氮肥运筹对孕穗期渍害冬小麦灌浆特性的技术方向

氮肥运筹对孕穗期渍害冬小麦灌浆特性的技术方向

小麦籽粒灌浆特性是影响籽粒产量的一个重要生理性状,对它的研究可为籽粉产量目标的制定及育种策略的抉择提供重要依据[1]。渍害尤其是孕穗期渍害对冬小麦籽粒灌浆影响很大。有研究指出,渍水影响光合作用,减少物质积累,改变光合产物在地上部与根系间的分配比例,抑制产量形成[2]。由于沿淮蓄洪区小麦生育中后期降水过多,渍害是小麦生产上常见的气象灾害之一。合理的氮素运筹可以调节作物群体的生理生态,提高作物的抗逆性,增加冬小麦产量[3]。有关不同供氮方式和渍水的单项研究很多,但利用不同供氮方式缓解作物渍水逆境胁迫的研究较少,因此,研究氮素运筹对孕穗期渍害冬小麦籽粒灌浆特性的影响,对提高沿淮蓄洪区小麦粒质量与产量具有重要的理论和实践意义。

1材料和方法

1.1材料

试验选用强筋小麦新麦18品种为材料。

1.2方法

1.2.1试验设计于2010—2011年在安徽省阜南县农业科学研究所试验田进行。试验地土壤类型为潮土,0~20cm土层的养分状况:有机质含量为13.5g·kg-1,全氮1.12g·kg-1,速效氮86.9mg·kg-1,速效磷14.4mg·kg-1,速效钾118.6mg·kg-1。试验采用裂区设计,淹水处理(2水平)为主区,不同供氮方式(4水平)为副区,小区面积3m×4m=12m2,3次重复。W1表示淹水处理,小麦孕穗期淹水7d,处理期间在渍水裂区起埂灌溉,并在埂内侧设置防渗沟并埋设塑料布以防侧渗,保持水层0.5~1.0cm;对照区耕作层土壤保持田间持水量75%~80%(采用TDR法测定),用W0表示。供氮方式N1、N2、N3、N4表示基肥∶拔节肥∶孕穗肥比例分别为10∶0∶0、7∶3∶0、5∶5∶0、3∶5∶2,孕穗肥在淹水后2d施下。播前施入P2O5105kg·hm-2与K2O135kg·hm-2,撒施于地表后耕翻入土。10月20日播种,整个生育期施纯氮240kg·hm-2,基本苗为225万株·hm-2。其余管理措施同一般高产大田。

1.3测定项目与方法

小麦开花期每个小区选择花期一致,长相、长势、穗子大小基本相同,无病虫危害的单茎100个进行标记。从开花后5d开始取样,以后每5d取样1次,直至完熟。每个小区每次取10个单茎剥下籽粒,随机取200粒用排水法测其体积[1],然后立即置于烘箱105℃下杀青30min,之后降至80℃烘干至恒质量,称其干质量,换算成千粒质量。

对籽粒千粒体积进行y=a+bx+cx2+dx3方程拟合[4],以开花后天数(t)为自变量,千粒体积(y)为因变量,a,b,c,d为待定系数,根据方程推导出一系列参数:籽粒体积达最大时间x1=[-c-(c2-3bd)1/2]/(3d);籽粒体积增加速率达最大时间x2=-c/(3d),将x1、x2代入多项式即得籽粒最大体积Vm和籽粒体积最大增率VRm。采用郭天财等[1]的方法对籽粒千粒质量进行Logistic方程y=k/(1+ea-bt)拟合,其中k为千粒质量潜力值,t为开花天数,a,b均为回归参数,相应的灌浆特性参数均按常规计算推导:Tm、T、T1、T2、T3分别表示最大灌浆速率到达时间、籽粒灌浆历期、渐增期、快增期和缓增期历期,Rm、R、R1、R2、R3分别表示籽粒最大灌浆速率、平均灌浆速率以及渐增期、快增期和缓增期灌浆速率。参数推导如下:

(1)灌浆高峰期起始(t1)和结束时间(t2):

t1=(a-ln3.732)/b,t2=(a+ln3.732)/b;

(2)灌浆终期(t3):

t3=(4.59512+a)/b,Y达99%k时的时间;

(3)最大灌浆速率到达时间(Tm)和最大灌浆速率(Rm):

Tm=a/b,Rm=kb/4;

(4)其他灌浆参数:

T1=t1,T2=t2-t1,T3=t3-t2,G1=k/(1+ea-bt1),G2=k[1/(1+ea-bt2)-1/(1+ea-bt1)],G3=k[1/(1+ea-bt3)-1/(1+ea-bt2)],R1=G1/T1,R2=G2/T2,R3=G3/T3,T=t3,R=k/T

