干旱胁迫下不同抗旱型小麦品种生理及产量特征分析

2020-07-15袁宏伟杨继伟

节水灌溉 2020年7期

袁宏伟，杨继伟，刘佳，赵晖

(1. 安徽省水利部淮河水利委员会水利科学研究院水利水资源安徽省重点实验室，合肥 233088；2.山东省临沂市国土资源局土地整理中心，山东临沂 276000 )

小麦是我国主要粮食作物，安徽省淮北平原区是我国小麦主产区之一。该地区冬小麦生长在一年中的相对干旱季节，降水不均、不足情况经常发生，另外由于当地农村大量青壮年劳动力外出务工造成务农劳动力短缺，也严重影响冬小麦的正常灌溉，导致该地区冬小麦生长和产量常受干旱胁迫的影响[1-5]。水分成为制约小麦生产的主要因素之一，为保障小麦高产稳产，确保我国粮食安全，必须培育和推广抗旱节水品种，实施高效节水栽培技术[6-11]。

深入研究抗旱品种的抗旱机制，揭示抗旱品种高产性能，对于抗旱品种选育和节水技术改进具有重要意义。而水分胁迫条件下的小麦生理生化特性及产量的差异被认为是小麦抗旱性差异的内在原因，是研究小麦抗旱机理的主要途径之一[12-14]。矮抗58和烟农19为淮北地区的主推品种并被大面积种植[1-3]，本文通过1年的受旱试验，针对其分蘖、株高、叶面积指数及产量等指标进行观测分析，对2个冬小麦品种进行了地区种植适宜性的初步评价，为安徽淮北地区粮食生产安全及品种选育提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2018年10月-2019年5月在安徽省水利部淮委水利科学研究院新马桥农水综合试验站进行，该站位于淮北平原中南部，海拔19.70 m(33°09′N，117°22′E)，属半干旱半湿润季风气候区，多年平均降雨量917.00 mm，蒸发量916.00 mm，冬小麦生长季降雨量约占全年总雨量的30%～40%，地下水埋深在1.00～3.00 m范围内变动，多年平均气温15.00 ℃。试验区土壤为淮北平原区典型的砂姜黑土，其表层0～40 cm土壤中砂粒占3.37%、粉粒占70.65%、黏粒占25.98%，土壤容重1.45 g/cm3，田间持水量40.60%(体积含水率)，凋萎点含水量13.41%(体积含水率)，该土质地黏重，结构不良，土体坚实，裂隙发育，土壤保水性能差，易干旱。

1.2 试验设计

冬小麦受旱试验依托新马桥农水综合试验站内6组4 m2大型称重式蒸渗仪及8组4 m2、18组6.67 m2有底测坑开展，具体规格为2 m(长)×2 m(宽)×2.3 m(深)、2 m(长)×2 m(宽)×2.3 m(深)、 3.335 m(长)×2 m(宽)×2.3 m(深)，测坑及蒸渗仪均布设有防雨棚完全隔绝降雨，试验过程中土壤水分完全受人工灌水控制。试验冬小麦品种为矮抗58和烟农19，于2018年10月30日播种，2019年5月31日收获，2018-2019年冬小麦全生育期为213d，结合试验冬小麦实际生长记录，将全生育期划分为苗期、分蘖期、拔节孕穗期、抽穗开花期和灌浆成熟期5个生育阶段，其中苗期不做受旱处理。将试验阶段内的土壤含水率分为4个水平(充分灌溉、轻旱、中旱及重旱)，控制下限为田间持水率的35%～65%，具体控制范围是对照为65%～95%、轻旱为55%～95%，中旱为45%～95%，重旱为35%～95%。所有处理灌水时上限均控制在田间持水率的95%，具体试验实施情况见表1和表2。每个试验小区内施复合肥750 kg/hm2、尿素300 kg/hm2，冬小麦种植密度为8行/坑。为更加符合实际灌溉情况，当试验小区土壤含水量达到相应控制下限时定量灌水至田间持水量的95%。此外，各处理除水分管理外，其他管理方式与大田完全一致，保证冬小麦生长发育不受病虫害等其他因素影响。

表1 矮抗58受旱试验实施情况

注：①表中数值为试验控制的0～40 cm土层的土壤水分下限，占田持的%，苗期各处理的土壤水分下限均为65%左右；②各处理的土壤水分到达控制下限即应灌至田间持水量的95%。表2同。

表2 烟农19受旱试验实施情况

1.3 试验数据采集

试验观测项目主要有土壤含水率、冬小麦生长发育状况等，具体包括：

(1)耕作栽培状况的观测记载。试验区耕作栽培管理项目有：试区土壤肥力状况、整地日期与方法、表土耕作、施(追)肥、供试品种、播种期、种植密度、灌水日期及灌水定额、中耕除草次数和时间，病虫害的种类、发生时间、危害程度、防治措施及效果，以及其他的特殊耕作栽培措施等。

(2)生育动态及产量。对冬小麦生长过程中一些重要特征的出现时间进行调查记录，以反映其生长发育进程。生长发育状况和观测应定点定株进行。每一试验小区至少应选两行代表性的固定段进行连续观测(每行定位长度0.5m)。每5日观测一次。试区冬小麦收获前应分区进行测产考种，收获时单收、单打、单晒。

