不同滴灌處理對冬小麥根系生長及干物質(zhì)積累的影響

孫乾坤，章建新，薛麗華，3，陳興武，3，胡　銳

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學 農(nóng)學院，烏魯木齊　830052; 2.新疆農(nóng)業(yè)科學院 糧食作物研究所，烏魯木齊　830091；3.農(nóng)業(yè)部荒漠綠洲作物生理生態(tài)與耕作重點實驗室，烏魯木齊　830091)

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不同滴灌處理對冬小麥根系生長及干物質(zhì)積累的影響

孫乾坤1，章建新1，薛麗華1，3，陳興武1，3，胡銳2

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學 農(nóng)學院，烏魯木齊830052; 2.新疆農(nóng)業(yè)科學院 糧食作物研究所，烏魯木齊830091；3.農(nóng)業(yè)部荒漠綠洲作物生理生態(tài)與耕作重點實驗室，烏魯木齊830091)

摘要為揭示不同滴灌處理對冬小麥根系生長及干物質(zhì)積累的影響規(guī)律。采用PVC管栽試驗，研究拔節(jié)期后每次每管滴灌量0.94 kg，4種滴灌量處理每管10.36 kg (滴11次,W4)、每管8.48 kg (滴9次,W3)、每管6.59 kg (滴8次 ,W2)、每管5.65 kg (滴灌6次， W1)對0～100 cm土層含水量、‘新冬18號’根系干質(zhì)量、葉面積、光合勢及干物質(zhì)積累的影響。結果表明，隨著滴灌次數(shù)和總滴灌量的增加，0～40 cm土層含水量也增加，拔節(jié)期至成熟期間根系干質(zhì)量、葉面積、光合勢、干物質(zhì)積累量和產(chǎn)量增加，W4的最大根系干質(zhì)量、最大葉面積、光合勢、成熟期干物質(zhì)積累量和產(chǎn)量分別較W1增加28.50%、71.77%、77.3%、37.75%、78.17%，產(chǎn)量構成因素中僅千粒質(zhì)量隨滴灌次數(shù)和總滴灌量的增加而不斷增加。少量(每次30 mm)多次(11次內(nèi))滴灌方式的小麥生育中后期40 cm以下土層容易干旱，是導致冬小麥早衰，降低千粒質(zhì)量和產(chǎn)量的主要原因。

關鍵詞冬小麥；滴灌量；干物質(zhì)積累；根冠比

新疆地處干旱區(qū)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)完全依靠灌溉。面臨著灌溉水資源日益匱乏的狀況，發(fā)展節(jié)水灌溉是必然選擇。小麥是新疆的主要糧食作物之一， 如何實現(xiàn)節(jié)水與高產(chǎn)的統(tǒng)一是小麥栽培上需要解決的重要問題。滴灌是先進的節(jié)水灌溉技術，它能在植物需水的任何時間、地點將水和養(yǎng)分均勻地運送到作物根部，最大限度降低灌溉水滲漏浪費[2]。不合理的滴灌制度導致冬小麥早衰[3]。目前，滴灌小麥研究多集中在需水規(guī)律[4]、比較表層滴灌、深層滴灌及噴灌對冬小麥根系分布和耗水的影響[5]等方面。少量多次滴水方式[6]對冬小麥根系生長及與早衰發(fā)生的關系不清楚。本試驗采用PVC管栽培試驗模擬田間滴灌條件，研究不同滴灌處理對0～100 cm土層含水量、根系生長、干物質(zhì)積累分配及產(chǎn)量的影響，揭示少量多次滴水方式與冬小麥早衰現(xiàn)象發(fā)生的關系，為冬小麥節(jié)水高產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗材料及方法

