不同栽培方式对旱地冬小麦生长发育及产量的影响

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　　摘要：以宁冬16号为试验材料，探索3种不同栽培方式[覆膜穴播栽培（T1）、不覆膜穴播栽培（T2）、不覆膜条播栽培（CK）]对冬小麦叶绿素含量、光合速率、干物质积累量、灌浆动态及产量性状等的影响。结果表明，不同栽培模式间产量差异显著，T1、T2、CK产量分别达7.6、5.3、3.8 t/hm2。不同栽培方式下冬小麦各营养器官中干物积累量和分配率在成熟期表现为籽粒>茎秆>穗轴+颖壳>叶鞘>叶片，其中籽粒中干物质量占植株总量的比例最大，其分配率达到25.1%～29.0%。灌浆速率呈双峰曲线，且呈慢-快-慢的变化趋势，覆膜穴播灌浆速率快速增长期较其他2种方式提前5 d左右。不同栽培方式下叶绿素含量表现为T1与T2、CK差异极显著，T2与CK差异不显著;不同生育期的光合速率差异不同。不同栽培方式下的株高、穗长、结实小穗数差异极显著，从产量构成因子来看，覆膜穴播方式下增产的主要因素是结实小穗数、穗粒数和千粒质量，而与覆膜穴播和不覆膜条播相比，不覆膜穴播产量的提高主要是千粒质量。
　　关键词：冬小麦;栽培模式;产量;灌浆特性;干物质;光合速率
　　中图分类号： S512.1+10.4 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2019）23-0102-04
　　小麦是我国第二大粮食作物，是宁夏人民的重要口粮作物。但受区域气候因素的影响，小麦单产提高有限。干物质积累和灌浆速率对小麦产量形成具有重要影响[1]。有学者研究表明，不同栽培方式对冬小麦干物质积累和籽粒灌浆特性都有一定影响[2]，也有学者研究表明，自然环境及耕作方式等对干物质积累和运转有一定影响[3-5]。在甘肃地区的调查研究报道显示，采用不同的栽培措施研究冬小麦、春小麦产量、籽粒灌浆特性及其影响因素，发现覆膜增加了籽粒平均灌浆速率，缩短了灌浆持续期，加快了灌浆进程。姚建民在旱区关于渗水地膜对小雨资源的利用及增产作用作了大量的工作[6]。李凤民等在甘肃定西对春小麦地膜覆盖的生产机制作了深入研究[7]，目前，研究的重点主要集中在提高作物初始产量和提前收获等方面[8]。
　　综合前人的研究进展，本研究在前人研究的基础上，通过对传统平地条播、覆膜穴播、不覆膜穴播3种方式下籽粒灌浆特性、干物质积累、叶绿素含量、光合速率、产量等进行研究，旨在探索不同栽培方式下旱地冬小麦的生长发育变化规律，为寻找更为稳产、高效的小麦栽培模式提供理论及实践依据。
　　1 材料与方法
　　1.1 试验地概况
　　于2017—2018年在宁夏农林科学院固原分院彭阳试验示范基地开展试验。供试土壤为黑垆土，前茬作物为小麦，耕层深度为20 cm。
　　1.2 试验设计
　　选用宁冬16号为供试品种，共设3个栽培模式：覆膜穴播栽培（T1）、不覆膜穴播栽培（T2）、不覆膜条播栽培（CK）。试验采用单因素随机区组排列，3次重复。小区面积为 1.2 m×10 m=12 m2。每个小区种植8行，行长10 m。
　　1.3 测定项目与方法
