不同覆蓋栽培方式對冬小麥干物質分配與轉運的影響

楊佳佳，程宏波，柴守璽，張 博，李 瑞

(1.甘肅農業大學生命科學技術學院，甘肅蘭州 730070；2.甘肅省干旱生境作物學重點實驗室， 甘肅蘭州 730070；3.甘肅農業大學農學院，甘肅蘭州 730070)

我國西北旱作農區，氣候干旱，降水量低且時空分布不均，潛在蒸散量高，小麥是該地區的主要糧食作物之一[1]。水資源不足是該地區農業生產的主要限制因素，探索有效的栽培技術、促進有限水的高效利用以獲得小麥穩產、高產是當下西北旱作農業研究的主要任務之一[2-4]。目前，西北地區主要采取覆蓋栽培作為抗旱手段[5]，所用材料有秸稈、普通塑料地膜、可降解生物地膜和砂石等[6]，其中薄膜和秸稈因具有顯著的蓄水保墑和調節地溫的作用而被廣泛應用。由于西北地區積溫不足，全地面秸稈覆蓋會降低地溫，影響小麥保全苗，延緩生育，增產不明顯，甚至導致減產，因而該區域多采取“秸稈局部覆蓋還田”方式[7]。

通常認為，小麥籽粒產量的60%～80%來自花后積累的光合產物[8]，而小麥的干物質積累與轉運與當地環境、土壤種類及其生長季的氣候等有關[5,9-10]，也受播期、品種及栽培模式等因素的影響[11-14]。研究發現，覆蓋對小麥干物質的分配和轉運具顯著影響[15]；在干旱年份，秸稈覆蓋種植可調節土壤水分含量，優化根系性狀，延緩旗葉葉綠素降解和葉片在生育后期的衰老速度，明顯增加干物質積累量，從而利于小麥產量形成[16]；地膜覆蓋可有效降低土壤蒸發量，提高水分利用率，具有較好的保溫、增溫效果，可提高小麥產量[17]。Niu等[18]研究結果顯示，覆膜種植小麥在灌漿期可促進干物質向穗部轉運，干物質積累量較露地種植高26%，增產36%。總之，地膜覆蓋和秸稈覆蓋均利于干物質向小麥穗部積累[19]。前人就秸稈覆蓋種植或覆膜種植對小麥干物質積累與轉運的影響已有研究，但對在不同的覆蓋方式及覆蓋度下，小麥花后干物質的積累與轉運對籽粒貢獻的差異研究較少。本試驗分析了四種不同的秸稈帶狀覆蓋、地膜覆蓋及無覆蓋模式對冬小麥干物質的分配與轉運及其對籽粒貢獻的差異，探討不同覆蓋栽培方式對冬小麥產量的影響，以期為旱農區小麥生產模式提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗點概況

試驗于2018年9月至2019年7月在甘肅省定西市通渭縣平襄鎮甘肅農業大學試驗基地進行，該地區為黃土高原典型的雨養農業區，土壤性質為黃綿土，半干旱氣候，作物一年一熟，年均溫7.2 ℃，無霜期120～170 d，年蒸發量>1 500 mm，多年平均降水量約390.6 mm，其中約65%集中在6—9月。本試驗中冬小麥生育期內總降雨量約297.5 mm，有效降水(≥5 mm)約228.70 mm，此降雨量年型為豐水年。

1.2 試驗設計

以當地主栽冬小麥品種隴中2號為供試材料，采用隨機區組設計，設4種秸稈帶狀覆蓋(SM3、SM4、SM5、SM6)、地膜覆蓋(PM)、露地(CK)六種種植模式(表1),3次重復。小區面積150 m2，播種量均為225 kg·hm-2。秸稈帶狀覆蓋分為秸稈覆蓋帶和小麥種植帶，兩帶相間排列，于小麥三葉期，將玉米秸稈整稈按設計放置在預留覆蓋帶上，覆蓋量均為風干秸稈9 000 kg·hm-2；地膜覆蓋采用全膜覆土穴播模式，地膜和厚度分別為幅寬120 cm和0.01 mm，行距20 cm，膜上覆土1 cm左右；露地處理平作，不覆蓋。

