不同抗旱性小麥品種耗水量及產(chǎn)量形成的差異*

任 婕, 孫 敏, 任愛(ài)霞, 林 文, 薛建福, 仝 錦, 王文翔, 高志強(qiáng)

不同抗旱性小麥品種耗水量及產(chǎn)量形成的差異*

任 婕, 孫 敏, 任愛(ài)霞, 林 文, 薛建福, 仝 錦, 王文翔, 高志強(qiáng)**

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院 太谷 030801)

為明確年際間不同抗旱性旱地小麥品種的產(chǎn)量差異, 篩選適于黃土高原東緣種植的旱地小麥品種, 于2012—2017年在山西省運(yùn)城市聞喜縣試驗(yàn)基地進(jìn)行田間試驗(yàn)。選取10個(gè)小麥品種, 將降水年型與小麥品種抗旱性進(jìn)行分類(lèi)(降水年型: 欠水年、平水年; 小麥品種: 強(qiáng)抗旱性、弱抗旱性), 比較分析不同年型下抗旱性不同的小麥品種水分利用效率、干物質(zhì)積累量、產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成要素的差異, 分析產(chǎn)量及干物質(zhì)積累量與耗水量的關(guān)系, 明確不同品種小麥的節(jié)水增產(chǎn)效果。結(jié)果表明, 強(qiáng)抗旱性品種包括‘晉麥92’ ‘運(yùn)旱20410’ ‘運(yùn)旱22-33’ ‘運(yùn)旱618’ ‘運(yùn)旱719’和‘長(zhǎng)6697’, 弱抗旱性品種包括‘洛旱6號(hào)’ ‘洛旱9號(hào)’ ‘洛旱11號(hào)’和‘洛旱13號(hào)’。欠水年, 強(qiáng)抗旱性品種的平均耗水量高于弱抗旱性品種, 當(dāng)耗水量增加1 mm時(shí), 強(qiáng)抗旱性品種產(chǎn)量提高29.6 kg·hm-2, 且影響其產(chǎn)量的主要因素是穗數(shù)和穗粒數(shù), 營(yíng)養(yǎng)器官干物質(zhì)積累量提高50.8 kg·hm-2, 從而水分利用效率較高, 尤其‘晉麥92’和‘運(yùn)旱20410’。此外, 強(qiáng)抗旱性品種較弱抗旱性品種單位糧食生產(chǎn)的節(jié)水量提高13.61%, 消耗1 mm土壤水分增產(chǎn)量提高15.74%, 具有較好的節(jié)水增產(chǎn)效果。平水年, 6個(gè)強(qiáng)抗旱性品種耗水量普遍較高, 其中‘運(yùn)旱20410’和‘晉麥92’的水分利用效率較高, 產(chǎn)量也較高。因此, 本研究條件下, 欠水年和平水年表現(xiàn)均較好的品種是‘晉麥92’和‘運(yùn)旱20410’。

降水年型; 小麥; 抗旱性; 產(chǎn)量; 水分利用效率

山西省位于黃土高原東緣, 全年降雨量少且不均(358~621 mm), 主要種植小麥(), 一年1作, 降雨期(7—9月)與小麥生長(zhǎng)期(10月—翌年6月)錯(cuò)位, 導(dǎo)致旱地小麥產(chǎn)量低而不穩(wěn), 因此干旱是該區(qū)小麥產(chǎn)量的主要制約因素[1]。穗數(shù)是旱地小麥最主要的產(chǎn)量因素, 提高穗數(shù)是培育高產(chǎn)品種的主攻方向[2]。但郭天財(cái)?shù)萚3]研究認(rèn)為, 穗數(shù)對(duì)小麥產(chǎn)量的增產(chǎn)效應(yīng)有一定的限度, 穗數(shù)達(dá)到一定程度后, 應(yīng)著眼于穗粒數(shù)和千粒重的發(fā)展, 且穗粒數(shù)的作用大于千粒重。還有研究認(rèn)為, 旱地小麥穗數(shù)和穗粒數(shù)受干旱影響較大, 因此干旱條件下小麥產(chǎn)量的高低主要取決于穗數(shù)和穗粒數(shù)的多少[4-5]。因此, 協(xié)調(diào)發(fā)展產(chǎn)量構(gòu)成因素是提高旱地小麥產(chǎn)量的重要手段[6]。

