不同产量水平麦田小麦冠层光能利用和干物质积累特性研究.pdf

山 东 农 业 科 学():./.收稿日期:基金项目:国家现代农业产业技术体系项目()作者简介:刘锟()男硕士研究生主要从事作物高产高效理论与技术研究:.通信作者:石玉()女博士教授主要从事小麦高产高效生理生态研究:.不同产量水平麦田小麦冠层光能利用和干物质积累特性研究刘锟江继顺石玉李美(.山东农业大学农学院/小麦育种全国重点实验室/农业部作物生理生态与耕作重点实验室山东 泰安 .东营市农业农村局山东 东营)摘要:为深入实施藏粮于地战略提高小麦产量本试验以高产小麦品种烟农 为供试材料研究每公顷产 ()、()和 ()水平麦田小麦光能利用和干物质积累转运的差异 结果表明:麦田拔节期至成熟期群体总茎数显著高于 和 麦田开花期叶面积指数达.开花期冠层光合有效辐射截获率高达.并分别比 和 麦田显著高出.和.开花后光能利用率和光能转化率分别比 和 麦田显著高出.、.和.、.麦田越冬期至成熟期干物质积累量显著高于其他麦田开花后同化物在籽粒中的分配量达 ./分别比 和 麦田显著高出.和.麦田单位面积穗数、穗粒数和千粒重分别达.万/、.粒和.单位面积穗数、千粒重分别较 和 麦田显著提高.、.和.、.麦田产量达 ./较 和 麦田分别显著提高.和.在 /产量水平麦田小麦光能利用率显著提高促进了开花后干物质的积累通过提高穗数和千粒重获得高产关键词:小麦不同产量水平麦田光能利用干物质积累籽粒产量中图分类号:.文献标识号:文章编号:()(./.)()()()././././.黄淮海平原是我国重要的小麦主产区其产量水平的高低直接影响我国粮食安全 土壤肥力是作物高产稳产的关键性因素会影响土壤养分的平衡和产量水平 在相同的气候条件下不同地块、不同农户的管理措施也会导致小麦产量水平有差异差异甚至达到 /因此了解和分析不同产量水平麦田产量产生的差异对构建合理的群体结构、保障我国粮食安全具有重要意义小麦产量主要是由群体截获光能产生光合产物再将光合产物分配到各器官中而形成 同时作物光能利用率的大小对籽粒产量的高低有着显著影响 杨国敏等研究表明小麦群体结构影响个体间对光照、水分和养分等因素的竞争合理的群体结构有利于缓解个体与群体间的矛盾促进产量三要素协调发展 亦有研究表明在产量水平为 /条件下多穗型小麦品种豫麦 的 为.且要达到 /以上产量水平 宜控制在 以下然而前人对小麦冠层光能利用和干物质积累、转运影 响 的 研 究 多 在 单 一 产 量 水 平 麦 田 上 进行而对不同产量水平麦田冠层光能利用和干物质积累、转运的研究较少尤其是公顷产量达 水平的麦田更少 本试验选择 个产量水平麦田研究小麦群体总茎数、叶面积指数、冠层光合有效截获率、光能利用率和转化率、干物质积累转运和产量之间的差异以期为进一步挖掘小麦增产潜力奠定基础 材料与方法.试验材料与设计供试材料为高产小麦品种烟农 选择其、/和 /共 个产量水平麦田进行试验分别用、和 表示 氮、磷、钾肥用量分别为纯 /、/、/氮肥和全部磷钾肥于播种前基施另 氮肥于拔节期追施氮、磷、钾肥分别选用尿素、磷酸二铵和硫酸钾所有试验田灌溉管理一致于小麦拔节期和开花期各灌水 年 月 日播种三叶期定苗留苗密度均为 万株/年 月 日收获 其他病虫害等田间管理措施同一般高产田.试验地概况试验在山东省济宁市兖州区小孟镇史家王子村()进行 该地属于典型的温带大陆性季风气候年平均气温.试验田土壤质地为壤土前茬作物为玉米全部秸秆还田 小麦播前 个不同产量水平麦田 土层土壤养分含量如表 所示 表 不同产量水平麦田播前 土层土壤养分含量处理全氮/(/)有机质/(/)碱解氮/(/)速效磷/(/)速效钾/(/).测定项目与方法.群体总茎数于越冬期()、拔节期()、开花期()和成熟期()每个处理随机选取.区域调查小麦总茎数重复 次.叶面积指数和冠层光能利用率在无风晴朗天气下采用英国产 型作物冠层分 山 东 农 业 科 学 第 卷析仪分别于开花期和开花后、的上午 测定 测定时探头与地面平行感光面朝上探头与种植方向呈 夹角插入小麦行间测定小麦叶面积指数()、植株顶部入射光 顶和底部入射光 底计算冠层光合有效辐射透射率()、截获率()及光能转化率()和光能利用率():()(顶底)/顶()底/顶(成熟期干物质积累量开花期干物质积累量)/式中:为小麦冠层光合有效辐射截获量值为实际光合有效辐射总量其数据由试验基地气象站观测得出.