水分條件對冬小麥生長發(fā)育及產(chǎn)量的影響

田海燕，張歲岐，2，王小林

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué) 黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國家重點實驗室，陜西 楊凌712100;2.中國科學(xué)院水利部水土保持研究所，陜西楊凌712100)

全球70%的種植小麥分布于干旱、半干旱地區(qū)[1]，我國是世界上干旱半干旱土地面積較大的國家，其中北方地區(qū)耕地面積約占全國耕地總量的45%，但水資源僅占全國總量的9.7%，水資源短缺已嚴(yán)重影響了北方地區(qū)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，同時還存在灌溉水有效利用率低(僅40%左右)[2]、水資源浪費嚴(yán)重等問題。小麥?zhǔn)切杷^多的主要糧食作物之一，由于全球氣候變化和水資源日益短缺，干旱缺水已成為影響小麥增產(chǎn)的最重要非生物限制因素[3]。大量研究表明，由于耗水特性和生理特點的差異，不同品種小麥對水分虧缺的敏感程度不一樣[4]。目前，國內(nèi)外對小麥栽培品種在不同水分條件下的反應(yīng)作了大量的研究，但是對原始品種和現(xiàn)代品種、水地品種和旱地品種在不同水分條件下的反應(yīng)差異研究較少，因此本實驗從品種進(jìn)化和抗旱性差異兩個方面選用了3個品種，通過比較其在不同水分條件下的生長發(fā)育和產(chǎn)量變化及其規(guī)律，以期為旱地小麥高產(chǎn)高效栽培提供一些理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

本實驗采用原始品種栽培二粒、現(xiàn)代品種西農(nóng)9871(敏感性品種)、長武134(耐旱性品種)，各品種基本屬性見表1。

1.2 實驗處理

實驗于2009年10月-2010年6月在水土保持研究所大型活動防雨棚內(nèi)和棚外田間進(jìn)行。每個小區(qū)面積為3 m×2.2 m，小區(qū)間用2 m高的水泥墻隔開，以防止水分滲出和相互滲入。小麥株行距為2 cm×20 cm(點播)。棚內(nèi)進(jìn)行干旱處理(不灌水處理)和拔節(jié)期灌水600 m3/hm2(灌一水處理)，棚外進(jìn)行充分灌水處理(根據(jù)降雨情況隨時保持土面濕潤，每次灌水量根據(jù)小區(qū)土壤的水分含量，達(dá)到1 m土層內(nèi)的土壤含水量保持在田間持水量的75%±5%范圍。3個品種，每品種3個水分處理，每處理重復(fù)3次，共27小區(qū)，隨機(jī)排列。

表1 實驗材料及屬性

1.3 測定項目及方法

1.3.1 單株分蘗數(shù) 分別在拔節(jié)期、開花期、灌漿期和收獲期時每個小區(qū)內(nèi)取1 m2面積，依據(jù)點播時的株距和行距確定其基本苗數(shù)，數(shù)其分蘗，根據(jù)單株分蘗=分蘗總數(shù)/基本苗數(shù)，算出該小區(qū)的單株分蘗數(shù)。

1.3.2 株高 采取定株測量的方法，每個品種的每個處理固定10株小麥，分別在拔節(jié)期、開花期、灌漿期、收獲期測定其主莖高。植株高度抽穗前以地面至心葉葉尖為準(zhǔn)，抽穗后量至穗尖。

1.3.3 耗水量 小區(qū)耗水量由水量平衡公式計算:

式中:ET——耗水量(mm);R——生育期降水量(mm)(降雨量用放置于田間的雨量筒測得);I——灌水量(mm);ΔW——土壤貯水量的減少量(mm)(用中子儀測定的播種前和收獲后小區(qū)的土壤含水量之差，每小區(qū)測2 m深度，0～1 m每10 cm測一次，1～2 m每20 cm測一次)。

1.3.4 產(chǎn)量 收獲時，各小區(qū)取1 m2面積的小麥，人工脫粒，風(fēng)干稱重。將單位面積的產(chǎn)量轉(zhuǎn)化為kg/hm2。

1.3.5 水分利用效率(WUE)

