穴播栽培對冬小麥生理特性及干物質積累的影響

羅宏博,海江波,2,白銀萍，邵玉偉，平亞琴

(1.西北農(nóng)林科技大學 農(nóng)學院，陜西楊凌　712100；2.農(nóng)業(yè)部西北黃土高原作物生理生態(tài)與耕作重點實驗室，陜西楊凌　712100)

穴播栽培對冬小麥生理特性及干物質積累的影響

羅宏博1,海江波1,2,白銀萍1，邵玉偉1，平亞琴1

(1.西北農(nóng)林科技大學 農(nóng)學院，陜西楊凌712100；2.農(nóng)業(yè)部西北黃土高原作物生理生態(tài)與耕作重點實驗室，陜西楊凌712100)

摘要為進一步明確穴播栽培對冬小麥生理特性及產(chǎn)量的影響，以‘西農(nóng)8727’小麥品種為材料，采用田間試驗對比分析3種栽培方式(穴播、溝播、條播)下小麥生理特性及產(chǎn)量的差異。結果表明：穴播栽培條件下小麥葉片SPAD值及凈光合速率(Pn)在其各生育時期均大于溝播和條播栽培；穴播栽培可促進小麥灌漿期灌漿速率、縮短灌漿歷程,且灌漿速率在花后20 d達到最大，最大灌漿速率穴播比條播和溝播分別高13.9%、42.6%；各生育時期平均單株地上、地下部分干質量穴播均大于溝播和條播。產(chǎn)量表現(xiàn)為穴播>溝播>條播, 穴播和溝播分別比條播增產(chǎn)7.77%、4.55%，但各處理間產(chǎn)量差異不顯著?？梢?，穴播栽培會對冬小麥的生理特性產(chǎn)生積極影響并增加產(chǎn)量，但在水熱資源較好的關中地區(qū)對冬小麥最終產(chǎn)量影響不大。

關鍵詞冬小麥；穴播栽培；生理特性；干物質積累

栽培技術對小麥單產(chǎn)的提高和品質的穩(wěn)定性有很大影響[1-3]。小麥穴播栽培以甘肅的全膜覆土穴播技術為主，其廣泛應用于年降水量小于600 mm的西北干旱、半干旱地區(qū)[4-6]。大量研究表明，全膜覆土穴播技術對冬小麥生理特性及產(chǎn)量方面有積極的影響，且在越干旱的地區(qū)增產(chǎn)效益越顯著，但大部分研究都集中在地膜覆蓋方面，就單一的穴播栽培方式對作物的影響方面的研究很少[7-10]。也有研究表明，旱作區(qū)露地穴播也可以增加小麥的產(chǎn)量[11-12]。

為了進一步明確穴播栽培對冬小麥產(chǎn)量的影響以及適用區(qū)域，本試驗基于關中地區(qū)年降雨量為600 mm左右的事實，從生產(chǎn)實際出發(fā)通過對冬小麥在露地穴播、溝播和條播3種栽培條件下的生理特性和干物質積累進行分析研究，以期探究露地穴播栽培對冬小麥生產(chǎn)的關鍵影響因子以及該栽培措施在關中地區(qū)的適用性，為冬小麥的高產(chǎn)優(yōu)質高效栽培提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗材料

供試小麥品種為西北農(nóng)林科技大學小麥研究中心提供的‘西農(nóng)8727’，試驗于2014年10月在西北農(nóng)林科技大學北校區(qū)農(nóng)作一站試驗地進行，試驗地前茬作物為玉米，收獲后旋耕2次整地。試驗地位于東經(jīng)108°5′, 北緯34°18′, 年均降雨量640 mm , 多年平均氣溫為13 ℃, 平均日照時數(shù)為2 164 h, 年總輻射量480.7 kJ·cm-2。試驗地土壤為土婁土, 耕層土壤養(yǎng)分質量分數(shù)為：有機質15.87 g·kg-1,全氮0.67 g·kg-1, 銨態(tài)氮8.81 mg·kg-1, 硝態(tài)氮72.95 mg·kg-1,速效磷13.24 mg·kg-1, 速效鉀189.91 mg·kg-1，pH為8.28。

1.2試驗設計

以播種方式為影響因素，設穴播(T1)、溝播(T2)、條播(T3)3個處理，重復3次，采用拉丁方設計隨機排列。小區(qū)面積24 m2，各小區(qū)間起壟,實際播種18行、行距20 cm、播量180 kg·hm-2、播種深度3～5 cm。 其中，穴播用穴播器人工播種，穴距12 cm、穴粒數(shù)為每穴10粒；溝播用開溝器人工開溝起壟，壟高8～10 cm，溝距20 cm于溝中撒播；條播用條播機播種。于2014-10-06播種，各處理施肥水平相同，尿素[w(N)=46%]、磷酸二銨[w(N)=18%,w(P2O5)=46%]各150 kg·hm-2均以基肥的形式于翻地前一次性施入，田間按一般高產(chǎn)田管理。

