滴灌量對冬小麥籽粒灌漿特性的影響研究

張 娜, 張永強, 仵妮平, 吳培杰, 程雪峰, 張 波, 徐文修

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院, 烏魯木齊830052)

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滴灌量對冬小麥籽粒灌漿特性的影響研究

張 娜, 張永強, 仵妮平, 吳培杰, 程雪峰, 張 波, 徐文修

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院, 烏魯木齊830052)

為優(yōu)化滴灌冬小麥灌溉制度，于2012—2013年、2013—2014年連續(xù)兩年在伊寧縣采用單因子隨機區(qū)組試驗設(shè)計，并運用Logistic方程模擬，研究3 000(處理A)，3 750(處理B)，4 500(處理C) m3/hm2三個滴灌量對冬小麥灌漿特性的影響。結(jié)果表明：兩年試驗冬小麥不同處理平均千粒重分別為48.35，50.27，52.17 g，不同年份不同處理灌漿各階段持續(xù)時間均為緩增期(T3)>速增期(T2)>漸增期(T1)，其平均速率分別為1.25，1.92，0.54 mg/d，各階段平均干物質(zhì)累積貢獻率分別為12.68%，60.90%，26.43%。隨著滴灌量的增加，灌漿持續(xù)時間延長3～7 d不等，平均灌漿速率減小2.88%～16.79%。3個處理中，處理B具有較高的平均灌漿速率1.21 mg/d，較處理A僅降低了3.41%，較處理C增加了12.25%，適當延長了灌漿時間，但又不致貪青晚熟，較處理C節(jié)水750 m3/hm2，可作為大田生產(chǎn)參考。將灌漿參數(shù)與粒重進行相關(guān)分析得出，多數(shù)參數(shù)間存在顯著或極顯著相關(guān)關(guān)系，其中，平均灌漿速率、最大灌漿速率、灌漿持續(xù)期，尤其是速增期與緩增期的持續(xù)時間以及它們期間的灌漿速率都與粒重存在著顯著或極顯著相關(guān)性。

滴灌量; 冬小麥; 灌漿特性

作為對密植作物灌溉的一次改革，麥田滴灌技術(shù)由于增產(chǎn)節(jié)水效果顯著，促使其種植面積不斷擴大，現(xiàn)已成為新疆小麥節(jié)水技術(shù)重點推廣項目之一，但新疆滴灌小麥大田種植當中也存在滴水量和滴水次數(shù)偏多、缺乏相應(yīng)的優(yōu)化灌溉制度等問題，從而致使滴灌小麥產(chǎn)量、經(jīng)濟效益未能充分發(fā)揮。小麥的產(chǎn)量是由基因型、環(huán)境及栽培措施等多種因素共同決定的[1-3]，而小麥籽粒的灌漿特性與其產(chǎn)量關(guān)系又密切相關(guān)，因此，明確特定地區(qū)滴灌量對冬小麥籽粒灌漿特性的影響，對制定滴灌冬小麥目標產(chǎn)量及優(yōu)化灌溉制度有著重要意義。

小麥灌漿特性受到自身生物學(xué)規(guī)律與外界環(huán)境條件的共同影響，與此同時，小麥的灌漿也因氣候、土壤、田間管理等環(huán)境因素的變化而產(chǎn)生差異，籽粒灌漿作為小麥產(chǎn)量形成的最終過程，可以將小麥的品種特性及環(huán)境條件所產(chǎn)生效應(yīng)集中體現(xiàn)出來，因此，水分對小麥生產(chǎn)的影響也必然在灌漿進程中得以體現(xiàn)。迄今，前人已在溫度[4]、水分[5-7]、肥料[8-9]、播期[10-11]、密度[12]、行距配置[13]、灌溉方式[14]等方面對小麥籽粒灌漿過程進行了研究，關(guān)于水分對小麥灌漿特性的影響雖有較多報道[5-7]，但這些研究都是在桶栽條件或常規(guī)灌溉條件下進行，滴灌條件下小麥籽粒灌漿規(guī)律并無報道。鑒于此，本研究試圖在滴灌條件下，通過研究新疆不同灌量下冬小麥籽粒灌漿特性，探討水分調(diào)控對滴灌冬小麥籽粒灌漿特性的影響，旨在為優(yōu)化滴灌小麥高產(chǎn)栽培灌溉制度提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗于2012—2014年在新疆伊犁哈薩克自治州伊寧縣農(nóng)業(yè)科技示范園(44°N，81°E)進行，該試驗區(qū)位于伊犁河谷中部，海拔813 m，屬中溫帶干旱型內(nèi)陸山地氣候，日照年平均可達2 800～3 000 h，多年平均降水量257 mm，全年無霜期169～175 d。試驗地0—20 cm土壤耕層有機質(zhì)含量為1.56%，堿解氮69.6 mg/kg，速效磷2.5 mg/kg，速效鉀78.5 mg/kg。小麥開花至成熟階段氣象參數(shù)如表1所示。

