任全茂，李援農(nóng)，谷曉博，徐袁博，王凱瑜

(西北農(nóng)林科技大學(xué)旱區(qū)農(nóng)業(yè)水土工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 楊凌 712100)

冬小麥?zhǔn)俏覈?guó)主要糧食作物之一, 同時(shí)也是灌溉用水最主要的消耗作物，在我國(guó)西北干旱區(qū)研究冬小麥節(jié)水栽培具有重要意義。粒重是小麥籽粒產(chǎn)量的重要構(gòu)成因素之一，而灌漿特性是決定粒重的重要因素，灌漿期為最終決定粒重的關(guān)鍵期[1]。小麥灌漿特性受到自身生物學(xué)規(guī)律與外界環(huán)境條件的共同影響，籽粒灌漿作為小麥產(chǎn)量形成的最終過(guò)程，可以將小麥的品種特性及環(huán)境條件所產(chǎn)生效應(yīng)集中體現(xiàn)出來(lái)[2]。栽培措施對(duì)小麥灌漿特性有較大影響，如在水分、肥料、播期、密度、灌溉方式、生物調(diào)節(jié)劑[1-7]等方面已經(jīng)進(jìn)行了大量研究。研究節(jié)水栽培措施下的灌漿過(guò)程可為提高小麥產(chǎn)量和優(yōu)化節(jié)水栽培措施提供依據(jù)。

覆膜集雨可改善田間環(huán)境從而影響冬小麥生長(zhǎng)提高產(chǎn)量。崔紅紅[8]研究表明起壟覆膜溝內(nèi)種植方式下，冬小麥株高、葉綠素、葉面積、干物質(zhì)累積量較傳統(tǒng)平作優(yōu)越，覆膜有利于土壤水分的積累，很大程度上保持土壤水分，減少地面水分蒸發(fā)，具有節(jié)水保墑效果。王同花[9]研究表明起壟覆膜溝播較平播極顯著增產(chǎn)，其成穗率較平播高3.8%，水分利用效率高5.06%。作物行株距配置導(dǎo)致冠層結(jié)構(gòu)產(chǎn)生差異。李娜娜[10]認(rèn)為寬行窄株距可改善生育后期光合特性，延緩衰老。多數(shù)研究表明縮距勻播是提高產(chǎn)量的重要措施之一，薛盈文[11]認(rèn)為窄行距(12 cm)播種有利于提高華北平原干旱缺水地區(qū)晚播冬小麥的群體產(chǎn)量。劉麗平[12]等研究認(rèn)為，15 cm等窄行種植產(chǎn)量最高，20 cm等寬行次之。合理的行株距配置有助于提高群體光合性能并發(fā)揮品種增產(chǎn)潛力，獲得高產(chǎn)。但關(guān)于覆膜集雨和行距配置對(duì)冬小麥籽粒灌漿過(guò)程的影響研究較少。另外農(nóng)用地膜的大量使用，使土壤中的殘膜量也日益增多，殘膜的隔離破壞了土壤結(jié)構(gòu)，抑制了作物根系對(duì)水分和養(yǎng)分的正常吸收，導(dǎo)致產(chǎn)量下降，限制農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[13,14]，故本次研究中引入生物氧化雙降解膜。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2015年10月-2016年6月在陜西楊凌西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)業(yè)水土工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室灌溉試驗(yàn)站進(jìn)行。該試驗(yàn)站位于108°24'E，34°20' N，海拔521 m。多年平均氣溫12.5 ℃，年均日照時(shí)數(shù)2 163.8 h，無(wú)霜期210 d，降水量632 mm，主要分布在7-9月份，蒸發(fā)量1 500 mm，屬大陸性暖溫帶季風(fēng)氣候。土壤質(zhì)地為中壤土，1 m土層平均田間持水率23%～25%，凋萎含水率8.5%(均為質(zhì)量含水率)，平均干容重1.44 g /cm3，土壤肥力均一。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試冬小麥品種為小偃22，所覆膜寬100 cm，厚 0.008 mm，其中降解膜為山東天壯環(huán)保科技有限公司研制生產(chǎn)的氧化-生物雙降解膜，誘導(dǎo)期180 d。栽培模式為起壟溝播，覆膜集雨設(shè)置3種情況：裸地LD，覆降解膜JM，覆普通膜PM。所有小區(qū)寬3.5 m、長(zhǎng)4 m，其中壟寬30 cm、壟高20 cm、溝寬60 cm，播種量為150 kg/hm2，種植行距分別為20 cm(即溝內(nèi)4行L4)和30 cm(即溝內(nèi)3行L3)。兩因素不同情況兩兩組合，共6個(gè)處理，各處理重復(fù)3次，共18個(gè)小區(qū)，試驗(yàn)田周圍布置保護(hù)行，冬小麥生育期間進(jìn)行常規(guī)的除草殺蟲(chóng)等田間管理。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及數(shù)據(jù)分析

