徐雋峰，張學(xué)美，楊珺，郭子糠，黃翠，丁玉蘭，黃寧，孫蕊卿，田匯，王朝輝,2，石美,2

旱地高產(chǎn)小麥品種籽粒氮含量與產(chǎn)量形成及氮磷鉀吸收分配的關(guān)系

徐雋峰1，張學(xué)美1，楊珺1，郭子糠1，黃翠1，丁玉蘭1，黃寧1，孫蕊卿1，田匯1，王朝輝1,2，石美1,2

1西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部西北植物營(yíng)養(yǎng)與農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 陜西楊凌 712100；2西北農(nóng)林科技大學(xué)/旱區(qū)作物逆境生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 陜西楊凌 712100

【目的】明確高產(chǎn)小麥品種間籽粒氮含量差異及其與產(chǎn)量形成和氮磷鉀養(yǎng)分吸收、轉(zhuǎn)移及分配的關(guān)系，為旱地高產(chǎn)高氮含量的優(yōu)質(zhì)小麥品種選育和小麥豐產(chǎn)優(yōu)質(zhì)綠色生產(chǎn)的養(yǎng)分管理提供依據(jù)?！痉椒ā坑?017—2022年，以14個(gè)產(chǎn)量相近、籽粒氮含量差異顯著的高產(chǎn)小麥品種為供試材料，在陜西黃土高原旱地連續(xù)5年開展田間試驗(yàn)，研究小麥籽粒氮含量差異及其與產(chǎn)量、產(chǎn)量三要素和各器官氮磷鉀養(yǎng)分含量的關(guān)系，并分析高產(chǎn)高籽粒氮含量小麥品種的生物量累積、產(chǎn)量構(gòu)成和氮磷鉀吸收、轉(zhuǎn)移及分配對(duì)施肥的響應(yīng)?！窘Y(jié)果】小麥品種的籽粒氮含量與千粒重顯著正相關(guān)，籽粒千粒重每增加1.0 g，籽粒氮含量增加0.3 g·kg-1。高產(chǎn)小麥品種間籽粒氮含量差異顯著，高氮品種籽粒含氮量平均為24.9 g·kg-1，比低氮品種（21.5 g·kg-1）高16%。高產(chǎn)高氮品種產(chǎn)量、生物量和穗數(shù)在施氮和施磷后增加幅度均高于低氮品種。高產(chǎn)高氮小麥品種籽粒含磷量和莖葉含鉀量在不同施肥條件下均高于低氮品種，籽粒和地上部氮磷鉀吸收量在施氮和施磷后增幅均高于低氮品種。高產(chǎn)高氮品種穎殼向籽粒轉(zhuǎn)移氮的能力高于低氮品種，莖葉向籽粒和穎殼轉(zhuǎn)移鉀的能力卻低于低氮品種，施氮后莖葉向籽粒和穎殼轉(zhuǎn)移鉀的能力大幅下降。施氮、磷和鉀均有利于提高高產(chǎn)高氮小麥品種地上部向莖葉的鉀素分配?！窘Y(jié)論】高產(chǎn)小麥品種間籽粒氮含量存在顯著差異，其中高籽粒氮含量品種的千粒重、籽粒含磷量和莖葉含鉀量較高，莖葉向籽粒和穎殼轉(zhuǎn)移鉀的能力低，籽粒和地上部氮磷鉀吸收量對(duì)施氮和施磷響應(yīng)更敏感。因此，在高產(chǎn)的基礎(chǔ)上，選育高籽粒氮含量的優(yōu)質(zhì)小麥品種，應(yīng)關(guān)注高千粒重、磷向籽粒和鉀素向莖葉轉(zhuǎn)移分配能力強(qiáng)的材料，在生產(chǎn)中應(yīng)注意磷鉀與氮的協(xié)同供應(yīng)，以提高小麥籽粒氮含量。

