張 園，田文仲，吳少輝，高海濤，張燦軍

(洛陽市農(nóng)林科學(xué)院， 河南 洛陽 471000)

北方冬小麥品種(系)節(jié)水抗旱性研究

張 園，田文仲，吳少輝，高海濤，張燦軍

(洛陽市農(nóng)林科學(xué)院， 河南 洛陽 471000)

本研究選取中國北方不同生態(tài)型冬小麥品種(系)進(jìn)行產(chǎn)量、收獲指數(shù)、WUE、抗旱指數(shù)、冠層溫度等指標(biāo)和一些農(nóng)藝性狀的測定與分析，以評價(jià)參試品種的節(jié)水抗旱性。隨著灌水量的增加，參試品種的產(chǎn)量均有不同程度的增加，由于參試品種對水分的敏感度不同，產(chǎn)量增加幅度也不盡相同。充分灌溉、自然降水與干旱脅迫處理洛旱6號產(chǎn)量均最高，分別為6 316.20 kg·hm-2、2 538.75 kg·hm-2、1 119.75 kg·hm-2。充分灌溉處理周麥24對水分最為敏感，產(chǎn)量較自然降水處理增加44.12%；自然降水處理開麥20對水分最敏感，產(chǎn)量較干旱脅迫處理增加201.47%。通過產(chǎn)量、抗旱指數(shù)與灌漿期的冠層溫度的相關(guān)性研究，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)量與灌漿期的冠層溫度呈極顯著的負(fù)相關(guān)，與灌漿中期的冠層溫度相關(guān)系數(shù)最高為-0.908?？购抵笖?shù)與灌漿后期的冠層溫度呈極顯著的負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)-0.453，與灌漿前期和灌漿中期的冠層溫度呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.342、-0.366。

北方冬小麥；抗旱指數(shù)；水分利用效率；冠層溫度

小麥?zhǔn)鞘澜缰饕募Z食作物之一，其全生育期的需水量平均為540 mm，降水滿足率為55.9%～86.4%，需灌1～2水才能保證小麥全生育期的需水量，達(dá)到豐產(chǎn)豐收的目的。干旱缺水已成為制約小麥高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的主要因素。隨著水資源嚴(yán)重短缺，提高小麥品種水利用效率是小麥生產(chǎn)迫切需要解決的問題[1-6]。隨著作物節(jié)水新品種的出現(xiàn)和自然條件的變化，在水資源相對緊張的情況下，探明灌水與否對小麥田間水分的利用特點(diǎn)很有必要。其次生物節(jié)水也是提高作物水分利用效率最具潛力的方面[7]。冠層溫度(CT)作為衡量作物缺水的重要生物節(jié)水指標(biāo)，已被廣泛地用來推斷作物水分狀況，近年來成為作物抗旱基因型選擇的重要依據(jù)[8]，與作物水分利用密切相關(guān)。張嵩午和王長發(fā)[9]根據(jù)冠層溫度特征，將灌漿結(jié)實(shí)期冠層溫度持續(xù)偏低的小麥稱為冷型小麥，反之，稱為暖型小麥。朱云集等[10]研究了6個(gè)小麥品種灌漿期間冠層溫度的差異，灌漿后期冠層溫度與產(chǎn)量之間的相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.837。

本研究選取黃淮北片及北部冬麥區(qū)的新近審定的品種及正在參加區(qū)域試驗(yàn)的品系共12個(gè)進(jìn)行產(chǎn)量、WUE、抗旱指數(shù)、冠層溫度等指標(biāo)的測定與分析，評價(jià)品種的節(jié)水抗旱性，對提高小麥產(chǎn)量、為區(qū)域農(nóng)業(yè)水資源的節(jié)約利用提供幫助，為區(qū)域農(nóng)業(yè)水資源的節(jié)約利用提供技術(shù)支撐與品種保證。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況及試驗(yàn)?zāi)甓葰庀蟾艣r

