不同覆盖栽培方式对冬小麦干物质分配与转运的影响

2021-09-23杨佳佳程宏波柴守玺

麦类作物学报 2021年6期

杨佳佳，程宏波，柴守玺，张博，李瑞

(1.甘肃农业大学生命科学技术学院，甘肃兰州 730070；2.甘肃省干旱生境作物学重点实验室，甘肃兰州 730070；3.甘肃农业大学农学院，甘肃兰州 730070)

我国西北旱作农区，气候干旱，降水量低且时空分布不均，潜在蒸散量高，小麦是该地区的主要粮食作物之一[1]。水资源不足是该地区农业生产的主要限制因素，探索有效的栽培技术、促进有限水的高效利用以获得小麦稳产、高产是当下西北旱作农业研究的主要任务之一[2-4]。目前，西北地区主要采取覆盖栽培作为抗旱手段[5]，所用材料有秸秆、普通塑料地膜、可降解生物地膜和砂石等[6]，其中薄膜和秸秆因具有显著的蓄水保墒和调节地温的作用而被广泛应用。由于西北地区积温不足，全地面秸秆覆盖会降低地温，影响小麦保全苗，延缓生育，增产不明显，甚至导致减产，因而该区域多采取“秸秆局部覆盖还田”方式[7]。

通常认为，小麦籽粒产量的60%～80%来自花后积累的光合产物[8]，而小麦的干物质积累与转运与当地环境、土壤种类及其生长季的气候等有关[5,9-10]，也受播期、品种及栽培模式等因素的影响[11-14]。研究发现，覆盖对小麦干物质的分配和转运具显著影响[15]；在干旱年份，秸秆覆盖种植可调节土壤水分含量，优化根系性状，延缓旗叶叶绿素降解和叶片在生育后期的衰老速度，明显增加干物质积累量，从而利于小麦产量形成[16]；地膜覆盖可有效降低土壤蒸发量，提高水分利用率，具有较好的保温、增温效果，可提高小麦产量[17]。Niu等[18]研究结果显示，覆膜种植小麦在灌浆期可促进干物质向穗部转运，干物质积累量较露地种植高26%，增产36%。总之，地膜覆盖和秸秆覆盖均利于干物质向小麦穗部积累[19]。前人就秸秆覆盖种植或覆膜种植对小麦干物质积累与转运的影响已有研究，但对在不同的覆盖方式及覆盖度下，小麦花后干物质的积累与转运对籽粒贡献的差异研究较少。本试验分析了四种不同的秸秆带状覆盖、地膜覆盖及无覆盖模式对冬小麦干物质的分配与转运及其对籽粒贡献的差异，探讨不同覆盖栽培方式对冬小麦产量的影响，以期为旱农区小麦生产模式提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验点概况

试验于2018年9月至2019年7月在甘肃省定西市通渭县平襄镇甘肃农业大学试验基地进行，该地区为黄土高原典型的雨养农业区，土壤性质为黄绵土，半干旱气候，作物一年一熟，年均温7.2 ℃，无霜期120～170 d，年蒸发量>1 500 mm，多年平均降水量约390.6 mm，其中约65%集中在6—9月。本试验中冬小麦生育期内总降雨量约297.5 mm，有效降水(≥5 mm)约228.70 mm，此降雨量年型为丰水年。

1.2 试验设计

以当地主栽冬小麦品种陇中2号为供试材料，采用随机区组设计，设4种秸秆带状覆盖(SM3、SM4、SM5、SM6)、地膜覆盖(PM)、露地(CK)六种种植模式(表1),3次重复。小区面积150 m2，播种量均为225 kg·hm-2。秸秆带状覆盖分为秸秆覆盖带和小麦种植带，两带相间排列，于小麦三叶期，将玉米秸秆整秆按设计放置在预留覆盖带上，覆盖量均为风干秸秆9 000 kg·hm-2；地膜覆盖采用全膜覆土穴播模式，地膜和厚度分别为幅宽120 cm和0.01 mm，行距20 cm，膜上覆土1 cm左右；露地处理平作，不覆盖。

各小区均施纯氮150 kg·hm-2、P2O5120 kg·hm-2作基肥，生育期间不追肥。开花后 7 d进行“一喷三防”，以防后期病虫害、干热风和小麦植株早衰。

1.3 测定项目与方法

在冬小麦拔节期、孕穗期、开花期、灌浆期和成熟期，各小区随机选取具有代表性的植株20株，带回实验室；在开花期将单株分为茎鞘、穗部、叶片三部分，在成熟期将单株分为茎鞘、穗轴+颖壳、叶片、籽粒四个部分，称鲜重后分装好，置于105 ℃烘箱中杀青30 min，在80 ℃下烘干至恒重，并计算相关指标。

