灌水次數和施鉀量對冬小麥莖稈形態特征和抗倒性的影響

趙國英，王紅光，李東曉，賈 彬，李瑞奇，李雁鳴

(河北農業大學農學院/河北省作物生長調控重點實驗室，河北保定 071000)

灌水次數和施鉀量對冬小麥莖稈形態特征和抗倒性的影響

趙國英，王紅光，李東曉，賈 彬，李瑞奇，李雁鳴

(河北農業大學農學院/河北省作物生長調控重點實驗室，河北保定 071000)

為進一步明確兼顧節水高產抗倒的最佳灌水與施鉀量組合，以冬小麥品種藁優2018為材料，通過二因素隨機區組試驗，研究了3種灌水次數(不灌溉、灌拔節水、灌拔節水和揚花水)和4個施鉀量(施K2O 0、75、150和225 kg·hm-2)對冬小麥莖稈形態特征和抗倒性的影響。結果表明，隨灌水次數和施鉀量的增加，小麥株高和重心高度顯著增高，莖稈基部2個節間的單位長度干重、直徑、機械強度和抗倒指數顯著增加。而莖稈壁僅隨施鉀量的增加而顯著增厚。小麥產量和3個產量構成因素也隨灌水次數和施鉀量的增加而增加，但4個施鉀量之間的千粒重差異不顯著，K225與K150之間的穗數、穗粒數和籽粒產量差異不顯著。莖稈抗倒指數與莖稈基部第1、2節間的單位長度干重、直徑呈極顯著正相關，與株高、重心高度也呈極顯著正相關。綜合各項指標，春季在拔節期和揚花期灌2次水，施K2O 150 kg·hm-2有利于實現小麥高產和鉀肥高效，且莖稈抗倒性能較好。

灌水次數；施鉀量；冬小麥；莖稈形態特征；抗倒性

倒伏是影響小麥高產優質的重要因素。研究發現，倒伏后造成田間郁閉，莖葉相互遮掩，通風透光差，病害發生加重，影響小麥正常灌漿，導致千粒重降低，可減產7%～35%[1]，嚴重的可達40%[2]。同時容易發生穗發芽，造成子粒癟瘦，容重降低，嚴重影響產品質量[3]。因此，研究提高小麥抗倒伏能力的栽培措施,對小麥高產穩產具有重要意義。

莖稈是高光效群體的主要支持系。強壯的莖稈能防止倒伏，合理支配葉層和葉態的分布，是提高光合生產力的合理冠層結構的基礎[4]。水分和養分是影響作物莖稈質量的重要因子。劉麗平等[5]研究表明，灌水顯著影響小麥的莖稈特征和倒伏指數。在一定范圍內，隨著灌水次數增多，株高和重心高度增高，莖稈變細，倒伏幾率增加。水分充足促進節間伸長，而拔節前水分脅迫可抑制植株過早增高，防止后期灌溉發生倒伏[6]。張豐轉等[7]研究表明，鉀對作物厚壁細胞木質化、角質層發育和纖維素含量增加都有顯著促進效果。田保明等[8]研究表明，鉀促進碳水化合物的合成和運輸，減少莖稈中非蛋白氮積累，使機械組織發達，增強莖稈的抗倒伏能力。

河北平原是我國重要的小麥主產區。近年來，由于產量水平不斷提高和有機肥施用量減少，即使多年采用秸稈還田技術，土壤鉀含量仍有下降趨勢[9]，成為制約作物生產可持續發展的限制因子。由前述可見，關于灌水或施用鉀肥對小麥莖稈特性的影響已有很多研究。王麗金[10]也就灌水和施鉀量對河北平原小麥群體物質生產的影響進行了研究。但在河北平原地下水資源短缺和限制灌溉用水條件下，灌水模式和施鉀量對高產小麥莖稈形態特征和倒伏性能影響的報道尚不多見。因此，本研究在前人研究的基礎上，研究灌水和施鉀量對小麥莖稈特性和抗倒伏的影響，探索兼顧節水高產抗倒的最佳灌水與施鉀量組合，為小麥可持續生產提供技術依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與設計

