返青至拔節期高溫對小麥農藝性狀和產量的影響

傅曉藝，史占良，曹巧，單子龍，高振賢，韓然，付藝偉，何明琦*

（1.石家莊市農林科學研究院，河北 石家莊 050041；2.河北農業大學農學院，河北 保定 071001；3.河北景縣中學，河北景縣 053500）

近幾十年來，在自然條件變化和人類社會活動的共同影響下，全球氣候正經歷著一場以變暖為主要特征的顯著變化。氣候變化直接影響到人類社會經濟發展的方式以及全球能源利用的結構和數量，已經成為影響21 世紀全球發展的一個重大國際問題[1]。

小麥是世界上最重要的糧食作物，總面積、總產量以及總貿易額均居世界糧食作物第1 位。氣象條件對小麥生長有極為重要的影響，在一定程度上決定了小麥產量[2]。何學林[3]認為在影響小麥生長的氣象條件中水分、溫度和光照尤為重要，應按照不同發育期對氣象條件的要求加強田間管理以滿足小麥生長需要，采取有效措施趨利避害，減少不利因素的影響，確保小麥豐產豐收。

氣候變暖導致高溫脅迫程度增強，必然增大未來小麥減產的風險[4]。盡管氣溫上升對小麥生產力的影響依其生長階段的不同而有所區別，但總體氣溫升高對小麥生產力有明確的負影響[5]。李向東等[6]研究認為越冬前積溫增加導致小麥物候期提前、幼穗發育進程加快，并使整個發育期縮短，容易遭受春季低溫為害，造成小花敗育甚至小穗凍死；而且，冬前積溫過高還導致小麥生長后期旗葉光合能力下降，灌漿期縮短，產量降低。王海龍等[7]研究了溫度和磷肥處理對小麥苗期生長的影響，發現溫度主要通過影響小麥生長來影響磷素的吸收，低溫下施用磷肥能顯著促進小麥生長；高溫能加速石灰性土壤有效磷的固定，施磷能緩解這一問題。高麗莉等[8]利用開頂式生長室連續3 a 控制試驗，監測和模擬了全球增溫系統對小麥生長、土壤酶活性和呼吸的影響，結果表明，模擬增溫顯著提高了小麥根區土壤酶活性，有利于小麥生長。裴瑞娜等[9]研究發現在渭北干旱山區雨養農業條件下，全地面覆蓋地膜能夠顯著提高冬小麥出苗期至拔節期的土壤含水量和土壤溫度。

前人在氣候變化和花后高溫對小麥產量、品質、生理指標的影響方面進行了系列研究[9～16]，但截至目前，有關返青至拔節期高溫對小麥生長的影響研究尚未見報道。為此，在小麥返青至拔節期利用塑料拱棚進行增溫處理，研究高溫脅迫不同時間對小麥農藝性狀和產量的影響，旨為氣候變暖環境下小麥高產提供技術指導。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗在河北省辛集市馬蘭農場進行，中心地理位置為東經115.22°、北緯67.93°。試驗地所屬的辛集市地勢平坦，處于北半球暖溫帶地區，大陸性季風氣候特點顯著，四季分明，光照充足，適宜作物生長。該區年平均氣溫12.5 ℃，其中，最冷月1 月的平均氣溫為-3.9 ℃，最熱月7 月的平均氣溫為26.5 ℃；年平均降水量534.6 mm，年平均日照時數2 513.9 h，年平均無霜期197 d；主要糧食作物為冬小麥和夏玉米，一年兩熟輪作制度。

