不同生態(tài)區(qū)環(huán)境下春小麥干物質(zhì)積累及產(chǎn)量形成分析

董艷雪,賈永紅,張金汕,李丹丹,王 凱,羅四維,王潤琪,石書兵

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院,烏魯木齊 830052;2.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院奇臺麥類試驗(yàn)站,新疆奇臺 831800)

0 引 言

【研究意義】小麥?zhǔn)切陆钪饕募Z食作物,新疆有多種不同類型的生態(tài)區(qū)。不同生態(tài)區(qū)及品種特性會影響小麥生長發(fā)育進(jìn)程,在不同生態(tài)環(huán)境下,選擇適宜小麥品種,可達(dá)到小麥高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的目標(biāo)[1-2]。【前人研究進(jìn)展】干物質(zhì)形成是小麥籽粒產(chǎn)量的基礎(chǔ),主要取決于籽粒形成過程中植株光合產(chǎn)物的生產(chǎn)、運(yùn)轉(zhuǎn)及向籽粒中的分配積累[3]。小麥開花后干物質(zhì)及花前營養(yǎng)器官積累的同化物向籽粒中轉(zhuǎn)運(yùn)是影響小麥增產(chǎn)的關(guān)鍵[4-5]。在一定的生態(tài)條件下,小麥干物質(zhì)積累分配往往受遺傳因素的影響;相同品種的小麥在不同生態(tài)條件下前期和后期干物質(zhì)積累與分配有所不同。李瑞珂等[6]研究表明,不同基因型小麥花前干物質(zhì)積累存在顯著差異,提高產(chǎn)量要依靠花前干物質(zhì)積累量高、運(yùn)轉(zhuǎn)率高的品種。溫度會影響小麥植株干物質(zhì)的積累與分配[7],低溫脅迫會降低葉片的光合生產(chǎn)能力以及干物質(zhì)的積累,會降低小麥產(chǎn)量[8-10]。適量的水分能夠促進(jìn)小麥穗部干物質(zhì)積累速率,有利于提高小麥產(chǎn)量[11];干旱脅迫、土壤含水量過高都將降低營養(yǎng)器官干物質(zhì)積累和籽粒灌漿過程[12-13]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】前人關(guān)于在新疆不同生態(tài)區(qū)種植春小麥的研究主要集中在品質(zhì)等方面,而對于春小麥干物質(zhì)積累及產(chǎn)量的形成鮮有報(bào)道。需研究新疆北疆不同生態(tài)區(qū)對春小麥干物質(zhì)積累和產(chǎn)量形成的影響?！緮M解決的關(guān)鍵問題】選用5個(gè)春小麥品種,研究在不同生態(tài)區(qū)條件下,春小麥干物質(zhì)積累、灌漿特性、產(chǎn)量及其構(gòu)成因素變化,為新疆北疆春小麥品種選育及高產(chǎn)增效提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

采用二因素試驗(yàn)設(shè)計(jì),因素一生態(tài)區(qū)設(shè)新疆奇臺、木壘及塔城3個(gè)處理;因素二品種設(shè)新春44號、新春48號、新春37號、新春26號、寧春16號5個(gè)處理。常規(guī)條播播種,種植密度為525×104株/hm2,行長為5 m,行距0.2 m,小區(qū)面積為2 m×5 m=10 m2,3次重復(fù)。滴灌其他田間水肥管理措施均同當(dāng)?shù)匾话愀弋a(chǎn)田。表1,圖1,圖2

圖1 不同生態(tài)區(qū)4～8月15℃月有效積溫及有效積溫變化

圖2 不同生態(tài)區(qū)4～8月平均氣溫變化

表1 不同生態(tài)區(qū)及小麥播種概況

1.2 方 法

1.2.1 葉面積指數(shù)(LAI)測定

各小區(qū)選取同天開花且長勢一致的植株50株掛牌標(biāo)記,選取5株于花后0 d開始,每隔7 d測定1次,采用長寬系數(shù)法[14]測定綠葉面積,系數(shù)為0.83,并計(jì)算LAI。

1.2.2 灌籽粒漿速率測定

各小區(qū)選取標(biāo)記樣株5株(同1.2.1),自花后0 d開始,每隔5 d取樣1次,剝?nèi)⌒←溗胫胁课坏乃肓７湃牒嫦鋬?nèi)105℃殺青30 min,80℃烘干至恒重,稱量干重。用Logistic[15]方程Y=α/(1+e(β+γt))模擬春小麥籽粒的灌漿過程。其中Y為千粒重,α為最大千粒重,γ為灌漿速率系數(shù),Δt為快速增長期持續(xù)時(shí)間。