在不同水分條件下, 不同旱地小麥品種間的產(chǎn)量和水分利用效率差異顯著, 產(chǎn)量相差達(dá)44.86%, 水分利用效率相差達(dá)42.18%[7]。吳金芝等[8]在河南洛陽(yáng)的研究表明, 在干旱脅迫下, 強(qiáng)抗旱性品種較中等抗旱性品種和弱抗旱性品種生育前期的吸水能力較強(qiáng), 生長(zhǎng)發(fā)育性能好, 開(kāi)花前的物質(zhì)積累量高, 具有較高的水分利用效率和產(chǎn)量。張學(xué)品等[9]研究表明干旱脅迫導(dǎo)致產(chǎn)量下降2.4%~56.2%, 水分利用效率增加17.0%~84.9%,而產(chǎn)量下降幅度隨品種抗旱性的增強(qiáng)而逐漸減弱, 水分利用效率的增加幅度則隨品種抗旱性的增強(qiáng)而增加。因此, 近年來(lái)栽培工作者通過(guò)篩選高抗旱性品種來(lái)抵御干旱, 從而保證產(chǎn)量。抗旱品種的篩選既需要有較好的穩(wěn)產(chǎn)性, 還要求有一定的增產(chǎn)潛力以實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。李夢(mèng)達(dá)等[10]在河南原陽(yáng)的試驗(yàn)表明, 抗旱性較強(qiáng)的小麥品種根系入土較深, 深層根系活性較強(qiáng), 能夠保持較高的吸水能力, 有利于粒重的增加。王月福等[11]在山東萊陽(yáng)的研究表明, 不同水分處理下, 地上部營(yíng)養(yǎng)器官貯藏性物質(zhì)在開(kāi)花后向籽粒的轉(zhuǎn)移率隨土壤水分的減少而升高, 對(duì)粒重的貢獻(xiàn)增大, 但強(qiáng)抗旱性品種的轉(zhuǎn)移率低于弱抗旱性品種。吳耀領(lǐng)[12]在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗(yàn)田的研究表明, 抗旱型小麥品種‘山農(nóng)16’具有較強(qiáng)的分蘗能力, 且在干旱脅迫下千粒重降低較小, 從而維持較高的產(chǎn)量。可見(jiàn), 前人已經(jīng)明確了通過(guò)優(yōu)化產(chǎn)量構(gòu)成因素來(lái)提高旱地小麥產(chǎn)量, 但主要集中于灌水條件下的品種篩選, 而在西北部黃土高原旱作地區(qū)抗旱品種篩選的研究較少。因此, 本研究連續(xù)5年在黃土高原東緣種植10個(gè)旱地小麥品種, 比較其在不同降水年型下產(chǎn)量及其構(gòu)成因素和水分利用效率的差異, 旨在明確不同抗旱性小麥品種產(chǎn)量提高的主要原因, 同時(shí)篩選適合該區(qū)種植的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)高效抗旱性品種, 為黃土高原干旱半干旱地區(qū)旱地小麥生產(chǎn)提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

共采用10個(gè)旱地小麥品種, 其中的‘晉麥92’ (JM92), ‘運(yùn)旱20410’(YH20410), ‘運(yùn)旱22-33’(YH22-33), ‘運(yùn)旱618’(YH618), ‘運(yùn)旱719’ (YH719)和‘長(zhǎng)6697’(C6697)為當(dāng)?shù)胤N植的優(yōu)勢(shì)品種, 由山西省聞喜縣農(nóng)業(yè)委員會(huì)提供; ‘洛旱6號(hào)’(LH6), ‘洛旱9號(hào)’(LH9), ‘洛旱11號(hào)’(LH11)和‘洛旱13號(hào)’(LH13)為引自河南的高產(chǎn)品種。

1.2 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2012—2017年在山西省聞喜縣山西農(nóng)業(yè)大學(xué)旱地小麥試驗(yàn)基地(111°17′E, 35°20′N(xiāo))進(jìn)行。試驗(yàn)地地處黃土高原東部, 屬暖溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候, 晝夜溫差大, 四季分明, 年日照時(shí)數(shù)2 242 h,年平均氣溫12.9 ℃, 無(wú)霜期190 d。試驗(yàn)田為無(wú)灌溉條件的丘陵旱地, 夏季休閑, 一年1作。

2012—2017年試驗(yàn)點(diǎn)0~20 cm土壤基本肥力如表1所示, 降水量如表2所示。試驗(yàn)采用聞喜縣1981—2017年多年降水資料(年平均降水量為490.9 mm), 參考藍(lán)云龍[13]的降水年型劃分標(biāo)準(zhǔn), 結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況劃分降水年型為豐水年(>25%)、平水年(-25%<<25%) 和欠水年(<-25%)。計(jì)算公式是:=(當(dāng)年降水量-多年平均降水量)/多年平均降水量。根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn), 2012—2013年為欠水年, 2013—2017年為平水年。

表1 2012—2017年度試驗(yàn)基地0~20cm土層土壤基礎(chǔ)肥力

表2 2012—2017年度試驗(yàn)點(diǎn)全年降水量及其分布

數(shù)據(jù)來(lái)源: 山西省聞喜縣氣象站。休閑期: 6月下旬至9月下旬; 播種—越冬: 10月上旬至11月下旬; 越冬—拔節(jié): 12月上旬至4月上旬; 拔節(jié)—開(kāi)花: 4月中旬至5月上旬; 開(kāi)花—成熟: 5月中旬至6月中旬。Data are from the Meteorological Observation Station of Wenxi County, Shanxi Province, China. Fallow period: from the last 10 d of Jun. to the last 10 d of Sep.; SS–WS (sowing stage-wintering stage): from the first 10 d of Oct. to the last 10 d of Nov.; WS–JS (wintering stage-jointing stage): from the first 10 d of Dec. to the first 10 d of Apr. in the following year; JS–AS (jointing stage-anthesis stage): from the middle 10 d of Apr. to the first 10 d of May; AS–MS (anthesis stage-maturity stage): the middle 10 d of May to the middle 10 d of Jun.