各小區均施純氮150 kg·hm-2、P2O5120 kg·hm-2作基肥，生育期間不追肥。開花后 7 d進行“一噴三防”，以防后期病蟲害、干熱風和小麥植株早衰。

1.3 測定項目與方法

在冬小麥拔節期、孕穗期、開花期、灌漿期和成熟期，各小區隨機選取具有代表性的植株20株，帶回實驗室；在開花期將單株分為莖鞘、穗部、葉片三部分，在成熟期將單株分為莖鞘、穗軸+穎殼、葉片、籽粒四個部分，稱鮮重后分裝好，置于105 ℃烘箱中殺青30 min，在80 ℃下烘干至恒重，并計算相關指標。

花前干物質轉運量=開花期植株干物質量-成熟期營養器官干物質量

花前干物質轉運效率=花前干物質轉運量/開花期植株干物質量×100%

花前干物質對籽粒產量貢獻率=花前干物質轉運量/成熟期籽粒干重×100%

花后干物質積累量=成熟期籽粒干重-花前干物質轉運量

1.4 數據統計方法

數據用Excel 2010處理，用SPSS Statistics 24進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同覆蓋方式對冬小麥各生育時期植株干物質積累量的影響

由表2可知，不同覆蓋栽培條件下，小麥干物質積累量隨生育期的推進逐漸增大，且以PM處理最大，PM處理拔節期至成熟期植株干重較CK提高7.2%～36.7%，其中以孕穗期增幅最大，各時期處理間差異均顯著。SM處理植株干重在拔節期低于CK(15.4%)，之后高于CK(0.9%～ 9.8%)，以開花期增幅最大。SM不同覆蓋度處理對小麥干物質積累的影響不同，SM3處理在拔節期、孕穗期分別較CK低32.3%、12.0%，但在開花期～成熟期顯著高于CK，較CK高1.4%～2.4%；SM4、SM5、SM6處理拔節期干物質量均低于CK，平均低10.3%，孕穗期、開花期、灌漿期、成熟期則均顯著高于CK，平均高5.3%、 12.1%、5.7%、3.9%。

按照財稅〔2016〕36號的規定，該月轉讓金融產品出現的損失不能由其他銷售收入、勞務收入來彌補，當期該轉讓金融產品的業務不需要納稅，同時還可以結轉至下一納稅期抵減。

2.2 不同覆蓋方式對冬小麥地上部干物質分配的影響

2.2.1 對開花期干物質分配的影響

由表3可見，開花期小麥干物質在各器官中的分配表現為莖鞘>穗部>葉。

PM處理的莖鞘、穗部和葉片干物質量較CK分別提高14.0%、23.6%和33.0%，且處理間差異顯著；SM處理的莖鞘、穗部干物質量平均較CK分別提高6.6%、11.1%，但處理間無顯著差異，葉片干重較CK提高14.3%～28.6%，差異顯著。

表1 不同栽培模式試驗方案Table 1 Experiment scheme of different cultivation patterns

表2 不同生育時期的小麥干物質積累量Table 2 Dry matter accumulation at different growth stages of wheat g·plant-1

表3 小麥開花期干物質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 小麥成熟期干物質在不同器官中的分配Table 4 Distribution of dry matter in different organs at maturity stage of wheat

覆蓋總體降低了莖鞘占植株干重的比例，提高了穗部和葉片占植株干重的比例。PM較CK提高了穗部和葉片干重1.4和0.9個百分點，SM較CK穗部和葉片干重平均增加0.4和1.0個百分點。PM和SM莖鞘占植株干重比例較CK分別降低2.3和1.5個百分點。

