漯河市小麥籽粒灌漿特性及其與氣象因子的關(guān)系

黃 杰， 王 君， 葛昌斌， 曹燕燕， 喬冀良， 廖平安， 郭春強(qiáng)， 齊雙麗， 盧雯嫈

(漯河市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，河南漯河 462300)

小麥灌漿特性在小麥生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中影響較大。小麥灌漿速率快，持續(xù)期長(zhǎng)，利于籽粒積累光合產(chǎn)物，籽粒較為飽滿；灌漿速率小，持續(xù)期短，籽粒則干癟、褶皺多，影響粒質(zhì)量。若遇干旱少雨年份，灌漿期縮短，后期出現(xiàn)高溫逼熟現(xiàn)象；若遇低溫多雨年份，灌漿期延長(zhǎng)，連續(xù)陰雨、田間濕度加大造成植株倒伏，加重病害發(fā)生，后期出現(xiàn)貪青晚熟現(xiàn)象，這些均影響小麥粒質(zhì)量。因此，在生產(chǎn)實(shí)踐中，培育灌漿速率較快的品種，并采取相應(yīng)技術(shù)措施，對(duì)小麥增加粒質(zhì)量、提高產(chǎn)量意義重大。

漯河市位于河南省的中南部，屬北亞熱帶向暖溫帶過(guò)渡區(qū)，其優(yōu)越的生態(tài)氣候條件適宜小麥生長(zhǎng)發(fā)育。作為河南省小麥主產(chǎn)區(qū)，其常年播種面積約1.5×10hm，近年來(lái)，極端氣候頻發(fā)，冬季干旱，春季倒春寒，5月上旬陰雨寡照，后期干熱風(fēng)已成為制約漯河市小麥增產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的主要因素。本研究通過(guò)對(duì)河南漯河市6年3地74個(gè)小麥品種(系)的灌漿特性及其與氣象因子的關(guān)系進(jìn)行分析，以期為漯河市選育高產(chǎn)小麥新品種、制定配套高產(chǎn)栽培技術(shù)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料及基地概況

參試材料為漯河市農(nóng)業(yè)科學(xué)院選育的小麥新品系及試驗(yàn)地種植小麥品種41個(gè)，國(guó)家小麥良種聯(lián)合攻關(guān)參試品種(系)33個(gè)，共計(jì)74個(gè)小麥品種(系)。具體試驗(yàn)地點(diǎn)見(jiàn)表1。

表1 不同年份小麥品種(系)試驗(yàn)地點(diǎn)

播種日期為10月15—20日。漯河市五里崗村、舞陽(yáng)縣、臨潁縣試驗(yàn)基地土質(zhì)均為潮褐土，播種前施復(fù)合肥1 125 kg/hm(N、PO、KO含量分別為20%、20%、5%)左右做基肥，并于次年2月中下旬追施尿素 150 kg/hm左右。采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，國(guó)家小麥良種聯(lián)合攻關(guān)參試品種(系)小區(qū)面積為405 m，漯河市農(nóng)業(yè)科學(xué)院選育品系小區(qū)面積為330 m。其他栽培管理措施同大田生產(chǎn)。

氣象數(shù)據(jù)由漯河市氣象局提供。由圖1至圖3可以看出，與其他幾年相比，2017—2018年、2019—2021年5月的平均溫度(ATEM)、最高氣溫(HTEM)、日照時(shí)數(shù)(SSD)較高，最低氣溫(LTEM)相對(duì)較高；2015—2016年，5月中上旬降水量(PRE)達(dá) 104.3 mm，平均溫度、最高氣溫較高，日照時(shí)數(shù)較長(zhǎng)，出現(xiàn)高溫高濕天氣；2016—2017年，5月上旬平均溫度、最高氣溫較高，下旬平均溫度、最高氣溫、日照時(shí)數(shù)最低且PRE較多，出現(xiàn)陰雨寡照天氣；2018—2019年，5月下旬降水量極少，平均溫度、最高氣溫較高，出現(xiàn)高溫逼熟天氣。