　　灌浆期干物质变化：于小麦开花期在每个小区选取200个开花时间、生长均匀一致的单茎，统一挂牌标记，并于开花期，花后7、14、21、28、35、42 d和成熟期分别取样。每次取样20个单茎，按照叶片、茎秆、叶鞘、穗轴+颖壳、籽粒、穗等进行分解，然后在105 ℃条件下杀青30 min，80 ℃烘干至恒质量，分别称干质量。干物质积累与转运特征参数按以下公式计算：
　　干物质积累量=成熟期干质量-开花期干质量。
　　灌浆期籽粒灌浆速率：选取花期长势、长相、大小等一致的麦穗，从花后第5天开始取样，每5 d取样1次，直到成熟。每个处理取10个主茎，每穗剥去全部籽粒，测定籽粒的鲜质量，在105 ℃条件下烘15 min，杀青后于80 ℃恒温24 h至烘干，称其干质量。
　　灌浆速率=籽粒干物质增加量/灌浆间隔天数。
　　光合速率采用德国生产的CI-340手持式光合仪测定，每次测定时间为09：00—11：00，每个处理取3个点，测定旗叶光合速率。叶绿素含量采用手持式叶绿素仪测量。
　　产量性状：成熟收获期，各处理每小区选取均匀一致的样本20株，风干2周后进行常规考种，包括株高、穗长、穗下节长、穗数、穗粒数、结实小穗数、千粒质量等，计算单株生物产量、收获指数，并结合实收测产。
　　1.4 数据处理与分析
　　采用Excel 2010处理试验数据，用DPS 10.1统计软件分析显著性。
　　2 结果与分析
　　2.1 不同栽培方式对冬小麦灌浆期干物质变化的影响
　　2.1.1 不同栽培方式下叶片干物质积累量变化 由图1可知，3种播种方式下小麦花后叶片中干物质积累量变化动态相同，大致呈单峰曲线，峰值均出现在花后14 d左右，且干物质积累量表现为覆膜穴播>不覆膜穴播>不覆膜条播。在花后7～14 d叶片干物质积累量呈上升趋势，此时叶片储存物主要是花前光合同化物，在花后14 d之后，叶片干物质积累量开始缓慢下降，此时籽粒灌浆速率增加，叶片同化物开始向籽粒转移。花后28 d开始快速下降。推测此时期籽粒已进入灌浆中期，叶片中积累的干物质快速向籽粒转移。
　　2.1.2 不同栽培方式下叶鞘干物质积累量变化 由图2可知，3种不同栽培方式下叶鞘干物质积累量变化呈现双峰曲线，在花后14 d呈现第1次峰值，峰值表现为覆膜穴播>不覆膜条播>不覆膜穴播，之后开始下降，在花后28 d叶鞘干物质积累量最低，在花后35 d出现第2次峰值，峰值表现为覆膜穴播>不覆膜穴播>不覆膜条播，之后开始快速下降。
　　2.1.3 不同栽培方式下茎秆干物质积累量变化 由图3可知，3种不同栽培方式下，覆膜穴播和不覆膜穴播栽培方式下茎秆干物质积累量在花后14 d出现峰值，之后干物质积累量开始下降，不覆膜條播栽培方式下干物质积累量在花后21 d出现峰值，且各栽培方式下峰值表现为覆膜穴播>不覆膜穴播>不覆膜条播。不覆膜穴播和不覆膜条播栽培方式下干物质积累量变化呈双峰曲线，在花后35 d达到第2次峰值，之后干物质积累量呈现快速下降的趋势。 　　2.1.4 不同栽培方式下穗轴+颖壳干物质积累量变化 由图4可知，3种栽培方式下小麦穗轴+颖壳中干物质积累量变化差异较大，覆膜穴播方式下穗轴+颖壳中干物质积累量在花后14 d达到第1个峰值，14～21 d缓慢下降，之后又缓慢上升。不覆膜穴播方式下穗轴+颖壳中干物质积累量变化呈双峰曲线，在花后21、35 d均出现峰值，不覆膜条播方式下穗轴+颖壳中干物质积累量在花后35 d出现峰值。