1.3測定項目與方法

葉綠素相對含量SPAD值的測定：于小麥分蘗、孕穗、開花、灌漿期采用日本美能達公司生產(chǎn)的SPAD-502型葉綠素儀快速測定，測定時選擇無機械損傷、無病蟲害的綠色葉片，將葉綠素儀的透光孔置于葉緣和葉脈之間的中間部位。分蘗期測倒一葉，孕穗至灌漿期測旗葉，每小區(qū)測定5片葉，結果取其平均值。

凈光合速率(Pn)的測定：返青期、拔節(jié)期各小區(qū)選擇生長一致的倒一葉，孕穗期至灌漿期選擇旗葉進行掛牌標記，于晴天9: 00-11: 00用Li-6400 便攜式光合作用測定儀( 美國LI- COR公司) , 在光強1 200 μmol·m-2·s-1下測定，各小區(qū)測量3～5片葉，結果取其平均值。

干物質積累測定：于分蘗期開始以后各生育時期，從各個小區(qū)隨機選取30株長勢均勻的小麥植株掛牌標記，在樣株主莖距四周各10 cm處用鐵鍬垂直下挖40 cm，將所挖區(qū)域里所有植株及土塊全部裝入網(wǎng)袋，用水沖洗干凈后再將所需樣株分離。依此方法在各小區(qū)共取30株并平均分成3份，按地上部分(葉和葉鞘、莖、穗)和地下部分(根)進行分離，在105 ℃下殺青30 min后，在80 ℃烘箱中烘干至恒質量，分別稱量其干質量，3次 重復取其平均值。

籽粒灌漿速率測定：從開花后第5 天開始，每5 d取樣1次，每次從每個小區(qū)隨機取大小長勢相同的30個單穗，剝出粒數(shù)計數(shù)1 000粒，在105 ℃烘箱中殺青30 min，80 ℃烘干至恒質量，烘干后稱干質量(精確到0.01 g)，計算不同處理小麥灌漿期灌漿速率，并記錄干物質增長過程、灌漿歷程、籽粒質量的增長動態(tài)。

產(chǎn)量測定：各小區(qū)全區(qū)收獲、晾曬、脫粒、計產(chǎn)并折算公頃產(chǎn)量。其中，在收獲前于各小區(qū)取1 m2重復3次，測定小麥成穗數(shù);各小區(qū)重復3次選擇有代表性的小麥樣株15株, 手工脫粒測定穗粒數(shù)和千粒質量(2次的質量相差小于0.5 g) 。

采用 Excel 2003 和 SPSS 17進行處理分析數(shù)據(jù)。

2結果與分析

2.1不同處理對冬小麥生理特性的影響

2.1.1葉片葉綠素相對含量SPAD值從圖1可以看出，小麥整個生育期不同處理條件下葉片SPAD值的變化趨勢相同，均呈單峰曲線變化，分蘗期到孕穗期迅速增加，孕穗期達到最大，之后又緩慢減小，這與張秋英等[13]研究結果一致。本試驗中，小麥葉片SPAD值在同一生育時期不同處理間存在差異， T1處理下各生育時期葉片SPAD值均大于T2和T3。其中，分蘗期T1比T2和T3分別大9.01%和11.28%，其他各生育時期各處理間差距均小于5%，各生育時期中除了孕穗期T1與T2之間葉片SPAD值無顯著性差異外，其他各生育時期T1與T2和T3差異顯著，T2與T3差異不顯著，由此可以說明，小麥生長前期T1栽培模式有利于提高葉片葉綠素SPAD值，生長后期有助于保持較高的水平，延緩葉片衰老。

不同小寫字母表示處理間差異達顯著性水平(P<0.05)，下同。The values with in a same column mean difference significant (P<0.05),respectively,the same as in the following figures.