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用單因素完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì), 每個(gè)處理重復(fù)兩次。前茬小麥?zhǔn)斋@后留茬25 cm, 7月中旬深松, 同時(shí)施生物有機(jī)肥1 500 kg·hm–2, 秸稈覆蓋, 采用深松施肥一體機(jī)實(shí)施, 8月下旬淺旋、整地, 10月初采用機(jī)械條播, 播量為90 kg·hm–2, 次年6月初收獲。播種前基施純氮150 kg·hm–2, P2O5150 kg·hm–2, K2O 150 kg·hm–2, 小區(qū)面積30 m×2.4 m=72 m2, 全生育期無(wú)灌溉且不追肥, 其他管理措施同當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶(hù)常規(guī)管理措施。

1.4 取樣及計(jì)算方法

1.4.1 土壤水分和作物水分利用

在小麥的播種期、成熟期, 采用5點(diǎn)取樣法, 在每個(gè)小區(qū)中心和對(duì)角線(xiàn)(不包括邊界)上選取5個(gè)點(diǎn), 分別鉆取0~300 cm土層(每20 cm為1層)土壤裝入鋁盒, 采用烘干法測(cè)定土壤水分, 用于計(jì)算水分利用效率[14]。由于本試驗(yàn)田所處地區(qū)地勢(shì)平坦, 地下水位較深, 因此可視地表徑流、地下水供給及深層滲漏均為零, 可忽略不計(jì)。按下式計(jì)算小麥的耗水量、水分利用效率及抗旱系數(shù)。

式中: ET為耗水量(mm),為全年降水量(mm),為休閑期處理前和收獲期土壤貯水量的變化(mm)。

式中: WUE為水分利用效率(kg·hm–2·mm–1),為小麥籽粒產(chǎn)量(kg·hm–2), ET為耗水量(mm)。

抗旱系數(shù)(DRC)=干旱脅迫下的產(chǎn)量/非干旱脅迫下的產(chǎn)量[15](3)

產(chǎn)量指標(biāo)被認(rèn)為是最重要的綜合的根本的小麥品種抗旱性鑒定指標(biāo)[16]。結(jié)合本地區(qū)降水量, 認(rèn)為欠水年的籽粒產(chǎn)量為干旱脅迫下的產(chǎn)量, 平水年或豐水年的籽粒產(chǎn)量為非干旱脅迫下的產(chǎn)量。

1.4.2 干物質(zhì)積累量、產(chǎn)量及構(gòu)成因素

于小麥成熟期, 每個(gè)小區(qū)取生長(zhǎng)均勻的20株植株, 分離營(yíng)養(yǎng)器官和籽粒進(jìn)行烘干稱(chēng)重, 記錄干物質(zhì)積累量。調(diào)查0.667 m2長(zhǎng)勢(shì)均勻的小麥樣段的穗數(shù)和每穗平均粒數(shù), 然后剪穗置于網(wǎng)袋中, 脫粒曬干后稱(chēng)重, 即為實(shí)際產(chǎn)量, 用該籽粒樣本測(cè)定千粒重。

1.4.3 節(jié)水增產(chǎn)效果計(jì)算

式中:E1為弱抗旱性品種的平均耗水量,E2為強(qiáng)抗旱性品種的平均耗水量,1為弱抗旱性品種的產(chǎn)量,2為強(qiáng)抗旱性品種的產(chǎn)量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)處理, 用DPS 7.5和SPSS 22.0進(jìn)行聚類(lèi)分析和統(tǒng)計(jì)分析, 差異顯著性檢驗(yàn)用LSD法, 且顯著性水平設(shè)定為=0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 年際間不同品種旱地小麥產(chǎn)量的差異

供試的旱地小麥品種產(chǎn)量表現(xiàn)為平水年高于欠水年(表3)。欠水年, 產(chǎn)量較高的品種有‘晉麥92’ ‘運(yùn)旱20410’和‘運(yùn)旱22-33’; 平水年, 產(chǎn)量平均值較高的品種有‘洛旱6號(hào)’ ‘洛旱11號(hào)’ ‘運(yùn)旱20410’和‘洛旱9號(hào)’。2012—2017年間, ‘晉麥92’ ‘運(yùn)旱20410’和‘洛旱6號(hào)’的產(chǎn)量表現(xiàn)較好, 其中, ‘運(yùn)旱20410’產(chǎn)量基本穩(wěn)定在較高水平, 受降水的影響較小。

表3 降水年型對(duì)不同旱地小麥品種產(chǎn)量的影響(2012—2017年)

JM92: ‘晉麥92’; YH20410: ‘運(yùn)旱20410’; YH22-33: ‘運(yùn)旱22-33’; YH618: ‘運(yùn)旱618’; YH719: ‘運(yùn)旱719’; C6697: ‘長(zhǎng)6697’; LH6: ‘洛旱6號(hào)’; LH9: ‘洛旱9號(hào)’; LH11: ‘洛旱11號(hào)’; LH13: ‘洛旱13號(hào)’。同列不同小寫(xiě)字母表示0.05水平差異顯著。CV: coefficient of variation. Values followed by different lowercase letters within a column are significantly different at 0.05 level.

