徐富賢，蔣 鵬，孫永健，張巫軍，曹厚明，張 林，馮泊潤(rùn)，楊從黨，李 敏，曾正明，郭曉藝*

（1.四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻高粱研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部西南水稻生物學(xué)與遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 德陽 618000；2.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水稻研究所，成都 611130；3.重慶市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，重慶 401329；4.四川省內(nèi)江市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，四川 內(nèi)江 641000；5.四川省農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站，成都 610041；6.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所，昆明 650200；7.貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所，貴陽 550006）

在我國(guó)人地矛盾日益突出的嚴(yán)峻形勢(shì)下，糧食生產(chǎn)已成為各級(jí)政府首要任務(wù)，中央政府多次明確省長(zhǎng)管米袋子的責(zé)任制。通過改良水稻品種、配套先進(jìn)的栽培技術(shù)和加大生產(chǎn)投入，成為過去穩(wěn)步提高水稻單產(chǎn)、保障糧食安全的關(guān)鍵措施。其中增加肥料特別是氮肥的投入就是有效方法之一[1-4]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2016年全球氮肥用量是1960年的8倍，平均每年以5%以上的速度遞增；而水稻氮肥利用率則隨著氮肥用量的增加明顯下降[1,5]。氮肥利用率低引發(fā)能源浪費(fèi)、環(huán)境污染和生產(chǎn)效益降低等問題[6]。2018年全國(guó)水稻種植面積3 018.9萬hm2，總產(chǎn)21 213萬t、單產(chǎn)7.03 t/hm2[7]，稻谷總產(chǎn)和單產(chǎn)均再創(chuàng)歷史新高。我國(guó)西南稻區(qū)的四川、重慶、云南以及貴州4?。ㄊ校F(xiàn)有稻田面積460多萬hm2，其中雜交中秈品種（組合）種植面積占85%以上，各地水稻生產(chǎn)高產(chǎn)典型層出不窮，產(chǎn)量普遍超過8.0 t/hm2，各代表性生態(tài)區(qū)超高產(chǎn)達(dá)10.5～15.0 t/hm2[8]，但無一不是通過肥料高投入下獲得的。因此，在水稻高產(chǎn)前提下如何減肥增效是當(dāng)前及今后很長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)水稻栽培的熱點(diǎn)課題之一。其中推廣氮肥高效利用率新品種將是一條重要途徑，以致各水稻育種單位都非常重視氮高效利用品種的選育工作，但在育種實(shí)踐中缺乏氮素利用率的簡(jiǎn)易田間選擇方法。為此，四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻高粱所、內(nèi)江農(nóng)業(yè)科學(xué)院和重慶農(nóng)業(yè)科學(xué)院，先后利用水稻葉片齊穗期至成熟期葉綠素含量（SPAD值）衰減指數(shù)[5,9-10]作為鑒評(píng)氮素利用效率的方法，選擇出的品種參加水稻區(qū)試審定了多個(gè)氮高效利用的品種。本研究為了驗(yàn)證該方法篩選氮高效利用率品種的可靠性，收集利用該方法審定的相關(guān)品種，進(jìn)一步開展水稻品種產(chǎn)量及其氮素利用效率的比較研究，以期為大面積生產(chǎn)選擇氮高效利用率品種提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)施

試驗(yàn)于2021年在四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻高粱研究所瀘縣基地冬水田進(jìn)行，稻田土質(zhì)均勻，中上等肥力(表1)。以利用水稻葉片齊穗期和成熟期葉綠素含量（SPAD值）衰減指數(shù)作為鑒評(píng)方法初步篩選而審定的20個(gè)氮素利用率雜交中稻品種為材料(表2)，分為2個(gè)試驗(yàn)組。其中遲熟組品種14個(gè)（蓉18優(yōu)1015、內(nèi)6優(yōu)1787、內(nèi)優(yōu)616、川綠優(yōu)105、內(nèi)6優(yōu)103、內(nèi)5優(yōu)16、內(nèi)7優(yōu)317、內(nèi)香優(yōu)6478、渝紅優(yōu)8941、渝優(yōu)8421、渝優(yōu)965、渝優(yōu)21、渝紅優(yōu)9、宜香2115），以宜香2115為對(duì)照（CK）；中熟組品種8個(gè)（德優(yōu)6699、德優(yōu)潤(rùn)禾、渝優(yōu)8203、渝糯653、內(nèi)香優(yōu)1025、內(nèi)香優(yōu)1001、內(nèi)香優(yōu)1092、輻優(yōu)838），以輻優(yōu)838為對(duì)照（CK）。

