10个旱地春小麦品种(系)在陇中半干旱区的比较试验

马明生，柳燕兰，郭贤仕

(1.甘肃省农业科学院 旱地农业研究所，兰州 730070；2．甘肃省旱作区水资源高效利用重点实验室，兰州 730070)

小麦是甘肃省主要的粮食作物，也是重要的口粮作物，关系到区域农业生产和粮食安全，陇中半干旱地区作为甘肃省粮食生产新的增长极，在保障区域粮食自给和粮食安全方面承担着重要作用。而干旱胁迫是该区域春小麦生产最大的制约因素，节水抗逆小麦新品种的筛选和应用成为稳产增产的关键[1]。近年来，在小麦全膜覆土穴播栽培技术推动下，该区域旱地小麦产量较常规种植模式提高了40%～220%，取得了突破性进展[2]。但是，由于小麦种植效益较低，加之近年来农民对小麦种植的不重视，使小麦优良品种资源利用率较低、新审定的优良品种推广不顺、主导品种不明确、农民互相串换种植现象普遍，严重影响了小麦产量和品质的提升[3]。因此，急需引进筛选一批抗旱性、抗条锈病、抗倒伏性等表现优良，且丰产稳产性较好的新品种，推进优良品种资源的应用和新老品种的更新换代。

本研究针对陇中半干旱区春小麦优良品种资源稀少、新老品种更新换代较慢、抗逆性较差等问题，在甘肃定西以当地主栽的‘陇春27’为对照，引进9个春小麦品种(系)，在全膜覆土穴播栽培模式下，通过分析不同品种(系)的产量、农艺性状、抗逆性、叶片SPAD值等，探讨供试品种(系)在研究区域的综合适应性，旨在丰富和完善该区域春小麦品种资源，加快优良品种的推广应用，配套全膜覆土穴播栽培技术，显著提升小麦生产水平。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2015年在甘肃省农业科学院定西旱作农业试验站(农业部西北黄土高原地区作物栽培科学观测实验站)进行。该区海拔 1 970 m，年均气温6.2 ℃，年辐射总量5 898 MJ/m2，年日照时数2 500 h，≥10 ℃积温2 075.1 ℃，无霜期140 d，属中温带半干旱气候。作物一年一熟，无灌溉，为典型旱地雨养农业，年均降水总量为415 mm，6-9月降水量占年降水的68%，降水相对变率为24%，400 mm降水保证率为48%。试验区土壤为黄绵土，0～30 cm土层平均体积质量1.25 g/cm3，永久凋萎系数为7.2%。春小麦生育期多年平均降雨量201 mm，2015年春小麦生育期降水量207.3 mm，属平水年。

1.2 供试材料及来源

供试春小麦品种(系)共10个，分别为‘西旱2号’‘甘春25’‘05052-2’‘定西40’‘定西45-6’‘陇春35’‘04(4)-6-1’‘06(148)-2-1’‘和尚头’，以‘陇春27’作为对照，供试材料来源见表1。

表1 供试春小麦品种(系)来源Table 1 Source of spring wheat varieties(lines)

1.3 试验设计

试验采用完全随机设计，重复3次，小区面积3.6 m×5.0 m=18 m2。采用全膜覆土穴播栽培方式，每穴播8～10粒，种植行距20 cm，穴距13 cm，播量300万～375万粒/hm2。各处理施肥量均为N 135 kg/hm2，P2O590 kg/hm2，K2O 63 kg/hm2，播前一次性基施。2015-03-28播种，2015-08-03收获。全生育期无灌溉，根据出苗情况及时进行放苗，适期进行杂草防除，成熟期及时人工收获。

1.4 测定项目与方法

1.4.1 生育期 记载各品种拔节期、抽雄期、扬花期、灌浆期、成熟期。

1.4.2 籽粒产量 各小区实收计产，风干后计算籽粒产量，然后换算成单位面积籽粒产量。

1.4.3 耗水量(ET)及水分利用效率(WUE) 小麦播前和收获时分别用土钻法测定每个小区2 m土层(每20 cm为一个层次)的土壤含水率，然后转化为以mm为单位的播前和收获时的土壤贮水量。小麦生育期降雨量通过自动气象站获得。利用土壤水分平衡方程计算每个小区的作物耗水量(ET)。

ET(mm)= 播前2 m土壤贮水量(mm)-收获时2 m土壤贮水量(mm) +生育期降水量(mm)

WUE(kg·hm-2·mm-1)=小麦籽粒产量(kg·hm-2)/耗水量(mm)

