摘要:探討了小麥(Triticum aestivum L.)濕害的含義和基本類型,歸納總結(jié)了小麥濕害發(fā)生的特征特性及敏感時(shí)期、發(fā)生規(guī)律及生理機(jī)制,分析了江漢平原小麥濕害發(fā)生的生態(tài)環(huán)境,提出了小麥濕害防控的農(nóng)田排水措施、農(nóng)業(yè)技術(shù)措施以及綜合配套措施。
關(guān)鍵詞:小麥(Triticum aestivum L.);濕害;防控措施;江漢平原
中圖分類號(hào):S512.1;S422 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):0439-8114(2011)19-3916-04
Wet Injury of Wheat and Its Prevention in Jianghan Plain
ZHANG Shu-zhen,ZHU Jian-qiang,YANG Wei,OUYANG Da
(Engineering Research Center of Wetland Agriculture in the Middle Reaches of the Yangtze River, Ministry of Education,
Yangtze University, Jingzhou 434025, Hubei, China)
Abstract: The meaning of wet injury of wheat and its basic types was discussed; the law and mechanism of wet injury that took place in growth stage of wheat, characteristics of the wet injury and the sensitive period of wheat to wet injury was summerized; the ecological environment that wheat was prone to wet injury in Jianghan plain was analyzed; preventive measures for wet injury such as suitable farm drainage in time, agro-technical measures and comprehensive supporting measures was putforward.
Key words: wheat(Triticum aestivum L.); wet injury; prevention and control measure; Jianghan plain
江漢平原地處湖北省中南部,跨北亞熱帶和中亞熱帶,屬長江和漢江合力沖積沉積而成的平原。該區(qū)域有優(yōu)越的水、熱、光等自然資源,且氣候上雨熱同季,對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)十分有利,因此已經(jīng)成為我國內(nèi)陸地區(qū)重要的亞熱帶經(jīng)濟(jì)作物帶。但江漢平原又是澇漬災(zāi)害頻發(fā)且比較嚴(yán)重的地區(qū),農(nóng)田“四水”(降水、地表水、潛層水和地下水)矛盾日益突出[1,2]。小麥?zhǔn)窃诮瓭h平原種植比較普遍的作物,春季多雨季節(jié)常受澇漬危害以及由濕害引起的次生災(zāi)害(如小麥赤霉病、紋枯病等)[2,3],嚴(yán)重影響小麥的產(chǎn)量和品質(zhì)[4-7]。因此,積極進(jìn)行小麥濕害防控,對(duì)于保證糧食安全、確保農(nóng)民收入具有重要意義。
1小麥濕害的含義和基本類型
濕害是指土壤水分處于飽和狀態(tài),土壤含水量超過田間最大持水量,造成嫌氣環(huán)境,植株因氧氣虧缺代謝發(fā)生改變,從而對(duì)植株正常生長發(fā)育所產(chǎn)生的危害。小麥濕害是小麥生產(chǎn)中的“五害”(濕害、凍害、干熱害、草害、病蟲害)之一。近年來,湖北、淮北、江蘇丘陵等麥區(qū)比較常見,每年都有不同程度的發(fā)生[8-10]。受濕害的小麥根系長期處于缺氧環(huán)境中,根的吸收功能減弱,造成植株體內(nèi)水分反而虧缺,嚴(yán)重時(shí)造成脫水凋萎或死亡,因此濕害又稱為生理性旱害。
