楊建平，呂釗彥，刁 明，李衛(wèi)華，姜 東

(1.石河子大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，新疆石河子 832000；2.安徽農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院，合肥 230000；3.南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，南京 210000)

小麥?zhǔn)侵袊陆S吾爾自治區(qū)重要的糧食作物之一，也是當(dāng)?shù)厝藗冏钪饕目诩Z[1-2]。而新疆地處西北內(nèi)陸，是典型的干旱半干旱生態(tài)區(qū)，水資源嚴(yán)重不足[3-5]。同時(shí)，新疆大部分地區(qū)日蒸發(fā)量是降雨量的10倍左右[6-7]，灌溉是農(nóng)作物生產(chǎn)中必須的管理措施。發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)，是新疆小麥生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展或糧食安全保障的關(guān)鍵。

滴灌是目前最為節(jié)水的灌溉技術(shù)，結(jié)合水肥一體化技術(shù)，可顯著提高作物水分利用效率與肥料利用效率[8]。但與滴灌棉花、滴灌玉米等大株型、寬行距作物采用的“1(條滴灌)管1(行作物)”或“1管2”不同，滴灌小麥為窄行距種植，需采用“一管多”的種植模式，以降低滴灌毛管成本。當(dāng)前新疆生產(chǎn)中主要采用“一管4”滴灌模式，在此模式下灌水量[9-10]、滴灌模式[11-12]、小麥植株行間水分截獲量[8,13]、葉面積指數(shù)[14]、產(chǎn)量差異[15-17]等方面的較多的研究。進(jìn)一步擴(kuò)大管行比至“1管6”模式，可進(jìn)一步降低滴灌小麥生產(chǎn)成本。但這種模式下，跟滴灌帶距離不同的小麥行植株可吸收的水分、生長與產(chǎn)量等差異變大，如筆者最近的研究表明，“1管6”滴灌春小麥模式下，離滴灌帶最遠(yuǎn)的第三行(R3)和第二行(R2)與距離最近的第一行(R1)相比，植物干物質(zhì)量、葉面積指數(shù)和產(chǎn)量降低，但其降低比率遠(yuǎn)低于水分截獲量減少的比例，與此同時(shí)，R3和R2花前積累的干物質(zhì)向籽粒的再轉(zhuǎn)運(yùn)比例及其對(duì)籽粒質(zhì)量的貢獻(xiàn)率高于R1[8]。但上述研究僅涉及1個(gè)春小麥品種，不同小麥品種間是否存在差異，尚無報(bào)道。為此，本研究選用來自新疆、內(nèi)蒙、寧夏等春小麥生產(chǎn)區(qū)7個(gè)春小麥品種，研究“1管6”滴灌模式下，不同春小麥品種間行間干物質(zhì)和積累與轉(zhuǎn)運(yùn)特征的空間差異，以及其對(duì)行間籽粒產(chǎn)量的影響。以期為進(jìn)一步降低新疆滴灌小麥生產(chǎn)成本、構(gòu)建更為經(jīng)濟(jì)高效的滴灌小麥模式提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)概況與設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2018年在石河子大學(xué)試驗(yàn)場(85°48′E,44°44′N)進(jìn)行，選用7個(gè)在生產(chǎn)中有一定種植面積春小麥品種,包括：來自新疆的‘新春37號(hào)’，來自內(nèi)蒙古的‘農(nóng)麥2號(hào)’，黑龍江的‘克春11號(hào)’，天津的‘津強(qiáng)7號(hào)’，青海的‘高原506號(hào)’，以及‘寧春4號(hào)’和‘寧春53號(hào)’。試驗(yàn)田土壤類型為壤土，土壤有機(jī)質(zhì)16.05 g/kg、堿解氮 42.05 mg/kg、速效磷13.69 mg/kg、速效鉀225.96 mg/kg。于4月3日播種，播種前公頃施基肥P2O5和K2O 105 kg。

試驗(yàn)采用“1管6”(1條滴灌帶兩側(cè)各種3行小麥)的灌溉毛管配置方式，小麥行距為15 cm，按距滴灌帶由近及遠(yuǎn)的種植行分別記為R1、R2與R3?；久?50萬株/hm2。灌水量為4 500 m3/hm2，滴頭流量為2.6 L/h；每公頃施氮300 kg，灌水施肥時(shí)間與比例參照文獻(xiàn)[8]進(jìn)行。小區(qū)寬4.5 m,長7 m,每品種重復(fù)3次,隨機(jī)區(qū)組排列。試驗(yàn)期間平均溫度,降雨量及蒸散量見 表1。

