氣象因素對旱地小麥品種灌漿特性影響的研究

裴 磊，劉 莉，劉新月，衛(wèi)云宗

（山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院小麥研究所，山西臨汾 041000）

灌漿期是小麥生長的重要生理階段。從抽穗開花到灌漿成熟是小麥產(chǎn)量形成的關(guān)鍵時期，小麥籽粒的形成、充實以及乳化、成熟均在灌漿期間完成。該生育階段的氣象因素直接影響小麥籽粒的發(fā)育過程，進(jìn)而影響小麥的最終產(chǎn)量[1]。在小麥生產(chǎn)中，同一品種在不同氣候年型、不同栽培條件下，千粒重波動很大。特別是在高產(chǎn)條件下，當(dāng)穗數(shù)容量接近飽和、粒數(shù)又受穗分化限制時，產(chǎn)量高低變化在很大程度上受粒重的影響[2]。因此，充分研究小麥籽粒灌漿規(guī)律和氣候?qū)酀{規(guī)律的影響對揭示小麥生長發(fā)育特性具有重要意義。小麥粒重是一個受許多因素影響的復(fù)雜性狀，目前已經(jīng)有很多學(xué)者對不同類型小麥品種的灌漿過程及灌漿特性進(jìn)行了研究報道：王文顏[2]、王立國[3]、董中東[4]、趙洪亮[5]、劉新月[6]等用Logistic生長曲線擬合小麥籽粒灌漿特性；溫紅霞[7]研究了豫西旱作麥區(qū)小麥籽粒灌漿特性，但他們研究使用的全是高肥水的品種，對我國北方干旱地區(qū)旱地品種的利用借鑒價值有限；陳煒[8]研究了兩種旱地小麥的灌漿特性，但主要探討的是灌漿過程中旗葉葉綠素含量與產(chǎn)量的關(guān)系。關(guān)于氣象條件與小麥籽粒灌漿特性的研究，國內(nèi)外許多學(xué)者也做了大量研究：王健林[9]、林超[10]對不同氣象條件下的灌漿規(guī)律進(jìn)行了綜述；唐進(jìn)[11]、胡剛元[12]主要研究了溫度對灌漿速率的影響；翟懷巍[13]主要研究了土壤水分條件對小麥灌漿的脅迫效應(yīng)；崔金梅[14]研究較為綜合，但研究選用的品種鄭引1號種植時間較早，且是引自意大利的品種，對我國北方現(xiàn)有大規(guī)模種植的品種參考價值有限。

本研究就是為掌握氣象因素對旱地小麥品種灌漿特性的影響，使用Logistic生長曲線進(jìn)行擬合，通過對灌漿期氣象因素的觀察記錄，研究氣象因素對旱地小麥品種晉麥91號[15]和晉麥47號灌漿特性的影響，以期為建立合理的高產(chǎn)高效栽培技術(shù)體系，實現(xiàn)該品種的高產(chǎn)穩(wěn)定性能提供依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗于2013年9月至2015年6月在山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院小麥研究所旱地育種試驗地進(jìn)行。2013—2014年度小麥生育期內(nèi)降水217.7 mm，2014—2015年度小麥生育期內(nèi)降水為208.2 mm（降水量數(shù)據(jù)由臨汾市氣象站提供）。試驗田地勢平坦，地力均勻，土質(zhì)為沙壤土，前茬小麥，基礎(chǔ)肥力中等。試驗設(shè)2個小區(qū)，每小區(qū)6行，行長9 m，行距0.25 m，小區(qū)面積13.5 m2。四周設(shè)保護(hù)區(qū)。每年5月初防治蚜蟲1次，小麥全生育期內(nèi)不進(jìn)行澆水，只依靠當(dāng)?shù)刈匀唤邓?/p>

1.2 試驗材料

供試小麥品種晉麥91號和晉麥47號由山西省農(nóng)科院小麥研究所提供。

1.3 調(diào)查項目與分析方法

在小麥開花期，每小區(qū)隨機(jī)統(tǒng)一選取100個生長一致且花期相同的穗子進(jìn)行掛牌，從開花后第5天開始，每隔5 d取10個掛牌穗分別殺青、烘干至恒重、脫粒、稱重并折算成千粒重。同一年份中不同品種小麥的灌漿曲線進(jìn)行對比，不同年份中同種小麥的灌漿曲線進(jìn)行對比。

