在不同生育期不同持续时间遮阴对冬小麦产量及其构成的影响

来源 :江苏农业科学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:maotou528
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  摘要:选取扬麦13作为供试小麦品种,在拔节期、孕穗期和灌浆期设置4种不同遮阴持续时间(0、5、10、 15 d)的盆栽试验,模拟不同遮阴处理对小麦产量及其构成的影响。2年的盆栽试验结果表明,在不同生育期遮阴均导致小麦产量下降,且随遮阴时间延长,不同生育期小麦产量均显著下降。下降幅度呈现为拔节期>孕穗期>灌浆期,遮阴每增加1 d,产量分别下降1.53、1.30、1.16 g/株,表明拔节期是小麦阴害胁迫的敏感期。遮阴在不同生育期对小麦产量构成的影响存在显著差异。拔节期和孕穗期遮阴主要通过降低小麦穗粒数造成产量下降;灌浆期遮阴对小麦穗数和穗粒数的影响较小,主要通过降低千粒质量造成小麦产量下降。说明遮阴造成小麦减产与小麦所处生育阶段密切相关,在评估阴害对小麦产量的影响时,应考虑小麦所处生育期对产量及其构成影响的差异。
  关键词:冬小麦;遮阴;产量构成;不同生育期
  中图分类号: S512.1 10.4文献标志码: A文章编号:1002-1302(2017)08-0062-04
  小麦是中国重要的粮食作物,种植面积约0.24亿hm2,其中长江流域占中国小麦种植面积的16.4%,产量的25%[1]。由于该地区受季风气候影响,每年3—5月是长江中下游地区阴雨多发季节[2],恰逢冬小麦生长关键期[3],连续阴雨造成光照度下降,太阳辐射不足。此外,太阳辐射在过去50年持续下降,基于194个气象观测站的数据显示,在1951—2000年之间,中国太阳辐射每10年下降幅度为2.5%~2.7%[4]。长期气象资料也表明,1991—2010年长江中下游地区平均每10年下降124.8 MJ/m2,年日照时数也表现为持续下降,平均每10年减少72.8 h[5]。近年来,长江下游大气污染较为严重,气溶胶的增加也进一步加重了该地区阴害的风险[6]。因此,光照度下降已成为该地区小麦生产的限制因子之一,研究阴害对小麦生产的影响也越显重要。
  已有研究表明,阴害能减少辐射量、降低叶面积指数[4]、破坏叶片光合作用[7],从而减少作物干物质积累和籽粒产量[8-9]。郭翠花等研究认为,小麦开花后遮阴处理使不育小穗增加,穗粒质量和千粒质量降低,导致明显减产,遮阴20%、50%、80%处理分别比对照产量降低27.6%、49.0%、60.2%[10]。乔旭等在小麦拔节期设置的遮阴试验表明,遮阴降低了小麦的生物量、穗粒数和穗粒质量等产量构成因素,导致产量降低[11]。但也有研究表明,作物在阴害发生时往往存在补偿机制,如增加倒3叶的光合速率[4],增加营养器官中干物质向籽粒分配[6]。Li等在拔节期至成熟期设置不同程度的遮阴处理,结果表明,低强度遮阴(7%~15%)增加了耐阴品种扬麦158的产量,但遮阴23%仍造成扬麦158产量下降5.9%。因此,阴害对产量的影响与阴害程度以及作物品种有关[6]。
  虽然已有不少研究评估遮阴对小麦产量及其构成的影响,但前人研究往往仅考虑单一生育期,忽略光照度下降在不同生育期对小麦产量影响可能存在差异。且多数研究仅设置单一遮阴时间,增加遮阴时间对小麦产量及其构成的定量影响也有待进一步分析。本研究采取盆栽试验,选取扬麦13为供试品种,在拔节期、孕穗期和灌浆期设置不同持续遮阴时间处理,分析不同生育期和不同持续时间的遮阴对小麦产量及其构成的影响,为完善小麦生长模型作数据准备。
