不同生态条件下品种和施氮量对冬小麦产量及氮肥利用效率的影响

张美微, 谢旭东, 王晨阳, 马 耕,卢红芳, 周国勤, 谢迎新,马冬云

(1.河南农业大学农学院, 河南郑州 450002; 2.河南省农业科学院粮食作物研究所, 河南郑州 450002;3.河南省信阳市农业科学院, 河南信阳 464000)



不同生态条件下品种和施氮量对冬小麦产量及氮肥利用效率的影响

张美微1,2, 谢旭东1, 王晨阳1, 马 耕1,卢红芳1, 周国勤3, 谢迎新1,马冬云1

(1.河南农业大学农学院, 河南郑州 450002; 2.河南省农业科学院粮食作物研究所, 河南郑州 450002;3.河南省信阳市农业科学院, 河南信阳 464000)

为给河南省不同生态区域小麦氮肥高效利用提供理论依据，于2012-2013年在南阳和信阳2个地点，2013-2014年南阳、信阳和郑州3个地点，通过田间试验研究了施氮量对10个小麦品种产量和氮肥利用效率的影响。结果表明，小麦产量和氮肥利用效率均显著受品种、地点和施氮水平的影响，同时显著存在品种×地点和地点×施氮量的互作效应；其中，品种效应相对较小，地点对产量和氮肥农学利用效率的影响较大，施氮水平对氮肥偏生产力的调控效应最大。10个品种中，周麦28在各地点均获得了较高的产量和氮肥偏生产力，表现出较好的适应性。3个地点中，郑州和南阳的小麦产量和氮肥偏生产力均显著高于信阳，而信阳具有较高的氮肥农学利用效率，说明适量的氮肥供给对于信阳改善小麦生产非常重要。增施氮肥可以显著提高小麦产量，但降低了氮肥偏生产力和氮肥农学利用效率，且不同地点和品种对施氮水平的响应存在差异。综合各品种产量和氮肥利用效率对施氮水平的响应，在3个地点小麦在较低施氮水平(120 kg·hm-2)下均可达到高产高效的生产目标，但各地点也存在需要高氮肥投入的小麦品种，如郑州的郑麦3596、南阳的洛麦24及信阳的西农509和宛麦16。

冬小麦；氮肥；品种；生态条件；产量；氮肥利用效率

提高小麦产量对保障我国粮食安全具有重要的意义。氮肥施用对提高小麦分蘖成穗率、增加穗数和穗粒数作用明显[1-2]，生产中为提高小麦单产，氮肥往往被大量投入[3]。然而，随着施氮量的不断增加，小麦产量只维持在一定的水平，并未得到进一步的显著提高。同时，氮肥的过量投入也造成了氮肥利用效率低、环境污染等一系列问题[4-5]。当前，氮肥利用效率在世界范围的平均值仅为33%[6]。在氮肥利用效率评价指标中，氮肥农学利用效率和氮肥偏生产力从作物增产方面反映了作物对氮素的利用情况[7]。多数学者研究认为，氮肥农学利用效率和氮肥偏生产力往往随着施氮水平的提高而降低[7-9]，但二者还受品种和环境的显著影响[10-12]。河南省是中国小麦的主产区，生产中种植品种多，投肥量偏大，因此在提高小麦产量的同时必须兼顾增加氮肥利用效率，以提高农民种植收益。本研究以河南省及周边省份近几年推广的10个小麦品种为材料，在郑州、南阳和信阳开展不同施氮水平对小麦产量和氮肥利用效率影响的研究，探讨不同品种产量和氮肥利用效率在不同生态环境下对施氮水平的响应，以期为河南省高产高效小麦生产提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料与设计

试验于2012-2013年在南阳(内乡)和信阳(罗山)2个点进行，2013-2014年在前一年的基础上增加郑州点；以6个弱春性小麦品种(西农509、宛麦16、洛麦24、漯麦18、郑麦9962和偃展4110)和4个半冬性小麦品种(西农979、郑麦3596、郑麦583和周麦28)为供试材料；设置了0、120、225和330 kg·hm-24个施氮水平(分别用N0～N3表示)。每点试验采用施氮水平和品种二因素裂区设计，施氮水平为主区，品种为副区，重复3次，小区面积为12 m2。氮肥(尿素)按基追比为6∶4分别在播种前和拔节期施入；磷(P2O5)、钾(K2O)的施用量分别为90 kg·hm-2和75 kg·hm-2，均在播种前全部作为基肥施入。信阳点前茬作物为水稻，南阳和郑州点前茬作物为玉米。2012-2013年南阳和信阳点小麦分别于2012年10月14日和16日播种，分别于2013年5月29日和28日收获；2013-2014年南阳、信阳和郑州分别于2013年10月16日、17日和11日播种，分别于2014年5月28日、26日和31日收获。各试点小麦生育期降水量和月平均气温见图1，土壤特性见表1。