有研究提出甘薯()產(chǎn)量抗旱系數(shù)法分級(jí): 抗旱系數(shù)≥0.6為抗旱品種, 0.4≤抗旱系數(shù)<0.6為中等抗旱品種, 抗旱系數(shù)<0.4為不抗旱品種[18]。根據(jù)多年試驗(yàn)結(jié)果認(rèn)為小麥抗旱系數(shù)的劃分依據(jù)可參考該分級(jí)方法, 即抗旱系數(shù)>0.4為強(qiáng)抗旱性品種, 抗旱系數(shù)<0.4為弱抗旱性品種。將本試驗(yàn)各品種產(chǎn)量抗旱系數(shù)進(jìn)行聚類(lèi)分析(圖1), 結(jié)果表明, 10個(gè)供試品種可分為兩類(lèi), ‘晉麥92’ ‘運(yùn)旱22-33’ ‘運(yùn)旱20410’ ‘運(yùn)旱618’ ‘運(yùn)旱719’和‘長(zhǎng)6697’為強(qiáng)抗旱性品種, ‘洛旱6號(hào)’ ‘洛旱9號(hào)’ ‘洛旱11號(hào)’和‘洛旱13號(hào)’為弱抗旱性品種?？购迪禂?shù)的變異系數(shù)結(jié)果顯示, ‘運(yùn)旱20410’和‘洛旱11號(hào)’的值較小,說(shuō)明在不同水分條件下其抗旱性相對(duì)穩(wěn)定; ‘運(yùn)旱22-33’ ‘運(yùn)旱719’和‘洛旱13號(hào)’的值均較大, 說(shuō)明其抗旱性受水分影響較大。

圖1 不同旱地小麥品種抗旱性聚類(lèi)分析圖

JM92: ‘晉麥92’; YH20410: ‘運(yùn)旱20410’; YH22-33: ‘運(yùn)旱22-33’; YH618: ‘運(yùn)旱618’; YH719: ‘運(yùn)旱719’; C6697: ‘長(zhǎng)6697’; LH6: ‘洛旱6號(hào)’; LH9: ‘洛旱9號(hào)’; LH11: ‘洛旱11號(hào)’; LH13: ‘洛旱13號(hào)’。

2.2 年際間不同品種旱地小麥干物質(zhì)積累量的差異

由圖2可見(jiàn), 欠水年, 強(qiáng)抗旱性品種平均干物質(zhì)積累量高于弱抗旱性品種, 以‘晉麥92’和‘運(yùn)旱20410’表現(xiàn)最好, 顯著高于其他品種; 平水年, 4個(gè)弱抗旱性品種和強(qiáng)抗旱性品種中的‘運(yùn)旱20410’和‘晉麥92’干物質(zhì)積累量均較高。強(qiáng)抗旱性品種欠水年較平水年平均干物質(zhì)積累量低57.69%, 弱抗旱性品種欠水年較平水年低68.59%。

2.3 年際間不同品種旱地小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素的差異

從產(chǎn)量構(gòu)成因素分析(表4), 欠水年, 強(qiáng)抗旱性品種較弱抗旱性品種穗數(shù)高12.05%, 穗粒數(shù)高30.45%, 千粒重低20.41%, 其中, 強(qiáng)抗旱性品種‘晉麥92’ ‘運(yùn)旱22-33’的穗數(shù)和‘晉麥92’ ‘運(yùn)旱20410’的穗粒數(shù)顯著高于其他品種; 平水年, 弱抗旱性品種的穗數(shù)平均值和千粒重平均值較強(qiáng)抗旱性品種分別高4.15%和10.07%, 以‘洛旱9號(hào)’表現(xiàn)最好, 但穗粒數(shù)平均值低6.96%。結(jié)合產(chǎn)量分析, 欠水年強(qiáng)抗旱性品種的產(chǎn)量表現(xiàn)較好, 影響因素主要是穗數(shù)和穗粒數(shù), 平水年弱抗旱性品種產(chǎn)量較高的主要原因是穗數(shù)和千粒重較高。

圖2 不同降水年型小麥品種間成熟期干物質(zhì)積累量的差異

JM92: ‘晉麥92’; YH20410: ‘運(yùn)旱20410’; YH22-33: ‘運(yùn)旱22-33’; YH618: ‘運(yùn)旱618’; YH719: ‘運(yùn)旱719’; C6697: ‘長(zhǎng)6697’; LH6: ‘洛旱6號(hào)’; LH9: ‘洛旱9號(hào)’; LH11: ‘洛旱11號(hào)’; LH13: ‘洛旱13號(hào)’。同一降水年型不同小寫(xiě)字母表示不同品種間0.05水平差異顯著。Different lowercase letters for the same rainfall mean significant differences among different wheat cultivars at 0.05 level.

