矮壯素滴施時期對冬小麥莖稈抗倒伏能力的調控分析

張永強,陳傳信,聶石輝,徐其江,賽力汗·賽,雷鈞杰

(新疆農業科學院糧食作物研究所/農業農村部荒漠綠洲作物生理生態與耕作重點實驗室,烏魯木齊 830091)

0 引 言

【研究意義】倒伏是影響小麥生長發育及產量和品質量的重要因素之一[1],倒伏破壞了小麥的群體結構及莖稈的疏導系統,對水分和養分運輸的影響很大,導致小麥產量和品質下降,同時增加機械收獲難度和成本[2];倒伏一般導致小麥減產7%～30%,嚴重時高達40%[3-5]。新疆滴灌小麥發展迅速,目前已達到25.33×104hm2(380萬畝)[6],由于滴灌小麥水肥供應充足,生長旺盛且根系分布較淺,后期易發生倒伏,對實現其高產高效構成嚴重威脅。研究小麥的抗倒性,可使其能夠更好地適應逆境,有利于小麥獲得高產。【前人研究進展】化學調控是矮化小麥植株、提高其抗倒能力的有效方法之一[7-8]。郭建文等[9]研究表明,矮壯素能顯著提高黑麥莖稈基部第2節間的抗折力,降低黑麥的倒伏率。孫巖等[10]研究表明,矮壯素能夠明顯降低小麥的株高、增加莖稈的粗度,有助于壯苗,提高抗倒伏能力。馬瑞琦等[11]研究表明,起身期噴施矮壯素可以顯著降低株高及重心高度,顯著提高莖稈基部節間的抗折力、穿刺強度、抗壓強度等力學特性,顯著提高植株的抗倒伏能力。華智銳等[12]研究表明,矮壯素拌種可使小麥株高和重心高度降低,基部第2節間長度縮短、粗度增加,莖稈機械強度增強,倒伏系數降低。矮壯素(Chlorocholine chlorid,CCC)屬于內吸性植物生長調節劑,經由種子、芽、幼枝、葉片和根系進入植株體內,可延緩細胞伸長,控制植株營養生長,促進生殖生長,提高莖稈強度,使植株節間縮短,株高降低。【本研究切入點】前人研究是將矮壯素通過種子(拌種)、葉片(噴施)進入小麥體內,而起到抗倒伏作用;但矮壯素從根系通過滴施進入小麥體內應用尚未見報道,缺乏其相關技術理論研究。需研究矮壯素不同滴施時期對冬小麥莖稈抗倒伏能力的調控措施。【擬解決的關鍵問題】設置不同的矮壯素滴施時期,分析不同矮壯素滴施時期對滴灌冬小麥莖稈特征、抗倒伏能力和產量的影響,及滴灌小麥抗倒伏的矮壯素最佳滴施時期,為新疆滴灌小麥抗倒伏高產栽培提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

采用盆栽試驗,盆的直徑26 cm、高度30 cm,土壤取自新疆農業科學院瑪納斯試驗站試驗田,每盆裝土7.5 kg。土壤有機質1.47g/kg,全氮1.36 g/kg,全磷1.15 g/kg,全鉀21.20 g/kg,速效氮111.9 mg/kg,速效磷28.70 mg/kg,速效鉀421.00 mg/kg。播種前每盆施磷酸二銨2.23 g、尿素0.45 g,將肥料撒施于盆中表層土壤,然后將盆中5 cm以上表層土混勻。供試品種為新冬18號,播種時間2019年9月25日,選取籽粒飽滿的種子,每盆播種40粒,小麥三葉期后定苗,每盆保留長勢一致的苗30株;收獲時間為2020年7月15日。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

試驗是在前期研究得出的最佳矮壯素滴施量4 500 mL/hm2的基礎上,設置3個不同的矮壯素滴施時期和每個時期均滴清水的對照處理,分別為返青期(S1)、起身期(S2)、拔節期(S3)和對照(S0)共4個處理,每個處理6盆。用輸液管模擬滴灌(流量設置為2.5 L/h2),灌水、追肥、矮壯素采用水肥藥一體化方式同時滴入每盆。在返青期、拔節期、孕穗期和開花期分別滴施尿素折合純氮用量0.34、0.68、0.34、0.34 g/盆;全生育期灌水8次,越冬前,返青期、起身期、拔節期、孕穗期、開花期、灌漿前期和灌漿中期采用滴灌分別灌水5.35、1.78、1.78、4.46、3.57、1.78、2.68、1.78 L/盆。