旱地；高產(chǎn)小麥品種；籽粒氮含量；養(yǎng)分吸收；養(yǎng)分轉(zhuǎn)移；養(yǎng)分分配；小麥產(chǎn)量

0 引言

【研究意義】小麥?zhǔn)俏覈?guó)主糧作物，2021年總產(chǎn)量超過13 500萬(wàn)噸，占全國(guó)糧食總產(chǎn)的20%[1]。小麥籽粒蛋白質(zhì)含量高于水稻、玉米等其他谷類作物，是人體重要的蛋白質(zhì)來(lái)源[2]。然而，小麥產(chǎn)量潛力挖掘不夠、品質(zhì)難以滿足消費(fèi)需求的問題依然存在[3]。隨著世界人口不斷增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)到2050年，全球糧食需求量將提高70%—100%，對(duì)作物蛋白質(zhì)的需求將增加110%[4-5]。因此，對(duì)小麥生產(chǎn)提出了更高要求，從對(duì)小麥產(chǎn)量的需求轉(zhuǎn)變?yōu)槠焚|(zhì)和產(chǎn)量同等重要，從“多出粉”轉(zhuǎn)變?yōu)椤俺龊梅邸盵6]。之前以提高小麥產(chǎn)量為首要目標(biāo)的育種方式使人們充分意識(shí)到籽粒氮含量的重要性[7]，但小麥籽粒產(chǎn)量和養(yǎng)分含量的負(fù)相關(guān)關(guān)系使產(chǎn)量和籽粒氮含量難以協(xié)同提高[8-10]。在高產(chǎn)條件下提高小麥籽粒氮含量，需投入大量氮肥，勢(shì)必會(huì)增加經(jīng)濟(jì)成本和環(huán)境成本，造成資源浪費(fèi)和環(huán)境污染[11-12]。因此，單純依靠增加化學(xué)肥料投入來(lái)實(shí)現(xiàn)小麥增產(chǎn)提質(zhì)難以持續(xù)。【前人研究進(jìn)展】進(jìn)一步挖掘品種的籽粒養(yǎng)分潛力，在高產(chǎn)小麥群體中尋找高籽粒養(yǎng)分含量的小麥品種，探究其營(yíng)養(yǎng)和生理等機(jī)制并進(jìn)行科學(xué)的養(yǎng)分管理已成為實(shí)現(xiàn)小麥豐產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的重要途徑。在高產(chǎn)水平下，小麥品種的籽粒氮含量亦存在顯著差異，高產(chǎn)高氮品種花前營(yíng)養(yǎng)器官中貯存的氮素向籽粒運(yùn)轉(zhuǎn)量和花后氮吸收量均顯著高于高產(chǎn)低氮品種[13]。土壤養(yǎng)分充足條件下，高產(chǎn)高氮品種整個(gè)生育期能從土壤吸收更多的氮素，花后由根系流向籽粒的氮素可以不經(jīng)葉片直接到達(dá)籽粒，低氮品種則必須經(jīng)過葉片才能到達(dá)籽粒[14-15]。籽粒氮含量越高的高產(chǎn)小麥品種，其花期也越長(zhǎng)，籽粒和地上部吸氮量更高，生產(chǎn)100 kg小麥籽粒的需氮量更多[16-17]?？梢?，在生產(chǎn)實(shí)踐中存在籽粒產(chǎn)量和氮含量均較高的小麥品種[18-19]。籽粒氮含量不同的高產(chǎn)小麥品種對(duì)施肥的響應(yīng)也不同。高產(chǎn)高氮品種在不同氮水平下其必需氨基酸含量均高于低氮品種[20]，隨施氮量增加，高氮品種在生育前期硝酸還原酶活性低于低氮品種，但生育后期要高于低氮品種[21]。在華北平原，追氮后強(qiáng)筋小麥的沉淀值和濕面筋分別增加4%和2%，中筋小麥分別增加14%和7%[22]。此外，氮肥種類、基追比和分施次數(shù)對(duì)高、低氮小麥品種的籽粒氮含量也有不同影響[23-25]。【本研究切入點(diǎn)】當(dāng)前關(guān)于高產(chǎn)高氮小麥品種的研究已有不少，但對(duì)于其籽粒氮含量與產(chǎn)量形成和養(yǎng)分吸收利用的關(guān)系研究較少，尤其在黃土高原旱地雨養(yǎng)條件下，高產(chǎn)高氮小麥品種氮磷鉀養(yǎng)分的吸收、轉(zhuǎn)移和分配與籽粒氮含量的關(guān)系及其對(duì)土壤養(yǎng)分的響應(yīng)研究未見報(bào)道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】為了明確高產(chǎn)小麥品種籽粒氮含量差異及其與產(chǎn)量形成和氮磷鉀養(yǎng)分吸收、轉(zhuǎn)移及分配的關(guān)系，以來(lái)自我國(guó)主要麥區(qū)的14個(gè)高產(chǎn)且產(chǎn)量相近、籽粒氮含量差異顯著的小麥品種為供試材料，于2017—2022年在黃土高原旱地進(jìn)行了5年田間試驗(yàn)，通過設(shè)置不同施肥處理，研究了高產(chǎn)小麥品種生物量累積，產(chǎn)量構(gòu)成，氮磷鉀養(yǎng)分吸收、轉(zhuǎn)移和分配與籽粒氮含量的關(guān)系以及對(duì)土壤氮磷鉀養(yǎng)分的響應(yīng)，為篩選和培育旱地高產(chǎn)高籽粒氮含量的優(yōu)質(zhì)小麥品種以及小麥豐產(chǎn)優(yōu)質(zhì)綠色生產(chǎn)的養(yǎng)分管理提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)概況

試驗(yàn)于2017—2022年在陜西楊凌西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)作一站（北緯34°17′，東經(jīng)108°04′）進(jìn)行，其中試驗(yàn)1于2017—2020年進(jìn)行，試驗(yàn)2于2020—2022年在試驗(yàn)1田塊的相鄰田塊上進(jìn)行。試驗(yàn)地點(diǎn)海拔 520 m，屬于半濕潤(rùn)易旱區(qū)，年平均氣溫13 ℃，降雨量635 mm，且主要集中在8—10月，為典型雨養(yǎng)旱作農(nóng)業(yè)區(qū)，試驗(yàn)期間降水量見圖1。旱地冬小麥為該地區(qū)主要糧食作物，一年一熟。土壤為人為旱耕土墊土，播前0—20 cm土層理化性狀見表1。

1.2 試驗(yàn)材料和設(shè)計(jì)

試驗(yàn)1采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，供試材料為來(lái)自于我國(guó)主要麥區(qū)的14個(gè)高產(chǎn)但籽粒氮含量差異顯著的品種，品種信息見附表1。施肥量為N 180 kg·hm-2（尿素，N含量46%），P2O5100 kg·hm-2（過磷酸鈣，P2O5含量16%），K2O 75 kg·hm-2（硫酸鉀，K2O含量52%）。小區(qū)面積為240 m2（20 m×12 m），每個(gè)品種種植面積為1.6 m2（2.0 m×0.8 m），種植4行，沿副區(qū)長(zhǎng)邊成行。

圖1 5年休閑期和冬小麥生長(zhǎng)季降水量

表1 田間試驗(yàn)2017和2020年播前 0—20 cm土層基本理化特性

試驗(yàn)2采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，主區(qū)為施肥處理，包括施氮磷鉀（NPK）、不施氮（-N）、不施磷（-P）和不施鉀（-K）4個(gè)處理，施肥量為N 160 kg·hm-2、P2O5100 kg·hm-2和K2O 60 kg·hm-2，肥料類型及其養(yǎng)分含量同試驗(yàn)1。副區(qū)為上述14個(gè)高產(chǎn)小麥品種處理。主區(qū)面積為50.4 m2（11.2 m×4.5 m），副區(qū)面積為1.6 m2（2.0 m×0.8 m）。每個(gè)品種種植8行，沿副區(qū)長(zhǎng)邊成行。

常規(guī)平作，采用人工點(diǎn)播，株距2.5 cm，行距20 cm，于每年10月中上旬播種，次年6月初收獲，收獲后秸稈全部還田，夏季翻耕休閑。整個(gè)生育期無(wú)灌溉，其他田間管理措施與當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶一致。

1.3 樣品采集及測(cè)定

1.3.1 土壤樣品 試驗(yàn)1和試驗(yàn)2分別于2017和2020年小麥播種前，在每區(qū)組隨機(jī)選5個(gè)點(diǎn)采集0—20 cm土層土壤樣品，剔除根系等雜物后混勻取500 g作為一個(gè)分析樣品，剩余土壤回填。土壤樣品風(fēng)干后，使用盤式研磨儀（DP100，北京）磨碎至 1 mm，土壤 pH 用pH自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)（S400，瑞士）測(cè)定，水土比為2.5﹕1，硝、銨態(tài)氮和有效磷分別經(jīng)1 mol·L-1KCl和0.5 mol·L-1NaHCO3浸提后，用連續(xù)流動(dòng)分析儀（AA3（AutoAnalyzer 3）），德國(guó)）測(cè)定，速效鉀經(jīng)1 mol·L-1NH4OAc浸提后，用火焰光度計(jì)（Sherwood M410，英國(guó)）測(cè)定[26-27]。風(fēng)干土壤磨碎至 0.15 mm，使用全自動(dòng)碳氮分析儀（Primacs SNC100-IC-E，荷蘭）測(cè)定土壤全氮和有機(jī)碳含量，有機(jī)質(zhì)由有機(jī)碳含量乘以1.724換算得到。