本試驗(yàn)于2012—2013年在洛陽農(nóng)科院區(qū)域試驗(yàn)站干旱棚內(nèi)及棚外試驗(yàn)地進(jìn)行，洛陽農(nóng)林科學(xué)院主持國家黃淮旱地區(qū)域試驗(yàn)，具有完備的抗旱性鑒定設(shè)施及方法。小麥生育期降雨量為147.3 mm，其中2012年10月到2013年4月無較有效的降雨，總降雨量僅為64.8 mm；而5月份有82.5 mm的大量降雨，不利于小麥灌漿，易造成雨后青干和穗發(fā)芽。

1.2 供試材料

本試驗(yàn)冬小麥品種(系)12個(gè)，其中黃淮北片冬麥區(qū)品種(系)11個(gè)：洛旱7號(黃淮冬麥區(qū)旱肥組試驗(yàn)的對照種，也是本次試驗(yàn)的對照品種CK，國審麥2007018，代號12)、洛旱6號(國審麥2006020，旱地品種，代號11)、長6858(新品系，代號6)、長8255(新品系，代號5)、開麥20(豫審麥2011006，代號7))、豫農(nóng)211(豫審麥2014004，代號10)、周麥24(豫審麥2009002，代號1)、西農(nóng)538(陜審麥2010004，代號4)、鄭麥9694(豫審麥2006005，代號2)、漯6058(新品系，代號9)、漯6135(新品系，代號8)；北部冬麥區(qū)品種1個(gè)：蘭天26(甘審麥2010007，代號3)。為便于文中作圖，參試品種按1～12代號排列。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)“干旱脅迫”、“自然降水”和“充分灌溉”3個(gè)處理，2次重復(fù)，完全隨機(jī)區(qū)組排列。干旱脅迫在干旱棚內(nèi)進(jìn)行，自然降水和充分灌溉處理在干旱棚外進(jìn)行。充分灌溉處理于拔節(jié)期進(jìn)行補(bǔ)灌，灌溉量為900 m3·hm-2。干旱脅迫小區(qū)長2 m，行距0.23 m，4行區(qū)；自然降水與充分灌溉處理小區(qū)長1.5 m，行距0.23 m，6行區(qū)?；久?25 萬·hm-2。本試驗(yàn)播前施紅三角牌復(fù)合肥375 kg·hm-2，其N∶P∶K含量比為15∶15∶15。在小麥起身期架設(shè)防倒網(wǎng)，防倒網(wǎng)高度隨小麥株高增加而升高，其他田間管理同國家區(qū)域試驗(yàn)抗旱性鑒定試驗(yàn)。

1.4 測定項(xiàng)目及方法

1.4.1 抗旱指數(shù)及抗旱級別判定 根據(jù)國標(biāo)小麥抗旱性評價(jià)技術(shù)規(guī)范(GB/T 21 127—2007)提供的抗旱指數(shù)計(jì)算公式進(jìn)行抗旱指數(shù)及抗旱級別判定。

1) 抗旱指數(shù)。

抗旱指數(shù)：

DI=GYS.T2×GYS.w-1×GYCK.W×(GYCK.T2)-1

式中，DI為抗旱指數(shù)；GYS.T為待測材料脅迫處理籽粒產(chǎn)量(“干旱脅迫”處理產(chǎn)量)；GYS.w為待測材料對照處理籽粒產(chǎn)量(“充分灌溉”處理產(chǎn)量)；GYCK.W為對照品種對照處理籽粒產(chǎn)量(“充分灌溉”處理籽粒產(chǎn)量)，GYCK.T為對照品種脅迫處理籽粒產(chǎn)量(“干旱脅迫”處理籽粒產(chǎn)量)。本試驗(yàn)對照品種(CK)為國家黃淮冬麥區(qū)旱肥組區(qū)域試驗(yàn)對照品種洛旱7號。

