不同覆蓋栽培方式對冬小麥干物質(zhì)分配與轉(zhuǎn)運的影響

楊佳佳，程宏波，柴守璽，張 博，李 瑞

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院，甘肅蘭州 730070；2.甘肅省干旱生境作物學(xué)重點實驗室， 甘肅蘭州 730070；3.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，甘肅蘭州 730070)

我國西北旱作農(nóng)區(qū)，氣候干旱，降水量低且時空分布不均，潛在蒸散量高，小麥?zhǔn)窃摰貐^(qū)的主要糧食作物之一[1]。水資源不足是該地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要限制因素，探索有效的栽培技術(shù)、促進有限水的高效利用以獲得小麥穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)是當(dāng)下西北旱作農(nóng)業(yè)研究的主要任務(wù)之一[2-4]。目前，西北地區(qū)主要采取覆蓋栽培作為抗旱手段[5]，所用材料有秸稈、普通塑料地膜、可降解生物地膜和砂石等[6]，其中薄膜和秸稈因具有顯著的蓄水保墑和調(diào)節(jié)地溫的作用而被廣泛應(yīng)用。由于西北地區(qū)積溫不足，全地面秸稈覆蓋會降低地溫，影響小麥保全苗，延緩生育，增產(chǎn)不明顯，甚至導(dǎo)致減產(chǎn)，因而該區(qū)域多采取“秸稈局部覆蓋還田”方式[7]。

通常認(rèn)為，小麥籽粒產(chǎn)量的60%～80%來自花后積累的光合產(chǎn)物[8]，而小麥的干物質(zhì)積累與轉(zhuǎn)運與當(dāng)?shù)丨h(huán)境、土壤種類及其生長季的氣候等有關(guān)[5,9-10]，也受播期、品種及栽培模式等因素的影響[11-14]。研究發(fā)現(xiàn)，覆蓋對小麥干物質(zhì)的分配和轉(zhuǎn)運具顯著影響[15]；在干旱年份，秸稈覆蓋種植可調(diào)節(jié)土壤水分含量，優(yōu)化根系性狀，延緩旗葉葉綠素降解和葉片在生育后期的衰老速度，明顯增加干物質(zhì)積累量，從而利于小麥產(chǎn)量形成[16]；地膜覆蓋可有效降低土壤蒸發(fā)量，提高水分利用率，具有較好的保溫、增溫效果，可提高小麥產(chǎn)量[17]。Niu等[18]研究結(jié)果顯示，覆膜種植小麥在灌漿期可促進干物質(zhì)向穗部轉(zhuǎn)運，干物質(zhì)積累量較露地種植高26%，增產(chǎn)36%?？傊啬じ采w和秸稈覆蓋均利于干物質(zhì)向小麥穗部積累[19]。前人就秸稈覆蓋種植或覆膜種植對小麥干物質(zhì)積累與轉(zhuǎn)運的影響已有研究，但對在不同的覆蓋方式及覆蓋度下，小麥花后干物質(zhì)的積累與轉(zhuǎn)運對籽粒貢獻的差異研究較少。本試驗分析了四種不同的秸稈帶狀覆蓋、地膜覆蓋及無覆蓋模式對冬小麥干物質(zhì)的分配與轉(zhuǎn)運及其對籽粒貢獻的差異，探討不同覆蓋栽培方式對冬小麥產(chǎn)量的影響，以期為旱農(nóng)區(qū)小麥生產(chǎn)模式提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗點概況

試驗于2018年9月至2019年7月在甘肅省定西市通渭縣平襄鎮(zhèn)甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗基地進行，該地區(qū)為黃土高原典型的雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)，土壤性質(zhì)為黃綿土，半干旱氣候，作物一年一熟，年均溫7.2 ℃，無霜期120～170 d，年蒸發(fā)量>1 500 mm，多年平均降水量約390.6 mm，其中約65%集中在6—9月。本試驗中冬小麥生育期內(nèi)總降雨量約297.5 mm，有效降水(≥5 mm)約228.70 mm，此降雨量年型為豐水年。

1.2 試驗設(shè)計

以當(dāng)?shù)刂髟远←溒贩N隴中2號為供試材料，采用隨機區(qū)組設(shè)計，設(shè)4種秸稈帶狀覆蓋(SM3、SM4、SM5、SM6)、地膜覆蓋(PM)、露地(CK)六種種植模式(表1),3次重復(fù)。小區(qū)面積150 m2，播種量均為225 kg·hm-2。秸稈帶狀覆蓋分為秸稈覆蓋帶和小麥種植帶，兩帶相間排列，于小麥三葉期，將玉米秸稈整稈按設(shè)計放置在預(yù)留覆蓋帶上，覆蓋量均為風(fēng)干秸稈9 000 kg·hm-2；地膜覆蓋采用全膜覆土穴播模式，地膜和厚度分別為幅寬120 cm和0.01 mm，行距20 cm，膜上覆土1 cm左右；露地處理平作，不覆蓋。

