在低肥力沙质土壤中，通过综合有机肥和氮磷钾化肥施用，对小麦基因型产量形成及氮利用效率的基于性状的分析

《BMC Plant Biology》：Trait-based analysis of yield formation and nitrogen use efficiency in wheat genotypes under integrated organic and NPK fertilization in low-fertility sandy soil

　　

摘要

背景

在灌溉的干旱和半干旱地区，小麦的产量受到土壤肥力低和矿物肥料使用效率低的限制。目前对于有机肥料与矿物肥料相结合如何与基因型相互作用，从而控制产量形成、籽粒氮（N）分配以及粗质地土壤中的氮利用效率（NUE）的理解仍然有限。在本研究中，我们量化了氮磷钾（NPK）施肥方式（100%土壤施用与逐渐增加的滴灌比例）、堆肥施用量以及小麦（Triticum aestivum L.）基因型在干旱环境下两个生长季节中对产量、产量构成、籽粒质量和氮利用效率的综合影响。我们假设增加滴灌量会与堆肥共同提升产量构成和氮利用效率，但在高堆肥施用量时效益会递减；同时不同基因型在籽粒产量与籽粒蛋白质含量之间的关系上也存在差异。

方法

实验采用了分割-分割设计（split-split plot design），包括三个品种（Sakha-95、Sids-14、Misr-1）、四种氮磷钾施肥方案（F1：100%土壤施用；F2–F4：50–100%滴灌）以及三种堆肥施用量（12、24和36吨/公顷）。

结果

与100%土壤施用相比，全量滴灌（F4）使籽粒产量和氮利用效率提高了49.8%，主要通过增加穗密度、每穗籽粒数和千粒重来实现。堆肥进一步提高了产量和氮利用效率，其中36吨/公顷的堆肥施用量比12吨/公顷的施用量使籽粒产量提高了18%。不同基因型之间存在显著差异：Sakha-95的籽粒产量、生物产量和氮利用效率最高，而Sids-14和Misr-1的籽粒蛋白质含量较高。路径分析显示，每平方米穗数、千粒重和每穗可育小穗数对籽粒产量有最大的直接影响；主成分分析表明，高滴灌量与高堆肥施用量的组合表现出更优的性状特征。在高可溶性养分供应条件下，过度滴灌会导致堆肥的效益递减，表明存在最佳的有机投入量。

结论

这些结果基于性状特征，揭示了有机-矿物肥料结合使用与基因型如何共同调控沙质低肥力土壤中的产量形成和氮回收过程。这些发现对于干旱和半干旱地区轻质土壤上的灌溉作物系统具有参考价值，因为在这些地区，人们越来越多地采用滴灌和有机改良措施来提高氮利用效率和可持续性。

背景

在灌溉的干旱和半干旱地区，小麦的产量受到土壤肥力低和矿物肥料使用效率低的限制。目前对于有机肥料与矿物肥料相结合如何与基因型相互作用，从而控制产量形成、籽粒氮（N）分配以及粗质地土壤中的氮利用效率（NUE）的理解仍然有限。在本研究中，我们量化了氮磷钾（NPK）施肥方式（100%土壤施用与逐渐增加的滴灌比例）、堆肥施用量以及小麦（Triticum aestivum L.）基因型在干旱环境下两个生长季节中对产量、产量构成、籽粒质量和氮利用效率的综合影响。我们假设增加滴灌量会与堆肥共同提升产量构成和氮利用效率，但在高堆肥施用量时效益会递减；同时不同基因型在籽粒产量与籽粒蛋白质含量之间的关系上也存在差异。

方法

实验采用了分割-分割设计（split-split plot design），包括三个品种（Sakha-95、Sids-14、Misr-1）、四种氮磷钾施肥方案（F1：100%土壤施用；F2–F4：50–100%滴灌）以及三种堆肥施用量（12、24和36吨/公顷）。

结果

与100%土壤施用相比，全量滴灌（F4）使籽粒产量和氮利用效率提高了49.8%，主要通过增加穗密度、每穗籽粒数和千粒重来实现。堆肥进一步提高了产量和氮利用效率，其中36吨/公顷的堆肥施用量比12吨/公顷的施用量使籽粒产量提高了18%。不同基因型之间存在显著差异：Sakha-95的籽粒产量、生物产量和氮利用效率最高，而Sids-14和Misr-1的籽粒蛋白质含量较高。路径分析显示，每平方米穗数、千粒重和每穗可育小穗数对籽粒产量有最大的直接影响；主成分分析表明，高滴灌量与高堆肥施用量的组合表现出更优的性状特征。在高可溶性养分供应条件下，过度滴灌会导致堆肥的效益递减，表明存在最佳的有机投入量。

结论

这些结果基于性状特征，揭示了有机-矿物肥料结合使用与基因型如何共同调控沙质低肥力土壤中的产量形成和氮回收过程。这些发现对于干旱和半干旱地区轻质土壤上的灌溉作物系统具有参考价值，因为在这些地区，人们越来越多地采用滴灌和有机改良措施来提高氮利用效率和可持续性。