2) 抗旱級別判定。

根據(jù)抗旱指數(shù)把抗旱級別劃分為5級，抗旱指數(shù)≥1.30的為1級，抗旱性極強(qiáng)；抗旱指數(shù)1.10～1.29的為2級，抗旱性強(qiáng)；抗旱指數(shù)0.90～1.09為3級，抗旱性中等；抗旱指數(shù)0.70～0.89的為4級，抗旱性弱；抗旱指數(shù)≤0.69的為5級，抗旱性極弱。

表1 抗旱性級別劃分

1.4.2 冠層溫度(CT)的測定[7-10]采用國產(chǎn)ST-2955型手持式紅外測定儀，選擇晴朗無云的天氣，于冬小麥灌漿初期、灌漿中期、灌漿后期測定各小區(qū)的CT值，每次測定時(shí)間為午后13∶30～15∶30。觀測用往返重復(fù)讀數(shù)法測定，測定時(shí)視場角取5度，手持測溫儀置于1.5 m高度左右，以30度瞄準(zhǔn)小區(qū)內(nèi)中間的冠層，其測點(diǎn)為群體生長一致、有代表性的部位，避開裸地影響，直接在顯示屏上讀取數(shù)據(jù)。為了減少誤差，對每個(gè)小區(qū)的測定重復(fù)5次，取其平均值作該次測定的CT值。

不同小麥品種的開花期及同一品種不同處理的開花期均會有所不同，一般干旱脅迫處理下的品種會較充分灌溉處理的開花期有3-5天的提前；冠層溫度又與測定當(dāng)天的大氣溫度有極大相關(guān)，同一處理不同天氣測定結(jié)果會差異很大。綜合考慮，把不同品種不同處理的冠層溫度測定設(shè)在同一天進(jìn)行。灌漿前期測定時(shí)間為4月30日，灌漿中期的測定時(shí)間為5月10日，灌漿后期的測定時(shí)間為5月20日。

1.4.3 WUE的計(jì)算[11-13]

WUE(kg·hm-2·mm-1)=供試品種籽粒產(chǎn)量(kg·hm-2)/供試品種耗水量(mm)；

耗水量(mm)=(播前2 m土層儲水量 mm+生育期降水量mm)-收獲時(shí)2 m土層儲水量mm；

1.4.4 數(shù)據(jù)處理 利用EXCEL2010和SPSS15.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水分處理下的產(chǎn)量差異

隨著灌水量的增加，參試品種的產(chǎn)量均有不同程度的增加(見圖1)。相同品種不同灌水處理產(chǎn)量差異極顯著，但相同水分處理不同品種的產(chǎn)量差異卻不盡相同。

干旱脅迫處理的平均產(chǎn)量為885.98 kg·hm-2，洛旱6號的產(chǎn)量最高為1 119.75 kg·hm-2，其中周24與西農(nóng)538差異不顯著，鄭麥9694與開麥20差異不顯著，蘭天26與洛旱7號差異不顯著。

自然降水處理的平均產(chǎn)量為1 739.94 kg·hm-2，洛旱6號產(chǎn)量最高為2 538.75 kg·hm-2，蘭天26與長6858差異不顯著，周24與長8255差異不顯著。與干旱脅迫處理相比較，參試品種中產(chǎn)量增幅最大的是開麥20，增幅達(dá)201.47%。產(chǎn)量在2 000～2 500 kg·hm-2的品種有4個(gè)，分別是洛旱6號、洛旱7號和開麥20、長6858。

充分灌溉處理的平均產(chǎn)量為4 869.84 kg·hm-2，洛旱6號產(chǎn)量亦最高為6 316.20 kg·hm-2，長6858次之為6 131.55 kg·hm-2，周24與蘭天26差異不顯著，長8255與開麥20差異不顯著。與自然降水處理相比較，參試品種中周麥24對水分最為敏感，產(chǎn)量增幅最大(44.12%)。產(chǎn)量水平在6 000～6 400 kg·hm-2的品種有2個(gè)：洛旱6號和長6858，產(chǎn)量在5 000～6 000 kg·hm-2的品種有3個(gè)：周24、蘭天26、洛旱7號。

