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水分调控对滴灌春小麦灌浆特性及产量的影响

陈锐  
【摘要】:【目的】在北疆气候条件下,开展滴灌春小麦不同灌水量和灌水频率对滴灌小麦地下部根系及地上部光合和籽粒的生理变化影响的研究,目的在于揭示水分调控下滴灌春小麦群体籽粒灌浆特性,探明穗轴上不同部位籽粒形成特征(粒位效应)以及水分调控强弱势粒灌浆差异的影响,探明不同水分条件下植物内源激素在植株生长及籽粒灌浆过程中所起的动态变化,揭示水分调控对滴灌小麦生长发育的调控机理,旨在为滴灌小麦栽培管理提供一定的理论依据。【方法】本研究以新春6号、新春22号为参试材料,设置灌量与灌溉频率双因素多水平试验(3个灌水频率:每13天(D1)、10天(D2)、7天(D3)各灌水一次;3个灌溉定额处理:W1(3750m~3/ha)、W2(6000m~3/ha)、W3(8250m~3/ha)。在全生育期进行了干物质积累及叶面积指数测定,在花期进行了根系三维切片取样测定,在灌浆期对不同穗位、粒位籽粒进行灌浆参数分析、内源激素测定及代谢差异物分析。【结果】(1)滴灌作物全生育期的干物质动态变化符合―S‖形曲线变化。在D1处理下两品种花前营养器官干物质转运率、对籽粒贡献率在W1和W2处理下均表现出高于W3处理,这说明在低频率的灌水条件下,低灌量下产量限制的主要原因是花后生物量累积及生产能力受限所致。不同灌水频率间比较发现在D1和D2处理下,成熟期干物质在茎叶中的分配比增大(31.6-38.4%),比D3增加15.1-9.21%。这说明过低频率的灌溉不利于最终籽粒产量的形成。比较产量和生物量可以发现,中频灌水(间隔期10天)和高频灌水(间隔期7天)均会显著提高作物生物产量和籽粒产量,而过高的灌水量(8250m~3/hm2以上)则对产量的提高无益。(2)随着生育期的延长,两品种旗叶Pn均表现出下降趋势。在本研究中发现,在D1、D2处理下在灌浆前期以及D3处理下限制光合作用的主要因素是气孔因素,而D1、D2处理在灌浆后期限制光合作用的主要因素是非气孔因素限制。两供试品种花后Fv/Fm和Fv/Fo比值均随着生育进程的推进表现出下降趋势,在不同灌水频率间比较发现Fv/Fm值则表现为D3D2D1。这表明过低的灌水频率会抑制旗叶叶片光系统II(PSⅡ)的光化学活性,使小麦叶片PSⅡ的原初光能转化效率降低,使叶片光合系统受到伤害。在低灌频下,增大灌水量可以在一定程度上缓解向PSⅡ反应中心的电子流动受到的抑制。高灌水频率下小麦旗叶光合作用主要受气孔因素的限制,增加灌水频率可以使叶片光合速率增加,降低叶片中活性氧物质,从而提高光合效率。(3)在浅层土壤中根长密度在D1和D2处理中大于D3处理,但是在深层土壤中D3处理大于D1和D2处理。这说明灌水频率较少的情况下,0-20cm土壤深度的土壤含水量不足以维持植株的生长和发育。根重密度和根冠比在D2处理中大于D1和D3处理。但是在相对较低水分处理W1中,土壤相对较干旱,小麦植株生长主要通过增加20-40cm土壤深度的根系长度来保障水分需求。小麦深层土壤中的根系对于小麦产量以及浅层土壤根系有很重要的影响,土层深度在0-20cm的根重密度以及20-40cm的根长密度与滴灌小麦的产量有直接关系。滴灌小麦响应相对干旱的土壤条件主要是通过增加深层土壤中的根系数量来实现。在水分亏缺的情况下,小麦还可以通过调节浅层土壤中的根系来达到适应环境的目的。在一定的灌水量下,增加灌水频率能够增加小麦根长和根重,提高地上部分生物量的积累,进而提高了水分利用效率,增加小麦产量。(4)中部小穗在粒重上有明显优势,两品种在不同处理下均表现出中部小穗灌浆参数与粒重之间的相关性明显大于上部和下部小穗。中部灌浆速率下部灌浆速率上部灌浆速率,最终粒重中部下部上部,增大灌水频率会使不同小穗,尤其是中部小穗理论最大千粒重降低,从而降低整体穗重。不同灌水量间比较发现,上部和下部小穗灌浆速率随着灌水量的增多没有明显差异,而中部小穗灌浆速率则表现出随着灌水量的增多呈现出先增加后降低的趋势,这说明适度的灌水量可以使中部小穗的灌浆速率提高,从而提高产量。(5)通过比较不同时期不同灌水频率间激素含量发现,发现中部小穗在灌浆初期ABA含量较高,在灌浆中期和末期ABA含量迅速降低。不同水分处理下发现W1水分处理下的IAA含量较高。不同水分处理下则表现出在W2和W3处理下CTK含量较高,与籽粒最终千粒重呈正相关。水分通过调控籽粒激素平衡间接调控灌浆参数,最终达到调控灌浆的作用。(6)随着生育进程的推进,灌浆初期、中期、末期籽粒代谢物均发生了明显变化,比较代谢通路活性发现,灌浆初期代谢途径活性较大,在灌浆末期α-亚麻酸代谢途径、花生四烯酸合成途径、亚麻酸合成途径、精氨酸和鸟氨酸合成途径活性升高,不同水分处理间比较发现,W2和W3代谢物差异少,不同水分处理下激素合成途径中代谢物差异,发现籽粒中IAA含量的增高是因为IAA合成前体物质色氨酸含量增高造成。而造成籽粒中ABA、CTK含量增高的原因则是因为β-胡萝卜素含量和异戊烯含量的增高。比较糖代谢途径发现在W2处理下6-磷酸葡萄糖、葡萄醛的活性增高,使淀粉糖类合成途径中葡萄糖、麦芽糖、果糖含量增高。比较8种必需氨基酸在灌浆末期W1和W2水分处理间差异,发现增大灌水量会使必需氨基酸含量有所下降。【结论】在干旱地区可以适当通过增大灌水频率(7-10天)来实现产量的提高,但进入灌浆期后,应适当减小灌水频率(10天)。北疆气候条件下,在小麦灌浆过程中,水分通过调控籽粒激素平衡和一系列代谢差异物以及代谢途径最终影响籽粒灌浆,适度的灌水量(6000 m~3/ha)可以使中部小穗的灌浆速率提高,从而提高产量,过大灌水量会使籽粒必需氨基酸含量有所下降,产量则不会有所提高。


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