水分處理對河南省主推小麥品種籽粒灌漿特性的影響

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(1.河南科技大學(xué)，河南 洛陽 471023； 2.洛陽市農(nóng)林科學(xué)院，河南 洛陽 471023)

進(jìn)入21世紀(jì)，我國小麥品種選育水平顯著提升，科研院所、高校、企業(yè)發(fā)掘和創(chuàng)造了一批優(yōu)質(zhì)育種材料，選育了一批突破性優(yōu)異的小麥品種。河南省審定的矮抗58、周麥22、鄭麥9023、鄭麥366、鄭麥7698、豫麥49-198號(hào)、豫麥70-36、偃展4110、周麥16、周麥18、周麥26、周麥27、洛麥23等,以其高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、廣適，推廣生命周期長、面積大，成為黃淮麥區(qū)的主導(dǎo)品種,這些優(yōu)秀的品種在推動(dòng)種業(yè)發(fā)展的同時(shí)，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，為中國農(nóng)業(yè)發(fā)展和糧食安全做出了重大貢獻(xiàn)[1-3]。2001—2018年河南省共審定品種268個(gè)，但依舊存在審定品種多、可利用品種少的局面[1]。品種通過審定并能大面積推廣除了品種過硬之外還需對品種的栽培特性進(jìn)行深入研究，真正做到良種良法相配套。

河南省是我國第一小麥生產(chǎn)大省，屬季風(fēng)氣候，降雨量充足，7—9月降水量占全年降水量的70%以上，但在冬小麥生長期間降水量少，年降水僅能滿足小麥需水量的25%～40%，且由于降雨的時(shí)間分配和地區(qū)分配與小麥生長發(fā)育過程的需水時(shí)期和需水量不協(xié)調(diào)，不能滿足小麥正常生長發(fā)育需水量，水分成為制約小麥生產(chǎn)的主要因素之一。小麥生產(chǎn)中發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)，篩選節(jié)水豐產(chǎn)性品種并研究配套的節(jié)水豐產(chǎn)技術(shù)成了小麥研究的重中之重[4]。

粒重是決定小麥產(chǎn)量高低的重要因素之一，籽粒灌漿特性主要影響小麥的粒重，受遺傳、氣候和栽培管理措施影響。灌漿持續(xù)期主要取決于環(huán)境因素，干熱風(fēng)是影響河南小麥灌漿期長短的主要因素,河南小麥灌漿期35 d左右，在較短的灌漿期內(nèi)增加小麥粒重是小麥高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的關(guān)鍵，適量的水分是克服高溫干熱風(fēng)對小麥灌漿的不良影響的重要因素[5]。

本研究選取河南省主推品種和正在參加生產(chǎn)試驗(yàn)的有望審定的苗頭品系，進(jìn)行不同水分處理試驗(yàn)，對產(chǎn)量和灌漿特性對水分的響應(yīng)進(jìn)行研究，在品種審定的同時(shí)研究其品種特性，實(shí)現(xiàn)良種良法配套，以期在生產(chǎn)上降低各種災(zāi)害的危害程度，規(guī)避生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)約資源，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效[6-8]。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)時(shí)間、地點(diǎn)

試驗(yàn)于2016—2017年度在洛陽農(nóng)林科學(xué)院區(qū)域試驗(yàn)站高產(chǎn)攻關(guān)田進(jìn)行。

1.2 供試材料

試驗(yàn)材料共12個(gè)小麥品種：百農(nóng)419(豫審麥2017003)、洛麥28(豫審麥2015005)、泉麥890(國審麥20170008)、鄭麥129(豫審麥2017005)、豐德存麥12(國審麥20170010)、洛麥26(豫審麥2014018、國審麥20180025)、鄭麥369(國審麥20180030)、豫農(nóng)186(豫審麥2017002)、鄭麥103(豫審麥2014019)、鄭麥583(豫審麥2012003)、鄭育麥16(國審麥20180020)和周麥18(國審麥2005006)。試驗(yàn)開展時(shí)洛麥28、洛麥26、鄭麥103、鄭麥583剛通過河南省農(nóng)作物品種審定委員會(huì)審定，其他品系正在參加區(qū)域試驗(yàn)。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

每組試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，分為3個(gè)處理：處理Ⅰ(未灌水W 0)、處理Ⅱ(澆灌拔節(jié)水W 1)、處理Ⅲ(澆灌拔節(jié)水和灌漿水W 2)，共3次重復(fù)。試驗(yàn)田行長7 m，行區(qū)為6，行距20 cm，走道1 m。試驗(yàn)于2016年10月10日播種。2017年3月20日左右澆拔節(jié)水，5月2日左右澆灌漿水，灌水量900 m3/hm2。試驗(yàn)按一般大田試驗(yàn)管理。

