大量研究表明，在当前生产条件下，氮肥的施用是过量的[1]，受到“高投入高产出”等政策的引导和传统观念的影响，不合理甚至盲目过量施肥的现象相当普遍[2]。大量的氮肥投入，造成我国作物氮肥利用率偏低[3]，当季利用率仅为30%～35%，低于发达国家近20百分点[4]。面对日益严峻的环境问题和资源危机，在保证作物单产的稳步提高的同时，如何不断创新施肥方式提高肥料利用率，是现阶段面临和亟待解决的理论与技术难题[5]。

氮效率早在20世纪80年代，由Moll等[6]提出，后根据研究对象、研究目的以及研究方向的差异，提出了氮肥农学效率、氮肥表观回收效率、氮肥生理效率等指标[7-8]。作物对肥料投入的反应因作物品种、土壤条件、施肥期等因素的影响而差别很大[9-10]。关于作物品种的演变规律，国内外展开了大量的研究，主要集中在主粮作物上，对品种的形态、生产力、生理以及肥料利用等变化特征进行了基本的明确[11-13]。Carlone 和Russell[14]通过设置不同的氮素水平，对20世纪30-80年代的美国玉米杂交种进行研究表明，新品种具备更强的氮肥利用能力。殷春渊等[15]对不同年代水稻品种的溯源研究表明，早期品种对氮肥的反应更敏感。Ciampitti等[16]研究认为，现代品种在花后具备更强的氮素吸收能力，使其具有更高的干物质积累量，其籽粒中有56%的氮素来自花后吸收。

高粱用途广泛，是世界上重要的粮食作物之一[17]。由于其抗逆耐瘠的特性，往往被种植在条件较差的边际土壤上[18]。贵州高粱种植主要以山区为主，土壤成熟度不高，有机质含量较低，瘠薄田所占比例较大，同时与主粮作物相比，贵州高粱的肥料利用研究相对滞后，糯高粱的相关研究更是少之又少，为此本研究以贵州新老两代糯高粱品种(系)为材料，系统分析新老品种氮肥利用的差异，明确其氮肥利用的特性，旨在为贵州糯高粱氮肥高效利用与氮高效栽培调控提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 供试地点与品种

试验于2017和2018年的4-9月在贵州省农业科学院旱粮试验基地进行，试验地属于亚热带湿润季风气候，土壤类型属黏土，土壤有机质含量13.90 g/kg，全氮1.32 g/kg，碱解氮356.48 mg/kg，速效磷19.97 mg/kg，速效钾236.59 mg/kg，pH值7.2。

1.2 试验设计

选用贵州新老两代最具代表性的4个常规糯高粱品种(系)(表1)，采用裂区试验设计，施氮量为主区，品种为副区。氮肥处理设置LN(施N：0 kg/hm2，P2O5：75 kg/hm2，K：75 kg/hm2)和HN(施N：75 kg/hm2，P2O5：75 kg/hm2，K：75 kg/hm2)，按照播种期∶拔节期=50∶50进行施用，小区行长5 m，行距60 cm，窝距为25 cm，一窝双株，6行区，小区面积为18 m2，3次重复。2017，2018年分别于4月23日和4月27日播种，9月2日和9月5日收获。其他管理措施保持一致。

1.3 样品的采集与分析

土壤样品：于播种前采用5点取样法采集试验地0～20 cm土壤样品，对土壤背景值进行测定。

植物样品：开花期、成熟期每小区取长势一致的5株，开花期分为茎、叶、鞘、穗4部分，成熟期分为茎、叶、鞘、穗、籽粒5部分，置于105 ℃鼓风干燥箱杀青30 min，再于65 ℃烘干至恒质量。称质量后的植株各部分进行粉碎，均匀混合后过1 mm筛，装入自封袋保存待测。植株及籽粒全氮含量采用凯氏定氮法测定[13]。

产量：成熟期每小区收获中间4行，考种测产(按照14%含水量折算)，即标准产量(Yield)。

1.4 相关参数计算

参照张仁和、高杰、渠晖等[19-21]的方法计算干物质积累总量(Dry matter accumulation，DMA，kg/hm2)、氮素积累总量(Total nitrogen accumulation，TNA，kg/hm2)、花前氮积累总量(Nitrogen accumulationat flowering stage，NAF，kg/hm2)、花后氮素积累总量(Nitrogen accumulation of post-flowering，NAP，kg/hm2)、籽粒氮素积累总量(Grain nitrogen accumulation，GNA，kg/hm2)、氮素收获指数(Nitrogen harvest index，NHI，%)、氮素表观回收率(Nitrogen apparent recovery rate，NARR，kg/kg)、氮肥农学效率(Nitrogen fertilizer agronomic efficiency，NFAE，kg/kg)、氮肥利用率(Nitrogen recovery efficiency，NRE，%)、氮肥偏生产力(Nitrogen partial fertilizer productivity，NPFP，kg/kg)。