圖1 不同水分處理產(chǎn)量差異

Fig.1 Differences of yield under different water treatments

2.2 不同水分處理下的WUE差異

隨著灌水量的增加，WUE有不同程度的增加。干旱脅迫處理，長8255、開麥20、豫農(nóng)211的WUE差異不顯著；自然降水處理，鄭麥9694、長8255、豫農(nóng)211的WUE差異不顯著；充分灌溉處理不同品種的WUE均呈極顯著差異。干旱脅迫處理的平均WUE為5.26 kg·hm-2·mm-1，自然降水處理的平均WUE為6.03 kg·hm-2·mm-1，充分灌溉處理的平均WUE為9.50 kg·hm-2·mm-1。充分灌溉處理的WUE較干旱脅迫處理增加80.61%，較自然灌水處理增加57.55%。

不同品種對水分的敏感度不同，三個(gè)水分處理，洛旱6號的WUE均最高。干旱脅迫處理洛旱6號(6.30 kg·hm-2·mm-1)的WUE最高，蘭天26(6.20 kg·hm-2·mm-1)次之；自然降水處理WUE在7.00～7.40 kg·hm-2·mm-1的品種有2個(gè)：洛旱6號、開麥20。WUE在6.00～7.00 kg·hm-2·mm-1的品種有4個(gè)：蘭天26、西農(nóng)538、長6858、洛旱7號。與干旱脅迫處理相比較，西農(nóng)538、開麥20、漯6058的WUE增幅均較大，分別為24.00%、46.94%、40.48%；充分灌溉處理WUE在10.00～12.00 kg·hm-2·mm-1的品種有4個(gè)：周24、蘭天26、長6858、洛旱7號。與自然灌水處理相比較，周麥24、蘭天26、長8255、長6858、漯6135的WUE增幅均在75%以上。

圖2 不同水分處理WUE差異

Fig.2 Differences of WUE under different water treatments

2.3 不同生態(tài)型冬小麥品種抗旱性

以洛旱7號為抗旱性鑒定的對照品種，其抗旱指數(shù)為1.000，進(jìn)行抗旱指數(shù)的計(jì)算：洛旱6號和蘭天26的抗旱指數(shù)均較高，開麥20抗旱指數(shù)最低為0.69。經(jīng)過分析鑒定出抗旱指數(shù)三級品種有：蘭天26、長6858、西農(nóng)538、洛旱6號、洛旱7號；抗旱性4級的品種有周麥24、鄭麥9464、長8255、漯6135、漯6058、豫農(nóng)211。

圖3 不同品種抗旱指數(shù)及抗旱級別

Fig.3 Drought resistance index and drought resistance classification of different cultivars

2.4 不同水分處理下灌漿期的冠層溫度差異

隨著灌漿的推移，不同水分處理的冠層溫度差異漸漸變小，其中灌漿前期與灌漿后期干旱脅迫處理下不同品種的冠層溫度差異不顯著；充分灌溉與自然降水處理，灌漿前、中、后期不同品種的冠層溫度均呈極顯著差異。干旱脅迫處理下，灌漿前、中、后期的平均灌漿溫度為25.80℃、27.42℃、29.15℃；自然降水處理下，灌漿前、中、后期的平均灌漿溫度為23.03℃、26.05℃、28.13℃；充分灌溉處理下灌漿前、中、后期的平均灌漿溫度為21.45℃、23.03℃、27.04℃。不同水分處理下蘭天26的冠層溫度均最低，豫農(nóng)211的冠層溫度均最高。蘭天26、長6858、洛旱6號灌漿期的冠層溫度在不同水分處理?xiàng)l件下均不同程度的低于其他品種。