1.2 测定项目与方法

于成熟期各小区人工实收面积5.8 m2，自然晒干后进行脱粒计产，计算单位面积籽粒产量、氮肥偏生产力(Nitrogen partial factor productivity，NPFP)和氮肥农学利用效率(Agronomic nitrogen use efficiency，ANUE)。

氮肥偏生产力= 籽粒产量/施氮量

氮肥农学利用效率=(施氮处理产量-不施氮处理产量)/施氮量

1.3 数据分析

测定结果使用SPSS 15.0进行数据处理和方差分析，处理间差异显著性分析采用邓肯(Duncan)多重比较法进行。折线图均由Excel 2007软件完成。

2 结果与分析

2.1 小麦产量和氮肥利用效率的方差分析

品种、地点和施氮量对小麦产量、氮肥农学利用效率和氮肥偏生产力均有显著的影响；在各因子中，地点对产量和氮肥农学利用效率的影响最大，施氮量对氮肥偏生产力的调控效应最大；而品种间产量和氮肥利用效率的变异相对较小，两年结果一致(表2)。此外，品种×地点和地点×施氮量互作对两年小麦产量和氮肥效率均有显著的影响；而品种×施氮量的互作效应在2个年度间存在差异：2012-2013年度品种×施氮量互作显著影响产量和氮肥偏生产力，2013-2014年度则仅对产量有显著的影响。在互作影响中，以地点×施氮量对产量和氮肥利用效率的影响最大。环境对产量和氮肥利用效率的影响远大于基因型。

图1 2012-2014年不同试验点小麦生育期的月平均气温和降水量

年份Year地点Site土壤类型Soiltype有机质Organicmatter/(g·kg-1)全氮TotalN/(g·kg-1)有效磷AvailableP/(mg·kg-1)速效钾AvailableK/(mg·kg-1)2012-2013南阳Nanyang壤土Loam19．131．027．27164．29信阳Xinyang水稻土Paddy16．290．865．60143．712013-2014郑州Zhengzhou壤土Loam17．500．9018．83252．60南阳Nanyang壤土Loam18．720．956．86172．35信阳Xinyang水稻土Paddy16．090．875．72169．36

表2 小麦产量和氮肥利用效率在环境和品种间的方差分析

表中数据为各因子均方占总均方的比值。*：P<0.05; **:P<0.01; ns:P>0.05。

Data in the table was the percentage of total mean square. *:P<0.05; **:P<0.01; ns:P>0.05.

2.2 地点和品种间小麦产量和氮肥利用效率的差异

小麦产量和氮肥利用效率在3个地点间存在显著差异(表3)。产量和氮肥偏生产力均表现为郑州>南阳>信阳，而氮肥农学利用效率则表现为信阳>郑州>南阳。从变异程度看，信阳点小麦产量在品种间的变异系数达到郑州和南阳的3倍，说明对于小麦产量来说，品种的选择在信阳更为重要。氮肥农学利用效率的变异系数最大，产量最小。可见，提高小麦氮肥利用效率比增产更容易实现。生产中要综合考虑产量和氮肥利用效率，以实现两者的协同提高。

品种间产量和氮肥偏生产力在各地点均存在显著差异；而品种间氮肥农学利用效率在郑州和南阳表现出显著差异，而在信阳差异不显著(表3)。周麦28、郑麦3596和洛麦24分别在郑州、南阳和信阳均获得了较高产量，较平均值分别增加了15.1%、11.4%和6.4%。同时，这3个品种也分别在各地点获得了较高的氮肥偏生产力，但其农学利用效率相对较低。综合10个品种在各地点的表现可以发现，周麦28在3个地点均具有较高的产量和氮肥偏生产力，且其氮肥农学利用效率在郑州和信阳也高于平均水平。

同列数据后不同小写字母表示在0.05水平上差异显著。XN509：西农509；WM16：宛麦16；LM24：洛麦24；LM18：漯麦18；ZM9962：郑麦9962；YZ4110：偃展4110；XN979：西农979；ZM3596：郑麦3596；ZM583：郑麦583；ZM28：周麦28。下表同。平均值后的字母为地点间多重比较结果。

Values followed by different letters within same column were significantly different at the 0.05 probability level. XN509：Xinong 509；WM16：Wanmai 16；LM24：Luomai 24；LM18：Luomai 18；ZM9962：Zhengmai 9962；YZ4110：Yanzhan 4110；XN979：Xinong 979；ZM3596：Zhengmai 3596；ZM583：Zhengmai 583；ZM28：Zhoumai 28. The same as in other tables.The letters indicate the results of multiple comparison among sites.

