氮高效型优质常规稻品种筛选

吴子帅　罗翠萍　李虎　罗群昌　陈传华　朱其南　周新明　吴佳桔　刘广林

摘要：【目的】開展氮高效型优质常规稻品种筛选，为生产上氮高效型优质常规稻品种选用及改良提供亲本材料。【方法】以58个广西和46个广东历年通过审定的优质常规稻品种为材料，依据不同供试品种在不施氮（N0）和施氮（N1）下的产量，将供试品种分为4种氮效率类型，进一步分析其中双高效型品种的产量、氮肥偏生产力和相对产量，筛选出氮高效型水稻品种。【结果】104个供试品种产量、氮肥农学利用率、氮肥偏生产力和相对产量间均存在极显著的变异（P<0.01，下同）。在N0处理下供试品种产量间的变异系数为18.83%，在N1处理下供试品种产量、氮肥农学利用率和氮肥偏生产力间的变异系数分别为11.01%、34.96%和11.01%，供试品种相对产量间的变异系数为17.16%。分别以供试品种在N0和N1处理下的产量平均值为横、纵坐标，将供试品种分双高效型品种27个、高氮高效型品种34个、双低效型品种30个和低氮高效型品种13个。27个双高效型品种中，有11个品种在N0或N1处理下的产量与平均值差异不显著（P>0.05，下同），其余16个品种在2种氮处理下产量和氮肥偏生产力均显著（P<0.05，下同）或极显著高于供试品种平均值，其中除茉丰占1号、南桂占和华航38号外，其余13个品种的相对产量均超过0.70。【结论】桂育9号、桂育8号、桂育11号和黄华占等16个品种为氮高效型品种，可在推进水稻生产化肥减施增效和遗传改良培育氮高效品种中应用。

关键词： 水稻;品种;优质常规稻;氮高效;氮肥农学利用率;氮肥偏生产力;相对产量;筛选

中图分类号： S511                               文献标志码： A 文章编号：2095-1191（2021）01-0063-07

Abstract：【Objective】To screen nitrogen-efficient high-quality conventional rice varieties. It provided parent mate-rials for the improvement of high-quality nitrogen-efficient rice varieties for production. 【Method】The test materials were 58 high-quality conventional rice varieties that have been approved in Guangxi and 46 in Guangdong. The test varieties were divided into four types of nitrogen efficiency according to the yield level of each test variety under the treatment of no nitrogen application（N0） or nitrogen application（N1）. Analyzed the yield， partial factor productivity and relative yield of the efficient-efficient varieties among the test materials to obtain nitrogen efficiency rice varieties. 【Result】There were extremely significant variation in yield， agronomic efficiency of nitrogen fertilizer， partial factor productivity and relative yield among the test varieties（P<0.01， the same below）. The coefficient of variation of test varieties yield was 18.83% under N0. The coefficients of variation for yield， agronomic efficiency and partial factor productivity of test varieties were 11.01%， 34.96% and 11.01% under N1. The coefficient of variation for relative yield of test varieties was 17.16%. The average yield of the tested varieties under N0 and N1 treatments was taken as the vertical coordinate，  the test varieties were divided into 27 efficient-efficient varieties， 34 inefficient-efficient varieties， 30 inefficient-inefficient varieties and 13 inefficient-efficient varieties. Among the 27 efficient-efficient varieties， the yield of 11 efficient-efficient varieties was not significant differences  compared with the average under N0 treatment or N1 treatment（P>0.05， the same below）. The yield and partial factor productivity of the rest 16 varieties were significantly（P<0.05， the same below） or extremely significant higher than the average of the test varieties.  In these 16 varieties， the relative yield of other 13 varieties were exceeding 0.70. 【Conclusion】Sixteen varieties including Guiyu 9， Guiyu 8， Guiyu 11 and Huanghuazhan are nitrogen-efficient varieties. They can be used in promoting rice production to reduce fertilizer application and increase efficiency and genetic improvement to breed nitrogen-efficient varieties.