观测的内容主要包括：生育期调查；群体密度、株高和叶面积指数(LAI)(LAI数据由英国Delta-T Devices公司产SunScan植物冠层分析仪测得)；产量及产量构成要素。

(3)土壤水分测定。试验需要定期进行土壤水分的测定，以观测冬小麦生长过程中土壤水分的变化，实现对试验土壤水分的精准控制，使其达到预期水分控制要求。土壤含水率采用定点测定，每2～5 d测定一次(具体观测频率根据实际气象情况定)，测定间隔内如遇生育转折期，则需加测。每个测坑的测定样点数不少于2处，以其平均值确定土壤含水量。土壤含水量的测定深度为40 cm，10 cm一层，每层取2个重复。测坑冬小麦实际耗水量通过前后两次测定的土体含水量的差值，并考虑灌水、降水、排水或渗漏等过程造成的水量变化，用水量平衡法计算确定；蒸渗仪冬小麦耗水量由蒸渗仪称重系统直接监测记录。

2 结果与分析

2.1 干旱胁迫对冬小麦生长的影响

2.1.1 干旱胁迫对冬小麦株高及分蘖的影响

本次冬小麦试验从2018年11月14日-2019年4月25日共进行了21次基本苗数、分蘖数和株高调查。各试验处理的全生育期平均单株分蘖数(抽穗数)及株高动态变化见图1。

(a)矮抗58

(b)烟农19图1 冬小麦全生育期株高动态变化

由图1可以看出，从总体趋势分析分蘖期重旱对冬小麦株高后期发育造成永久胁迫，后期(拔节孕穗期和抽穗开花期)恢复充分灌溉后，其株高依然明显低于对照组；冬小麦全生育期轻旱处理对株高生长的抑制作用较小，全生育期中旱对株高影响显著；拔节孕穗期轻旱对株高影响较小，该时期重旱对冬小麦株高生长影响较为明显。相同对照及轻旱处理情况下，烟农19的株高要明显高于矮抗58，重旱处理条件下烟农19的株高则要低于矮抗58。

图2数据为各测坑固定1 m行段内分蘖总数(总穗数)除以基本苗数得出，即为平均单株分蘖数(抽穗数)。由图2可以看出，分蘖期重旱及全生育期中旱对2个品种冬小麦分蘖及抽穗抑制作用最为明显，均对冬小麦生长造成永久胁迫；全生育期轻旱对分蘖及抽穗均影响很小，与对照组相比基本无差别；相同轻旱及对照处理下矮抗58与烟农19的平均单株分蘖数和抽穗数差别较小，矮抗58略小于烟农19，而重旱处理条件下烟农19的平均单株分蘖和抽穗数则要明显低于矮抗58。

(a)矮抗58

(b)烟农19图2 冬小麦全生育期分蘖(抽穗)动态变化

2.1.2 干旱胁迫对冬小麦叶面积指数(LAI)的影响

本次冬小麦试验从2019年3月12日-5月1日共进行了5次叶面积指数调查，结果见图3。

由图3可以看出，全生育期轻旱、中旱及分蘖期重旱均对2个品种冬小麦叶面积指数有明显影响，分蘖期重旱均对冬小麦叶片生长发育造成永久胁迫；拔节孕穗期轻旱对冬小麦叶片生长影响不明显，重旱处理下冬小麦叶面积指数明显低于对照组。相同对照及轻旱处理下，烟农19的叶面积指数明显高于矮抗58，而重旱处理下烟农19的叶面积指数则明显低于矮抗58。

(a)矮抗58

(b)烟农19图3 冬小麦生育期叶面积指数动态变化

综合以上对2个品种冬小麦株高、分蘖(抽穗)及叶面积指数数据的分析结果表明，全生育期中旱和分蘖期重旱均会显著抑制冬小麦株高、分蘖、抽穗及叶片的正常生长发育，并造成永久胁迫；拔节孕穗期重旱对冬小麦株高、抽穗和叶片生长有明显抑制，轻旱胁迫较小；在轻旱及不旱条件下，烟农19的各项生理生长指标均高于矮抗58，但在受旱程度较大时，烟农19的生长指标要明显低于矮抗58，表明当受旱程度较大时，烟农19对水分亏缺更为敏感，矮抗58的抗旱能力更强。

2.2 水分亏缺对冬小麦产量的影响

由表3数据综合分析可得出以下结论：①正常灌溉条件下矮抗58的穗长、有效穗率、干物质重及亩产量等指标均明显小于烟农19，千粒重则明显大于烟农19。②拔节孕穗期及抽穗开花期受旱对2品种冬小麦的穗长、有效穗率及千粒重等指标影响有明显不同。该段时期不同受旱处理下，矮抗58的穗长、有效穗率和千粒重均高于对照组；轻旱处理时，烟农19的穗长和有效穗率略小于对照组，千粒重则明显大于对照组；受旱程度加重时，烟农19的穗长、有效穗率和千粒重均低于对照组。③不同受旱处理均对2个品种冬小麦产量造成不同程度减产，全生育期轻旱和两生育阶段连续轻旱均对冬小麦产量影响较小，2品种减产率相差不明显；拔节孕穗期和抽穗开花期连续重旱条件下，烟农19减产率明显大于矮抗58，表明在严重受旱条件下，烟农19产量对水分亏缺更为敏感。