮肥、解决氮肥污染问题以及农业的持续发展具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 试验材料

共选择24个小麦基因型，均是西南片区的主流栽培品种。品种名称见表2。

1.2 培养方法及氮处理

借鉴柴建芳等[14]的培养方法，将种子在加水的蛭石上萌发，选择苗势生长一致的移栽到塑料盆(体积约42 L)中，装入蛭石约占盒子体积一半。24份材料分4行6列，各个材料按照1穴7株进行移栽，浇定根水(自来水)，每个塑料盒1个重复。设置低氮、中氮和高氮3种处理，每处理3次重复，重复随机排列。常规管理仅浇自来水，在2叶1心期定苗，每穴选取5株，定苗喷施营养液1次，每盒3 L；抽穗期同样喷施营养液1次每盒2 L。试验大量元素配方如表1所示，低氮处理的氮素来源为蛭石和自来水。蛭石含有全氮为0.9 g·kg-1、碱解氮为86 mg·kg-1；自来水含有硝态氮为9.5 mg·L-1、铵态氮为0.3 mg·L-1。各处理的营养液均含有H3BO32.86 mg·L-1、MnCl2·4 H2O 1.8 mg·L-1、ZnSO4·7 H2O 0.22 mg·L-1、CuSO4·5 H2O 0.08 mg·L-1和H2MoO4·H2O 0.02 mg·L-1。

表1 3种氮素水平下营养液中大量元素的配方

1.3 生长指标测定及其统计分析

植株成熟后按单株收获，测量株高、穗长、粒重、根重和地上部，计算根冠比、经济系数，用DPS 3.01统计软件对数据进行统计分析，用LDS法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同氮素水平处理对不同基因型经济系数的影响

由表2、表3、表4可知，选取经济系数进行显著性分析，发现在3种氮素水平下各基因型均存在显著性差异。经济系数较大的基因型，在高氮处理中有SW 1747、黔麦20、绵麦16 Z 36、贵农08-9、渝1734、川麦42、黔麦19，在中氮处理中有2017 TP 506、云麦56、绵麦16 Z 36、川麦42、蜀麦1763、川麦82、黔麦20、绵麦367、SW 1747、黔麦21、贵农08-9、黔麦18，在低氮处理中有2017 TP 506、黔麦20、川麦42、蜀麦1763、黔麦 21、绵麦367、云麦56、贵农08-9、安97-12。黔麦20、黔麦21、绵麦367、贵农08-9、安97-12在低氮水平下表现突出，在中氮条件下表现也很好，而在高氮条件下略差，属于低氮高效型品种。与此相反，SW 1747在低氮条件下表现较差，在中氮条件下表现较好，在高氮条件下表现很好，属于典型的高氮高效型品种；2017 TP 506、川麦42、蜀麦1763和云麦56在低、中氮素条件下表现较好，而在高氮条件下较差，属于中低氮高效型品种。其中黔麦20在3种氮素水平下表现都很好，属于适应广的氮高效材料。

表2 不同小麦品种在高氮处理下的农艺性状表现

2.2 不同氮素水平处理下农艺性状的均值比较

如表5所示，不同氮水平处理下农艺性状的均值呈现以下变化：株高、穗长、粒重和地上部均值随氮水平升高而提高；根冠比和经济系数随氮水平升高而先缓慢提高再急剧下降。此外，高氮素水平较中氮素水平和高氮水平较低氮水平在株高、穗长形状上的均值相差很小，在粒重、根重和地上部形状上的影响相差很大，而在根冠比、经济系数形状上的均值则是高氮水平不及中、低氮水平；中氮水平较低氮水平在株高、穗长形状上的均值相差很小，在粒重、根重和地上部形状上的影响相差很大，而在根冠比、经济系数形状上的均值则是中氮水平略大于低氮水平。结果显示，无论是氮高效还是氮低效小麦，增施氮肥可使株高、穗长、粒重、根重和地上部等性状有所提升，但增幅不一样。