灌漿過(guò)程的測(cè)定，各處理于小麥開(kāi)花期選擇長(zhǎng)勢(shì)一致，穗子大小基本相同，無(wú)病蟲(chóng)危害的單莖300個(gè)進(jìn)行拴線標(biāo)記，自開(kāi)花后第6天起，每隔3 d隨機(jī)取標(biāo)記麥穗10個(gè)，直至成熟為止。取出的籽粒在105 ℃下殺青20 min后在80 ℃下烘至恒重，隨機(jī)數(shù)出100粒用萬(wàn)分之一天平測(cè)定粒重，重復(fù)3次，取3次重復(fù)的平均值換算成千粒重用于方程的擬合。灌漿過(guò)程的模擬，以開(kāi)花后天數(shù)(t)為自變量，千粒重(Y)為因變量，用logistic方程Y=K/(1+eA+Bt)對(duì)籽粒生長(zhǎng)過(guò)程進(jìn)行模擬，其中K為潛在最大千粒重，A、B為與灌漿初始值和增重快慢相關(guān)的參數(shù)。對(duì)logistic方程求一階導(dǎo)數(shù)，得灌漿速率方程V(t)=KBeA+Bt/(1+eA+Bt)2。由此推導(dǎo)出次級(jí)灌漿參數(shù)：平均灌漿速率R(g/d)、灌漿持續(xù)時(shí)間T(d)、最大灌漿速率Rmax(g/d)和達(dá)最大灌漿速率的時(shí)間TRmax(d)。同時(shí)估算灌漿過(guò)程的3個(gè)階段：漸增期、快增期和緩增期的灌漿持續(xù)時(shí)間T1，T2，T3與各階段的平均灌漿速率R1，R2，R3。本次試驗(yàn)中實(shí)際測(cè)得的最大千粒重只達(dá)到了潛在最大千粒重的90%～95%，故以達(dá)到潛在最大千粒重的95%計(jì)算灌漿持續(xù)時(shí)間。

本試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理采用Microsoft Excel，回歸分析、顯著性分析和相關(guān)性分析均采用SPSS19.0，其中方差分析使用最小顯著差異法(LSD)進(jìn)行，相關(guān)性分析采用Pearson相關(guān)系數(shù)。作圖采用OriginPro8.5。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)籽粒增重的影響