田間試驗于2015-2016年度在河北農業大學清苑試驗站(38°47′N，115°34′E，海拔13 m)進行。試驗田為黏壤潮土。0～20 cm土壤有機質含量16.20 g·kg-1，全氮含量0.15 g·kg-1，堿解氮含量96.25 mg·kg-1，速效磷含量20.44 mg·kg-1，速效鉀含量94.74 mg·kg-1。小麥品種為藁優2018。前茬玉米收獲后秸稈粉碎還田。施底肥N 120 kg·hm-2、P2O5135 kg·hm-2，并按試驗設計量底施鉀肥。底肥均勻撒施后旋耕3遍并鎮壓。10月13日15 cm等行距播種，播種量為150 kg·hm-2，播后鎮壓。實際基本苗為313 萬株·hm-2。

試驗采用二因素完全隨機區組設計，一個因素為灌水次數，設全生育期不灌水(W0)、灌拔節水(W1，拔節期灌水60 mm)、灌拔節水和揚花水(W2，拔節期和開花期各灌水60 mm)3個水平；另一個因素為施鉀量，設每公頃施K2O 0(K0)、75(K75)、150(K150)和225 kg(K225)4個水平。鉀肥為氯化鉀(含K2O 60%)。3次重復。小區面積58.8 m2(4.2 m×14 m)。拔節期開溝追施N 120 kg·hm-2，并按試驗設計對有關小區灌水。其他田間管理同一般高產麥田。小麥生育期間降水122.6 mm，在當地屬一般降水年份。

1.2 測定項目與方法

1.2.1 株高的測量

各主要生育時期在各小區取苗30株，測量株高，取平均值。

1.2.2 莖稈抗倒相關性狀的測定

開花期在小區中選長勢均勻的區域，將開花時間一致、株高和穗長相近的單莖掛牌標記。在籽粒形成期、乳熟期和蠟熟期，各小區中分別取10株掛牌植株，測定莖稈抗倒相關性狀。

(1)莖稈重心高度：剪去根部，置于固定好的支架上使其平衡，用直尺測量莖基部至該莖(帶穗、葉片和葉鞘)平衡支點的距離，即為重心高度。

(2)基部節間長度、直徑和莖稈壁厚度：用直尺測量基部第1節間和第2節間的長度。用數顯游標卡尺(精度為0.01 mm)測量莖稈節間直徑和壁厚。節間長度是莖稈2個節之間的距離。節間直徑為每個節間長度中點的直徑。莖稈壁厚度是在節間中點處剪斷，2個對立面的壁厚平均值作為該節間莖稈壁厚度。

(3)莖稈機械強度：用支點法測定。將去掉葉片和葉鞘后的基部第1、2節間分別固定在40 mm寬的支架兩端，用浙江托普儀器有限公司生產的 YYD-1A型莖稈強度測定儀，將一定橫斷面積(如0.01 cm2)的測頭，在莖稈節間中部垂直于莖稈方向勻速緩慢壓下，直至莖稈斷裂讀取最大值，即為機械強度(N)。

(4)莖稈抗倒指數：莖稈抗倒指數=機械強度/重心高度[11]。

(5)節間干重：測定上述指標后，將基部1、2節間在105 ℃烘箱中殺青30 min，降溫至80 ℃烘干至恒重，稱重，計算單位節間長度的干重。

1.2.3 產量和產量構成因素的測定

成熟期于定點處計數穗數，計算為每公頃穗數。在定點處隨機計數20個穗的粒數，計算平均穗粒數。每樣點實收3 m2，小型脫粒機脫粒，按13%含水量計算每公頃產量。從測產籽粒中取樣測定千粒重[12]。

1.3 數據分析

采用Microsoft Excel 2003和IBM SPSS Statistics 19.0進行數據統計分析，用Duncan法進行多重比較。由于灌水和施鉀量對各指標的互作效應均未達到0.05顯著水平，因而僅對2個因素的主效應進行了分析。