供試材料為‘新冬18號’(北疆主栽品種)。試驗于2011-2012年在新疆農(nóng)業(yè)大學氣象站內(nèi)進行。采用內(nèi)徑為20 cm，長為100 cm的PVC管，縱向一剖為二，然后將開縫對接好用膠帶密封后，再用鐵絲緊箍固定。將箍緊的管子垂直整齊排列地放入2 m×2 m×1 m的坑中，周圍用土填實。管內(nèi)填土采自氣象站田間土層，土壤肥力0～20 cm 有機質(zhì)w=9.91%，堿解氮69.83 mg/kg，速效磷108.00 mg/kg，速效鉀573.0 mg/kg。嚴格按大田土層結構每20 cm為一層，過1 cm×1 cm的篩后，再按大田每層土壤體積質(zhì)量定量裝填。填土前用酒精燃燒法測定各土層土壤含水量，以計算每管各層填土量。0～40 cm基施磷酸二銨每管2 g，尿素每管1.5 g。播前足墑水。2011-09-26播種，共種80管，每管播種15粒，播種深度為3 cm，并覆膜，待出苗后撤膜，出苗后每管保苗10株。無地下水補充。返青后遇雨遮棚，雨停隨即拆棚。拔節(jié)期隨水滴入尿素每管3.0 g，6月27日收獲。試驗在冬前和越冬期間的降水量分布見表1。

1.2試驗設計

拔節(jié)期后，設每次每管滴灌量0.94 kg(管內(nèi)灌水量均按其面積比例確定，即大田750 m3/hm2折算，下同)，11次(W4，總滴灌量每管10.36 kg)、9次(W3，總滴灌量每管8.48 kg)、7次(W2，總滴灌量每管6.59 kg)、6次(W1，總滴灌量每管5.65 kg)4種滴灌量處理，每處理20管。用醫(yī)用一次性輸液管模擬滴灌，將整個針頭剪去，將管端用膠帶與直徑4 mm、長10 cm的鐵絲粘綁在中上部， 鐵絲下部3 cm插入管中土壤內(nèi)，使滴灌固定，水滴速用輸液器控制閥控制，具體滴水日期見表2。

表1　2011-2012年冬小麥冬前及越冬期間降水分布

表2　不同水分處理滴水日期

1.3測定方法

分別在拔節(jié)期(4月15日)、孕穗期(5月10日)、開花期(5月24日)、花后20 d (6月13日)、成熟期(6月27日)取樣，每次各處理取3管，測定0～100 cm土層含水量，每20 cm一層，沿管縫剖開，將管內(nèi)根土一分為二，迅速用小鏟均勻取各層土，除去根，裝入鋁盒內(nèi)，蓋好蓋，105 ℃烘干至恒質(zhì)量；根系干質(zhì)量，過400目篩沖洗，去除雜質(zhì)，80 ℃烘干稱質(zhì)量；葉面積(長×寬×0.75)；干物質(zhì)量，80 ℃烘干稱質(zhì)量；最上完展葉葉綠素質(zhì)量分數(shù)，采用丙酮乙醇混合法；可溶性蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)，采用考馬斯亮藍法。收獲時取整管植株測定產(chǎn)量及產(chǎn)量結構。各項測定指標取5管的平均數(shù)分析。

營養(yǎng)器官開花前貯藏同化物轉運量=開花期干物質(zhì)量-成熟期營養(yǎng)器官干質(zhì)量

營養(yǎng)器官開花前貯藏同化物轉運率=營養(yǎng)器官開花前貯藏同化物轉運量/開花期干物質(zhì)量

營養(yǎng)器官開花前貯藏同化物貢獻率=營養(yǎng)器官開花前貯藏同化物轉運量/籽粒干質(zhì)量

采用Excel軟件、SAS 8.0及SPSS 15.0統(tǒng)計分析軟件處理數(shù)據(jù)。

2結果與分析

2.1土壤相對含水量的垂直分布動態(tài)

由圖1可見，自孕穗期后處理間0～100 cm土層含水量差異顯著，孕穗期多表現(xiàn)為W4>W3>W2>W1，開花期0～60 cm土層含水量差異顯著，多表現(xiàn)為W4(W3)>W2>W1，60 cm以下的土層含水量多表現(xiàn)為W4(W3、W2)>W1；花后20 d和成熟期，0～40 cm土層含水量差異顯著，多表現(xiàn)為W4>W3>W2>W1，40～100 cm土層貯水接近耗盡，處理間差異不顯著。增加滴灌次數(shù)和總滴灌量僅0～40 cm土層含水量直接增加，并延緩40 cm以下土層的水分消耗。

