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拔节期和花后渍水对小麦产量、干物质及氮素积累和转运的影响

2017-12-11丁锦峰苏盛楠江孟孟郑丽洁汪先鹏李春燕朱新开郭文善

麦类作物学报 2017年11期
关键词:渍水花后拔节期

丁锦峰,苏盛楠,梁 鹏,江孟孟,郑丽洁,汪先鹏,李春燕,朱新开,郭文善

(扬州大学江苏省作物遗传生理国家重点实验室培育点/粮食作物现代产业技术协同创新中心/扬州大学小麦研究中心,江苏扬州 225009)

拔节期和花后渍水对小麦产量、干物质及氮素积累和转运的影响

丁锦峰,苏盛楠,梁 鹏,江孟孟,郑丽洁,汪先鹏,李春燕,朱新开,郭文善

(扬州大学江苏省作物遗传生理国家重点实验室培育点/粮食作物现代产业技术协同创新中心/扬州大学小麦研究中心,江苏扬州 225009)

为给长江中下游小麦大面积高产稳产栽培提供理论与实践依据,以扬辐麦4号为材料,研究拔节期和花后连续渍水5 d、10 d和15 d对小麦产量及其构成因素、干物质和氮素积累与转运的影响。结果表明,拔节期和花后渍水处理均显著降低了小麦产量、穗粒数、千粒重,并显著降低了成熟期根和地上部、花后地上部干物质和氮素积累量及根冠比。随渍水时间的延长,渍水对产量及其构成因素、干物质和氮素积累及转运量的影响总体呈增大趋势;籽粒产量、穗粒数、花后地上部干物质与氮素积累量、根冠比在渍水5 d和10 d间差异不显著,渍水5 d和15 d间差异显著。拔节期与花后短期渍水处理间产量差异不显著,但花后渍水15 d产量显著低于拔节期渍水。花后渍水对千粒重、花后地上部干物质和氮素积累量、花前地上部干物质转运量的影响较大。

小麦;渍水时期;渍水持续时间;产量;干物质;氮素

随着全球气候变暖,持续高强度降雨频现,渍害发生趋于频繁[1],严重威胁小麦安全生产和发展。研究表明,渍水胁迫可降低小麦株高,抑制根和穗的生长[2];降低绿叶及根系抗衰老能力[2-4];抑制光合、呼吸和蒸腾作用,减少光合物质的积累与转运[3,5];减缓灌浆后期籽粒灌浆速率[6];使分蘖数减少、粒数下降、粒重降低,最终导致产量下降[1,7]。渍水对小麦产量形成的影响因土壤[8-9]、气候[9]、品种[10]等不同存在差异。Shao等[11]研究认为,拔节、孕穗期渍水对产量的影响大于乳熟期;San等[12]研究认为,开花期前后是小麦对渍水最为敏感的时期,其次是拔节期前后和灌浆期。孕穗期土壤渍水初期(0~5 d),根干重略有增加,随渍水时间延长,根系衰老加剧[4]。长江中下游地区是我国以稻麦轮作为主的小麦主产区之一,该区稻茬麦土壤浸水时间长,土壤粘重、通透性差,小麦生育期间降水时空分布不均,局部时段阴雨天气频繁发生,降水时常超过小麦正常需水量,易导致麦田渍害。本研究以长江中下游麦区主推品种扬辐麦4号为材料,研究拔节期和花后连续渍水5 d、10 d和15 d对小麦产量及其构成因素、干物质和氮素积累与转运的影响,以期为长江中下游小麦大面积高产稳产栽培提供理论与实践依据。

1 材料与方法

1.1 供试品种与试验点概况

供试品种为扬辐麦4号,由江苏省里下河地区农业科学研究所提供。试验于2015-2016年在扬州大学江苏省作物遗传生理重点实验室盆钵试验场(32°39′E,119°42′N)进行。试验用土为轻壤土,含有机质14.61 g·kg-1,碱解氮52.35 mg·kg-1,速效磷37.35 mg·kg-1和速效钾96.51 mg·kg-1。试验处理后温度、降水量、日照时数见图1。

1.2 试验设计

试验采用盆栽,盆钵口直径26 cm、底直径18 cm、高26 cm,底部有8个排水孔。土壤过8 mm筛网,与基肥混匀后,每盆装土11 kg,装土后等量浇水自然沉实。每盆基施尿素(含46%N)0.85 g和复合肥(含15%N、15%P2O5和15%K2O)3.50 g;四叶期追施尿素0.35 g;倒三叶期追施尿素0.30 g和复合肥3.35 g。2015年11月3日播种,每盆精选种11粒,播种后覆土1 kg。三叶期留取生长一致的植株6株。其余管理措施同大田高产栽培,手工拔除杂草。

