小麥冬季低溫冷害的預(yù)防與補(bǔ)救措施初探

高翔，聶彥文，楊占平，荊恩恩，李宗震，任永哲，王志強(qiáng)，辛澤毓*，林同保*

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，河南鄭州450002;2.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物營(yíng)養(yǎng)與資源環(huán)境研究所，河南鄭州450002)

小麥冬季低溫冷害的預(yù)防與補(bǔ)救措施初探

高翔1，聶彥文1，楊占平2，荊恩恩1，李宗震1，任永哲1，王志強(qiáng)1，辛澤毓1*，林同保1*

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，河南鄭州450002;2.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物營(yíng)養(yǎng)與資源環(huán)境研究所，河南鄭州450002)

為降低冬季低溫冷害對(duì)小麥的不利影響，于2015—2016年，采用田間試驗(yàn)，調(diào)查了對(duì)照(低溫災(zāi)害頻發(fā)地區(qū)農(nóng)戶的栽培措施)、預(yù)防、補(bǔ)救3個(gè)處理小麥的產(chǎn)量及其構(gòu)成因素、土壤緊實(shí)度和呼吸速率、小麥葉片光合速率。結(jié)果顯示，預(yù)防和補(bǔ)救處理均較對(duì)照顯著提高了小麥穗數(shù)和籽粒產(chǎn)量，穗數(shù)增幅分別為129.27%和96.98%，產(chǎn)量增幅分別為266.56%和130.58%。預(yù)防處理小麥穗數(shù)和籽粒產(chǎn)量分別較補(bǔ)救處理顯著提高16.39%和58.97%。拔節(jié)期和收獲期0～20 cm土層土壤緊實(shí)度以及后期小麥旗葉光合速率均表現(xiàn)為預(yù)防處理＞補(bǔ)救處理＞對(duì)照。土壤呼吸速率表現(xiàn)為預(yù)防處理＞對(duì)照＞補(bǔ)救處理，預(yù)防處理較對(duì)照顯著增加11.71%。說明預(yù)防處理、補(bǔ)救處理均有一定減災(zāi)效果，且預(yù)防處理效果優(yōu)于補(bǔ)救處理。

小麥;低溫冷害;預(yù)防;補(bǔ)救

Key words:wheat;chilling injury;prevention;remediation

低溫冷害是制約小麥穩(wěn)產(chǎn)的重要障礙。近年來，隨著氣候變暖加劇，異常氣候現(xiàn)象頻發(fā)，小麥?zhǔn)軆龊γ{迫的風(fēng)險(xiǎn)增高［1］。河南省是小麥的重要產(chǎn)區(qū)，省內(nèi)東南部地區(qū)小麥生產(chǎn)易受極端低溫的影響。如何提高小麥抗低溫能力，減輕低溫脅迫對(duì)小麥產(chǎn)量的影響是近年來研究的熱點(diǎn)。近年來，國(guó)內(nèi)外對(duì)于提高小麥抗性的研究進(jìn)展迅速，特別是利用生物技術(shù)手段鑒定出低溫響應(yīng)的轉(zhuǎn)錄因子、冷誘導(dǎo)基因等［2］，這對(duì)推動(dòng)分子育種增強(qiáng)小麥抗低溫能力有著重要意義。但利用傳統(tǒng)措施(品種布局、栽培措施、化學(xué)調(diào)控等)提高小麥抗低溫能力的研究進(jìn)展較為緩慢，已有的研究多從品種布局［3］和化學(xué)調(diào)控方面［4-6］來提高小麥抗低溫的能力。對(duì)栽培措施與小麥抗低溫能力之間的關(guān)系研究也有涉及［7-10］，如水肥的調(diào)控［7］、土壤結(jié)構(gòu)的改良［10］等，但該類研究多注重的是栽培措施抵抗低溫的效果，對(duì)于栽培措施對(duì)小麥生長(zhǎng)環(huán)境、生理上的影響研究不夠深入。結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)發(fā)現(xiàn)，小麥?zhǔn)艿蜏孛{迫減產(chǎn)與栽培措施實(shí)施不到位有很大關(guān)系［1］。為此，立足實(shí)際生產(chǎn)中遇到的冬季小麥凍害現(xiàn)象進(jìn)行調(diào)查分析，利用栽培措施改善小麥生長(zhǎng)環(huán)境，初步探討了預(yù)防、補(bǔ)救處理下低溫對(duì)小麥產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成因素、土壤緊實(shí)度、土壤呼吸速率及旗葉光合速率的影響，以期為小麥低溫逆境生產(chǎn)防災(zāi)減災(zāi)提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)概況及試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2015—2016年在河南省駐馬店市西平縣二郎鄉(xiāng)(33°18'21.02″N、113°59'27.17″E)進(jìn)行，供試土壤為砂漿黑土，前茬作物為玉米，玉米秸稈還田。

