返青至拔節(jié)期高溫對小麥農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量的影響

傅曉藝，史占良，曹巧，單子龍，高振賢，韓然，付藝偉，何明琦*

（1.石家莊市農(nóng)林科學(xué)研究院，河北 石家莊 050041；2.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，河北 保定 071001；3.河北景縣中學(xué)，河北景縣 053500）

近幾十年來，在自然條件變化和人類社會活動的共同影響下，全球氣候正經(jīng)歷著一場以變暖為主要特征的顯著變化。氣候變化直接影響到人類社會經(jīng)濟發(fā)展的方式以及全球能源利用的結(jié)構(gòu)和數(shù)量，已經(jīng)成為影響21 世紀(jì)全球發(fā)展的一個重大國際問題[1]。

小麥?zhǔn)鞘澜缟献钪匾募Z食作物，總面積、總產(chǎn)量以及總貿(mào)易額均居世界糧食作物第1 位。氣象條件對小麥生長有極為重要的影響，在一定程度上決定了小麥產(chǎn)量[2]。何學(xué)林[3]認為在影響小麥生長的氣象條件中水分、溫度和光照尤為重要，應(yīng)按照不同發(fā)育期對氣象條件的要求加強田間管理以滿足小麥生長需要，采取有效措施趨利避害，減少不利因素的影響，確保小麥豐產(chǎn)豐收。

氣候變暖導(dǎo)致高溫脅迫程度增強，必然增大未來小麥減產(chǎn)的風(fēng)險[4]。盡管氣溫上升對小麥生產(chǎn)力的影響依其生長階段的不同而有所區(qū)別，但總體氣溫升高對小麥生產(chǎn)力有明確的負影響[5]。李向東等[6]研究認為越冬前積溫增加導(dǎo)致小麥物候期提前、幼穗發(fā)育進程加快，并使整個發(fā)育期縮短，容易遭受春季低溫為害，造成小花敗育甚至小穗凍死；而且，冬前積溫過高還導(dǎo)致小麥生長后期旗葉光合能力下降，灌漿期縮短，產(chǎn)量降低。王海龍等[7]研究了溫度和磷肥處理對小麥苗期生長的影響，發(fā)現(xiàn)溫度主要通過影響小麥生長來影響磷素的吸收，低溫下施用磷肥能顯著促進小麥生長；高溫能加速石灰性土壤有效磷的固定，施磷能緩解這一問題。高麗莉等[8]利用開頂式生長室連續(xù)3 a 控制試驗，監(jiān)測和模擬了全球增溫系統(tǒng)對小麥生長、土壤酶活性和呼吸的影響，結(jié)果表明，模擬增溫顯著提高了小麥根區(qū)土壤酶活性，有利于小麥生長。裴瑞娜等[9]研究發(fā)現(xiàn)在渭北干旱山區(qū)雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)條件下，全地面覆蓋地膜能夠顯著提高冬小麥出苗期至拔節(jié)期的土壤含水量和土壤溫度。

前人在氣候變化和花后高溫對小麥產(chǎn)量、品質(zhì)、生理指標(biāo)的影響方面進行了系列研究[9～16]，但截至目前，有關(guān)返青至拔節(jié)期高溫對小麥生長的影響研究尚未見報道。為此，在小麥返青至拔節(jié)期利用塑料拱棚進行增溫處理，研究高溫脅迫不同時間對小麥農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量的影響，旨為氣候變暖環(huán)境下小麥高產(chǎn)提供技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗在河北省辛集市馬蘭農(nóng)場進行，中心地理位置為東經(jīng)115.22°、北緯67.93°。試驗地所屬的辛集市地勢平坦，處于北半球暖溫帶地區(qū)，大陸性季風(fēng)氣候特點顯著，四季分明，光照充足，適宜作物生長。該區(qū)年平均氣溫12.5 ℃，其中，最冷月1 月的平均氣溫為-3.9 ℃，最熱月7 月的平均氣溫為26.5 ℃；年平均降水量534.6 mm，年平均日照時數(shù)2 513.9 h，年平均無霜期197 d；主要糧食作物為冬小麥和夏玉米，一年兩熟輪作制度。

