基于农艺生产力、稳定性、氮素利用效率和经济参数的多维分析框架助力旱地软质小麦品种选育

为解决干旱和半干旱地区小麦生产受环境变异性和氮素限制的挑战，研究人员开发了一种新型多维分析框架，用于评估33个面包小麦品种在6种环境下的农艺表现、氮素利用效率(NUE)和经济回报。研究通过整合产量稳定性指标、氮素吸收效率(Nt/Ns)、转运效率(Ng/Nt)及净氮调整收益(NNaM)等参数，筛选出兼具高产量(>4.0 t ha-1)、高稳定性及优质蛋白含量的最优品种（如28、32和15号）。该框架为资源受限地区的品种选育提供了可扩展的标准化工具。

　　

在干旱和半干旱地区，小麦生产面临环境变异性和资源限制的双重挑战，尤其是氮肥的稀缺成为制约产量的关键因素。阿富汗作为典型代表，小麦占其农业GDP的25%，但长期依赖进口。尽管改良品种可提升产量30-80%，但传统选育方法缺乏对氮素利用效率(NUE)和经济可行性的系统评估。如何通过多维度指标筛选适应性强的品种，成为保障粮食安全的核心命题。

意大利佛罗伦萨大学农业食品环境与林业系(DAGRI)的研究团队创新性地构建了整合农艺性状、生理效率和经济参数的评估体系。研究在阿富汗三个典型区域（巴尔赫BLK、赫尔曼德HLM、楠格哈尔NGH）开展两年田间试验，采用随机区组设计，测定33个品种的籽粒产量(GY)、秸秆产量(SY)、千粒重(TKW)、蛋白质含量(PC)等指标，并基于氮素吸收效率(Nt/Ns)、转运效率(Ng/Nt)和利用效率(GY/Ng)建立NUE评价体系。通过AMMI模型和Wricke生态价指数(Wi2)分析稳定性，最终开发出净氮调整收益(NNaM)经济模型和复合选择指数(CI)。

关键方法

1. 多环境试验设计：在3个地点×2年共6种环境中种植33个品种，记录GY、SY等农艺性状
2. 氮效率解析：将NUE分解为Nt/Ns、Ng/Nt和GY/Ng三个生理组分
3. 经济模型构建：基于GOST蛋白分级定价体系计算NNaM
4. 稳定性分析：采用AMMI模型和Wi2指数评估基因型与环境互作
5. 多指标整合：通过线性回归和主成分分析建立CI评价体系

3.1 多性状品种性能与环境敏感性
环境因素解释了80%以上的GY和SY变异，但显著的G×E互作为广适性品种筛选提供可能。28和32号品种在GY超过4.0 t ha^-1的同时保持高稳定性。氮素吸收效率(Nt/Ns)范围为0.41-0.72，11、19和20号品种兼具高效氮利用与稳定表现。蛋白质含量主要受环境驱动，但15号品种展现出优异的品质稳定性。

3.2 品种稳定性与表现的多元评估
双标图与Wi2分析显示，15和22号品种在SY上兼具高产和低生态价(Wi2=13.1-26.3)，而28和32号在GY上表现突出。TKW主要受环境影响，但33号品种保持高千粒重(40.8 g)和稳定性。经济指标NNaM分析表明，氮吸收效率(Nt/Ns)和SY是收益的关键驱动因素，共同解释93.1%的变异。

3.3 经济性能的性状贡献与综合排名
线性模型揭示Nt/Ns对NNaM的解释度达53.3%。复合指数(CI)排名显示，28和32号品种(CI=0.576)在产量、NUE和经济回报上全面领先，而3号品种(CI=0.258)表现最差。

该研究首创性地将生理效率、稳定性和经济收益纳入统一评价框架，突破了传统育种单一注重产量的局限。通过识别28、32和15号等"全能型"品种，证实了在资源受限条件下实现产量-效率-品质协同提升的可能性。建立的NNaM模型为农户品种选择提供量化工具，而CI指数可推广至其他旱作农业系统。未来研究可扩展至更多环境压力和品质性状，但当前成果已为干旱区小麦育种建立了可复制的方法论范式。