Key words： rice; variety; high-quality conventional rice; nitrogen-efficient; agronomic efficiency of nitrogen ferti-lizer; partial factor productivity; relative yield; screening

Foundation item：National Key Research and Development Program of China（2018YFD0200302）;Key Research Project and Development of Guangxi（Guike AB1850041）;Science and Technology Development Project of Central Gui-ding Local（Guike ZY19183020）

0 引言

【研究意义】氮是水稻植株多种重要化合物的组成元素，生产中大量氮肥投入对水稻产量的增长发挥重要作用（张福锁等，2008）。我国稻田氮肥投入量较大，施入田间的氮肥主要通过氨挥发、反硝化、淋洗和径流等方式流失，导致我国稻田氮肥利用率不足40%，过量施氮在增加农业投入成本的同时，也带来环境污染和病虫害加剧等一系列问题（孙志广等，2019）。随着水稻种植结构的调整及消费市场需求的多样化，绿色环保、外观品质和食味品质俱佳且产量高的优质常规稻品种备受市场青睐，导致其种植面积逐步扩大（李虎等，2017）。因此，开展氮高效型优质常规稻品种的筛选对水稻化肥减施增效生产及遗传改良培育氮高效品种具有重要意义。【前人研究进展】根据水稻品种在不同氮处理下的产量，可分为双高效型、高氮高效型、低氮高效型和双低效型（张亚丽等，2008）。通过对双高效型水稻品种的进一步鉴定，可获得氮高效型品种。氮高效型水稻指在不同供氮水平下均有较高的产量，即不论低氮还是高氮均表现出氮高效利用的特性，不论介质供氮水平如何，水稻产量均高于平均产量。国际水稻研究所从20世纪90年代初开始筛选低氮高效型种质并将其用于育种（Wu and Tao，1995）。南京农业大学和安徽农业科学院等多个科研单位从高世代育种材料中进行氮高效型品种选育研究（罗志祥等，2010）。江立庚等（2003）研究发现，南方籼型水稻中各基因型水稻氮吸收与利用效率存在显著或极显著差异。黄农荣等（2006）将48份不同水稻基因型材料划分为以上4种类型，并从中筛选出氮高效型种质长伦占。黄永兰等（2015）根据45份水稻种质在不同氮处理下的产量，从中筛选出10份双高效型材料，进一步分析其氮吸收与利用等相关性状，最终获得青马早和陆财早2份氮高效型种质。翟荣荣等（2016）从14个浙江省常规晚粳稻品种中筛选出3个耐低氮特性的品种。张玉屏等（2019）依据试验材料在不同氮处理下产量，从12个生产上常用的早稻品种中筛选出3个氮高效型品种。【本研究切入点】尽管前人对氮高效型水稻筛选已有研究，但目前针对广西和广东审定的优质常规水稻品种进行氮高效型筛选评定的研究鲜见报道。【拟解决的关键问题】以广西和广东审定的优质常规稻品种为材料，根据供试品种在不同氮处理下的产量将其分为双高效型、高氮高效型、低氮高效型和双低效型4种类型，进一步分析双高效型水稻的产量、氮肥偏生产力和相对产量，以筛选获得氮高效型水稻品种，为氮高效型优质稻品种选育及改良提供提供亲本材料。

1 材料与方法

1. 1 试验材料

供试品种为本课题组收集保存的104个广西和广东地区历年通过审定的优质常规水稻品种，其中V1～V58为2000年至今广西通过审定的品种，V59～ V104为1999年至今广东通过审定的品种（表1）。供试氮肥为尿素（总N含量以46.2%计，重庆建峰化工股份有限公司），磷肥为过磷酸钙（有效P含量以16.0%计，云南金星化工有限公司），钾肥为氯化钾（K2O含量以60.0%计，中化化肥有限公司）。

1. 2 试验方法

1. 2. 1 试验地点 试验于2020年晚稻在广西合浦县党江镇进行，试验田块多年来一直种植水稻，基本理化性质：有机质35.3 g/kg，全氮1.81 g/kg，水解性氮81.0 mg/kg，有效磷7.5 mg/kg，速效钾185.0 mg/kg，pH 5.0。

1. 2. 2 试验设计 试验采用裂区设计，主区为氮处理，裂区为品种，主区内不同品种种植顺序随机，设3次重复。主区外圍用塑胶挡板插入泥土中（垂直深埋30 cm），并用塑料薄膜包裹，防止串水串肥;裂区内以行区设置，每个品种种植3行，每行10株，株距20.0 cm×13.0 cm，单苗插秧。设2个氮处理：N0（施纯氮0 kg/ha）和N1（施纯氮150.0 kg/ha），各处理磷肥施用量均为P2O5 67.5 kg/ha，钾肥施用量均为K2O 157.5 kg/ha。磷肥作基肥一次性施入，钾肥于移栽后12和40 d分别按60%和40%施入，氮肥于移栽后第5、12和40 d分别按30%、45%和25%施入，其他田间管理措施同一般大田。