1.3.2 植物樣品 試驗(yàn)1，在成熟期，從每個(gè)品種中間2行盲抽30穗小麥植株，用不銹鋼剪刀從根莖結(jié)合部剪斷取地上部，作為化學(xué)分析樣品，將中間兩行剩余小麥全部收割，加上盲抽30穗小麥，作為計(jì)產(chǎn)樣品[19]。試驗(yàn)2，于成熟期，從每個(gè)品種一側(cè)4行中盲取30穗小麥植株，取地上部作為化學(xué)分析樣品，另一側(cè)4行的中間兩行小麥全部收割，作為計(jì)產(chǎn)樣品。

盲抽樣品風(fēng)干后，人工脫粒分為籽粒、莖葉和穎殼，稱量籽粒和莖葉風(fēng)干重，穎殼風(fēng)干重采用差減法計(jì)算。將風(fēng)干莖葉剪為1 cm左右小段后，分別取上述風(fēng)干莖葉和穎殼各20 g，籽粒50 g，用自來(lái)水和蒸餾水各快速清洗3次，裝入已稱烘干重并標(biāo)記好的信封中，轉(zhuǎn)入烘箱中90 ℃預(yù)烘30 min，65 ℃烘至恒重，計(jì)算風(fēng)干植物樣品的含水量。烘干的植物樣用球磨儀（Retrch MM400，德國(guó)，氧化鋯研磨罐）粉碎，經(jīng)H2SO4-H2O2消解后，用連續(xù)流動(dòng)分析儀測(cè)定消解液中氮和磷含量，火焰光度計(jì)測(cè)定消解液中的鉀含量[28]。每個(gè)樣品的測(cè)定重復(fù)2次。小麥產(chǎn)量和不同器官的養(yǎng)分含量均以烘干重為基數(shù)表示。

1.4 數(shù)據(jù)計(jì)算與統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用 Microsoft Excel 2016進(jìn)行處理，IBM SPSS Statistics 26.0 進(jìn)行相關(guān)性分析和方差分析，Microsoft PowerPoint 2016、Origin 2021和Adobe Illustrator 2021進(jìn)行作圖。相關(guān)指標(biāo)計(jì)算如下：

穗粒數(shù)（粒）=30穗小麥樣品籽粒重量/千粒重/30×1000；

穗數(shù)=籽粒產(chǎn)量/（千粒重/1000×穗粒數(shù)）；

籽粒氮（磷、鉀）吸收量 =產(chǎn)量×籽粒氮（磷、鉀）含量；

地上部氮吸收量=籽粒氮吸收量+莖葉氮吸收量+穎殼氮吸收量；

養(yǎng)分（氮、磷、鉀）轉(zhuǎn)移系數(shù)（transfer factor，TF）：TF（N、P、K）A-B＝器官B養(yǎng)分含量/器官A養(yǎng)分含量；

養(yǎng)分分配指數(shù)（%）=籽粒（莖葉、穎殼）養(yǎng)分吸收量/地上部養(yǎng)分吸收量×100。

式中，莖葉和穎殼吸收量計(jì)算與籽粒相同，地上部磷和鉀吸收量計(jì)算同地上部氮吸收量，器官為籽粒、莖葉和穎殼。

2 結(jié)果

2.1 小麥品種的籽粒產(chǎn)量和氮含量

14個(gè)高產(chǎn)小麥品種5年田間試驗(yàn)表明（圖2），不同品種產(chǎn)量介于4 936—5 862 kg·hm-2，平均5 267 kg·hm-2，高低相差19%。其中，衡觀35產(chǎn)量最高、洛麥33產(chǎn)量最低，其他12個(gè)品種介于其間；籽粒氮含量20.8—25.2 g·kg-1，平均23.5 g·kg-1，高低相差21%，其中濟(jì)麥22氮含量最高，衡觀35最低，由高到低排前面的8個(gè)品種氮含量顯著高于后4個(gè)品種。

比較籽粒氮含量排在前3位的品種濟(jì)麥22、皖墾麥12和天麥166（高氮組）和排后3位的石優(yōu)20、濟(jì)南17和衡觀35（低氮組）發(fā)現(xiàn)，兩組品種的平均產(chǎn)量各年份均無(wú)顯著差異（附圖1-a），高氮組5年平均產(chǎn)量5 228 kg·hm-2，低氮組5 437 kg·hm-2。籽粒氮含量各年份均存在顯著變異（附圖1-b），高氮組2018— 2022年籽粒氮含量依次為27.1、25.6、25.3、25.0和21.6 g·kg-1，平均24.9 g·kg-1；低氮組依次為21.6、21.4、21.7、23.0和19.8 g·kg-1，平均21.5 g·kg-1，高低氮組平均相差16%?？梢姡弋a(chǎn)小麥品種籽粒氮含量存在顯著差異。

盒內(nèi)黑色實(shí)線和正方形分別表示中位數(shù)和平均數(shù)；盒子的上、下邊緣線分別表示數(shù)據(jù)集的75%和25%分位數(shù)；上、下誤差線分別表示95%和5%分位數(shù)；不同大、小寫字母分別表示品種間籽粒氮含量和產(chǎn)量差異達(dá)到5%顯著水平；（1）—（14）分別表示Jimai 22、WanKenmai 12、Tianmai 166、Zhoumai 18、Luomai 33、Zhengnong17、Han 11-5272、Fannong 16、Han 13-4656、Bei 9、Jimai 78、Shiyou 20、Jinan17、Hengguan 35

2.2 高產(chǎn)小麥品種籽粒氮含量與生物量累積及產(chǎn)量構(gòu)成的關(guān)系

14個(gè)品種的回歸分析表明（圖3），籽粒氮含量與產(chǎn)量和穗粒數(shù)顯著負(fù)相關(guān)，產(chǎn)量每增加1 000 kg·hm-2，籽粒氮含量降低1.8 g·kg-1，穗粒數(shù)每增加1粒/穗，籽粒氮含量降低0.1 g·kg-1；與穎殼生物量和籽粒千粒重顯著正相關(guān)，穎殼生物量每增加1 000 kg·hm-2，籽粒氮含量增加3.0 g·kg-1，籽粒千粒重每增加1.0 g，籽粒氮含量增加0.3 g·kg-1。隨機(jī)森林相對(duì)重要性分析表明（圖3），產(chǎn)量是籽粒氮含量降低的主要因素；在產(chǎn)量構(gòu)成要素中，千粒重是籽粒氮含量提升的主要因素。