供試小麥品種為西農(nóng)979，于2015年11月23—25日遭遇低溫災(zāi)害，該時(shí)期日平均氣溫從10℃驟降至－4℃，12月初，大面積小麥葉片枯黃并伴有大量分蘗死亡。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置對(duì)照、預(yù)防、補(bǔ)救3個(gè)處理，每處理3次重復(fù)。對(duì)照:仿照低溫災(zāi)害頻發(fā)地區(qū)農(nóng)戶的栽培措施，施底肥(N∶P∶K=30∶5∶5)300 kg/hm2，旋耕，然后直接播種，至成熟不再施肥澆水。預(yù)防處理:施底肥(N∶P∶K=30∶5∶5)300 kg/hm2，旋耕，播種后采用牛牽引石磙碾壓(半徑15 cm、高100 cm，質(zhì)量為75 kg)鎮(zhèn)壓土壤，于2015年11月15日采用漫灌形式補(bǔ)灌900 m3/hm2，返青后至成熟不再施肥澆水。補(bǔ)救處理:施底肥(N∶P∶K=30∶5∶5)300 kg/hm2，旋耕，然后直接播種，于12月4日小麥出現(xiàn)枯黃后人工撒施150 kg/hm2尿素(含N 46%)并補(bǔ)灌900 m3/hm2。小麥于2015年10月14日播種，播種量為180 kg/hm2，行距為20 cm。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 土壤緊實(shí)度由于土壤含水量對(duì)土壤緊實(shí)度有重要影響，特選取拔節(jié)期(3月17日)和收獲期(5月25日)土壤含水量相近(土壤表層含水量為40%左右)的2個(gè)時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行土壤緊實(shí)度的測(cè)定。在每個(gè)小區(qū)按照S形選取10點(diǎn)，使用浙江拓普儀器有限公司的TJSD－750型土壤緊實(shí)度儀分別測(cè)定0～10、10～20、20～30 cm土層土壤緊實(shí)度。

1.3.2 土壤呼吸速率于2016年4月20日10:30—11:30，在每個(gè)小區(qū)隨機(jī)布設(shè)4個(gè)土壤觀測(cè)點(diǎn)，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間間隔20 m左右。首先將美國(guó)LICOR公司的LI－8100A土壤碳通量自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)配套的PVC環(huán)(內(nèi)徑20 cm、高15 cm)砸入土壤中，上端露出地面2～3 cm，盡量減小土壤物理結(jié)構(gòu)和生物生活狀態(tài)的破壞，經(jīng)24 h平衡后測(cè)定土壤呼吸速率。

1.3.3 葉片光合速率于2016年4月10日10:30—11:30，使用美國(guó)LI－COR公司的LI－6400便攜式光合測(cè)定儀測(cè)定小麥旗葉光合速率，取3次重復(fù)平均值。

1.3.4 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素小麥成熟后，收取1 m雙行進(jìn)行考種，測(cè)定穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量，收取2 m2小麥自然曬干后測(cè)產(chǎn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 預(yù)防和補(bǔ)救處理對(duì)小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表1可知，與對(duì)照相比，預(yù)防和補(bǔ)救處理小麥穗數(shù)和籽粒產(chǎn)量均顯著提高，穗數(shù)分別顯著提高129.27%和96.98%，產(chǎn)量分別顯著提高266.56%和130.58%。對(duì)比預(yù)防處理和補(bǔ)救處理發(fā)現(xiàn)，預(yù)防處理小麥穗數(shù)和籽粒產(chǎn)量均較補(bǔ)救處理顯著提高，增幅分別為16.39%和58.97%。穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量在3個(gè)處理之間無顯著差異。綜上，采取預(yù)防和補(bǔ)救處理能夠有效地保持小麥群體，從而挽救產(chǎn)量，且預(yù)防措施的效果優(yōu)于補(bǔ)救措施。