2.2不同滴灌量處理對葉片葉綠素質(zhì)量分數(shù)和可溶性蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)的影響

由圖2可見，拔節(jié)期后處理間葉片的葉綠素質(zhì)量分數(shù)差異逐漸增大，花后20 d處理間差異最大，均表現(xiàn)為W4>W3>W2>W1。由圖3可見，孕穗期后葉片可溶性蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)差異顯著，以開花期處理間差異最大，花后20 d的差異又變小，多表現(xiàn)為W4>W3>W2>W1。增加滴灌次數(shù)和總滴灌量，功能葉片葉綠素和可溶性蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)增加。

2.3不同滴灌量處理對葉面積及光合勢的影響

由圖4可見，孕穗期、開花期、花后20 d處理間葉面積差異顯著，以孕穗期和開花期處理間葉面積差異大，多表現(xiàn)為W4>W3>W2>W1，孕穗期葉面積W4(16.37×10-2m2)較W1(9.53×10-2m2)增加71.77%。由圖5可見，返青至成熟期處理間總光合勢差異顯著，表現(xiàn)為W4>W3>W2>W1，W4總光合勢[每管6.72 (m2·d)/m2] 較W1[每管3.79 (m2·d)/m2]增加77.3%，其中，在拔節(jié)期至花后20 d，W4光合勢[每管6.32 (m2·d)/m2]較W1[每管3.61 (m2·d)/m2]增加75.1%。增加滴灌次數(shù)和總滴灌量，促進拔節(jié)至孕穗期間葉面積增長，并延緩孕穗后葉面積衰減，增加拔節(jié)期至花后20 d的光合勢。

圖1　土壤相對含水量垂直分布

圖2　不同滴灌處理葉片葉綠素質(zhì)量分數(shù)

圖3　不同滴灌處理可溶性蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)

2.4不同滴灌量處理對干物質(zhì)積累及分配的影響

由圖6可見，干物質(zhì)積累量自孕穗期開始處理間差異逐漸增大，均表現(xiàn)為W4>W3>W2>W1，成熟期干物質(zhì)積累量的差異主要是在孕穗期至花后20 d形成的。成熟期干物質(zhì)質(zhì)量W4(每管56.23 g)較W1(每管40.82 g)增加37.75%；營養(yǎng)器官開花前貯藏同化物轉運量、營養(yǎng)器官開花前貯藏同化物轉運率及其對產(chǎn)量的貢獻率、經(jīng)濟系數(shù)處理間差異均顯著,均表現(xiàn)為W4>W3>W2>W1，W4轉移量為每管8.85 g，W1為每管-1.07 g；W4轉運率為每管21.43%，W1為每管-4.05%；貢獻率W4為37.2%，W1為-8.0%；W4、W3、W2、W1的經(jīng)濟系數(shù)依次為0.42、0.40、0.36、0.33。增加滴灌次數(shù)和總滴灌量，大幅度增加孕穗期至花后20 d的干物質(zhì)積累量，增加營養(yǎng)器官開花前干物質(zhì)積累量和向籽粒的轉移量，提高經(jīng)濟系數(shù)。

圖4　不同滴灌量處理的葉面積動態(tài)

A.返青-拔節(jié)Greening-Jointing；B.拔節(jié)-孕穗Jointing-Booting;C.孕穗-開花Booting-Flowering;D.開花-花后20 dFlowering-20 d after flowering;E.花后20 d-成熟20 d after flowering-Maturing;F.總光合勢Total photosynthetic potential

圖5不同滴灌量處理的光合勢

Fig.5Photosynthetic potential of different treatment

圖6　不同滴灌處理干物質(zhì)積累動態(tài)