表1 冬小麥開花至成熟階段氣象參數(shù)

1.2 田間試驗設(shè)計

試驗采用單因子隨機區(qū)組試驗設(shè)計，根據(jù)冬小麥需水特性及當?shù)貧夂驐l件，自小麥拔節(jié)后共設(shè)置3個灌水處理，分別為3 000(處理A)，3 750(處理B)，4 500(處理C) m3/hm2，各處理均重復(fù)4次，具體灌水量分配如表2所示。小區(qū)面積30 m2(5 m×6 m)，各小區(qū)進水口由水表控制灌水量，不同小區(qū)間設(shè)置1 m寬的隔離帶以防止水分外滲。冬小麥品種選用當?shù)仄毡榉N植的伊農(nóng)20號，2012年、2013年的播種日期分別為10月15日、10月18日，收獲日期分別為2013年7月2日、2014年7月11日。播種時基施磷酸二銨290 kg/hm2，并采用漫灌方式澆足底墑水，拔節(jié)期、孕穗期分別隨水滴施尿素120，105 kg/hm2。2013年滴灌冬小麥拔節(jié)水、抽穗水、揚花水及灌漿水的時間分別為4月24日、5月13日、5月23日和6月8日；2014年分別為5月2日、5月18日、5月29日和6月16日。

表2 不同處理各階段的滴灌量 m3/hm2

1.3 測試項目與方法

灌漿過程的測定。于小麥開花期選擇長勢一致同日開花的植株麥穗400個進行拴線標記，自開花后第5天起，每隔2 d隨機取標記麥穗10個，直至成熟為止。取出的籽粒在105℃下殺青20 min后在80℃下烘至恒重，隨機數(shù)出100粒用萬分之一天平測定粒重，重復(fù)3次，取3次重復(fù)的平均值用于方程的擬合。

以開花后天數(shù)(t)為自變量，千粒重(Y)為因變量，用logistic方程Y=k/(1+ae-bt)對籽粒生長過程進行模擬。其中k為最大生長量上限，a，b為常數(shù)。對logistic方程求一階導(dǎo)數(shù)，得灌漿速率方程：V(t)=dy/dt=kabe-bt/(1+ae-bt)2；同時推導(dǎo)出次級灌漿參數(shù)：籽粒平均灌漿速率(Rmean，mg/d)、灌漿持續(xù)天數(shù)(T，d)、最大灌漿速率(Rmax，mg/d)、達到最大灌漿速率的時間(Tmax，d)；同時估算灌漿過程的3個階段：漸增期、快增期和緩增期的灌漿持續(xù)天數(shù)T1，T2，T3與各階段的平均灌漿速率R1，R2，R3，此外，令logistic=0的t→0，可得出起始生長勢C0=k/(1+ea)，以此反映受精子房的生長潛勢。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用Excel和SPSS 17.0軟件對數(shù)據(jù)進行處理分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 滴灌量對冬小麥籽粒增重的影響

如圖1所示，不同年份不同滴灌量冬小麥籽粒干重變化趨勢均相似，表現(xiàn)出花后籽粒干重持續(xù)增長，灌漿速度前期增長迅速，后期趨于平緩。2014年小麥籽粒干物質(zhì)積累時間較2013年延長了8 d，干物質(zhì)積累量高出4.90%～7.45%，這可能是由于2014年春季氣溫回升慢，拔節(jié)推遲，小麥花后溫度與2013年相比較低、降雨量增大等原因所致。不同年份不同滴灌量處理間籽粒干物質(zhì)積累量均隨灌水量的增大表現(xiàn)為：前期處理A>處理B>處理C；中期處理B>處理C>處理A；后期處理C>處理B>處理A，說明灌漿期降低水分補給雖然可一定程度增加前期籽粒干物質(zhì)的積累，但持續(xù)時間較短；適當增大灌水量將有利于延長籽粒灌漿時間，促進粒重的增加；較大的灌水量雖使小麥后期仍有較大的灌漿速率，但易導(dǎo)致籽粒晚熟，影響產(chǎn)量。

進一步對兩年不同處理冬小麥的籽粒灌漿進程進行l(wèi)ogistic方程擬合(表3)，F(xiàn)檢驗結(jié)果顯示均達到了極顯著水平(p<0.01)，表明該方程能夠客觀反映不同處理冬小麥籽粒灌漿進程。此外，兩年擬合方程中k值(理論千粒重)也呈現(xiàn)出隨灌水量的增大粒重先升高后降低的趨勢，可見適宜的水分管理可充分促進籽粒干物質(zhì)的積累，水分偏低或過高均不利于籽粒的灌漿過程。

