10個(gè)旱地春小麥品種(系)在隴中半干旱區(qū)的比較試驗(yàn)

馬明生，柳燕蘭，郭賢仕

(1.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 旱地農(nóng)業(yè)研究所，蘭州 730070；2．甘肅省旱作區(qū)水資源高效利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州 730070)

小麥?zhǔn)歉拭C省主要的糧食作物，也是重要的口糧作物，關(guān)系到區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和糧食安全，隴中半干旱地區(qū)作為甘肅省糧食生產(chǎn)新的增長(zhǎng)極，在保障區(qū)域糧食自給和糧食安全方面承擔(dān)著重要作用。而干旱脅迫是該區(qū)域春小麥生產(chǎn)最大的制約因素，節(jié)水抗逆小麥新品種的篩選和應(yīng)用成為穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)的關(guān)鍵[1]。近年來，在小麥全膜覆土穴播栽培技術(shù)推動(dòng)下，該區(qū)域旱地小麥產(chǎn)量較常規(guī)種植模式提高了40%～220%，取得了突破性進(jìn)展[2]。但是，由于小麥種植效益較低，加之近年來農(nóng)民對(duì)小麥種植的不重視，使小麥優(yōu)良品種資源利用率較低、新審定的優(yōu)良品種推廣不順、主導(dǎo)品種不明確、農(nóng)民互相串換種植現(xiàn)象普遍，嚴(yán)重影響了小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的提升[3]。因此，急需引進(jìn)篩選一批抗旱性、抗條銹病、抗倒伏性等表現(xiàn)優(yōu)良，且豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)性較好的新品種，推進(jìn)優(yōu)良品種資源的應(yīng)用和新老品種的更新?lián)Q代。

本研究針對(duì)隴中半干旱區(qū)春小麥優(yōu)良品種資源稀少、新老品種更新?lián)Q代較慢、抗逆性較差等問題，在甘肅定西以當(dāng)?shù)刂髟缘摹]春27’為對(duì)照，引進(jìn)9個(gè)春小麥品種(系)，在全膜覆土穴播栽培模式下，通過分析不同品種(系)的產(chǎn)量、農(nóng)藝性狀、抗逆性、葉片SPAD值等，探討供試品種(系)在研究區(qū)域的綜合適應(yīng)性，旨在豐富和完善該區(qū)域春小麥品種資源，加快優(yōu)良品種的推廣應(yīng)用，配套全膜覆土穴播栽培技術(shù)，顯著提升小麥生產(chǎn)水平。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2015年在甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院定西旱作農(nóng)業(yè)試驗(yàn)站(農(nóng)業(yè)部西北黃土高原地區(qū)作物栽培科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站)進(jìn)行。該區(qū)海拔 1 970 m，年均氣溫6.2 ℃，年輻射總量5 898 MJ/m2，年日照時(shí)數(shù)2 500 h，≥10 ℃積溫2 075.1 ℃，無(wú)霜期140 d，屬中溫帶半干旱氣候。作物一年一熟，無(wú)灌溉，為典型旱地雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)，年均降水總量為415 mm，6-9月降水量占年降水的68%，降水相對(duì)變率為24%，400 mm降水保證率為48%。試驗(yàn)區(qū)土壤為黃綿土，0～30 cm土層平均體積質(zhì)量1.25 g/cm3，永久凋萎系數(shù)為7.2%。春小麥生育期多年平均降雨量201 mm，2015年春小麥生育期降水量207.3 mm，屬平水年。

1.2 供試材料及來源

供試春小麥品種(系)共10個(gè)，分別為‘西旱2號(hào)’‘甘春25’‘05052-2’‘定西40’‘定西45-6’‘隴春35’‘04(4)-6-1’‘06(148)-2-1’‘和尚頭’，以‘隴春27’作為對(duì)照，供試材料來源見表1。

表1 供試春小麥品種(系)來源Table 1 Source of spring wheat varieties(lines)