各小區(qū)均施純氮150 kg·hm-2、P2O5120 kg·hm-2作基肥，生育期間不追肥。開花后 7 d進行“一噴三防”，以防后期病蟲害、干熱風(fēng)和小麥植株早衰。

1.3 測定項目與方法

在冬小麥拔節(jié)期、孕穗期、開花期、灌漿期和成熟期，各小區(qū)隨機選取具有代表性的植株20株，帶回實驗室；在開花期將單株分為莖鞘、穗部、葉片三部分，在成熟期將單株分為莖鞘、穗軸+穎殼、葉片、籽粒四個部分，稱鮮重后分裝好，置于105 ℃烘箱中殺青30 min，在80 ℃下烘干至恒重，并計算相關(guān)指標(biāo)。

花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量=開花期植株干物質(zhì)量-成熟期營養(yǎng)器官干物質(zhì)量

花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運效率=花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量/開花期植株干物質(zhì)量×100%

花前干物質(zhì)對籽粒產(chǎn)量貢獻率=花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量/成熟期籽粒干重×100%

花后干物質(zhì)積累量=成熟期籽粒干重-花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法

數(shù)據(jù)用Excel 2010處理，用SPSS Statistics 24進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同覆蓋方式對冬小麥各生育時期植株干物質(zhì)積累量的影響

由表2可知，不同覆蓋栽培條件下，小麥干物質(zhì)積累量隨生育期的推進逐漸增大，且以PM處理最大，PM處理拔節(jié)期至成熟期植株干重較CK提高7.2%～36.7%，其中以孕穗期增幅最大，各時期處理間差異均顯著。SM處理植株干重在拔節(jié)期低于CK(15.4%)，之后高于CK(0.9%～ 9.8%)，以開花期增幅最大。SM不同覆蓋度處理對小麥干物質(zhì)積累的影響不同，SM3處理在拔節(jié)期、孕穗期分別較CK低32.3%、12.0%，但在開花期～成熟期顯著高于CK，較CK高1.4%～2.4%；SM4、SM5、SM6處理拔節(jié)期干物質(zhì)量均低于CK，平均低10.3%，孕穗期、開花期、灌漿期、成熟期則均顯著高于CK，平均高5.3%、 12.1%、5.7%、3.9%。

按照財稅〔2016〕36號的規(guī)定，該月轉(zhuǎn)讓金融產(chǎn)品出現(xiàn)的損失不能由其他銷售收入、勞務(wù)收入來彌補，當(dāng)期該轉(zhuǎn)讓金融產(chǎn)品的業(yè)務(wù)不需要納稅，同時還可以結(jié)轉(zhuǎn)至下一納稅期抵減。

2.2 不同覆蓋方式對冬小麥地上部干物質(zhì)分配的影響

2.2.1 對開花期干物質(zhì)分配的影響

由表3可見，開花期小麥干物質(zhì)在各器官中的分配表現(xiàn)為莖鞘>穗部>葉。

PM處理的莖鞘、穗部和葉片干物質(zhì)量較CK分別提高14.0%、23.6%和33.0%，且處理間差異顯著；SM處理的莖鞘、穗部干物質(zhì)量平均較CK分別提高6.6%、11.1%，但處理間無顯著差異，葉片干重較CK提高14.3%～28.6%，差異顯著。

表1 不同栽培模式試驗方案Table 1 Experiment scheme of different cultivation patterns

表2 不同生育時期的小麥干物質(zhì)積累量Table 2 Dry matter accumulation at different growth stages of wheat g·plant-1

表3 小麥開花期干物質(zhì)在不同器官中的分配Table 3 Distribution of dry matter in different organs at flowering stage of wheat

表4 小麥成熟期干物質(zhì)在不同器官中的分配Table 4 Distribution of dry matter in different organs at maturity stage of wheat

覆蓋總體降低了莖鞘占植株干重的比例，提高了穗部和葉片占植株干重的比例。PM較CK提高了穗部和葉片干重1.4和0.9個百分點，SM較CK穗部和葉片干重平均增加0.4和1.0個百分點。PM和SM莖鞘占植株干重比例較CK分別降低2.3和1.5個百分點。