表1 不同處理小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

2.2 預(yù)防和補(bǔ)救處理對(duì)土壤緊實(shí)度的影響

土壤緊實(shí)度能夠反映土壤的質(zhì)地、空隙度、含水量等，對(duì)小麥根系和分蘗節(jié)附近土壤溫度有著重要影響。由圖1可知，拔節(jié)期和成熟期，3個(gè)處理土壤緊實(shí)度均隨土層深度的增加呈增加趨勢(shì)，且0～10、10～20 cm土層土壤緊實(shí)度均表現(xiàn)為預(yù)防處理＞補(bǔ)救處理＞對(duì)照。其中，拔節(jié)期，預(yù)防和補(bǔ)救處理0～10 cm土層土壤緊實(shí)度分別較對(duì)照增加854.55 N/cm2和925.29 N/cm2，10～20 cm土層分別較對(duì)照增加526.37 N/cm2和476.32 N/cm2;收獲期，預(yù)防和補(bǔ)救處理0～10 cm土層土壤緊實(shí)度分別較對(duì)照增加614.89 N/cm2和550.74 N/cm2，10～20 cm土層分別較對(duì)照增加956.15 N/cm2和892.95 N/cm2。拔節(jié)期，20～30 cm土層土壤緊實(shí)度表現(xiàn)為對(duì)照＞預(yù)防處理＞補(bǔ)救處理，預(yù)防和補(bǔ)救處理土壤緊實(shí)度分別較對(duì)照降低228.71 N/cm2和518.90 N/cm2。收獲期，20～30 cm土層土壤緊實(shí)度表現(xiàn)為對(duì)照＞補(bǔ)救處理＞預(yù)防處理，預(yù)防和補(bǔ)救處理分別較對(duì)照降低172.54 N/cm2和48.82 N/cm2。對(duì)照處理0～20 cm土層中土壤緊實(shí)度低造成土壤懸虛，致使小麥在越冬階段遭受嚴(yán)重低溫災(zāi)害。補(bǔ)救處理中低溫災(zāi)害后灌水措施在一定程度上增加了土壤緊實(shí)度，為小麥災(zāi)后的恢復(fù)生長(zhǎng)提供了良好條件。預(yù)防處理中的鎮(zhèn)壓措施和災(zāi)前補(bǔ)灌措施增加了土壤緊實(shí)度，為小麥抵御低溫災(zāi)害提供了有利條件。

圖1 不同應(yīng)對(duì)低溫脅迫措施下土壤緊實(shí)度的變化

2.3 預(yù)防和補(bǔ)救處理對(duì)土壤呼吸速率的影響

土壤呼吸速率受土壤溫度、含水量、微生物等多方面的影響。由圖2可知，土壤呼吸速率表現(xiàn)為預(yù)防處理＞對(duì)照＞補(bǔ)救處理，3個(gè)處理之間差異顯著，預(yù)防、補(bǔ)救處理分別較對(duì)照顯著增加11.71%、減少65.69%。3個(gè)處理間土壤呼吸速率有差異的原因可能與尿素的使用有關(guān)，補(bǔ)救處理中災(zāi)后補(bǔ)施尿素可能是造成補(bǔ)救處理呼吸速率下降的原因，但需進(jìn)一步驗(yàn)證。

圖2 不同應(yīng)對(duì)低溫脅迫措施下的土壤呼吸速率

2.4 預(yù)防和補(bǔ)救處理對(duì)小麥旗葉光合速率的影響

小麥旗葉與小麥產(chǎn)量形成有重要關(guān)系。由圖3可知，小麥旗葉光合速率表現(xiàn)為預(yù)防處理＞補(bǔ)救處理＞對(duì)照，預(yù)防和補(bǔ)救處理小麥旗葉光合速率分別較對(duì)照增加20.37%和12.56%。這一趨勢(shì)與產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的結(jié)論相對(duì)應(yīng)，但處理間差異不顯著，說明凍害對(duì)小麥后期影響不明顯。