　　2.1.5 不同栽培方式下籽粒干物质积累量变化 由图5可知，3种不同栽培方式下，籽粒干物质积累量变化均呈“S”形曲线。覆膜穴播方式下花后7～21 d籽粒干物质积累变化较缓，在花后21～35 d籽粒干物质积累量增加较快，而不覆膜穴播和不覆膜条播方式下籽粒干物质积累量在花后7～28 d增长缓慢，在花后28～35 d增长较快。在花后35 d各栽培方式下籽粒干物质积累量表现为不覆膜穴播>覆膜穴播>不覆膜条播。在花后35 d之后，干物质累积量逐渐下降，这可能与后期叶片脱落等有关。
　　2.1.6 不同栽培方式下穗干物质积累量变化 由图6可知，3 种不同栽培方式下， 穗部干物质积累量呈现相似的变化趋
　　势，先缓慢上升，后快速上升。不覆膜穴播和不覆膜条播方式下，干物质积累量在花后7～28 d呈现缓慢上升趋势，在花后28 d之后，干物质积累量呈快速上升趋势，在花后35 d达到最大值。但覆膜穴播方式下，穗部干物质积累量从花后21 d开始呈现线性上升，到花后35 d达到最大值。在峰值处各栽培方式下干物质积累量表现为不覆膜穴播>覆膜穴播>不覆膜条播。
　　2.1.7 各器官花后干物质分配特点 从表1可以看出，不同栽培方式小麦各营养器官中干物积累量和分配率在成熟期表现为籽粒>茎秆>穗轴+颖壳>叶鞘>叶片，其中籽粒干物质量占植株总干物质量的比例最大，其分配率达到25.1%～29.0%，不覆膜穴播籽粒干物质占比最高，达29.0%，其次是覆膜穴播，再次是不覆膜条播，且覆膜穴播方式和不覆膜条播方式均与不覆膜穴播方式差异极显著。覆膜穴播方式茎秆干物质量占比最高，达21.2%，其次是不覆膜穴播，不覆膜条播占比最低，且与其他2种方式差异极显著。覆膜穴播和不覆膜穴播穗轴+颖壳干物质量占总干质量比相当，均为7.3%，不覆膜条播穗轴+颖壳干物质量占比为6.9%，覆膜穴播与对照差异不显著，与不覆膜穴播差异极显著。覆膜穴播和不覆膜条播方式下叶片干物质量与不覆膜穴播间差异显著。各栽培方式间叶鞘干物质量差异不显著。
　　2.2 不同栽培方式对冬小麦灌浆期籽粒灌浆速率的影响
　　从图7可以看出，不同栽培方式对冬小麦灌浆不同阶段的影响较大。整体来看，灌浆速率呈双峰曲线，且呈慢-快-慢的变化趋势。在覆膜穴播方式下冬小麦灌浆速率在花后10 d出现第1次高峰，之后15～25 d快速增长，在花后25 d达到第2次高峰，最大速率达0.101 g/d;不覆膜穴播和不覆膜条播方式下灌浆速率曲线基本相似，在花后15 d出现第1次高峰，之后20～25 d快速增长，在花后25 d出现第2次高峰，峰值分别为0.084、0.089 g/d。由图7可以看出，覆膜穴播灌浆速率快速增长期较其他2种方式提前5 d左右。
　　2.3 不同栽培方式对冬小麦叶绿素含量及光合速率的影响
　　通过对比拔节期至灌浆期不同栽培模式下叶绿素含量和开花期与灌浆期光合速率的变化，了解不同栽培方式对冬小麦光合能力的影响，由表2可以看出，覆膜穴播方式下的叶绿素含量与其他2种方式间差异极显著，不覆膜穴播和不覆膜条播间差异不显著。由表2可知，拔节期覆膜穴播光合速率较其他2种方式快，且差异显著;进入开花期后，覆膜穴播光合速率较不覆膜穴播和不覆膜条播快，且覆膜穴播与不覆膜条播间差异极显著，不覆膜穴播与不覆膜条播间差异显著;进入灌浆期后，覆膜穴播较其他2种方式光合速率快，且差异极显著。
　　2.4 不同栽培方式对冬小麦产量因子的影响