1.2 試驗材料

試驗小麥品種為石麥25 和石麥26。

1.3 試驗方法

1.3.1 試驗設計 前茬作物為夏玉米，秸稈全部還田，粉碎2 遍，深松2 遍，耙平地面。小麥播種前澆足底墑水，底施氮磷鉀三元復合肥（N、P2O5、K2O含量分別為18%、18%和5%）3 000 kg/hm2。2018 年10月10 日播種，行距15 cm，每品種均種植0.3 hm2，基本苗數量330 萬株/hm2。小麥返青始期（2019 年3 月1日） 在田間搭建長4.0 m、寬2.0 m、高0.8 m 的塑料拱棚進行增溫處理，增溫時間設15 d（T1）、21 d（T2）、27 d（T3） 3 個處理；以田間自然生長為對照（CK）。每處理均3 次重復。分別在棚室內、外距地面25 cm 處懸掛速靈科L03 溫度記錄儀，自動記錄棚內和自然生長環境的溫度變化，每隔1 h 記錄1 次。其中，T1、T2和T3增溫處理的最高溫度分別出現在3 月14 日、3月19 日和3 月25 日，指標值為44.3～54.0 ℃，較CK 高20.3～23.4 ℃；最低溫度均出現在3月7 日，指標值為-6.7～-6.1 ℃，較CK 高1.5～2.1 ℃（表1）。小麥全生育期不進行追肥，后期管理措施同大田常規。

1.3.2 測定項目與方法

1.3.2.1 株高和節間長度。小麥成熟期，每處理隨機連續選擇20 株，用直尺測量株高和第2 節間長度。

1.3.2.2 重心高度、莖稈機械強度和莖稈抗倒指數。小麥開花后25 d，每處理選擇長勢一致的植株10 株，將根部剪掉，把單莖（帶穗、葉片和葉鞘）置于固定支架使其平衡，測定重心高度（莖稈基部至該莖平衡點的距離）。取剝除葉鞘的基部第2 節間，將其兩端置于高50 cm、間隔5 cm 的支撐木架凹槽內，用YYD-1A 型莖稈強度測定儀（浙江托普云農科技公司）測量莖稈機械強度。根據呂添等[17]方法，計算莖稈抗倒指數。

1.3.2.3 產量及其構成因素。小麥成熟期，調查單位面積穗數；并隨機取20 個穗，調查穗粒數。實收脫粒測產，并于測產的子粒中取樣測定千粒重。

1.3.3 數據處理與分析 各指標值均取其平均值。利用Microsoft Excel 2010 和DPS 17.10 軟件對試驗數據進行統計分析，采用Duncan’s 新復極差法進行數據的多重比較。

2 結果與分析

2.1 返青至拔節期高溫對小麥農藝性狀的影響

2.1.1 對莖稈性狀的影響 返青至拔節期高溫處理的2 個小麥品種株高、重心高度和基部第2 節間長度均顯著＞CK，且指標值基本隨高溫時間的延長呈明顯的遞增趨勢；基部第2 節間機械強度顯著＜CK，且指標值隨高溫時間的延長呈明顯的遞減趨勢（表2）。表明返青至拔節期高溫處理會導致小麥株高、重心高度和基部第2 節間長度顯著提高，基部第2 節間機械強度顯著降低，且這種作用隨著高溫脅迫時間的延長而明顯增大。

表2 不同高溫處理對小麥株高、重心高度和基部第2 節間性狀的影響Table 2 Effects of high temperature on the plant height，center of gravity height and characteristics of basal second internode of wheat

2.1.2 對穗部性狀的影響 返青至拔節期高溫處理的2 個小麥品種總小穗數均顯著＜CK，但指標值隨高溫時間延長呈現出的變化規律不明顯，不孕小穗數及其比例均顯著＞CK，指標值均隨高溫時間的延長呈明顯的遞增趨勢；主莖穗長變化規律不明顯，石麥25、石麥26 指標值分別在T1和T3處理下最大，但與CK 差異均未達到顯著水平（表3）。表明返青至拔節期高溫處理會導致小麥總小穗數明顯減少，不孕小穗數及其比例明顯提高，對小麥主莖穗長影響規律不明顯。

表3 不同高溫處理對小麥穗部性狀的影響Table 3 Effects of high temperature on the ear characters of wheat