2.3 不同地点施氮量对各品种产量和氮肥利用效率的影响

增施氮肥在3个地点均显著提高了产量，但各品种在不同地点对施氮量的响应存在差异(表4)。在郑州点，小麦品种郑麦3596产量随着施氮量的增加而显著增加，在N3下达到最大值，较N0增加了10.5%；宛麦16、洛麦24和漯麦18则在N2下获得最高产量，过多施氮(N3)对进一步增产无效；西农509、郑麦9962、偃展4110、西农979在各施氮处理(N1、N2和N3)下产量均得到显著提高，但施氮处理间无显著差异；而郑麦583和周麦28产量随施氮水平的提高而无显著增加。在南阳点，10个小麦品种中，洛麦24在N3下获得最高产量，较N0增加了33.4%；而周麦28受施氮量影响不显著；其他8个品种产量在各施氮处理下均显著提高，但N1、N2和N3之间无显著差异。在信阳点，西农509和宛麦16产量随着施氮水平的提高而显著增加，分别增产163.7%和152.0%；其他8个品种的产量在各施氮处理下均显著提高，N1、N2和N3间无显著差异。

由表5可见，随施氮量的增加，3个地点各小麦品种的氮肥偏生产力均显著降低，以N3最低；其中N2较N1的降幅在郑州、南阳和信阳分别为22.7～30.1、22.1～29.0和15.5～25.7 kg·kg-1，而N3较N2的降幅分别为8.4～12.3、7.4～10.5和4.9～10.7 kg·kg-1。10个品种中，周麦28在3个地点的各施氮水平下均表现出较高的氮肥偏生产力。施氮水平对氮肥农学利用效率的影响在品种间和地点间存在差异。在郑州点，施氮量对宛麦16、洛麦24和郑麦583的氮肥农学利用效率无显著影响，但显著影响其他品种的氮肥农学利用效率，其中漯麦18以N2处理最高，其余品种以N1处理最高。在南阳点，施氮量对宛麦16、洛麦24、漯麦18和偃展4110的氮肥农学利用效率无显著影响，其他品种氮肥农学利用效率均随着施氮水平提高而显著下降。在信阳点，施氮量对各品种氮肥农学利用效率的影响均达显著水平。10个品种中，郑麦9962在郑州和南阳的不同施氮水平下均表现较高的氮肥农学利用效率；而在信阳，漯麦18、郑麦3596和西农509分别在N1、N2和N3下表现出较高的氮肥农学利用效率。

表4 施氮水平对小麦产量的影响

郑州数据为2013-2014年数据；南阳和信阳数据为2012-2013和2013-2014年。两个年度的平均值后同列中不同小写字母表示处理间0.05水平显著性差异。下表同。

Data of Zhengzhou came from 2012-2013 growing season,and data of Nanyang and Xinyang was the average of 2012-2013 and 2013-2014 growing seasons.Values within a column followed by different letters were significantly different among the treatments at the 0.05 probability level. The same as in table 5.

表5 施氮水平对小麦氮肥利用效率的影响

3 讨 论

小麦产量受基因型控制[13]，也受环境和栽培措施的显著影响[14]。李巧云等通过对河南省多个生态条件下不同小麦品种的产量变化的调查，发现半冬性品种的平均产量明显高于弱春性品种[15]；而环境对小麦产量的影响往往大于基因型差异[16]。同样，氮肥利用效率也受基因型和环境的共同影响[17-19]。本研究表明，品种和环境(地点和氮肥水平)均对小麦产量和氮肥利用效率有显著影响，其中环境效应大于品种；产量受地点的影响最大，氮肥偏生产力受施氮水平的调控效应最大。因此，要实现小麦高产高效的生产目标，必须充分重视环境因素，特别是氮肥调控。3个地点中，郑州和南阳的小麦产量和氮肥偏生产力均显著高于信阳，这与当地土壤质地、养分含量和前茬作物有关，体现了信阳稻茬麦在生产中的不利因素(表1)。而信阳的小麦氮肥农学利用效率显著高于郑州和南阳，说明适量的氮肥供给对于改善稻茬小麦生产、提高产量具有重要作用。在品种选择方面，周麦28表现出了非常好的区域适应性，在3个地点均获得了较高的产量。信阳点小麦品种间的产量变异系数较大，表明品种选择在该地区更为重要。