花前干物质转运量=开花期植株干物质量-成熟期营养器官干物质量

花前干物质转运效率=花前干物质转运量/开花期植株干物质量×100%

花前干物质对籽粒产量贡献率=花前干物质转运量/成熟期籽粒干重×100%

花后干物质积累量=成熟期籽粒干重-花前干物质转运量

1.4 数据统计方法

数据用Excel 2010处理，用SPSS Statistics 24进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同覆盖方式对冬小麦各生育时期植株干物质积累量的影响

由表2可知，不同覆盖栽培条件下，小麦干物质积累量随生育期的推进逐渐增大，且以PM处理最大，PM处理拔节期至成熟期植株干重较CK提高7.2%～36.7%，其中以孕穗期增幅最大，各时期处理间差异均显著。SM处理植株干重在拔节期低于CK(15.4%)，之后高于CK(0.9%～ 9.8%)，以开花期增幅最大。SM不同覆盖度处理对小麦干物质积累的影响不同，SM3处理在拔节期、孕穗期分别较CK低32.3%、12.0%，但在开花期～成熟期显著高于CK，较CK高1.4%～2.4%；SM4、SM5、SM6处理拔节期干物质量均低于CK，平均低10.3%，孕穗期、开花期、灌浆期、成熟期则均显著高于CK，平均高5.3%、 12.1%、5.7%、3.9%。

按照财税〔2016〕36号的规定，该月转让金融产品出现的损失不能由其他销售收入、劳务收入来弥补，当期该转让金融产品的业务不需要纳税，同时还可以结转至下一纳税期抵减。

2.2 不同覆盖方式对冬小麦地上部干物质分配的影响

2.2.1 对开花期干物质分配的影响

由表3可见，开花期小麦干物质在各器官中的分配表现为茎鞘>穗部>叶。

PM处理的茎鞘、穗部和叶片干物质量较CK分别提高14.0%、23.6%和33.0%，且处理间差异显著；SM处理的茎鞘、穗部干物质量平均较CK分别提高6.6%、11.1%，但处理间无显著差异，叶片干重较CK提高14.3%～28.6%，差异显著。

表1 不同栽培模式试验方案Table 1 Experiment scheme of different cultivation patterns

表2 不同生育时期的小麦干物质积累量Table 2 Dry matter accumulation at different growth stages of wheat g·plant-1

表3 小麦开花期干物质在不同器官中的分配Table 3 Distribution of dry matter in different organs at flowering stage of wheat

表4 小麦成熟期干物质在不同器官中的分配Table 4 Distribution of dry matter in different organs at maturity stage of wheat

覆盖总体降低了茎鞘占植株干重的比例，提高了穗部和叶片占植株干重的比例。PM较CK提高了穗部和叶片干重1.4和0.9个百分点，SM较CK穗部和叶片干重平均增加0.4和1.0个百分点。PM和SM茎鞘占植株干重比例较CK分别降低2.3和1.5个百分点。

2.2.2 对成熟期干物质分配的影响

由表4可知，成熟期小麦干物质在各器官中的分配表现为籽粒>茎鞘>穗轴+颖壳>叶。

PM处理的叶干重较CK提高7.7%，籽粒及穗轴+颖壳的干重分别提高11.3%、17.2%，与CK间差异显著。SM处理中，SM3、SM4、SM5、SM6处理均较CK提高籽粒干重，平均增重 6.3%，但处理间差异均不显著；SM4处理较CK的叶干重增加15.4%，二者差异显著，其余秸秆带状覆盖处理与CK差异均不显著；SM3、SM4、SM5、SM6处理的穗轴+颖壳的干重较CK提高8.6%～13.8%，差异均达显著水平。SM和PM处理对茎鞘干重的影响不同，其中SM较CK降低茎鞘干重1.5%～5.9%，以SM3的降幅最大，PM则较CK提高茎鞘干重2.2%。

覆盖总体降低了茎鞘占植株干重的比例，提高了籽粒、穗轴+颖壳及叶占植株干重的比例，平均来看，SM处理较CK增加籽粒、穗轴+颖壳及叶干重比例1.2、1.3及0.1个百分点，PM处理籽粒、穗轴+颖壳分别增加1.0、1.3个百分点，叶干重比例与CK相近。SM、PM处理的茎鞘干重占植株比例分别较CK低2.6、2.3个百分点。

2.3 不同覆盖方式对冬小麦花后营养器官干物质再分配的影响

由表5可知，SM与PM均促进了各营养器官花前干物质在花后的转运，且PM增幅高于SM。

PM处理茎鞘的花前干物质转运量较CK提高90.5%，转运效率和对籽粒产量贡献效率提高9.0和10.5个百分点，处理间存在显著性差异；SM处理茎鞘的花前干物质转运量、转运效率和对籽粒贡献率分别较CK提高61.9%～81.0%、7.4～9.0个百分点和7.9～10.5个百分点，且处理间差异显著。