1.4 取樣方法

取樣于4月20日開始，計(jì)劃每隔5 d取樣1次，共9個(gè)時(shí)期，因天氣取樣時(shí)間有所變動(dòng)，分別為4月20日、4月25日、4月28日、5月5日、5月9日、5月14日、5月19日、5月24日和5月28日。在采樣區(qū)，選取同1天開花生長整齊且一致的麥穗進(jìn)行標(biāo)記，每次取樣5穗，放置烘箱中用105 ℃殺青0.5 h，然后降至80 ℃烘干稱重。

1.5 數(shù)據(jù)分析方法

采用DPS軟件模擬灌漿過程，計(jì)算得出灌漿系數(shù)，再以此計(jì)算出次級(jí)參數(shù)[9-12]。

以開花后的天數(shù)(t)為自變量,每次測得的千粒重(Y)為因變量，用Logistic方程W=K/(1+eA+Bt)對籽粒生長過程進(jìn)行擬合,其中K為灌漿結(jié)束時(shí)所能達(dá)到的最大千粒重，A、B為方程參數(shù)，用決定系數(shù)R表示其擬合優(yōu)度。

根據(jù)Logistic方程和該方程的一級(jí)和二級(jí)導(dǎo)數(shù)，推導(dǎo)出一系列灌漿參數(shù)。

1) 灌漿高峰期開始日期t1=[A-ln(2+1.732)]/(-B)；灌漿漸增期持續(xù)時(shí)間(天數(shù))T1；累積籽粒重K1；平均灌漿速率V1=K1/t1。

2) 灌漿高峰期結(jié)束日期t2=[A+ln(2+1.732)]/(-B)；灌漿速增期持續(xù)時(shí)間，(天數(shù))T2=t2-t1，平均灌漿速率V2=(K2-K1)/(t2-t1)；累積籽粒重K2=Kt2-Kt1；

3) 灌漿終期(Y達(dá)99%K)日期t3=(4.595 12+A/(-B)；灌漿緩增期持續(xù)時(shí)間(天數(shù))T3=t3-t2,平均灌漿速率V3=(K3-K2)/(t3-t2),累積籽粒重K3=Kt3-Kt2。

4) 最大灌漿速率出現(xiàn)日期Tm=-A/B，最大灌漿速率Vm=-BK/4。

5) 灌漿總天數(shù)T=t3，平均灌漿速率Va=K/t3。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同灌水處理冬小麥品種生育期差異

抽穗期的W 1和W 2均為灌1水，灌0水比灌1水處理的平均抽穗期提前2 d，其中豫農(nóng)186、鄭麥129提前的最多(為3 d)。開花期的W 1和W 2均為灌1水處理。灌0水比灌1水平均抽穗期提前1 d，其中泉麥890提前的天數(shù)最多(近4 d)，周麥18和鄭育麥16次之(為3 d)。

表2 不同水分處理灌漿參數(shù)

品種 W0 W1 W2 R2ABR2ABR2AB豫農(nóng)1860.99814.22-0.200.99774.58-0.220.99363.78-0.17周麥180.99604.61-0.220.99694.07-0.210.9983.64-0.19鄭麥5830.99784.42-0.240.9994.04-0.190.99924.09-0.21百農(nóng)4190.99714.11-0.230.99774.10-0.210.9984.34-0.23鄭麥1030.99703.96-0.220.9973.72-0.180.99844.11-0.22鄭育麥160.99894.66-0.240.99895.23-0.240.99924.17-0.22泉麥8900.99944.78-0.220.99924.71-0.200.9994.40-0.23鄭麥1290.99754.15-0.220.99853.99-0.200.9983.94-0.21洛麥280.99924.45-0.230.99843.87-0.200.9974.24-0.22洛麥260.99844.58-0.230.99874.26-0.230.99834.07-0.22鄭麥3690.99563.56-0.180.9984.04-0.210.9994.25-0.22豐德存麥120.99713.86-0.210.99984.75-0.240.99974.90-0.26

表1 不同水分處理抽穗期及開花期(月/日)

品種 抽穗期 開花期 W0W1W2W0W1W2豫農(nóng)18604/1404/1704/1704/2104/2104/20周麥1804/1704/1804/1804/2104/2404/24鄭麥58304/1404/1604/1604/2004/2104/20百農(nóng)41904/1504/1604/1604/2004/2104/20鄭麥10304/1304/1404/1404/2004/2004/20鄭育麥1604/1704/1804/1804/2104/2404/23泉麥89004/1604/1804/1804/2004/2404/23鄭麥12904/1304/1504/1604/1904/2004/20洛麥2804/1604/1704/1704/2004/2204/21洛麥2604/1704/1804/1804/2004/2204/22鄭麥36904/1304/1504/1404/1904/2004/20豐德存麥1204/1704/1804/1804/2004/2104/21