根據(jù)濕害發(fā)生的動(dòng)力條件,可將小麥濕害分為洪災(zāi)、澇災(zāi)和漬災(zāi)3種。洪災(zāi)是指河流、湖泊、水庫等因水失控泛濫淹沒或浸泡農(nóng)田對(duì)作物造成的危害。澇災(zāi)(澇害)是指當(dāng)?shù)亟涤炅窟^大,澇水無法及時(shí)排出,導(dǎo)致地面積水,淹沒了作物的一部分或全部而造成的傷害。漬災(zāi)(漬害)則是土壤滯水或地下水位過高、排泄不暢,引起作物根系土壤水分含量過高,造成根系層土壤肥力因素失調(diào),進(jìn)而造成作物不能正常生長發(fā)育的災(zāi)害。
習(xí)慣上將以澇漬災(zāi)害為主要限制因素的一類土地資源稱為澇漬地,它是易受澇漬影響的土地資源的總稱[11]。江河兩岸高地因地勢(shì)較高,土壤質(zhì)地較粗,透水性良好而形成了結(jié)構(gòu)及耕性均良好的灰潮土,而河間洼地和碟形堤壩則由于地勢(shì)低洼,地下水位高且由于長期接受湖相沉積的緣故形成了質(zhì)地黏重、排水不良、耕性較差的漬害型土壤。江漢平原現(xiàn)有澇漬地76.40萬hm2,占總耕地面積40.6%,使得以典型澇漬災(zāi)害為主的濕害成為阻礙該地區(qū)農(nóng)業(yè)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的主要因子[11,12]。
2小麥濕害發(fā)生的特征特性及生理機(jī)制
2.1小麥濕害的規(guī)律性
濕害的發(fā)生往往具有一定的區(qū)域性、季節(jié)性以及特定水文周期性,因此它是有規(guī)律可循的,其主導(dǎo)因子是典型的氣候特征。9月下旬進(jìn)入秋季后,干冷的蒙古高壓漸強(qiáng),并由低層向南延伸,插入副熱帶高壓之下,兩股高壓的疊加使得整個(gè)平原秋高氣爽;12月至翌年2月受北方強(qiáng)大的冷空氣影響,雨日較少,以干冷氣候?yàn)橹鳎儆袧窈Πl(fā)生;3~5月間,小麥處于拔節(jié)后的春季,太陽直射點(diǎn)北移,晝長夜短,冷空氣因向北撤退而削弱,南方暖濕氣流北上,兩股冷暖空氣交鋒,鋒面滯留該地區(qū)上空,導(dǎo)致連陰雨形成。而在小麥越冬返青期過后,開始進(jìn)入拔節(jié)、抽穗、開花與結(jié)實(shí)階段。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)[2-4,13],這期間陰雨長短與小麥赤霉病的流行密切相關(guān),也是決定小麥品質(zhì)的一個(gè)至關(guān)重要的因素。
2.2小麥濕害的生理機(jī)制
1)根系吸收水分和營養(yǎng)的能力降低、組織受損,葉片組織缺水衰老。過高的地下水位,水分置換土壤孔隙中的空氣,導(dǎo)致土壤中溶解氧含量下降,根系蒸騰和呼吸作用減弱,對(duì)養(yǎng)分的吸收減少,部分根系會(huì)出現(xiàn)機(jī)械組織和表皮脫落甚至腐爛,表現(xiàn)出明顯的受害癥狀。而隨著土壤水分脅迫的加劇,加重了膜脂過氧化程度,降低了清除自由基的能力,加速了植株衰老。根部呼吸作用受阻,導(dǎo)致植株形態(tài)、生理以及細(xì)胞機(jī)能發(fā)生變化。隨著氧化還原電位的降低,根部組織壞死或木質(zhì)化,妨礙養(yǎng)分吸收,地上部生長也受到抑制,這是冬季濕害的機(jī)制。春季地溫上升后,土壤微生物開始活動(dòng),小麥根量增加,根系呼吸作用旺盛,土壤氧化還原電位降低,形成有毒物質(zhì),使根系發(fā)生壞死、木質(zhì)化或產(chǎn)生根腐病,植株生活力減退,嚴(yán)重時(shí)凋萎枯死,所以濕害的影響更為嚴(yán)重[5,7,14]。
2)根系活力下降,導(dǎo)致植株蛋白質(zhì)、糖類等物質(zhì)運(yùn)輸受到阻礙。隨著土壤水分脅迫的加劇,膜脂過氧化產(chǎn)物丙二醛(MDA)含量增加,小麥上位次生根數(shù)量有所增加,根系過氧化物酶(POD)活性升高,超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)活性降低,根系活力受損,蛋白質(zhì)與氨基酸、糖類運(yùn)輸效率降低[2,7]。
