超晚冬播冬、春小麥品種光合特性和產量的影響

孫詩仁,薛麗華，章建新

(1.新疆農業科學院糧食作物研究所，烏魯木齊 830091；2. 新疆農業大學農學院，烏魯木齊 830052)

0 引 言

【研究意義】新疆小麥種植面積約100×104hm2,“棉花-小麥”輪作模式是北疆主要種植模式。新疆北疆棉花采收完后已入初冬(10月底至11月初)，播種的小麥與正常播種冬小麥相比播期相差1個月左右，此期播種的小麥以種子或發芽狀態在積雪覆蓋下越冬，次年3月中下旬后逐漸恢復生長、緩慢出苗。【前人研究進展】超晚冬播小麥是指冬前葉齡小于3葉的小麥，最晚播的冬前不能出苗[1]。在足苗情況下，春小麥品種冬播的生產潛力高于正常春播的春小麥[2-4]。有研究[5]，指出臨冬播種的春小麥品種較冬性品種早熟、高產。與時期播小麥相比，超晚播小麥在品種類型、生態條件、生育生理及產量形成有其本身的特殊性[6-8]。超晚播小麥因溫度降低，出苗慢，出苗差，分蘗所經歷的總時間變短，冬前分蘗較少或無分蘗，第2年春返青后氣溫上升快，分蘗發生快，分蘗成穗能力減弱，分蘗成穗率低，成穗以主莖為主，單位面積穗數降低[9、10]，而影響小麥產量。在超晚播條件下，春小麥品種較冬性品種早熟、高產[5]。【本研究切入點】針對新疆北疆超晚冬播小麥品種生育特性及產量進行比較研究[11]，比較冬、春小麥品種間光合特性及籽粒灌漿速率和產量的差異。【擬解決的關鍵問題】在超晚播條件下，采用隨機區組設計，田間比較冬、春小麥品種的光合特性、籽粒灌漿速率和產量的差異。研究其高產生理特性，為新疆北疆超晚冬播小麥高產栽培提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2018～2019年在新疆烏魯木齊市頭屯河區三坪農場新疆農業大學實習基地進行。試驗地為壤土，前茬作物為西瓜。小麥播種前0-20 cm土層養分含量：有機質1.1%、堿解氮含量60 mg/kg、速效鉀含量215.0 mg/kg、速效磷含量16 mg/kg、土壤pH 值為8.28。

供試材料冬小麥品種有新冬18號、新冬22號、新冬41號、新冬48號、新冬51號、新冬53號；春小麥品種有新春6號、新春20號、新春27號、新春29號、新春43號。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

田間隨機區組排列，小區面積11.4 m2(3.8 m×3.0 m)3次重復。翻地前基施磷酸二銨300 kg/hm2，耙地、旋耕后于2018年10月31日人工開溝精量播種，播種深度為4～5 cm，行距20 cm，播種量為1.0×107粒/hm2。播種完成后，將地溫計(Micro Lite USB DATA Loggers)埋入4～5 cm土層內，重復3次。第2年春待雪融化后取回地溫計，計算11月、12月、1月、2月、3月平均日最低溫度動態。冬前不灌水。春季鋪設滴灌，毛管采用1管4行配置，毛管間距60 cm，分別在4月18日、5月7日、5月21日、6月5日、6月19日各滴灌1次(累計5次)，每次滴灌量750 m3/hm2。分別在4月18日和5月7日采用施肥罐隨水滴施112.5 kg/hm2純氮，共計施純氮225 kg/hm2。6月24～7月20日成熟。

2018-2019年小麥整個生育期月平均氣溫和降水，4 cm土層地溫低于0℃以下12月、1月、2月日最低地溫動態變化。圖1，圖2

圖1 2018-2019年小麥整個生育期月平均氣溫和降水Fig.1 The average temperature and precipitation of wheat whole growth period

圖2 越冬期4 cm土層日最低溫度Fig.2 The lowest temperature in 4 cm soil during winter(℃)

1.2.2 測定指標

1.2.2.1 旗葉光合速率和葉綠素含量

孕穗期(5月11日)和孕穗期后每10 d(5月21日、6月01日、6月11日)測定1次。選晴朗無風的上午11:00-13:00，田間自然光照下選取生長一致且受光方向一致的旗葉10片，采用TPS-2便攜式光合測定系統(美國，PPSYSTEMS公司)測定旗葉的凈光合速率(Pn)。另選取生長一致且受光方向相同的旗葉15片，采用日本生產的SPAD-502葉綠素測定儀進行葉綠素含量測定。