2.4 年際間不同品種旱地小麥耗水量和水分利用效率的差異

由圖3可見(jiàn), 欠水年, 強(qiáng)抗旱性品種的平均耗水量和平均水分利用效率均高于弱抗旱性品種, 其中, 強(qiáng)抗旱性品種‘長(zhǎng)6697’和‘運(yùn)旱618’的耗水量顯著高于其他品種, 強(qiáng)抗旱性品種‘晉麥92’ ‘運(yùn)旱20410’和‘運(yùn)旱22-33’與弱抗旱性品種‘洛旱6號(hào)’的水分利用效率顯著高于其他品種; 平水年, 強(qiáng)抗旱性品種的平均耗水量與弱抗旱性品種差異不顯著, 弱抗旱性品種的平均水分利用效率顯著高于強(qiáng)抗旱性品種, 其中, 表現(xiàn)最好的依次為‘洛旱6號(hào)’ ‘洛旱11號(hào)’和‘運(yùn)旱20410’。結(jié)合產(chǎn)量分析, 強(qiáng)抗旱性品種欠水年具有較強(qiáng)的水分利用能力, 而弱抗旱性品種在水分條件較好時(shí)其品種優(yōu)勢(shì)得以體現(xiàn)。不同降水年型, 強(qiáng)抗旱性品種中‘運(yùn)旱20410’、弱抗旱性品種‘洛旱6號(hào)’均為水分利用效率最高, 且產(chǎn)量均表現(xiàn)較好。

2.5 耗水量與產(chǎn)量及營(yíng)養(yǎng)器官干物質(zhì)積累量的關(guān)系

兩類(lèi)抗旱性小麥品種的耗水量與產(chǎn)量及營(yíng)養(yǎng)器官干物質(zhì)積累量關(guān)系密切。兩類(lèi)品種耗水量與產(chǎn)量及營(yíng)養(yǎng)器官干物質(zhì)積累量均呈極顯著的一次函數(shù)關(guān)系(<0.01), 其中, 當(dāng)耗水量增加1 mm時(shí), 強(qiáng)抗旱性品種產(chǎn)量提高29.60 kg·hm-2, 營(yíng)養(yǎng)器官干物質(zhì)積累量提高50.84 kg·hm-2; 對(duì)于弱抗旱性品種而言, 當(dāng)耗水量增加1 mm時(shí), 產(chǎn)量提高47.58 kg·hm-2, 營(yíng)養(yǎng)器官干物質(zhì)積累量提高89.19 kg·hm-2?？梢?jiàn), 與弱抗旱性品種比較, 強(qiáng)抗旱性品種的產(chǎn)量及營(yíng)養(yǎng)器官干物質(zhì)積累量受水分的影響較小, 表現(xiàn)穩(wěn)定。此外, 由圖4可知, 當(dāng)耗水量達(dá)302.65 mm時(shí), 兩類(lèi)抗旱性品種的產(chǎn)量相當(dāng); 當(dāng)耗水量小于302.65 mm時(shí), 強(qiáng)抗旱性品種的產(chǎn)量高于弱抗旱性品種, 強(qiáng)抗旱性品種的穗數(shù)和穗粒數(shù)較弱抗旱性品種高; 當(dāng)耗水量大于302.65 mm時(shí), 弱抗旱性品種的產(chǎn)量高, 此時(shí)植株穗數(shù)和千粒重表現(xiàn)較高。對(duì)于強(qiáng)抗旱性品種來(lái)說(shuō), 耗水量大于216.47 mm才能產(chǎn)生產(chǎn)量; 對(duì)于弱抗旱性品種來(lái)說(shuō), 耗水量大于249.04 mm時(shí)才產(chǎn)生產(chǎn)量。結(jié)合群體分析, 強(qiáng)抗旱性品種群體大, 對(duì)地面的覆蓋率高, 從而減小了植株間的無(wú)效蒸發(fā)。

表4 不同降水年型不同小麥品種產(chǎn)量構(gòu)成因素的差異

JM92: ‘晉麥92’; YH20410: ‘運(yùn)旱20410’; YH22-33: ‘運(yùn)旱22-33’; YH618: ‘運(yùn)旱618’; YH719: ‘運(yùn)旱719’; C6697: ‘長(zhǎng)6697’; LH6: ‘洛旱6號(hào)’; LH9: ‘洛旱9號(hào)’; LH11: ‘洛旱11號(hào)’; LH13: ‘洛旱13號(hào)’。增加率(%)=(強(qiáng)抗旱性品種-弱抗旱性品種)/弱抗旱性品種′100, 同一降水年型不同小寫(xiě)字母表示不同品種間在0.05水平差異顯著。Increased rate (%) = (strong-weak)/weak′100. Values followed by different lowercase letters within the same column of the same rainfall year are significantly different among different wheat cultivars at 0.05 level.