2.2 返青至拔節期高溫對小麥產量及其構成因素的影響

返青至拔節期高溫處理的2 個小麥品種單位面積穗數、穗粒數、千粒重和產量均顯著＜CK（表4）。表明返青至拔節期高溫處理會導致小麥構成三因素顯著變差，產量明顯降低。

表4 不同高溫處理對小麥產量及其構成因素的影響Table 4 Effects of high temperature on the yield and yield components of wheat

隨著高溫時間的延長，石麥25 單位面積穗數、穗粒數和產量呈逐漸降低趨勢，千粒重呈逐漸增加趨勢，且不同處理的指標值差異均達到了顯著水平；石麥26 單位面積穗數和千粒重順序均為T2處理＞T1處理＞T3處理，穗粒數和產量呈逐漸降低趨勢，且不同處理的指標值差異均達到了顯著水平。可以看出，返青至拔節期高溫脅迫雖然對不同小麥品種單位面積穗數和千粒重的影響趨勢有所不同，但會導致千粒重明顯降低，小麥嚴重減產，且對千粒重和產量的負面作用隨著高溫脅迫時間的延長而明顯增大。

2.3 返青至拔節期高溫對小麥抗倒指數的影響

返青至拔節期高溫處理的2 個小麥品種抗倒指數均顯著＜CK，且指標值均隨高溫時間的延長呈逐漸降低趨勢，其中，石麥25 不同處理間的差異均達到了顯著水平，石麥26 表現為T1與T2處理差異不顯著但二者均顯著＞T3處理（圖1）。表明返青至拔節期高溫處理會導致小麥抗倒指數明顯降低，且這種負面作用隨著高溫脅迫時間的延長而明顯增大。

圖2 不同高溫處理對小麥抗倒指數的影響Fig.2 Effect of high temperature on the lodging resistance index of wheat

3 結論與討論

氣候變化背景下，小麥典型氣象災害發生頻次有所增加，并且主要發生在生殖生長期。隨著近些年來全球氣候的變暖，春季氣溫回溫快的現象時常發生，對小麥生產會造成一定的潛在為害。本研究結果表明，小麥拔節前期高溫對小麥株高、秸稈韌性、穗部育性和產量均有顯著影響，隨著高溫脅迫處理時間的延長，小麥不孕小穗數量及其比例呈顯著上升趨勢，產量呈明顯降低趨勢。主要原因是溫度迅速升高影響了小麥穗部發育和孕性，降低了結實小穗數和穗粒數，營養物質積累少導致后期灌漿不飽滿，千粒重下降，最終造成產量明顯降低。

河北省冬小麥超高產技術模式已逐漸形成[18]，但在產量提高的同時也存在著倒伏增加的風險。前人研究表明，提高小麥株高和重心高度均不利于小麥抗倒伏[19]。本研究中2 個小麥品種均以T3處理（高溫處理時間27 d）的株高和重心高度最高。隨著高溫脅迫時間的延長，高溫促進植株節間伸長，使株高增加，節間迅速伸長，莖稈壁厚度小，有機物質貯藏少，節間充實度降低，從而導致莖稈機械強度降低。受機械強度降低和重心高度升高的雙重影響，小麥抗倒指數減小，發生倒伏的風險增大。開花期后小麥轉為生殖生長，重心高度上移會加大倒伏風險。王丹等[20]研究認為，小麥莖稈機械強度在開花期至花后第20 天處于較高水平，在花后第30 天明顯下降；倒伏指數在開花期最小、花后第30 天最大，其余2 個時期處于中間水平。胡昊[21]以河南省6 個主導小麥品種為試驗材料系統分析了莖稈特性與抗倒伏能力的關系，結果表明，莖稈抗倒伏指數與株高、重心高度和基部第2 節間長度呈極顯著的負相關，與基部第2 節間莖粗和壁厚呈極顯著的正相關。本研究中僅初步分析了返青至拔節期高溫脅迫對小麥產量、穗部性狀和節間性狀的影響，該期高溫對小麥生理指標、化學成分和組織結構等方面的影響情況還有待進一步研究。