1.5 数据分析

数据采用Microsoft Excel 2010进行数据整理与作图，利用SPSS 19.0进行方差分析，LSD法标注显著性。

2 结果与分析

2.1 不同氮水平下贵州新老两代糯高粱品种(系)的产量、干物质变化

统计分析结果显示(表2)，不同糯品种(系)的产量、干物质和氮素积累总量在品种、氮肥间均达到极显著差异，氮素积累总量在氮肥与品种的互作中也达到极显著水平。从1990s到2010s，糯高粱品种的产量、干物质和氮素积累总量增加明显。相较于1990s(黑壳糯、红壳糯)的品系，2010s(红缨子、黔高8号)品种的产量、干物质和氮素积累总量在HN处理下2 a平均分别增加了25.5%，23.4%，35.2%，LN处理下2 a平均分别增加了25.3%，26.7%，31.3%,平均分别增加25.4%，25.1%和33.3%。与LN处理相比，HN处理下1990s品系的产量、干物质和氮素积累总量分别增加了40.9%，40.9%，28.7%，2010s品种分别增加了41.2%，37.2%，32.5%。按照30 a计算，不同年代糯高粱品种(系)的产量、干物质和氮素积累总量平均每年以44.75，106.84，1.30 kg/hm2的速度增加。

2.2 不同氮水平下贵州新老两代糯高粱品种(系)氮素分配的差异

贵州新老两代糯高粱品种(系)籽粒氮积累、氮素收获指数以及花后氮素占比都存在显著的差异(表3)。籽粒氮积累在品种和氮肥间都差异显著，2010s品种较1990s品系在LN处理下增加64.1%，HN处理下增加44.2%；氮素收获指数在LN处理下，品种间差异显著，HN处理下2010s品种和1990s品系间平均值差异不大，说明2010s品种在低氮、高氮水平下都具备更强的籽粒氮素累积能力，在低氮水平下有更强的耐性。花后氮占比在品种和氮肥间都存在显著差异，其中在HN处理下，2010s品种的花后氮占比2 a平均为31.2%，1990s则为22.1%，提高9.1百分点，而在LN处理下，两代品种间没有显著差异；与LN处理相比，1990s品系的花后氮占比在HN处理下明显降低，幅度为20.9%，说明2010s品种较1990s品系在花后的氮素同化能力上要更强。

2.3 贵州新老两代糯高粱品种(系)氮效率参数的差异

随着年代的更替，贵州糯高粱的氮肥偏生产力、氮素表观回收率、氮肥利用率以及氮肥农学效率增加显著(表4)。与1990s品系相比，2010s品种的氮肥偏生产力、氮素表观回收率、氮肥利用率以及氮肥农学效率2 a平均分别提高了13.9 kg/kg、0.7 kg/kg、20.3%和4.1 kg/kg，以每10 a 1.39 kg/kg、0.7 kg/kg、2.0%和0.4 kg/kg的速度增加。

2.4 贵州糯高粱品种(系)产量、干物质与氮素积累量、氮肥利用率之间的关系

将HN处理下的糯高粱产量、干物质积累总量、氮素积累总量以及氮肥利用率进行线性相关分析(图1)，结果表明，产量与干物质、氮素积累总量呈显著的正相关(r=0.963 7、r=0.928 8)，干物质积累总量与氮素积累总量显著正相关(r=0.963 3)，产量、干物质和氮素积累总量与氮肥利用率显著正相关(r=0.843 1、r=0.906 5、r=0.969 1)。

3 讨论结论

产量的遗传增益分析可以明确作物的产量潜力，为品种改良提供参考[22-23]。李嵩博等[24]对我国1977-2016年期间国家和省级审定的324个高粱品种进行溯源分析表明，40年来我国高粱单产稳步提升，平均每年增加51.8 kg/hm2。作为世界最大的高粱生产国美国，Assefa等[25]分析了历年美国的高粱杂交种的产量增益，以每年将近50 kg/hm2的速度增加，同时还指出高粱单产提高与品种耐旱性密切相关。本研究表明，应用于贵州2010s的糯高粱品种产量比1990s品系平均增加了25.4%，按照30 a计算，平均每年以44.75 kg/hm2的速度增加。