2 結果與分析

2.1 灌水次數和施鉀量對小麥株高和莖稈重心高度的影響

由表1可知，各處理的小麥株高都隨生育進程逐漸增加，開花期以前增長較快，開花后仍有所增長。不同灌水和施鉀水平間小麥株高的差異顯著，各生育時期的株高都隨灌水次數和施鉀量增加而增高。不同灌水次數間表現為：W2顯著高于W1，W1顯著高于W0。不同施鉀量間表現為:K225和K150顯著高于K75和K0，但K225與K150的差異不顯著。各處理株高都低于65 cm，這也為后期未發生倒伏奠定了基礎。

由表1可知，開花后各處理的小麥莖稈重心高度逐漸上移。各時期的重心高度都隨灌水次數和施鉀量增加而增加，與株高的變化規律一致。不同灌水次數間籽粒形成期至蠟熟期的莖稈重心高度均差異顯著。不同施鉀水平間比較，植株的重心高度均隨施鉀量增多而增大，但K225與K150之間僅在籽粒形成期差異顯著，后期差異不顯著。

表1 灌水次數和施鉀量對小麥株高和莖稈重心高度的影響Table 1 Effect of irrigation frequency and potassium application amount on plant height and height of gravity center of wheat cm

同列數據后的不同小寫字母表示不同灌水水平間或不同施鉀水平間的差異在0.05水平上顯著。下同。

Data in same column followed by different small letters are significant at 0.05 level among different levels of irrigation or potassium application. The same in other tables.

2.2 灌水次數和施鉀量對小麥基部節間性狀的影響

由表2可知，節間長度和直徑都表現為第2節間大于第1節間，但第1節間的稈壁厚度更厚。灌水次數不同的小麥基部節間的長度、直徑和稈壁厚度(籽粒形成期除外)差異顯著。隨灌水次數增加，基部2個節間的長度和直徑顯著增加。從籽粒形成期至蠟熟期，基部2個節間的直徑先有所增加，然后減小。稈壁厚度的變化則相反，籽粒形成期時隨灌水次數增多逐漸變薄，乳熟到蠟熟期則隨灌水次數增多逐漸增厚。

表2 灌水次數對小麥基部節間長度、直徑和稈壁厚度的影響Table 2 Effect of irrigation frequency on the length,diameter and wall thickness of basal internodes of wheat

由表3可知，小麥基部2個節間的長度隨施鉀量增加的變化趨勢相反，第1節間隨施鉀量增加而縮短，第2節間隨施鉀量增加而增長。從籽粒形成到蠟熟期，基部2個節間的直徑和稈壁厚度都是先增大后減小。小麥基部2個節間的直徑和稈壁厚度都隨施鉀量增多而增大，但K225與K150之間差異不顯著，K0、K75與K150、K225之間的差異顯著。

表3 施鉀量對小麥基部節間長度、直徑和稈壁厚度的影響Table 3 Effect of potassium application amount on the length,diameter and wall thickness of basal internodes of wheat

2.3 灌水次數和施鉀量對小麥基部節間干物質積累和輸出的影響

由表4和表5可以看出，從籽粒形成期至蠟熟期，基部第1和第2節間單位長度干重均逐漸降低。各處理第1和第2節間籽粒形成到乳熟期的干物質輸出率分別為30.36%～34.15%和16.80%～19.86%，籽粒形成到蠟熟期的干物質輸出率分別為42.46%～47.75%和27.04%～31.95%。第1節間的干物質輸出率均大于第2節間。

W0和K0的小麥從籽粒形成到蠟熟期節間的單位長度干重下降幅度較大，說明其在生育后期干物質向外轉移較多。不同灌水量比較，各時期第1、2節間的單位長度干重均以W2最高，且在籽粒形成期和蠟熟期與W0和W1的差異顯著。不同施鉀量比較，各時期第1、2節間的單位長度干重均以K225最高，但與K150差異不顯著，與其他施鉀量的差異顯著。不同灌水次數和施鉀量水平基部節間單位長度干重隨灌水次數和施鉀量增多而增重，但干物質輸出率卻相反，表明基部節間干物質輸出量隨灌水次數和施鉀量增多顯著減少。