  1材料与方法
  1.1材料
  本试验于2013年11月至2014年5月,2014年11月至2015年5月在江苏省农业科学院试验场进行供试品种为扬麦13,播种期均为11月5日。
  1.2方法
  试验用钵为直径25 cm、高20 cm的塑料桶,在桶底部钻取7个小孔(直径约1 cm)用于排除过量水分。盆栽用土取自江苏省农业科学院试验场表土(马肝土,质地为黏土,耕层土壤有机碳含量13.70 g/kg,速效氮含量54.95 mg/kg,速效磷含量24.25 mg/kg,速效钾含量105.03 mg/kg,pH值 7.84),1钵装风干土12 kg,用水沉实后播种。播种密度为4穴/盆,3株苗/穴,于3叶期间苗,1穴保留1株苗。采用常规施肥管理方法,小麦生长期施肥(纯氮)量为225 kg/hm2,基肥和追肥分配比例为6 ∶4,60%的基肥于播种时施下(以复合肥形式),40%的追肥于拔节期施下(以尿素形式)。遮阴试验分别在小麦拔节期、孕穗期和灌浆期实施。2013—2014年遮阴开始时间分别为2014年3月5日(拔节期)、3月30日(孕穗期)和4月18日(灌浆期);2014—2015年试验开始时间分别为2015年3月12日(拔节期)、3月31日(孕穗期)和4月24日(灌浆期)。在盆栽上方1.8 m高处覆盖黑色尼龙网(遮阴80%)模拟光照度下降,遮阴处理设置4个持续时间,分别为0(对照)、5、10、15 d。每个处理保留2盆盆栽至小麦完熟(收获期均为次年5月20日),测定小麦产量构成,包括单株产量、单株穗数(含有穗粒的穗数)、每穗粒数,并换算千粒质量。气象数据来自田间小型气象观测站。
  1.3数据分析
  采用SPSS 19.0软件进行数据分析。
  2結果与分析
  2.1小麦生长季气象数据
  气象数据(图1)表明,2年小麦生长季的平均温度相近,2013—2014小麦生长季日均温为11.1 ℃,略高于2014—2015年(10.9 ℃)。2年小麦生长季的降水量存在明显差异,2013—2014小麦生长季累积降水量为361.9 mm,而2014—2015达到460.3 mm。日照时数与日均温类似,2013—2014小麦生长季日照时数5.35 h/d,略高于2014—2015年(5.11 h/d)。
  2.2不同生育期遮阴下小麦产量
  不同生育期遮阴均导致小麦产量下降,且遮阴时间增加加剧产量下降(图2)。拔节期和孕穗期小麦产量下降达到显著水平,灌浆期小麦产量下降也接近显著(P=0.055)。以回归方程的斜率作为遮阴时间造成的小麦减产速度可发现,不同生育期小麦减产速度呈现为拔节期>孕穗期>灌浆期(图2),遮阴每增加1 d,单株产量分别下降1.53、1.30、1.16 g。表明不同生育期发生阴害胁迫,对小麦产量的影响存在差异。   2.3不同生育期遮阴下小麦穗数
  图3可见,光照度下降造成小麦穗数下降,且随遮阴时间增加,小麦穗数下降幅度增加。回归分析的结果表明,随着遮阴时间的增加,小麦穗数下降均未达到显著水平(P>0.05)。这主要是因为小麦穗数在分蘖期分化完成,本试验遮阴处理时,小麦分蘖数已确定,因此遮阴对小麦穗数的影响未达到显著水平。2014—2015年的小麦穗数普遍低于2013—2014年,这可能是因为2014—2015年小麦生长期阴雨时间多于2013—2014年,影响了当年小麦的分蘖生长。