　　从表3可以看出，3种不同栽培方式下，各性状均表现出不同的差异。不同栽培方式下的株高、穗长、结实小穗数差异极显著，覆膜穴播株高最高，其次是不覆膜穴播，不覆膜条播株高最低;不覆膜条播穗长最长，其次是覆膜穴播，不覆膜穴播穗长最短;覆膜穴播结实小穗数最多，其次是不覆膜条播，最后是不覆膜穴播。穗下节长最长的是覆膜穴播，其次是不覆膜穴播，最后是不覆膜条播。不同栽培方式间穗粒数差异不显著，说明不同栽培方式对穗粒数的影响较小。单株粒质量最大的是不覆膜条播，其次是覆膜穴播，不覆膜穴播的最低。从产量方面来看，各播种方式中覆膜穴播产量最高，数值为7.6 t/hm2，其次是不覆膜穴播，产量为5.3 t/hm2，不覆膜条播产量最低，数值为3.8 t/hm2。覆膜穴播较不覆膜条播增产100.5%，不覆膜穴播较不覆膜条播增产39.8%。从产量构成因子来看，覆膜穴播方式下增产的主要因素是结实小穗数、穗粒数和千粒质量，而与覆膜穴播和不覆膜条播相比，不覆膜穴播产量的提高主要是千粒质量。
　　3 结论与讨论
　　本研究结果表明，不同播种方式小麦各营养器官中干物积累量和分配率在成熟期表现为籽粒>茎秆>穗轴+颖 壳> 叶鞘>叶片，这与吴祯的研究结果[9]一致。小麦籽粒产量受品种、播期、密度、土壤环境、耕种措施等因素的影响[10-11]。另外有学者认为小麦籽粒产量的形成主要来自花后光合产物的同化，占小麦籽粒产量的60%～80%，受播种方式的影响不大[12-14];然而也有研究表明，籽粒产量的最终形成受花前和花后光合产物共同影响[15-16]。本研究结果表明，不同的栽培方式对冬小麦产量的影响不同，3种播种方式小麦产量表现为覆膜穴播最高，其次是不覆膜穴播，不覆膜条播最低。覆膜栽培对冬小麦有显著的增产作用，覆膜可作为增温保墒的栽培措施。从本研究结果來看，不覆膜穴播也较不覆膜条播增产，究其原因，可能是不同栽培方式改变了土壤松紧度、土壤水分和温度，从而为种子萌发创造良好条件，提高出苗数，同时，对群体结构、根系吸收能力、光合生理状况等都有所影响，从而对最终产量产生影响，但具体生理机制还有待进一步研究。 　　然而，覆膜穴播在提高产量的同时也增加了生产投入，在宁夏南部山区旱作农业区，小麦生产效益低下，在覆膜情况下平均产量为5 250 kg/hm2，较不覆膜提高50%，每公顷收益增加1 500元，而每公顷机械和地膜投入750元，因此每公顷可较传统条播增加收入750元，这有利于山区小麦的推广种植。然而，覆膜也对土壤结构和环境造成严重破坏，随着覆膜年限的增加，土壤残膜的大量累积，将对土壤质量和作物产量产生严重影响[17-18]。因此，在当前生产中研发生产能够快速降解的生物膜十分必要[19-20]。
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　　收稿日期：2018-11-06
　　基金项目：宁夏农业育种专项小麦新品种选育（编号：2018NYYZ02-06）;宁夏农林科学院先导资金（编号：NKYQ-18-12）。
　　作者简介：邵千顺（1986—），男，宁夏固原人，硕士，研究实习员，主要從事小麦遗传育种研究。E-mail：shaoqianshun@126.com。
　　通信作者：杨 琳，研究员，主要从事小麦育种研究。E-mail：nxgyyl@126.com。
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