1.2.2 測定指標

1.2.2.1 莖稈形態特征

于冬小麥成熟期在每小區分別取20株小麥,用直尺測定其主莖的各節間長度,用精確度為0.01 mm的數顯式游標卡尺測量基部第2節間(節間中部)的直徑,并采用精度為萬分之一的天平測量倒2節節間重量。

莖稈充實度=莖稈節間干重(mg)/節間長度(cm)的比值。

1.2.2.2 株高和重心高度

于冬小麥開花期、乳熟期和成熟期分別測定不同處理的株高和重心高度,株高為小麥莖稈基部到穗頂的自然高度,重心高度為莖稈基部至該莖稈平衡支點的距離。

1.2.2.3 抗折力

于冬小麥開花期、乳熟期和成熟期分別測定不同處理的莖稈抗折力,測定時參照文獻[2]的方法。植株下部固定,用日本產測力計作用在莖稈節間的中間位置,垂直于莖稈緩緩用力,莖稈折斷時測力計所顯示的數值即為該莖的抗折力。

莖稈抗倒伏指數=莖稈機械強度/莖稈重心高度。

1.2.2.4 產量及產量構成因素

于冬小麥成熟期,分別從每個處理標記的3盆中每盆選取5株考種,分別測量株高、莖粗、穗長、單莖生物量、可孕小穗數、不孕小穗數、穗粒數、穗粒重等指標。

1.3 數據處理

采用SPSS19.0和Excel 2016軟件進行處理數據和統計分析。

2 結果與分析

2.1 矮壯素滴施時期對小麥株高及重心高度的影響

研究表明,與S0相比,在小麥返青期、起身期及拔節期滴施矮壯素均能降低小麥株高,其中以S2處理的株高最低為52.97 cm,與S0、S1、S3處理相比,S2處理的株高分別降低了7.51%、1.97%和0.31%,其與S0處理間差異達顯著水平(P<0.05),與S1、S3處理間差異不顯著。在不同的時期滴施矮壯素,對小麥各節間長度的影響不同,與S0處理相比,返青期滴施,倒4節、倒5節長度明顯縮短,而倒3節有所反彈增長;起身期滴施,倒5節有所縮短,倒4節明顯縮短,倒3節反彈增長;拔節期滴施,倒5節長無變化,倒4、倒3節縮短,倒2節出現明顯反彈增長;矮壯素滴施時期對小麥穗長無影響。不同處理小麥重心高度的變化與株高的變化規律一致,在S2處理小麥的重心高度最低為34.07cm,與S0、S1、S3處理相比,S2處理的重心高度分別降低了19.08%、10.74%和4.13%,其與S0、S1處理間差異達顯著水平(P<0.05),與S3處理間差異不顯著。矮壯素滴施可以降低小麥株高和重心高度,提高小麥抗倒伏能力,在起身期滴施矮壯素較返青期和拔節期對小麥株高和重心高度降低的效果顯著。圖1

注:不同小寫字母表示差異達0.05顯著水平,下同

2.2 矮壯素滴施時期對小麥莖稈基部第2節間特征的影響

研究表明,矮壯素滴施處理明顯縮短了基部第2節間的長度,增加了基部第2節間的直徑和壁厚,提高了基部第2節間的充實度和抗折力,但不同的滴施時期對小麥基部第2節間的影響不同。處理間表現為,起身期滴施矮壯素小麥基部第2節間最短為4.07 cm,其余S0、S1處理間差異顯著(P<0.05),與S3處理間差異不顯著;倒2節間直徑最大為3.38 mm,其與S0處理間差異顯著(P<0.05),與S1、S3處理間差異不顯著;壁厚最大為0.543 mm,其與S0、S1、S3之間差異均達顯著水平(P<0.05),而S1、S3之間差異不顯著;基部第2節間充實度以S2處理最大為25.57 mg/cm,其與S0、S1、S3之間差異均達顯著水平(P<0.05);抗折力以S2處理最大為5.44N,其與S0、S1、S3之間差異均達顯著水平(P<0.05),而S1、S3之間差異不顯著。表1