在氮磷鉀均施的情況下，高低氮組小麥產(chǎn)量無(wú)顯著差異，與不施氮相比（表2），施氮使小麥產(chǎn)量、地上部、莖葉、穎殼生物量和穂數(shù)顯著提高，高氮組增幅分別比低氮組高13%、9%、5%、4%和10%；與不施磷相比，施磷時(shí)高氮組產(chǎn)量、地上部、莖葉、穎殼生物量和穂數(shù)增幅分別比低氮組高7%、18%、26%、29%和1%，但千粒重增幅比低氮組低2%。施鉀對(duì)小麥產(chǎn)量、生物量和產(chǎn)量構(gòu)成要素均無(wú)顯著影響。

可見，在高產(chǎn)條件下，較高的千粒重是高氮品種的重要特征。高產(chǎn)高氮品種產(chǎn)量、生物量和穂數(shù)對(duì)施氮和施磷的響應(yīng)更敏感，施肥后均有較大幅度增加，但千粒重增幅卻不及低氮品種。說明小麥品種在高產(chǎn)的情況下，實(shí)現(xiàn)籽粒高氮含量的關(guān)鍵是提高其千粒重。

2.3 高產(chǎn)小麥品種籽粒氮含量與氮吸收利用的關(guān)系

14個(gè)品種的回歸分析表明（圖4），籽粒氮含量與穎殼氮含量，以及籽粒、穎殼和地上部吸氮量顯著正相關(guān)。穎殼氮含量每增加1.0 g·kg-1，籽粒氮含量增加1.3 g·kg-1，籽粒吸氮量每增加10.0 kg·hm-2，籽粒氮含量增加0.8 g·kg-1，穎殼吸氮量每增加1.0 kg·hm-2，籽粒氮含量增加0.6 g·kg-1，地上部吸氮量每增加10.0 kg·hm-2，籽粒氮含量增加0.7 g·kg-1。在氮吸收利用的相關(guān)因子中（附圖2-a），僅籽粒吸氮量對(duì)籽粒氮含量影響顯著，且是籽粒氮含量提高的主要因素。

*表示對(duì)籽粒氮含量影響達(dá)到 5% 顯著水平，**表示對(duì)籽粒氮含量影響達(dá)到 1% 顯著水平；方程為線性回歸方程，y表示籽粒氮含量，x表示各指標(biāo)，下同

表2 不同施肥處理下高產(chǎn)小麥高、低籽粒氮含量組的生物量累積和產(chǎn)量構(gòu)成

表中數(shù)據(jù)為2020—2022年各指標(biāo)均值， #表示高低氮組之間差異達(dá)到5%顯著水平，*表示與NPK處理之間差異達(dá)到5%顯著水平。下同

Data in the table are the average values of relevant parameters in 2020-2022, # Indicates significant differences between high and low grain nitrogen groups at＜0.05, and * indicates significant differences between other treatments and NPK treatment at＜0.05. The same as below

表3顯示，在氮磷鉀均施的情況下，高、低氮組小麥籽粒吸氮量無(wú)顯著差異，與不施氮相比，施氮時(shí)高氮組籽粒和莖葉氮含量增幅分別比低氮組低3%和3%，莖葉吸氮量增幅比低氮組低1%，籽粒、穎殼和地上部吸氮量增幅卻比低氮組分別高10%、5%和9%。與不施磷相比，施磷使小麥籽粒和穎殼氮含量顯著降低，高氮組均降低14%，低氮組分別降低11%和15%；籽粒、莖葉和地上部吸氮量顯著提高，高氮組增幅分別比低氮組高1%、26%和5%；高氮組穎殼吸氮量在施磷后增加55%，低氮組無(wú)顯著變化。施鉀對(duì)小麥氮素吸收利用無(wú)顯著影響。

紅色代表正相關(guān)，藍(lán)色代表負(fù)相關(guān)，顏色越深、橢圓形越窄代表相關(guān)性系數(shù)越大

表3 不同施肥處理下高產(chǎn)小麥高、低籽粒氮含量組的氮吸收利用

可見，在高產(chǎn)條件下，高氮品種的籽粒和地上部吸氮量較高但與低氮品種相比差異不顯著。高產(chǎn)高氮品種籽粒氮含量在施氮后增幅不及低氮品種，且施磷后有較大降幅，但籽粒和地上部吸氮量對(duì)施氮和施磷的響應(yīng)更敏感，施肥后二者均有較大幅度增加，說明高氮品種較強(qiáng)的氮素吸收能力，彌補(bǔ)了其施氮后較大產(chǎn)量增幅可能對(duì)籽粒氮含量造成的稀釋作用。

2.4 高產(chǎn)小麥品種籽粒氮含量與磷吸收利用的關(guān)系

籽粒氮含量與籽粒和穎殼磷含量以及穎殼吸磷量顯著正相關(guān)（圖4）。籽粒磷含量每增加1.0 g·kg-1，籽粒氮含量增加4.8 g·kg-1，穎殼磷含量每增加1.0 g·kg-1，籽粒氮含量增加7.4 g·kg-1，穎殼吸磷量每增加1.0 kg·hm-2，籽粒氮含量增加4.3 g·kg-1。在磷吸收利用的相關(guān)因子中（附圖2-b），僅籽粒磷含量對(duì)籽粒氮含量影響顯著，且是籽粒氮含量提高的主要因素。

與不施氮相比（表4），施氮使小麥籽粒和穎殼磷含量顯著降低，高氮組分別降低18%和29%，低氮組分別降低23%和32%；籽粒、莖葉和地上部吸磷量顯著提高，高氮組增幅分別比低氮組高16%、7%和16%。與不施磷相比，施磷時(shí)高氮組籽粒磷含量增幅比低氮組高4%，籽粒、莖葉和地上部吸磷量增幅分別比低氮組高8%、51%和8%，但莖葉磷含量和穎殼吸磷量增幅分別比低氮組低4%和10%。施鉀對(duì)小麥磷素的吸收利用無(wú)顯著影響。

可見，在高產(chǎn)條件下，高氮品種的籽粒磷含量也高，且在施氮后降幅較小、施磷后大幅提高，而籽粒和地上部吸磷量在施氮和施磷后均大幅提高。說明磷的吸收及其在籽粒的累積能力強(qiáng)弱，是決定高產(chǎn)品種能否高氮的主要原因。