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用完全隨機(jī)設(shè)計(jì)，重復(fù)3次，小區(qū)面積3.6 m×5.0 m=18 m2。采用全膜覆土穴播栽培方式，每穴播8～10粒，種植行距20 cm，穴距13 cm，播量300萬(wàn)～375萬(wàn)粒/hm2。各處理施肥量均為N 135 kg/hm2，P2O590 kg/hm2，K2O 63 kg/hm2，播前一次性基施。2015-03-28播種，2015-08-03收獲。全生育期無(wú)灌溉，根據(jù)出苗情況及時(shí)進(jìn)行放苗，適期進(jìn)行雜草防除，成熟期及時(shí)人工收獲。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.4.1 生育期 記載各品種拔節(jié)期、抽雄期、揚(yáng)花期、灌漿期、成熟期。

1.4.2 籽粒產(chǎn)量 各小區(qū)實(shí)收計(jì)產(chǎn)，風(fēng)干后計(jì)算籽粒產(chǎn)量，然后換算成單位面積籽粒產(chǎn)量。

1.4.3 耗水量(ET)及水分利用效率(WUE) 小麥播前和收獲時(shí)分別用土鉆法測(cè)定每個(gè)小區(qū)2 m土層(每20 cm為一個(gè)層次)的土壤含水率，然后轉(zhuǎn)化為以mm為單位的播前和收獲時(shí)的土壤貯水量。小麥生育期降雨量通過自動(dòng)氣象站獲得。利用土壤水分平衡方程計(jì)算每個(gè)小區(qū)的作物耗水量(ET)。

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

WUE(kg·hm-2·mm-1)=小麥籽粒產(chǎn)量(kg·hm-2)/耗水量(mm)

1.4.4 條銹病發(fā)病情況及倒伏率 根據(jù)病情發(fā)展，在小麥銹病發(fā)病盛期調(diào)查病害發(fā)生情況，調(diào)查旗葉發(fā)病的普遍率、嚴(yán)重度和反應(yīng)型。其中，反應(yīng)型是根據(jù)小麥過敏性壞死反應(yīng)有無(wú)和其強(qiáng)度劃分的病斑類型，用以表示小麥品種抗銹程度，按0、0；、1、2、3、4共6個(gè)類型記載，各類型可附加“-”或 “+”號(hào)，以表示偏輕或偏重，劃分標(biāo)準(zhǔn)如下：0(免疫型)，葉上不產(chǎn)生任何可見的癥狀；0；(近免疫型)，葉上產(chǎn)生小型枯死斑，不產(chǎn)生夏孢子堆；1(高度抗病型)，葉上產(chǎn)生枯死條點(diǎn)或條斑，夏孢子堆很小，數(shù)目很少；2(中度抗病型)，夏孢子堆小到中等大小，較少，其周圍葉組織枯死或顯著褪綠；3(中度感病型)，夏孢子堆較大、較多，其周圍葉組織有褪綠現(xiàn)象；4(高度感病型)，夏孢子堆大而多，周圍不褪綠。具體調(diào)查和計(jì)算方法參照商鴻生等[4]介紹的方法。小麥成熟期調(diào)查各品種(系)的倒伏情況，倒伏率為每個(gè)小區(qū)倒伏面積占小區(qū)總面積的比例。

1.4.5 葉片SPAD值 在小麥拔節(jié)期、揚(yáng)花期和灌漿期分別用SPAD-502葉綠素儀測(cè)定旗葉SPAD值，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取長(zhǎng)勢(shì)均勻的20株進(jìn)行測(cè)定。

1.4.6 考種分析 成熟后每小區(qū)隨機(jī)選取20株進(jìn)行考種分析。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2007和DPS 7.05統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并用Tukey法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 供試品種(系)生育期