采用随机区组设计,以不渍水处理为对照(CK),设拔节期开始连续渍水5 d(WE5)、10 d(WE10)和15 d(WE15)处理和开花期开始连续渍水5 d(WA5)、10 d(WA10)和15 d(WA15)共7组处理,每组处理20盆。渍水处理将盆钵放置于长4 m、宽1.2 m、深30 cm水池中,保持水层高出盆钵土面1~2 cm;不渍水处理将盆钵置于自然条件下生长,雨前移至遮雨棚,雨后移出。渍水处理结束后将盆钵移出水池,自然落干,此后正常浇水。盆钵底层和表层土壤体积含水量采用便携式土壤水分测定仪(TZS-1K)监测,保持土壤体积含水量15%~20%(土壤相对含量在75%左右,试验测定),水分不足时各盆等量浇水。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 干物质积累量的测定

于开花期和成熟期每处理取样3盆,植株按器官(茎鞘、叶、颖壳+穗轴、籽粒、根)分开,于105 ℃杀青1 h,80 ℃烘至恒重,测定干物重。

1.3.2 氮素积累量的测定

将1.3.1中的样品粉碎,称取0.25 g,用FOSS公司的Kjeltec TM 8400全自动凯氏定氮仪测定含氮率,计算植株氮素积累量。

EB、EE5、EE10、EE15分别为拔节期渍水开始及渍水5、10、15 d处理结束的时间,AB、AE5、AE10、AE15分别为花后渍水开始及渍水5、10、15 d处理结束的时间。

EB,EE5,EE10,EE15 present time of waterlogging begin,0 d,5 d,10 d and 15 d waterlogging ending at elongation,respectively;AB,AE5,AE10,AE15 present time of waterlogging begin,0 d,5 d,10 d and 15 d waterlogging ending at after anthesis,respectively.

图1试验处理后温度、降水量、日照时数

1.3.3 产量及其构成因素的测定

成熟期各处理调查5盆有效穗数和穗粒数,并收获计产。脱粒自然晾干,测定千粒重及含水率,折算为含水率13%的产量。

1.4 相关指标计算公式

花后地上部干物质积累量=成熟期地上部干物质积累量-开花期地上部干物质积累量

花后地上部干物质积累量对产量的贡献率=花后地上部干物质积累量/籽粒干物质积累量

花前干物质转运量=开花期营养器官干物质积累量-成熟期营养器官干物质积累量

根冠比=根干物质积累量/地上部干物质积累量

收获指数=籽粒干物质积累量/植株地上部干物质积累量

花后地上部氮素积累量=成熟期地上部氮素积累量-开花期地上部氮素积累量

花后地上部氮素积累量对籽粒氮素的贡献率=花后地上部氮素积累量/籽粒氮素积累量

花前氮素转运量=开花期营养器官氮素积累量-成熟期营养器官氮素积累量

氮收获指数=籽粒氮素积累量/植株地上部氮素积累量

1.5 数据处理

采用Excel 2003和DPS 7.05对试验数据进行方差分析和显著性差异检验。

2 结果与分析

2.1 渍水对小麦产量及其构成因素的影响

由表1可知,拔节期和花后渍水对株穗数影响不显著,但对穗粒数、千粒重和籽粒产量有极显著影响(P<0.01)。拔节期渍水5~15 d,穗粒数、千粒重和籽粒产量分别下降7%~18%、5%~10%和13%~24%;渍水5 d与10 d处理间差异不显著,与渍水15 d处理差异显著。花后渍水5~15 d,穗粒数、千粒重和籽粒产量分别下降1%~9%、11%~25%和15%~34%,穗粒数和产量在渍水5 d和10 d处理间差异不显著,均显著高于渍水15 d处理,千粒重在不同处理间差异均达显著水平。穗粒数、千粒重和籽粒产量均随渍水时间的延长而降幅增大。拔节期与花后短期渍水处理间产量差异不显著,但花后渍水15 d的产量显著低于拔节期渍水15 d。拔节期渍水对穗粒数的影响大于花后渍水,但对千粒重的影响小于花后渍水。相关性分析表明,籽粒产量与穗粒数和千粒重均呈线性正相关关系,与千粒重相关性达显著水平(r=0.89**)。

表1 拔节期和花后渍水处理对小麦产量及其结构的影响Table 1 Effect of waterlogging at elongation and anthesis on yield and yield components in wheat

CK:对照;WE5、WE10、WE15和WA5、WA10、WA15分别表示拔节期和花后渍水5 d、10 d和15 d处理。同列数据后不同字母表示处理间差异显著(P<0.05)。*:P<0.05;**:P<0.01。下同。

CK:Control; WE5,WE10,WE15,and WA5,WA10 and WA15 represent waterlogging treatments of the duration at 5,10 and 15 days at elongation and after anthesis,respectively. Significant difference among different treatments is indicated with different letters following data(P<0.05). *:P<0.05;**:P<0.01.The same in table 2 and 3.