2.5不同滴灌處理對根系干質(zhì)量及根冠比的影響

由表4可見，各處理0～100 cm 土層根系總干質(zhì)量自拔節(jié)期至孕穗期迅速增加，在孕穗(或開花)期達到峰值后緩慢下降。從孕穗至成熟期間處理間根系總干質(zhì)量差異達顯著水平，孕穗期、開花期、花后20 d依次表現(xiàn)為W4>W3>W2>W1、W4>W3(W2)> W1、W4>W3(W2、W1)，開花期W4根干質(zhì)量較W1增加28.5%；自拔節(jié)期根冠比一直呈現(xiàn)下降趨勢，孕穗期、開花期、花后20 d處理間根冠比差異顯著，孕穗期表現(xiàn)為W4>W3(W2)>W1、開花期和花后20 d均表現(xiàn)為 W1(W2)>W3(W4)。增加滴灌次數(shù)和總滴灌量顯著促進拔節(jié)后根系生長，并延緩開花后根系干質(zhì)量衰減，增加孕穗期至成熟期間的總根干質(zhì)量，降低生育后期的根冠比。

表3　不同滴灌處理根干質(zhì)量及根冠比動態(tài)

注：同列相同字母表示在0.05水平差異不顯著，下同。

Note:Values followed by the same letter within a column are not significantly different at 0.05 level，the same as follows.

表4　不同滴灌量處理對冬小麥產(chǎn)量的影響

2.6不同滴灌量處理對產(chǎn)量及水分利用效率的影響

由表4可見，隨著滴灌次數(shù)和總滴灌量的增加，增加每管穗數(shù)、粒數(shù)、千粒質(zhì)量、籽粒產(chǎn)量，以籽粒產(chǎn)量 W4(每管25.3 g)處理最高，較W1(每管14.2 g)增加78.2%。在產(chǎn)量構成因素中，僅千粒質(zhì)量隨滴灌量和次數(shù)的增加而不斷增加，對水分條件要求最高。增加滴灌次數(shù)和總滴灌量，穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量和單管產(chǎn)量均顯著增加，明顯提高粒質(zhì)量與花期根干質(zhì)量的比值，水分利用效率呈現(xiàn)增加的趨勢，以 W4處理最高，為1.36 kg/m3，千粒質(zhì)量對水分條件要求最高。

3討 論

與少量多次灌溉方式相比，多量少次灌溉方式促進冬小麥中層(30～60 cm)根系的生長[7]。滴灌小麥根系生長高峰期在孕穗-揚花期, 較常規(guī)灌溉春小麥略有提前，而后根系逐漸衰亡。在山東青島生育期間降水量155 mm條件下，隨著滴灌量的增加，小麥地上部干物質(zhì)積累量增加，花前干物質(zhì)轉移量、轉移率和對籽粒貢獻率降低，花后同化物轉移量和轉移率增加；春季滴灌4次(分別在返青期、拔節(jié)期、開花期、灌漿期，每次滴灌30 mm)獲得籽粒產(chǎn)量8 562.0 kg/hm2[8]。本研究結果表明，每次滴灌量每管0.94 kg(30 mm)，僅直接增加0～40 cm土層含水量，而對40 cm以下土層的水分無影響，增加滴水次數(shù)推遲對該層水分的消耗，促進該層根系生長、延緩衰亡[9]；增加拔節(jié)至花后20 d的葉面積和光合勢，增加干物質(zhì)產(chǎn)量和經(jīng)濟系數(shù)，最終增加產(chǎn)量和水分利用效率。從產(chǎn)量構成因素隨滴灌次數(shù)的變化看，僅千粒質(zhì)量隨滴灌次數(shù)的增加而不斷增加，可能是由于增加滴灌次數(shù)延緩了深層根系衰老、延長籽粒灌漿期的結果，滴灌9次水的小麥較灌11次水早衰，千粒質(zhì)量降低。少量(每次滴30 mm以下)多次(春季11次以內(nèi))的滴灌方式麥田中后期40 cm以下土層容易干旱，導致冬小麥發(fā)生早衰現(xiàn)象，降低產(chǎn)量。由于管栽試驗與田間試驗不同，沒有地下水和春季降水的補充，最高產(chǎn)量的春季灌水次數(shù)(11次)遠高于田間試驗的4次[10]。并且，僅為一年的試驗結果，有待田間試驗驗證。