1.2.3 營養(yǎng)生長階段和生殖生長階段干物質(zhì)形成量

分別于春小麥花后0、7、14、21、28及35 d選取樣株5株(同1.2.1),將植株的地上部各器官(葉片、莖鞘、穗軸與穎殼、籽粒)分開裝入相應(yīng)的紙袋內(nèi),放入烘箱內(nèi)105℃殺青30 min,80℃烘至恒重,稱量干重。計(jì)算營養(yǎng)生長階段干物質(zhì)形成量和生殖生長階段干物質(zhì)形成量:

營養(yǎng)生長階段干物質(zhì)形成量(g)=開花期全株干重(g);

生殖生長階段干物質(zhì)形成量(g)=收獲時(shí)全株干重(g)-開花期全株干重(g)。

1.2.4 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素測定

小麥成熟后,每小區(qū)選有代表性的1m2(1 m×1m)樣區(qū)測定有效穗數(shù),并實(shí)收測產(chǎn),脫粒后自然風(fēng)干,測定千粒重;取10株小麥?zhǔn)覂?nèi)考種,測定穗粒數(shù)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel2019及SPSS21.0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同生態(tài)條件對春小麥葉面積指數(shù)(LAI)的影響

研究表明,隨著小麥生育進(jìn)程的推進(jìn),在不同生態(tài)區(qū)條件下春小麥LAI在花后均呈下降趨勢。不同生態(tài)條件下各春小麥品種花后LAI表現(xiàn)為奇臺>塔城>木壘,且差異顯著,與木壘相比,在奇臺生態(tài)條件下新春44號、新春48號、新春37號、新春26號和寧春16花后LAI分別平均增大28.36%、68.66%、25.14%、40.10%和52.60%。其中,在奇臺和木壘生態(tài)條件下,新春37號花后LAI最大,在奇臺生態(tài)區(qū)新春37號花后LAI比新春44號、新春48號、新春26號、寧春16增大9.67%、2.31%、7.77%和8.98%,在木壘生態(tài)區(qū)高12.49%、37.93%、20.65%和32.89%。而塔城生態(tài)條件下新春48號花后LAI最大。奇臺生態(tài)條件下最有利于增大春小麥花后LAI,且不同品種小麥的LAI對生態(tài)區(qū)的響應(yīng)不同。圖3

圖3 不同生態(tài)區(qū)春小麥花后LAI的變化

2.2 不同生態(tài)條件對春小麥營養(yǎng)生長階段和生殖生長階段干物質(zhì)形成影響

研究表明,不同生態(tài)區(qū)對春小麥營養(yǎng)階段和生殖階段形成的干物質(zhì)影響顯著,在奇臺生態(tài)條件下,不同春小麥品種營養(yǎng)階段和生殖階段形成干重及產(chǎn)量表現(xiàn)為最高,平均比木壘高26.41%、33.24%、45.87%,較塔城高出21.14%、17.57%、17.58%。在塔城生態(tài)條件下,春小麥營養(yǎng)階段形成干重中等水平而生殖階段形成干重較高,木壘生態(tài)條件下營養(yǎng)階段和生殖階段形成干重最少,不同生態(tài)區(qū)春小麥早期形成干物質(zhì)量和晚期形成干物質(zhì)量不同。表2,圖4

圖4 不同生態(tài)區(qū)春小麥營養(yǎng)階段和生殖階段形成的干物質(zhì)與產(chǎn)量的關(guān)系

表2 春小麥產(chǎn)量與營養(yǎng)階段和生殖階段形成的干物質(zhì)變化

2.3 不同生態(tài)條件對春小麥干物質(zhì)積累與分配的影響

研究表明,在不同生態(tài)區(qū)條件下,春小麥成熟期各器官干物質(zhì)積累量和分配率的表現(xiàn)為籽粒>莖鞘>穎殼+穗軸>葉片,其中籽粒分配比例達(dá)到43.23%～53.37%。不同生態(tài)條件下春小麥籽粒分配比例表現(xiàn)為塔城>奇臺>木壘,且差異顯著,在奇臺生態(tài)區(qū)各品種春小麥籽粒重分別比塔城、木壘高10.17%、3.00%。在3個(gè)生態(tài)區(qū)中新春37號籽粒分配比例的均值最高,較新春44號、新春48號、新春26號、寧春16高3.25%、9.32%、0.32%和7.22%,但在塔城生態(tài)區(qū),新春44號的籽粒重及分配比例表現(xiàn)為最高,其分配比例比新春48號、新春37號、新春26號、寧春16高7.15%、4.22%、0.74%、7.47%。不同品種小麥在不同生態(tài)區(qū)莖鞘干物質(zhì)分配比例為22.14%～29.83%。不同生態(tài)區(qū)各品種春小麥葉片與穎殼的干物質(zhì)積累量差異不顯著。表3