1. 2. 3 测定项目及方法 成熟期各小区按实际收获株数计小区产量，换算成公顷产量（按3.75×105 株/ha计）。相对产量=无氮区水稻产量/施氮区水稻产量。氮肥农学利用率（Agronomic efficiency，AE），即单位施氮量所增加的水稻籽粒产量，计算公式：AE=（施氮区水稻产量-无氮区水稻产量）/氮施用量。氮肥偏生产力（Partial factor productivity，PFP），即单位施氮量所能生产的水稻籽粒产量，计算公式：PFP=施氮区水稻产量/氮施用量。

1. 3 统计分析

试验数据采用Excel 2010进行整理，以DPS v9.01进行统计分析，采用LSD法检测差异显著性。

2 结果与分析

2. 1 产量、氮肥农学利用率、氮肥偏生产力和相对产量差异分析

由表2可知，104个供试品种产量、氮肥农学利用率、氮肥偏生产力和相对产量间均存在极显著的变异（P<0.01，下同），在N0处理下品种产量间的变异系数为18.83%，在N1处理下品种产量、氮肥农学利用率和氮肥偏生产力间的变异系数分别为11.01%、34.96%和11.01%;品种相对产量间的变异系数为17.16%，表明供试品种间的氮效率类型存在较明显的差异。

2. 2 供试品种氮效率类型的评定结果

以104个供试品种在N0处理下的产量平均值为横坐标、其在N1处理下的产量平均值为纵坐标，将供试品种分为4种氮效率类型（图1）。（1）双高效型，该类型水稻在低氮和高氮水平下的產量均高于平均值，位于图中的Ⅰ区，包括96占、桂育9号等12个广西品种和黄华占、华航33号等15个广东品种;（2）高氮高效型，该类型水稻在低氮水平下的产量低于平均值，高氮水平下产量均高于平均值，位于图中的Ⅱ区，包括玉晚占、柳沙油占202等23个广西品种和巴太香占、金农丝苗等11个广东品种;（3）双低效型，该类型水稻在低氮和高氮水平下的产量均低于平均值，位于图中的Ⅲ区，包括闻香占、桂丰2号等18个广西品种和绿黄占、新银占等12个广东品种;（4）低氮高效型，该类型水稻在低氮水平下的产量高于平均值，高氮水平下的产量低于平均值，位于图中的Ⅳ区，包括田东香、桂农占2号等5个广西品种和玉香油占、美香占2号等8个广东品种。

由表3可知，在N0处理下4种类型水稻的产量排序为双高效型>低氮高效型>高氮高效型>双低效型，且双高效型和低氮高效型水稻的产量均极显著高于高氮高效型和双低效型;在N1处理下，4种类型水稻的产量和氮肥偏生产力排序均为双高效型>高氮高效型>低氮高效型>双低效型，且双高效型和高氮高效型均极显著大于双低效型和低氮高效型;低氮高效型水稻的相对产量极显著高于另外3个类型，其氮肥农学利用率极显著低于另外3种类型，表明施用氮肥对低氮高效型水稻的影响小，产量增幅最低，判定是耐低氮的品种，但从生产的角度考虑，该类型在正常氮或高氮处理下产量偏低;高氮高效型水稻的氮肥农学利用率极显著高于另外3种类型，表明施用氮肥对该类型水稻产量增幅最明显，但该类型水稻在低氮下产量较低，不耐贫瘠。

2. 3 不同地区供试品种产量及氮效率类型的比较

由表4可知，在N0和N1处理下广西品种平均产量均低于广东品种平均产量，且N0处理下差异显著（P<0.05，下同），表明广东品种较广西品种更耐低氮。分别以58个广西品种和46个广东品种在N0和N1处理下的产量平均值为横、纵坐标，比较不同地区品种的氮效率类型，其中广西品种中双高效型包括96占、桂农占2号、桂育9号、桂育8号和桂育11号等18个品种（图2-A），广东品种中双高效型包括黄华占和七番占等8个品种（图2-B）。该结果与利用104个供试品种分析结果（图1）不完全一致，表明因供试样本不同，氮效率类型评定结果不尽相同，供试样本的数量越大、覆盖面越广，对供试样本的氮效率类型评定才更准确。