2.2 渍水对干物质积累和转运量的影响

由表2和图2可知,拔节期渍水15 d显著降低了开花期根和地上部干物质积累量;花后渍水15 d显著降低了花前地上部干物质转运量和收获指数;拔节期和花后渍水均显著降低了成熟期根部干物质积累量、花后地上部干物质积累量及其对产量的贡献率和根冠比(WE5和WA5除外)。

随渍水持续时间延长,开花期和成熟期根和地上部、花后地上部干物质积累量、花前地上部干物质转运量、根冠比和收获指数逐渐降低(花后渍水5~15 d的开花期干物质积累量除外)。拔节期渍水5 d和10 d处理间开花期根和地上部、成熟期地上部、花后地上部干物质积累量及其对产量的贡献率和根冠比差异不显著,但渍水15 d处理显著低于渍水5 d(开花期干物质积累量除外);拔节期不同渍水处理间成熟期根干物质积累量差异显著。花后不同渍水处理间成熟期根干物质积累量差异显著;成熟期地上部干物质积累量和花后地上部积累干物质对产量的贡献率差异不显著;花后地上部干物质积累量、花前地上部干物质转运量、根冠比和收获指数在渍水5 d和10 d处理间差异不显著,但渍水15 d处理显著低于渍水5 d。

总体而言,拔节期渍水对成熟期根和地上部干物质积累量影响大于花后渍水,但对花后地上部干物质积累量和花前地上部干物质转运量影响小于花后渍水。相关性分析表明,籽粒产量与成熟期根、花后地上部干物质积累量及其对产量的贡献率、花前地上部干物质转运量、根冠比和收获指数均呈显著线性正相关关系(r=0.83*、0.98**、0.74*、0.80*、0.87*和0.78*)。

2.3 渍水对小麦氮素积累和转运的影响

由表3可知,渍水对开花期根和地上部氮素积累量、成熟期根、籽粒和地上部氮素积累量、花前地上部氮素转运量和花后地上部氮素积累量及其对籽粒氮素的贡献率均有显著或极显著影响。对氮收获指数影响不显著。

表2 拔节期和花后渍水处理对小麦干物质积累和转运的影响Table 2 Effects of waterlogging duration at elongation and anthesis on dry matter accumulation(DMA) and remobilization(DMR) in wheat

DMAA:Dry matter accumulation at anthesis; DMAM:Dry matter accumulation at maturity; PDMA:Post-anthesis dry matter accumulation in shoot; PDMR:Pre-anthesis dry matter remobilization in shoot; CPDMA:Contribution of post-anthesis dry matter remobilization in shoot to yield.

图2 拔节期和花后渍水处理对小麦根冠比和收获指数的影响

处理Treatment开花期氮素积累量NAA/(mg·plant-1)根Root地上部Shoot成熟期氮素积累量NAM/(mg·plant-1)根Root籽粒Grain地上部Shoot花后地上部氮素积累量PNA/(mg·plant-1)花后地上部氮素积累量对籽粒氮素的贡献率CPNA/%花前地上部氮素转运量PNR/(mg·plant-1)氮收获指数NitrogenharvestindexCK28.00a130.60a20.37a136.90a178.27a47.60a34.77a89.30a0.770aWE526.90ab117.30ab15.70bc114.11b149.80b32.47b28.47b81.63ab0.760aWE1026.50ab105.31bc12.23de102.97bc135.03bc29.73bc28.87bc73.20bc0.763aWE1524.97b93.83c9.03f91.80c118.42c24.10d26.28c67.67c0.777aWA527.97a130.63a16.80b113.63b156.57ab25.90cd22.78d87.77a0.727abWA1028.00a130.67a13.67cd109.22b152.47b21.81d19.98e87.37a0.717abWA1528.00a130.63a11.30e91.23c136.10bc5.43e5.96f85.83a0.670bF值Fvalue2.87*8.57**29.24**13.61**5.80**81.27**164.80**4.31**1.69ns

NAA:Nitrogen accumulation at anthesis; NAM:Nitrogen accumulation at maturity; PNA:Post-anthesis nitrogen accumulation in shoot; CPNA:Contribution of post-anthesis nitrogen accumulation in shoot to nitrogen accumulation in grain; PNR:Pre-anthesis nitrogen remobilization in shoot.