表3 不同生態(tài)區(qū)春小麥成熟期干物質(zhì)分配

2.4 籽粒灌漿模型及特征參數(shù)

研究表明,各擬合方程的決定系數(shù)均大于0.95,運(yùn)用Logistic方程能很好地描述籽粒灌漿過程。在不同生態(tài)條件下,各品種春小麥理論最大灌漿粒重、快速灌漿持續(xù)時(shí)間表現(xiàn)為奇臺>塔城>木壘。在奇臺生態(tài)區(qū),春小麥最大灌漿粒重、快速灌漿持續(xù)時(shí)間比木壘生態(tài)區(qū)提高11.69%、 24.20%。其中在奇臺生態(tài)條件下,新春44號最大灌漿粒重、快速灌漿持續(xù)時(shí)間最大,比新春48號、新春37號、新春26號和寧春16高出9.64%、16.48%、18.35%、7.10%,快速灌漿持續(xù)時(shí)間分別高出19.45%、28.56%、26.36%、14.42%。奇臺生態(tài)區(qū)有利于延長春小麥籽粒灌漿時(shí)間,增大小麥千粒重。表4

表4 不同生態(tài)區(qū)春小麥籽粒產(chǎn)量和灌漿方程參數(shù)

產(chǎn)量高的春小麥,基本上處于灌漿最大粒重較大但灌漿速率系數(shù)較小的位置,產(chǎn)量高的情況是灌漿庫容大而灌漿速率較小的類型,該類型主要出現(xiàn)在奇臺,其次是塔城,最后是木壘。灌漿增大庫容且延長了灌漿時(shí)間,是奇臺產(chǎn)量較高的原因之一。5個(gè)供試品種中,新春44號的灌漿系數(shù)γ在3個(gè)生態(tài)區(qū)表現(xiàn)為木壘>塔城>奇臺,而最大灌漿粒重α表現(xiàn)為奇臺>塔城>木壘其他4個(gè)品種也基本相似。種植在奇臺庫容最大、塔城次之、木壘最小;種植在奇臺灌漿速率最小,塔城次之、木壘最大。圖5

圖5 不同生態(tài)區(qū)春小麥灌漿系數(shù)α、γ與產(chǎn)量

2.5 不同生態(tài)條件對春小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素及產(chǎn)量的影響

研究表明,在奇臺生態(tài)條件下,不同春小麥品種穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重及產(chǎn)量表現(xiàn)為最大,平均比木壘高3.38%、0.74%、26.99%、45.87%,較塔城高2.67%、5.97%、4.86%、17.58%。其中,奇臺生態(tài)區(qū)新春48號的穗粒數(shù)比其他品種高15.18%～21.88%,新春44號千粒重比其他品種高5.83%～19.39%,新春37號產(chǎn)量比其他品種高0.92%～8.25%;在木壘生態(tài)區(qū)新春48號穗粒數(shù)較其他品種高11.85%～26.58%,新春44號千粒重高12.56%～22.79%,新春37號產(chǎn)量高6.14%～19.52%。塔城生態(tài)區(qū)穗粒數(shù)表現(xiàn)最高的品種為新春26號,新春44號的千粒重和產(chǎn)量均高于其他品種,其中新春26號的穗粒數(shù)較新春44號、新春48號、新春37號、寧春16高13.58%、2.92%、6.09%、4.34%,產(chǎn)量高9.37%、4.12%、10.58%、19.64%。5個(gè)品種在奇臺產(chǎn)量均高,塔城次之,木壘均最低,3個(gè)生態(tài)區(qū)奇臺最好、塔城次之,木壘最差;5個(gè)品種在奇臺的產(chǎn)量均高于平均產(chǎn)量(7 022.50 kg/hm2),5個(gè)品種均可在奇臺種植;新春37號和新春44號在塔城超過平均產(chǎn)量,適合在塔城種植;5個(gè)品種在木壘生態(tài)區(qū)的產(chǎn)量均低于平均產(chǎn)量,新春37號較為適應(yīng)種植。表5、表6

