隴東旱塬區(qū)小麥莖稈含水量與產(chǎn)量和水分利用效率的關(guān)系

李興茂， 倪勝利

（1.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院旱地農(nóng)業(yè)研究所，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅省旱作區(qū)水資源高效利用重點實驗室，甘肅 蘭州 730070）

全球氣候變化導(dǎo)致干旱加劇。生物節(jié)水是提高水分利用效率的關(guān)鍵［1～2］。探索和尋求衡量抗旱節(jié)水的診斷指標(biāo)，評估作物生長過程中的用水效率，可以為作物水分利用效率的改良提供重要的信息，因而是節(jié)水農(nóng)業(yè)研究的重要方面。目前，國內(nèi)外從冠層溫度、莖稈可溶性糖含量等方面開展研究，提出了一些診斷節(jié)水和高產(chǎn)的生理指標(biāo)［3～4］。然而，部分指標(biāo)的應(yīng)用存在環(huán)境差異，可靠、簡便、快速、可操作的篩選方法與指標(biāo)仍然很少［5］。植物的水分生理是一種復(fù)雜的現(xiàn)象，一方面植物通過根系吸收水分，使地上部分各器官保持一定的膨壓，維持正常的生理功能；另一方面，植株又通過蒸騰作用把大量的水分散失掉，這一對相互矛盾的過程只有相互協(xié)調(diào)統(tǒng)一才能保證植株的正常發(fā)育［6］。小麥莖稈作為水分運輸?shù)妮d體，其含水量反應(yīng)作物在干旱等條件下保持水分的能力，與籽粒產(chǎn)量和抗旱節(jié)水性狀有一定關(guān)系，但目前國內(nèi)外研究報道較少。我們選用12個不同基因型的冬小麥，在旱作條件下研究小麥莖稈含水量與產(chǎn)量、水分利用效率的關(guān)系，旨在為抗旱節(jié)水品種篩選提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料為12個我國北方旱地冬小麥品種（系）。其中5份為甘肅省旱作區(qū)水資源高效利用重點實驗室育成的紫粒小麥新品系，西峰27號、長6878 和隴鑒127為生產(chǎn)上大面積應(yīng)用的抗旱節(jié)水品種，其它4份為甘肅省旱作區(qū)水資源高效利用重點實驗室育成新品系，品種（系）名稱詳見表1。種子均由甘肅省旱作區(qū)水資源高效利用重點實驗室提供。

1.2 試驗地基本情況

試驗于2009—2010年度在農(nóng)業(yè)部鎮(zhèn)原黃土旱塬生態(tài)環(huán)境重點野外科學(xué)觀測站（35°30′N，107°29′E）進行。海拔1 254 m，年均降水量540 mm，降水主要分布在7、8、9月，年平均溫度8.3℃。土壤為覆蓋黑壚土，屬完全依靠自然降水的西北半濕潤偏旱區(qū)，長期實行以冬小麥為主的一年一熟制或填閑復(fù)種的兩年三熟輪作制。2009年9月至2010年6月小麥全生育期降水163.6 mm，低于多年平均降水量的250 mm，其中苗期降水充分，越冬到返青期輕度干旱，起身期降水充分，拔節(jié)后輕度干旱，灌漿初期降水較多，灌漿中后期有效降水少。

1.3 試驗方法

試驗采取隨機區(qū)組設(shè)計，每品種（系）為1個小區(qū)，重復(fù)3次，小區(qū)面積13.5 m2（7.5 m×1.8 m），每小區(qū)種植9行，行距0.2 m，于2009年9月17日按375萬/hm2基本苗播種。播前施磷酸二銨225 kg/hm2、尿素150 kg/hm2，返青后撒播追施尿素112.5 kg/hm2，田間管理同大田。在小麥抽穗期（5月3日）、灌漿中期（5月19日）分別取各小區(qū)小麥主莖15株，稱鮮重，并立即帶回實驗置于105℃烘箱殺青20 min，再調(diào)至80℃烘干，稱干重，計量莖稈水分含量。

莖稈水分含量（%）=［（鮮重-干重）/鮮重］×100

小麥播前和收獲時分別用土鉆法取樣測定每個小區(qū)2 m土層（每20 cm為1個層次）土壤含水率，然后轉(zhuǎn)化為以mm為單位的播前和收獲時的土壤貯水量。小麥生育期降水量通過自動氣象站獲得。利用土壤水分平衡方程計算每個小區(qū)作物耗水量（ET）。試驗數(shù)據(jù)采用SPSS統(tǒng)計軟件進行變量分析（ANOVA）和相關(guān)性分析。

