抗旱劑對(duì)小麥抗旱性、產(chǎn)量及水分利用效率的影響

席吉龍，張建誠，楊 娜，郝佳麗，姚景珍，席凱鵬，李永山，王 珂

（山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所，山西運(yùn)城 044000）

干旱脅迫已成為限制小麥產(chǎn)量的重要因子。干旱脅迫不僅造成小麥減產(chǎn)，還影響小麥的生長發(fā)育、生理生化代謝、基因表達(dá)[1]。在采用常規(guī)傳統(tǒng)耕作栽培技術(shù)增強(qiáng)小麥抗旱性的同時(shí)，利用小麥化學(xué)調(diào)控增強(qiáng)小麥抗旱性能及提高產(chǎn)量也是一條可行的路徑。前人研究結(jié)果表明，對(duì)作物抗旱有一定作用的化學(xué)物質(zhì)有脫落酸[2]、細(xì)胞分裂素[3]、氯化膽堿[3]、蕓苔素內(nèi)酯[3-4]、黃腐酸[5-6]、萘乙酸[7]、甜菜堿[8]、脯氨酸[9]、氯化鈣[10]、赤霉素[3，10]、水楊酸[11]、硫酸鋅[11]、稀土[12]等。但單一使用這些化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行抗旱效果并不理想，需要與其他物質(zhì)配合使用。但對(duì)復(fù)合抗旱劑研究報(bào)道較少，賈洪濤等[1]研究表明，小麥專用復(fù)方抗旱型浸種劑處理的種子發(fā)芽勢(shì)升高，小麥幼苗根數(shù)和根長均顯著增加；姚維傳等[13]研究表明，抗旱劑浸種，在干旱脅迫下能提高小麥的出苗率，增大根冠比，促進(jìn)小麥的苗期生長；梁志剛等[14]研究表明，GDR5號(hào)綠色抗旱劑噴施小麥增產(chǎn)效果顯著。而這些研究大多數(shù)在是實(shí)驗(yàn)室和盆栽環(huán)境下進(jìn)行的，且對(duì)小麥水分利用率的研究少有報(bào)道，尤其在田間干旱脅迫下的研究更少。

筆者前期應(yīng)用植物營養(yǎng)劑、植物生長調(diào)節(jié)劑、基因誘導(dǎo)劑、輔助劑和水，組成16種提高小麥抗旱能力的制劑配方，在小麥上進(jìn)行了一系列應(yīng)用增產(chǎn)效果及耐旱性研究，篩選出抗旱能力強(qiáng)的2個(gè)配方Kh-1和Kh-13[15]。為進(jìn)一步驗(yàn)證該配方的田間應(yīng)用效果，使該復(fù)合抗旱劑能盡快在生產(chǎn)上發(fā)揮應(yīng)有的作用，開展了大田旱地小麥復(fù)合抗旱劑拌種技術(shù)及節(jié)水效應(yīng)研究，以期為抗旱劑的開發(fā)應(yīng)用和小麥的節(jié)水栽培探索一條新路。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況及條件

試驗(yàn)于2013年10月至2014年6月在山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所牛家凹試驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行。試驗(yàn)所在地屬黃河流域西部典型旱地小麥區(qū)，每年種收一季小麥，壤質(zhì)土，肥力均勻；播前0～20 cm耕層土壤有機(jī)質(zhì)12.36 g/kg，全氮0.74 g/kg，有效磷9.5 mg/kg，速效鉀174.4 mg/kg。播前一次性施入尿素358.7 kg/hm2，重過磷酸鈣326 kg/hm2，中途不追肥。2013年10月8日播種，各處理田間管理一致，于2014年6月3日收獲。