河南省是我国小麦生产的主要省份。在过去的几十年中(1949-2010年)，小麦单产由645 kg·hm-2提高到5 838 kg·hm-2，这种增产效应不仅得益于品种改良，与氮肥投入量的增加也有密切关系[20]。前人通过大量研究表明，在一定施氮范围内，增加氮肥投入显著提高了小麦产量，但施氮过多并不能实现持续增产[21-22]，且造成氮肥利用效率显著下降[23]。因此，适当降低氮肥投入量，优化氮肥供应，是减少氮肥损失、提高氮肥利用效率的关键[24]，尤其是在氮肥投入量较大的小麦高产区。还有研究认为，适当增加追氮比例[25]、实施氮肥后移，或采用分次、分层施入[26]、合理水肥运筹[27]、地膜覆盖[28]等措施，均能提高小麦产量和氮肥利用效率。本研究结果表明，氮肥投入过多对增产无益，且降低了氮肥偏生产力和氮肥农学利用效率。但不同地点和品种对施氮量的响应存在差异。总体来说，在施纯氮120 kg·hm-2条件下各地点小麦即可达到高效和相对较高的产量目标，但也存在一些需要高氮投入的小麦品种，如郑州的郑麦3596、南阳的洛麦24以及信阳的西农509和宛麦16。因此，在小麦生产上，应结合品种的需氮特性，在保证高产的同时适当降低氮肥投入量，提高氮肥利用效率，达到节本增效的综合目标。

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Effect of Cultivar and Nitrogen Fertilizer Application on Grain Yield and Nitrogen Use Efficiency of Wheat at Different Planting Environments

ZHANG Meiwei1,2, XIE Xudong1, WANG Chenyang1, MA Geng1,LU Hongfang1, ZHOU Guoqin3, XIE Yingxin1, MA Dongyun1

(1.College of Agronomy, Henan Agricultural University, Zhengzhou, Henan 450002, China;2.The Cereal Crops Institute, Henan Academy of Agricultural Sciences, Zhengzhou, Henan 450002, China;3.Xinyang Institute of Agricultural Science, Xinyang, Henan 464000, China)

To evaluate the response of grain yield and nitrogen use efficiency of wheat to nitrogen (N) fertilizer levels in different environments, the experiment was carried out at Nanyang and Xinyang in 2012-2013, and Nanyang, Xinyang and Zhengzhou in growing season of 2013-2014, with ten wheat cultivars as materials, which were widely planted in Henan province. The results indicate that grain yield and N use efficiency were significantly influenced by cultivar, site, N levels and the interactions of cultivar × site and site × N levels. Of the three main factors, cultivar contributed relatively low effect, while site had greater effect on grain yield and agronomic nitrogen use efficiency (ANUE). N levels had the largest influence on nitrogen partial factor productivity (NPFP). Of the ten wheat cultivars, Zhoumai 28 obtained the higher grain yield and NPFP, which showed its better cultivar adaptability. Among the three sites, the wheat cultivated at Zhengzhou and Nanyang had higher grain yield and NPFP, while those at Xinyang got higher ANUE. It is indicated that added N fertilizer moderately will improve wheat production at Xinyang. Increasing N fertilizer input significantly increased grain yield, while decreased ANUE and NPFP significantly. N fertilizer level of 120 kg·hm-2could improve both grain yield and N use efficiency at three sites. However, there were some wheat cultivars which needed higher N input. For example, Zhengmai 3596 at Zhengzhou, Luomai 24 at Nanyang, Xinong 509 and Wanmai 16 at Xinyang should be applied with high N, in order to obtain high yield.

Winter wheat; Nitrogen fertilizer; Cultivar; Biological conditions; Grain yield; Nitrogen use efficiency

时间：2016-10-08

2016-04-20

2016-05-27

国家公益性行业(农业)科研专项(201203079)；国家科技支撑计划项目(2013BAD07B07和2015BAD26B01)；河南省小麦产业技术体系项目(S2010-01-G07)

E-mail：zhangmeiwei1986@163.com

王晨阳(E-mail：xmzxwang@163.com)

S512.1；S311

A

1009-1041(2016)10-1362-07

网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20161008.0932.030.html