论文部分内容阅读
拔节期是小麦有效分蘖形成和生理需水的关键时期,黄淮海麦区常发生冬春连旱气象,导致小麦拔节期受旱,严重降低成穗数、籽粒产量和水分利用效率。本试验针对拔节期土壤水分对冬小麦主茎及不同蘖位分蘖成穗的影响及其生理基础开展研究,以期为合理灌溉技术的研发提供理论依据。试验于2017–2018年和2018–2019年小麦生长季,在山东省泰安市岱岳区道朗镇玄庄村试验基地(36.20°N,116.92°E)进行。选用大穗型品种山农23和中多穗型品种山农29为试验材料,以100%田间持水量为目标相对含水量(β_i),于拔节期设置4个水分处理,包括1个拔节期不灌水处理(T1)和3个拔节期补灌处理,拔节期补灌处理的拟湿润层深度分别为0–10 cm(T2)、0–20 cm(T3)和0–30 cm(T4),采用灌水量计算公式Ⅰ=10×γ×H×(β_i-β_j)计算不同拟湿润层所需补灌水量。试验在遮雨棚条件下进行,于越冬期至开花期有雨时进行遮雨;播种期至越冬期和开花期至成熟期不进行遮雨处理,田间水分管理根据阈值判断法(DB 37/T3174–2018),确定播种期、越冬期和开花期是否需要补灌及所需补灌水量。1.补灌处理对土壤水分含量的影响拔节期灌水后,T3和T4处理0–100 cm土层土壤相对含水量分别提高到72.0–75.8%和72.7–76.3%;100–200 cm土层土壤相对含水量不同处理间均无显著差异。开花期T3与T4处理0–200 cm土层土壤相对含水量无显著差异,显著大于T1与T2处理。说明随拔节期补灌拟湿润层深度的增加,显著提高拔节期0–100 cm土层土壤相对含水量和开花期0–200 cm土层土壤相对含水量。2.补灌处理对冬小麦产量和水分利用效率的影响同一品种,T3处理的籽粒产量和水分利用效率均显著高于T2处理;T4处理与T3处理相比,籽粒产量无显著差异,水分利用效率显著降低,说明拔节期补灌,拟湿润层深度为0–20 cm,无论大穗型品种还是中多穗型品种均能获得较高的籽粒产量和最高的水分利用效率。品种间比较,拔节期灌水后山农23籽粒产量和水分利用效率的提高的幅度显著大于山农29,说明大穗型品种在拔节期实时适量补灌增产增效的幅度显著大于中多穗型品种。3.补灌处理对冬小麦群体动态变化及茎蘖成穗率的影响同一品种,单位面积分蘖数在拔节至开花期间的平均降速表现为T4T3>T2>T1;山农29 Ⅰ蘖的成穗率各处理之间无显著差异。说明高位蘖的成穗率对拔节期干旱的反应比低位蘖更敏感,在干旱条件下大穗型品种高位蘖成穗率降低的幅度显著大于中多穗型品种;拔节期补灌,拟湿润层深度由0–10 cm增加至0–20 cm,可显著提高两品种不同蘖位分蘖的成穗率,尤其是中多穗型品种Ⅱ蘖和Ⅲ蘖的成穗率。4.补灌处理下茎蘖叶片气体交换特性的变化在拔节至开花期间,同一品种,不同蘖位分蘖之间比较,随蘖位升高,顶展叶净光合速率和蒸腾速率均显著降低;处理之间比较,主茎和Ⅰ蘖顶展叶的净光合速率,T3与T4处理之间无显著差异,两处理显著大于T2和T1处理,T1处理最低;Ⅳ蘖顶展叶的净光合速率,T4处理高于其余处理;主茎、Ⅰ蘖和Ⅳ蘖顶展叶的蒸腾速率随拔节期补灌的拟湿润层深度的增加而提高,表现为T4>T3>T2>T1,叶片水分利用效率则表现为T4T3>T2>T1;山农29主茎和Ⅰ蘖叶片的SOD和CAT活性及可溶性蛋白含量则表现为,T3与T4处理之间无显著差异,两处理均显著大于T2和T1处理,T1处理最低;两品种Ⅳ蘖叶片的SOD和CAT活性及可溶性蛋白含量均随拔节期补灌的拟湿润层深度的增加而显著提高,表现为T4>T3>T2>T1。两品种主茎、Ⅰ蘖和Ⅳ蘖叶片的MDA含量均随拔节期补灌的拟湿润层深度的增加而显著降低,表现为T4T3>T2>T1,平均单茎氮素积累速率和干物质积累速率,表现为T3、T4处理之间无显著差异,两处理均显著大于T2和T1处理,T1处理最低;Ⅳ蘖在拔节至开花期间的平均单茎可溶性糖积累速率、氮素积累速率和干物质积累速率,均表现为T2、T3、T4处理之间无显著差异,显著大于T1处理。上述结果说明拔节期补灌,拟湿润层深度由0–10 cm增加至0–20 cm,显著提高主茎和低位蘖在拔节期至开花期的平均单茎碳氮积累速率,低位蘖的平均单茎碳氮积累速率与主茎基本一致,不断缩小碳氮积累量与主茎之间的差距,对Ⅳ蘖无明显促进作用;至开花期,大穗型品种分蘖与主茎之间碳氮积累量的差值显著大于中多穗型品种。综上所述,大穗型品种(山农23)分蘖成穗对拔节期干旱的反应比中多穗型品种(山农29)更为敏感。拔节期适度灌溉可显著提高主茎和各蘖位分蘖叶片的SOD和CAT活性及可溶性蛋白含量,延缓分蘖的衰老,提高分蘖叶片净光合速率,特别是促进了主茎和低位蘖氮素和干物质积累,显著提高两品种Ⅱ蘖和Ⅲ蘖的成穗率,增加穗数和籽粒产量。但过量灌溉增加了主茎及各分蘖叶片蒸腾速率,显著降低叶片水分利用效率,从而导致小麦产量水分利用效率显著降低。拔节期将0–20 cm土层土壤相对含水量补灌至100%田间持水量,无论对大穗型品种还是对中多穗型品种,均能有效调节主茎和分蘖成穗,协调产量三因素的关系,实现高产和高水分利用效率。