1.2 試驗材料

試驗小麥品種為石麥25 和石麥26。

1.3 試驗方法

1.3.1 試驗設(shè)計 前茬作物為夏玉米，秸稈全部還田，粉碎2 遍，深松2 遍，耙平地面。小麥播種前澆足底墑水，底施氮磷鉀三元復(fù)合肥（N、P2O5、K2O含量分別為18%、18%和5%）3 000 kg/hm2。2018 年10月10 日播種，行距15 cm，每品種均種植0.3 hm2，基本苗數(shù)量330 萬株/hm2。小麥返青始期（2019 年3 月1日） 在田間搭建長4.0 m、寬2.0 m、高0.8 m 的塑料拱棚進行增溫處理，增溫時間設(shè)15 d（T1）、21 d（T2）、27 d（T3） 3 個處理；以田間自然生長為對照（CK）。每處理均3 次重復(fù)。分別在棚室內(nèi)、外距地面25 cm 處懸掛速靈科L03 溫度記錄儀，自動記錄棚內(nèi)和自然生長環(huán)境的溫度變化，每隔1 h 記錄1 次。其中，T1、T2和T3增溫處理的最高溫度分別出現(xiàn)在3 月14 日、3月19 日和3 月25 日，指標(biāo)值為44.3～54.0 ℃，較CK 高20.3～23.4 ℃；最低溫度均出現(xiàn)在3月7 日，指標(biāo)值為-6.7～-6.1 ℃，較CK 高1.5～2.1 ℃（表1）。小麥全生育期不進行追肥，后期管理措施同大田常規(guī)。

1.3.2 測定項目與方法

1.3.2.1 株高和節(jié)間長度。小麥成熟期，每處理隨機連續(xù)選擇20 株，用直尺測量株高和第2 節(jié)間長度。

1.3.2.2 重心高度、莖稈機械強度和莖稈抗倒指數(shù)。小麥開花后25 d，每處理選擇長勢一致的植株10 株，將根部剪掉，把單莖（帶穗、葉片和葉鞘）置于固定支架使其平衡，測定重心高度（莖稈基部至該莖平衡點的距離）。取剝除葉鞘的基部第2 節(jié)間，將其兩端置于高50 cm、間隔5 cm 的支撐木架凹槽內(nèi)，用YYD-1A 型莖稈強度測定儀（浙江托普云農(nóng)科技公司）測量莖稈機械強度。根據(jù)呂添等[17]方法，計算莖稈抗倒指數(shù)。

1.3.2.3 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素。小麥成熟期，調(diào)查單位面積穗數(shù)；并隨機取20 個穗，調(diào)查穗粒數(shù)。實收脫粒測產(chǎn)，并于測產(chǎn)的子粒中取樣測定千粒重。

1.3.3 數(shù)據(jù)處理與分析 各指標(biāo)值均取其平均值。利用Microsoft Excel 2010 和DPS 17.10 軟件對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，采用Duncan’s 新復(fù)極差法進行數(shù)據(jù)的多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 返青至拔節(jié)期高溫對小麥農(nóng)藝性狀的影響

2.1.1 對莖稈性狀的影響 返青至拔節(jié)期高溫處理的2 個小麥品種株高、重心高度和基部第2 節(jié)間長度均顯著＞CK，且指標(biāo)值基本隨高溫時間的延長呈明顯的遞增趨勢；基部第2 節(jié)間機械強度顯著＜CK，且指標(biāo)值隨高溫時間的延長呈明顯的遞減趨勢（表2）。表明返青至拔節(jié)期高溫處理會導(dǎo)致小麥株高、重心高度和基部第2 節(jié)間長度顯著提高，基部第2 節(jié)間機械強度顯著降低，且這種作用隨著高溫脅迫時間的延長而明顯增大。

表2 不同高溫處理對小麥株高、重心高度和基部第2 節(jié)間性狀的影響Table 2 Effects of high temperature on the plant height，center of gravity height and characteristics of basal second internode of wheat

2.1.2 對穗部性狀的影響 返青至拔節(jié)期高溫處理的2 個小麥品種總小穗數(shù)均顯著＜CK，但指標(biāo)值隨高溫時間延長呈現(xiàn)出的變化規(guī)律不明顯，不孕小穗數(shù)及其比例均顯著＞CK，指標(biāo)值均隨高溫時間的延長呈明顯的遞增趨勢；主莖穗長變化規(guī)律不明顯，石麥25、石麥26 指標(biāo)值分別在T1和T3處理下最大，但與CK 差異均未達到顯著水平（表3）。表明返青至拔節(jié)期高溫處理會導(dǎo)致小麥總小穗數(shù)明顯減少，不孕小穗數(shù)及其比例明顯提高，對小麥主莖穗長影響規(guī)律不明顯。

表3 不同高溫處理對小麥穗部性狀的影響Table 3 Effects of high temperature on the ear characters of wheat

2.2 返青至拔節(jié)期高溫對小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

返青至拔節(jié)期高溫處理的2 個小麥品種單位面積穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重和產(chǎn)量均顯著＜CK（表4）。表明返青至拔節(jié)期高溫處理會導(dǎo)致小麥構(gòu)成三因素顯著變差，產(chǎn)量明顯降低。