以千粒重為依變量，花后天數(shù)為自變量，用Logistic方程模擬各品種籽粒生長過程。

式中，t為花后天數(shù)（開花日以t=0計）；Y為籽粒千粒重；K為理論籽粒最大千粒重（g）；a、b為回歸參數(shù)，與灌漿速率和灌漿時間有關(guān)。

對Logistic方程求一階導(dǎo)數(shù)得灌漿速率方程：

由Logistic方程和灌漿速率方程推導(dǎo)出一些次級灌漿參數(shù)，T 為實際記錄灌漿持續(xù)天數(shù)（d），T1、T2、T3分別為漸增期、快增期、緩增期持續(xù)時間（d），Tmax為灌漿速率達(dá)最大時的時間（d）；R1、R2、R3分別為漸增期、快增期、緩增期灌漿速率（g/d）；R為實際平均灌漿速率（g/d），Rmax表示最大灌漿速率（g/d）。

氣象因素分別為：平均氣溫，最高氣溫，最低氣溫，相對濕度，降水量，蒸發(fā)量，風(fēng)速，平均地溫，最高地溫，最低地溫，5 cm地溫，10 cm地溫，20 cm地溫，日照時長以及積溫15項指標(biāo)。對氣象因素指標(biāo)以及2個旱地小麥品種灌漿特性進(jìn)行相關(guān)性分析、多元線性逐步回歸分析。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2003整理數(shù)據(jù)，用DPS 7.05軟件進(jìn)行灌漿曲線擬合，用SAS 9.0軟件進(jìn)行氣象因素與灌漿特性的相關(guān)分析及逐步回歸分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 2年試驗的氣象數(shù)據(jù)分析

將小麥灌漿期逐日氣象信息整理成表，從小麥開花期開始，每隔5 d匯總1次，氣象因素見表1。

表1 小麥品種灌漿期的氣象因素

從表1可見，2014年度灌漿期降水總量為75.40 mL，2015年度灌漿期降水量僅為36.20 mL，僅相當(dāng)于2014年降水量的1/2，而蒸發(fā)量2年相差不大，說明2014年度相對豐水，2015年度相對歉水。

分別將2年小麥灌漿時期的逐日的平均氣溫繪圖（圖1，圖2）。從圖1、圖2可知，2014年前期溫度低，后期溫度高，從15℃氣溫持續(xù)攀升到25℃，波動較小，屬于正常的前低后高型；而2015年4月末，平均氣溫高于20℃，比2014年同期氣溫略高，亦高于常年氣溫，但是到2015年5月25日前后有一次明顯的降溫過程，且后續(xù)7 d氣溫波動明顯，回升比2014年緩慢，灌漿中后期氣溫波動大，且相較于常年氣溫略低，所以2015年這種特殊年景可視為異于常年的前高后低型。

2.2 2年試驗旱地小麥品種籽粒灌漿特點(diǎn)

晉麥91號和晉麥47號均屬于前期緩、中期快、后期穩(wěn)的S型灌漿曲線類型（圖3、圖4）。

用logistic生長曲線對試驗曲線進(jìn)行模擬（表2），其決定系數(shù)R2均大于0.99，且均達(dá)到極顯著水平，說明曲線擬合良好。

2014年度擬合的曲線為：

晉麥91號的曲線為Y1=43.9221/［1+e（3.9368-0.2224t）］

晉麥47號的曲線為Y2=39.5875/［1+e（4.2252-0.2477t）］；

2015年度擬合的曲線為：

晉麥91號的曲線為Y3=43.9662/［1+e（4.3978-0.2220t）］

晉麥47號的曲線為Y4=46.2995/［1+e（4.9064-0.2350t）］。

對比不同年限，晉麥91號的理論千粒重K值比晉麥47號相對穩(wěn)定，基本穩(wěn)定在44 g，說明在不同年景的條件下，就千粒重這單一指標(biāo)，晉麥91號的品種穩(wěn)定性要優(yōu)于對照晉麥47號。晉麥47號的理論千粒重K值雖然不穩(wěn)定，但是在2015年度，達(dá)到了46.3 g，說明晉麥47號籽粒的千粒重還有提升的潛力，在自然降雨條件下，并不能完全顯示出來。