表4 灌水次數和施鉀量對小麥基部節間單位長度干重的影響Table 4 Effect of irrigation frequency and potassium application amount on the dry weight per centimeter of basal internodes of wheat mg·cm-1

表5 灌水次數和施鉀量對小麥基部節間物質輸出率的影響Table 5 Effect of irrigation frequency and potassium application amount on the dry matter output of basal internodes of wheat %

表6 灌水次數和施鉀量對小麥莖稈機械強度的影響Table 6 Effect of irrigation frequency and potassium application amount on the mechanical strength of wheat stem N

2.4 灌水次數和施鉀量對小麥莖稈機械強度和抗倒指數的影響

小麥莖稈的機械強度越高，重心高度越低，則抗倒指數越大，莖稈抗倒伏能力越強。由表6和表7可知，小麥開花后直至乳熟期，莖稈基部2個節間的機械強度逐漸增大，乳熟期后機械強度減小。不同時期2個節間抗倒伏指數的變化與機械強度的變化相一致。

各時期小麥莖稈基部2個節間的機械強度和抗倒指數都隨灌水次數增加而增大，且3個灌水水平的差異顯著。2個節間的機械強度和抗倒指數也隨施鉀量增多而增大，其中K225與K150的差異不顯著，但與K75和K0的差異均顯著。這表明適當施鉀可以提高基部節間的抗倒性能。

表7 灌水次數和施鉀量對小麥莖稈抗倒指數的影響Table 7 Effect of irrigation frequency and potassium application amount on the lodging resistance index of wheat stem N·cm-1

2.5 灌水次數和施鉀量對小麥產量和產量構成因素的影響

由表8可知，隨灌水次數增加，產量及3個產量構成因素的值均顯著增加。灌水次數最多的W2產量最高，W0最低，且3個灌水量水平的產量差異顯著。可見，從產量角度看，在小麥全生育期灌2水即可實現高產。隨施鉀量增加，每公頃穗數和穗粒數均逐漸增加，但K225與K150之間的差異不顯著。不同施鉀量水平間千粒重的差異都不顯著。由于3個產量構成因素的相互作用，籽粒產量也隨施鉀量增加而提高，但K225與K150之間的差異同樣不顯著。由此可見，在一定范圍內，增施鉀肥可改善小麥的產量構成因素，從而獲得高產。

表8 灌水次數和施鉀量對小麥產量和產量構成因素的影響Table 8 Effect of irrigation frequency and potassium application amount on yield and yield components of wheat

2.6 小麥莖稈抗倒指數、機械強度與莖稈形態指標的相關性

相關分析結果(表9)表明，第2節間的壁厚度與基部2個節間的機械強度和抗倒指數相關都不顯著，第1節間的壁厚度與第2節間的機械強度和抗倒指數相關不顯著，第1節間長度與基部2個節間的機械強度和第1節間的抗倒指數相關不顯著。株高、重心高度、第2節間長度、2個節間的單位長度干重和直徑與基部2個節間的機械強度和抗倒指數呈顯著或極顯著正相關。

表9 小麥莖稈抗倒指數、機械強度與莖稈形態指標的相關系數Table 9 Correlation coefficients between lodging resistance index and mechanical strength and morphological traits of wheat stems

*：P<0.05；**：P<0.01.