圖1不同處理條件下小麥葉片相對葉綠素SPAD值的變化

Fig.1Changes of leaf relative chlorophyllSPADvalue of wheat under the different treatments

2.1.2葉片凈光合速率光合速率大小和高光合速率持續(xù)期時間的長短對于小麥干物質積累有其重要影響。由圖2可知，在不同種植模式下，返青期到灌漿期，葉片的Pn呈現(xiàn)單峰曲線變化，且在孕穗期達到最大，T1、T2和T3最大Pn分別為24.10、23.66和23.41 μmol·m-2·s-1，且各處理間無顯著性差異。

各生育時期中，T3處理下葉片的Pn在拔節(jié)期和開花期大于T2，而其他生育時期均小于T2，這可能是由于測量過程中操作儀器不規(guī)范，比如葉片沒夾好，或者葉片被扯斷等原因造成的。返青期和抽穗期葉片Pn：T1與T2之間差異不顯著，T1與T3之間差異顯著，T2與T3之間差異不顯著；拔節(jié)期：T1與T2之間差異顯著，T1與T3之間差異不顯著，T2與T3之間差異不顯著；開花期：各處理間差異均顯著；孕穗期和灌漿期：各處理間差異均不顯著。由此可以說明T1栽培模式可以提高小麥葉片的Pn，但與其他2種栽培方式相比并不顯著。

2.1.3灌漿期籽粒千粒質量和灌漿速率由圖3-A可以看出，花后35 d內(nèi)各處理條件下籽粒千粒質量均呈現(xiàn)“S”型變化趨勢，籽粒千粒質量在花后5～20 d內(nèi)迅速增加，20 d后增加速率逐漸減慢，但籽粒千粒質量一直在增加，30 d后T1和T3處理基本趨于穩(wěn)定不再增加，而T2處理還在緩慢增加?；ê?～15 d各處理籽粒千粒質量差異不大，第15天時達到相等，15 d以后T1條件下的籽粒千粒質量明顯大于T2和T3。

圖2　不同處理條件下小麥葉片凈光合速率的變化

圖3　不同處理條件下灌漿期小麥籽粒千粒質量(A)和灌漿速率(B)的變化

由圖3-B可以看出,各處理條件下灌漿速率均表現(xiàn)為單峰曲線變化趨勢。小麥揚花后灌漿速率迅速增大，各處理均在花后15～20 d灌漿速率均達到最大，最大灌漿速率T1為3.45 g·d-1，T3為3.03 g·d-1，T2為2.42 g·d-1，T1比T3和T2分別大13.9%、42.6%， T3比T2大25.2%。花后20～30 d各處理條件下灌漿速率均呈下降趨勢，但T2處理下的灌漿速率大于T1和T3，花后30～35 d T1和T3處理灌漿基本結束而T2還在繼續(xù)。

圖3說明，栽培措施影響籽粒千粒質量和灌漿速率的變化。T1處理有助于提高小麥籽粒的灌漿速率，縮短灌漿歷程，增加千粒質量。

2.2不同處理對單株小麥干物質積累的影響

2.2.1單株小麥地上部分總干物質及各營養(yǎng)器官干物質積累由圖4、5可以看出莖、葉和葉鞘的干質量均呈現(xiàn)單峰曲線變化趨勢。莖干質量T1和T2在灌漿期達最大，T3在開花期達最大，開花期前T1≈T3>T2，開花期到成熟期T1≈T2>T3；葉和葉鞘的干質量各處理均在開花期達到最大，且T1>T2≈T3。從圖6可以看出，各處理條件下穗的干物質質量從抽穗期到成熟期一直增加，成熟期穗達最大，且開花期至成熟期穗部干物質積累速度最快。由圖7可以看出，各處理地上部分總干質量在整個生育期一直增加，各生育時期T1處理均大于T2和T3處理，地上部分總干質量在成熟期達最大，且T1比T2和T3分別高5.6%和12.1%。分析圖4可以得出，干物質主要積累在穗部。在各生育時期T1地上部分總干質量均大于T2和T3。拔節(jié)、抽穗和開花期T3>T2，灌漿和成熟期T2>T3。灌漿期前地上部分干物質積累各處理間差異均不顯著，灌漿期后T1與T3間差異顯著。由此說明，栽培方式對小麥地上部分干物質積累的影響主要在灌漿期，且對籽粒干質量的影響最大，就3種栽培方式而言，T1處理對冬小麥地上部分干物質積累的影響較T2與T3顯著。