2.2 灌漿參數(shù)的擬合

對不同水分處理下的冬小麥籽粒開花后天數(shù)與籽粒質(zhì)量的關(guān)系用DPS軟件Logistic方程進(jìn)行了模擬，所得方程參數(shù)估值及決定系數(shù)見表2，用Logistic方程擬合的冬小麥籽粒千粒重增長動(dòng)態(tài)見圖1，各方程的決定系數(shù)均在0.995以上，擬合度高，說明Logistic模型能準(zhǔn)確描述本試驗(yàn)冬小麥籽粒的灌漿過程且試驗(yàn)數(shù)據(jù)可靠。

2.3 不同灌水處理千粒重的擬合

在開花后小麥籽粒千粒重呈“S”型曲線增加(圖1)。灌漿初期，籽粒千粒重增長緩慢；灌漿中期是千粒重急劇增長的時(shí)期；灌漿后期籽粒千粒重的增加又趨緩慢，直至成熟，粒灌漿過程呈現(xiàn)出“慢—快—慢”的趨勢。W 1處理的千粒重最高為51.80 g，W 0處理為50.16 g，W 2處理的千粒重最低為48.85 g。籽粒千粒重沒有隨著灌水的增加而增加。

圖1 不同灌水處理籽粒干物質(zhì)積累動(dòng)態(tài)

2.4 不同水分處理各灌漿階段的籽粒干物質(zhì)積累量

通過DPS軟件的擬合，籽粒灌漿的積累過程可分為3個(gè)時(shí)期：灌漿漸增期(K1)，灌漿速增期(K2)和灌漿緩增期(K3)。W 2處理不同程度的降低了籽粒的千粒重，百農(nóng)419的降低幅度最大分別為13.52、13.51、13.53、13.53%，其次是鄭麥583和洛麥28，各階段干物質(zhì)積累量分別有11.60%和10.85%左右的降幅。W 1處理較W 0處理增幅最大的是鄭麥583各階段干物質(zhì)積累量有10.52%左右的增幅，其次是百農(nóng)419，各階段增幅在9.50%左右。

鄭麥103、鄭育麥16、泉麥890、洛麥28、洛麥26、豐德存麥12這6個(gè)品種隨著灌水的增加各階段干物質(zhì)積累量有不同程度的降低。鄭育麥16對水分最不敏感，灌水對水分的降低程度最低均在0.10%左右。

2.5 不同水分處理不同階段灌漿持續(xù)時(shí)間

達(dá)到最大灌漿速率的時(shí)間Tm，W 2比W 1縮短4.84%，比W 0縮短0.87%，W 1比W 0增加了4.17%。但是豫農(nóng)186隨著灌水的增加Tm有不同程度的延長。

表3 不同水分處理各灌漿階段的籽粒干物質(zhì)積累量(g)

品種 W0 W1 W2 KK1K2K3KK1K2K3KK1K2K3豫農(nóng)18651.7210.9329.8610.4152.5011.1030.3110.5750.9910.7729.4410.26周麥1851.7410.9329.8710.4254.9711.6231.7411.0752.5211.1030.3210.57鄭麥58348.5810.2728.059.7853.7011.3531.0010.8147.4810.0327.419.56百農(nóng)41948.6110.2728.069.7953.2411.2530.7410.7246.049.7326.589.27鄭麥10350.6810.7129.2610.2049.6610.4928.6710.0045.609.6426.339.18鄭育麥1652.2811.0530.1810.5252.2511.0430.1610.5252.1911.0330.1310.51泉麥89055.1711.6631.8511.1152.7811.1530.4710.6351.3610.8529.6510.34鄭麥12947.4410.0227.399.5551.4810.8829.7210.3649.4210.4428.549.95洛麥2854.5711.5331.5010.9954.4711.5131.4510.9748.5710.2628.049.78洛麥2650.5810.6929.2010.1848.4910.2528.009.7646.549.8426.879.37鄭麥36950.6210.7029.2210.1950.7010.7129.2710.2148.4810.2527.999.76豐德存麥1251.9910.9930.0210.4747.3910.0227.369.5446.979.9327.129.46平均51.1610.8129.5410.3051.8010.9529.9110.4348.8510.3228.209.83

表4 不同水分處理不同階段灌漿持續(xù)時(shí)間(d)