式中:Y——小麥籽粒產(chǎn)量(kg/hm2);ET——田間耗水量(mm)。

1.4 數(shù)據(jù)整理

采用SAS-V8處理軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析，新復(fù)極差法檢驗處理間的差異顯著性水平(P＜0.05差異顯著，P＜0.01差異非常顯著)。

2 結(jié)果分析

2.1 單株分蘗

隨著小麥的生長發(fā)育，無效分蘗逐漸死亡，分蘗呈遞減趨勢，到收獲期最低。如圖1所示:在不灌水處理下，西農(nóng)9871和長武134的分蘗從拔節(jié)期到開花期迅速減少，開花期后減少緩慢，栽培二粒分蘗在整個生育期直線減少。收獲期栽培二粒的分蘗最小，長武134最大，說明當(dāng)水分虧缺時原始品種比現(xiàn)代品種無效分蘗多。與不灌水相比灌一水處理下，西農(nóng)9871和長武134的分蘗隨著小麥生長發(fā)育緩慢減少，栽培二粒從拔節(jié)期到開花期迅速減少，開花期后減少緩慢，說明拔節(jié)期灌水可以防止小麥分蘗迅速減少。充分灌水下，三個品種分蘗從拔節(jié)期到開花期迅速減少，到開花期后減少的速度逐漸緩慢，整個生育期的單株分蘗數(shù)依次為:西農(nóng)9871＞長武134＞栽培二粒。收獲期小麥分蘗圖反映了充分灌水下分蘗最大，栽培二粒小麥灌一水比不灌水分蘗大，而西農(nóng)9871和長武134不灌水處理下的分蘗大于灌一水，說明原始品種的分蘗對水分依賴大于現(xiàn)代品種，同時拔節(jié)期灌水不能增加現(xiàn)代品種的分蘗，只能減緩無效分蘗死亡的速度。

2.2 株高

株高是表現(xiàn)水分條件對作物形態(tài)影響的一個重要指標(biāo)，不同品種的小麥株高受水分條件影響有差異。如圖2所示，長武134在拔節(jié)期株高略高于栽培二粒和西農(nóng)9871，隨著小麥的生長發(fā)育，株高逐漸增加。開花期后栽培二粒生長迅速，到灌漿期株高明顯大于其他兩個品種。長武134在整個生育期內(nèi)株高均大于西農(nóng)9871，收獲期3個品種的株高依次為:栽培二粒＞長武134＞西農(nóng)9871。同時從收獲期株高圖中得出:小麥的株高隨著灌水量的增加而增加，其中，栽培二粒的株高在3個水分處理下差異顯著，而西農(nóng)9871和長武134灌一水和不灌水處理下株高基本沒有差異，說明原始品種的株高受水分影響大，同時，拔節(jié)期灌水不能增加現(xiàn)代品種的株高。

圖1 水分條件對不同品種單株分蘗的影響

圖2 水分條件對不同品種株高的影響

2.3 耗水量

3個品種不同水分處理下的總體耗水量依次為:充分灌水＞灌一水＞不灌水，灌水量增大，耗水量增加，同時，不同品種的同一水分處理之間又有差異。在不灌水和灌一水處理下，長武134的耗水量最大，栽培二粒和西農(nóng)9871耗水量較小且兩個水分處理之間差異不大;在充分灌水處理下，栽培二粒耗水量最大，西農(nóng)9871和長武134的耗水量之間沒有顯著差異。說明在水分虧缺時旱地品種耗水量大于原始品種和水地品種，而水分充足時原始品種的耗水量要大于現(xiàn)代品種。因此耗水量因水分處理和品種的不同而存在差異。

2.4 產(chǎn)量與水分利用效率

千粒重是小麥產(chǎn)量構(gòu)成中一個重要指標(biāo)。3個品種不同水分處理下千粒重的總體趨勢是:充分灌水＞灌一水＞不灌水。其中，栽培二粒的千粒重最小，同時各水分處理間差異不顯著，說明水分對原始品種的千粒重影響較小。西農(nóng)9871與長武134千粒重在充分灌水處理與其它兩種水分處理方式相比差異非常顯著(P=0.004 5)，而灌一水與不灌水處理差異不大，說明水分對現(xiàn)代品種的千粒重影響較大，但拔節(jié)期灌水不能顯著提高小麥的千粒重。