表5 不同生態(tài)區(qū)春小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素

表6 不同生態(tài)區(qū)5個(gè)品種春小麥產(chǎn)量

3 討 論

3.1不同的生態(tài)條件會對小麥產(chǎn)量有影響,適區(qū)種植可提高小麥產(chǎn)量。產(chǎn)量與干物質(zhì)的積累密切相關(guān)。干物質(zhì)是光合產(chǎn)物的最終形態(tài),干物質(zhì)的積累和轉(zhuǎn)運(yùn)對產(chǎn)量形成起著決定性作用[16]。于振文等[17]在研究中發(fā)現(xiàn),黃淮麥區(qū)隨著施氮量的增加,各生育期干物質(zhì)積累量增多,獲得9 000kg/hm2的超高產(chǎn)。研究結(jié)果表明,不同品種春小麥在各生態(tài)區(qū)種植下成熟期各器官干物質(zhì)積累變化均表現(xiàn)為籽粒>莖鞘>穎殼+穗軸>葉片,但同一品種小麥在不同生態(tài)區(qū)及不同小麥品種在同一生態(tài)區(qū)干物質(zhì)積累和單株籽粒的分配比例差異顯著,春小麥各器官的干物質(zhì)積累、分配及轉(zhuǎn)運(yùn)受環(huán)境生態(tài)因素及品種的影響。新春37號在奇臺和木壘干物質(zhì)積累及單株籽粒重都具有較高表現(xiàn),可能是因?yàn)樾麓?7號抗逆性較好,在海拔高,有效積溫小的情況下具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。

3.2干物質(zhì)積累量越高,能有效提高干物質(zhì)向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)[18-19]。研究結(jié)果表明,各品種在奇臺營養(yǎng)生長階段干物質(zhì)積累和生殖生長階段干物質(zhì)積累最高,在塔城營養(yǎng)生長階段形成干重中等水平而生殖生長階段形成干重較高,在木壘營養(yǎng)生長階段和生殖生長階段形成干重最少?；ê蟾晌镔|(zhì)積累量越大,小麥產(chǎn)量越高,與前人研究結(jié)果相似[20]。小麥粒重受灌漿速率和持續(xù)時(shí)間的綜合影響[21-23]。木壘生態(tài)區(qū)小麥籽粒重最低,籽粒重降低的原因可能是因?yàn)槟緣竞０胃?有效積溫低于其他兩地,且晝夜溫差大,影響了籽粒灌漿進(jìn)程,小麥籽粒成熟度不夠,導(dǎo)致木壘地區(qū)小麥的粒重降低,與前人研究結(jié)果一致[24-25]。

3.3王晶晶等[26]研究中發(fā)現(xiàn),同一品種作物在不同生態(tài)區(qū)的產(chǎn)量存在顯著性差異,不同品種作物在同一生態(tài)區(qū)的產(chǎn)量差異也達(dá)顯著水平。還有研究表明,小麥生長及高產(chǎn)需要適宜的土壤含水量,過高或過低的水分都會影響小麥產(chǎn)量[27]。研究結(jié)果表明,在新疆3個(gè)生態(tài)區(qū)中奇臺和木壘產(chǎn)量較高的小麥品種依次為新春37號,新春26號和新春44號;在塔城產(chǎn)量較高的小麥品種依次為新春44號,新春37號和新春48號。另外,同一品種小麥在不同生態(tài)區(qū)產(chǎn)量會產(chǎn)生一定的變化,奇臺和塔城的產(chǎn)量高于木壘?？赡苁怯捎谀緣痉N植小麥地區(qū)海拔高,有效積溫小,灌水條件差,導(dǎo)致木壘小麥產(chǎn)量低。奇臺和木壘生態(tài)區(qū)新春37號表現(xiàn)較好,新春44號在塔城表現(xiàn)較好。不同的生態(tài)條件和品種會影響小麥的干物質(zhì)積累和產(chǎn)量,研究僅對北疆3個(gè)不同生態(tài)區(qū)春小麥的干物質(zhì)積累和產(chǎn)量進(jìn)行了研究,有關(guān)不同生態(tài)條件對春小麥種子活力的影響有待進(jìn)一步研究。

4 結(jié) 論

品種和環(huán)境因素對新疆春小麥生長特性及產(chǎn)量均有顯著影響,3個(gè)生態(tài)區(qū)干物質(zhì)積累轉(zhuǎn)運(yùn)及產(chǎn)量表現(xiàn)為奇臺>塔城>木壘,奇臺生態(tài)區(qū)水熱氣條件較好,更適宜小麥生長發(fā)育,可促進(jìn)春小麥營養(yǎng)生長階段及生殖生長階段干物質(zhì)積累,增大春小麥籽粒庫容量,進(jìn)而增大了產(chǎn)量;木壘生態(tài)區(qū)海拔較其他兩地高,有效積溫小,不利于干物質(zhì)積累和分配及轉(zhuǎn)運(yùn),籽粒庫容量小,導(dǎo)致產(chǎn)量較低。奇臺生態(tài)區(qū)適宜種植新春37號和新春26號,塔城生態(tài)區(qū)適宜種植新春44號,木壘生態(tài)區(qū)適宜種植新春37號。