表1 春小麥生育期月平均溫度、降雨量及蒸散量Table 1 Monthly temperature,precipitation and evapotranspiration growth season of spring wheat

1.2 測定項(xiàng)目與方法

1.2.1 干物質(zhì)積累與轉(zhuǎn)運(yùn) 在開花期和成熟期每一行取同一天開花且長勢一致的植株各20株，開花期的植株分成葉片、莖鞘和穗等器官，成熟期植株分為葉片、莖鞘，穗軸+穎殼與籽粒等器官。分樣后于105 ℃殺青30 min，70 ℃烘干至恒質(zhì)量，稱取各器官干質(zhì)量，并按如下公式計(jì)算干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)等參數(shù)[18]。

花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量(g) = 開花期營養(yǎng)器官干物質(zhì)積累量(g) - 成熟期營養(yǎng)器官干物質(zhì)(g)

花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率(%) = 干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量(g)/開花期營養(yǎng)器官干物質(zhì)積累量(g)×100%

花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率(%) = 干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量(g)/成熟期籽粒干物質(zhì)積累量(g)×100%

花后干物質(zhì)積累量(g) = 成熟期籽粒干物質(zhì)積累量(g)-營養(yǎng)器官花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量(g)

花后干物質(zhì)對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率(%) =花后干物質(zhì)積累量(g)/成熟期籽粒干物質(zhì)積累量(g) × 100%

1.2.2 葉面積指數(shù)(LAI) 在開花期每行連續(xù)取20株小麥。用葉面積儀(LI-3000)測定葉面積，并計(jì)算葉面積指數(shù)(LAI)=葉片總面積/土地面積。

1.2.3 產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因素 在苗期每小區(qū)R1、R2與R3定苗2 m,于成熟期測產(chǎn)，獲取有效穗數(shù)、千粒質(zhì)量及穗粒數(shù)等數(shù)據(jù)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 19.0對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析(ANOVA)，SigmaPlot10.0與RStudio作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同春小麥品種行間葉面積指數(shù)及其對(duì)產(chǎn)量的影響

由圖1可知， “一管6”滴灌模式下，各品種R2與R3葉面積指數(shù)相對(duì)于R1均降低，且行間差異顯著(P<0.05)?！舜?1號(hào)’‘新春37號(hào)’‘高原506號(hào)’‘農(nóng)麥2號(hào)’行間平均葉面積指數(shù)依次降低，且品種間差異顯著(P<0.05)，‘津強(qiáng)7號(hào)’‘寧春4號(hào)’‘寧春53號(hào)’行間葉面積指數(shù)差異不顯著(P<0.05)?！畬幋?3號(hào)’‘農(nóng)麥2號(hào)’‘津強(qiáng)7號(hào)’‘新春37號(hào)’‘高原506號(hào)’‘克春11號(hào)’‘寧春4號(hào)’行間葉面積指數(shù)變異系數(shù)依次降低?！舜?1號(hào)’行間平均葉面積指數(shù)最大，同時(shí)其行間變異系數(shù)為19.04%；‘寧春4號(hào)’行間葉面積指數(shù)變異系數(shù)最小，為17.17%。由圖2-A可知，不同春小麥品種行間葉面積指數(shù)大小與其產(chǎn)量呈正相關(guān)(R2=0.50)。

2.2 不同春小麥品種行間干物質(zhì)積累與分配特性及其對(duì)產(chǎn)量的影響

由圖3可知，開花期與成熟期各品種莖鞘，穎殼+穗軸與葉片干物質(zhì)積累量R2與R3相對(duì)于R1均降低。開花期與成熟期莖鞘干物質(zhì)分配比例R2與R3相對(duì)于R1均升高；開花期與成熟期葉片與穗+穗軸分配比例R2與R3相對(duì)于R1均降低?！麓?7號(hào)’與‘高原506號(hào)’的成熟期籽粒分配比例R2與R3相對(duì)于R1升高，其余品種均降低。