2.5 產(chǎn)量、抗旱指數(shù)與灌漿期冠層溫度的相關(guān)性分析

運(yùn)用SPSS15.0做不同水分處理的產(chǎn)量與抗旱指數(shù)、灌漿期冠層溫度的相關(guān)分析得出：產(chǎn)量與抗旱指數(shù)呈正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.183；產(chǎn)量與灌漿期的冠層溫度呈極顯著的負(fù)相關(guān)，與灌漿中期的相關(guān)系數(shù)最高為-0.908?？购抵笖?shù)與灌漿后期的冠層溫度呈極顯著的負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)-0.453，與灌漿前期和灌漿中期的冠層溫度呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.342、-0.366。

注：同列不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)。

Note: Different small letters in same columns indicate significant differences at 0.05 level.

注：*和**分別表示在0.05和0.01水平上差異顯著。

Note: *and** indicate significant difference at 0.05 and 0.01 level, respectively.

3 結(jié)論與討論

干旱缺水是我國北方第一大作物小麥的首要災(zāi)害。本研究針對小麥抗旱節(jié)水研究中存在鑒定技術(shù)與評價(jià)方法缺乏量化標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)有指標(biāo)與抗旱節(jié)水高產(chǎn)遺傳育種銜接不足，抗旱節(jié)水高產(chǎn)種質(zhì)資源缺乏，國家急需抗旱節(jié)水高產(chǎn)品種等問題，以建立抗旱節(jié)水鑒定評價(jià)技術(shù)指標(biāo)體系為突破口，以抗旱節(jié)水種質(zhì)創(chuàng)新為基礎(chǔ)，以選育和推廣抗旱節(jié)水高產(chǎn)品種為目標(biāo)，開展系統(tǒng)深入研究。本研究鑒定了供試品種的抗旱性及抗旱等級并研究了WUE及與節(jié)水相關(guān)的冠層溫度，通過綜合評定認(rèn)為蘭天26、長6858、西農(nóng)538、洛旱6號、洛旱7號在充分灌溉條件下均有較優(yōu)的節(jié)水抗旱性，但是由于蘭天26、長6858株高較高，且抗倒性較弱，適宜在北方旱地種植；西農(nóng)538、洛旱7號、洛旱6號適宜在北方旱地及擴(kuò)灌區(qū)種植。周麥24、鄭麥9464、長8255、漯6135、漯6058、豫農(nóng)211適合在黃淮麥區(qū)的高水肥地種植。

小麥抗旱性評價(jià)技術(shù)體系是洛陽農(nóng)林科學(xué)院與中國農(nóng)科院合作制定的抗旱性評價(jià)技術(shù)規(guī)程，作為國標(biāo)被國家小麥區(qū)域試驗(yàn)充分運(yùn)用，抗旱指數(shù)作為其中重要指標(biāo)用來計(jì)算小麥的抗旱性十分精準(zhǔn)有效。洛陽農(nóng)林科學(xué)院擁有干旱棚3座，從90年代開始獨(dú)立承擔(dān)國家小麥區(qū)域試驗(yàn)中黃淮冬麥及北部冬麥區(qū)旱地組抗旱性鑒定試驗(yàn)。干旱指數(shù)計(jì)算需要通過干旱棚內(nèi)和干旱棚外的兩組產(chǎn)量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，其中干旱棚內(nèi)試驗(yàn)小麥全生育期需要干旱棚遮蓋，保證小麥全生育期無降水，只在每年6—9月小麥休閑期推開棚蓋接受自然降水，待降水量達(dá)300 mm時(shí)推棚遮蓋；干旱棚外試驗(yàn)是與棚內(nèi)試驗(yàn)平行試驗(yàn)，無干旱棚遮蓋全生育期接受自然降水?？购敌澡b定需要有干旱棚協(xié)助進(jìn)行，有干旱棚的單位運(yùn)用起來比較方便，無干旱棚的單位需要到洛陽農(nóng)林科學(xué)院進(jìn)行抗旱性鑒定試驗(yàn)?？煞窠⒖购抵笖?shù)簡化評價(jià)體系？是否可以利用現(xiàn)有國家小麥區(qū)域試驗(yàn)對參試品種的抗旱性鑒定評判結(jié)果，聯(lián)合區(qū)域試驗(yàn)不同生態(tài)區(qū)承擔(dān)試驗(yàn)的試點(diǎn)，對其不同品種小麥休閑期及生育期的氣象數(shù)據(jù)及農(nóng)藝性狀等大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析建模，找出水分、農(nóng)藝性狀等與抗旱性相關(guān)的模型，以便于在沒有干旱棚種植條件下通過氣象條件和農(nóng)藝指標(biāo)等對抗旱性及抗旱級別進(jìn)行判定？