随渍水持续时间延长,开花期根和地上部、成熟期根、籽粒和地上部氮素积累量、花后地上部氮素积累量及其对籽粒氮素的贡献率和花前地上部氮素转运量逐渐降低(花后渍水处理的开花期根与地上部氮素积累量除外)。拔节期不同渍水处理间开花期根氮素积累量差异不显著;成熟期根氮素积累量差异显著;开花期根和地上部、成熟期籽粒和地上部、花后地上部氮素积累量及其对籽粒氮素贡献率和花前地上部氮素转运量在拔节期渍水5 d和10 d处理间差异均不显著,但渍水15 d处理显著低于渍水5 d(开花期根氮素积累量除外)。花后不同渍水处理间成熟期根氮素积累量和花后氮素积累对籽粒氮素贡献率差异显著;成熟期籽粒和花后地上部氮素积累量在渍水5 d和10 d处理间差异不显著,但渍水15 d处理显著低于渍水5 d;成熟期地上部氮素积累量、花前地上部氮素转运量和氮收获指数差异不显著。

总体而言,拔节期渍水对成熟期根和地上部氮素积累量影响大于花后渍水,但对花后地上部氮素积累量及其对籽粒氮素的贡献率影响小于花后渍水。籽粒产量与成熟期根、籽粒和地上部氮素积累量和花后地上部氮素积累量均呈显著线性正相关关系(r=0.87*、0.95**、0.80*和0.96**)。籽粒氮素积累量与成熟期根和地上部氮素积累量和花后地上部氮素积累量均呈显著线性正相关关系(r=0.96*、0.94**和0.85*)。

3 讨 论

不同生育时期渍水对小麦产量构成因素的影响不尽相同。Araki等[13]研究认为,拔节期或花后渍水造成产量下降的主要原因是千粒重的降低。吴建国等[2]研究认为,不同生育时期渍水均会造成穗数、穗粒数和千粒重不同程度下降,抽穗期渍水主要影响穗粒数和千粒重,灌浆期渍水主要影响千粒重。Hossain等[6]研究认为,花前渍水对籽粒灌浆和产量影响不显著,花后渍水显著降低产量和千粒重。吴进东等[7]研究认为,花后渍水对成穗数影响不显著,但降低穗粒数、千粒重和产量。本试验结果表明,拔节期和花后渍水对株穗数影响不显著,均显著降低了穗粒数、千粒重和产量,与Araki等[13]和吴建国等[2]研究结果有所差异,可能与试验条件和品种有关。

Shao等[11]研究认为,拔节至孕穗期渍水明显降低小麦地上部及根干物质积累量和根冠比。李金才等[14]研究认为,孕穗期渍害会降低植株地上和地下部干重。胡继超等[15]研究认为,不同生育期渍水均会影响小麦植株器官干物质积累和分配,渍水后干物质在地下部的分配比例下降,根冠比明显降低。本试验结果表明,拔节期和花后渍水15 d均显著降低成熟期根和地上部、花后地上部干物质积累量和根冠比;籽粒产量与成熟期根、花后地上部干物质积累量、花前地上部干物质转运量、根冠比均呈显著线性正相关关系。谢祝捷等[16]研究认为,花后渍水会引起小麦剑叶净光合速率和叶绿素含量的快速下降,这可能是渍水造成干物质积累量降低的生理原因之一。姜 东等[3]和谢祝捷等[16]研究表明,花后渍水会降低小麦花前贮藏氮再转运和花后同化物及氮素输入籽粒量。周苏玫等[17]研究认为,渍水会造成根系氮素积累量下降。Herzog等[18]认为渍水造成的土壤缺氧会限制根系氮素吸收以及向地上部的转运,进而导致植株缺氮,影响地上部生长和籽粒产量。本试验结果表明,拔节期和花后渍水15 d均显著降低了成熟期根和地上部、花后地上部氮素积累量,拔节期渍水显著降低花前地上部氮素转运量;籽粒产量与成熟期根和地上部氮素积累量和花后地上部氮素积累量均呈显著线性正相关关系。周苏玫等[17]研究认为,随渍水时间延长根系生物量和氮素积累量逐渐下降。本试验结果表明,随渍水时间延长,渍水对产量及其构成因素、干物质和氮素积累和转运量的影响总体呈增大趋势,但籽粒产量、穗粒数、花后地上部干物质和氮素积累量、根冠比在渍水5 d和10 d处理间差异不显著,5 d和15 d处理间差异显著。