1.2.2.2 籽粒灌漿速率

開花期選擇同一天開花且生長整齊一致的植株200穗進行掛牌標記，自開花期開始每3d取標記穗10穗，各穗取中部小穗基部籽粒30粒，在80℃條件下烘至恒重，重復3次，計算籽粒灌漿速率。

1.2.2.3 籽粒產量及產量構成因素

成熟期分別從各小區選取具有代表性的樣點4 m2(2 m×2 m)實際測產，3次重復，自然風干后測產及千粒重，籽粒水分含量按照籽粒含水量13%折算。同時每小區選取0.2 m2(1 m×0.2 m)連續樣株，用于考查植株性狀、穗數、穗粒數及穗粒重。

1.3 數據處理

數據用Excel2016軟件繪圖，用SPSS 21.0統計分析軟件進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 冬、春小麥品種旗葉葉綠素相對含量的影響

研究表明，冬、春小麥品種SPAD(葉綠素相對值)呈現先升后降的變化趨勢，于5月21日達峰值。不同品種間SPAD值差異因不同品種而異，冬小麥品種以新冬41號最高，為60.2，且顯著高于其它冬小麥品種(P<0.05)；春小麥品種以新春6號最高，為58.1，顯著高于其它春小麥品種(P<0.05)。冬小麥品種SPAD值的平均峰值(55.2)與春小麥品種(55.6)差異不顯著。在冬播條件下，SPAD值與小麥品種的冬、春無關，而與本身遺傳特性有關，新冬41號和新春6號旗葉葉綠素相對含量明顯高于其余品種。圖3

注：圖A冬小麥品種；圖B春小麥品種，下同

2.2 冬、春小麥品種旗葉凈光合速率的影響

研究表明，冬、春小麥各品種間旗葉凈光合速率差異顯著，各品種旗葉凈光合速率表現為先增后降的變化趨勢，5月21日達峰值而后下降。各品種間旗葉凈光合速率的差異因不同品種而異，冬小麥品種旗葉凈光合速以新冬41號率最高，其次為新冬18號，分別為33.1和31.3 μmol/(m2·s)(P<0.05)；春小麥品種旗葉凈光合速率以新春6號最高，其次為新春43號，分別為32.5和30.7 μmol/(m2·s)(P<0.05)。冬小麥品種旗葉凈光合速率的峰值平均值(30.4 μmol/(m2·s))與春小麥品種(29.8 μmol/(m2·s))接近。超晚冬播下，旗葉凈光合速率與小麥的冬、春無關，新冬41號、新冬18號、新春6號和新春43號旗葉凈光合速率高于其余品種。圖4

圖4 冬、春小麥旗葉凈光合速率變化Fig 4 Changes in net photosynthetic rate of flags leaf in different winter and spring wheat cultivars

2.3 冬、春小麥品種旗葉蒸騰速率的影響

研究表明，各品種隨生育進程推移冬、春小麥品種旗葉蒸騰速率呈先升后降的變化趨勢，5月21日達峰值而后下降。不同品種旗葉蒸騰速率峰值差異不同，冬小麥品種以新冬41號最高，為8.72 m mol/(m2·s)，明顯高于其它品種(P<0.05)；春小麥品種以新春6號和新春43號最高，分別為10.41 m mol/(m2·s)和10.22 m mol/(m2·s)，且明顯高于其它春小麥品種(P<0.05)。冬小麥品種旗葉蒸騰速率峰值的平均值(8.72)與春小麥品種(8.67)差異不顯著。冬播冬、春小麥品種旗葉蒸騰速率的高低與冬、春小麥無關。新冬41號、新春6號和新春43號的旗葉蒸騰速率較高。圖5

圖5 冬、春小麥旗葉蒸騰速率變化Fig 5 Changes in transpiration rate of flags leaf in different winter and spring wheat cultivars

2.4 冬、春小麥品種旗氣孔導度的影響

研究表明，冬、春小麥品種隨生育進程推移呈先升后降的變化趨勢，5月21日達峰值后下降。不同品種旗葉氣孔導度峰值差異不同，冬小麥以新冬41號和新冬18號最大，為0.33和0.32 mol/(m2·s)(P<0.05)；春小麥以新春6號和新春43號最大，為0.36 mol/(m2·s)和0.33 mol/(m2·s)(P<0.05)，均高于其它品種。冬小麥品種旗葉氣孔導度峰值的平均值(0.31)與春小麥(0.32)接近。超晚冬播冬、春小麥品種旗葉的氣孔導度的大小與冬、春小麥無關。新冬41號、新冬18號、新春6號和新春43號的旗葉氣孔導度較高。圖6