3)代謝紊亂,植物體內(nèi)營養(yǎng)失調(diào),大量還原性物質(zhì)積累[5,15,16]。小麥遭遇濕害后,有氧呼吸受到抑制,大量可溶性糖被消耗,導(dǎo)致酒精大量產(chǎn)生;光合作用大大下降,甚至完全停止。由于“庫”的減少和“流”的增加,導(dǎo)致植株生長緩慢,產(chǎn)量下降。又因?yàn)橄託庑晕⑸锏淖饔茫斐赏寥廊芤核釅A度異常,生成大量有害的還原性物質(zhì)(如H2S、Fe2+、Mn2+等),導(dǎo)致必需元素缺乏。小麥根際CO2劇增會(huì)使黃葉數(shù)增加,功能葉葉綠素含量減少,鐵中毒,根系活力降低,硫化氫增加,發(fā)育器官受到抑制[4,6,17]。根系在缺氧條件下氧化磷酸化受到阻礙,大大降低了礦質(zhì)營養(yǎng)的吸收能力。據(jù)研究證明,漬水不僅影響NH4+的吸收與轉(zhuǎn)移,同時(shí)因反硝化作用增強(qiáng)導(dǎo)致土壤氮素流失,進(jìn)而導(dǎo)致植株體內(nèi)營養(yǎng)失調(diào)。
4)澇漬發(fā)生后,小麥體內(nèi)代謝紊亂與體內(nèi)各種酶類及激素發(fā)生變化有關(guān)。據(jù)研究[5,7,18],濕害發(fā)生后小麥植株體內(nèi)保護(hù)酶類,如SOD、POD、硝酸還原酶(NR)、核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶(Rubisco)等活性下降;隨著SOD活性下降,小麥根系膜脂過氧化加劇,質(zhì)膜透性增大;POD活性下降,小麥根系膜脂結(jié)構(gòu)嚴(yán)重?fù)p害,生理功能衰退;NR是N代謝中最重要的限速酶,其活性強(qiáng)弱影響N代謝水平。就澇漬對(duì)植株體激素的影響來看,漬水“綜合癥”幾乎都與逆境乙烯含量升高有關(guān)[19],另一方面,漬水后脫落酸(ABA)和吲哚-3-乙酸(IAA)含量也隨之升高,赤霉素(GA)和細(xì)胞分裂素(CTK)含量下降。
5)澇后生成不定根,形成一定通氣組織。作物受澇后經(jīng)過長期適應(yīng),會(huì)形成一定的耐澇性。觀察發(fā)現(xiàn)[2],小麥?zhǔn)軡n情況下,根內(nèi)會(huì)形成類似水稻根的通氣組織,有利于根系中O2運(yùn)輸擴(kuò)散,從而保護(hù)根系;另一方面,在酶的作用下,根尖皮層組織中細(xì)胞分離或部分皮層細(xì)胞崩潰,形成通氣組織,其生理生態(tài)意義在于提供根系呼吸代謝所需的氧氣,調(diào)節(jié)根際氧化勢(shì),排泄廢氣等。
2.3小麥濕害發(fā)生的特征特性及敏感期
小麥不同生育期受害具有不同的表現(xiàn)特征[2,5,7]。苗期受濕害影響,葉尖黃化或呈淡褐色,初生根呈褐色稍硬化,根系伸展受阻發(fā)育不良,分蘗力很弱,苗瘦小纖細(xì),葉黃,成穗率低,易形成僵苗;孕穗期受濕害影響,莖葉黃化枯死,初生根顏色暗淡,生長不良,次生根可能出現(xiàn)黑色污斑,根毛少,根的伸長停止,莖稈細(xì)弱,無效分蘗和退化小穗數(shù)增加,穗小粒少;灌漿至成熟期受濕害后,劍葉枯黃或枯死,根莖早衰,根呈銹黃色或褐黃色,植株早枯,灌漿期縮短,千粒重下降;收獲期受濕害將引起小麥減產(chǎn),導(dǎo)致穗發(fā)芽和霉變。需要注意的是在孕穗與灌漿期,田間濕度大會(huì)導(dǎo)致赤霉病、銹病、白粉病的發(fā)生與蔓延,因此出現(xiàn)“漬病相連”的現(xiàn)象。麥田受害后,根系在泥漿中無法深入下扎,而地上部分生長繁茂,因此極易倒伏。
濕害敏感期是指在作物生長過程中短期逆境對(duì)作物生長影響最大、造成產(chǎn)量銳減的時(shí)期。我國農(nóng)民的經(jīng)驗(yàn)是“尺麥怕寸水”,認(rèn)為漬害敏感期為節(jié)間伸長至灌漿成熟期,這些結(jié)論均較廣泛而籠統(tǒng)。有研究指出,濕害敏感期相當(dāng)于個(gè)體發(fā)育過程的孕穗期,即始于拔節(jié)后15 d,終于抽穗期。從產(chǎn)量因素看出,孕穗期土壤過濕引起大量小花、小穗敗育,使每穗粒數(shù)下降最多,不僅造成“庫”的減小,而且粒重也隨之降低,說明“源”也受到了限制[2]。
3江漢平原小麥濕害的生態(tài)環(huán)境分析
江漢平原位于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū),具有發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的優(yōu)越條件,同時(shí)也面臨著水土資源不利作物生產(chǎn)的嚴(yán)峻挑戰(zhàn),現(xiàn)就產(chǎn)生該區(qū)小麥濕害的生態(tài)環(huán)境分析如下。