表4 不同施肥處理下高產(chǎn)小麥高、低籽粒氮含量組的磷吸收利用

2.5 高產(chǎn)小麥品種籽粒氮含量與鉀吸收利用的關(guān)系

籽粒氮含量與莖葉鉀含量以及莖葉和地上部吸鉀量顯著正相關(guān)（圖4），莖葉鉀含量每增加1.0 g·kg-1，籽粒氮含量增加0.7 g·kg-1，莖葉吸鉀量每增加10.0 kg·hm-2，籽粒氮含量增加0.9 g·kg-1，地上部吸鉀量每增加10.0 kg·hm-2，籽粒氮含量增加0.5 g·kg-1；與籽粒吸鉀量顯著負(fù)相關(guān)，籽粒吸鉀量每增加1.0 kg·hm-2，籽粒氮含量降低0.3 g·kg-1。莖葉鉀含量和吸收量對(duì)籽粒氮含量影響顯著，且莖葉鉀含量影響最大（附圖2-c）。

與不施氮相比（表5），施氮時(shí)高、低氮組籽粒鉀含量分別降低9%和10%；高氮組莖葉鉀含量增幅比低氮組高5%，籽粒、莖葉和地上部吸鉀量增幅分別比低氮組高9%、6%和7%，穎殼吸鉀量增幅比低氮組低5%。與不施磷相比，施磷時(shí)小麥穎殼鉀含量顯著降低，高、低氮組降幅一致，均降低13%；籽粒、莖葉、穎殼和地上部吸鉀量顯著提高，高氮組增幅分別比低氮組高11%、22%、33%和20%。與不施鉀相比，施鉀時(shí)小麥莖葉鉀含量顯著提高，高低氮組分別增加10%和13%。

可見，高產(chǎn)小麥品種莖葉中鉀的吸收和累積對(duì)籽粒氮含量的提高具有積極的影響，施氮后高氮品種莖葉鉀含量大幅增加，莖葉鉀吸收量在施氮和施磷后均大幅增加。說明莖葉的鉀的累積有助于高產(chǎn)小麥品種實(shí)現(xiàn)更高的籽粒氮含量。

2.6 高產(chǎn)小麥品種籽粒氮含量與氮磷鉀轉(zhuǎn)移的關(guān)系

籽粒氮含量與TF(N)莖葉-籽粒和TF(N)穎殼-籽粒顯著正相關(guān)（圖5-a），相關(guān)系數(shù)分別為0.509和0.317；與TF(K)莖葉-籽粒和TF(K)莖葉-穎殼顯著負(fù)相關(guān)；相關(guān)系數(shù)分別為-0.530和-0.344。在氮磷鉀轉(zhuǎn)移相關(guān)因子中（附圖3-a），TF(K)莖葉-籽粒、TF(K)穎殼-籽粒、TF(K)莖葉-穎殼和TF(N)莖葉-籽粒對(duì)籽粒氮含量影響顯著，其中TF(K)莖葉-籽粒的影響最大。

與不施氮相比，施氮時(shí)TF(N)莖葉-籽粒和TF(N)莖葉-穎殼顯著降低（表6），高氮組分別降低23%和33%，低氮組分別降低22%和38%，TF(N)穎殼-籽粒顯著提高，高、低氮組分別增加16%和19%；高氮組TF(P)莖葉-籽粒和TF(P)莖葉-穎殼降幅分別比低氮組低2%和1%；高氮組TF(K)穎殼-籽粒降幅比低氮組低1%，但TF(K)莖葉-籽粒和TF(K)莖葉-穎殼降幅分別比低氮組高6%和9%。與不施磷相比，施磷時(shí)低氮組TF(K)莖葉-穎殼降低11%，高氮組無(wú)顯著變化；TF(K)穎殼-籽粒顯著提高，高低氮組分別增加10%和16%。與不施鉀相比，施鉀時(shí)TF(K)莖葉-籽粒和TF(K)莖葉-穎殼顯著降低，高、低氮組均降低11%。

可見，小麥莖葉和穎殼等營(yíng)養(yǎng)器官向籽粒轉(zhuǎn)移鉀的能力降低，向籽粒轉(zhuǎn)移氮的能力提高是高產(chǎn)高氮品種籽粒含量提高的重要因素，施氮后高氮品種莖葉和穎殼向籽粒轉(zhuǎn)移鉀的能力降幅更大，但穎殼向籽粒轉(zhuǎn)移氮的能力增幅不及低氮品種，施用磷鉀后，不同器官間氮鉀的轉(zhuǎn)移變化與高產(chǎn)品種間籽粒氮含量的關(guān)系不確定。

2.7 高產(chǎn)小麥品種籽粒氮含量與氮磷鉀分配的關(guān)系

籽粒氮含量與穎殼氮、磷和莖葉鉀分配指數(shù)顯著正相關(guān)（圖5-b），穎殼氮分配指數(shù)每增加1%，籽粒氮含量增加0.8 g·kg-1，穎殼磷分配指數(shù)每增加1%，籽粒氮含量增加1.0 g·kg-1，莖葉鉀分配指數(shù)每增加1%，籽粒氮含量增加0.4 g·kg-1；與籽粒鉀分配指數(shù)顯著負(fù)相關(guān)，籽粒鉀分配指數(shù)每增加1%，籽粒氮含量降低0.4 g·kg-1。在氮磷鉀轉(zhuǎn)移的相關(guān)因子中（附圖3-b），籽粒鉀、穎殼鉀、莖葉鉀和穎殼磷分配指數(shù)對(duì)籽粒氮含量影響顯著，其中籽粒鉀分配指數(shù)的影響最大。

圖5 不同小麥品種籽粒氮含量與氮磷鉀轉(zhuǎn)移(a)和分配(b)的關(guān)系

與不施氮相比，施氮時(shí)小麥莖葉氮、磷和鉀分配指數(shù)均顯著提高（表7），低氮組增幅分別比高氮組高6%、5%和0.4%；穎殼氮、磷分配指數(shù)顯著降低，高氮組分別降低19%和24%，低氮組分別降低23%和20%。與不施磷相比，施磷時(shí)高氮組籽粒氮、磷和鉀分配指數(shù)分別降低2%、1%和10%，莖葉氮、磷和鉀分配指數(shù)分別增加20%、23%和6%，低氮組無(wú)顯著變化；低氮組穎殼鉀分配指數(shù)降低18%，高氮組無(wú)顯著變化。與不施鉀相比，施鉀時(shí)高低氮組籽粒鉀分配指數(shù)分別降低13%和10%，莖葉鉀分配指數(shù)分別增加3%和6%。