表2顯示，10個(gè)供試材料的生育期為120～128 d，對(duì)照品種‘隴春27’生育期為123 d。其中，‘定西40’和‘04(4)-6-1’表現(xiàn)最晚熟，均為128 d，‘06(148)-2-1’表現(xiàn)最早熟，為120 d。灌漿持續(xù)期的長(zhǎng)短對(duì)最終籽粒形成影響較大，從結(jié)果來看，‘05052-2’的灌漿持續(xù)期最長(zhǎng)，為39 d，‘04(4)-6-1’的灌漿持續(xù)期最短，為35 d。

表2 供試春小麥品種(系)的主要生育時(shí)期Table 2 Growth period of spring wheat varieties(lines)

2.2 供試品種(系)籽粒產(chǎn)量及水分利用效率

由表3可知，2015年研究區(qū)域春小麥生育期降雨量相對(duì)充裕，達(dá)到207.3 mm，在充足的土壤水分供應(yīng)條件下，供試材料籽粒產(chǎn)量均相對(duì)較高，平均達(dá)到4 057.61 kg·hm-2，且不同品種(系)間差異顯著(P<0.05)。‘甘春25’‘05052-2’‘西旱2號(hào)’‘06(148)-2-1’‘隴春35’等品種(系)的籽粒產(chǎn)量高于對(duì)照品種‘隴春27’，其中，‘甘春25’籽粒產(chǎn)量最高為5 000.3 kg·hm-2，‘定西40’和‘和尚頭’由于倒伏嚴(yán)重且倒伏時(shí)間較早，產(chǎn)量均較低，分別為2 426.1和2 870.5 kg·hm-2。

不同品種(系)間耗水量和水分利用效率同樣差異顯著(P<0.05)?！蚀?5’、‘05052-2’耗水量高于對(duì)照品種‘隴春27’，在獲得高產(chǎn)的同時(shí)消耗了相對(duì)較多的土壤水分，但不同品種(系)間耗水量變異系數(shù)明顯小于籽粒產(chǎn)量和WUE的變異系數(shù)，‘甘春25’耗水量最大，‘04(4)-6-1’耗水量最小，二者相差7.2%。WUE的變化趨勢(shì)與籽粒產(chǎn)量基本一致，‘甘春25’‘西旱2號(hào)’‘05052-2’‘06(148)-2-1’‘隴春35’等品種(系)WUE高于對(duì)照品種‘隴春27’，‘甘春25’最高，‘定西40’最低，分別為13.15和6.61 kg·hm-2·mm-1，二者相差達(dá)到了98.9%。從以上試驗(yàn)結(jié)果可知，不同小麥品種(系)因其耗水特征以及氣孔特性、光合能力等生理生態(tài)特征的不同而在水分利用效率上表現(xiàn)出顯著差異，且較高的水分利用效率建立在較高的籽粒產(chǎn)量基礎(chǔ)上，而并非是因?yàn)橄牧讼鄬?duì)較少的土壤水分。

2.3 供試品種(系)主要農(nóng)藝性狀

從主要農(nóng)藝性狀結(jié)果(表4)來看，不同品種(系)間株高、穗長(zhǎng)、小穗數(shù)、穗粒數(shù)、穗粒質(zhì)量及千粒質(zhì)量差異均達(dá)到顯著水平(P<0.05)。其中，‘隴春35’‘和尚頭’‘定西40’‘05052-2’‘甘春25’的株高大于對(duì)照品種‘隴春27’、‘04(4)-6-1’和‘隴春35’的穗長(zhǎng)和小穗數(shù)大于對(duì)照品種‘隴春27’，‘04(4)-6-1’和‘西旱2號(hào)’的穗粒數(shù)大于‘隴春27’，而千粒質(zhì)量除了‘定西40’‘和尚頭’及‘定西45-6’外，其余品種(系)均大于‘隴春27’。

‘甘春25’的高產(chǎn)性主要體現(xiàn)在千粒質(zhì)量方面，‘定西40’‘隴春35’‘和尚頭’由于株高較大，在本年度降雨較多的情況下發(fā)生了嚴(yán)重倒伏現(xiàn)象，致使產(chǎn)量偏低?！]春35’各項(xiàng)指標(biāo)均表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)，但是較大的株高同樣增加了倒伏發(fā)生率，可能會(huì)對(duì)產(chǎn)量形成造成一定影響。

表3 供試春小麥品種(系)籽粒產(chǎn)量、耗水量及水分利用效率Table 3 Grain yield,evaportranspiration(ET) and water use efficiency(WUE) of spring wheat varieties(lines)

注：同列不同字母表示在0.05水平差異顯著，下同。

Note：Different letters in the same columns indicate significant difference at 0.05 level,the same below.