耗水量ET（mm）=播前2 m土壤貯水量（mm）-收獲時2 m土壤貯水量（mm）+生育期降水量（mm）

水分利用效率WUE［kg/（hm2·mm）］=小麥籽粒產(chǎn)量（kg/hm2）/耗水量（mm）

2 結(jié)果與分析

2.1 冬小麥莖稈含水量的基因型差異

旱作條件下12個供試品種（系）之間小麥莖稈含水量存在極顯著差異（P＜0.01）。從表1可以看出，抽穗期紫粒小麥C47-2的莖稈含水量最高，而當(dāng)?shù)乜购?、高稈品種西峰27號的莖稈含水量最低，其次較低的為隴鑒127、D57、C42-2。灌漿期紫粒小麥C47-2的莖稈含水量仍然最高，而B160的莖稈含水量最低，其次為C54和C42-1。因此，莖稈含水量在不同時期存在明顯的基因型差異。然而比較兩種小麥的莖稈含水量發(fā)現(xiàn)，盡管紫粒小麥的莖稈含水量較高，但與普通小麥的莖稈含水量差異并不明顯。因此，莖稈含水量存在品種間顯著差異，而基因類型（紫粒小麥和普通小麥）的影響較小。

從表2可以看出，小麥抽穗期莖稈含水量高，而灌漿開始后顯著下降。且莖稈含水量最大值時，品種間變異相對較小。灌漿期莖稈含水量低時，品種間變異增大。這說明不同基因型和測定時期的互作效應(yīng)對莖稈含水量有顯著影響，即不同基因型小麥之間莖稈含水量受測定時期的影響較大。

2.2 不同基因型冬小麥產(chǎn)量和水分利用效率的差異

由表1、表2可以看出，旱作條件下，5個紫粒小麥和7個普通小麥產(chǎn)量平均值分別為3 455.7 kg/hm2和3 755.6 kg/hm2，相應(yīng)的變異系數(shù)分別為11.87%和7.24%。差異顯著性測驗結(jié)果顯示，除了C47-2、A80-4與A8外，其余品種（系）之間產(chǎn)量差異不顯著。12個供試品種（系）間WUE的變化與產(chǎn)量基本一致，5個紫粒小麥和7個普通小麥的WUE平均值分別為13.46 kg/（hm2·mm）和14.88 kg/（hm2·mm），相應(yīng)的變異系數(shù)分別為11.51%和7.08%，除了C47-2與A8外，其余品種（系）之間WUE差異不顯著。

表1 旱作條件下不同基因型小麥產(chǎn)量、莖稈含水量和水分利用效率

表2 不同基因型小麥產(chǎn)量、莖稈含水量和水分利用效率平均值及變異系數(shù)

2.3 不同基因型小麥莖稈含水量與水分利用效率和產(chǎn)量相關(guān)性狀的關(guān)系

小麥抽穗期莖稈含水量與穗數(shù)表現(xiàn)負(fù)相關(guān)，因此，分蘗成穗多的基因型，其穗數(shù)越多，耗水越多，莖稈含水量相應(yīng)減少。小麥進入灌漿以后，其莖稈含水量盡管與抽穗期莖稈含水量顯著相關(guān)，但是莖稈含水量只與穗粒數(shù)成顯著相關(guān)，穗粒數(shù)多的基因型其灌漿期莖稈含水量越多。旱作條件下，抽穗期莖稈含水量與產(chǎn)量、水分利用效率呈極顯著的線性負(fù)相關(guān)性（R2=0.597 7～0.669 7），抽穗期莖稈含水量低的基因型具有較高的產(chǎn)量和水分利用效率，而灌漿期莖稈含水量與產(chǎn)量和水分利用效率相關(guān)性不顯著（表3）。因此，抽穗期莖稈含水量可作為篩選不同基因型小麥高效用水和產(chǎn)量高低的重要指標(biāo)之一。

表3 旱作條件下小麥莖稈含水量與籽粒產(chǎn)量及其它性狀的關(guān)系

3 小結(jié)與討論

1）研究結(jié)果表明，不同基因型冬小麥之間產(chǎn)量、WUE、植株含水量存在顯著差異，隨著灌漿過程的進行，植株含水量呈下降趨勢。小麥抽穗期莖稈含水量與籽粒產(chǎn)量和水分利用效率達到顯著相關(guān)，但灌漿中期莖稈含水量與籽粒產(chǎn)量和水分利用效率相關(guān)不顯著。因此，抽穗期莖稈含水量可作為篩選不同基因型小麥高效用水和產(chǎn)量高低的重要指標(biāo)之一。

2）不同基因型冬小麥產(chǎn)量和水分利用效率存在顯著差異，這與前人的研究結(jié)果基本一致［3～5］。另外，不同基因型小麥在灌漿期和抽穗前表現(xiàn)出莖稈含水量含量高度差異的現(xiàn)象，說明莖稈含水量高低與作物在干旱環(huán)境下的生長發(fā)育高度相關(guān)。3）旱作條件下小麥莖稈含水量與產(chǎn)量、水分利用效率的相關(guān)性只在抽穗期顯著正相關(guān)，而在灌漿中期并不顯著，因此，可以根據(jù)抽穗期莖稈含水量診斷小麥的產(chǎn)量。然而，目前測定莖稈含水量仍需進行植株的損毀，建立田間無損傷條件下莖稈含水量的診斷具有重要意義。近年來，利用光譜掃描技術(shù)進行水分和產(chǎn)量的診斷研究［7～9］，為莖稈含水量測定提供了簡便的途徑，也為開展產(chǎn)量診斷指標(biāo)的研究提供了快速、低成本的方法。因此，下一步應(yīng)在多年、多點環(huán)境下驗證該指標(biāo)的使用效果，以期為開展生理性狀輔助育種提供新的方法。

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