PM处理颖壳+穗轴的花前干物质转运量、转运效率、对籽粒产量贡献率较CK分别提高30.8%、7.7个百分点、6.4个百分点；SM处理中，SM3的花前干物质转运量、转运效率和对籽粒产量贡献率较CK低17.3%、1.7和8.0个百分点，而SM4、SM5、SM6处理均较CK高 15.4%～25.0%、 5.4～7.7个百分点、3.4～6.1个百分点；且PM和SM各处理均与CK间存在显著差异。

PM处理叶片花前干物质转运量较CK提高75.0%，转运率和贡献率则提高11.9和3.2个百分点，处理间差异显著。SM处理中，SM5处理的叶片花前干物质转运效率和贡献率与CK间差异显著，较CK高3.6和1.0个百分点，而转运量与CK相近；SM3、SM4、SM6处理叶片花前干物质转运量、转运效率及其贡献率均较CK分别提高50%～75%、6.3～13.8个百分点、2.3～3.7个百分点，且显著差异。

2.4 不同覆盖方式对冬小麦花前和花后干物质对籽粒贡献率的影响

由表6可知，总体来看，覆盖促进了花前干物质转运对籽粒产量的贡献率，降低了花后干物质积累对籽粒产量的贡献率，且前者的增幅和后者的降幅均表现为PM>SM。

表5 小麦花后营养器官干物质再分配Table 5 Dry matter redistribution of vegetative organs after anthesis of wheat

表6 小麦花前花后干物质积累对籽粒产量的贡献率Table 6 Contribution ratio of dry matter accumulation before and after flowering to grain yield of wheat %

PM与SM处理较CK均增加了花前干物质积累对籽粒产量的贡献率，增幅分别为20.2个百分点、13.3个百分点，处理间差异显著；SM处理中，SM3、SM4、SM5、SM6处理的花前干物质转运量对籽粒贡献率分别较CK高3.6、15.3、 15.0、19.3个百分点，且差异均显著。

与CK相比，PM和SM处理的花后干物质积累量对籽粒产量贡献率分别降低20.2和13.3个百分点，处理间差异显著；SM处理中，SM3、SM4、SM5、SM6处理的花后干物质积累量对籽粒产量贡献率分别较CK低3.6、15.3、15.0、 19.3个百分点，差异均达到显著水平。

3 讨论与结论

3.1 讨论

覆盖可全方位影响作物生长发育，通过对作物出苗和生育进程的直接影响，对作物各器官发育及产量产生影响。王健波等[19]研究发现，免耕覆盖能提高小麦地上部的干物质积累总量，促进开花后干物质的积累。干物质累积作为产量形成的前提，其花前主要用于营养器官的建成，花后则多数运至籽粒[20]。本试验发现，干物质量随小麦生长发育时间的延长呈递增趋势，在成熟期积累量达到最大，覆盖促进了干物质在各营养器官中的积累，提高了花前干物质对籽粒产量的贡献率，与上述研究结果一致，这说明秸秆带状覆盖和地膜覆盖可通过改善作物生长环境的水热条件，加快作物对土壤养分及水分的吸收，利于小麦营养生长，使各器官干物质的积累速率加快，促进花后同化物向籽粒转移。

小麦籽粒产量源于花后光合产物及营养器官在花前贮藏物质的再分配[21]，花前和花后光合产物的积累、转运与分配对籽粒产量具显著影响[22]。常磊等[23]研究表明，花前光合同化物对籽粒产量的贡献率为35.6%～54.9%，花后光合产物对籽粒产量的贡献率均高于45.0%；吴祯等[24]研究表明，花后干物质积累量对籽粒产量的贡献率为 60.47%～80.26%。本研究显示，花前干物质积累量对籽粒产量贡献率为57.04%～77.22%，花后干物质积累量对籽粒产量贡献率为22.78%～42.96%，推测覆盖条件下籽粒产量的提高主要来源于花前干物质累积对籽粒产量的贡献，此结果的花前干物质积累对籽粒产量的贡献率均高于前人的研究结果，这说明干物质积累不仅与栽培方式、气候条件有关，还受基因型的影响。

我国甘肃省中部地区水分短缺，属黄土高干半干旱雨养农业区，覆盖栽培是该区域广泛应用的种植模式，但由于地膜覆盖在提高产量的同时，对环境造成一定污染，探索覆盖和秸秆还田结合的耕作栽培技术，是推动该区域农业实现高产高效、绿色可持续生产的重要举措，而如何在秸秆覆盖条件下，进一步提升小麦干物质的分配与转运，使其产量更高，仍是我们探究的目标。