圖1 不同處理冬小麥千粒重動態(tài)變化

表3 不同處理冬小麥籽粒灌漿進程的logistic方程參數(shù)估計值

注：k為理論粒重(g/千粒)，a，b為logistic方程Y=k/(1+ae-bt)的回歸參數(shù)。

2.2 滴灌量對冬小麥籽粒灌漿階段特征的影響

由表4可知，不同灌漿階段對小麥籽粒灌漿進程的貢獻率不同，表現(xiàn)為速增期最大，緩增期次之，漸增期最小。不同灌漿階段中，緩增期持續(xù)天數(shù)最長，可占整個灌漿持續(xù)時間的42.49%～46.12%，其次為速增期，占灌漿時間的34.14%～37.06%，而漸增期所占比例最小，為16.82%～23.36%。不同處理條件下，隨著灌水量的增多，不同年份冬小麥各階段增重均表現(xiàn)出先增大后減小的趨勢；平均灌漿速率與最大灌漿速率減?。贿_到最大灌漿速率的時間延后；灌漿各階段時間均有所延長，增加時間1～4 d不等，但速增期與緩增期的灌漿速率卻隨之降低，其中處理A與處理B差異不明顯，二者與處理C有顯著差異。說明適當增加灌水量有利于延長速增期和緩增期的持續(xù)時間，尤其是速增期，對灌漿進程的貢獻率最大，因此，在保持其灌漿速率較高的前提下，延長速增期的時間，對籽粒增重的意義重大。

2.3 滴灌量與冬小麥籽粒灌漿參數(shù)的關(guān)系

對冬小麥灌漿參數(shù)與其粒重進行相關(guān)性分析可知(表5)，不同年份冬小麥粒重與Rmax，Rmean，T1，T2，T3和C0呈極顯著正相關(guān)，與R1，R2呈極顯著(2012—2013年)或顯著(2013—2014年)正相關(guān)，與Tmax呈極顯著負相關(guān)，而與R1，T1無顯著相關(guān)性。此外，Rmax，Rmean與T有顯著(2012—2013年)或極顯著(2013—2014年)負相關(guān)關(guān)系，與T2，T3和C0亦呈極顯著負相關(guān)，與R1，T1和Tmax無顯著相關(guān)性，但T2，T3與R2，R3之間卻存在顯著或極顯著負相關(guān)關(guān)系。由此可見，小麥的平均灌漿速率、最大灌漿速率、灌漿持續(xù)期，尤其是速增期與緩增期的持續(xù)時間以及它們期間的灌漿速率大小對小麥的粒重形成具有重要的影響作用。

表4 不同處理對冬小麥籽粒灌漿階段特征參數(shù)的影響

注：T1為灌漿漸增期，T2為灌漿快增期，T3為灌漿緩增期，W1為灌漿漸增期增重，W2為灌漿快增期增重，W3為灌漿緩增期增重，R1為漸增期灌漿速率，R2為快增期灌漿速率，R3為緩增期灌漿速率，Tmax為到達最大灌漿速率的時間，Rmax為最大灌漿速率，Rmean為平均灌漿速率。

表5 冬小麥灌漿參數(shù)與粒重的相關(guān)系數(shù)

注：*表示在p<0.05水平顯著，**表示在p<0.01水平顯著，T為灌漿時間，C0為生長潛勢，其余灌漿參數(shù)定義同表3。

3 討論與結(jié)論

灌漿期是小麥籽粒產(chǎn)量形成的重要時期，水分對小麥灌漿進程和粒重有著重要影響[15]，小麥灌漿期間適宜的水分狀況，不僅能減緩高溫下由于缺水引起的早衰，而且有利于光合產(chǎn)物的形成和向籽粒的轉(zhuǎn)移、貯藏，能有效提高粒重[16]。前人在常規(guī)灌溉條件下的研究結(jié)果表明，冬小麥前期干旱或是孕穗、抽穗、灌漿連續(xù)缺水都會縮短灌漿持續(xù)時間，明顯影響籽粒灌漿過程，灌漿速率峰值較水分適宜低，最終導(dǎo)致冬小麥早衰，粒重降低[5]。干旱條件下冬小麥的平均灌漿時間相對縮短，可使平均灌漿速率相應(yīng)增加，但過量供水同樣會對灌漿不利，易引起貪青晚熟，穗粒重降低[17-18]。