圖4　不同處理條件下單株小麥莖干質量的變化

圖5　不同處理條件下單株小麥葉和葉鞘干質量的變化

圖6　不同處理條件下單株小麥穗干質量的變化

2.2.2單株小麥地下部分干物質積累小麥根系是小麥生長發(fā)育的基礎， 其根數(shù)量和質量的變化直接影響著小麥對水分和養(yǎng)分的吸收、運輸和利用。在小麥生長發(fā)育的各生育時期對根干質量進行測量，以判斷根的生長狀況。由圖8可以看出，從分蘗期到成熟期各處理平均單株小麥根干質量呈現(xiàn)為先急速增大而后緩慢減小的趨勢，分蘗期至抽穗期迅速增加，抽穗期至灌漿期變化較小。T1處理單株小麥根干質量最大值出現(xiàn)在灌漿期，T2和T3處理最大值均出現(xiàn)在開花期， T1、T2、T3處理下的最大值分別為1.337、1.356和1.161 g，T1比T3大0.176 g，T2比T1大0.019 g，T2比T3大0.195 g。開花期至成熟期平均單株小麥根干質量T1處理基本保持不變，T2和T3處理逐漸減小。抽穗前單株小麥根干質量各處理間差異性不顯著，抽穗后至成熟期T1與T2間差異不顯著，T1較T3差異顯著。說明，栽培方式影響小麥根系的生長，且T1處理有助于小麥根系的生長。

圖7　不同處理條件下單株小麥地上部分總干質量的變化

圖8　不同處理條件下單株小麥根干質量的變化

2.3不同處理對小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構成的影響

從表1可以看出，不同處理間穗數(shù)差異較大， T1處理比T2與T3處理分別增加了13.358×104hm-2和33.360×104hm-2，T1、T2與T3之間差異顯著，但穗粒數(shù)和千粒質量基本沒有變化。產(chǎn)量T1>T2>T3，T1比T3與T2分別增產(chǎn)7.77%、2.93%，T2比T3增產(chǎn)4.55%，但各處理間無顯著性差異。以上結果說明，不同的栽培方式影響小麥的產(chǎn)量構成及產(chǎn)量，但在水熱條件較好的關中地區(qū)，T1處理通過增加每667 m2穗數(shù)來提高小麥產(chǎn)量，但增產(chǎn)效益并不明顯。所以在水熱條件較好的地區(qū)，T1栽培方式對作物產(chǎn)量的影響不大，不具有適用性。

表1　不同處理條件下冬小麥的產(chǎn)量及產(chǎn)量構成

3討 論

小麥生長發(fā)育期間，葉片葉綠素質量分數(shù)直接影響小麥光合速率及光合產(chǎn)物的形成，而光合作用又是作物產(chǎn)量形成的物質基礎，所以，葉片葉綠素質量分數(shù)和凈光合速率的大小對小麥最終產(chǎn)量的高低具有十分重要的意義。楊靖東等[14]研究表明，葉綠素質量分數(shù)也是合理栽培措施的重要評價指標。張志鵬等[15]研究表明，小麥花后冠層葉的葉綠素質量分數(shù)與葉片凈光合速率、產(chǎn)量及其構成要素之間均呈極顯著正相關。王成雨等[16]研究表明，小麥籽粒產(chǎn)量的80%左右是來自于花后冠層葉片光合作用的產(chǎn)物。武永勝等[17]研究表明，旗葉是小麥生育后期冠層的主要功能葉，其對成熟時籽粒干物質的貢獻率達30%。也有研究表明，不同的栽培模式對小麥花前、花后各營養(yǎng)器官干物質積累和轉運的影響是不同的[18-19]。本試驗表明，不同的栽培模式對冬小麥光合生理特性及產(chǎn)量的影響不同。在整個生育時期，3種栽培模式下冬小麥各生理特性的變化趨勢基本一致，但穴播栽培對其各生理特性的影響均優(yōu)于溝播和條播。其中，分蘗期葉片SPAD值穴播比溝播和條播分別大9.01%、11.28%，灌漿期最大灌漿速率穴播比溝播和條播分別大42.6%、13.9%，成熟期地上部分總干質量穴播比溝播和條播分別大5.6%、12.1%。這可能是由于穴播栽培確保了播種質量，避免溝播與條播播種出現(xiàn)少播、漏播的現(xiàn)象，保證了群體數(shù)量與質量。因為穴播具有增溫保墑的作用，促進種子的萌發(fā)，提高出苗率和麥苗前期的生長，有利于冬前達到“全苗、壯苗”的要求。而且，穴播栽培中行與行、穴與穴之間留具有一定的距離，有利于通風透氣、增加田間CO2濃度、增大透光率，提高下部葉片的光合能力和群體的光能利用效率，協(xié)調(diào)個體與群體之間的競爭，為增加葉片葉綠素質量分數(shù)、花后營養(yǎng)器官干物質積累及提高光合及灌漿速率奠定基礎。