表1 試驗(yàn)稻田土壤養(yǎng)分Table 1 Soil nutrients in paddy fields

表2 供試水稻品種與來源Table 2 Varieties and sources of tested rice

3月5日播種，地膜濕潤(rùn)培育中苗秧，4月16日移栽，按30 cm×20 cm規(guī)格，每穴栽雙株(每個(gè)小區(qū)栽秧10行，每行25穴)?？偸┑?50 kg/hm2，其中底肥70%，促花肥（倒4葉期）30%，磷鉀肥按N∶P2O5∶KO2=1∶0.5∶1作為底肥1次性施用。小區(qū)面積13.34 m2，小區(qū)間和區(qū)組間走道分別為35、50 cm，3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列。其他田間管理按大面積生產(chǎn)技術(shù)實(shí)施。

1.2 考查項(xiàng)目

分別于水稻齊穗期和成熟期測(cè)各試驗(yàn)小區(qū)植株頂1、頂2、頂3和頂4葉的葉綠素含量（SPAD值）[10]，按常規(guī)方法成熟期各小區(qū)先調(diào)查20穴的平均有效穗數(shù)，再選擇生長(zhǎng)整齊一致的稻株按平均有效穗數(shù)取樣地上部5穴按穗和莖葉分部位烘干，先在智能烘箱105℃高溫下殺青30 min，然后在80℃恒溫下烘干至恒重，并將樣品送四川華標(biāo)測(cè)檢測(cè)技術(shù)有限公司，檢測(cè)植株莖葉、稻谷含氮率。試驗(yàn)各小區(qū)均收小區(qū)實(shí)產(chǎn)，并按13.5%含水量折合標(biāo)準(zhǔn)干谷產(chǎn)量。按以下公式計(jì)算葉片SPAD值衰減指數(shù)、收獲指數(shù)與氮素利用效率[11]：

SPAD值衰減指數(shù)=（齊穗期SPAD值-成熟期SPAD值）/齊穗期SPAD值×100%；注：此公式中各時(shí)期SPAD值為植株頂1、頂2、頂3和頂4葉測(cè)出的SPAD值均值。

收獲指數(shù)=稻谷產(chǎn)量/地上部干物重；注：此“稻谷產(chǎn)量”為5穴干谷產(chǎn)量，“地上部干物重”為5穴地上部干物重；

氮肥偏生產(chǎn)力（kg/kg）=稻谷產(chǎn)量/施氮量；

氮素干物重生產(chǎn)效率(kg/kg)=地上部干物重/地上部植株吸氮量；注：“地上部植株吸氮量”為地上部植株莖葉和稻谷總含氮量，由四川華標(biāo)測(cè)檢測(cè)技術(shù)有限公司檢測(cè)。

氮素稻谷生產(chǎn)效率(kg/kg)=稻谷產(chǎn)量/地上部植株吸氮量。

1.3 數(shù)據(jù)分析

在分別對(duì)各品種間的葉片葉綠素SPAD值計(jì)算所得的衰減指數(shù)、產(chǎn)量、干物重、收獲指數(shù)、氮肥偏生產(chǎn)力、氮素干物重生產(chǎn)效率和氮素稻谷生產(chǎn)效率進(jìn)行方差分析基礎(chǔ)上，基于3次重復(fù)的平均值數(shù)據(jù)，以SPAD值衰減指數(shù)、收獲指數(shù)為自變量（X），分別以氮肥偏生產(chǎn)力、氮素干物重生產(chǎn)效率、氮素稻谷生產(chǎn)效率為因變量（Y）進(jìn)行回歸與相關(guān)分析。所有計(jì)算由DPS 9.5數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和Micrisoft Excel 2007軟件完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 品種間葉片的葉綠素含量（SPAD值）及其衰減指數(shù)、產(chǎn)量與收獲指數(shù)比較