不同處理下冬小麥灌漿進(jìn)程存在著差異。比較覆膜對(duì)灌漿產(chǎn)生的影響，L3和L4的最大千粒重均為L(zhǎng)D>JM(花后第17天進(jìn)入崩裂期，地膜已經(jīng)裂解成大碎塊，沒(méi)有完整膜面)>PM。灌漿前期籽粒增重?zé)o明顯差別，但灌漿中后期差異明顯，L3在花后22天，LD粒重開(kāi)始大于JM和PM直至達(dá)到最大粒重，花后28天JM粒重反超PM，最終略小于LD。L4在花后23天，PM和LD粒重開(kāi)始明顯大于JM，花后29天JM粒重反超PM，但未能達(dá)到LD水平。這可能和溫度變化有關(guān)，隨著氣溫的升高覆普通膜的地溫相對(duì)較高，不利于灌漿的進(jìn)行，降解膜此時(shí)的崩裂恰恰緩解了這種情況。銀敏華[15]等的研究表明降解膜的增溫效應(yīng)主要體現(xiàn)在冬小麥生長(zhǎng)前期和中期，而普通膜的增溫效應(yīng)則貫穿于冬小麥整個(gè)生育期，在中國(guó)北方地區(qū)，覆蓋種植的保溫作用對(duì)于冬小麥及春播作物具有重要意義，但作物生長(zhǎng)后期隨著大氣溫度逐漸回升，此時(shí)的增溫效應(yīng)對(duì)作物生長(zhǎng)和產(chǎn)量形成無(wú)實(shí)際意義，反而會(huì)加速植株衰老。另外可能和小麥根系的生長(zhǎng)情況有關(guān)。谷曉博[16]等對(duì)冬油菜的研究表明普通膜處理主根下扎深度顯著小于降解膜和不覆膜處理，地膜覆蓋不利于主根下扎，生物膜由于生育后期降解，使其土壤溫度、濕度和通氣性得到改善，能促進(jìn)生育后期主根下扎，對(duì)吸收深層土壤的養(yǎng)分有利。開(kāi)花期為冬小麥根系最發(fā)達(dá)時(shí)期，其后開(kāi)始逐漸衰老死亡。淺層根系衰亡腐解的速度較快，而深層根系所處生態(tài)環(huán)境較穩(wěn)定，衰亡速度較緩慢，因而成為谷物作物籽粒灌漿的功能根系[17-18]。普通膜處理根系較淺加之淺層根系較快的衰亡速度致使其灌漿期水分和養(yǎng)分利用率下降。裸地雖然千粒重最高，但其分蘗成穗情況不及覆膜，提高小麥產(chǎn)量還需綜合考慮有效分蘗及穗粒數(shù)等因素。比較行距配置對(duì)灌漿產(chǎn)生的影響，灌漿前中期L3粒重略大于L4，但灌漿后期被L4反超，最終千粒重為L(zhǎng)4大于L3。這可能與冠層環(huán)境以及行內(nèi)密度有關(guān)，L3行內(nèi)密度較大，未能高效利用土壤水分和養(yǎng)分。

圖1 不同處理下灌漿動(dòng)態(tài)曲線

由圖1可知，冬小麥的籽粒灌漿進(jìn)程呈慢—快—慢的變化規(guī)律，運(yùn)用logistic方程對(duì)所測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，擬合方程的決定系數(shù)R2在0.99以上，均達(dá)到極顯著水平，說(shuō)明logistic方程能很好地反映籽粒灌漿過(guò)程，擬合結(jié)果見(jiàn)表1。由擬合方程可知JM的潛在最大千粒重最大，PM的最小。L4的潛在最大千粒重大于L3。與灌漿初始值相關(guān)的參數(shù)均表現(xiàn)為L(zhǎng)4大于L3，LD大于PM和JM。與增重快慢相關(guān)的參數(shù)表現(xiàn)為JM最小。

表1 不同處理下粒重?cái)M合的logistic方程

2.2 不同處理對(duì)灌漿速率和灌漿持續(xù)時(shí)間的影響

多數(shù)研究表明小麥粒重的大小取決于灌漿持續(xù)時(shí)間與灌漿速率[19]。對(duì)擬合的logistic方程求導(dǎo)可得到灌漿速率隨時(shí)間變化的方程。由圖2可知，不同處理灌漿速率隨時(shí)間的變化趨勢(shì)一致，均于花后20 d前后達(dá)最大值，之后下降。不同覆膜處理下，灌漿前期灌漿速率無(wú)明顯差異，灌漿中期L3表現(xiàn)為PM大于LD大于JM，L4表現(xiàn)為PM與LD無(wú)差異且大于JM，灌漿后期L3與L4均表現(xiàn)為PM和LD迅速下降，均小于JM。這可能與覆普通膜地溫較高和裸地水分脅迫引起的早衰有關(guān)。同種覆膜處理下，灌漿前期的灌漿速率為L(zhǎng)3大，但其最大灌漿速率小于L4，且在達(dá)到最大灌漿速率后其值一直小于L4。說(shuō)明了寬行距種植有利于灌漿前期灌漿速率的提高，但后期較差。對(duì)求導(dǎo)方程進(jìn)一步計(jì)算可得出一系列灌漿參數(shù)，見(jiàn)表2。