可見，小麥向籽粒分配鉀的能力降低，向莖葉分配鉀以及向穎殼分配氮和磷的能力提高，均有利于提高高產(chǎn)小麥籽粒氮含量，是高產(chǎn)高氮品種籽粒氮含量提高的重要因素，施氮、磷和鉀均有利于提高小麥向莖葉分配鉀素的能力，但僅在施磷時(shí)，高產(chǎn)高氮品種增幅較大。

3 討論

3.1 高產(chǎn)小麥品種產(chǎn)量形成與籽粒氮含量的關(guān)系

本研究表明，旱地施肥條件下，14個(gè)高產(chǎn)小麥品種的籽粒產(chǎn)量為4 936—5 862 kg·hm-2，籽粒氮含量20.8—25.2 g·kg-1，籽粒產(chǎn)量每增加1 000 kg·hm-2，氮含量降低1.8 g·kg-1，兩者的負(fù)相關(guān)在前人的研究中已普遍存在[10, 29]。本研究還發(fā)現(xiàn)，籽粒氮含量與千粒重顯著正相關(guān)，千粒重每增加1.0 g，籽粒氮含量增加0.3 g·kg-1。印度品種試驗(yàn)[8]表明，高氮品種籽粒氮含量比低氮品種高18%，千粒重比低氮品種高23%。在伊朗，千粒重每增加1.0 g，籽粒氮含量增加0.3 g·kg-1[7]。河南盆栽試驗(yàn)[20]也發(fā)現(xiàn)，高氮小麥品種宛麥16的千粒重在不同施氮水平下均顯著高于低氮品種洛麥24，但品種間產(chǎn)量無(wú)顯著差異，均與本試驗(yàn)結(jié)果一致，說明高千粒重是高產(chǎn)高氮品種的重要特征，提高千粒重有助于提高高產(chǎn)小麥品種籽粒氮含量。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，在產(chǎn)量差異不顯著的高產(chǎn)品種中，依然存在籽粒氮含量差異顯著的兩組品種，其中高氮品種產(chǎn)量、生物量和穗數(shù)對(duì)施氮和施磷的響應(yīng)更敏感，施肥后均有較大幅度增加，但千粒重增幅卻不及低氮品種。從本試驗(yàn)的結(jié)果來(lái)看，高氮品種在施肥后產(chǎn)量增幅較高主要是穗數(shù)增幅較大所導(dǎo)致。陜西123個(gè)品種試驗(yàn)[19]發(fā)現(xiàn)，高產(chǎn)高氮品種產(chǎn)量在施肥后有較大幅度增加，穗數(shù)和穗粒數(shù)增幅分別高7%和1%。在華北平原[30]，施氮后強(qiáng)筋小麥的產(chǎn)量增幅與中筋小麥無(wú)差異，但穗數(shù)和穗粒數(shù)增幅分別比中筋小麥高6%和4%。河北長(zhǎng)期定位試驗(yàn)[31]結(jié)果表明，施氮后強(qiáng)筋小麥?zhǔn)瘍?yōu)20的產(chǎn)量、穗數(shù)和穗粒數(shù)增幅分別比中筋小麥中麥895高10%、13%和5%。說明施肥后穗數(shù)對(duì)高產(chǎn)高氮小麥品種產(chǎn)量的增加起主要作用[8,32]。關(guān)于施肥對(duì)小麥籽粒產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成的影響已有大量研究。北方麥區(qū)監(jiān)控施肥試驗(yàn)[26-27,33]表明，穗數(shù)降低是減產(chǎn)的主要原因，不施氮減產(chǎn)11%—34%，穗數(shù)降低5%—37%，不施磷減產(chǎn)8%，穗數(shù)降低6%，不施鉀減產(chǎn)2%，穗數(shù)降低7%。廣西水稻試驗(yàn)也有相似的結(jié)果[34]，不施氮和不施磷分別減產(chǎn)17%和7%，其中不施氮顯著降低穗數(shù)，不施磷顯著降低穗粒數(shù)。在山西[35]，施氮和施磷后小麥產(chǎn)量分別提高15%和6%，穗數(shù)分別提高10%和9%，穗粒數(shù)和千粒重?zé)o顯著變化。陜西盆栽試驗(yàn)[36]發(fā)現(xiàn)，缺氮導(dǎo)致小麥穗數(shù)、穗粒數(shù)均顯著下降，是導(dǎo)致小麥產(chǎn)量下降的首要因素，與本試驗(yàn)結(jié)果不盡一致。由于本試驗(yàn)地塊土壤速效鉀含量較高，土壤不缺鉀，因此施鉀對(duì)小麥生物量累積和產(chǎn)量構(gòu)成均無(wú)顯著影響。結(jié)合本研究結(jié)果，在生產(chǎn)實(shí)踐中，在不降低產(chǎn)量的前提下，協(xié)調(diào)產(chǎn)量三要素之間的關(guān)系提高千粒重，是提升籽粒氮含量的關(guān)鍵，同時(shí)籽粒千粒重可作為篩選旱地高產(chǎn)高籽粒氮含量小麥品種的重要指標(biāo)。

表5 不同施肥處理下高產(chǎn)小麥高、低籽粒氮含量組的鉀吸收利用

表6 不同施肥處理下高產(chǎn)小麥高、低籽粒氮含量組的氮磷鉀轉(zhuǎn)移系數(shù)