1.2 試驗(yàn)方法

在各小區(qū)長(zhǎng)勢(shì)均勻地段，于小麥揚(yáng)花期選擇一天開(kāi)花、生長(zhǎng)較一致、無(wú)病蟲(chóng)害的植株做標(biāo)記，每隔4 d取樣1次，至小麥籽粒成熟， 每次取穗10株，帶回室內(nèi)；將麥穗放入鋁盒后，放入恒溫干燥箱，在105 ℃下殺青30 min，然后將溫度調(diào)至80 ℃烘烤 24 h，至小麥籽粒恒質(zhì)量，稱取小麥籽粒干質(zhì)量，并對(duì)籽?？倲?shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)算其千粒質(zhì)量。

1.2.1 灌漿參數(shù)的計(jì)算 用Logistic方程擬合籽粒生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)，灌漿參數(shù)計(jì)算參照崔黨群等的計(jì)算方法。

1.2.2 氣象要素的計(jì)算 氣象要素計(jì)算參照周忠文等的計(jì)算方法。

用Microsoft Exce1 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)基本統(tǒng)計(jì)分析；DPS 15.10軟件作Logistic方程擬合，進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 籽粒增質(zhì)量動(dòng)態(tài)

對(duì)漯河市6年3地的籽粒灌漿進(jìn)程進(jìn)行Logistic方程擬合，檢驗(yàn)結(jié)果表明方程達(dá)極顯著水平，說(shuō)明該方程可以客觀反映不同年份及地點(diǎn)的小麥籽粒灌漿進(jìn)程。不同小麥品種千粒干質(zhì)量變化規(guī)律較為一致，呈現(xiàn)“S”形曲線增長(zhǎng)，即“慢—快—慢” 增長(zhǎng)趨勢(shì)，將其分為小麥籽粒灌漿漸增期、快增期和緩增期。

2015—2021年間，2017—2018年籽粒干物質(zhì)積累較高，2019—2020年、2020—2021年次之，與其他幾年相比，2017—2018年分別高出26.35%、7.25%、8.52%、2.64%、1.19%；五里崗村、舞陽(yáng)縣、臨潁縣3地中，臨潁縣籽粒干物質(zhì)積累較高，與五里崗村、舞陽(yáng)縣相比，分別高出3.10%、4.58%。

比較2015—2021年5月4日的籽粒干物質(zhì)積累，2019—2020年>2016—2017年>2020—2021年>2018—2019年>2017—2018年>2015—2016年；2019—2020年與其他年份相比分別高出109.98%、25.08%、99.90%、79.14%、45.52%；五里崗村、舞陽(yáng)縣、臨潁縣3地中，舞陽(yáng)縣于5月4日的籽粒干物質(zhì)積累較高，與另外2地相比，分別高出19.17%、61.39%。

從圖4可以看出，2017—2018年灌漿始期干物質(zhì)積累相對(duì)較低，但灌漿末期千粒干質(zhì)量最高；2019—2020年灌漿始期及整個(gè)灌漿過(guò)程干物質(zhì)積累均較高，2020—2021年次之；2016—2017年灌漿始期干物質(zhì)積累較高，但灌漿末期千粒干質(zhì)量較低；2015—2016年、2018—2019年灌漿始期及整個(gè)灌漿過(guò)程干物質(zhì)積累均最低。臨潁縣灌漿始期干物質(zhì)積累相對(duì)較低，但最終千粒干質(zhì)量最高；舞陽(yáng)縣灌漿始期干物質(zhì)積累較高，但最終千粒干質(zhì)量最低。

2.2 灌漿參數(shù)的環(huán)境效應(yīng)