有研究表明，栽培方式可改變作物的群體結構，進而影響植株個體的光合生理特性以及最終的產(chǎn)量[20]。栽培措施影響作物的成穗數(shù)和穗粒數(shù)，但對千粒質量影響不大，產(chǎn)量的提高是通過增加穗數(shù)和穗粒數(shù)得以實現(xiàn)的[21]。也有研究表明，在確保合理種植密度的條件下，產(chǎn)量的提高是通過增加穗粒數(shù)和千粒質量來實現(xiàn)的[22-24]。本試驗研究表明：相同播量的同一冬小麥品種在3種不同栽培模式下，成穗數(shù)不同是產(chǎn)量差異的主要原因，這與前人研究的結果部分相同，其中，穴播栽培的成穗數(shù)最高，溝播次之，條播成穗數(shù)最低。最終產(chǎn)量為穴播>溝播>條播，穴播和溝播分別比條播增產(chǎn)7.77%、4.55%，但各處理間差異不顯著，這與前人有關結論不同，主要是由于關中地區(qū)水熱條件明顯優(yōu)于甘肅地區(qū)，而使穴播與溝播蓄水、保墑、增溫的優(yōu)勢沒有凸顯出來，而且2個地區(qū)栽培的冬小麥品種也不一樣，這也許成為產(chǎn)量沒有差異的一個原因。另外，本試驗沒有涉及到在關中地區(qū)穴播栽培條件下不同行距、穴距、穴粒數(shù)以及不同栽培方式下不同品種的研究，因此還需要進一步的探究。

4結 論

冬小麥穴播栽培與溝播和條播相比，有助于小麥葉片在各生育時期保持較高的葉綠素質量分數(shù)，提高凈光合速率，增大灌漿速率、縮短灌漿歷程，促進干物質的積累，從而增加了產(chǎn)量，但在年降雨量為600 mm左右的關中地區(qū)對小麥的各項生理指標和增產(chǎn)效益并不顯著，所以在水熱條件較好的地區(qū)，冬小麥穴播栽培不具有適應性。

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Received 2015-10-26Returned2015-11-29

First authorLUO Hongbo, male, master student. Research area:efficient cropping system.E-mail:luohongbo2013@126.com

(責任編輯：成敏Responsible editor:CHENG Min)

Effect of Dibbling Cultivation on Physiological Characteristics and Dry Matter Accumulation of Winter Wheat

LUO Hongbo1, HAI Jiangbo1,2,BAI Yinping1,SHAO Yuwei1and PING Yaqin1

(1.College of Agromony,Northwest A&F University, Yangling Shaanxi712100, China; 2.Key Laboratory of Crop Physiecology and Tillage in Northwestern Loess Plateau, Minister of Agriculture, Yangling Shaanxi712100, China)

AbstractIn order to explore the effect of dibbling cultivation on physiological characteristics and yield of winter wheat in the Guanzhong area of Shaanxi province,‘Xinong 8727’ was used as material and three cultivation methods of dibbling, trench sowing and drilling were set. The results showed that the chlorophyll SPAD value and net photosynthetic rate (Pn) of dibbling wheat leaf were higher than those of furrow sowing and seeding cultivation in the different growth period.Dibbling cultivation had promoted the grouting rate of wheat in seed-filling stage and shorted the seed-filling process. Grouting rate reached maximum in the 20 days after flowering and compared dibbling with drilling and trench sowing the maximum grouting rate were increased 13.9% and 42.6% respectively. The average individual dry mass of the ground and underground part the dibbling was higher than that of trench sowing and seeding among the growth period.Theoretical yield was sequenced as dibbling > trench sowing > drilling. The yield of dibbling cultivation was increased 7.77% and 4.55% respectively, compared dibbling with trench sowing and drilling. Dibbling can improve wheat production, but the difference was not significant. In conclusion, dibbling cultivation has the effect on physiological characteristic and yield components of winter wheat, but little influence on wheat production in the Guanzhong area of Shaanxi province.

Key wordsWinter wheat; Dibbling cultivation; Photosynthetic characteristics; Dry matter accumulation

收稿日期：2015-10-26修回日期：2015-11-29

基金項目：國家高技術研究發(fā)展計劃(2013AA102902)。

通信作者：海江波，男，碩士生導師，主要從事高效農(nóng)作制度及農(nóng)業(yè)生態(tài)的研究。E-mail:haijiangbo@126.com

中圖分類號S512.1+1

文獻標志碼A

文章編號1004-1389(2016)06-0841-08

Foundation itemNational High Technology Research and Development Program(No.2013AA102902). HAI Jiangbo, male, master supervisor.Research area:efficient farming system and ecological agriculture.E-mail:haijiangbo@126.com

網(wǎng)絡出版日期：2016-06-01

網(wǎng)絡出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1220.S.20160601.0914.016.html

第一作者：羅宏博，男，碩士研究生，研究方向為高效種植制度。E-mail:luohongbo2013@126.com