通過研究發(fā)現(xiàn)冠層溫度與產(chǎn)量關(guān)系密切，需要進(jìn)一步對冠層溫度進(jìn)行更深入的研究。冠層溫度的測定需要冠層溫度儀，冠層溫度儀的精準(zhǔn)度對試驗(yàn)影響較大。冠層溫度受環(huán)境溫度影響較大，需要按照試驗(yàn)方法操作，并且一次測定的品種和處理不宜太多。

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Study on drought resistance and water-saving capacity of winter wheat varieties (strains) in northern China

ZHANG Yuan, TIAN Wen-zhong, WU Shao-hui, GAO Hao-tao, ZHANG Can-jun

(LuoyangAcademyofAgricultureandForestry,Luoyang,He'nan471000,China)

Through the measurement and analysis of yield, harvest index, water use efficiency, drought resistance index, canopy temperature and some agronomic traits of winter wheat varieties (strains) with different ecotypes in northern China, their drought resistance and water-saving capacity was evaluated. With the increase of irrigation amount, the yield of tested varieties was wholly increased. Since the sensitivity of different varieties to water was varied, the increase extend of yield was also different each other. Under the treatments of full irrigation, natural precipitation and drought stress, the yield of Luohan 6 was invariably the highest, being 6 316.20 kg·hm-2, 2 538.75 kg·hm-2and 1 119.75 kg·hm-2, respectively. Under the treatment of full irrigation, Zhoumai 24 was most sensitive to water, whose yield was increased by 44.12% compared with that under natural precipitation; under the treatment of natural precipitation, Kaimai 20 was most sensitive to water, whose yield was increased by 201.47% compared with that under drought stress. Through the correlation analysis among yield, drought resistance index and canopy temperature at filling stage, it was found that there was a negative correlation at extremely significant level between yield and canopy temperature at filling stage, and the highest correlation coefficient at middle filling stage was -0.908. Drought resistance index was negatively correlated with canopy temperature at late filling stage at extremely significant level, and the correlation coefficient was -0.453; it was negatively correlated with canopy temperature at early and middle filling stage at significant level, and the correlation coefficient was -0.342 and -0.366, respectively.

winter wheat in northern China; drought resistance index; water use efficiency; canopy temperature

1000-7601(2017)02-0009-05

10.7606/j.issn.1000-7601.2017.02.02

2015-11-18基金項(xiàng)目：國家小麥產(chǎn)業(yè)體系(CARS-E-2-36)；河南省小麥產(chǎn)業(yè)體系(S2010-10-02)；河南旱地小麥育種研究洛陽創(chuàng)新基地項(xiàng)目(2014-A2411-410307-A0109-001)；旱地小麥新品種新技術(shù)集成與示范項(xiàng)目

張 園(1983—)，女，碩士，主要從事旱地小麥育種及栽培生理研究。E-mail:718377155@qq.com。

S332.1

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