本試驗研究結(jié)果表明，滴灌條件下，一方面，灌水量偏低雖然提高了冬小麥漸增期的灌漿速率，但由于漸增期在整個灌漿持續(xù)期中所占比例僅為16.82%～23.36%，因此對粒重貢獻率仍然不占主導(dǎo)地位，也導(dǎo)致了灌漿持續(xù)期的縮短，灌漿進程提前結(jié)束，造成粒重降低。另一方面，水分過高有利于延長速增期和緩增期的持續(xù)時間，但相對降低了這兩個階段內(nèi)的灌漿速率、最大灌漿速率和平均灌漿速率，使得達到最大灌漿速率的時間延后，灌漿持續(xù)期天數(shù)增大，致使同期收獲時灌漿不充分，籽粒飽滿度降低，從而影響粒重。因此，確定適宜的灌水量對確保小麥植株前期具有良好群體結(jié)構(gòu)，為生殖生長奠定良好基礎(chǔ)，灌漿期適宜的水分管理有利于籽粒進程的高效持久性意義重大。本研究兩年試驗中，冬小麥整個生育期灌水量為3 750 m3/hm2的適水處理不僅保持較高的灌漿速率2.28 mg/d，與高灌水量處理相比提高了16.04%，同時在一定程度上延長了速增期與緩增期的時間，較低灌水量處理分別延長了2，1 d，又不致晚熟，可以作為大田生產(chǎn)中滴灌灌水量的參考。

有關(guān)灌漿速率和灌漿持續(xù)天數(shù)與粒重的關(guān)系長期存在爭議。有研究表明[19]，冬小麥籽粒灌漿過程即粒重的形成取決于該過程的灌漿速率，而與灌漿持續(xù)時間無顯著相關(guān)關(guān)系，也有學(xué)者認為[20]，灌漿速率與灌漿過程持續(xù)天數(shù)均與粒重呈顯著正相關(guān)，這與本試驗兩年研究結(jié)果一致，此外，本試驗結(jié)果也同時表明，速增期與緩增期及它們期間的灌漿速率對粒重也具有決定性的作用，但灌漿速率與灌漿持續(xù)期之間也存在極顯著負相關(guān)關(guān)系，這也給想要通過同時提高灌漿速率與延長灌漿持續(xù)期來增加粒重帶來難度，因此，如何協(xié)調(diào)灌漿速率與其持續(xù)時間并進增長的矛盾，有待于進一步深入研究。

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Study on the Grain Filling Characteristic of Winter Wheat Under Different Amounts of Drip Irrigation

ZHANG Na, ZHANG Yongqiang, WU Niping, WU Peijie, CHENG Xuefeng, ZHANG Bo, XU Wenxiu

(CollegeofAgronomy,XinjiangAgriculturalUniversity,Urumqi830052,China)

In order to optimize the drip irrigation of winter wheat in Yi′ning County of Xinjiang Uygur Autonomous Region, three different amounts of drip irrigation such as 3 000 (treatment A, TA), 3 750 (treatment B, TB), 4 500 (treatment C, TC) m3/hm2were conducted by using of randomized block experimental design in wheat growing seasons during the period from 2012 to 2013 and from 2013 to 2014, and the dynamics of grain filling were observed, which could be described well by Logistic equation. The result showed that the 1000-grain weights were 48.35 g, 50.27 g, and 52.17 g, respectively, over two years under different treatments. There were three phases during grain filling, namely grain-filling pyramid period (T1), grain-filling fast increase period (T2), and grain-filling slowly increase period (T3). The durations followed the sequence: T3>T1>T2, and the grain-filling rates were 1.25 mg/d, 1.92 mg/d and 0.54 mg/d, respectively. The contributions of biomass to grain were 12.68% in T1, 60.90% in T2, and 26.43% in T3, respectively. With the increase of drip irrigation, the duration of grain filling delayed 3～7 days, the mean grain filling rate decreased by 2.88%～16.79%. TB in wintering period had the higher average filling rate (1.21 mg/d), which was only 3.41% lower than TA, but 12.25% higher than TC, which did not only increased the days of grain filling but did not lead to late-maturing, but also saved 750 m3/hm2of water than TC, and could be guidance for field production. Results from correlation and regression analysis methods indicated that there were significant or very significant correlations among the most parameters, and it could be seen that mean grain filling rate, biggest filling rate, the duration of grain filling, especially T2, T3and the filling rate of their phases were significantly correlated to 1000-grain weight.

drip irrigation; winter wheat; grain filling characteristic

2014-11-10

2014-11-20

農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)專項(201103001);新疆干旱區(qū)水循環(huán)與水利用實驗室開放課題(XJYS0907-2012-04)

張娜(1989—),女,新疆奎屯人,碩士研究生,研究方向為作物高產(chǎn)生理。E-mail:xjsznn@163.com

徐文修(1962—),女,河北蠡縣人,教授,博士,博士生導(dǎo)師,主要從事耕作制度與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究。E-mail:xjxwx@sina.com

S512.1+

A 文章編號：1005-3409(2015)05-0271-05