1.4.4 条锈病发病情况及倒伏率 根据病情发展，在小麦锈病发病盛期调查病害发生情况，调查旗叶发病的普遍率、严重度和反应型。其中，反应型是根据小麦过敏性坏死反应有无和其强度划分的病斑类型，用以表示小麦品种抗锈程度，按0、0；、1、2、3、4共6个类型记载，各类型可附加“-”或 “+”号，以表示偏轻或偏重，划分标准如下：0(免疫型)，叶上不产生任何可见的症状；0；(近免疫型)，叶上产生小型枯死斑，不产生夏孢子堆；1(高度抗病型)，叶上产生枯死条点或条斑，夏孢子堆很小，数目很少；2(中度抗病型)，夏孢子堆小到中等大小，较少，其周围叶组织枯死或显著褪绿；3(中度感病型)，夏孢子堆较大、较多，其周围叶组织有褪绿现象；4(高度感病型)，夏孢子堆大而多，周围不褪绿。具体调查和计算方法参照商鸿生等[4]介绍的方法。小麦成熟期调查各品种(系)的倒伏情况，倒伏率为每个小区倒伏面积占小区总面积的比例。

1.4.5 叶片SPAD值 在小麦拔节期、扬花期和灌浆期分别用SPAD-502叶绿素仪测定旗叶SPAD值，每个小区随机选取长势均匀的20株进行测定。

1.4.6 考种分析 成熟后每小区随机选取20株进行考种分析。

1.5 数据处理与分析

采用Excel 2007和DPS 7.05统计分析软件对试验数据进行统计分析，并用Tukey法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 供试品种(系)生育期

表2显示，10个供试材料的生育期为120～128 d，对照品种‘陇春27’生育期为123 d。其中，‘定西40’和‘04(4)-6-1’表现最晚熟，均为128 d，‘06(148)-2-1’表现最早熟，为120 d。灌浆持续期的长短对最终籽粒形成影响较大，从结果来看，‘05052-2’的灌浆持续期最长，为39 d，‘04(4)-6-1’的灌浆持续期最短，为35 d。

表2 供试春小麦品种(系)的主要生育时期Table 2 Growth period of spring wheat varieties(lines)

2.2 供试品种(系)籽粒产量及水分利用效率

由表3可知，2015年研究区域春小麦生育期降雨量相对充裕，达到207.3 mm，在充足的土壤水分供应条件下，供试材料籽粒产量均相对较高，平均达到4 057.61 kg·hm-2，且不同品种(系)间差异显著(P<0.05)。‘甘春25’‘05052-2’‘西旱2号’‘06(148)-2-1’‘陇春35’等品种(系)的籽粒产量高于对照品种‘陇春27’，其中，‘甘春25’籽粒产量最高为5 000.3 kg·hm-2，‘定西40’和‘和尚头’由于倒伏严重且倒伏时间较早，产量均较低，分别为2 426.1和2 870.5 kg·hm-2。

不同品种(系)间耗水量和水分利用效率同样差异显著(P<0.05)。‘甘春25’、‘05052-2’耗水量高于对照品种‘陇春27’，在获得高产的同时消耗了相对较多的土壤水分，但不同品种(系)间耗水量变异系数明显小于籽粒产量和WUE的变异系数，‘甘春25’耗水量最大，‘04(4)-6-1’耗水量最小，二者相差7.2%。WUE的变化趋势与籽粒产量基本一致，‘甘春25’‘西旱2号’‘05052-2’‘06(148)-2-1’‘陇春35’等品种(系)WUE高于对照品种‘陇春27’，‘甘春25’最高，‘定西40’最低，分别为13.15和6.61 kg·hm-2·mm-1，二者相差达到了98.9%。从以上试验结果可知，不同小麦品种(系)因其耗水特征以及气孔特性、光合能力等生理生态特征的不同而在水分利用效率上表现出显著差异，且较高的水分利用效率建立在较高的籽粒产量基础上，而并非是因为消耗了相对较少的土壤水分。

2.3 供试品种(系)主要农艺性状

从主要农艺性状结果(表4)来看，不同品种(系)间株高、穗长、小穗数、穗粒数、穗粒质量及千粒质量差异均达到显著水平(P<0.05)。其中，‘陇春35’‘和尚头’‘定西40’‘05052-2’‘甘春25’的株高大于对照品种‘陇春27’、‘04(4)-6-1’和‘陇春35’的穗长和小穗数大于对照品种‘陇春27’，‘04(4)-6-1’和‘西旱2号’的穗粒数大于‘陇春27’，而千粒质量除了‘定西40’‘和尚头’及‘定西45-6’外，其余品种(系)均大于‘陇春27’。