品種 W0 W1 W2 TmTT1T2T3TmTT1T2T3TmTT1T2T3豫農(nóng)18621.2944.4914.6413.316.5520.4440.9714.5611.7614.6421.8148.3414.215.2118.93周麥1820.741.3214.7911.8214.7119.1140.7112.9212.3815.418.7542.4311.9613.5816.9鄭麥58318.3737.4512.910.9413.6121.0845.0414.2213.7317.0919.6141.6313.312.6215.71百農(nóng)41917.9938.0812.2311.5214.3319.6141.6113.3112.6115.6919.0139.1413.2411.5414.36鄭麥10317.9338.7311.9611.9214.8420.6146.113.3114.6118.1818.9840.2112.8912.1715.15鄭育麥1619.3738.4513.910.9413.6121.5140.416.110.8313.4718.6339.1612.7411.7714.65泉麥89021.2841.7215.4211.7214.5823.2145.8616.7212.9816.1619.0238.8713.3311.3814.16鄭麥12918.6739.3412.7411.8514.7519.6242.2213.1412.9616.1218.9340.9912.6112.6415.74洛麥2819.2739.1513.5711.414.1819.5542.7712.913.3116.5619.4740.613.4212.1115.07洛麥2619.6439.3413.9911.2914.0618.4438.3412.7411.4114.218.6339.6412.6112.0414.99鄭麥36920.1446.1512.6914.9118.5519.5941.8513.2112.7615.8819.5540.6813.512.1115.07豐德存麥1218.4740.4312.1712.5915.6720.1239.6114.5411.1713.918.7836.413.7310.112.57平均19.4340.3913.4212.0214.9520.2442.1213.9712.5415.6119.2640.6713.1312.2715.27

豫農(nóng)186 W 0和W 1處理Tm均最長分別為21,29 d和21,81 d。W 0處理Tm最短時(shí)間是鄭麥103為17.93 d，W 1處理Tm最短時(shí)間是洛麥26為18.44 d，所用時(shí)間最長為泉麥890為23.21 d。W 2處理在達(dá)到最大灌漿速率的時(shí)候所需要的時(shí)間表現(xiàn)為最短時(shí)間是鄭育麥16和洛麥26所用時(shí)間為18.63 d。

灌漿持續(xù)時(shí)間T均超過40 d，W 1處理T最長為42.12 d，W 2處理較W 1處理縮短了3.44%，W 1較W 0處理延長了4.28%，W 2較W 0處理延長了0.69%。W 0處理灌漿期持續(xù)時(shí)間時(shí)間最長的是鄭麥369(為46.15 d)，最短的是鄭麥583(為37.45 d)。W 1處理灌漿期持續(xù)時(shí)間時(shí)間最長的是鄭麥103(為46.10 d)，最短的是鄭育麥16(為40.40 d)。W 2處理灌漿期持續(xù)時(shí)間時(shí)間最長的是豫農(nóng)186(為48.34 d)，最短的是豐德存麥12(為36.40 d)。

灌漿各個(gè)階段的持續(xù)時(shí)間不同品種間分配不同。W 0、W 1、W 2處理T1最短的分別是鄭麥103(為11.96 d)、洛麥28(為12.90 d)、周麥18(為11.96 d)；W 0、W 1、W 2處理T3最長的分別是鄭麥369(為18.55 d)、鄭麥103(為18.18 d)、豫農(nóng)186(為18.93 d)。

2.6 不同水分處理各階段灌漿速率

籽粒的灌漿速率曲線呈現(xiàn)拋物線曲線。通過對3種不同灌溉處理發(fā)現(xiàn)最大灌漿速率出現(xiàn)在W 0處理，W 0處理的灌漿強(qiáng)度最強(qiáng)，最小灌漿速率出現(xiàn)在W 2處理。在灌漿平均速率方面，W 0處理灌漿平均速率較大1.27 mg/d，W 2灌漿速率最小1.20 mg/d，呈現(xiàn)下降趨勢。W 0處理的Vm、Va、V1、V2、V3分別高于其他2個(gè)處理，W 0處理灌漿強(qiáng)度強(qiáng)于其他2個(gè)處理。W 0和W 2處理達(dá)到Tm的時(shí)間基本一致，W 0較W 2增加6.82%。W 0、W 1、W 2處理Va較高的分別為洛麥28(為1.39 mg/d)、周麥18(為1.35 mg/d)和鄭育麥16(為1.33 mg/d)，Va分別W 0>W 1>W 2。Vm最大的分別為鄭育麥16(為3.15 mg/d)和洛麥28(為3.15 mg/d)、鄭育麥16(為3.18 mg/d)、豐德存麥12(為3.06 mg/d)(表5)。