3.1土壤潛育化、養(yǎng)分有效性降低、湖泊沼澤化趨勢(shì)嚴(yán)重
土壤黏重、孔隙小、透氣性差,春季低溫陰雨時(shí),氧化還原電位降低,還原性物質(zhì)及有機(jī)質(zhì)積累,形成潛育型土壤。這種土壤耕性差、有效養(yǎng)分失衡、熱容量和導(dǎo)熱率大,這種土質(zhì)被稱為“下雨一包糟,天晴一把刀”。由于地下水位高,使土壤面臨沼澤化、潛育化的潛在威脅增加。據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)[11],江漢平原四湖流域受沼澤化潛在威脅的土地3.80萬hm2,受潛育化潛在威脅的土地25.20萬hm2,重潛育化土地10.79萬hm2,中潛育化土地9.99萬hm2,輕潛育化土地4.45萬hm2,漬害潛在威脅的土地18.66萬hm2。
3.2氣候資源豐富,但變率較大,分布不均勻
從氣候上來看,江漢平原雨熱同季,屬北亞熱帶大陸性濕潤季風(fēng)氣候區(qū),降水多且強(qiáng)度大,但降水時(shí)空分布不均勻,季風(fēng)氣候年際間變率較大,異常氣候頻發(fā)。江漢平原澇漬地的地表水、大氣降水和地下水都很豐富,年降水量在1 100 mm以上,而且集中在5~9月份,與作物生長同季。區(qū)內(nèi)河流縱橫,大小湖泊星羅棋布,湖泊面積近3 000 km2,可調(diào)蓄8.29億m3的地表徑流,澇漬地的保灌面積在90%以上。水資源在時(shí)空的分布上除季節(jié)性的變率較大外,年際間的變率也較大,豐水年份與枯水年份水資源相差可達(dá)10倍,部分地方甚至相差15倍[20,21]。
3.3雨澇成災(zāi),旱澇并存
在汛期和“梅雨”季節(jié)會(huì)出現(xiàn)局部和季節(jié)性的水分過剩現(xiàn)象。這些來水多在汛期,很難有效利用,有時(shí)還加重了本地區(qū)的洪澇災(zāi)害。澇漬相隨、旱澇并存是江漢平原澇漬生態(tài)環(huán)境的典型特征,且旱澇災(zāi)害有加重的趨勢(shì)。江漢平原特殊的地理位置和地質(zhì)構(gòu)造,使得這一地區(qū)的部分農(nóng)田長期處于高水位甚至淹水的運(yùn)行狀態(tài),加上“大平小不平”的微地域地貌分異特點(diǎn)和降水在時(shí)間分布上的不均勻性成為江漢平原76.40萬hm2澇漬地澇漬相隨發(fā)生發(fā)展的外部客觀原因;而盲目的湖泊圍墾、調(diào)蓄能力弱、排灌系統(tǒng)不完善等引起水資源失衡的脆弱環(huán)境則是澇漬相隨、旱澇并存的人為原因[2,20-22]。
3.4外洪內(nèi)澇,農(nóng)田澇漬將長期存在
由于降雨集中、水高田低、過境水量大等綜合影響,使得江漢平原及四湖流域長期處于外洪內(nèi)澇的脅迫之中。這主要是由地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成的基本地貌與特殊氣候條件引起的[11,23]。
4小麥濕害的防控措施
小麥因其營養(yǎng)價(jià)值高、適應(yīng)性強(qiáng)和用途廣,已成為江漢平原主要糧食作物之一,然而,由于小麥在奢水脅迫下,產(chǎn)量與品質(zhì)均會(huì)急劇下降。因此,積極進(jìn)行小麥澇漬災(zāi)害的防控具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。通常針對(duì)澇漬災(zāi)害防控主要采取以下措施:一是農(nóng)田排水措施,包括工程排水與農(nóng)藝排水;二是農(nóng)業(yè)措施,包括選擇耐澇漬性強(qiáng)的品種,合理安排種植制度及栽培管理,合理調(diào)節(jié)水肥等。根據(jù)區(qū)域水土環(huán)境特點(diǎn),將江漢平原小麥濕害防控的技術(shù)措施概括如下。
4.1農(nóng)田排水措施