由小麥籽粒灌漿的次級參數(shù)（表3）可知：旱地小麥的灌漿期35～40 d，在開花17～20 d時干物質(zhì)急劇增加，此時千粒重日增長量達(dá)到最大，由于年景不同，2015年度比2014年度最大灌漿速率出現(xiàn)時間推遲了2～3 d；晉麥91號和晉麥47號粒重日增長量最大值都在2.4 g以上，不同年景下晉麥91號品種穩(wěn)定性高于晉麥47號，且灌漿時間長，灌漿速度快，灌漿后期的持續(xù)性更久。

表2 小麥籽粒灌漿的logistic方程參數(shù)

表3 小麥籽粒灌漿的次級灌漿參數(shù)

2.3 小麥籽粒灌漿粒重與氣象指標(biāo)間的相關(guān)性分析

通過晉麥91號與晉麥47號籽粒灌漿粒重與15項氣象因素指標(biāo)相關(guān)性分析（表4）可見：氣象因素對灌漿的影響主要集中表現(xiàn)在溫度指標(biāo)上，其中平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫均達(dá)到了極顯著水平；地溫的6項指標(biāo)除5 cm地溫、最高氣溫外其余4項也均達(dá)到了極顯著水平；積溫達(dá)到了顯著水平；其余各項如日照時數(shù)、相對濕度、降水量、蒸發(fā)量、風(fēng)速均無明顯的相關(guān)。說明無論晉麥91號還是晉麥47號，灌漿期間，籽粒灌漿對于溫度指標(biāo)更加敏感一些；而降雨、風(fēng)速以及日照類指標(biāo)對籽粒灌漿的影響較小。

表4 氣象指標(biāo)與灌漿相關(guān)性分析

2.4 小麥灌漿粒重與氣象指標(biāo)間的逐步回歸分析

為了進(jìn)一步研究小麥灌漿粒重與氣象指標(biāo)之間數(shù)量關(guān)系，分別以晉麥91號和晉麥47號小麥粒重Y1、Y2為因變量，其他氣象指標(biāo)：平均氣溫 X1，最高氣溫 X2，最低氣溫 X3，相對濕度 X4，降水量 X5，蒸發(fā)量 X6，風(fēng)速 X7，平均地溫 X8，最高地溫 X9，最低地溫X10，5 cm 地溫 X11，10 cm 地溫 X12，20 cm 地溫 X13，日照數(shù)X14以及積溫X15為自變量，進(jìn)行多元線性逐步回歸分析，對于晉麥91號得到最優(yōu)回歸方程式為：Y1=-63.1563+8.4339X13-1.6546X9-0.3060X11（R12=0.8647），對回歸方程進(jìn)行顯著性檢驗（F1=23.44**），X13與Y1的偏回歸系數(shù)b1-13=8.4339**，表明用此方程模擬晉麥91號的灌漿過程具有可靠性，方程中帶入的第一個變量X13即20 cm地溫是影響晉麥91號小麥粒重的直接正向作用因子，X9最高地溫和X115 cm地溫是影響晉麥91號小麥粒重的間接因子，在X13穩(wěn)定的情況下對Y1起負(fù)向作用；同理對于晉麥47號，得到Y(jié)2=-61.6576+8.7200X13-1.79340X9-0.3408X11（R22=0.8695），對回歸方程進(jìn)行顯著性檢（F2=24.43**），X13與Y2的偏回歸系數(shù)b2-13=8.7200**，表明帶入的第一個變量X13也是影響晉麥47號小麥粒重的直接正向作用因子，X9和X11是影響晉麥47號小麥粒重的間接負(fù)向作用因子。