2.6 年際間不同品種的節(jié)水增產(chǎn)效果

欠水年, 強(qiáng)抗旱性品種較弱抗旱性品種單位籽粒產(chǎn)量的節(jié)水量提高13.61%, 消耗1 mm土壤水分增產(chǎn)量提高15.74%; 平水年, 強(qiáng)抗旱性品種較弱抗旱性品種單位籽粒產(chǎn)量的節(jié)水量降低13.28%, 消耗1 mm土壤水分增產(chǎn)量降低11.67%。因此, 在水分欠缺的年型, 強(qiáng)抗旱性品種具有明顯的節(jié)水增產(chǎn)效果(表5)。

3 討論與結(jié)論

3.1 年際間不同抗旱性小麥品種的產(chǎn)量及構(gòu)成因素

抗旱系數(shù)反映了不同小麥品種在干旱條件與非干旱條件下的差異, 可用于評(píng)價(jià)品種的穩(wěn)產(chǎn)性?？购迪禂?shù)越接近1, 表明品種的抗旱性越好, 越穩(wěn)定[19]。本研究將10個(gè)品種劃分為強(qiáng)抗旱性(0.4~0.5)和弱抗旱性(<0.4)兩類(lèi)品種。水分狀況的不同會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)量及構(gòu)成因素存在差異, 有研究表明, 干旱脅迫會(huì)使小麥產(chǎn)量及構(gòu)成因素發(fā)生不同程度的下降[20]。本研究結(jié)果也表明, 降水量較正常的平水年(387~517 mm)的旱地小麥產(chǎn)量均高于降水量欠缺的欠水年(343 mm)。

圖3 不同降水年型小麥品種間生育期耗水量(ET)及水分利用效率(WUE)的差異

JM92: ‘晉麥92’; YH20410: ‘運(yùn)旱20410’; YH22-33: ‘運(yùn)旱22-33’; YH618: ‘運(yùn)旱618’; YH719: ‘運(yùn)旱719’; C6697: ‘長(zhǎng)6697’; LH6: ‘洛旱6號(hào)’; LH9: ‘洛旱9號(hào)’; LH11: ‘洛旱11號(hào)’; LH13: 洛旱13號(hào)’。同一降水年型不同小寫(xiě)字母表示不同品種間在0.05水平差異顯著。Different lowercase letters for the same rainfall year mean significant differences among different wheat cultivars at 0.05 level.

圖4 不同品種小麥產(chǎn)量、營(yíng)養(yǎng)器官干物質(zhì)積累量與耗水量(ET)的關(guān)系

**表示在0.01水平下顯著或極顯著相關(guān)。** indicate significant correlation at 0.01 level.

表5 不同降水年型下小麥強(qiáng)抗旱性品種較弱抗旱性品種生育期的節(jié)水增產(chǎn)效果

此外, 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素對(duì)干旱的響應(yīng)因品種的抗旱性和干旱程度而異[8]。本研究結(jié)果表明, 欠水年, 產(chǎn)量和干物質(zhì)量表現(xiàn)較好的品種是強(qiáng)抗旱性品種‘晉麥92’和‘運(yùn)旱20410’, 主要是通過(guò)提高穗數(shù)和穗粒數(shù); 而平水年, 強(qiáng)抗旱性品種‘晉麥92’和‘運(yùn)旱20410’的產(chǎn)量和干物質(zhì)量也表現(xiàn)較好, 但均低于弱抗旱性品種(‘洛旱6號(hào)’和‘洛旱11號(hào)’), 且弱抗旱性品種主要是由于提高了穗數(shù)和千粒重。說(shuō)明平水年和欠水年抗旱性不同的小麥品種產(chǎn)量存在差異, 且提高產(chǎn)量的主要構(gòu)成因素不同。引起差異的原因是欠水年土壤水分含量較低, 強(qiáng)抗旱性品種表現(xiàn)突出, 平水年降水相對(duì)較多, 土壤水分不缺乏, 弱抗旱性品種較強(qiáng)抗旱性品種產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)表現(xiàn)突出。因此, 欠水年可從如何蓄積土壤水分, 增加作物水分利用效率的角度出發(fā), 從耕作方式和田間管理入手, 例如對(duì)土地進(jìn)行深耕深翻以蓄積降水, 合理施用有機(jī)肥以改善土壤結(jié)構(gòu)、提高土壤蓄水能力等[21], 以提高作物抗旱能力, 保證產(chǎn)量; 也可通過(guò)增加小麥的分蘗及干重實(shí)現(xiàn)穗數(shù)和穗粒數(shù)的提高, 從而達(dá)到增產(chǎn)的目的[22]。平水年, 則從如何優(yōu)化產(chǎn)量構(gòu)成角度出發(fā), 重點(diǎn)調(diào)節(jié)不同降水年型下最適的氮、磷、鉀比例, 基于產(chǎn)量形成的養(yǎng)分需求差異協(xié)調(diào)肥料投入[23]。