2.2.2 對成熟期干物質分配的影響

由表4可知，成熟期小麥干物質在各器官中的分配表現為籽粒>莖鞘>穗軸+穎殼>葉。

PM處理的葉干重較CK提高7.7%，籽粒及穗軸+穎殼的干重分別提高11.3%、17.2%，與CK間差異顯著。SM處理中，SM3、SM4、SM5、SM6處理均較CK提高籽粒干重，平均增重 6.3%，但處理間差異均不顯著；SM4處理較CK的葉干重增加15.4%，二者差異顯著，其余秸稈帶狀覆蓋處理與CK差異均不顯著；SM3、SM4、SM5、SM6處理的穗軸+穎殼的干重較CK提高8.6%～13.8%，差異均達顯著水平。SM和PM處理對莖鞘干重的影響不同，其中SM較CK降低莖鞘干重1.5%～5.9%，以SM3的降幅最大，PM則較CK提高莖鞘干重2.2%。

覆蓋總體降低了莖鞘占植株干重的比例，提高了籽粒、穗軸+穎殼及葉占植株干重的比例，平均來看，SM處理較CK增加籽粒、穗軸+穎殼及葉干重比例1.2、1.3及0.1個百分點，PM處理籽粒、穗軸+穎殼分別增加1.0、1.3個百分點，葉干重比例與CK相近。SM、PM處理的莖鞘干重占植株比例分別較CK低2.6、2.3個百分點。

2.3 不同覆蓋方式對冬小麥花后營養器官干物質再分配的影響

由表5可知，SM與PM均促進了各營養器官花前干物質在花后的轉運，且PM增幅高于SM。

PM處理莖鞘的花前干物質轉運量較CK提高90.5%，轉運效率和對籽粒產量貢獻效率提高9.0和10.5個百分點，處理間存在顯著性差異；SM處理莖鞘的花前干物質轉運量、轉運效率和對籽粒貢獻率分別較CK提高61.9%～81.0%、7.4～9.0個百分點和7.9～10.5個百分點，且處理間差異顯著。

PM處理穎殼+穗軸的花前干物質轉運量、轉運效率、對籽粒產量貢獻率較CK分別提高30.8%、7.7個百分點、6.4個百分點；SM處理中，SM3的花前干物質轉運量、轉運效率和對籽粒產量貢獻率較CK低17.3%、1.7和8.0個百分點，而SM4、SM5、SM6處理均較CK高 15.4%～25.0%、 5.4～7.7個百分點、3.4～6.1個百分點；且PM和SM各處理均與CK間存在顯著差異。

PM處理葉片花前干物質轉運量較CK提高75.0%，轉運率和貢獻率則提高11.9和3.2個百分點，處理間差異顯著。SM處理中，SM5處理的葉片花前干物質轉運效率和貢獻率與CK間差異顯著，較CK高3.6和1.0個百分點，而轉運量與CK相近；SM3、SM4、SM6處理葉片花前干物質轉運量、轉運效率及其貢獻率均較CK分別提高50%～75%、6.3～13.8個百分點、2.3～3.7個百分點，且顯著差異。

2.4 不同覆蓋方式對冬小麥花前和花后干物質對籽粒貢獻率的影響

由表6可知，總體來看，覆蓋促進了花前干物質轉運對籽粒產量的貢獻率，降低了花后干物質積累對籽粒產量的貢獻率，且前者的增幅和后者的降幅均表現為PM>SM。

表5 小麥花后營養器官干物質再分配Table 5 Dry matter redistribution of vegetative organs after anthesis of wheat

表6 小麥花前花后干物質積累對籽粒產量的貢獻率Table 6 Contribution ratio of dry matter accumulation before and after flowering to grain yield of wheat %

PM與SM處理較CK均增加了花前干物質積累對籽粒產量的貢獻率，增幅分別為20.2個百分點、13.3個百分點，處理間差異顯著；SM處理中，SM3、SM4、SM5、SM6處理的花前干物質轉運量對籽粒貢獻率分別較CK高3.6、15.3、 15.0、19.3個百分點，且差異均顯著。