表5 不同水分處理不同灌漿階段的灌漿速率參數(shù)[mg/(grain.d)]

品種 W0 W1 W2 VmVaV1V2V3VmVaV1V2V3VmVaV1V2V3豫農(nóng)1862.561.160.752.250.632.941.280.762.580.722.211.050.761.940.54周麥182.881.250.742.530.712.921.350.92.560.722.551.240.932.230.63鄭麥5832.921.30.82.560.722.571.190.82.260.632.481.140.752.170.61百農(nóng)4192.781.280.842.440.682.781.280.852.440.682.631.180.732.30.65鄭麥1032.81.310.92.450.692.241.080.791.960.552.471.130.752.160.61鄭育麥163.151.360.792.760.773.181.290.692.790.782.921.330.872.560.72泉麥8903.11.320.762.720.762.681.150.672.350.662.971.320.812.610.73鄭麥1292.641.210.792.310.652.621.220.832.290.642.571.210.832.260.63洛麥283.151.390.852.760.772.71.270.892.360.662.641.20.762.320.65洛麥262.951.290.762.590.722.81.260.82.450.692.541.170.782.230.63鄭麥3692.241.10.841.960.552.621.210.812.290.642.641.190.762.310.65豐德存麥122.721.290.92.380.672.791.20.692.450.693.061.290.722.690.75平均2.821.270.812.480.692.741.230.792.40.672.641.20.792.310.65

圖2 不同水分處理灌漿速率動(dòng)態(tài)曲線

圖3 不同水分處理產(chǎn)量差異

2.7 不同水分處理冬小麥品種產(chǎn)量差異

產(chǎn)量隨著灌水量的增加有不同程度的提升。澆2水比澆1水平均產(chǎn)量提高11.8%，澆2水較0水提高49.12%，1水較0水提高33.38%。灌2水和灌1水與0水處理間都有極顯著差異，但豫農(nóng)186、周麥18、鄭育麥16、泉麥890、洛麥26、存麥12灌2水處理和灌1水處理差異不顯著，其他品種3水處理間均有極顯著差異。

澆2水處理洛麥28、存麥12、洛麥26產(chǎn)量均有較優(yōu)表現(xiàn)，居前3位分別是9 161.55 kg/hm2、9 017.10 kg/hm2、8 994.90 kg/hm2；澆1水處理鄭育麥16、存麥12、洛麥28，3個(gè)品種間產(chǎn)量基本相當(dāng)略高于8 000.00 kg/hm2；0水處理存麥12、洛麥28依然有良好表現(xiàn)，洛麥26也位居第3名。不同水分處理存麥12、洛麥28、洛麥26這3個(gè)品種豐產(chǎn)性較好。

3 討 論

研究表明,產(chǎn)量隨著灌水量的增加有不同程度的提升，澆2水比澆1水平均產(chǎn)量提高11.8%，澆2水較0水提高49.12%，1水較0水提高33.38%；籽粒的千粒重并沒有隨著灌水次數(shù)的增多而增加。W 1處理的千粒重最高為51.80 g，W 0處理次之，W 2處理的千粒重最低為48.85 g。通過水分對產(chǎn)量和灌漿特性的研究篩選出了3個(gè)節(jié)水豐產(chǎn)性好的品種：存麥12、洛麥28、洛麥26。

本試驗(yàn)小麥生育后期5月22日有強(qiáng)降水然后又持續(xù)高溫，3個(gè)處理本應(yīng)有不同的收獲期，但因?yàn)楦邼袢缓蟾邷兀瑓⒃嚻贩N迅速青干早衰，在5月29日同天收獲，后期的不利天氣以及參試品種太多，品種特性各不相同，得出的不同水分處理灌漿規(guī)律會(huì)與前人研究略有出入。

通過試驗(yàn)篩選的3個(gè)豐產(chǎn)性較好的小麥品種，但良種要與良法相配套，河南省小麥品種布局應(yīng)根據(jù)不同生態(tài)區(qū)生產(chǎn)條件、小麥生育期間氣候特點(diǎn)和生物及非生物災(zāi)害發(fā)生特點(diǎn)和河南省小麥供給側(cè)改革的要求，組建抵御不同災(zāi)害和病蟲害，適宜不同產(chǎn)量水平和簡化栽培的節(jié)水、節(jié)肥、優(yōu)質(zhì)品種群，良種良法良田配套，以降低各種災(zāi)害的危害程度，彌補(bǔ)品種抗性的不足，規(guī)避生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)約資源，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效的目標(biāo)[6]。