不同水分條件下產(chǎn)量變化趨勢和千粒重保持一致，依次為充分灌水＞灌一水＞不灌水。栽培二粒在3種水分條件下產(chǎn)量顯著不差異，但長武134和西農(nóng)9871充分灌水下產(chǎn)量是其他兩處理的兩倍，不灌水和灌一水時產(chǎn)量差異不顯著。說明水分對產(chǎn)量的影響很大，但拔節(jié)期灌水不能顯著提高小麥產(chǎn)量。

水分利用效率(WUE)是植物節(jié)水抗旱高產(chǎn)的一個重要指標(biāo)，是植物利用水分合成生物產(chǎn)量能力的體現(xiàn)。WUE受產(chǎn)量和耗水量的制約，因此，小麥的WUE因耗水量和產(chǎn)量差異而不同。

如表2所示，栽培二粒的WUE在灌一水處理下最大，充分灌水最小;西農(nóng)9871的WUE不灌水處理下最大，充分灌水時最小;長武134的WUE在不灌水處理下最大，灌一水時最小;說明產(chǎn)量的增加并不能提高小麥的WUE，而適度的干旱卻能提高小麥的WUE。

表2 不同品種小麥產(chǎn)量和水分利用效率在不同水分條件下的差異

3 討論與結(jié)論

研究表明，小麥的分蘗受水分條件的影響，并且隨著灌水量的增加而增加[5]，本實驗得出相同的結(jié)論，同時還發(fā)現(xiàn)原始品種的分蘗對水分依賴大于現(xiàn)代品種。

小麥的株高受水分影響大，起身水與拔節(jié)水對株高的影響最為顯著[6]。本實驗得出小麥株高隨灌水量增加而增加，但拔節(jié)期灌水對現(xiàn)代品種株高的影響不顯著，這可能與本實驗小麥在拔節(jié)期時外界氣溫低于往年有關(guān)，氣溫低時小麥生長緩慢，株高隨水分增加不顯著。還有研究表明，栽培二粒小麥在不同水分處理下株高差異很顯著說明原始品種的株高受水分制約大于現(xiàn)代品種[8]。本實驗也得出栽培二粒在不同水分處理下株高差異顯著，而西農(nóng)9871和長武134小麥在不同水分處理下株高差異不顯著。

拔節(jié)期是小麥需水的重要時期，冬小麥拔節(jié)期灌水可取得明顯的增產(chǎn)效果[11]。本實驗得出拔節(jié)期灌水可以提高小麥的產(chǎn)量，但是與不灌水相比差異不顯著，這與本實驗拔節(jié)期外界溫度低，同時整個生育期陰雨天氣多，光合弱有關(guān)。有研究發(fā)現(xiàn)，同一作物的不同品種在高效用水方面也存在著較大的生理和遺傳差異，其產(chǎn)量、耗水量、水分利用效率(WUE)之間存在很大的調(diào)節(jié)余地[9]。黃明麗等[10]通過盆栽實驗也得出隨染色體倍性的增加，產(chǎn)量卻顯著增加。Siddique[12]與張歲岐[13]等認(rèn)為現(xiàn)代小麥品種的產(chǎn)量、水分利用效率較古老品種高的原因與其快速生長、開花早、冠層結(jié)構(gòu)改善和高的收獲指數(shù)有關(guān)。同時不同的水分條件下原始品種產(chǎn)量的差異較小，而現(xiàn)代品種產(chǎn)量差異很大，幾乎達(dá)到50%。說明現(xiàn)代品種的產(chǎn)量受水分影響大于原始品種。在本實驗得出栽培二粒的產(chǎn)量顯著低于西農(nóng)9871和長武134，同時隨著灌水量的增加，4n-6n的進(jìn)化過程中，冬小麥整株水平上的WUE也呈遞增趨勢，現(xiàn)代品種WUE高于原始品種，最高相差50%左右。

小麥生長發(fā)育受水分影響較大，分蘗、株高、產(chǎn)量隨水分供應(yīng)的增加而增加，但是拔節(jié)期灌水對小麥生長發(fā)育及產(chǎn)量構(gòu)成的影響不顯著。本實驗只進(jìn)行了3個水分處理，同時也只設(shè)定在拔節(jié)期灌水，是否其他生育期灌水會顯著影響小麥生長發(fā)育和產(chǎn)量構(gòu)成則有待于進(jìn)一步的研究。

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