從表3可以看出，2015—2021年，小麥籽粒灌漿參數(shù)差異顯著。2017—2018年、、、顯著高于其他5年；2015—2016年和，2019—2020年、、、數(shù)值最低；2018—2019年數(shù)值最低；2020—2021年T數(shù)值最低。這應(yīng)該是由于年際間不同氣候條件造成的。

不同地點(diǎn)小麥籽粒灌漿參數(shù)差異顯著。臨潁縣的、、、、、數(shù)值顯著高于五里崗村、舞陽(yáng)縣；五里崗村的、數(shù)值顯著高于舞陽(yáng)縣、臨潁縣；舞陽(yáng)縣的數(shù)值最高，、數(shù)值最低。這可能與不同地點(diǎn)的土壤肥力等因素有關(guān)。

2.3 灌漿階段特征的環(huán)境效應(yīng)

從表4可以看出，不同環(huán)境條件下，小麥籽粒不同灌漿階段的平均灌漿持續(xù)時(shí)間為T(15.06 d)>T(14.88 d)>T(9.86 d)。其中，2017—2018年，T最長(zhǎng)，T相對(duì)較長(zhǎng)，T最短，與另外幾年相比，T分別長(zhǎng)3.34、4.76、0.53、6.20、4.05 d；2019—2020年，T最短，T最長(zhǎng)，T居中，與另外幾年相比，T和T分別長(zhǎng)3.29、0.97、0.97、1.83、0.97 d和1.85、1.27、7.20、4.22、2.74 d。臨潁縣與五里崗村、舞陽(yáng)縣相比，T和T較長(zhǎng)，T最短，T和T分別長(zhǎng)7.88、4.76 d和1.63、0 d，T分別減少8.08、6.03 d；五里崗村T相對(duì)最短，分別減少1.63、1.63 d。

小麥籽粒不同灌漿階段的平均灌漿速率為R(1.905)>R(0.820)>R(0.716)。其中，2019—2020年的R較高，與另外幾年相比，分別高出65.64%、25.36%、44.74%、55.99%、16.14%；2017—2018年的R和R較高，與另外幾年相比，分別高出14.89%、15.79%、3.84%、12%、3.06%和52.73%、37.31%、8.90%、50.62%、27.97%。五里崗村的R較高，與另外2地相比，分別高出29.33%、38.66%；臨潁縣R和R較高，與另外2地相比，分別高出7.03%、22.98%和111.48%、55.05%。

小麥籽粒不同灌漿階段的貢獻(xiàn)率為RGC(62.18%)>RGC(22.50%)>RGC(15.31%)。2017—2018年、2019—2020年與其他幾年相比，臨潁縣與五里崗村、舞陽(yáng)縣相比，小麥籽粒的RGC和RGC較高，但在RGC相對(duì)較低。

表3 年份和地點(diǎn)對(duì)小麥籽粒灌漿參數(shù)的影響

表4 不同年份及地點(diǎn)對(duì)小麥籽粒灌漿階段特征的影響

可以看出，在小麥籽粒灌漿漸增期、快增期，2017—2018年、2019—2020年和臨潁縣的灌漿持續(xù)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，灌漿平均灌漿速率相對(duì)較高，貢獻(xiàn)率較高。

2.4 粒質(zhì)量與灌漿參數(shù)的相關(guān)性

從表5可以看出，理論粒質(zhì)量、實(shí)際粒質(zhì)量均與呈極顯著正相關(guān)；理論粒質(zhì)量與T呈顯著負(fù)相關(guān)，與R、R呈顯著正相關(guān)；實(shí)際粒質(zhì)量與T呈顯著正相關(guān)。因此，小麥平均灌漿速率、快增期與緩增期灌漿速率越快，相對(duì)延長(zhǎng)快增期灌漿時(shí)間、縮短緩增期灌漿時(shí)間，有利于小麥籽粒整個(gè)灌漿期干物質(zhì)的積累，從而提高粒質(zhì)量。