2. 4 双高效型品种产量、氮肥偏生产力和相对产量分析结果

由表5可知，27个双高效型供试品种中，有11个品种在N0或N1处理下的产量与供试品种平均值差异不显著（P>0.05，下同），其余16个品种在不同氮处理下产量和氮肥偏生产力均显著或极显著高于供试品种平均值，分别为96占、桂华占、桂育9号、桂育8号、桂野丰、桂育11号、桂育12、广粮香2号、桂香18、黄华占、粤农丝苗、粤美丝苗、茉丰占1号、华航33号、南桂占和华航38号，其中除茉丰占1号、南桂占和华航38号外，其他13个品种的相对产量均超过0.70;茉丰占1号、南桂占和华航38号3个品种虽然N0处理下产量均显著或极显著高于供试品种平均值，但其在N1处理下产量也较高，从而导致相对产量较低。结合不同地区供试品种氮效率类型评定的结果（图2）可知，上述16个品种属于双高效型中的氮高效型品种。

3 讨论

3. 1 水稻氮高效型品种筛选

氮肥利用率受土壤、气候等环境因子、田间肥水管理和遗传因素共同影响（Liu et al.，2018），适宜的施肥量、施肥时间及施肥方法，能有效提高氮肥利用率（孙永健等，2014）。彭少兵等（2002）指出，早期杂交水稻的选育以追求多分蘖、大穗等性状为目标，选育的品种往往在高氮水平下有较高的产量，农户在种植这类水稻时偏向重施氮肥，是造成我国稻田氮肥利用率低的重要原因。筛选并推广氮高效型品种，充分发挥水稻本身利用氮肥的潜能，才是提高氮肥利用率最经济有效的方式。冯洋等（2014）以低氮下产量/高氮下产量为主要指标，分析34个我国南方地区主推水稻品种的氮效率，确定广两优35为氮高效型品种。刘广林等（2020）对桂育9号、桂育8号和桂育11号等6个广西主栽或主推优质常规稻品种进行氮肥利用率及产量研究，结果发现这6个品种在生产上推广种植时可适当减施氮肥。在资源材料间开展差异显著的优良性状筛选，为营养高效、耐冷等优良性状水稻品种选育提供亲本材料（刘广林等，2017），开展水稻氮高效品种的筛选，为遗传改良氮高效品种打下基础。本研究供试品种为广西和广东历年通过审定的优质常规稻品种，虽然部分品种已停止推广，但因其良好的生态适应性和优良品质，被广泛用作广西优质稻品种选育的骨干亲本;部分品种仍在生产上主栽或主推，如桂育9号、桂育8号、桂育11号、桂育12和桂香18等，基于本研究结果建议这些品种在生产中可适当减施氮肥。

3. 2 水稻品种氮效率类型的评定方法

氮效率类型的评定是一个复杂的问题，不同的氮肥利用率评价指标从不同侧面反映氮吸收与利用能力（徐富贤等，2009;刘广林等，2020）。张亚丽等（2008）、江琳琳等（2019）研究认为，完整科学地评价水稻的氮效率应同时考虑静态指标和动态指标，其中静态指标是指介质供氮量较低时水稻的氮利用效率或产量，动态指标是指介质供氮量增加时水稻的氮利用效率或产量，包含在动态的供氮水平下水稻产量的变化。本研究将供试水稻品种分为4种氮效率类型：双高效型、高氮高效型、双低效型和低氮高效型，并进一步分析其中27个双高效型品种的产量、氮肥偏生产力和相对产量，结果发现有11个品种在不施氮或施氮下的产量与供试品种平均值差异不显著，说明这11个品种不能认为是氮高效型品种。本研究还发现，在供试品种数量或类别不同时，部分品种的氮效率类型评定结果不尽相同。因此，本研究认为供试品种数量越大、覆盖面越广，对供试品种的氮效率类型评定才更准确。此外，与供试品种产量均值差异不显著或氮效率类型评定不稳定的品种，不能评定为氮高效型品种。

4 结论

桂育9号、桂育8号、桂育11号和黄华占等16个品种在施氮或不施氮处理下产量均显著或极显著高于供试品种平均值，为氮高效型品种，可在推进水稻生产化肥减施增效和遗传改良培育氮高效品种中应用。

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（责任编辑 陈 燕）