由圖4主成分分析可知，本試驗(yàn)從各器官干物質(zhì)積累量提取出2個(gè)主成分因子，2個(gè)主成分得分分別為75.4%和14.4%，累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá) 89.8%?！驈?qiáng)7號(hào)’的R1～R3均在第二象限，表明其開花期與成熟期干物質(zhì)積累量小，但其干物質(zhì)積累量行間變異系數(shù)??；‘農(nóng)麥2號(hào)’‘高原506號(hào)’與‘寧春53號(hào)’的R2～R3在第二和第三象限，表明其開花期與成熟期干物質(zhì)積累量小，同時(shí)，其R1行均在第一和第四象限，表明這3個(gè)品種的干物質(zhì)積累行間變異系數(shù)大；‘克春11號(hào)’的R1～R3均在第一象限，其開花期與成熟期干物質(zhì)積累量大且行間變異系數(shù)小；‘新春37號(hào)’與‘寧春4號(hào)’的R1與R2均在第一和第四象限，說明其R1與R2開花期與成熟期干物質(zhì)積累量大，但其R3在第三象限，‘新春37號(hào)’與‘寧春4號(hào)’的行間變異系數(shù)大。

由圖2-B與2-C可知，試驗(yàn)春小麥品種行間籽粒產(chǎn)量與花后干物質(zhì)積累量與成熟期干物質(zhì)積累量均呈正相關(guān)(R2分別為0.72與0.91)。由圖5冗余分析結(jié)果可知，除成熟期R2與R3葉片干物質(zhì)積累量相對(duì)于R1的降幅外，其他器官開花期與成熟期R2與R3相對(duì)于R1的降幅與對(duì)應(yīng)的穗粒數(shù)，千粒質(zhì)量的降幅均呈正相關(guān)，但與有效穗數(shù)的降幅呈負(fù)相關(guān)；成熟期R2與R3葉片干物質(zhì)積累量相對(duì)于R1的降幅與有效穗數(shù)的降幅呈正相關(guān)。

2.3 不同春小麥品種行間干物質(zhì)再轉(zhuǎn)運(yùn)特性及其產(chǎn)量構(gòu)成因素

由表2可知，試驗(yàn)各品種花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量、轉(zhuǎn)移率及其對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率行間差異顯著(P<0.05)。試驗(yàn)各品種有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量及產(chǎn)量行間差異顯著(P<0.05)。不同品種間花前與花后的干物質(zhì)積累量，對(duì)籽粒貢獻(xiàn)率，花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量與轉(zhuǎn)運(yùn)率均差異顯著，且達(dá)到了極顯著水平(P<0.01)，不同行間的均無顯著差異(P>0.05)。不同品種間有效穗數(shù)與千粒質(zhì)量差異顯著(P>0.01)，穗粒數(shù)與產(chǎn)量無顯著差異(P<0.05)。不同行間的有效穗數(shù)、千粒質(zhì)量、穗粒數(shù)與產(chǎn)量均差異顯著(P<0.05)，且除有效穗數(shù)外，均達(dá)到了極顯著水平(P<0.01)。花后干物質(zhì)對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率大，不同品種行間變幅為40.67%～80.02%，‘寧春4號(hào)’花后干物質(zhì)積累量對(duì)籽粒貢獻(xiàn)率最高，R1～R3變幅為87.64%～81.62%，寧春53花后干物質(zhì)對(duì)籽粒貢獻(xiàn)率最低，R1～R3變幅為60.02%～40.67%，‘新春37號(hào)’‘克春11號(hào)’‘高原506號(hào)’‘寧春53號(hào)’與‘寧春4號(hào)’遠(yuǎn)行R2與R3遠(yuǎn)行花后干物質(zhì)積累量對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率相對(duì)于近行R1均降低，但其花前干物質(zhì)積累量轉(zhuǎn)移率相對(duì)于近行R1均升高?！麓?7號(hào)’與‘高原506號(hào)’升高幅度大，‘寧春4號(hào)’與‘寧春53號(hào)’升高幅度小?！r(nóng)麥2號(hào)’‘津強(qiáng)7號(hào)’遠(yuǎn)行花后干物質(zhì)積累量對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率相對(duì)于近行R1均升高，但其花前干物質(zhì)積累量轉(zhuǎn)移率相對(duì)于近行R1均降低。‘農(nóng)麥2號(hào)’降低幅度小，‘津強(qiáng)7號(hào)’降低幅度大。

表2 滴灌條件下不同小麥品種行間干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)和產(chǎn)量構(gòu)成因素Table 2 Dry matter transfer and yield component of different wheat varieties at maturity under drip irrigation