‘甘春25’的高产性主要体现在千粒质量方面，‘定西40’‘陇春35’‘和尚头’由于株高较大，在本年度降雨较多的情况下发生了严重倒伏现象，致使产量偏低。‘陇春35’各项指标均表现出明显的优势，但是较大的株高同样增加了倒伏发生率，可能会对产量形成造成一定影响。

表3 供试春小麦品种(系)籽粒产量、耗水量及水分利用效率Table 3 Grain yield,evaportranspiration(ET) and water use efficiency(WUE) of spring wheat varieties(lines)

注：同列不同字母表示在0.05水平差异显著，下同。

Note：Different letters in the same columns indicate significant difference at 0.05 level,the same below.

表4 供试春小麦品种(系)主要农艺性状Table 4 Agronomic characters of spring wheat varieties(lines)

2.4 供试品种(系)抗逆性

试验结果(表5)表明，在2015年降雨条件下，除了‘04(4)-6-1’和‘06(148)-2-1’外，其余供试品种(系)在灌浆期均发生不同程度的倒伏现象。其中，‘05052-2’‘定西40’和‘和尚头’在灌浆中期全部倒伏，对籽粒灌浆造成了显著影响。从条锈病的发病情况来看，‘06(148)-2-1’‘04(4)-6-1’‘05052-2’和‘西旱2号’的发病严重度相对较高，‘06(148)-2-1’和‘西旱2号’的发病普遍率相对较高，‘06(148)-2-1’的平均严重度和普遍率分别达到43.40%和81.00%，且‘06(148)-2-1’的反应型达到了4级，较高的发病率和严重度同样影响了籽粒的正常灌浆；‘甘春25’在本降水年型抗倒伏性较差，但在抗条锈病方面表现出了较强的优势。

2.5 供试品种(系)旗叶SPAD值及其与籽粒产量的关系

试验结果(表6)显示，不论在哪个测定时期，10个供试材料的旗叶SPAD值均差异显著(P<0.05)，且灌浆期的变异系数最大。‘陇春35’‘05052-2’‘甘春25’‘西旱2号’的旗叶SPAD值在3个测定时期均相对较大，尤其表现在灌浆期，说明该品种(系)叶片持绿期较长，有利于光合产物的积累和运转，这是作物获得高产的关键。

从不同春小麦品种(系)和测定时期对旗叶SPAD值影响的方差分析结果来看(表7)，品种(系)和测定时期对小麦旗叶SPAD值的影响均达到极显著水平，且测定时期的影响大于品种(系)的影响。此外，二因素的互作效应对SPAD值的影响同样达到了极显著水平。

表5 供试春小麦品种(系)倒伏率与发病情况Table 5 Lodging rate and incidence of spring wheat varieties(lines)

表7 不同春小麦品种(系)和测定时期对旗叶SPAD值影响的方差分析Table 7 Variance analysis of effect of different varieties and determination time on SPAD value of flag leaves

有研究表明，作物叶片SAPD值与产量存在着线性相关关系[5-6]，从本试验供试春小麦旗叶SPAD值与籽粒产量的相关性分析结果(图1)可知，扬花期小麦旗叶SPAD值与籽粒产量呈显著正相关关系(R2=0.549 3)。小麦扬花期旗叶SPAD值可作为高产和高水分利用效率品种筛选的参考指标。

“**”和“*”分别代表1%和5%的差异显著水平

3 结论与讨论

3.1 不同品种春小麦产量与水分利用效率差异

由于作物本身的特性，包括形态、抗旱性的差异、解剖结构、CO2同化方式及气孔行为的不同，使不同作物品种在水分消耗、产量形成上表现出差异性，同一作物不同品种间也存在差异[7]，董宝娣等[8]研究表明，不同小麦品种的耗水量、籽粒产量和水分利用效率存在差异，产量差异为44.9%，水分利用效率差异为42.2%，他们根据产量、耗水量和水分利用效率把小麦品种分为高产高水分利用型、高产中水分利用型、中产中水分利用型和低产低水分利用型，筛选适宜的节水品种是提高小麦产量同时又节约水资源的重要环节。本研究结果显示，参试春小麦品种(系)在籽粒产量和WUE方面均表现出显著的差异性(P<0.05)，有5个品种(系)籽粒产量和WUE超过了对照‘陇春27’，其中‘甘春25’的籽粒产量和WUE均最高，较对照增产20.0%，WUE提高了17.5%，但耗水量仅比对照增加了2.1%，这可能与不同小麦品种(系)个生育阶段的耗水特征有关[9]，高水分利用型品种(系)在生育期总耗水量变化不大的情况下，在阶段耗水分布方面优于低水分利用型品种(系)，具有更加合理的耗水过程，从而显著提高了小麦籽粒产量和WUE；另一方面，不同品种(系)春小麦WUE的差异是基于品种(系)间叶片气孔密度、气孔导度等的差异[10]。因此，通过高产高水分利用型春小麦品种筛选应用来实现增产节水潜力巨大。