1.2 試驗(yàn)材料

抗旱劑Kh-1，Kh-13由山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所研制和提供，其中，Kh-1配方主要由復(fù)合氨基酸液、螯合鈣、黃腐酸、調(diào)節(jié)劑組成；Kh-13配方主要由復(fù)合氨基酸液、誘導(dǎo)劑、調(diào)節(jié)劑、微量中量元素、輔助劑組成（Kh-13申報(bào)發(fā)明專利于2018年4月3日授權(quán)，專利號(hào)ZL201510479324.2）。參試小麥品種為國審麥運(yùn)旱618，由選育單位山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所提供。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)3個(gè)處理：1.Kh-1拌種；2.Kh-13拌種；3.清水拌種（CK）。重復(fù)3次，小區(qū)面積20 m2。干旱脅迫處理，測(cè)得播前10 cm土壤含水量為10.8%，相對(duì)含水量為51.4%，播后10 d內(nèi)采取旱棚避雨，第11天復(fù)水300 m3/hm2，第14天出苗結(jié)束。小麥出苗結(jié)束后接納雨水按常規(guī)大田管理。拌種方法：取Kh-1，Kh-13各100 mL，用1.5 kg自來水稀釋，噴灑在10 kg小麥種子堆上，邊噴邊翻，直至全部種子表皮濕潤，堆成小堆，蓋上膜布堆放4～6 h，待種子吸收藥液后供播種使用。每666.7m2種子用量10kg。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.4.1 土壤含水量測(cè)定 于小麥播前和成熟收獲時(shí)，采用土鉆人工鉆取0～100 cm深的土，每10 cm分層取土放入鋁盒中，在105℃下烘至恒質(zhì)量，測(cè)定土壤含水量。質(zhì)量含水量（%）＝（W濕－W干）/（W干－W）×100%，式中，W濕為濕土質(zhì)量＋鋁盒質(zhì)量（g）；W干為干土質(zhì)量＋鋁盒質(zhì)量（g）；W為鋁盒質(zhì)量（g）；體積含水量（%）＝質(zhì)量含水量×土壤容重（g/cm3）。

1.4.2 田間出苗率 在小麥出苗期，每小區(qū)選取3個(gè)有代表性的1 m長2行固定測(cè)樣點(diǎn)，查清樣點(diǎn)苗數(shù)，取其平均值換算為單位面積的基本苗。田間出苗率＝基本苗（株/hm2）/有效種子數(shù)（粒/hm2）×100%；有效種子數(shù)（粒 /hm2）＝播種量（kg/hm2）×種子數(shù)（粒/kg）×凈度×發(fā)芽率。

1.4.3 相對(duì)電導(dǎo)率 用DDS-Ⅱ型電導(dǎo)儀測(cè)定，相對(duì)電導(dǎo)率＝（C1/C2）×100%。C1為處理葉片樣品用無離子水浸泡2 h，在20～25℃恒溫下用電導(dǎo)儀測(cè)定的煮前電導(dǎo)率（C1）；C2為葉片樣品在置沸水中10～15 min，冷卻10 min，平衡后在20～25℃恒溫下用電導(dǎo)儀測(cè)定煮后電導(dǎo)率（C2）。

1.4.4 葉片相對(duì)含水率（RWC） 每處理取10個(gè)鮮葉稱質(zhì)量為鮮質(zhì)量（IW），將葉片置于無離子水中浸泡24 h后稱得飽和質(zhì)量（SW），再置于80℃烘干箱中烘干至恒質(zhì)量后稱得干質(zhì)量（DW）。

1.4.5 葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)參數(shù) 用美國OS-30P葉綠素?zé)晒鈨x測(cè)定，在田間晴天9：00—12：00測(cè)量，測(cè)量時(shí)把葉夾通光門關(guān)閉，把葉夾夾在葉片中部，暗適應(yīng)30 min后，直接測(cè)得初始熒光(Fo)、最大熒光(Fm)、可變熒光(Fv)、最大光化學(xué)量子產(chǎn)量光系統(tǒng)原初光能轉(zhuǎn)化效率（Fv/Fm）等參數(shù)，每處理隨機(jī)測(cè)5個(gè)葉片，取平均值作為測(cè)定值。

1.4.6 產(chǎn)量及產(chǎn)量結(jié)構(gòu) 在小麥成熟期調(diào)查固定樣點(diǎn)有效穗數(shù)，隨機(jī)剪取20個(gè)穗，統(tǒng)計(jì)穗粒數(shù)；脫粒清選后隨機(jī)數(shù)取2組樣品，每組500粒，稱質(zhì)量計(jì)算千粒質(zhì)量；于小麥成熟時(shí)取樣測(cè)產(chǎn)，每小區(qū)取樣面積20 m2，3次重復(fù)的平均結(jié)果為該小區(qū)產(chǎn)量，換算為標(biāo)準(zhǔn)含水的公頃產(chǎn)量。