20世纪70年代以来，全世界氮肥用量的增长是粮食生产增加的7倍[5]，同时谷类作物的氮素利用率平均仅为33%[26]。大量的氮素投入给环境造成了极大的压力[3]，如何提高作物的肥料利用率，已然成为作物学科研究的重点[3，27]。前人的研究表明，作物产量提高主要得益于品种的抗逆改良和资源利用效率的提高[28]。Tollenaar[29]对不同年代加拿大的玉米品种做比较表明，现代品种比老品种具有更强的养分吸收能力。Echarte等[30]则指出，现代玉米品种的氮肥偏生产力在不同氮肥施用量下都较高。本研究表明，贵州糯高粱的氮肥偏生产力、氮肥利用率以及氮肥农学效率随品种更替增加显著，表明2010s品种在单位供氮条件下具备更强的物质生产与积累能力。早在1982年，Moll等[6]就提出在高氮水平下，氮效率差异主要以氮肥吸收效率差异为主，而在低氮素水平下，以氮肥利用效率差异为主。结果显示，2010s品种较1990s品系氮肥利用率提高了20.3%，设计氮素水平为75 kg/hm2，属于低氮素水平，与上述结果一致。

作物产量形成的物质基础是干物质的积累[31-32]，本研究显示贵州糯高粱的产量与干物质积累总量显著正相关，产量、干物质积累总量与氮素积累总量显著正相关，表明贵州糯高粱氮素的积累为其干物质的生产提供了基础，进一步促进了单产的增加。产量、干物质积累总量、氮素积累总量与氮肥利用率显著正相关，表明贵州糯高粱品种单产的提高可能与其氮肥利用率的提高相关，高氮肥利用能力使植物积累更多的氮素，保证了其生理代谢对氮素的需求，从而促进了产量的提高。

综上所述，贵州糯高粱产量随年代增加可能与新品种的氮肥利用效率逐步提升促使的氮积累增加相关，保证了其生理代谢的氮供应，从而促成了单产的增加。

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Difference of Grain Yield and Nitrogen Recovery Efficiency Between New and Old Waxy Sorghum Cultivars(Lines)in Guizhou Province

GAO Jie1，LI Xiaorong2，FENG Guangcai3，LI Qingfeng1，PENG Qiu1

(1.Guizhou Institute of Upland Crops，Guizhou Academy of Agricultural Science，Guiyang 550006，China；2.Chuxiong Autonomous Prefecture Academy of Agricultural Science，Chuxiong 675000，China；3.Poverty Alleviation and Development Office of Qiandongnan Prefecture，Kaili 556000，China)

Abstract： In order to clarify the difference of yield and nitrogen use efficiency between new and old generations of waxy sorghum varieties(lines)in Guizhou，the sorghum cultivars of HYZ，QG8H，HongKN and HeiKN were used as experimental materials，two nitrogen treatments(LN and HN)were set up.The differenceof yield，nitrogen accumulation and nitrogen use characteristics of which were analyzed by split plot design. The results showed that：the yield，dry matter and nitrogen accumulation of 2010s cultivars(HYZ and QG8H)were significantly increased by 25.4%，25.1% and 33.3%，respectively，compared with those of 1990s cultivars(HeiKN and HongKN). NHI under LN treatment was significantly different among cultivars，but not under HN treatment. Compared with LN，RNAP of 1990s cultivars decreased significantly under HN treatment，with a range of 20.9%，which indicated that the 2010s cultivar had a stronger post-flowering N assimilation capacity，and a stronger grain N accumulation capacity at both low and high N levels.NPFP，NARR，NRE and NFAE of 2010s cultivars were increased by 13.9 kg/kg，0.7 kg/kg，20.3% and 4.1 kg/kg，respectively，compared with the 1990s cultivars. Yield，DMA，TNA were significantly positively correlated with NRE，which indicated that the increased yield of waxy sorghum in Guizhou Province might relate to the increase of nitrogen accumulation caused by the improvement of NRE，which provided sufficient nitrogen supply for the normal physiological metabolism of waxy sorghum.

Key words： Sorghum bicolor；Dry matter accumulation；Yield；Nitrogen recovery efficiency

收稿日期：2021-06-16

基金项目：贵州省科技支撑计划(黔科合支撑[2020]1Y053号；[2020]1Y122号)；财政部和农业农村部国家现代农业产业体系(CARS-06-14.5-B26)

作者简介：高 杰(1989-)，男，内蒙古包头人，助理研究员，硕士，主要从事作物遗传改良与栽培生理调控研究。

通讯作者：彭 秋(1965-)，女，贵州瓮安人，研究员，主要从事高粱种质资源评价与遗传育种研究。

中图分类号：S141.3;S514.01

文献标识码：A

文章编号：1000-7091(2021)增刊-0275-07

doi：10.7668/hbnxb.20192424