Araki等[13]研究表明,花后渍水对产量的影响大于拔节期渍水。Hossain等[6]研究表明,花后渍水14 d小麦产量下降约40%,花前渍水对产量影响不明显。吴进东等[7]研究表明,小麦籽粒形成期(花后5~8 d)渍水对产量影响大于乳熟期(花后15~18 d),产量降幅约在20%。周苏玫等[17]研究认为,孕穗期后渍水对小麦根系生长与营养代谢的影响随生育进程推移而增大。可见,前人对渍水影响小麦生长的敏感时期及其伤害程度结果不尽相同,这可能与试验的土壤、气候、品种等有关。本试验结果表明,拔节期和花后渍水5~10 d产量下降13%~19%,渍水15 d降幅达24%以上,但两时期短期渍水处理间产量差异不显著,花后渍水15 d 产量显著低于拔节期渍水。花后渍水对千粒重、花后地上部干物质和氮素积累量、花前地上部积累干物质转运量影响较大。本试验在拔节期渍水处理期间降雨较少、日照充沛,而花后渍水处理8 d后基本处于阴雨天气,弱光胁迫可能是花后15 d 渍水处理产量显著低于拔节期渍水的原因之一,对于渍水与弱光复合胁迫对小麦产量形成的影响有待进一步研究。

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EffectofWaterloggingatElongationorAfterAnthesisonGrainYieldandAccumulationandRemobilizationofDryMatterandNitrogeninWheat

DINGJinfeng,SUShengnan,LIANGPeng,JIANGMengmeng,ZHENGLijie,WANGXianpeng,LIChunyan,ZHUXinkai,GUOWenshan

(Jiangsu Key Laboratory of Crop Genetics and Physiology/Co-Innovation Center for Modern Production Technology of Grain Crops/Yangzhou Wheat Research Institute,Yangzhou,Jiangsu 225009,China)

In order to provide the information on high and stable yield of wheat in the middle and lower reaches of the Yangtze River,a greenhouse experiment,using wheat variety Yangfumai 4,was designed to investigate the effects of 5-,10- and 15-day waterlogging at elongation stage and after anthesis on yield,yield components,dry matter and nitrogen accumulation and remobilization in wheat. Waterlogging treatment at both of the two stages significantly decreased the yield,kernels per spike,1 000-kernels weight,dry matter and nitrogen accumulation amount of root and shoot at maturity and post-anthesis shoot,and root-shoot ratio. An increasing trend of waterlogging-induced reduction in yield,yield components,dry matter and nitrogen accumulation and remobilization was observed along with the extended waterlogging duration. No significant differences between 5- and 10-day waterlogging treatments were found in yield,kernels per spike,post-anthesis dry matter and nitrogen accumulation amount in shoot,and root-shoot ratio,while the results between 5- and 15-day waterlogging treatments showed significant difference.There were no significant differences between/among short-term waterlogging treatment at elongation and after anthesis. However,the yield under 15-day waterlogging after anthesis was significantly lower than that at the elongation stage. In general,the effects of waterlogging after anthesis on 1 000-kernels weight,post-anthesis dry matter and nitrogen accumulation in shoot,and pre-anthesis dry matter remobilization in shoot were significantly higher than that at elongation. It was suggested that the effects of waterlogging on yield,yield components,dry matter and nitrogen accumulation and remobilization in wheat relies on the waterlogging stage and its duration.

Wheat; Waterlogging stages; Waterlogging duration; Yield; Dry matter; Nitrogen

时间:2017-11-14

网络出版地址:http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20171114.1027.016.html

2017-03-17

2017-04-19

国家自然科学基金项目(31401317);国家重点研发计划项目(2016YFD0300405);教育部高等学校博士学科点专项科研基金项目(20133250110001);江苏高校品牌专业建设工程资助项目(PPZY2015A060);江苏高校优势学科建设工程项目;江苏高校优秀科技创新团队项目;扬州大学科技创新团队项目;扬州大学大学生科技创新基金项目

E-mail:jfdin@yzu.edu.cn

郭文善(E-mail:wheat@yzu.edu.cn)

S512.1;S311

A

1009-1041(2017)11-1473-07

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