2.2.2 對成熟期干物質(zhì)分配的影響

由表4可知，成熟期小麥干物質(zhì)在各器官中的分配表現(xiàn)為籽粒>莖鞘>穗軸+穎殼>葉。

PM處理的葉干重較CK提高7.7%，籽粒及穗軸+穎殼的干重分別提高11.3%、17.2%，與CK間差異顯著。SM處理中，SM3、SM4、SM5、SM6處理均較CK提高籽粒干重，平均增重 6.3%，但處理間差異均不顯著；SM4處理較CK的葉干重增加15.4%，二者差異顯著，其余秸稈帶狀覆蓋處理與CK差異均不顯著；SM3、SM4、SM5、SM6處理的穗軸+穎殼的干重較CK提高8.6%～13.8%，差異均達顯著水平。SM和PM處理對莖鞘干重的影響不同，其中SM較CK降低莖鞘干重1.5%～5.9%，以SM3的降幅最大，PM則較CK提高莖鞘干重2.2%。

覆蓋總體降低了莖鞘占植株干重的比例，提高了籽粒、穗軸+穎殼及葉占植株干重的比例，平均來看，SM處理較CK增加籽粒、穗軸+穎殼及葉干重比例1.2、1.3及0.1個百分點，PM處理籽粒、穗軸+穎殼分別增加1.0、1.3個百分點，葉干重比例與CK相近。SM、PM處理的莖鞘干重占植株比例分別較CK低2.6、2.3個百分點。

2.3 不同覆蓋方式對冬小麥花后營養(yǎng)器官干物質(zhì)再分配的影響

由表5可知，SM與PM均促進了各營養(yǎng)器官花前干物質(zhì)在花后的轉(zhuǎn)運，且PM增幅高于SM。

PM處理莖鞘的花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量較CK提高90.5%，轉(zhuǎn)運效率和對籽粒產(chǎn)量貢獻效率提高9.0和10.5個百分點，處理間存在顯著性差異；SM處理莖鞘的花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量、轉(zhuǎn)運效率和對籽粒貢獻率分別較CK提高61.9%～81.0%、7.4～9.0個百分點和7.9～10.5個百分點，且處理間差異顯著。

PM處理穎殼+穗軸的花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量、轉(zhuǎn)運效率、對籽粒產(chǎn)量貢獻率較CK分別提高30.8%、7.7個百分點、6.4個百分點；SM處理中，SM3的花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量、轉(zhuǎn)運效率和對籽粒產(chǎn)量貢獻率較CK低17.3%、1.7和8.0個百分點，而SM4、SM5、SM6處理均較CK高 15.4%～25.0%、 5.4～7.7個百分點、3.4～6.1個百分點；且PM和SM各處理均與CK間存在顯著差異。

PM處理葉片花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量較CK提高75.0%，轉(zhuǎn)運率和貢獻率則提高11.9和3.2個百分點，處理間差異顯著。SM處理中，SM5處理的葉片花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運效率和貢獻率與CK間差異顯著，較CK高3.6和1.0個百分點，而轉(zhuǎn)運量與CK相近；SM3、SM4、SM6處理葉片花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量、轉(zhuǎn)運效率及其貢獻率均較CK分別提高50%～75%、6.3～13.8個百分點、2.3～3.7個百分點，且顯著差異。

2.4 不同覆蓋方式對冬小麥花前和花后干物質(zhì)對籽粒貢獻率的影響

由表6可知，總體來看，覆蓋促進了花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運對籽粒產(chǎn)量的貢獻率，降低了花后干物質(zhì)積累對籽粒產(chǎn)量的貢獻率，且前者的增幅和后者的降幅均表現(xiàn)為PM>SM。

表5 小麥花后營養(yǎng)器官干物質(zhì)再分配Table 5 Dry matter redistribution of vegetative organs after anthesis of wheat

表6 小麥花前花后干物質(zhì)積累對籽粒產(chǎn)量的貢獻率Table 6 Contribution ratio of dry matter accumulation before and after flowering to grain yield of wheat %

PM與SM處理較CK均增加了花前干物質(zhì)積累對籽粒產(chǎn)量的貢獻率，增幅分別為20.2個百分點、13.3個百分點，處理間差異顯著；SM處理中，SM3、SM4、SM5、SM6處理的花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量對籽粒貢獻率分別較CK高3.6、15.3、 15.0、19.3個百分點，且差異均顯著。

與CK相比，PM和SM處理的花后干物質(zhì)積累量對籽粒產(chǎn)量貢獻率分別降低20.2和13.3個百分點，處理間差異顯著；SM處理中，SM3、SM4、SM5、SM6處理的花后干物質(zhì)積累量對籽粒產(chǎn)量貢獻率分別較CK低3.6、15.3、15.0、 19.3個百分點，差異均達到顯著水平。

