干旱脅迫下不同抗旱型小麥品種生理及產(chǎn)量特征分析

袁宏偉，楊繼偉，劉 佳，趙 暉

(1. 安徽省水利部淮河水利委員會水利科學(xué)研究院 水利水資源安徽省重點實驗室，合肥 233088；2.山東省臨沂市國土資源局土地整理中心，山東 臨沂 276000 )

小麥?zhǔn)俏覈饕Z食作物，安徽省淮北平原區(qū)是我國小麥主產(chǎn)區(qū)之一。該地區(qū)冬小麥生長在一年中的相對干旱季節(jié)，降水不均、不足情況經(jīng)常發(fā)生，另外由于當(dāng)?shù)剞r(nóng)村大量青壯年勞動力外出務(wù)工造成務(wù)農(nóng)勞動力短缺，也嚴(yán)重影響冬小麥的正常灌溉，導(dǎo)致該地區(qū)冬小麥生長和產(chǎn)量常受干旱脅迫的影響[1-5]。水分成為制約小麥生產(chǎn)的主要因素之一，為保障小麥高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，確保我國糧食安全，必須培育和推廣抗旱節(jié)水品種，實施高效節(jié)水栽培技術(shù)[6-11]。

深入研究抗旱品種的抗旱機制，揭示抗旱品種高產(chǎn)性能，對于抗旱品種選育和節(jié)水技術(shù)改進具有重要意義。而水分脅迫條件下的小麥生理生化特性及產(chǎn)量的差異被認(rèn)為是小麥抗旱性差異的內(nèi)在原因，是研究小麥抗旱機理的主要途徑之一[12-14]。矮抗58和煙農(nóng)19為淮北地區(qū)的主推品種并被大面積種植[1-3]，本文通過1年的受旱試驗，針對其分蘗、株高、葉面積指數(shù)及產(chǎn)量等指標(biāo)進行觀測分析，對2個冬小麥品種進行了地區(qū)種植適宜性的初步評價，為安徽淮北地區(qū)糧食生產(chǎn)安全及品種選育提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2018年10月-2019年5月在安徽省水利部淮委水利科學(xué)研究院新馬橋農(nóng)水綜合試驗站進行，該站位于淮北平原中南部，海拔19.70 m(33°09′N，117°22′E)，屬半干旱半濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，多年平均降雨量917.00 mm，蒸發(fā)量916.00 mm，冬小麥生長季降雨量約占全年總雨量的30%～40%，地下水埋深在1.00～3.00 m范圍內(nèi)變動，多年平均氣溫15.00 ℃。試驗區(qū)土壤為淮北平原區(qū)典型的砂姜黑土，其表層0～40 cm土壤中砂粒占3.37%、粉粒占70.65%、黏粒占25.98%，土壤容重1.45 g/cm3，田間持水量40.60%(體積含水率)，凋萎點含水量13.41%(體積含水率)，該土質(zhì)地黏重，結(jié)構(gòu)不良，土體堅實，裂隙發(fā)育，土壤保水性能差，易干旱。

1.2 試驗設(shè)計

冬小麥?zhǔn)芎翟囼炓劳行埋R橋農(nóng)水綜合試驗站內(nèi)6組4 m2大型稱重式蒸滲儀及8組4 m2、18組6.67 m2有底測坑開展，具體規(guī)格為2 m(長)×2 m(寬)×2.3 m(深)、2 m(長)×2 m(寬)×2.3 m(深)、 3.335 m(長)×2 m(寬)×2.3 m(深)，測坑及蒸滲儀均布設(shè)有防雨棚完全隔絕降雨，試驗過程中土壤水分完全受人工灌水控制。試驗冬小麥品種為矮抗58和煙農(nóng)19，于2018年10月30日播種，2019年5月31日收獲，2018-2019年冬小麥全生育期為213d，結(jié)合試驗冬小麥實際生長記錄，將全生育期劃分為苗期、分蘗期、拔節(jié)孕穗期、抽穗開花期和灌漿成熟期5個生育階段，其中苗期不做受旱處理。將試驗階段內(nèi)的土壤含水率分為4個水平(充分灌溉、輕旱、中旱及重旱)，控制下限為田間持水率的35%～65%，具體控制范圍是對照為65%～95%、輕旱為55%～95%，中旱為45%～95%，重旱為35%～95%。所有處理灌水時上限均控制在田間持水率的95%，具體試驗實施情況見表1和表2。每個試驗小區(qū)內(nèi)施復(fù)合肥750 kg/hm2、尿素300 kg/hm2，冬小麥種植密度為8行/坑。為更加符合實際灌溉情況，當(dāng)試驗小區(qū)土壤含水量達到相應(yīng)控制下限時定量灌水至田間持水量的95%。此外，各處理除水分管理外，其他管理方式與大田完全一致，保證冬小麥生長發(fā)育不受病蟲害等其他因素影響。