圖2 不同處理下灌漿速率曲線

行距配置覆膜集雨T/dR/(g·d-1)TRmax/dRmax/(g·d-1)T1/dR1/(g·d-1)T2/dR2/(g·d-1)T3/dR3/(g·d-1)LD40.121.26020.231.97011.330.99317.801.72711.000.781L3JM42.551.19720.741.80910.991.03119.511.58612.060.717PM39.681.20119.651.84310.690.99217.921.61611.070.731LD40.951.25420.921.98711.960.95517.921.74211.070.788L4JM43.111.19721.461.84711.770.97519.371.61911.970.732PM39.501.22019.871.90211.330.97417.801.66210.370.732

表2結(jié)合表3可知，不同覆膜處理平均灌漿速率具有顯著差異，LD顯著大于PM和JM，灌漿持續(xù)時(shí)間也具有顯著差異，表現(xiàn)為JM灌漿持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)，其次為L(zhǎng)D和PM。同種覆膜處理下L3和L4灌漿持續(xù)時(shí)間差異不顯著，相差0.18～0.83 d。不同覆膜處理下最大灌漿速率與達(dá)到最大灌漿速率的時(shí)間均有顯著差異，JM最大灌漿速率最低且最晚達(dá)到最大灌漿速率，LD最大灌漿速率最大，PM最早達(dá)到最大灌漿速率。同種覆膜處理下，L3最大灌漿速率小于L4，達(dá)到最大灌漿速率的時(shí)間早于L4。

根據(jù)小麥千粒重增長(zhǎng)曲線, 可將籽粒灌漿過(guò)程大致劃分成 3個(gè)階段，即為漸增期、快增期和緩増期。對(duì)擬合的logistic方程求二階導(dǎo)，并令其等于0可以算出3個(gè)階段的分界點(diǎn)[18]。不同灌漿階段對(duì)小麥籽粒積累干物質(zhì)的貢獻(xiàn)不同，表現(xiàn)為快增期最大，達(dá)60.77%，其次是漸增期，為22.24%，最小是緩增期，為16.99%。不同處理下各灌漿階段持續(xù)期不同，快增期持續(xù)期最長(zhǎng)，可占整個(gè)灌漿持續(xù)期的43.75%～45.85%，而漸增期和緩增期持續(xù)時(shí)間差別不明顯，分別占整個(gè)灌漿持續(xù)期的25.82%～29.20%和26.25%～28.33%。不同階段的灌漿速率為快增期大于漸增期大于緩增期。這和部分文獻(xiàn)[1-5]認(rèn)為緩增期持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)，對(duì)干物質(zhì)積累貢獻(xiàn)率大于漸增期的結(jié)論不同，可能是因?yàn)樵囼?yàn)地區(qū)、小麥品種以及灌漿結(jié)束期標(biāo)準(zhǔn)選取不同。比較兩個(gè)因素對(duì)灌漿階段參數(shù)的影響，不同覆膜處理下，漸增期持續(xù)時(shí)間差異顯著，為L(zhǎng)D最大，JM次之，PM最小，平均灌漿速率為JM最大。快增期和緩增期均表現(xiàn)為JM持續(xù)時(shí)間最大，平均灌漿速率最小。不同行距配置下，漸增期持續(xù)時(shí)間差異顯著，L4比L3長(zhǎng)0.68 d，快增期和緩增期持續(xù)時(shí)間無(wú)明顯差別。各階段平均灌漿速率表現(xiàn)為漸增期L3大于L4，快增期和緩增期L4大于L3。