其中,T1、G1、R1,T2、G2、R2,T3、G3、R3分别表示籽粒灌浆渐增期、快增期和缓增期持续时间、积累量和灌浆速率,T和R分别表示灌浆持续天数和籽粒平均灌浆速率。W为最终籽粒千粒干质量。

1.4统计分析

应用DPS6.55统计软件进行数据统计与分析,利用Excel2003软件进行作图。Duncan法进行方差分析。

2结果与分析

2.1氮肥运筹对孕穗期渍害冬小麦籽粒体积、籽粒干质量的影响

2.1.1氮肥运筹对孕穗期渍害冬小麦灌浆期籽粒体积的影响及其与最终粒质量的关系从籽粒生长发育角度考虑,籽粒生长第一阶段(渐增期)主要是籽粒形成和胚乳细胞分裂阶段,此阶段籽粒体积迅速增加,产量库容基本形成,对粒质量形成尤为重要[5]。由图1和表1可以得出,籽粒体积的增加的一元三次多项式y=a+bx+cx2+dx3拟合效果显着,决定系数R2均达显着水平(P<0.05)。进一步方差分析得,各处理灌浆体积增速达最大的时间X2差异显着(P<0.05),而灌浆体积达最大的时间X1差异不显着(P>0.05),籽粒最大体积Vm和籽粒体积增加最大速率VRm差异均显着(P<0.05)。正常生长小麦千粒籽到达最大体积的时间、体积增加速率达最大时间、体积最大增加速率、最大体积分别为(31.62±0.53)d,(13.06±0.15)d,(2.15±0.27)mL3·(千粒·d)-1,(57.45±7.41)mL3,而孕穗期湿害小麦分别为(31.04±0.23)d,(14.74±0.49)d,(1.76±0.15)mL3·(千粒·d)-1,(45.39±4.33)mL3。渍水胁迫延长了籽粒体积增加速率达最大的时间,而对达到最大体积的时间无显着影响,降低体积最大增加速率,减小籽粒最大体积;随着氮肥后移,提前达到体积增加速率达最大,籽粒最大体积Vm和籽粒体积增加速率VRm均显着增加,而对达到最大体积的时间无显着影响。各处理的籽粒最大体积和最终粒质量呈显着正相关,相关系数为R体积=0.9909,说明建立强大的库容是提高产量的基础。

2.1.3氮肥运筹对孕穗期渍害冬小麦灌浆期籽粒干质量的影响从各处理的籽粒灌浆过程(图2)可以看出,籽粒千粒干质量呈现“慢-快-慢”的变化趋势,适合用Logistic生长曲线拟合。其方程参数见表2,所有方程的决定系数R2均达到极显着水平(P<0.01),说明Logistic方程真实地反映了小麦籽粒的灌浆过程。进一步方差分析得,各处理小麦灌浆各参数差异均达显着(P<0.05)。由表2可得出,孕穗期湿害降低籽粒干质量。正常生长小麦千粒籽粒干质量为(39.86±4.58)g,而孕穗期湿害小麦为(30.31±2.85)g,降低了23.95%。氮肥后移提高籽粒干质量,正常情况下W0N2、W0N3、W0N4比W0N1分别提高了17.8%,23.7%,32.1%,而孕穗期渍害情况下W1N2、W1N3、W1N4比W1N1分别提高了9.4%,15.8%,25.2%。

2.2氮肥运筹对孕穗期渍害冬小麦灌浆历期参数的影响

根据冬小麦籽粒千粒质量呈现“慢-快-慢”的变化趋势,把小麦灌浆期分为渐增期、快增期、缓增期。由表2得,正常生长与孕穗期渍害各处理籽粒生长灌浆持续期(T)、渐增持续期(T1)、快增持续期(T2)、缓增持续期(T3)以及最大灌浆速率时间(Tm)分别为(43.77±0.72)d与(40.46±0.39)d、(12.20±0.55)d与(11.07±0.07)d、(14.07±0.09)d与(13.09±0.17)d、(17.50±0.11)d与(16.29±0.21)d、(19.23±0.59)d与(17.62±0.11)d。渍水胁迫显着缩短了灌浆各时期(P<0.05),氮肥后移则对其无显着影响(P>0.05)。孕穗期渍害加速了早衰,缩短了小麦灌浆历期,最后使粒质量下降。