3 討 論

3.1 關于莖稈形態指標與抗倒伏指數的相互關系

莖稈抗倒指數是一個綜合指標，可以作為作物抗倒伏能力的直接證據[11,13-15]。本研究表明，莖稈基部節間的直徑和充實度(單位長度干重)都與莖稈機械強度和抗倒指數呈極顯著正相關，這與前人[14,16-17]的研究結果一致。很多研究表明，在一定范圍內，株高與抗倒指數呈負相關[18-20]。李金才等[11]、董 琦等[21]及安呈峰等[22]的研究都表明，莖稈基部節間長度與抗倒指數或抗折力呈顯著負相關。但本研究表明，株高、植株重心高度、基部第1、2節間長度與莖稈機械強度和抗倒指數都呈正相關，與前人研究結果形成鮮明對比。究其原因，可能與本研究中小麥成熟期各處理的株高都偏低有關。在這種情況下，灌水少、施鉀量低的處理小麥株高更低，節間更短，但同時莖稈的充實程度也差。因此，在全部處理中則表現出株高和節間長度增高或伸長，抗倒伏能力也增強的現象。張忠旭等[23]的研究也表明，矮稈的水稻不一定抗倒伏，高稈不一定不抗倒伏。王強盛[24]研究表明，適量施鉀提高了水稻株高、重心高度，同時改善了莖稈的理化性能，抗倒伏能力也得到增強。張明聰等[25]研究也表明，優化施肥使水稻的株高和重心高度增加，但是優化了節間配置，顯著提高了水稻的抗倒伏能力。綜合本研究及這些前人結果可以認為，在一定的株高范圍內，作物的株高與抗倒伏能力沒有必然的關系，抗倒伏能力的提高應是莖稈綜合性狀改善的結果。

3.2 灌水和施鉀對小麥莖稈特征及抗倒伏的影響

小麥莖稈既能貯存干物質，也能在生育后期為籽粒灌漿提供一定干物質[4]。一般認為，莖稈基部節間單位長度干物質含量高有利于抗倒伏[19,21]。本研究中，生育后期莖稈基部第1、2節間的單位長度干重隨灌水次數增加顯著增加。其原因可能有2個方面：一是本生長季冬前降溫早，分蘗較少，各處理均未出現群體郁蔽現象。二是W0條件下的3個處理全生育期缺水，個體生長受限，光合生產能力低，導致基部節間干物質積累少。W1和W2在灌水條件下個體較健壯，光合生產能力強，基部節間干物質積累量增多。

雖然隨灌水次數增多單位節間長度的干重增大，節間的干物質輸出率卻隨灌水次數增多而減少。原因是不灌水的W0灌漿速度快而葉片光合生產能力低，導致莖稈干物質過早過快向外轉運。W1和W2因灌水使葉面積衰減慢，灌漿后期仍有較高的光合生產能力供籽粒灌漿，因此莖稈的貯藏干物質向籽粒輸出較少。另外，本研究還表明，基部節間的干物質在乳熟期時輸出較少，蠟熟期輸出加快，這與謝家琦等[26]的研究結果相同。

王麗金[10]研究表明，隨著施鉀量的增加基部第1節間縮短，其他節間則隨施鉀量增加而增長。本研究結果也表明，增加施鉀量的小麥第1節間縮短。同時，基部節間增粗，莖稈壁增厚，充實度(單位長度干重)增加，因此，各節間的機械強度和抗倒指數增加，提高了小麥植株的抗倒伏性能，有利于降低小麥倒伏的風險。由于K150與K225的莖稈性狀差異都不顯著，因此適宜的施鉀量應為K2O 150 kg·hm-2。可見在河北小麥高產栽培中，采用適宜的灌水量和施鉀量，有利于培育健壯個體，提高小麥莖稈質量，增加抗倒性能，進而建立高產抗倒群體。

3.3 灌水次數和施鉀量對產量的影響

李雁鳴等[27-28]在河北省小麥中低產階段的研究表明，冬小麥春季需要澆拔節水、抽穗揚花水和灌漿水才能獲得高產，并指出在灌水次數更少的條件下也有取得高產的可能性。李 云等[29]在河北省小麥高產條件下的研究則表明，在河北平原常年降水(全生育期100 mm左右)條件下，全生育期灌水2次即可獲得高產。本研究在小麥生育期間降水122.6 mm的一般降水條件下，春季灌2次水(拔節水和揚花水)的小麥籽粒產量最高，只灌1次拔節水的產量顯著降低，與李 云等[29]的研究結果相似。