2.3 灌漿參數(shù)的穩(wěn)定性及不同處理對(duì)灌漿參數(shù)的影響

由上述分析可知不同處理下灌漿參數(shù)之間存在著差異，為了確定各灌漿參數(shù)是否易受環(huán)境的影響而波動(dòng)以及不同處理對(duì)其影響的程度，對(duì)各參數(shù)進(jìn)行穩(wěn)定性分析。為了進(jìn)一步探討不同處理下灌漿參數(shù)與粒重的關(guān)系，對(duì)其灌漿參數(shù)與粒重進(jìn)行相關(guān)性分析，見(jiàn)表3。

由表3可知緩增期持續(xù)天數(shù)變異系數(shù)最大，其次為快增期天數(shù)和漸增期天數(shù)。平均灌漿速率變異系數(shù)最小，漸增期灌漿速率其次。總體而言，時(shí)間參數(shù)的變異系數(shù)比速率參數(shù)的大，變異系數(shù)大一方面說(shuō)明穩(wěn)定性差，受栽培措施影響波動(dòng)范圍大；另一方面說(shuō)明可調(diào)節(jié)可控制性高, 是主攻方向。同時(shí)這也說(shuō)明了小麥籽粒灌漿速率主要受遺傳控制，而籽粒灌漿持續(xù)期主要受環(huán)境因子的調(diào)控[19]。

表3 兩因素對(duì)灌漿參數(shù)影響的顯著水平，灌漿參數(shù)的變異系數(shù)及與粒重相關(guān)系數(shù)

注：LSD-p值小于0.05表示影響顯著，小于0.01表示影響極顯著，“**”表示極顯著相關(guān)。

小麥籽粒灌漿特征是千粒重形成的決定性因素[20]，也是影響籽粒產(chǎn)量的重要生理性狀[21]。對(duì)于粒重與灌漿速率和灌漿時(shí)間的相關(guān)性，目前尚無(wú)定論。一般認(rèn)為，粒重與籽粒灌漿速率呈正相關(guān)，與灌漿持續(xù)時(shí)間的相關(guān)性尚不確定。程西永[22]等認(rèn)為，漸增期持續(xù)時(shí)間對(duì)粒重影響最大，其次是緩增期的灌漿速率。籽粒千粒重與灌漿漸增期持續(xù)天數(shù)呈顯著正相關(guān)[4]。伍維模[23]研究認(rèn)為，達(dá)到最大灌漿速率的天數(shù)、活躍灌漿期和氮活躍吸收期與千粒重呈極顯著正相關(guān)。劉豐明[24]等指出，漸增期灌漿速率R1、快增期灌漿速率R2和持續(xù)時(shí)間T2對(duì)粒重作用顯著。本研究中，覆膜集雨與不同行距的栽培措施下除漸增期灌漿速率外均與粒重成正相關(guān)，其中灌漿持續(xù)時(shí)間與粒重的相關(guān)性大于平均灌漿速率，達(dá)到最大灌漿速率的時(shí)間與粒重呈極顯著正相關(guān)。不同灌漿時(shí)段灌漿參數(shù)對(duì)粒重作用的大小順序依次為：漸增期持續(xù)天數(shù)>緩增期持續(xù)天數(shù)>快增期持續(xù)天數(shù)>緩增期灌漿速率>快增期灌漿速率>漸增期灌漿速率。總體而言時(shí)間參數(shù)與粒重的相關(guān)性較大，又因?yàn)闀r(shí)間參數(shù)具有較大的變異系數(shù)，通過(guò)栽培措施延長(zhǎng)灌漿持續(xù)時(shí)間和調(diào)整各階段灌漿持續(xù)時(shí)間對(duì)增加粒重非常重要。