2.3氮肥运筹对孕穗期渍害冬小麦灌浆速率参数的影响

由表2可知,正常生长与孕穗期渍害各处理籽粒千粒平均灌浆速率(R)、最大灌浆速率(Rm)、渐增期灌浆速率(R1)、快增期灌浆速率(R2)、缓增期灌浆速率(R3)分别为(0.95±0.10)g·d-1与(0.77±0.07)g·d-1、(1.95±0.22)g·d-1与(1.57±0.13)g·d-1、(0.72±0.05)g·d-1与(0.60±0.06)g·d-1、(1.71±0.19)g·d-1与(1.38±0.11)g·d-1、(0.48±0.05)g·d-1与(0.39±0.03)g·d-1。正常情况下W0N2、W0N3、W0N4平均灌浆速率比W0N1分别提高了15.9%,20.7%,28.0%,而孕穗期渍害情况下W1N2、W1N3、W1N4比W1N1分别提高了8.7%,14.5%,23.2%。渍水胁迫极显着降低了灌浆各速率参数(P<0.01);氮肥后移则显着提高了灌浆各速率参数(P<0.05)。氮肥后移,改善小麦群体的生理生态,可以部分缓解渍水胁迫,增加粒质量。

2.4氮肥运筹对孕穗期渍害冬小麦最终千粒干质量与灌浆参数的相关分析

将冬小麦产量与各灌浆参数进行灰色关联度分析,把产量作为母序列,选择均值化,设分辨系数ρ=0.5,△min=0,得出各灌浆参数与产量关联度大小依次为R>R2>R3>Rm>R1>T1>T2>T3

>Tm>T(表3)。表明小麦最终千粒干质量与各灌浆速率参数的关联度大于各灌浆历期参数,决定千粒质量的是籽粒灌浆速率,而各历期参数影响较小,不是造成粒质量不稳定的主要原因。各籽粒灌浆速率参数中,以快增期灌浆速率效应最大,它极大影响平均灌浆速率;缓增期灌浆速率次之,说明缓解早衰对增加粒质量很重要;最大灌浆速率决定灌浆强度,也影响最终籽粒质量,而渐增期灌浆速率对粒质量影响不显着。

3结论与讨论

(1)孕穗期渍害显着减小了小麦籽粒体积和籽粒质量,降低灌浆速率,缩短灌浆各期时间;氮肥后移显着增加了小麦籽粒体积和籽粒粒质量,提高了灌浆速率,而对灌浆历期参数无显着影响;这与Nass[6]、蔡庆生等[7]的研究一致,而与韩占江等[8]的研究不一致。试验中各灌浆参数按与冬小麦籽粒千粒质量的关联度高低分别为平均灌浆速率、快增期灌浆速率、缓增期灌浆速率、最大灌浆速率、渐增期灌浆速率,与各灌浆历期参数关联性不显着。可见,应把提高灌浆速率和提高籽粒体积作为小麦育种和制定栽培管理措施的主攻目标。籽粒灌浆历期主要受环境因子(特别是温度)的调控,与粒质量关系不显着。

(2)小麦前期施氮肥过多,易导致群体过大,抗逆性差,后期氮肥缺乏,加速植株茎、叶、鞘中的含氮有机化合物及早降解,向籽粒转移,从而产生早衰,这种早衰在孕穗期渍害情况下尤为严重。快增期灌浆速率、缓增期灌浆速率与千粒质量关联度大,说明试验中各处理大都严重早衰,后期灌浆不足,导致产量下降,所以小麦中后期土壤养分的充分供应对增加粒质量具有十分重要的意义。孕穗期追施适量氮肥提高了小麦开花后的旗叶叶绿素含量和单叶光合速率,提高灌浆速率,从而增加了粒质量和产量。

(3)小麦产量形成是源库相互作用的结果,源足、库大、流畅条件下才能获得高产[9]。小麦孕穗期渍害不仅造成“库”的减少,也同时影响“源”的增长和“流”的通畅。孕穗期对渍水胁迫特别敏感,造成根际缺氧,根系呼吸受抑,吸收能力下降,严重削弱了光合作用和营养运输能力,其后的灌浆过程受到了“源”的限制,过多过早地动用根系和茎鞘贮藏物质导致小麦根系和叶片早衰。渍水还使植株体内乙稀含量增加,细胞分裂素和赤霉素合成减少,激素平衡失调与紊乱,正常的生理生化代谢系统受到破坏,导致“流”不畅[10]。

试验表明,孕穗期渍害严重影响冬小麦产量,而氮肥后移能显着缓解渍害造成的影响,不仅获得高的籽粒千粒质量,同时能得到适宜的产量结构。综合评价认为,生产中在淮行蓄洪区小麦最佳氮肥运筹方式为基肥∶拔节肥∶孕穗肥比例为3∶5∶2为佳。

参考文献:

[1]郭天财,岳艳军,马冬云,等.追氮时期对冬小麦籽粒灌浆及