3.2 不同品种春小麦抗逆性差异

不同作物品种的抗逆性存在显著差异，而抗逆性的强弱是作物高产稳产的关键。倒伏是制约小麦高产优质的主要限制因素之一，根据倒伏时期不同，小麦产量会有 5%～50%的减产，灌浆后倒伏会使小麦产量损失40%，而且显著影响小麦子粒的品质[11-13]。国内外对小麦倒伏十分重视，一直把抗倒伏作为育种和栽培的重要目标[14-15]。倒伏分为根倒伏和茎倒伏，其中茎倒伏是小麦倒伏普遍类型，而且与品种特性和栽培措施关系较为密切。本研究中，10个参试品种(系)除了‘04(4)-6-1’和‘06(148)-2-1’未发生倒伏外，其余8个品种(系)均发生了不同程度的倒伏，平均倒伏率达到92.3%，这与其相对较大的株高(平均株高116.7 cm)及试验年份灌浆期较多的降雨有关。说明在全膜覆土穴播栽培方式下，以上8个品种(系)在较好的降水条件下会使小麦基部第一节间变长，增大小麦倒伏风险。在实际生产中应通过密度、施肥等农艺措施调节小麦根冠比、株高和茎粗等指标，有效降低倒伏对籽粒产量的影响[16]。

研究与实践证明，筛选并推广应用抗病品种是防止条锈病危害、保证小麦稳产增收最为经济、有效的手段[17]。代君丽等[18]研究发现，成株期参试的60个小麦品种中有38个品种对所有条锈菌优势小种表现抗病，抗病品种可能含有抗条锈病基因Yr1。本研究结果表明，‘甘春25’‘定西40’‘陇春27’和‘陇春35’等品种(系)在抗条锈病方面表现较好，平均严重度和普遍率分别为6.3%～9.6%和4.0%～12.0%，‘06(148)-2-1’病害最严重，平均严重度和普遍率分别达到43.4%和81.0%，且反应型达到4级，这对其产量形成造成了一定的影响。

3.3 不同品种春小麦旗叶SPAD值及其与籽粒产量的关系

大量研究表明，作物叶片SPAD值能够预测小麦、水稻、玉米、番茄等作物叶片单位面积的叶绿素含量，并与叶绿素含量呈显著正相关，可估算植株全氮含量进行氮素营养状况诊断[19-22]；有研究发现，不同品种及不同叶位小麦叶片SPAD值明显不同，小麦叶片SPAD值与叶绿素含量之间的关系因品种和生育时期的不同而有明显差异，同一品种小麦不同叶位叶片SPAD值与叶绿素含量呈极显著正相关[23-24]。SPAD值可间接反映作物含氮量，因而可根据作物生理发育时期叶片的SPAD值对产量进行预测，于亚利等[25]研究表明，春玉米12叶期的上位叶及抽雄期穗位叶SPAD值可作为早期预测玉米产量的指标，段红霞等[22]研究表明，灌浆中后期晚稻剑叶的SPAD值可用来表征水稻产量变化。本研究结果显示，不同品种(系)和测定时期对小麦旗叶SPAD值的影响均达到极显著水平，高产品种(系)‘甘春25’‘西旱2号’等的旗叶SPAD值在各测定时期均相对较高，为高产奠定了基础；另外，本研究发现，扬花期小麦旗叶SPAD值与籽粒产量呈显著正相关，可作为高产和高水分利用效率品种筛选的参考指标进行应用。

通过本研究综合评价，‘甘春25’在籽粒产量、水分利用效率、抗逆性等方面综合表现较好，可配套全膜覆土穴播栽培技术进行大面推广应用；‘西旱2号’和‘05052-2’表现出较好的产量效应，但其抗病性相对较差，有待进一步研究评价；另外，‘06(148)-2-1’在千粒质量和产量方面均表现出一定的优势，但是较高的条锈病发生率同样带来了较大的产量风险。此外，本研究表明，小麦扬花期旗叶SPAD值可作为早期进行旱地春小麦产量筛选的参考指标。