表4 供試春小麥品種(系)主要農(nóng)藝性狀Table 4 Agronomic characters of spring wheat varieties(lines)

2.4 供試品種(系)抗逆性

試驗(yàn)結(jié)果(表5)表明，在2015年降雨條件下，除了‘04(4)-6-1’和‘06(148)-2-1’外，其余供試品種(系)在灌漿期均發(fā)生不同程度的倒伏現(xiàn)象。其中，‘05052-2’‘定西40’和‘和尚頭’在灌漿中期全部倒伏，對(duì)籽粒灌漿造成了顯著影響。從條銹病的發(fā)病情況來看，‘06(148)-2-1’‘04(4)-6-1’‘05052-2’和‘西旱2號(hào)’的發(fā)病嚴(yán)重度相對(duì)較高，‘06(148)-2-1’和‘西旱2號(hào)’的發(fā)病普遍率相對(duì)較高，‘06(148)-2-1’的平均嚴(yán)重度和普遍率分別達(dá)到43.40%和81.00%，且‘06(148)-2-1’的反應(yīng)型達(dá)到了4級(jí)，較高的發(fā)病率和嚴(yán)重度同樣影響了籽粒的正常灌漿；‘甘春25’在本降水年型抗倒伏性較差，但在抗條銹病方面表現(xiàn)出了較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。

2.5 供試品種(系)旗葉SPAD值及其與籽粒產(chǎn)量的關(guān)系

試驗(yàn)結(jié)果(表6)顯示，不論在哪個(gè)測(cè)定時(shí)期，10個(gè)供試材料的旗葉SPAD值均差異顯著(P<0.05)，且灌漿期的變異系數(shù)最大?！]春35’‘05052-2’‘甘春25’‘西旱2號(hào)’的旗葉SPAD值在3個(gè)測(cè)定時(shí)期均相對(duì)較大，尤其表現(xiàn)在灌漿期，說明該品種(系)葉片持綠期較長(zhǎng)，有利于光合產(chǎn)物的積累和運(yùn)轉(zhuǎn)，這是作物獲得高產(chǎn)的關(guān)鍵。

從不同春小麥品種(系)和測(cè)定時(shí)期對(duì)旗葉SPAD值影響的方差分析結(jié)果來看(表7)，品種(系)和測(cè)定時(shí)期對(duì)小麥旗葉SPAD值的影響均達(dá)到極顯著水平，且測(cè)定時(shí)期的影響大于品種(系)的影響。此外，二因素的互作效應(yīng)對(duì)SPAD值的影響同樣達(dá)到了極顯著水平。

表5 供試春小麥品種(系)倒伏率與發(fā)病情況Table 5 Lodging rate and incidence of spring wheat varieties(lines)

表7 不同春小麥品種(系)和測(cè)定時(shí)期對(duì)旗葉SPAD值影響的方差分析Table 7 Variance analysis of effect of different varieties and determination time on SPAD value of flag leaves

有研究表明，作物葉片SAPD值與產(chǎn)量存在著線性相關(guān)關(guān)系[5-6]，從本試驗(yàn)供試春小麥旗葉SPAD值與籽粒產(chǎn)量的相關(guān)性分析結(jié)果(圖1)可知，揚(yáng)花期小麥旗葉SPAD值與籽粒產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)關(guān)系(R2=0.549 3)。小麥揚(yáng)花期旗葉SPAD值可作為高產(chǎn)和高水分利用效率品種篩選的參考指標(biāo)。