表1 矮抗58受旱試驗實施情況

注：①表中數(shù)值為試驗控制的0～40 cm土層的土壤水分下限，占田持的%，苗期各處理的土壤水分下限均為65%左右；②各處理的土壤水分到達控制下限即應(yīng)灌至田間持水量的95%。表2同。

表2 煙農(nóng)19受旱試驗實施情況

1.3 試驗數(shù)據(jù)采集

試驗觀測項目主要有土壤含水率、冬小麥生長發(fā)育狀況等，具體包括：

(1)耕作栽培狀況的觀測記載。試驗區(qū)耕作栽培管理項目有：試區(qū)土壤肥力狀況、整地日期與方法、表土耕作、施(追)肥、供試品種、播種期、種植密度、灌水日期及灌水定額、中耕除草次數(shù)和時間，病蟲害的種類、發(fā)生時間、危害程度、防治措施及效果，以及其他的特殊耕作栽培措施等。

(2)生育動態(tài)及產(chǎn)量。對冬小麥生長過程中一些重要特征的出現(xiàn)時間進行調(diào)查記錄，以反映其生長發(fā)育進程。生長發(fā)育狀況和觀測應(yīng)定點定株進行。每一試驗小區(qū)至少應(yīng)選兩行代表性的固定段進行連續(xù)觀測(每行定位長度0.5m)。每5日觀測一次。試區(qū)冬小麥?zhǔn)斋@前應(yīng)分區(qū)進行測產(chǎn)考種，收獲時單收、單打、單曬。

觀測的內(nèi)容主要包括：生育期調(diào)查；群體密度、株高和葉面積指數(shù)(LAI)(LAI數(shù)據(jù)由英國Delta-T Devices公司產(chǎn)SunScan植物冠層分析儀測得)；產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成要素。

(3)土壤水分測定。試驗需要定期進行土壤水分的測定，以觀測冬小麥生長過程中土壤水分的變化，實現(xiàn)對試驗土壤水分的精準(zhǔn)控制，使其達到預(yù)期水分控制要求。土壤含水率采用定點測定，每2～5 d測定一次(具體觀測頻率根據(jù)實際氣象情況定)，測定間隔內(nèi)如遇生育轉(zhuǎn)折期，則需加測。每個測坑的測定樣點數(shù)不少于2處，以其平均值確定土壤含水量。土壤含水量的測定深度為40 cm，10 cm一層，每層取2個重復(fù)。測坑冬小麥實際耗水量通過前后兩次測定的土體含水量的差值，并考慮灌水、降水、排水或滲漏等過程造成的水量變化，用水量平衡法計算確定；蒸滲儀冬小麥耗水量由蒸滲儀稱重系統(tǒng)直接監(jiān)測記錄。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫對冬小麥生長的影響

2.1.1 干旱脅迫對冬小麥株高及分蘗的影響

本次冬小麥試驗從2018年11月14日-2019年4月25日共進行了21次基本苗數(shù)、分蘗數(shù)和株高調(diào)查。各試驗處理的全生育期平均單株分蘗數(shù)(抽穗數(shù))及株高動態(tài)變化見圖1。

(a)矮抗58

(b)煙農(nóng)19圖1 冬小麥全生育期株高動態(tài)變化

由圖1可以看出，從總體趨勢分析分蘗期重旱對冬小麥株高后期發(fā)育造成永久脅迫，后期(拔節(jié)孕穗期和抽穗開花期)恢復(fù)充分灌溉后，其株高依然明顯低于對照組；冬小麥全生育期輕旱處理對株高生長的抑制作用較小，全生育期中旱對株高影響顯著；拔節(jié)孕穗期輕旱對株高影響較小，該時期重旱對冬小麥株高生長影響較為明顯。相同對照及輕旱處理情況下，煙農(nóng)19的株高要明顯高于矮抗58，重旱處理條件下煙農(nóng)19的株高則要低于矮抗58。

圖2數(shù)據(jù)為各測坑固定1 m行段內(nèi)分蘗總數(shù)(總穗數(shù))除以基本苗數(shù)得出，即為平均單株分蘗數(shù)(抽穗數(shù))。由圖2可以看出，分蘗期重旱及全生育期中旱對2個品種冬小麥分蘗及抽穗抑制作用最為明顯，均對冬小麥生長造成永久脅迫；全生育期輕旱對分蘗及抽穗均影響很小，與對照組相比基本無差別；相同輕旱及對照處理下矮抗58與煙農(nóng)19的平均單株分蘗數(shù)和抽穗數(shù)差別較小，矮抗58略小于煙農(nóng)19，而重旱處理條件下煙農(nóng)19的平均單株分蘗和抽穗數(shù)則要明顯低于矮抗58。