3.2 年際間不同抗旱性小麥品種的水分利用效率

不同旱地小麥品種的水分敏感性和抗旱能力也不同, 對(duì)土壤水分的利用有所差異, 導(dǎo)致水分利用效率存在差異[24-25]。有研究認(rèn)為, 小麥水分利用效率與品種的抗旱性呈正相關(guān)[26]。本研究結(jié)果表明: 欠水年, 強(qiáng)抗旱性品種的平均耗水量高于弱抗旱性品種, 平均水分利用效率也較高, 達(dá)7.6 kg·hm–2·mm–1, 其中表現(xiàn)較好的有強(qiáng)抗旱性品種‘晉麥92’ ‘運(yùn)旱20410’和‘運(yùn)旱22-33’, 與楊再潔等[26]的研究結(jié)果一致; 平水年, 兩類(lèi)品種耗水量差異不顯著, 但產(chǎn)量差異顯著, 因此水分利用效率存在差異, 表現(xiàn)較好的品種有弱抗旱性品種‘洛旱6號(hào)’和‘洛旱11號(hào)’。說(shuō)明欠水年強(qiáng)抗旱性小麥品種較弱抗旱性品種對(duì)水分不敏感, 抗旱能力強(qiáng), 從而增產(chǎn)增效, 而平水年弱抗旱性小麥品種對(duì)水分較敏感, 并不缺乏的土壤水分被利用促進(jìn)了產(chǎn)量因素的形成, 從而實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)增效。

本研究表明, 生育期總耗水量每增加1 mm, 強(qiáng)抗旱性品種產(chǎn)量提高29.60 kg·hm-2, 弱抗旱性品種產(chǎn)量提高47.59 kg·hm-2。說(shuō)明強(qiáng)抗旱性品種較弱抗旱性品種產(chǎn)量受水分影響較小, 穩(wěn)產(chǎn)性更強(qiáng)。本研究還表明, 當(dāng)生育期總耗水量達(dá)到305.65 mm時(shí), 兩類(lèi)抗旱性品種的產(chǎn)量相當(dāng), 若耗水量小于302.65 mm時(shí),強(qiáng)抗旱性品種的產(chǎn)量及其水分利用效率高, 可能由于強(qiáng)抗旱性品種前期水分利用效率較高, 有利于生育前、中期的生長(zhǎng)發(fā)育, 提高小麥分蘗, 促進(jìn)孕穗期的生長(zhǎng), 促進(jìn)穗數(shù)、穗粒數(shù)的形成; 若耗水量大于302.65 mm時(shí), 弱抗旱性品種的產(chǎn)量及水分利用效率高, 可能是水分條件較好時(shí), 弱抗旱性品種由于灌漿時(shí)間長(zhǎng), 千粒重較高, 導(dǎo)致產(chǎn)量表現(xiàn)較好。對(duì)于小麥而言, 前期土壤水分用于分蘗的形成, 中期水分用于成穗和穗粒數(shù)形成, 后期水分用于籽粒形成, 每階段的土壤水分都很關(guān)鍵, 水分利用效率高, 產(chǎn)量也高。但對(duì)于雨養(yǎng)麥田的土壤水分不確定在哪個(gè)階段就會(huì)出現(xiàn)干旱, 所以更要合理利用每個(gè)階段的土壤水分, 協(xié)調(diào)產(chǎn)量三要素的形成, 充分發(fā)揮品種的潛力。但目前僅有研究表明, 小麥在花后每多獲得1 mm的土壤水分, 其產(chǎn)量可增加62 kg·hm–2[27],本團(tuán)隊(duì)也有研究表明, 欠水年水分利用于前期和中期較多, 豐水年整個(gè)生育時(shí)期水分利用都多[28-29], 但每個(gè)階段利用土壤水分對(duì)產(chǎn)量三要素形成的影響效果尚不清楚。

3.3 結(jié)論

將供試的10個(gè)不同抗旱性旱地小麥品種分為兩類(lèi): 強(qiáng)抗旱性品種和弱抗旱性品種。通過(guò)對(duì)兩類(lèi)品種的水分利用效率、干物質(zhì)積累量、產(chǎn)量及構(gòu)成因素等指標(biāo)進(jìn)行綜合比較發(fā)現(xiàn), 欠水年強(qiáng)抗旱性品種的水分利用效率及產(chǎn)量高, 具有較好的節(jié)水增產(chǎn)效果, 以‘晉麥92’和‘運(yùn)旱20410’表現(xiàn)最好; 平水年強(qiáng)抗旱性品種中‘晉麥92’和‘運(yùn)旱20410’產(chǎn)量仍表現(xiàn)較好, 弱抗旱性品種抗旱性差, 僅在平水年時(shí)水分利用效率和產(chǎn)量較高, 節(jié)水增產(chǎn)效果好。同時(shí), 當(dāng)耗水量增加1 mm, 強(qiáng)抗旱性品種產(chǎn)量增加約29.60 kg·hm–2, 弱抗旱性品種產(chǎn)量提高約47.59 kg·hm–2。由此可見(jiàn), 對(duì)于降水不穩(wěn)定的黃土高原地區(qū), 選用強(qiáng)抗旱性品種能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)水增產(chǎn), 保證高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn), 其中, 尤以強(qiáng)抗旱性品種‘晉麥92’和‘運(yùn)旱20410’最好。同時(shí), 針對(duì)不同的降水條件, 可采用不同的田間管理措施以保證產(chǎn)量。