4結 論

增加滴水次數(shù)和總滴水量，僅直接增加0～40 cm土層含水量，促進根系和葉片生長，并延緩衰老，主要增加孕穗至花后20 d的總根干質(zhì)量、葉面積和光合勢，導致干物質(zhì)積累量和經(jīng)濟系數(shù)同步提高；產(chǎn)量構成因素中僅千粒質(zhì)量隨滴水次數(shù)增加而不斷增加。少量多次滴灌容易造成冬小麥早衰，降低千粒質(zhì)量。

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Received 2015-01-09Returned2015-04-16

Foundation itemNational Natural Science Foundation of China(No.31101121);China Agriculture Research System(No.CARS)； Science & Technology Specific Project for Enriching People and Strengthening County Economy.

First authorSUN Qiankun,male,master student.Research area:drip irrigation water saving cultivation of wheat.E-mail:1228217534@qq.com

(責任編輯：成敏Responsible editor:CHENG Min)

Effect of Drip Irrigation Quantities on Root Growth and Dry Matter Accumulation in Winter Wheat

SUN Qiankun1,ZHANG Jianxin1,XUE Lihua1,3, CHEN Xingwu1,3and HU Rui2

(1. College of Agronomy, Xinjiang Agricultural University, Urumqi830052,China; 2.Grain Crops Research Institute of the Xinjiang Academy of Agricultural Sciences, Urumqi830091,China；3.Key Laboratory of Crop Physiology Ecology and Cultivation, Minisitry of Agriculture, Urumqi830091,China)

AbstractTo reveal the effect of quantities of drip irrigation on yield and water use efficiency of winter wheat root system,‘Xindong18’ was planted in PVC tubes, and four different quantities of drip irrigation, including each tube 10.36 kg (W4)，each tube 8.48 kg (W3)，each tube 6.59 kg (W2)，each tube 5.65 kg (W1),were arranged and evaluated root growth, leaf area, photosynthetic potential, dry matter accumulation and water content of 0-100 cm soil layers. The results showed that the quantities of drip irrigation treatment affected water content in 0-40 cm soil layers, increased root dry mass, leaf area, photosynthetic potential, chlorophyl and protein mass fraction of leaf, dry matter accumulation and yield.Compared with the treatment of W1, the biggest dry root mass, leaf area, photosynthetic potential, dry matter accumulation and yield in W4 treatment was increased respectively 28.50%, 71.77%, 77.3%, 37.75% and 78.17%. With drip water quantities increase, only 1 000-seeds mass increased among yield components. Under the treatment of many times little drip irrigation, eg nine times irrigation and 30 mm per times, soil below 40 cm was apt to suffering drought at the middle and late period of wheat growth, which may account for premature senescence of wheat and decreasing 1 000-seeds mass and yield.

Key wordsWinter wheat; Quantity of drip irrigation; Dry matter accumulation; Root shoot ratio

Corresponding authorXUE Lihua,female,associate researcher.Research area:high-yield cultivation and physiology of wheat research.E-mail:xuelihua521@126.com

中圖分類號S275.6

文獻標志碼A

文章編號1004-1389(2016)03-0372-06

通信作者：薛麗華，女，副研究員，主要從事小麥高產(chǎn)栽培生理研究。E-mail:xuelihua521@126.com

基金項目：國家自然科學基金項目(31101121)；現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術體系專向資金(CARS)；國家科技富民強縣專項。

收稿日期：2015-01-09修回日期：2015-04-16

網(wǎng)絡出版日期：2016-03-06

網(wǎng)絡出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1220.S.20160306.1610.016.html

第一作者：孫乾坤,男，碩士研究生，研究方向為滴灌小麥節(jié)水栽培。E-mail:1228217534@qq.com