表7 不同施肥處理下高產(chǎn)小麥高、低籽粒氮含量組的氮磷鉀分配

3.2 高產(chǎn)小麥品種籽氮磷鉀吸收利用與籽粒氮含量的關(guān)系

本研究發(fā)現(xiàn)，籽粒氮含量高的旱地高產(chǎn)小麥品種，其籽粒磷含量和莖葉鉀含量也高，陜西123個(gè)小麥品種試驗(yàn)[19, 28]發(fā)現(xiàn)，籽粒中氮磷元素顯著正相關(guān)，高氮組小麥籽粒氮含量比低氮組高25%，籽粒磷含量比低氮組高10%，高磷組小麥籽粒磷含量比低磷組高20%，籽粒氮含量比低磷組高18%，但營(yíng)養(yǎng)器官中鉀含量均無(wú)顯著差異。在河北[37]，高氮小麥品種冀豐703葉片鉀吸收量比低氮品種石麥14高78%。江蘇小麥品種試驗(yàn)[38]表明，高產(chǎn)中筋品種寧麥09-118籽粒磷含量和氮含量以及莖稈鉀含量均高于高產(chǎn)弱筋品種寧麥13。說明高產(chǎn)品種籽粒中氮磷累積具有相互促進(jìn)的作用[39]，鉀離子能促進(jìn)光合作用及其產(chǎn)物（碳水化合物和蛋白質(zhì)）向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)，同時(shí)維持細(xì)胞活性，延長(zhǎng)小麥灌漿期以此增加養(yǎng)分的吸收，這可能是本研究中高氮品種莖葉鉀含量較高的原因。關(guān)于高產(chǎn)小麥品種籽粒氮含量與莖葉鉀含量的關(guān)系仍需進(jìn)一步研究。本研究還發(fā)現(xiàn)，高氮品種籽粒氮含量和磷含量對(duì)施磷響應(yīng)更敏感，施肥后籽粒氮含量降幅較大，而籽粒磷含量增幅較大。莖葉鉀含量在施氮后有較大幅度提高，但籽粒氮含量在施氮后增幅卻不及低氮品種。華北平原品種試驗(yàn)[22]發(fā)現(xiàn)，施氮后高產(chǎn)中筋小麥中麥175籽粒氮含量增加0.9 g·kg-1，增幅15%，高產(chǎn)強(qiáng)筋小麥師欒02-1增加1.5 g·kg-1，增幅10%。江蘇品種[40]試驗(yàn)表明，施氮后高氮小麥品種安農(nóng)9192籽粒氮含量增幅顯著低于低氮品種山東187。在安徽[41]，施氮后高氮小麥品種皖麥38籽粒蛋白質(zhì)含量增幅比低氮品種皖麥44低2%，但增加量比皖麥44高0.8 g·100 g-1，與本試驗(yàn)結(jié)果一致，說明高產(chǎn)高氮小麥品種籽粒氮含量在施氮后增幅較小是基礎(chǔ)籽粒氮含量較高的結(jié)果，但籽粒氮含量增加的絕對(duì)量依然可觀。

旱地土壤養(yǎng)分供應(yīng)充足條件下，高、低氮組品種間籽粒和地上部氮磷鉀吸收量均無(wú)顯著差異，也有研究表明，高產(chǎn)高氮品種具有較高的籽粒和地上部吸氮量，是籽粒氮含量高的主要原因[13,17,30]。而本研究中，兩組品種產(chǎn)量和籽粒吸氮量均無(wú)顯著差異，但高氮品種產(chǎn)量略低，而籽粒吸氮量略高，是導(dǎo)致兩組品種籽粒氮含量差異顯著的主要原因。本研究還發(fā)現(xiàn)，高氮品種籽粒和地上部氮磷鉀吸收量在對(duì)施氮和施磷后響應(yīng)更敏感，施肥后均有較大幅度增加，莖葉鉀吸收量在施氮和施磷亦有較大幅度增加。渭北旱塬品種試驗(yàn)[19]發(fā)現(xiàn)，高產(chǎn)高氮品種具有較高的氮磷肥響應(yīng)度，其籽粒氮磷鉀吸收量在施肥后增幅分別比低氮品種高39%、18%和7%，營(yíng)養(yǎng)器官吸鉀量增幅比低氮品種高18%。廣州大豆試驗(yàn)[42]表明，高氮品種本地2號(hào)地上部氮磷吸收量在施氮和施磷后增幅均高于低氮品種巴西10號(hào)。河北品種試驗(yàn)[23]也發(fā)現(xiàn)，施氮后強(qiáng)筋小麥品種地上部吸氮量增加9%—22%，中筋小麥品種增加1%—14%，均與本試驗(yàn)結(jié)果一致。說明高氮品種籽粒和地上部氮磷鉀吸收量對(duì)施肥響應(yīng)更敏感，施肥后更易增加。綜合本研究結(jié)果，高氮品種籽粒中較高的氮含量主要是籽粒吸氮量和產(chǎn)量高低不一致性導(dǎo)致，籽粒磷含量和莖葉鉀含量的提高有助于籽粒中氮的累積。目前，關(guān)于高產(chǎn)條件下不同籽粒含氮量品種的氮磷鉀養(yǎng)分的吸收利用對(duì)不同施肥水平的響應(yīng)研究還少，值得進(jìn)一步研究。

3.3 高產(chǎn)小麥品種氮磷鉀轉(zhuǎn)移分配與籽粒氮含量的關(guān)系

本研究發(fā)現(xiàn)，小麥籽粒氮含量與莖葉和穎殼向籽粒轉(zhuǎn)移氮的能力顯著正相關(guān)，與莖葉向籽粒和穎殼轉(zhuǎn)移鉀的能力顯著負(fù)相關(guān)。英國(guó)品種試驗(yàn)[43]表明，不同小麥品種營(yíng)養(yǎng)器官向籽粒氮轉(zhuǎn)移率為80%—85%，籽粒氮含量越高的品種，其氮轉(zhuǎn)移率也越高。法國(guó)大田試驗(yàn)[44]也發(fā)現(xiàn)，小麥籽粒氮含量與莖葉和穎殼向籽粒的氮轉(zhuǎn)移量和氮轉(zhuǎn)移率均顯著正相關(guān)，與本研究結(jié)果一致，說明莖葉和穎殼等營(yíng)養(yǎng)器官向籽粒轉(zhuǎn)移鉀的能力降低，向籽粒轉(zhuǎn)移氮的能力提高均有利于高產(chǎn)小麥品種籽粒中的氮累積。本研究還發(fā)現(xiàn)，施氮后高氮品種莖葉和穎殼向籽粒轉(zhuǎn)移鉀的能力降幅更大，但穎殼向籽粒轉(zhuǎn)移氮的能力增幅不及低氮品種，施用磷鉀后，不同器官間氮鉀的轉(zhuǎn)移與高產(chǎn)品種間籽粒氮含量的關(guān)系不確定。說明高氮品種在施氮后莖葉中的鉀滯留能力較強(qiáng)，莖葉能累積更多的鉀來(lái)促進(jìn)光合作用及其產(chǎn)物向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)，最終提高籽粒中氮的累積，關(guān)于器官間不同養(yǎng)分的轉(zhuǎn)移與籽粒氮含量之間的關(guān)系仍有待于進(jìn)一步研究。