2.5 小麥灌漿速率與氣象因子的關(guān)系

從表6可以看出，與PRE、RHU呈負(fù)相關(guān)，與ATEM、HTEM、LTEM、DTEM、SSD呈正相關(guān)。其中，與HTEM、SSD相關(guān)性通過(guò)0.001水平的極顯著校驗(yàn)，與ATEM、LTEM、DTEM相關(guān)性通過(guò)0.05水平的顯著校驗(yàn)。因此，灌漿期間，白天溫度較高，夜晚溫度較低，利于小麥干物質(zhì)的積累，這一時(shí)期的小麥若遇連續(xù)降雨、田間濕度加大，會(huì)引起小麥倒伏、病蟲(chóng)害的發(fā)生，進(jìn)而影響小麥產(chǎn)量。

2.6 小麥灌漿速率與氣象因子的通徑分析

從表7可以看出，通徑分析結(jié)果表明，氣象因子對(duì)小麥灌漿速率直接效應(yīng)表現(xiàn)為SSD(0.550 2)>HTEM(0.454 1)>LTEM(0.135 4)>DTEM(0.044 0)>ATEM(-0.401 3)，ATEM起直接負(fù)效應(yīng)；間接效應(yīng)表現(xiàn)為ATEM(0.8703)>DTEM(0.427 7)>LTEM(0.403 5)>HTEM(0.306 7)>SSD(0.200 3)；SSD通過(guò)ATEM(-0.305 0)、HTEM(0.397 0)對(duì)小麥灌漿速率起作用。因此，SSD、HTEM是影響小麥灌漿速率的重要因素。

表5 粒質(zhì)量與灌漿參數(shù)相關(guān)系數(shù)

表6 小麥灌漿速率與氣象因子相關(guān)系數(shù)

表7 小麥灌漿速率與氣象因子的通徑分析

2.7 最高氣溫、日照時(shí)數(shù)對(duì)灌漿速率的影響

對(duì)與氣象因子進(jìn)行逐步回歸分析，得出最優(yōu)回歸方程式：=11.03-1.81×+1.63×+0.60×。可以看出隨ATEM的升高而降低，隨HTEM的升高、SSD的增加而增大，且HTEM對(duì)灌漿速率的影響較大(ATEM、SSD保持一定時(shí)，HTEM每提升1 ℃，千粒質(zhì)量增加1.63 g)，表明HTEM是影響漯河市地區(qū)小麥灌漿的重要限制因素。

3 討論與結(jié)論

漯河市小麥粒質(zhì)量與呈極顯著正相關(guān)，與T呈顯著正相關(guān)，與T呈負(fù)相關(guān)。王瑞霞等認(rèn)為，粒質(zhì)量與呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)關(guān)系，本研究結(jié)果與其一致Motzo等認(rèn)為，粒質(zhì)量與T呈顯著正相關(guān)關(guān)系，本研究結(jié)果與其稍有不同。

日照時(shí)數(shù)、最高氣溫是影響漯河市小麥灌漿速率的主要因素，最高氣溫是重要限制因素。延長(zhǎng)日照時(shí)數(shù)、最高氣溫較高利于漯河市小麥產(chǎn)量的提高。范磊等研究表明，灌漿期最高氣溫是影響河南中東部冬小麥產(chǎn)量的主要因子。周國(guó)勤等研究表明，日較差是影響小麥灌漿期千粒質(zhì)量的主要因素。Zhang等研究表明，日照時(shí)數(shù)是影響灌漿速率的主導(dǎo)氣象因子。周忠文等研究表明，日照時(shí)數(shù)的長(zhǎng)短是影響隴東塬區(qū)小麥的主要因子。本研究結(jié)果與其基本一致，但與馬興祥等的研究結(jié)果不盡一致。除此以外，與降水量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系為本研究結(jié)果，但與李月英等的研究結(jié)果相反，這可能與不同地區(qū)的氣候差異有關(guān)。