“**”和“*”分別代表1%和5%的差異顯著水平

3 結(jié)論與討論

3.1 不同品種春小麥產(chǎn)量與水分利用效率差異

由于作物本身的特性，包括形態(tài)、抗旱性的差異、解剖結(jié)構(gòu)、CO2同化方式及氣孔行為的不同，使不同作物品種在水分消耗、產(chǎn)量形成上表現(xiàn)出差異性，同一作物不同品種間也存在差異[7]，董寶娣等[8]研究表明，不同小麥品種的耗水量、籽粒產(chǎn)量和水分利用效率存在差異，產(chǎn)量差異為44.9%，水分利用效率差異為42.2%，他們根據(jù)產(chǎn)量、耗水量和水分利用效率把小麥品種分為高產(chǎn)高水分利用型、高產(chǎn)中水分利用型、中產(chǎn)中水分利用型和低產(chǎn)低水分利用型，篩選適宜的節(jié)水品種是提高小麥產(chǎn)量同時(shí)又節(jié)約水資源的重要環(huán)節(jié)。本研究結(jié)果顯示，參試春小麥品種(系)在籽粒產(chǎn)量和WUE方面均表現(xiàn)出顯著的差異性(P<0.05)，有5個(gè)品種(系)籽粒產(chǎn)量和WUE超過了對(duì)照‘隴春27’，其中‘甘春25’的籽粒產(chǎn)量和WUE均最高，較對(duì)照增產(chǎn)20.0%，WUE提高了17.5%，但耗水量?jī)H比對(duì)照增加了2.1%，這可能與不同小麥品種(系)個(gè)生育階段的耗水特征有關(guān)[9]，高水分利用型品種(系)在生育期總耗水量變化不大的情況下，在階段耗水分布方面優(yōu)于低水分利用型品種(系)，具有更加合理的耗水過程，從而顯著提高了小麥籽粒產(chǎn)量和WUE；另一方面，不同品種(系)春小麥WUE的差異是基于品種(系)間葉片氣孔密度、氣孔導(dǎo)度等的差異[10]。因此，通過高產(chǎn)高水分利用型春小麥品種篩選應(yīng)用來實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)節(jié)水潛力巨大。

3.2 不同品種春小麥抗逆性差異

不同作物品種的抗逆性存在顯著差異，而抗逆性的強(qiáng)弱是作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的關(guān)鍵。倒伏是制約小麥高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的主要限制因素之一，根據(jù)倒伏時(shí)期不同，小麥產(chǎn)量會(huì)有 5%～50%的減產(chǎn)，灌漿后倒伏會(huì)使小麥產(chǎn)量損失40%，而且顯著影響小麥子粒的品質(zhì)[11-13]。國(guó)內(nèi)外對(duì)小麥倒伏十分重視，一直把抗倒伏作為育種和栽培的重要目標(biāo)[14-15]。倒伏分為根倒伏和莖倒伏，其中莖倒伏是小麥倒伏普遍類型，而且與品種特性和栽培措施關(guān)系較為密切。本研究中，10個(gè)參試品種(系)除了‘04(4)-6-1’和‘06(148)-2-1’未發(fā)生倒伏外，其余8個(gè)品種(系)均發(fā)生了不同程度的倒伏，平均倒伏率達(dá)到92.3%，這與其相對(duì)較大的株高(平均株高116.7 cm)及試驗(yàn)?zāi)攴莨酀{期較多的降雨有關(guān)。說明在全膜覆土穴播栽培方式下，以上8個(gè)品種(系)在較好的降水條件下會(huì)使小麥基部第一節(jié)間變長(zhǎng)，增大小麥倒伏風(fēng)險(xiǎn)。在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)通過密度、施肥等農(nóng)藝措施調(diào)節(jié)小麥根冠比、株高和莖粗等指標(biāo)，有效降低倒伏對(duì)籽粒產(chǎn)量的影響[16]。

