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《中国科学院研究生院(教育部水土保持与生态环境研究中心)》 2010年
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密度和根修剪对冬小麦产量及水分利用效率的影响

方燕  
【摘要】:小麦作为世界上主要的粮食作物,产量的增加主要来自于新品种的培育和不断改进的田间管理。在水资源不足的干旱半干旱地区,提高籽粒产量和水分利用效率是两个同等重要的目标。本文采取盆栽与大田试验相结合的技术路线,以黄土旱塬区冬小麦品种长武135为实验材料,探讨冬小麦播种密度和人工干扰根系大小对同化产物生成、分配、籽粒产量形成以及对土壤水分消耗的影响,从而为提高产量和水分利用效率寻找新的科学途径。本研究共设置两个实验: 实验1: (1) 2006/07设置盆栽试验和大田试验。盆栽试验设置四个处理:(1)常规密度不剪根(LN: 12株/盆,直径28cm×高50 cm);(2)常规密度剪根(LP);(3)高密度不剪根(HN:15株/盆,密度提高约25%);(4)高密度剪根( HP);设置两个水分处理,湿润水分处理(WW):土壤水分含量为田间持水量的80-85%;干旱胁迫处理(MD):土壤水分含量为田间持水量的55-60%;根修剪(距主茎两侧3cm处,垂直下切13cm)于返青期进行(3月2日),垂直剪根量40~42%。(2)田间试验设置四个处理:(1)常规密度不剪根(LN: 225株m~(-2));(2)常规密度剪根(LP);(3)高密度不剪根(HN: 280株m~(-2));(4)高密度剪根( HP),密度提高约25%。根修剪(距主茎两侧3cm处,垂直下切13cm)于返青期进行(3月15日),垂直剪根量40~42%。 实验2:2007/08―2008/09设置大田试验。实验设置三个密度:SR1 (225株m~(-2):当地常规密度);SR2 (280株m~(-2));SR3 (340株m~(-2)),平均密度增长约25%;两个根修剪处理:W (越冬期根修剪:11月15日);S (返青期根修剪3月15日);不剪根处理作为对照(CK)。两个时期根修剪处理的切根量均为40~42%。主要研究结果如下: 1.密度和根修剪对产量的影响。盆栽试验中,水分亏缺引起产量降低。湿润条件下,密度增加产量显著增加。常规密度条件下,根修剪处理对产量没有显著影响,但高密度条件下产量增加显著。田间试验表明,在干旱年份,提高密度降低产量;在水分条件较好的年份,提高密度进行根修剪处理后可以显著增加产量,这与盆栽结果一致。 2.密度和根修剪对水分利用的影响。盆栽试验表明,两个水分条件下,密度增加提高耗水量;根修剪处理显著提高水分利用效率;在实验2中,冬期剪根处理显著减少了冬后-返青前的土壤耗水量,返青期根修剪则显著减少了返青期-成熟期的土壤水分消耗,其土壤耗水量显著低于其它两个处理,因此返青期根修剪的水分利用率为最高。 3.密度和根修剪处理对冬小麦根系生物量的影响。实验1证明,提高密度显著增加根系生物量和根冠比;根修剪处理对小麦根系和根冠比的影响效果与此相反。田间试验表明,提高密度显著提高花期时各个土层根系生物量,但根修剪显著减少表层40cm以上根系生物量,并且其80-120m土层的根量和根系分配比例显著增加。 4.密度和根修剪处理对冬小麦群体结构的影响。实验2表明,密度越高,叶面积指数越高。但在降水量较少的2008年,密度对叶面积指数(LAI)没有影响,单位面积总分蘖数(有效分蘖和无效分蘖)随密度的增加而线性增长,有效分蘖数(成穗数)不受密度影响,而单株分蘖则随密度的提高而降低。两个时期根修剪处理均增加了叶面积指数,降低了总分蘖数和单株分蘖,但对有效分蘖没有影响。 5.密度和根修剪对气体交换的影响。盆栽试验发现,密度增加和干旱胁迫处理显著降低冬小麦光合速率和光合活性,但根修剪显著提高旗叶光合能力。实验2表明,随密度增加,旗叶光合速率(Pn)和光合活性下降,根呼吸速率提高(Rr),根系效率(Pn:Rr)显著降低。与此相反,两个时期根修剪处理均显著提高旗叶光合速率并降低了根呼吸速率,因此有较高的根系效率。由此可见,根系的减少提高旗叶的光合能力,同时降低了根系耗碳量,将更多的光合产物用于产量建成。 6.采用简化的de Wit替代系列法阐明了冬小麦密度和根修剪对冬小麦竞争能力的关系。在实验1中,混播条件下不剪根小麦的相对产量均大于1,而根修剪小麦相对产量均小于1。常规密度在湿润条件下,相对总产量为1.06,显著高于1.00,说明与根修剪小麦相比,不剪根植株具有较强的竞争性。另外在水分条件较好时,不剪根和根修剪处理在常规密度条件下混播可以显著增加产量。 7.在大田条件下阐明了密度和根修剪对N、P利用的影响。随密度的增加,叶片中的N含量和P含量均呈显著下降趋势。两个时期的根修剪处理增加叶片氮磷元素的含量。由此可见,根修剪冬小麦拥有较高的光合速率也与其叶片中较高的N、P含量有关。 8.实验2指出,孕穗后地上部干物质积累和转移随密度增加而显著增加。两个时期根修剪处理孕穗后干物质的积累显著高于不剪根处理。孕穗后干物质积累对籽粒建成具有重要意义,因此根修剪植株产量的提高可能与其较高的孕穗后干物质积累相关。 本研究表明,在黄土旱塬区达到多年平均降水量的情况下,提高密度和根修剪处理可以增加籽粒产量和提高水分利用效率。提高密度后,产量的增加来源于单位面积穗数和谷粒数的增加;而根修剪处理减少了冬小麦生育前期的耗水量,将更多的水分用于花后灌浆,提高了水分利用效率,同时根修剪处理减少了无效分蘖,优化冠层结构,并提高了光合速率和根系效率,减少了无益的根系碳损耗,增加了孕穗后干物质积累,最终提高产量。但在严重干旱年份,提高密度后增加了对冬小麦个体间土壤水分的竞争,最终引起产量降低。因此在该类地区通过提高密度和根修剪处理达到产量和水分利用效率同步提高是有希望的。
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