試驗(yàn)結(jié)果（表3）表明，齊穗期和成熟期葉片的葉綠素含量（SPAD值）及其衰減指數(shù)在品種間分別達(dá)顯著或極顯著差異（F值2.87**～43.50**），其中各品種的SPAD值衰減指數(shù)均比對(duì)照品種顯著增加14.22%～54.32%，即各品種的轉(zhuǎn)色較對(duì)照好而有利于高產(chǎn)。

表3 品種間葉片葉綠素（SPAD值）及其衰減指數(shù)Table 3 Leaf SPAD value and its decay index among cultivars

由表4可見，雜交水稻品種間的產(chǎn)量、地上干物重和收獲指數(shù)的差異均達(dá)極顯著水平（遲熟組F值9.10**～42.45**，中熟組F值10.22**～34.81**）。在遲熟組中，產(chǎn)量和收獲指數(shù)均比對(duì)照品種宜香2115顯著提高，與宜香2115相比，各品種增產(chǎn)2.58%～8.51%，收獲指數(shù)提高3.55%～8.40%；地上干物重僅蓉18優(yōu)1015比宜香2115顯著提高，其余品種則與比宜香2115相當(dāng)或降低；產(chǎn)量表現(xiàn)較高的品種為內(nèi)6優(yōu)1787、內(nèi)6優(yōu)103，分別比對(duì)照增產(chǎn)6.85%和8.59%。在中熟組中，產(chǎn)量、地上干物重和收獲指數(shù)均比對(duì)照品種輻優(yōu)838顯著提高，與輻優(yōu)838相比，各品種增產(chǎn)5.43%～8.35%，地上干物重增加2.19%～6.55%，收獲指數(shù)提高5.87%～10.59%；產(chǎn)量表現(xiàn)較高的品種為德優(yōu)潤(rùn)禾、內(nèi)香優(yōu)1025和渝糯653，分別比對(duì)照增產(chǎn)8.35%、7.71%和7.52%。

表4 供試水稻品種間稻谷產(chǎn)量、干物重與收獲指數(shù)比較Table 4 Comparison of yield，dry weight and harvest index among tested rice varieties

以上結(jié)果表明，中熟組各品種比對(duì)照（輻優(yōu)838）的增產(chǎn)程度（5.43%～8.35%）高于遲熟組各品種比對(duì)照（宜香2115）的增產(chǎn)程度（2.58%～8.51%）。分析其因，可能與遲熟品種主要依靠收獲指數(shù)的提高，而中熟品種則是與地上干物重和收獲指數(shù)同時(shí)增加有關(guān)。

2.2 品種間氮素利用效率比較

從表5可知，品種間氮肥偏生產(chǎn)力、氮素干物重生產(chǎn)效率和氮素稻谷生產(chǎn)效率分別達(dá)顯著或極顯著差異（遲熟組F值6.02**～50.35**，中熟組F值3.53**～17.40**）。在遲熟組中，各品種的氮肥偏生產(chǎn)力、氮素干物重生產(chǎn)效率和氮素稻谷生產(chǎn)效率，分別比對(duì)照品種（宜香2115）顯著提高2.59%～8.51%、6.86%～19.02%和11.10%～25.73%。其中氮素稻谷生產(chǎn)效率表現(xiàn)較高的內(nèi)5優(yōu)16、內(nèi)6優(yōu)103和內(nèi)6優(yōu)1787這3個(gè)品種，比對(duì)照提高24.85%～25.73%。

表5 供試水稻品種間氮素利用效率比較Table 5 Comparison of nitrogen use efficiency among test rice varieties kg·kg-1

