旱地冬小麦扬花至灌浆期冠层温度与籽粒产量和水分利用效率的关系

【摘要】： 干旱缺水是农业生产的主要限制因素,提高作物的水分利用效率是节水农业的关键,其中生物节水是提高作物水分利用效率最具潜力的一个方面,作物抗旱节水品种诊断指标是生物节水研究的前沿领域。冠层温度作为衡量作物缺水诊断指标的研究早已得到研究和应用,近年来已成为作物抗旱基因型选择的重要依据,与作物水分利用密切相关。然而,国内有关小麦品种冠层温度与产量、水分利用效率关系的研究报道还比较少。本研究在甘肃陇东雨养旱作条件下,利用手持式冠层测温仪,以23个国家北方旱地冬小麦区域试验品种(品系)和21个美国德州品种(品系)为供试材料,于2005-2006年度研究了小麦扬花至灌浆期冠层温度与产量、水分利用之间的关系,旨在为抗旱节水小麦品种筛选提供依据。试验研究取得的主要结果是: 1、两类品种(系)在产量上都表现出差异显著(P0.05),其相应的变异系数分别为美国品种(系):9.8%;国内品种为11.5%。最高产量与最低产量之间美国品种(系)相差2.4t/ha,国内品种(系)相差2.1t/ha。所有44个供试材料的平均籽粒产量为5.0t/ha,变异系数11.2%,最高产量(6.4t/ha)与最低产量(3.6t/ha)相差近1.8倍。耗水量差异不显著(P=0.231,P=0.227),相应的变异系数为美国品种2.5%;国内品种为3.1%,耗水量平均值美国品种为426.5mm,国内品种为414.1mm。美国品种最高耗水量与最低耗水量相差近40mm,国内品种为25mm。水分利用效率差异显著(P0.05),变异系数分别为11.2%和11.9%,美国和国内品种的WUE平均值都在11.8 kg/ha·mm左右,小麦品种之间WUE的差异可达到66%,即达到相同产量的不同品种小麦,耗水量可相差66%,或在相同耗水量时产量可增加2/3。 2、扬花至灌浆期,所有供试冬小麦品种(系)之间冠层温度存在明显的差异。在同一监测日品种之间冠层温度相差为:美国品种(系)2.6~6.7℃;国内品种(系)3.7~10.9℃。统计分析表明:美国品种(系)之间除6月11日达到显著水平(P=0.008)外,其它监测日均达到极显著性水平(P0.001)。国内品种(系)之间除5月15日和5月17日差异不显著外,其它监测日均达到极显著性水平(P0.001)。美国品种在开花以后,监测日之间CT的相关系数增加,相关性增强。5月17日以后各测定日之间CT的相关系数均达到显著或极显著水平,并且有很高的一致性。而国内品种除两个测定日(处于灌浆期)之间显著外,其余测定日之间均不显著。CT测定的适宜时期为灌浆期,而不是开花前期或灌浆初期。 3、对小麦冠层温度和产量及产量构成因素的关系分析可知:美国品种(系)和国内品种(系)的冠层温度和产量之间的相关性基本相似,均呈现出增强—减弱---增强的变化趋势,判定系数R2的最大值都出现在5月22日(R~2=0.724,R2=0.710)。8个监测日冠层温度和产量之间有极显著的负相关,随着CT的降低,产量提高,冠层温度偏低的品种其产量高,而冠层温度偏高的品种其产量低。美国品种(系)中冠层温度偏低型1R17和冠层温度偏高型1R26的冠层温度相差3-4℃,产量相差1.7t/ha。在国内品种(系)中,冠层温度偏低型的定鉴3号和冠层温度偏高型的沧核038冠层温度差达到4-5℃,产量之间相差2.1t/ha。冠层温度和产量构成因素当中,冠层温度和千粒重、小穗数都呈现出负相关。冠层温度和产量及产量构成因素之间的相关性由强到弱依次为:产量,千粒重,小穗数,穗粒数。 4、从冠层温度和水分利用效率的相关分析得知:两类品种(系)的冠层温度和水分利用效率的相关性表现出和产量相同的变化规律,即:增强---减弱---增强,而且R2最大值也同时出现在5月22日(R~2=0.666,R2=0.644),并且在同一监测日冠层温度和水分利用效率的相关性略低于冠层温度和产量的相关性。冠层温度高的品种其水分利用效率低;冠层温度低的品种水分利用效率高。美国品种(系)中冠层温度偏低的品种1R17和冠层温度偏高的品种1R26相比较,冠层温度相差3-4℃,WUE相差4.7 kg/ha·mm。国内品种(系)中冠层温度偏低型的定鉴3号和冠层温度偏高型的沧核038比较,CT相差4-5℃,WUE相差5.7 kg/ha·mm。 美国品种(系)和国内品种(系)的产量和水分利用效率之间具有很强的回归相关性:美国品种(系)为Y = 0.36WUE+0.763 (R~2=0.787***);国内品种(系)为Y=0.39WUE+0.278(R~2=0.947***),即WUE每增加1kg/ha·mm,小麦籽粒产量分别提高0.36kg/ha·mm、0.39kg/ha·mm。 5、以灌浆期(5月22日至6月11日)5次测定的CT平均值为指标,通过计算欧氏距离,将供试的44个品种分成三大类,第I类为中间型或偏暖型,共22个品种(系),CT平均值为27.1℃,产量4.1 t/ha,WUE 11.0 kg/ha·mm;第II类为偏冷型,共21个品种(系),CT平均值为24.3℃,产量5.4 t/ha,WUE 13.0 kg/ha·mm;第III类为偏暖型,CT平均值为29.8℃,产量3.6 t/ha,WUE 8.7 kg/ha·mm。同中间型I类比较,偏冷型II类的CT值低2.8℃,产量、WUE提高1.3 t/ha、2 kg/ha·mm,偏暖型III类的CT值高2.7℃,产量、WUE降低0.5 t/ha、1.3 kg/ha·mm。这再次说明灌浆期具有较低冠层温度的小麦品种(系),具有较高的水分利用效率和产量。 由以上研究可知,冬小麦扬花至灌浆后期的冠层温度与产量和水分利用效率均有较密切的关系。冠层温度指标不仅可作为选育优良品种的表现型生理指标,而且可用来判别冬小麦高产栽培群体质量优劣及其栽培技术措施合理性,为小麦生产选用品种、决策管理,实现高产、优质提供理论依据。