(a)矮抗58

(b)煙農(nóng)19圖2 冬小麥全生育期分蘗(抽穗)動態(tài)變化

2.1.2 干旱脅迫對冬小麥葉面積指數(shù)(LAI)的影響

本次冬小麥試驗從2019年3月12日-5月1日共進行了5次葉面積指數(shù)調(diào)查，結(jié)果見圖3。

由圖3可以看出，全生育期輕旱、中旱及分蘗期重旱均對2個品種冬小麥葉面積指數(shù)有明顯影響，分蘗期重旱均對冬小麥葉片生長發(fā)育造成永久脅迫；拔節(jié)孕穗期輕旱對冬小麥葉片生長影響不明顯，重旱處理下冬小麥葉面積指數(shù)明顯低于對照組。相同對照及輕旱處理下，煙農(nóng)19的葉面積指數(shù)明顯高于矮抗58，而重旱處理下煙農(nóng)19的葉面積指數(shù)則明顯低于矮抗58。

(a)矮抗58

(b)煙農(nóng)19圖3 冬小麥生育期葉面積指數(shù)動態(tài)變化

綜合以上對2個品種冬小麥株高、分蘗(抽穗)及葉面積指數(shù)數(shù)據(jù)的分析結(jié)果表明，全生育期中旱和分蘗期重旱均會顯著抑制冬小麥株高、分蘗、抽穗及葉片的正常生長發(fā)育，并造成永久脅迫；拔節(jié)孕穗期重旱對冬小麥株高、抽穗和葉片生長有明顯抑制，輕旱脅迫較??；在輕旱及不旱條件下，煙農(nóng)19的各項生理生長指標(biāo)均高于矮抗58，但在受旱程度較大時，煙農(nóng)19的生長指標(biāo)要明顯低于矮抗58，表明當(dāng)受旱程度較大時，煙農(nóng)19對水分虧缺更為敏感，矮抗58的抗旱能力更強。

2.2 水分虧缺對冬小麥產(chǎn)量的影響

由表3數(shù)據(jù)綜合分析可得出以下結(jié)論：①正常灌溉條件下矮抗58的穗長、有效穗率、干物質(zhì)重及畝產(chǎn)量等指標(biāo)均明顯小于煙農(nóng)19，千粒重則明顯大于煙農(nóng)19。②拔節(jié)孕穗期及抽穗開花期受旱對2品種冬小麥的穗長、有效穗率及千粒重等指標(biāo)影響有明顯不同。該段時期不同受旱處理下，矮抗58的穗長、有效穗率和千粒重均高于對照組；輕旱處理時，煙農(nóng)19的穗長和有效穗率略小于對照組，千粒重則明顯大于對照組；受旱程度加重時，煙農(nóng)19的穗長、有效穗率和千粒重均低于對照組。③不同受旱處理均對2個品種冬小麥產(chǎn)量造成不同程度減產(chǎn)，全生育期輕旱和兩生育階段連續(xù)輕旱均對冬小麥產(chǎn)量影響較小，2品種減產(chǎn)率相差不明顯；拔節(jié)孕穗期和抽穗開花期連續(xù)重旱條件下，煙農(nóng)19減產(chǎn)率明顯大于矮抗58，表明在嚴(yán)重受旱條件下，煙農(nóng)19產(chǎn)量對水分虧缺更為敏感。

表3 冬小麥?zhǔn)芎翟囼灝a(chǎn)量及構(gòu)成要素

3 結(jié) 論

(1) 全生育期中旱和兩生育期連續(xù)重旱均會顯著抑制兩品種冬小麥的正常生長發(fā)育，造成永久脅迫并導(dǎo)致大幅度減產(chǎn)；全生育期輕旱及兩生育期連續(xù)輕旱對兩品種冬小麥生長和產(chǎn)量影響較小。

(2) 在輕旱及不旱條件下，煙農(nóng)19的各項生理指標(biāo)及產(chǎn)量因素指標(biāo)均優(yōu)于矮抗58，但在受旱程度較大時，煙農(nóng)19的生長指標(biāo)和產(chǎn)量要明顯低于矮抗58，表明當(dāng)受旱程度較大時，煙農(nóng)19對干旱脅迫更為敏感；表明矮抗58對干旱環(huán)境的適應(yīng)能力更強，其抗旱能力要明顯優(yōu)于煙農(nóng)19。

(3) 綜合分析認(rèn)為，淮北平原南部干旱風(fēng)險較低，可推廣種植煙農(nóng)19；北部地區(qū)降水相對南部要小，干旱風(fēng)險相對較大，可推廣種植矮抗58。如此更有利于地區(qū)水資源高效利用及實現(xiàn)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，保障糧食生產(chǎn)安全。