旱地養(yǎng)分充足條件下，小麥籽粒氮含量與穎殼氮和莖葉鉀分配指數(shù)顯著正相關(guān)，與籽粒鉀分配指數(shù)顯著負(fù)相關(guān)。王小燕等[14]發(fā)現(xiàn)，籽粒氮含量越高的小麥品種，營(yíng)養(yǎng)器官中氮的分配比例也高，在產(chǎn)量水平相近的高產(chǎn)小麥品種中，高氮品種濟(jì)南17葉片和莖鞘等營(yíng)養(yǎng)器官中氮分配比例均高于低氮品種魯麥22。黨紅凱等[37]發(fā)現(xiàn)，高氮小麥品種冀豐703籽粒氮含量比低氮品種石麥14高13%，葉片中鉀分配率比石麥14高69%。黃紹敏等[45]發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)筋小麥鉀在籽粒中分配比例顯著低于低氮品種，均與本試驗(yàn)結(jié)果一致。說明小麥向籽粒分配鉀的能力降低，向莖葉分配鉀以及向穎殼分配氮的能力提高，均有利于提高高產(chǎn)小麥籽粒氮含量。本研究還發(fā)現(xiàn)，施氮、磷和鉀均有利于提高小麥向莖葉分配鉀素的能力。蔡艷等[46]發(fā)現(xiàn)，施氮水平在45—135 kg·hm-2時(shí)，隨著施氮量增加，鉀在秸稈中的分配比例亦增加。楊玉敏等[47]發(fā)現(xiàn)，施氮后籽粒氮含量較高的小麥品種川農(nóng)16向莖葉和穎殼分配鉀的能力增幅均高于籽粒氮含量較低的川麥42，與本試驗(yàn)結(jié)果一致。因此，提高營(yíng)養(yǎng)器官向籽粒轉(zhuǎn)移氮素以及地上部向籽粒分配氮素，減少莖葉中鉀的向外轉(zhuǎn)移并提高地上部向莖葉中分配鉀素，對(duì)于提高旱地高產(chǎn)小麥品種籽粒氮含量具有重要意義。

4 結(jié)論

高產(chǎn)高氮小麥品種籽粒氮含量5年平均24.9 g·kg-1，低氮品種21.5 g·kg-1。小麥籽粒氮含量與千粒重顯著正相關(guān)，高產(chǎn)高氮品種的籽粒磷和莖葉鉀含量也高，但莖葉中的鉀素向籽粒和穎殼轉(zhuǎn)移的能力卻低。高產(chǎn)高氮品種籽粒和地上部氮磷鉀吸收量在施氮和施磷后更容易提高。施鉀對(duì)高產(chǎn)小麥品種產(chǎn)量形成和氮磷鉀養(yǎng)分吸收利用無(wú)顯著影響。高產(chǎn)高氮品種的高籽粒氮含量是籽粒吸氮量和產(chǎn)量高低不一致性的結(jié)果。因此，在旱地高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)小麥品種的選育中，應(yīng)結(jié)合土壤養(yǎng)分狀況優(yōu)化施肥，進(jìn)一步提高籽粒千粒重，促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)器官向籽粒轉(zhuǎn)移氮素并提高氮收獲指數(shù)，同時(shí)增加莖葉中鉀素的累積。

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Relationship Between Grain Nitrogen Content and Yield Formation, Uptake and Partitioning of NPK of High-Yielding Wheat Cultivars in Drylands

XU JunFeng1, ZHANG XueMei1, YANG Jun1, GUO ZiKang1, HUANG Cui1, DING YuLan1, HUANG Ning1, SUN RuiQing1, TIAN Hui1,WANG ZhaoHui1, 2, SHI Mei1, 2

1College of Natural Resources and Environment, Northwest A&F University/Key Laboratory of Plant Nutrition and Agro-Environment in Northwest China, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Yangling 712100, Shaanxi;2Northwest A&F University/State Key Laboratory of Crop Stress Biology in Arid Areas, Yangling 712100, Shaanxi

【Objective】The aim of this study was to understand the variations of grain nitrogen (N) content and its relationships with yield formation as well as uptake, transfer and partitioning of nitrogen, phosphorus, and potassium (NPK) within high-yielding wheat cultivars, which was of great significance for screening and breeding superior wheat cultivars with high yield and grain N content, and for nutrient management in green production of wheat with high yield and high quality in drylands.【Method】Field experiments were carried out, and 14 high-yielding wheat cultivars of similar yields and different grain N content were cultivated on the typical dryland area of the Loess Plateau from 2017 to 2022. Differences in grain N contents of high-yielding wheat cultivars and its relation to yields, yield components as well as N, P and K content in different organs were analyzed. Meanwhile, biomass accumulation and yield formation as well as uptake, transfer and partitioning of NPK in response to fertilization were investigated.【Result】Significant positive correlation was found between the grain N content and 1000-grain weight of wheat cultivars, and for each 1.0 g increase of the 1000-grain weight, the grain N content increased by 0.3 g·kg-1. The grain N content showed significant differences in the tested wheat cultivars, with the mean of high-N group being 24.9 g·kg-1, and 16% higher than that of the low-N group (21.5 g·kg-1), respectively, while the average yields were not significantly different from each other of the two groups. The yield, biomass and spike number of high-N group exhibited higher response to N and P fertilizer application. The grain P content and straw K content of the high-N group were higher than the low-N group under different fertilization conditions, and the increases of N, P and K uptake in grain and shoot were larger than that of low-N group after N and P application. The abilities of N transfer from glumes to grains in the high-N group was greater than that in the low-N group, but the capacities of K transfer from straws to grains and glumes was lower than that in low-N cultivars. The abilitiesof K transfer from straws to other organs decreased significantly after N application. Application of N, P and K was conducive to increase the partitioning of K from shoots to straws of the high-N group.【Conclusion】The high-yielding wheat cultivars exhibited significant differences in the grain N content. The 1000-grain weight and grain P content of high-N cultivars were higher, its straw K content was also higher, but its capacities of K transfer from straws to grains and glumes was lower. The N, P and K uptake of the high-N group in grains and shoots increased extremely after N and P application. Therefore, to screen and breed superior wheat cultivars with high grain N content on the basis of high yield, the attention should be paid to select the cultivars with high grain 1000-grain weight as well as the strong transferring and partitioning abilities of P to grains and K to straws. The efforts should be also made to cooperate the supply of P, K and N in wheat production, with the purpose to increase the grain N content.

dryland; high-yielding wheat cultivars; grain N content; nutrient uptake; nutrient transfer; nutrient partitioning; wheat yield

10.3864/j.issn.0578-1752.2023.24.007

2022-12-20；

2023-02-27

國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)（CARS-03）、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2022YFD1900702）

徐雋峰，E-mail：1810851682@qq.com。通信作者王朝輝， E-mail：w-zhaohui@263.net。通信作者石美，E-mail：meishi@nwafu.edu.cn

（責(zé)任編輯 李云霞）