國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究表明，小麥灌漿特性不僅受環(huán)境因素的影響，而且與遺傳因素密切相關(guān)。本研究針對(duì)漯河市小麥灌漿特性及其與氣象因子的關(guān)系僅僅做了宏觀方面的探索，但關(guān)于小麥灌漿特性基因型差異以及漯河市小麥灌漿期最適宜氣象條件方面的研究并未涉及，還有待進(jìn)一步研究。

本研究結(jié)果表明，2015—2021年中，2017—2018年灌漿始期干物質(zhì)積累相對(duì)較低，但灌漿末期千粒干質(zhì)量最高，是5月上旬最高氣溫較低，中旬和下旬最高氣溫較高，整個(gè)灌漿過(guò)程中日照時(shí)數(shù)較長(zhǎng)的原因；2019—2020年灌漿始期及整個(gè)灌漿過(guò)程干物質(zhì)積累均較高，2020—2021年次之，與整個(gè)灌漿過(guò)程中最高氣溫較高、日照時(shí)數(shù)較長(zhǎng)有關(guān)；2016—2017年灌漿始期干物質(zhì)積累較高，但灌漿末期千粒干質(zhì)量較低，與出現(xiàn)陰雨寡照天氣有關(guān)；2015—2016年、2018—2019年灌漿始期及整個(gè)灌漿過(guò)程干物質(zhì)積累均最低，與5月出現(xiàn)高溫高濕、高溫逼熟天氣有關(guān)。臨潁縣灌漿始期干物質(zhì)積累相對(duì)較低，但最終千粒干質(zhì)量最高；舞陽(yáng)縣灌漿始期干物質(zhì)積累較高，但最終千粒干質(zhì)量最低。

漯河市年際間、不同地區(qū)間小麥籽粒灌漿參數(shù)差異顯著，致使不同年際、地區(qū)間收獲時(shí)千粒質(zhì)量差異顯著。在栽培措施基本相同情況下，2017—2018年、2019—2020年和臨潁縣的T相對(duì)較長(zhǎng)，R和R相對(duì)較高，RGC和RGC較高。造成這些年際間的差異，與2017—2018年、2019—2020年小麥整個(gè)灌漿過(guò)程的最高氣溫相對(duì)較高、日照時(shí)數(shù)相對(duì)較長(zhǎng)有關(guān)，地區(qū)間的差異是臨潁地區(qū)土壤肥力較高、灌溉條件較好的原因。

小麥籽粒粒質(zhì)量與呈極顯著正相關(guān)、與T呈顯著正相關(guān)、與T呈負(fù)相關(guān)；與降水量、相對(duì)溫度呈負(fù)相關(guān)，與平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、日較差、日照時(shí)數(shù)呈正相關(guān)，其中，與最高氣溫、日照時(shí)數(shù)相關(guān)性通過(guò)0.001水平的極顯著校驗(yàn)，與平均氣溫、最低氣溫、日較差相關(guān)性通過(guò)0.05水平的顯著校驗(yàn)。日照時(shí)數(shù)、最高氣溫是影響漯河市小麥灌漿速率的主要因素，最高氣溫是重要限制因素。平均氣溫、日照時(shí)數(shù)保持一定時(shí)，最高氣溫每提升1 ℃，千粒質(zhì)量增加1.63 g。

小麥的灌漿過(guò)程是動(dòng)態(tài)的，隨氣候、田間環(huán)境等的改變而改變，且氣候條件是不可控的。當(dāng)前，極端天氣頻繁發(fā)生，除積極采取一些有效的栽培技術(shù)措施應(yīng)對(duì)以外，選擇灌漿速率較快、灌漿快增期時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)的品種，同時(shí)注意協(xié)調(diào)穗粒數(shù)及有效穗數(shù)是提高漯河市小麥產(chǎn)量的有效辦法。