3 討論與結(jié)論

3.1 討 論

覆蓋可全方位影響作物生長發(fā)育，通過對作物出苗和生育進程的直接影響，對作物各器官發(fā)育及產(chǎn)量產(chǎn)生影響。王健波等[19]研究發(fā)現(xiàn)，免耕覆蓋能提高小麥地上部的干物質(zhì)積累總量，促進開花后干物質(zhì)的積累。干物質(zhì)累積作為產(chǎn)量形成的前提，其花前主要用于營養(yǎng)器官的建成，花后則多數(shù)運至籽粒[20]。本試驗發(fā)現(xiàn)，干物質(zhì)量隨小麥生長發(fā)育時間的延長呈遞增趨勢，在成熟期積累量達到最大，覆蓋促進了干物質(zhì)在各營養(yǎng)器官中的積累，提高了花前干物質(zhì)對籽粒產(chǎn)量的貢獻率，與上述研究結(jié)果一致，這說明秸稈帶狀覆蓋和地膜覆蓋可通過改善作物生長環(huán)境的水熱條件，加快作物對土壤養(yǎng)分及水分的吸收，利于小麥營養(yǎng)生長，使各器官干物質(zhì)的積累速率加快，促進花后同化物向籽粒轉(zhuǎn)移。

小麥籽粒產(chǎn)量源于花后光合產(chǎn)物及營養(yǎng)器官在花前貯藏物質(zhì)的再分配[21]，花前和花后光合產(chǎn)物的積累、轉(zhuǎn)運與分配對籽粒產(chǎn)量具顯著影響[22]。常 磊等[23]研究表明，花前光合同化物對籽粒產(chǎn)量的貢獻率為35.6%～54.9%，花后光合產(chǎn)物對籽粒產(chǎn)量的貢獻率均高于45.0%；吳 禎等[24]研究表明，花后干物質(zhì)積累量對籽粒產(chǎn)量的貢獻率為 60.47%～80.26%。本研究顯示，花前干物質(zhì)積累量對籽粒產(chǎn)量貢獻率為57.04%～77.22%，花后干物質(zhì)積累量對籽粒產(chǎn)量貢獻率為22.78%～42.96%，推測覆蓋條件下籽粒產(chǎn)量的提高主要來源于花前干物質(zhì)累積對籽粒產(chǎn)量的貢獻，此結(jié)果的花前干物質(zhì)積累對籽粒產(chǎn)量的貢獻率均高于前人的研究結(jié)果，這說明干物質(zhì)積累不僅與栽培方式、氣候條件有關(guān)，還受基因型的 影響。

我國甘肅省中部地區(qū)水分短缺，屬黃土高干半干旱雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)，覆蓋栽培是該區(qū)域廣泛應(yīng)用的種植模式，但由于地膜覆蓋在提高產(chǎn)量的同時，對環(huán)境造成一定污染，探索覆蓋和秸稈還田結(jié)合的耕作栽培技術(shù)，是推動該區(qū)域農(nóng)業(yè)實現(xiàn)高產(chǎn)高效、綠色可持續(xù)生產(chǎn)的重要舉措，而如何在秸稈覆蓋條件下，進一步提升小麥干物質(zhì)的分配與轉(zhuǎn)運，使其產(chǎn)量更高，仍是我們探究的目標(biāo)。

3.2 結(jié) 論

(1)覆蓋總體促進了小麥地上部分生長，較CK增加了小麥干物質(zhì)量，且對干物質(zhì)積累具有階段性差異，在拔節(jié)期～成熟期冬小麥的植株干重表現(xiàn)為PM>SM，PM>CK；而SM在拔節(jié)期低于CK，但在孕穗期～成熟期比CK高。秸稈帶狀覆蓋不同覆蓋度處理的冬小麥干物質(zhì)積累量不同，但均高于CK。

(2)SM、PM較CK明顯促進花前累積的干物質(zhì)在花后的轉(zhuǎn)運及花后干物質(zhì)在不同營養(yǎng)器官中的再分配，且PM的增加量高于SM。此外，不同秸稈帶狀覆蓋處理小麥干物質(zhì)在各營養(yǎng)器官的再分配不同，但均高于CK，總體表現(xiàn)為莖鞘>穎殼+穗軸>葉片。

(3)覆蓋較CK顯著降低了花后干物質(zhì)對籽粒產(chǎn)量的貢獻，但顯著提高了花前干物質(zhì)對籽粒產(chǎn)量的貢獻，冬小麥隴中2號對不同的覆蓋處理響應(yīng)不同?；ㄇ案晌镔|(zhì)積累對籽粒產(chǎn)量的貢獻表現(xiàn)為地膜覆蓋 (77.22%)>秸稈帶狀覆蓋 (70.35%)>露地對照(57.04%)。