1.4.7 耗水量與水分利用率

作物耗水量用農(nóng)田水分平衡法[17-18]計(jì)算，水分平衡方程式ETa＝P＋I(xiàn)＋ΔW，式中，ETa指作物生育期耗水量（mm），包括植株蒸騰量與植株間地表蒸發(fā)量；P指該時(shí)段降水量（mm），I指灌水量（mm）；ΔW指作物不同生育時(shí)期之間的土壤貯水變化量，即土壤貯水消耗量，用水層厚度Δh表示：Δh（mm）＝10∑（Δθi×Zi），i（1，m）。Δθi為土壤某一層次在給定時(shí)段內(nèi)體積含水量變化，Zi為土壤層次厚度（cm），i，m是指從土壤第i層到第m層。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫下抗旱劑拌種對(duì)小麥田間出苗率的影響

小麥播種出苗需要的適宜土壤含水量壤土地在17%～18%[19]，播前測(cè)得0～10 cm的土壤含水量僅為10.8%，其相對(duì)含水量為51.4%。從表1可以看出，在干旱脅迫下播后7 d，Kh-1拌種和Kh-13拌種出苗率分別達(dá)61.6%和61%，分別比對(duì)照提高了155.6%和153.1%，且差異達(dá)到極顯著水平；播后10 d，Kh-1拌種和Kh-13拌種出苗率分別比對(duì)照提高40.7%和40.0%，且差異達(dá)到極顯著水平；播種后第11天灌水300 m3/hm2，第14天調(diào)查，出苗率比對(duì)照分別提高21.1%和21.6%。說明抗旱劑拌種能促進(jìn)種子萌發(fā)，增強(qiáng)抗逆能力，利于苗齊苗壯。

表1 干旱脅迫下抗旱劑拌種對(duì)小麥田間出苗率影響 %

2.2 苗期幾種主要生理指標(biāo)測(cè)定

作物抗旱性是一系列生理生化反應(yīng)及其與環(huán)境條件共同作用的最終結(jié)果，相對(duì)電導(dǎo)率、葉片相對(duì)含水量、熒光參數(shù)（Fv/Fm）常用于抗旱性鑒定的主要指標(biāo)[16]。由表2可知，Kh-1和Kh-3相對(duì)電導(dǎo)率顯著低于對(duì)照，說明拌種處理細(xì)胞內(nèi)含物外滲較少，相對(duì)電導(dǎo)率愈小，表示細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)受害較輕，抗旱性增強(qiáng)。Kh-1和Kh-3的葉片相對(duì)含水量顯著高于對(duì)照，葉片在干旱脅迫時(shí)，能調(diào)整氣孔開張度，減少蒸騰，從而保持較高的含水量，抵御干旱的能力較強(qiáng)。拌種處理葉綠素?zé)晒鈪?shù)（Fv/Fm）均顯著高于對(duì)照，F(xiàn)v/Fm反映PSII中心的光能轉(zhuǎn)化效率，即拌種處理最大光化學(xué)量子產(chǎn)量高于對(duì)照，說明拌種處理在干旱脅迫下能抑制PSII最大光化學(xué)量子產(chǎn)量的降低，保持較強(qiáng)的光合作用。

表2 不同制劑拌種處理生理指標(biāo)測(cè)定結(jié)果

2.3 抗旱劑拌種對(duì)產(chǎn)量及產(chǎn)量結(jié)構(gòu)的影響

由表3可知，Kh-1，Kh-13穗數(shù)分別比對(duì)照顯著提高了32.27%和30.8%，穗粒數(shù)分別比對(duì)照顯著提高了17.70%和19.22%，對(duì)千粒質(zhì)量的影響不顯著。Kh-1和Kh-13小麥產(chǎn)量分別比對(duì)照顯著提高了59.11%和56.06%。說明用Kh-1，Kh-13拌種能提高田間出苗率，增加小麥群體數(shù)量和穗數(shù)，促進(jìn)小穗分化，增加穗粒數(shù)，從而使小麥產(chǎn)量顯著提高。

表3 抗旱劑拌種對(duì)產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響

2.4 抗旱劑拌種對(duì)小麥水分利用率的影響

從表4可以看出，Kh-1和Kh-13拌種的小麥水分利用率相同，均比對(duì)照水分利用率顯著提高了60.81%。表明播期水分脅迫下，通過抗旱劑拌種，能增強(qiáng)種子活力，有利于苗齊苗壯、群體數(shù)量和質(zhì)量提高，增強(qiáng)抵御干旱的能力，充分利用生育期降雨，減少小麥總耗水量，發(fā)揮品種的增產(chǎn)潛力，能提高產(chǎn)量和水分利用率。