圖3 不同應(yīng)對(duì)低溫脅迫措施下的小麥旗葉光合速率

3 結(jié)論與討論

本研究結(jié)果表明，預(yù)防和補(bǔ)救處理均較對(duì)照顯著提高了小麥穗數(shù)和籽粒產(chǎn)量，且預(yù)防處理效果顯著大于補(bǔ)救處理，穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量在3個(gè)處理之間差異不顯著，說明低溫主要影響了小麥成穗，進(jìn)而影響產(chǎn)量，這與前人［5］研究結(jié)果一致，即冬季極端低溫可能造成小麥死蘗，減少小麥成穗數(shù)，對(duì)穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量影響不顯著。預(yù)防處理效果顯著大于補(bǔ)救處理，這主要是因?yàn)轭A(yù)防處理播種后采取了鎮(zhèn)壓措施，0～20 cm土層土壤緊實(shí)度明顯高于其他處理;同時(shí)這也解釋了對(duì)照和補(bǔ)救處理發(fā)生凍害的原因，未經(jīng)鎮(zhèn)壓的土壤結(jié)構(gòu)過于疏松，跑水跑風(fēng)，造成凍前麥苗弱小抗低溫能力差，同時(shí)土壤環(huán)境也不利于保溫，加劇了凍害發(fā)生。凍害發(fā)生后補(bǔ)救處理施水肥使土壤下沉，在水分和養(yǎng)分作用下部分未被凍死的小分蘗加速生長(zhǎng)最終成長(zhǎng)，挽救部分產(chǎn)量。后期小麥旗葉光合速率表現(xiàn)為預(yù)防處理＞補(bǔ)救處理＞對(duì)照，這與產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的結(jié)論相對(duì)應(yīng)，但各處理間差異不顯著，說明凍害對(duì)小麥后期影響不明顯。不同處理除了對(duì)小麥有影響外，同時(shí)也對(duì)土壤呼吸速率有一定影響。本研究結(jié)果表明，土壤呼吸速率表現(xiàn)為預(yù)防處理＞對(duì)照處理＞補(bǔ)救處理。預(yù)防處理能減少低溫災(zāi)害所帶來的產(chǎn)量損失，且效果優(yōu)于補(bǔ)救處理，另外化肥投入量也小于補(bǔ)救處理，是一種既能增強(qiáng)小麥抗低溫能力同時(shí)又生態(tài)友好的耕作方式。

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Preliminary Study on Preventive and Remedial Measures of Chilling Injury of Wheat in Winter

GAO Xiang1，NIE Yanwen1，YANG Zhanping2，JING Enen1，LI Zongzhen1，REN Yongzhe1，WANG Zhiqiang1，XIN Zeyu1*，LIN Tongbao1*
(1.Agronomy College，Henan Agricultural University，Zhengzhou 450002，China;2.Institute of Plant Nutrient，Resources and Environment，Henan Academy of Agricultural Sciences，Zhengzhou 450002，China)

To reduce the adverse effects of chilling injury on wheat in winter，the wheat yield and composition，soil compaction and respiratory rate，photosynthetic rate of wheat leaves were investigated under different treatemnts(local cultivation measure as control，prevention treatment，remediation treatment)by field experiment from 2015 to 2016.The results showed that grain yield and spike number of prevention and remediation treatments were significantly improved compared with control，the increase rate of yield were 266.56%and 130.58%respectively，and the increase rate of spike number were 129.27%and 96.98%respectively.Prevention treatment significantly improved spike number and grain yield by 16.39%and 58.97%compared with remediation treatment.The orders of soil compaction in 0—20 cm soil layer at jointing stage and harvesting stage and photosynthetic rate of wheat flag leaves were prevention treatment＞remediation treatment＞control.The order of soil respiration rate was prevention treatment＞control＞remediation treatment，the soil respiration rate of prevention treatment significantly increased by 11.71%compared with control.The results showed that the prevention and remediation treatments had certain effect of disaster reduction，and the effect of the prevention treatment was superior to the remediation treatment.

S512.1

A

1004－3268(2017)07－0026－04

2017－01－10

國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2013BAC09B01)

高翔(1986－)，男，河南鄭州人，在讀博士研究生，研究方向:作物抗逆生理。E－mail:gaoxiang86@163.com

*通訊作者:林同保(1962－)，男，河南武陟人，教授，博士，主要從事作物節(jié)水技術(shù)研究。E－mail:linlab@163.com辛澤毓同為通訊作者