表4 不同高溫處理對小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響Table 4 Effects of high temperature on the yield and yield components of wheat

隨著高溫時間的延長，石麥25 單位面積穗數(shù)、穗粒數(shù)和產(chǎn)量呈逐漸降低趨勢，千粒重呈逐漸增加趨勢，且不同處理的指標(biāo)值差異均達到了顯著水平；石麥26 單位面積穗數(shù)和千粒重順序均為T2處理＞T1處理＞T3處理，穗粒數(shù)和產(chǎn)量呈逐漸降低趨勢，且不同處理的指標(biāo)值差異均達到了顯著水平?？梢钥闯?，返青至拔節(jié)期高溫脅迫雖然對不同小麥品種單位面積穗數(shù)和千粒重的影響趨勢有所不同，但會導(dǎo)致千粒重明顯降低，小麥嚴(yán)重減產(chǎn)，且對千粒重和產(chǎn)量的負面作用隨著高溫脅迫時間的延長而明顯增大。

2.3 返青至拔節(jié)期高溫對小麥抗倒指數(shù)的影響

返青至拔節(jié)期高溫處理的2 個小麥品種抗倒指數(shù)均顯著＜CK，且指標(biāo)值均隨高溫時間的延長呈逐漸降低趨勢，其中，石麥25 不同處理間的差異均達到了顯著水平，石麥26 表現(xiàn)為T1與T2處理差異不顯著但二者均顯著＞T3處理（圖1）。表明返青至拔節(jié)期高溫處理會導(dǎo)致小麥抗倒指數(shù)明顯降低，且這種負面作用隨著高溫脅迫時間的延長而明顯增大。

圖2 不同高溫處理對小麥抗倒指數(shù)的影響Fig.2 Effect of high temperature on the lodging resistance index of wheat

3 結(jié)論與討論

氣候變化背景下，小麥典型氣象災(zāi)害發(fā)生頻次有所增加，并且主要發(fā)生在生殖生長期。隨著近些年來全球氣候的變暖，春季氣溫回溫快的現(xiàn)象時常發(fā)生，對小麥生產(chǎn)會造成一定的潛在為害。本研究結(jié)果表明，小麥拔節(jié)前期高溫對小麥株高、秸稈韌性、穗部育性和產(chǎn)量均有顯著影響，隨著高溫脅迫處理時間的延長，小麥不孕小穗數(shù)量及其比例呈顯著上升趨勢，產(chǎn)量呈明顯降低趨勢。主要原因是溫度迅速升高影響了小麥穗部發(fā)育和孕性，降低了結(jié)實小穗數(shù)和穗粒數(shù)，營養(yǎng)物質(zhì)積累少導(dǎo)致后期灌漿不飽滿，千粒重下降，最終造成產(chǎn)量明顯降低。

河北省冬小麥超高產(chǎn)技術(shù)模式已逐漸形成[18]，但在產(chǎn)量提高的同時也存在著倒伏增加的風(fēng)險。前人研究表明，提高小麥株高和重心高度均不利于小麥抗倒伏[19]。本研究中2 個小麥品種均以T3處理（高溫處理時間27 d）的株高和重心高度最高。隨著高溫脅迫時間的延長，高溫促進植株節(jié)間伸長，使株高增加，節(jié)間迅速伸長，莖稈壁厚度小，有機物質(zhì)貯藏少，節(jié)間充實度降低，從而導(dǎo)致莖稈機械強度降低。受機械強度降低和重心高度升高的雙重影響，小麥抗倒指數(shù)減小，發(fā)生倒伏的風(fēng)險增大。開花期后小麥轉(zhuǎn)為生殖生長，重心高度上移會加大倒伏風(fēng)險。王丹等[20]研究認為，小麥莖稈機械強度在開花期至花后第20 天處于較高水平，在花后第30 天明顯下降；倒伏指數(shù)在開花期最小、花后第30 天最大，其余2 個時期處于中間水平。胡昊[21]以河南省6 個主導(dǎo)小麥品種為試驗材料系統(tǒng)分析了莖稈特性與抗倒伏能力的關(guān)系，結(jié)果表明，莖稈抗倒伏指數(shù)與株高、重心高度和基部第2 節(jié)間長度呈極顯著的負相關(guān)，與基部第2 節(jié)間莖粗和壁厚呈極顯著的正相關(guān)。本研究中僅初步分析了返青至拔節(jié)期高溫脅迫對小麥產(chǎn)量、穗部性狀和節(jié)間性狀的影響，該期高溫對小麥生理指標(biāo)、化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)等方面的影響情況還有待進一步研究。