表4 抗旱劑拌種對(duì)小麥水分利用率的影響

3 結(jié)論與討論

3.1 抗旱劑拌種可以顯著提高小麥抗旱能力

干旱脅迫下，電導(dǎo)率、離體葉片相對(duì)含水率、葉綠素?zé)晒鈪?shù)會(huì)發(fā)生顯著變化，因而，其常作為鑒定作物抗旱能力的重要指標(biāo)[16-20]。筆者前期研究表明，干旱脅迫下，Kh-1和Kh-13處理的電導(dǎo)率、離體葉片相對(duì)含水率、葉綠素?zé)晒鈪?shù)等生理生化指標(biāo)均優(yōu)于對(duì)照[15]。本研究再次驗(yàn)證了抗旱劑對(duì)電導(dǎo)率、離體葉片相對(duì)含水率、葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響，顯示抗旱性顯著增強(qiáng)。Kh-1和Kh-13這2種拌種劑處理后，播后7 d田間出苗率分別達(dá)61.6%和61.0%，分別比對(duì)照提高155.6%和153.1%，10 d出苗率分別比對(duì)照提高40.7%和40.0%。說明這2種抗旱劑能調(diào)節(jié)干旱逆境下小麥的生理生化過程，能促進(jìn)種子萌發(fā)和幼苗生長發(fā)育，提高個(gè)體質(zhì)量，增強(qiáng)抗逆能力，保持葉片相對(duì)含水率，增強(qiáng)小麥抗旱性。

3.2 抗旱劑拌種可以顯著提高產(chǎn)量和水分利用率

應(yīng)用抗旱劑不僅可以提高小麥的抗旱性，使小麥在干旱條件下仍能保持正常的生長發(fā)育，而且可以獲得較好的作物產(chǎn)量。在孕穗期噴施Kh-1和Kh-13，能促進(jìn)幼穗的發(fā)育，提高小麥穗粒數(shù)，增加產(chǎn)量，穗粒數(shù)分別顯著提高了17.30%和22.36%；產(chǎn)量分別顯著增加了20.78%和38.48%[15]。本研究運(yùn)用抗旱劑拌種在干旱脅迫下可以顯著提高小麥穗數(shù)、穗粒數(shù)和產(chǎn)量。Kh-1和Kh-13穗數(shù)比對(duì)照分別提高32.27%和30.8%，穗粒數(shù)分別比對(duì)照提高17.70%和19.22%；產(chǎn)量分別比對(duì)照提高59.11%和56.06%。Kh-1和Kh-13拌種的小麥水分利用率均比對(duì)照極顯著提高了60.81%。試驗(yàn)證明，2種抗旱劑均有顯著增強(qiáng)小麥抗旱性、增加產(chǎn)量和提高水分利用率的功能。

本試驗(yàn)?zāi)甓刃←湶テ谠庥鰢?yán)重干旱脅迫，使抗旱劑的功能得到充分發(fā)揮，在抗旱性、產(chǎn)量和水分利用等方面表現(xiàn)突出。

3.3 加快抗旱劑的研究和應(yīng)用

近年來，作物化學(xué)抗旱技術(shù)得到迅速發(fā)展，成為與節(jié)水灌溉、地膜覆蓋、深耕蓄水保墑等抗旱節(jié)水技術(shù)并駕齊驅(qū)的又一重要的抗旱技術(shù)[21]。但具有突出抗旱效果的抗旱劑產(chǎn)品極少，在生產(chǎn)中應(yīng)用與推廣速度較慢，究其原因，是缺乏相應(yīng)的應(yīng)用基礎(chǔ)研究與技術(shù)指導(dǎo)[22]。針對(duì)這2種抗旱劑我們還進(jìn)行了與同類產(chǎn)品的效果對(duì)比以及最佳使用濃度和作用機(jī)理研究。結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際需求，進(jìn)一步開展多地多點(diǎn)示范，建立不同土壤、不同作物、不同品種、不同生育期條件下抗旱制劑的最佳施用模式，形成一套化學(xué)抗旱節(jié)水的實(shí)用技術(shù)體系，加快新制劑的研究示范與推廣。