以農(nóng)田澇漬治理為中心,進(jìn)一步完善現(xiàn)有流域性骨干排灌和工程體系,建立切實(shí)有效的農(nóng)田排澇體系。對(duì)于湖垸澇漬治理,需要借鑒國內(nèi)外經(jīng)驗(yàn),建立以湖垸為單元的內(nèi)澇防御工程體系與田間澇漬防御工程體系及其最佳組合方式[11,23]。針對(duì)麥田濕害的形成,最根本的措施是改良土壤質(zhì)地、降低地下水位,將排水系統(tǒng)建設(shè)好,在此基礎(chǔ)上實(shí)行深溝高廂,使廂溝、腰溝和圍溝配套,使之既能排除地面水和潛層水,又能降低地下水位。關(guān)于廂面寬度,應(yīng)因地制宜,過窄費(fèi)時(shí)費(fèi)工,土地利用率不高,過寬則排水不良,不能有效改善土壤通氣狀況。
4.2農(nóng)業(yè)技術(shù)措施
1)選擇耐濕性品種。應(yīng)選用根系發(fā)達(dá)、根粗、稈矮、有利于由莖葉供氧,早熟且可避免后期梅雨危害等的品種。冬小麥為越冬作物,在寒冷高濕的條件下易感染赤霉病和銹病等,應(yīng)適當(dāng)選用根系發(fā)達(dá)、根部易木質(zhì)化、發(fā)根力強(qiáng)、灌漿快、抗病性強(qiáng)、種子休眠期長、不易穗上發(fā)芽的品種。如湖北省歷年主要推廣的品種鄂麥8號(hào)、荊州63、鄂麥14、華麥8號(hào)抗?jié)瘛⒛秃⒖共⌒跃^強(qiáng)[3],各地應(yīng)根據(jù)具體情況選用最合適的品種。
2)注意水肥耦合性,加強(qiáng)各階段的營養(yǎng)調(diào)控。冬小麥的栽培應(yīng)注意增施有機(jī)肥,既能保溫、抗寒、保水,也能維持一定的營養(yǎng)平衡。張永清等[24]指出,有機(jī)肥在水脅迫條件下能促進(jìn)小麥根系的生長,改善根系生理特性,增加根系吸收面積和活力,具有以肥促根、以肥調(diào)水、延緩根系衰老的作用,施肥應(yīng)注意早施分蘗肥、巧施拔節(jié)孕穗肥、適施追肥。
3)進(jìn)行作物統(tǒng)一布局,采取適宜的高效栽培措施。水旱分開連片種植,避免人為漬害。建立合理的群體結(jié)構(gòu),疏密適當(dāng)。采取合理的輪作制度,按照各自優(yōu)勢(shì)達(dá)到共生互補(bǔ)、趨利避害,取得最佳效益。如稻田高效種植模式有:小麥-雜交中稻、小麥/西瓜-雜交晚稻,小麥/花生-雜交晚稻,小麥-早稻-晚稻等。據(jù)小麥生產(chǎn)實(shí)踐表明,江漢平原濕地小麥單產(chǎn)3 000~3 750 kg/hm2的產(chǎn)量結(jié)構(gòu)為:每公頃基本苗滿幅播種的應(yīng)達(dá)到270萬~300萬苗,麥棉套作半幅播種的應(yīng)達(dá)180萬苗;確保年前分蘗數(shù),滿幅播種的應(yīng)達(dá)600萬~750萬苗,半幅播種的應(yīng)達(dá)450萬~600萬苗;關(guān)于有效穗數(shù),滿幅播種的應(yīng)達(dá)345萬~405萬穗,半幅播種的應(yīng)達(dá)225萬~270萬穗[2,11]。
4)采取有效合理的耕作措施,加大保護(hù)性耕作的實(shí)施:例如條播、穴播有利于中耕松土,增強(qiáng)土壤通透性,改善土壤理化性狀。保護(hù)性耕作制度是以保護(hù)農(nóng)田水土資源和環(huán)境健康為核心,以建立土壤輪耕技術(shù)體系和多元化覆蓋技術(shù)體系為關(guān)鍵,減少養(yǎng)分流失,維持土地生產(chǎn)力,改善農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)功能的可持續(xù)耕作制度[25]。
4.3綜合防控措施
針對(duì)小麥濕害的發(fā)生特點(diǎn)進(jìn)行綜合防控。在排水改良農(nóng)田土壤、選用抗逆性強(qiáng)的品種和適宜栽培管理措施的基礎(chǔ)上,適度施用氮肥以及植物生長調(diào)節(jié)劑,綜合進(jìn)行營養(yǎng)調(diào)控和化學(xué)調(diào)控可以減輕小麥澇漬災(zāi)害[18,19,26]。已有研究表明,使用生長調(diào)節(jié)劑如PP333、BR-120、復(fù)合醇等及外源活性氧清除劑能有效緩解澇害[27,28],通過氮營養(yǎng)調(diào)控(適當(dāng)增施硝態(tài)氮)能促進(jìn)受澇植物的生存和恢復(fù)[26,29]。今后,通過各種措施的配合使用和協(xié)調(diào),必將成為防控小麥澇漬災(zāi)害最有效的手段。
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