比較栽培模式對(duì)各參數(shù)的影響，覆膜集雨的影響大于行距配置。覆膜集雨對(duì)除漸增期灌漿速率和緩增期持續(xù)時(shí)間外的參數(shù)均有顯著影響，對(duì)快增期持續(xù)時(shí)間達(dá)極顯著影響。行距配置除對(duì)漸增期持續(xù)時(shí)間有極顯著影響外對(duì)其他參數(shù)影響均不顯著。兩因素交互作用下對(duì)除漸增期灌漿速率和緩增期持續(xù)時(shí)間外的參數(shù)均有顯著影響。說(shuō)明覆膜集雨栽培能有效影響灌漿進(jìn)程，而行距配置對(duì)灌漿進(jìn)程的影響較小，從而可根據(jù)灌漿進(jìn)程中各階段灌漿參數(shù)和粒重的相關(guān)關(guān)系有針對(duì)性的調(diào)節(jié)灌漿特性。本研究中達(dá)到最大灌漿速率的時(shí)間與粒重呈極顯著正相關(guān)，而覆蓋降解膜可顯著延長(zhǎng)達(dá)到最大灌漿速率的時(shí)間，從而對(duì)提高粒重作出貢獻(xiàn)。灌漿持續(xù)時(shí)間和各階段持續(xù)時(shí)間與粒重的相關(guān)性較大，覆蓋降解膜可顯著延長(zhǎng)灌漿持續(xù)時(shí)間和快增期持續(xù)時(shí)間，20 cm行距種植可顯著延長(zhǎng)漸增期持續(xù)時(shí)間，因此覆蓋降解膜行距20 cm種植是對(duì)提高粒重有益的栽培措施。

3 結(jié) 語(yǔ)

本次試驗(yàn)中，logistic方程很好地反映了籽粒灌漿過(guò)程，表明了覆降解膜行距20 cm種植有最大的潛在千粒重。對(duì)灌漿速率的分析可知，覆降解膜的灌漿速率前期與裸地和覆普通膜無(wú)明顯差別，中期小于后兩者，而后期大于后兩者，整個(gè)灌漿期其變化幅度小于后兩者且具有較小的平均灌漿速率。行距配置對(duì)灌漿速率影響較小，但整體顯示為前期30 cm行距速率高，后期20 cm行距速率高。對(duì)灌漿持續(xù)時(shí)間的分析可知，覆降解膜可明顯延長(zhǎng)灌漿持續(xù)時(shí)間，這彌補(bǔ)了其灌漿速率小可能導(dǎo)致千粒重降低的缺陷。

籽粒灌漿過(guò)程的 3個(gè)階段中以快增期對(duì)籽粒積累干物質(zhì)的貢獻(xiàn)最大，其次為漸增期，所以生產(chǎn)中應(yīng)多采取措施對(duì)這兩個(gè)時(shí)期進(jìn)行調(diào)控，以期延長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間提高灌漿速率從而獲得較高的粒重。本次試驗(yàn)表現(xiàn)為時(shí)間參數(shù)較速率參數(shù)的變異系數(shù)大，即易受環(huán)境影響，是通過(guò)栽培措施調(diào)節(jié)灌漿特性的切入口。覆膜集雨較行距配置對(duì)灌漿各參數(shù)的影響大，是較好的調(diào)節(jié)灌漿特性的栽培措施。兩因素影響下達(dá)到最大灌漿速率的時(shí)間與粒重呈極顯著正相關(guān)，這與不少研究結(jié)論一致，應(yīng)重視最大灌漿速率到來(lái)時(shí)間的調(diào)控。

本次試驗(yàn)中實(shí)際千粒重裸地略大于覆降解膜，覆普通膜明顯較低，這說(shuō)明了普通膜對(duì)冬小麥后期生長(zhǎng)起到了負(fù)面的影響，而降解膜在生長(zhǎng)后期的崩裂降解緩解了這一影響，使千粒重沒(méi)有明顯降低。但并不能因此否定了覆膜對(duì)于提高冬小麥產(chǎn)量的貢獻(xiàn)，覆膜在生育前期的積極影響對(duì)于提高有效分蘗數(shù)和穗粒數(shù)有著重要意義，本文不再進(jìn)行討論。本次試驗(yàn)僅選用一種冬小麥品種采集了一季灌漿期的數(shù)據(jù)，未能系統(tǒng)地進(jìn)行橫向和縱向的分析，關(guān)于冬小麥灌漿特性的部分結(jié)論難免存在一定的局限性。綜合本次試驗(yàn)各方面分析得出覆蓋降解膜行距20 cm種植是對(duì)提高粒重有益的栽培措施。

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