從上面兩個方程可以看到，自變量X13是因變量Y1、Y2直接因子，且具有極顯著的正效應(yīng)。X9和X11是間接因子，且與Y1、Y2負(fù)效應(yīng)。說明在旱作水平下，無論晉麥91號還是晉麥47號，20 cm地溫是旱地小麥品種灌漿粒重的主導(dǎo)因素，在20 cm地溫穩(wěn)定不變的情況下，間接因子也會影響旱地小麥的灌漿，最高地溫會限制小麥粒重的增幅，過高的地溫將造成小麥高溫逼熟，使小麥千粒重和產(chǎn)量以及小麥品質(zhì)嚴(yán)重下降。

3 結(jié)論與討論

小麥灌漿期間的氣象因素對旱地小麥灌漿特性的影響是非常明顯的，影響籽粒灌漿的主要?dú)庀笠蛩厥菧囟戎笜?biāo)，其中20 cm地溫對小麥灌漿影響很大。極端高溫常伴隨一定的風(fēng)力，使空氣濕度嚴(yán)重下降，形成所謂的“干熱風(fēng)”。在山西南部麥區(qū)每年5月中、下旬，常有超過33℃左右的高溫低濕大風(fēng)的干熱風(fēng)天氣，大氣干旱嚴(yán)重時造成麥穗、旗葉脫水青干，水分代謝嚴(yán)重失調(diào)，導(dǎo)致小麥植株灌漿時間嚴(yán)重縮短，灌漿后期的灌漿速率與最高溫度呈極顯著的線性負(fù)相關(guān)，灌漿速率下降，從而使小麥千粒重降低，整個灌漿過程受阻，籽粒重量大幅降低，這與胡剛元[12]的研究結(jié)果相同。“干熱風(fēng)”的發(fā)生不是人力所能干預(yù)的，隨著水資源的逐漸匱乏，尤其是在廣大的干旱區(qū)，進(jìn)行及時有效的灌溉更是難上加難。因此，通過育種手段選育出相對抗性較強(qiáng)的品種以及配合使用相配套的高產(chǎn)高效栽培技術(shù)來減輕“干熱風(fēng)”及土壤干旱的負(fù)面影響。例如在播種時，選擇合適的播期，適期早播，促使其早抽穗、早開花、早灌漿，減少后期高溫天氣對其灌漿的抑制作用，避開“干熱風(fēng)”等非生物逆境對作物的傷害；或者實行配方施肥，適當(dāng)控制氮肥用量，增施磷肥、鉀肥，避免后期貪青，提高植株的抗逆性；也可結(jié)合后期的防蟲治病，加噴磷酸二氫鉀、硼酸等葉面營養(yǎng)劑，以提高光合效率，改善籽粒品質(zhì)。

灌漿期間過多的陰雨也不利于灌漿的生理過程，特別是高溫下的暴雨、驟雨、雨后驟晴蒸熱，往往會出現(xiàn)雨后青干現(xiàn)象，對粒重造成的損失甚至比“干熱風(fēng)”天氣還要大，且過多的雨水也會使紋枯病、白粉病、赤霉病等小麥病蟲害大量發(fā)生，造成葉腐、稈腐和穗腐，一定程度上也影響了產(chǎn)量。此時需要按照分期治理、混合施藥兼治多種病蟲害的原則綜合防治，或結(jié)合一噴三防進(jìn)行綜合防治。

總之，氣象因素對旱地小麥灌漿特性的影響是多方面多原因的，灌漿過程是小麥產(chǎn)量形成的最終過程，旱地小麥的品種特性和配套的栽培措施所產(chǎn)生的效應(yīng)都會在此過程中集中表現(xiàn)出來。為保證糧食安全，在旱地小麥生產(chǎn)中，一定要選擇優(yōu)良品種和與之配套的高產(chǎn)高效栽培技術(shù)，以減輕不良?xì)庀笠蛩貛淼呢?fù)面影響，促進(jìn)旱地小麥生產(chǎn)持續(xù)穩(wěn)定的增產(chǎn)，保障廣大人民口糧的安全。

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