2.4 干物質(zhì)積累影響產(chǎn)量的降維分析

本研究將開花期與成熟期各營養(yǎng)器官干物質(zhì)積累量與開花期與成熟期總干物質(zhì)積累量定義為干物質(zhì)積累系統(tǒng)，將成熟期籽粒干物質(zhì)積累量以及產(chǎn)量三因素有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量以及產(chǎn)量定義為產(chǎn)量系統(tǒng)。環(huán)境因子用帶有箭頭的藍(lán)色線段表示，響應(yīng)變量用帶有箭頭的紅色線段表示，其長短代表其在排序空間內(nèi)的變化量，箭頭所處象限代表環(huán)境因子與排序軸之間相關(guān)性的正負(fù)，干物質(zhì)積累系統(tǒng)間、產(chǎn)量系統(tǒng)間、干物質(zhì)積累系統(tǒng)與產(chǎn)量系統(tǒng)的箭頭越近，表明相互間的正相關(guān)性越大，處于另一端則表示負(fù)相關(guān)。因產(chǎn)量三因素不存在線性關(guān)系，因此分別以有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量加干物質(zhì)積累系統(tǒng)環(huán)境因子，探究干物質(zhì)積累系統(tǒng)對(duì)產(chǎn)量系統(tǒng)的影響。

如圖6-A所示，以干物質(zhì)積累系統(tǒng)與有效穗數(shù)為環(huán)境因子，其結(jié)果表明干物質(zhì)積累系統(tǒng)與產(chǎn)量系統(tǒng)中產(chǎn)量呈正相關(guān)，與成熟期籽粒干物質(zhì)積累量、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量負(fù)相關(guān)，干物質(zhì)積累系統(tǒng)解釋了90.62%的產(chǎn)量系統(tǒng)變化，但產(chǎn)量在排序空間的變化率小。如圖6-B所示，以干物質(zhì)積累系統(tǒng)與千粒質(zhì)量為環(huán)境因子，其結(jié)果表明與干物質(zhì)積累系統(tǒng)與產(chǎn)量系統(tǒng)中的成熟期籽粒干物質(zhì)積累量與產(chǎn)量均呈正相關(guān)，與有效穗數(shù)與穗粒數(shù)呈負(fù)相關(guān)，干物質(zhì)積累系統(tǒng)解釋了97.78%的產(chǎn)量系統(tǒng)變化。如圖6-C所示，以干物質(zhì)積累系統(tǒng)+穗粒數(shù)為環(huán)境因子，其結(jié)果表明與干物質(zhì)積累系統(tǒng)與產(chǎn)量系統(tǒng)中的成熟期籽粒干物質(zhì)積累量與產(chǎn)量均呈正相關(guān)，與有效穗數(shù)與千粒質(zhì)量呈負(fù)相關(guān)，干物質(zhì)積累系統(tǒng)解釋了98.88%的產(chǎn)量系統(tǒng) 變化。

3 結(jié)論與討論

葉面積指數(shù)是描述作物種群質(zhì)量的基本參數(shù)，可以反映作物生產(chǎn)力并且通常與作物產(chǎn)量正相關(guān)[19]，這與本研究結(jié)果行間葉面積指數(shù)大小與其產(chǎn)量呈正相關(guān)(R2=0.47)一致。谷物干物質(zhì)主要來源于小麥葉片和其他綠色器官合成的光合同化物[20]，水分脅迫會(huì)降低植物的葉面積[21-22]，滴灌條件下，隨著離滴灌帶距離的增加，小麥行得到的灌水量依次減少[8]。陳銳等[5]，Lü等[8]研究發(fā)現(xiàn)，“一管2”“一管4”“一管5” “一管6”滴灌條件下，‘新春6號(hào)’遠(yuǎn)行葉面積指數(shù)均會(huì)相對(duì)于R1降低 ,本試驗(yàn)結(jié)果表明，“一管6”滴灌模式下，所有品種R2與R3的葉面積指數(shù)相對(duì)于R1均會(huì)降低，但不同品種的葉面積指數(shù)降低幅度與行間變異系數(shù)不同?！畬幋?號(hào)’行間變異系數(shù)最小，同時(shí)其產(chǎn)量行間變異系數(shù)最小；‘寧春53號(hào)’行間變異系數(shù)最大，同時(shí)其產(chǎn)量行間變異系數(shù)最大。