前人研究表明[30-32]，在一定范圍內，小麥產量隨施鉀量增加而顯著提高。但關于施鉀量對穗數、穗粒數和千粒重的影響規律卻不盡相同。Header等[33]報道，施鉀的小麥千粒重提高，對單位面積穗數和穗粒數影響較小。張國平[34]研究表明，施鉀增產的實質是提高千粒重和穗數。李冬花等[35]研究表明，施用鉀肥的增產效應主要是增加了穗數和提高了穗粒數，對千粒重則無明顯影響。于振文等[36]用砂培研究表明，增施鉀肥的小麥穗數、穗粒數和千粒重均有所增加。本研究結果與于振文等的結果一致，在每公頃施K2O 0～150 kg范圍內小麥穗數、穗粒數和千粒重均得到不同程度的改善，產量提高，但4個水平施鉀量的千粒重差異不顯著，而K225和K150之間穗數、穗粒數和產量的差異都不顯著。因此，在本研究的土壤條件下，K2O 150 kg·hm-2是有利于高產的適宜施鉀量。

鑒于以上研究結果，由于灌水次數與施鉀量的交互作用不明顯，最適宜的灌水次數與施鉀量的組合，即春季灌2次水、施用K2O 150 kg·hm-2的組合，是有利于小麥抗倒伏和取得高產的技術措施。

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Effect of Irrigation Frequency and Potassium Application Amount on Stem Morphological Characteristics and Lodging Resistance of Winter Wheat

ZHAO Guoying,WANG Hongguang,LI Dongxiao,JIA Bin,LI Ruiqi,LI Yanming

(College of Agronomy,Hebei Agricultural University/Key Laboratory of Crop Growth Regulation of Hebei Province,Baoding,Hebei 071000,China)

In order to further clarify the optimal combination of irrigation frequency and potassium application amount for water saving,high yield and lodging resistance of wheat,a field experiment was conducted by two-factor randomized block design,with a winter wheat cultivar Gaoyou 2018 as material. The irrigation contains no irrigation,once irrigation at jointing,and twice at jointing and anthesis. The potassium application amount contains K2O at 0,75,150 and 225 kg·hm-2levels,disignated as K0,K75,K150 and K225,respectively.Stem morphological characteristics and lodging resistance of wheat were determined. The results showed that,with the increase of irrigation frequency and potassium application amount,the height and gravity center of wheat plant,and the dry weight per centimeter,diameter,mechanical strength and lodging resistant index of the 1st and 2nd basal internodes of wheat stem were all increased significantly. The wall thickness of the 1st and 2nd basal internodes was significantly increased with the increase of potassium application. The grain yield and yield components were all increased with the increase of irrigation frequency and potassium application amount,but the difference of thousand grain weight was not significant among the four potassium application levels,and the differences of spike amounts per hm2,grain amounts per spike and grain yield between K225 and K150 were not significant. Stem lodging resistance index was significantly positively correlated to dry weight per centimeter and diameter of the 1st and 2nd basal internodes,and significantly positively correlated to the height and gravity center of wheat plant. It was concluded that the combination of twice spring irrigation at jointing and anthesis,and K2O application of 150 kg·hm-2was beneficial to achieve high yield and high use efficiency of potassium fertilization,which also improved lodging resistance of wheat stems.

Irrigation frequency; Potassium application amount; Winter wheat; Stem morphological characteristics; Lodging resistance

10.7606/j.issn.1009-1041.2017.06.06

時間：2017-06-07

2017-02-02

2017-04-19

國家現代農業產業技術體系項目(CARS-3-2-3)

E-mail:313558104@qq.com

李雁鳴(E-mail:nxzwst@hebau.edu.cn)

S512.1；S311

A

1009-1041(2017)06-0759-10

網絡出版地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20170607.1004.012.html