在中熟組中，各品種的氮肥偏生產(chǎn)力、氮素干物重生產(chǎn)效率和氮素稻谷生產(chǎn)效率，分別比對(duì)照品種（輻優(yōu)838）提高6.42%～7.71%、3.80%～14.93%、5.62%～19.85%，除僅德優(yōu)6699與對(duì)照品種（輻優(yōu)838）地上干物重差異不顯著外，其余均比對(duì)照顯著提高。其中氮素稻谷生產(chǎn)效率表現(xiàn)較高的德優(yōu)潤(rùn)禾、渝糯653和內(nèi)香優(yōu)1025這3個(gè)品種，比對(duì)照提高14.09%～19.85%。

2.3 供試水稻品種間氮素利用效率與收獲指數(shù)的關(guān)系

以SPAD值衰減指數(shù)和收獲指數(shù)為自變量（X），氮素利用效率為因變量（Y）回歸分析結(jié)果（表6）表明，氮肥偏生產(chǎn)力、氮素干物重生產(chǎn)效率、氮素稻谷生產(chǎn)效率分別與SPAD值衰減指數(shù)、收獲指數(shù)呈顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系，以SPAD值衰減指數(shù)預(yù)測(cè)的決定程度為68.60%～88.50%，以收獲指數(shù)預(yù)測(cè)的決定程度為50.20%～82.50%。因此，利用SPAD值衰減指數(shù)和收獲指數(shù)進(jìn)行氮高效利用品種的初步篩選是可行的。

表6 氮素利用率(Y)與SPAD值衰減指數(shù)和收獲指數(shù)(X)間的回歸分析Table 6 Regression analysis between nitrogen use efficiency(Y)and SPAD value attenuation index and harvest index(X)

3 討論與結(jié)論

本研究表明，利用水稻葉片齊穗期和成熟期葉綠素含量（SPAD值）衰減指數(shù)作為鑒評(píng)方法，篩選的氮高效率品種參加區(qū)試而審定的20個(gè)雜交中稻品種中遲熟品種13個(gè)、中熟品種7個(gè)，與區(qū)試對(duì)照品種相比，產(chǎn)量、氮肥偏生產(chǎn)力、氮素干物重生產(chǎn)效率和氮素稻谷生產(chǎn)效率，分別顯著提高2.58%～8.35%、2.59%～8.51%、3.80%～19.02% 和 5.62%～25.73%，氮肥偏生產(chǎn)力、氮素干物重生產(chǎn)效率、氮素稻谷生產(chǎn)效率分別與SPAD值衰減指數(shù)呈極顯著正相關(guān)（0.828**～0.941**）。進(jìn)一步證明利用SPAD值衰減指數(shù)[5,9-10]鑒評(píng)氮素利用率是完全可行的。20個(gè)審定品種中產(chǎn)量和氮素利用率較高的遲熟品種有內(nèi)6優(yōu)103、內(nèi)6優(yōu)1787，中熟品種為德優(yōu)潤(rùn)禾、渝糯653和內(nèi)香優(yōu)1025?？勺鳛榇竺娣e重點(diǎn)推廣氮高效率品種。

氮高效利用水稻品種的鑒評(píng)方法包括傳統(tǒng)的通過測(cè)植株干物重和含氮率的直接鑒定法[1,4]和通過測(cè)植株相關(guān)生理指標(biāo)的間接鑒定方法[12-14]。難點(diǎn)在于必須在實(shí)驗(yàn)室分析完成或不能定量，直接應(yīng)用于田間育種實(shí)踐的可操作性不強(qiáng)，且在時(shí)效上十分滯后。本研究作者進(jìn)一步創(chuàng)建了SPAD值衰減指數(shù)法[5,9-10]，適用于測(cè)試成型水稻品種。但育種工作中成百上千的中高代材料或品種的鑒評(píng)工作，尚需要更為簡(jiǎn)便的方法。本研究結(jié)果表明，氮肥偏生產(chǎn)力、氮素干物重生產(chǎn)效率、氮素稻谷生產(chǎn)效率分別與收獲指數(shù)呈顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系，決定系數(shù)R2為50.20%～82.50%。因此，可將收獲指數(shù)作為氮高效利用品種的初步篩選方法。