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Difference in water consumption and yield among different drought-resistant wheat cultivars*

REN Jie, SUN Min, REN Aixia, LIN Wen, XUE Jianfu, TONG Jin, WANG Wenxiang, GAO Zhiqiang**

(College of Agriculture, Shanxi Agriculture University, Taigu 030801, China)

Drought is the main factor that restricts wheat yield in the arid land of the Loess Plateau. Selecting suitable wheat cultivars is important to improve wheat yield in this area. To identify differences among 10 drought-resistant dryland wheat cultivars for cultivation in the dryland of eastern Loess Plateau based on annual precipitation range, a field experiment was conducted in Wenxi County, Yuncheng City, Shanxi Province from 2012 to 2017. A few studies have been conducted taking into account drought resistance and annual precipitation range into consideration. In this study, the 10 selected wheat cultivars were screened for drought resistance. Then, the study period was classified as dry year and median year, based on the annual precipitation, and wheat varieties were classified as strong and weak drought-resistant cultivars. We compared differences in water use efficiency, dry matter accumulation, yield, and yield components among the cultivars for five consecutive years, and analyzed the relationships between yield, dry matter accumulation and water consumption. Furthermore, the effect of water saving on the yield of wheat cultivars was determined. The results showed that the strong drought-resistant cultivars were JM92, YH20410, YH22-33, YH618, YH719, and C6697; whereas the weak drought-resistant cultivars were LH6, LH9, LH11, and LH13. In the dry year, average water consumption of the strong drought-resistant cultivars was higher than that of the weak drought-resistant cultivars. When water consumption was increased by 1 mm, the yield of wheat increased by 29.6 kg×hm-2, and the main factors affecting the yield of the strong drought-resistant cultivars were spike number and grain number per spike. Moreover, dry matter accumulation in the vegetative organs increased by 50.8 kg×hm-2. Therefore, the water use efficiency of the strong drought-resistant cultivars, especially JM92 and YH20410, was higher than that of the weak drought-resistant cultivars. In addition, water saving per unit grain production of the strong drought-resistant cultivars was 13.61% higher than that of the weak drought-resistant cultivars. The yield increment of 1 mm soil water consumption was increased by 15.74% higher of the strong drought-resistant cultivars compared with that of the weak drought-resistant cultivars. Water consumption of six cultivars with strong drought resistance was generally higher in the median year, and both yield and water use efficiency of JM92 and YH20410 were relatively higher. Therefore, our results indicate that JM92 and YH20410 perform better in both dry year and median year.

Annual precipitation type; Wheat; Drought resistance; Yield; Water use efficiency

S512.1+1

10.13930/j.cnki.cjea.190515

* 國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專(zhuān)項(xiàng)(CARS-03-01-24)、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2018YFD020040105)、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31771727)、山西省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目(201703D211001-02)、作物生態(tài)與旱作栽培生理山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目(201705D111007)和山西省“1331工程”重點(diǎn)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目資助

高志強(qiáng), 主要從事旱作栽培與作物生理研究。E-mail: gaozhiqiang1964@126.com

任婕, 主要從事旱作栽培與作物生理研究。E-mail: rj_17835423955@163.com

2019-07-10

2019-11-23

* This study wassupported by the Modern Agriculture Industry Technology System Construction of China (CARS-03-01-24), the National Key Research and Development Project of China (2018YFD020040105), the National Natural Science Foundation of China (31771727),the Key Project of Shanxi Key R&D Program (201703D211001-02), the Crop Ecology and Dry Cultivation Physiology Key Laboratory of Shanxi Province (201705D111007) and the Key Innovation Team of “1331 Project” in Shanxi Province.

, E-mail: gaozhiqiang1964@126.com

Nov. 23, 2019

Jul. 10, 2019;

任婕, 孫敏, 任愛(ài)霞, 林文, 薛建福, 仝錦, 王文翔, 高志強(qiáng). 不同抗旱性小麥品種耗水量及產(chǎn)量形成的差異[J]. 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)(中英文), 2020, 28(2): 211-220

REN J, SUN M, REN A X, LIN W, XUE J F, TONG J, WANG W X, GAO Z Q. Difference in water consumption and yield among different drought-resistant wheat cultivars[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2020, 28(2): 211-220