籽粒產(chǎn)量與干物質(zhì)積累密切相關(guān)[23],干旱脅迫會(huì)降低植物的總干物質(zhì)質(zhì)量[22]，Zhang等[24]研究發(fā)現(xiàn)，莖鞘等非葉器官的比例會(huì)隨著供水量的減少而增加。本試驗(yàn)結(jié)果表明，“一管6”滴灌模式下，R2與R3行莖鞘、葉片、穗+穗軸干物質(zhì)積累量相對(duì)于R1均降低。R2與R3行莖鞘分配比例相對(duì)于R1升高，葉片，穗+穗軸分配比例相對(duì)于R1降低，R2與R3行莖鞘分配比例相對(duì)于R1升高與Zhang等[24]的研究結(jié)果一致。開花期與成熟期各器官與總干物質(zhì)積累量，均與產(chǎn)量均呈正相關(guān)。遠(yuǎn)行小麥干物質(zhì)積累量相對(duì)于近行降低，各器官干物質(zhì)積累量R2與R3相對(duì)于R1的降幅對(duì)籽粒干物質(zhì)積累量的降幅影響程度不同。本研究發(fā)現(xiàn)，開花期各器官葉片干物質(zhì)積累量的降幅對(duì)籽粒產(chǎn)量的降幅影響最大，穗+穗軸對(duì)籽粒干物質(zhì)積累量的降幅影響最小。有效穗數(shù)R2與R3相對(duì)于R1的降幅增大，開花期與成熟期各器官干物質(zhì)積累量遠(yuǎn)近行間的降幅會(huì)減小，同時(shí)千粒重與穗粒數(shù)的降幅也會(huì)減小。因此在“一管6”滴灌模式下，選用成熟期總干物質(zhì)積累量大、遠(yuǎn)近行干物質(zhì)積累量降幅小的品種有利于降低R2與R3相對(duì)于R1的產(chǎn)量降幅。

前人研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)光合器官的容量下降時(shí)，以可溶性碳水化合物(WSC)形式暫時(shí)儲(chǔ)存在營養(yǎng)莖器官中的光合同化物可以進(jìn)一步重新分配到谷物中，從而有助于提高谷物的產(chǎn)量[25]。Lü等[8]研究發(fā)現(xiàn)，在“一管6”滴灌模式下，‘新春6號(hào)R2和R3花前積累的干物質(zhì)向籽粒的再轉(zhuǎn)運(yùn)比例及其對(duì)籽粒質(zhì)量的貢獻(xiàn)率高于R1，本研究發(fā)現(xiàn)小麥籽粒產(chǎn)量主要來源于花后干物質(zhì)積累,有趣的是‘新春37號(hào)’‘克春11號(hào)’‘高原506號(hào)’‘寧春53號(hào)’與‘寧春4號(hào)’的R2與R3花后干物質(zhì)積累量對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率低于R1，但其花前干物質(zhì)積累量轉(zhuǎn)移率均高于R1；‘農(nóng)麥2號(hào)’與‘津強(qiáng)7號(hào)’的R2與R3花后干物質(zhì)積累量對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率高于R1，但其花前干物質(zhì)積累量轉(zhuǎn)移率均低于R1。同時(shí)本研究結(jié)果表明，“1管6”滴灌模式下，穗數(shù)的增大會(huì)使干物質(zhì)積累與產(chǎn)量的行間差異變大，千粒質(zhì)量或者穗粒數(shù)的提高有助于新疆滴灌小麥產(chǎn)量的提高。

綜上可知，“1管6”滴灌模式下，不同春小麥品種行間葉面積指數(shù)大小和成熟期干物質(zhì)積累量，均與其產(chǎn)量呈正相關(guān)，品種‘克春11號(hào)’葉面積指數(shù)最大，依次為‘新春37號(hào)’。同時(shí)‘克春11號(hào)’與‘新春37號(hào)’行間平均產(chǎn)量分別為5 990 kg/hm2與5 787 kg/hm2，‘寧春4號(hào)’葉面積指數(shù)行間變異系數(shù)最小，同時(shí)其產(chǎn)量行間變異系數(shù)最小。試驗(yàn)品種中，‘新春37號(hào)’與‘克春11號(hào)’在“1管6”滴灌模式下產(chǎn)量水平高，‘寧春4號(hào)’在“1管6”滴灌模式下行間產(chǎn)量變異系數(shù)小。葉面積指數(shù)與干物質(zhì)積累量的行間穩(wěn)定性均可為篩選品種在“1管6”滴灌模式下行間產(chǎn)量穩(wěn)定性的參考指標(biāo)。穗數(shù)的增大會(huì)使干物質(zhì)積累與產(chǎn)量的行間差異變大，千粒質(zhì)量或者穗粒數(shù)的提高有助于新疆滴灌小麥產(chǎn)量的提高。

擴(kuò)大管行比不可避免地會(huì)使小麥行間形態(tài)指標(biāo)與產(chǎn)量變異系數(shù)增大，本研究在“1管6”滴灌模式下種植7個(gè)小麥品種，初步得到了一些結(jié)論，更多品種的篩選，改變灌溉策略與行距，增加了“1管6”滴灌模式推廣的可能性。