圖6 冬、春小麥旗葉氣孔導度變化Fig.6 Changes in stomatal conductivity of flags leaf in different winter and spring wheat cultivars

2.5 冬、春小麥品種籽粒灌漿速率的影響

研究表明，冬、春小麥品種的籽粒灌漿速率隨時間的推移均呈慢-快-慢的變化趨勢。曲線的頂點代表Vmax。小麥籽粒平均灌漿速率(V)在冬、春小麥品種間存在明顯差異。冬小麥品種在花后0～17 d灌漿速率達峰值(P<0.05)，最大值新冬41號，為2.42 mg/(d·粒)；春小麥品種在花后0～20 d灌漿速率達峰值(P<0.05)，最大值新春6號，為2.27 mg/(d·粒)，其次是新春43號，為2.03 mg/(d·粒)。超晚冬播春小麥品種籽粒灌漿達峰時間長于冬小麥。圖7

圖7 冬、春小麥籽粒灌漿速率變化Fig.7 Effects on grain-filling rate in different winter and spring wheat cultivars(A W)

2.6 冬、春小麥品種產量和產量構成因素的影響

研究表明，冬小麥品種以新冬41號產量較高，為7 812.3 kg/hm2，春小麥品種以新春6號、新春43號產量較高，分別為7 935.6、7 581.6 kg/hm2。冬小麥品種平均產量(7 237.3 kg/hm2)與春小麥品種平均產量(7 022.8kg/hm2)差異不顯著。冬小麥品種新冬41號高產主要是穗粒數(36.3粒/穗)和千粒重(51.7 g)明顯高于其它品種；春小麥品種新春6號高產主要表現有較高的千粒重(52.8 g)；新春43號高產主要表現有較高的穗數(515.8×104穗/hm2)。以春小麥品種新春6號(7 935.6 kg/hm2)和冬小麥品種新冬41號(7 812.3 kg/hm2)產量較高。表1

表1 冬、春小麥產量及產量構成Table 1 Yield and yield components of winter and spring wheat cultivars

3 討 論

超晚冬播小麥種子以發芽、萌動或種子狀態越冬，早春出苗易受低溫、干旱侵害，進而影響田間出苗率及后續的形態建成，致使產量下降[12]。由于小麥產量的90%～95%來自植株光合作用，而作物光合作用除受內部遺傳因素的影響外，同時還受到外部環境條件的顯著調節[13]。小麥功能葉旗葉葉綠素含量品種間變異系數較小(0.12-1.14)，性狀遺傳較穩定[14、15]，與試驗研究結果相一致。光合作用是小麥產量形成的基礎，不同的環境條件和栽培措施能夠改變小麥旗葉的光合性能，進而影響產量[16]。合理的播期能夠提高小麥葉片的凈光合速率和氣孔導度，延長葉片光合功能期，積累更多的光合產物[17]，適播和晚播均會縮短小麥生育期，不利于光合產物的積累[18]。小麥植株生長發育后期最重要的功能葉(旗葉)，其光合效率是決定籽粒產量關鍵因素[19]。研究在臨冬前將冬、春小麥品種同時間進行播種，研究結果表明：冬、春小麥品種旗葉的凈光合速率、蒸騰速率及氣孔導度品種間差異顯著，其差異與品種本身特性有關，而與小麥品種的冬、春性無關。

小麥粒重由灌漿時間和灌漿速率共同決定，其中灌漿速率主要由遺傳控制,灌漿持續期主要取決于環境因素[20]。適期晩播能維持弱春小麥品種灌漿期較好的光合性能，獲得較高的籽粒產量[21]。冬、春小麥品種超晚冬播灌漿速率因不同品種而異，而灌漿持續期相同，春小麥品種最大灌漿速率出現的峰值略遲于冬小麥品種，這可能是因為春小麥品種冬播長期低溫，生育期延長有關，其原因有待于進一步研究。冬小麥品種新冬41穗粒數(36.3粒/穗)和千粒重(51.7g)高于其它冬小麥品種，春小麥品種新春6號千粒重(52.8g)較高是在試驗條件下的產量結果。

4 結 論

超晚冬播條件下，冬、春小麥品種功能葉—旗葉葉綠素含量、凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導度因不同品種而異，而與冬、春小麥品種無關。冬播冬、春小麥品種其灌漿速率因不同品種而異，春小麥最大灌漿速率出現的峰值略遲于冬小麥品種。超晚冬播條件下，應選擇葉綠素含量高、光合能力強，且穗粒數多、千粒重高的冬、春小麥品種。冬小麥品種新冬41號和春小麥品種新春6號較適合新疆北疆超晚冬播。