與CK相比，PM和SM處理的花后干物質積累量對籽粒產量貢獻率分別降低20.2和13.3個百分點，處理間差異顯著；SM處理中，SM3、SM4、SM5、SM6處理的花后干物質積累量對籽粒產量貢獻率分別較CK低3.6、15.3、15.0、 19.3個百分點，差異均達到顯著水平。

3 討論與結論

3.1 討 論

覆蓋可全方位影響作物生長發育，通過對作物出苗和生育進程的直接影響，對作物各器官發育及產量產生影響。王健波等[19]研究發現，免耕覆蓋能提高小麥地上部的干物質積累總量，促進開花后干物質的積累。干物質累積作為產量形成的前提，其花前主要用于營養器官的建成，花后則多數運至籽粒[20]。本試驗發現，干物質量隨小麥生長發育時間的延長呈遞增趨勢，在成熟期積累量達到最大，覆蓋促進了干物質在各營養器官中的積累，提高了花前干物質對籽粒產量的貢獻率，與上述研究結果一致，這說明秸稈帶狀覆蓋和地膜覆蓋可通過改善作物生長環境的水熱條件，加快作物對土壤養分及水分的吸收，利于小麥營養生長，使各器官干物質的積累速率加快，促進花后同化物向籽粒轉移。

小麥籽粒產量源于花后光合產物及營養器官在花前貯藏物質的再分配[21]，花前和花后光合產物的積累、轉運與分配對籽粒產量具顯著影響[22]。常 磊等[23]研究表明，花前光合同化物對籽粒產量的貢獻率為35.6%～54.9%，花后光合產物對籽粒產量的貢獻率均高于45.0%；吳 禎等[24]研究表明，花后干物質積累量對籽粒產量的貢獻率為 60.47%～80.26%。本研究顯示，花前干物質積累量對籽粒產量貢獻率為57.04%～77.22%，花后干物質積累量對籽粒產量貢獻率為22.78%～42.96%，推測覆蓋條件下籽粒產量的提高主要來源于花前干物質累積對籽粒產量的貢獻，此結果的花前干物質積累對籽粒產量的貢獻率均高于前人的研究結果，這說明干物質積累不僅與栽培方式、氣候條件有關，還受基因型的 影響。

我國甘肅省中部地區水分短缺，屬黃土高干半干旱雨養農業區，覆蓋栽培是該區域廣泛應用的種植模式，但由于地膜覆蓋在提高產量的同時，對環境造成一定污染，探索覆蓋和秸稈還田結合的耕作栽培技術，是推動該區域農業實現高產高效、綠色可持續生產的重要舉措，而如何在秸稈覆蓋條件下，進一步提升小麥干物質的分配與轉運，使其產量更高，仍是我們探究的目標。

3.2 結 論

(1)覆蓋總體促進了小麥地上部分生長，較CK增加了小麥干物質量，且對干物質積累具有階段性差異，在拔節期～成熟期冬小麥的植株干重表現為PM>SM，PM>CK；而SM在拔節期低于CK，但在孕穗期～成熟期比CK高。秸稈帶狀覆蓋不同覆蓋度處理的冬小麥干物質積累量不同，但均高于CK。

(2)SM、PM較CK明顯促進花前累積的干物質在花后的轉運及花后干物質在不同營養器官中的再分配，且PM的增加量高于SM。此外，不同秸稈帶狀覆蓋處理小麥干物質在各營養器官的再分配不同，但均高于CK，總體表現為莖鞘>穎殼+穗軸>葉片。

(3)覆蓋較CK顯著降低了花后干物質對籽粒產量的貢獻，但顯著提高了花前干物質對籽粒產量的貢獻，冬小麥隴中2號對不同的覆蓋處理響應不同。花前干物質積累對籽粒產量的貢獻表現為地膜覆蓋 (77.22%)>秸稈帶狀覆蓋 (70.35%)>露地對照(57.04%)。