表1 不同矮壯素滴施時期下小麥莖稈基部第2節間特征變化

2.3 矮壯素滴施時期對小麥莖稈抗倒伏指數的影響

研究表明,滴施矮壯素可以明顯提高小麥莖稈的抗倒指數,各處理間莖稈抗倒伏指數表現為:S2>S3>S1>S0,與對照S0處理相比,S1、S2、S3的莖稈抗倒伏指數分別提高了36.55%、70.67%、43.46%,S0與S1、S2、S3的莖稈抗倒伏指數處理間差異均大顯著水平(P<0.05)。矮壯素滴施時期對小麥莖稈的抗倒伏指數也存在明顯的影響,不同矮壯素滴施時期間莖稈抗倒伏指數以S2處理最大為15.96 N/m,較S1、S3處理分別提高了24.99%和18.97%,差異均達顯著水平(P<0.05);S3處理較S1處理的莖稈抗倒伏指數提高了5.06%,差異達顯著水平(P<0.05)。圖2

圖2 不同矮壯素滴施時期下小麥莖稈抗倒伏指數變化

2.4 矮壯素滴施時期對小麥籽粒產量的影響

研究表明,矮壯素滴施時期對小麥單莖生物量、小穗的育性、穗粒數及穗粒重影響明顯,但不同的指標,處理間變化規律不同。矮壯素滴施提高了小麥單莖生物量,處理間以S2單莖生物量最大為3.42 g/莖,較S0、S1、S3處理分別提高了12.31%、7.68%和3.01%,其與S0、S1處理間差異達顯著水平(P<0.05),與S3處理間差異不顯著。處理間可孕小穗表現為S1>S2>S3>S0,不孕小穗表現為S0>S1>S3>S2,處理間差異基本均達顯著水平(P<0.05)。處理間穗粒差異不顯著,其中以S1處理穗粒數最多為38.50粒;穗粒重以S2處理最重為1.68 g,其與S1、S3處理間差異不顯著,與S0處理間差異達顯著水平(P<0.05);S1與S0二者間穗粒重差異不顯著。表2

表2 不同矮壯素滴施時期下小麥籽粒產量變化

3 討 論

倒伏是制約小麥高產、優質的重要因素之一[13-16],小麥倒伏問題雖然可通過合理的栽培技術來調控[17]。生長調節劑對作物生長發育的調節具有較高的時效性和專一性,外源生長調節劑會改變作物內源激素的含量及比例,影響作物的生長發育,調控作物的內在生理機制,提高作物抗逆能力。使用生長調節劑簡便易操作,是提高小麥抗倒伏能力的一項重要措施。小麥倒伏多發生在基部節間,故基部節間形態、生理特性與小麥抗倒伏能力關系緊密[18]。矮壯素在小麥增產和防倒方面效果突出,前人研究表明,矮壯素可降低小麥株高、增加節間的粗度、提高莖稈的機械強度,能有效地防止小麥倒伏[7,8]。華智銳等[12]研究表明,矮壯素拌種可以提高小麥種子發芽率,使小麥株高和重心高度降低,基部第 2 節間長度縮短、粗度增加,莖稈機械強度增強,倒伏系數降低,低濃度(0.5%)的矮壯素溶液拌種可以增加小麥根量,提高小麥植株的抗倒伏性。研究結果表明,與對照相比,矮壯素不同滴施時期均能降低滴灌小麥株高、重心高度和基部節間長度,增加基部節間粗度和莖稈充實度,提高莖稈抗倒伏指數,且不同時期滴施矮壯素,對小麥節間伸長的抑制作用和節間長度反彈影響不同。

4 結 論

不同矮壯素滴施時期均能降低滴灌小麥的株高,提高抗倒伏能力,但以起身期滴施矮壯素對小麥株高和重心高度降低的效果更明顯,起身期滴施矮壯素小麥基部第2節間最短、直徑最大、壁厚最大、節間充實度最大、抗折力最大、莖稈抗倒伏指數最大。當矮壯素滴施用量為4 500 mL/hm2時,在起身期滴施對滴灌小麥株高最低、基部節間最粗、抗倒伏指數最大,一定程度上提高了滴灌小麥莖稈抗倒伏能力。