2.3 不同氮处理条件下农艺性状的变异系数

由图1可知，小麦在3种氮素水平下对养分敏感程度表现一定程度的基因型差异。在低氮水平下，粒重>根重、地上部>根冠比>株高>穗长>经济系数；在中氮水平下，粒重>根重>根冠比>地上部>穗长>株高>经济系数，粒重、根重变异系数较大；在高氮水平下，根重>粒重>根冠比>地上部>穗长>经济系数>株高。其中粒重、根重变异系数较大，说明粒重、根重受基因型影响较大；经济系数、株高变异系数较小，说明经济系数、株高受基因型影响较小。

图1 不同氮处理条件下农艺性状的变异系数比较

表4 不同小麦品种在低氮处理下的农艺性状表现

表5 不同氮处理条件下农艺性状的均值比较

表6 不同氮处理下农艺性状的相关性

2.4 不同氮处理下农艺性状的相关性

如表6所示，方差分析结果表明，在3种氮素水平下，根冠比与其它农艺性状呈现显著或极显著负相关，与根重呈极显著正相关；其它各个性状之间呈现显著或极显著正相关。各农艺性状与经济系数的相关程度随着氮素水平的变化而产生一定的变化。其中在高氮条件下根冠比与穗长无显著相关；根重在高氮条件下与经济系数无显著相关。同时发现随着氮水平的提高，穗长与经济系数、粒重与地上部、地上部与经济系数的显著正相关程度在增强；株高与粒重、株高与经济系数、粒重与经济系数、根重与根冠比在中氮水平显著正相关程度较低；大部分性状之间在中氮水平显著正相关程度较高。

3 讨 论

余泽高等[15]，R.C.Sharma等[16]研究表明，经济系数的遗传率较高，众多作物育种者均主张应用经济系数作为农作物增产的选择指标，并发现在稀植群体中，高产基因型的筛选使用经济系数作为选择指标相比直接选择产量效率更高，禾谷类可依据经济系数进行直接筛选[15,16]。不同基因型对氮素的吸收利用能力存在差异，与童依平等[8]研究结果一致。本研究将基因型经济系数作为衡量小麦氮高效基因型的指标，初步筛选得到低氮高效型品种、高氮高效型品种和氮素不敏感品种，筛选结果与其品种审定公告比较一致。筛选得到高氮高效型品种(SW 1747)；低氮高效型品种(2017 TP 506、川麦42、蜀麦1763和云麦56)；适应广的氮高效材料(黔麦20)。这一结果为下一步研究基因型对氮素的吸收能力及氮素利用能力，发现不同氮高效基因型的吸收机制奠定基础，也可为小麦的氮高效育种提供更多的选择可能性。

研究结果表明，除根冠比与经济系数，各性状值均随着施氮量的增加而增加，但是多数性状的变异系数表现出高氮条件高于低氮条件，说明高氮处理更容易显示出不同种质在氮素利用相关性状上的差异，这与在水稻上的研究结果不一样[17]。 此外，高氮水平根冠比比值在下降，地上部分的生长明显增加，但是根部的生长没能相应增加，降低了基因型的耐旱性，并且经济系数也在下降，可知氮的利用率在下降。同时高氮水平下有利于将基因型的株高、穗长和粒重等性状表达得以加强。

根据变异程度在选择优良小麦品种时,对粒重和根重等变异较大的性状进行严格的比较和筛选,对变异系数较小的性状重点进行筛选。

对各个农艺性状之间的相关性分析可以看出，粒重和穗长均与经济系数呈极显著正相关，并且这种显著相关性基本上不受氮素水平的干扰，而对于受氮素水平影响较大的农艺性状则要谨慎选择，在一定程度上也为田间筛选品种提供了一条途径。

4 结 论

西南麦区小麦种质氮素利用效率相关性状存在显著的基因型差异，根据不同氮素水平下经济系数差异，所选24份材料可被划分为4类氮效率类型：高氮高效型品种、低氮高效型品种、适应广的氮高效材料和一般材料。对于贵州麦作区，除去氮高效基因型品种，其他小麦品种氮素施用量建议采用中氮水平或中低氮水平；初步分析出穗长和经济系数可作为西南片区筛选良种的依据。此外结合贵州地区雨水多、易冲刷和氮素易挥发等特点[6]，建议适当深施氮肥，这样氮素流失的比例会大大得以减少。