研究與實(shí)踐證明，篩選并推廣應(yīng)用抗病品種是防止條銹病危害、保證小麥穩(wěn)產(chǎn)增收最為經(jīng)濟(jì)、有效的手段[17]。代君麗等[18]研究發(fā)現(xiàn)，成株期參試的60個(gè)小麥品種中有38個(gè)品種對(duì)所有條銹菌優(yōu)勢(shì)小種表現(xiàn)抗病，抗病品種可能含有抗條銹病基因Yr1。本研究結(jié)果表明，‘甘春25’‘定西40’‘隴春27’和‘隴春35’等品種(系)在抗條銹病方面表現(xiàn)較好，平均嚴(yán)重度和普遍率分別為6.3%～9.6%和4.0%～12.0%，‘06(148)-2-1’病害最嚴(yán)重，平均嚴(yán)重度和普遍率分別達(dá)到43.4%和81.0%，且反應(yīng)型達(dá)到4級(jí)，這對(duì)其產(chǎn)量形成造成了一定的影響。

3.3 不同品種春小麥旗葉SPAD值及其與籽粒產(chǎn)量的關(guān)系

大量研究表明，作物葉片SPAD值能夠預(yù)測(cè)小麥、水稻、玉米、番茄等作物葉片單位面積的葉綠素含量，并與葉綠素含量呈顯著正相關(guān)，可估算植株全氮含量進(jìn)行氮素營(yíng)養(yǎng)狀況診斷[19-22]；有研究發(fā)現(xiàn)，不同品種及不同葉位小麥葉片SPAD值明顯不同，小麥葉片SPAD值與葉綠素含量之間的關(guān)系因品種和生育時(shí)期的不同而有明顯差異，同一品種小麥不同葉位葉片SPAD值與葉綠素含量呈極顯著正相關(guān)[23-24]。SPAD值可間接反映作物含氮量，因而可根據(jù)作物生理發(fā)育時(shí)期葉片的SPAD值對(duì)產(chǎn)量進(jìn)行預(yù)測(cè)，于亞利等[25]研究表明，春玉米12葉期的上位葉及抽雄期穗位葉SPAD值可作為早期預(yù)測(cè)玉米產(chǎn)量的指標(biāo)，段紅霞等[22]研究表明，灌漿中后期晚稻劍葉的SPAD值可用來表征水稻產(chǎn)量變化。本研究結(jié)果顯示，不同品種(系)和測(cè)定時(shí)期對(duì)小麥旗葉SPAD值的影響均達(dá)到極顯著水平，高產(chǎn)品種(系)‘甘春25’‘西旱2號(hào)’等的旗葉SPAD值在各測(cè)定時(shí)期均相對(duì)較高，為高產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)；另外，本研究發(fā)現(xiàn)，揚(yáng)花期小麥旗葉SPAD值與籽粒產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)，可作為高產(chǎn)和高水分利用效率品種篩選的參考指標(biāo)進(jìn)行應(yīng)用。

通過本研究綜合評(píng)價(jià)，‘甘春25’在籽粒產(chǎn)量、水分利用效率、抗逆性等方面綜合表現(xiàn)較好，可配套全膜覆土穴播栽培技術(shù)進(jìn)行大面推廣應(yīng)用；‘西旱2號(hào)’和‘05052-2’表現(xiàn)出較好的產(chǎn)量效應(yīng)，但其抗病性相對(duì)較差，有待進(jìn)一步研究評(píng)價(jià)；另外，‘06(148)-2-1’在千粒質(zhì)量和產(chǎn)量方面均表現(xiàn)出一定的優(yōu)勢(shì)，但是較高的條銹病發(fā)生率同樣帶來了較大的產(chǎn)量風(fēng)險(xiǎn)。此外，本研究表明，小麥揚(yáng)花期旗葉SPAD值可作為早期進(jìn)行旱地春小麥產(chǎn)量篩選的參考指標(biāo)。