  2.4不同生育期遮阴下小麦穗粒数
  遮阴造成小麦每穗粒数减少,且随遮阴时间增加,减少幅度有增加的趋势(图4)。回归分析的结果表明,随着遮阴时间的增加,拔节期和孕穗期小麦每穗粒数减少达显著水平,拔节期和孕穗期遮阴每增加1 d,拔节期小麦每穗粒数分别减少061、0.68粒。每穗粒数取决于孕穗前期的穗分化过程,因此小麦生育初期(拔节期和孕穗期)遮阴对小麦穗粒数影响较大(图4-a、图4-b)。至灌浆期,由于穗粒数已确定,阴害时间对穗粒数的影响较小(回归方程斜率接近于0(图4-c)。
  2.5不同生育期遮阴下小麦千粒质量
  小麦千粒质量是评价小麦产量和性状的重要指标。由图5可见,拔节期和孕穗期遮阴对小麦千粒质量影响较小,但灌浆期遮阴造成小麦千粒质量下降,且随着遮阴时间的延长,小麦千粒质量在灌浆期显著下降(P<0.05,图5-c)。以回归方程的斜率作为千粒质量的下降速度发现,灌浆期遮阴每增加1 d,千粒质量下降0.77 g。遮阴在拔节期和孕穗期对千粒质量的影响较小,这是因为小麦发育初期遮阴后,虽然影响穗分化过程,导致小麦穗粒数下降,但由于有较长的恢复时间(50 d以上),并未影响小麦后期的灌浆过程。灌浆期遮阴处理由于恢复期较短,且处在小麦灌浆阶段,直接影响小麦灌浆过程,因此遮阴时间增加导致小麦千粒质量显著下降。
  3讨论与结论
  在拔节期、孕穗期和灌浆期,遮阴均会造成小麦减产,这主要是因为遮阴,减少太阳辐射量,影响叶片的光合作用,阻碍作物干物质积累,最终导致小麦产量下降。当遮阴时间达到 15 d 时,扬麦13在3个生育期的减产可达15%~60%,减产率与前人研究结果[10-11]一致。随遮阴时间增加,小麦产量减产依次为拔节期>孕穗期>灌浆期,表明遮阴在不同生育期对小麦产量的影响存在差异。从产量构成看,3个时期的遮阴处理均不影响小麦穗数,与前人研究结果[12]一致,这主要是因为小麦穗数在分蘖期(遮阴处理前)已基本确定。拔节期和孕穗期遮阴主要通过减少每穗粒数造成小麦产量下降,这主要是因为此阶段遮阴阻碍作物同化作用,影响幼穗分化过程[13]。小麦进入生育后期,小麦的穗数和每穗粒数已经确定,旗叶的光合作用在阴害条件下有所减弱,但小麦其他器官中干物质向籽粒分配的比例会有所提高,以作为对阴害的补偿[6],因此灌浆期遮阴对小麦产量的影响最小。本研究中所有遮阴处理均造成产量下降,与Mu等的研究结果[4,6]相比,未出现遮阴处理后产量上升的情况,Li等的遮阴时间均超过60 d(拔节期至成熟期)[6],远远高于本研究最高的 15 d,但其最大遮阴强度为23%和33%[6],低于本研究的80%,因此遮阴强度比遮阴时间对小麦产量的影响更大,极端天气导致的阴害对小麦生产的为害高于大气污染导致的阴害。
  目前的小麦生长模型在考虑阴害减产时,往往未考虑阴害发生时小麦所处的生育期,难以全面评价阴害胁迫对小麦产量的影响,本研究的结果可对模型的这一问题提供订正依据。拔节期、孕穗期和灌浆期遮阴均造成小麦不同程度的减产,且随遮阴时间的增加,减产幅度有增加的趋势。比较发现3个生育期减产幅度为拔节期>孕穗期>灌浆期,其中拔节期是小麦阴害的最敏感时期。拔节期和孕穗期阴害主要是通过减少小麦每穗粒数造成小麦减产,而灌浆期阴害主要通过降低千粒质量造成小麦减产。
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