干物质积累量于小麦越冬期、拔节期、开花期和成熟期取样每次取 个单茎重复 次 开花期植株分成茎叶鞘、叶和穗三部分成熟期植株分成茎叶鞘、叶、穗轴颖壳和籽粒四部分 烘干至恒重测定干物质量 参考高春华等的方法计算如下指标开花 前 营 养 器 官 贮 藏 同 化 物 转 运 量(/)开花期营养器官干物质量成熟期营养器官干物质量 开花前营养器官贮藏同化物对籽粒贡献率()开花前营养器官贮藏同化物转运量/成熟期籽粒干物质重 开花后同化物在籽粒中的分配量(/)成熟期籽粒干物质量开花前营养器官贮藏同化物转运量 开花后干物质对籽粒贡献率()开花后同化物在籽粒中的分配量/成熟期籽粒干物质重.数据处理与分析采用 和 .软件进行数据统计分析用 软件作图采用单因素方差分析并用 法进行多重比较(.)结果与分析.不同产量水平麦田小麦群体总茎数差异从图 可以看出越冬期至成熟期小麦群体总茎数随麦田产量水平的增加呈上升趋势 麦田越冬期群体总茎数较、麦田分别高.、.拔节期分别高.、.开花期分别高.、.成熟期分别高.、.表明 麦田因土壤肥力较高自越冬期均保持较高的群体总茎数最终成熟期总茎数仍最高构建了适宜的高产群体为小麦高产奠定基础同时期柱上不同小写字母表示处理间差异显著(.)下同图 不同产量水平麦田小麦各生育 时期群体总茎数的差异.不同产量水平麦田小麦叶面积指数差异从图 可以看出 麦田开花期叶面积指数达到.比 和 麦田分别高.和 开花后 达到 分别高 和 开花后 达到 分别高 和 开花后 达到 分别高 和 开花后 达到 分别高 和 开花后 为.分别高 和 差异均达显著者水平 表明 麦田在开花后叶面积指数均较高有利于提高光能利用率使小麦积累更多的光合产物提高产量图 不同产量水平麦田小麦开花后叶面积指数的差异 第 期 刘锟等:不同产量水平麦田小麦冠层光能利用和干物质积累特性研究.不同产量水平麦田小麦冠层光合有效辐射截获率和透射率差异从图 可以看出 麦田开花期冠层光合有效辐射截获率达.比 和 麦田分别显著高.和.开花后 达.分别显著高.和.开花后 达.分别显著高.和.开花后 均显著高于 和 麦田 光合有效辐射冠层透射率与冠层截获率相反开花期和花后表现为 麦田最高 麦田次之 麦田最低 麦田开花期至开花后 冠层光合有效辐射透射率均显著低于 和 麦田 表明 麦田开花后保持较高的冠层光合有效辐射截获率可截获更多光能减少光损失进而合成更多的光合产物图 不同产量水平麦田小麦开花后冠层光合 有效辐射截获率及透射率的差异.不同产量水平麦田光能转化率和利用率差异从图 可以看出开花后 麦田光能转化率分别比 和 麦田高.和.光能利用率分别比 和 麦田高.和.均达显著差异水平 表明 麦田开花后光能利用率和转化率均最高这与 麦田开花后具有最高的光合有效辐射有关故有利于提高小麦光合产物积累图 不同产量水平麦田光能转化率和利用率的差异.不同产量水平麦田小麦干物质积累量差异从表 可以看出 麦田越冬期小麦干物质积累量达到 ./分别比 和 麦田高.和.拔节期达到 ./分别高.和.开 花 期 达 到 ./分别高.和.成熟期达到./分别高.和.上述差异均达显著水平 麦田越冬期至拔节期、拔节期至开花期和开花期至成熟期干物质积累量分别达到.、./和 ./均显著高于 和 麦田 表明小麦越冬至成熟期植株干物质积累量高是 麦田高产的关键 表 不同产量水平麦田小麦各生育时期干物质积累量的差异/处理越冬期拔节期开花期成熟期.注:同列数据后不同字母表示处理间差异显著(.)下同.不同产量水平麦田干物质向籽粒转运的差异从表 可以看出 麦田开花前营养器官贮藏同化物转运量达到 ./分别比 山 东 农 业 科 学 第 卷和 麦田高.和.对籽粒的贡献率分别低.和.开花后同化物在籽粒中的分配量达到 ./分别比 和 高.和.对籽粒的贡献率分别高.和.上述差异均达显著水平 表明 麦田在具有较高开花前营养器官贮藏同化物转运量的前提下开花后干物质同化量和对籽粒的贡献率均较高有利于籽粒产量的提高 表 不同产量水平麦田小麦开花后营养器官干物质转运的差异处理开花前营养器官贮藏同化物转运量/(/)对籽粒贡献率/开花后同化物同化量/(/)对籽粒贡献率/.不同产量水平麦田小麦产量差异从表 可以看出 麦田成熟期单位面积穗数、穗粒数和千粒重分别为.万/、.粒和.与 麦田相比 麦田通过提高单位面积穗数和穗粒数提高产量单位面积穗数提高.穗粒数提高.与 和 麦田相比 麦田通过提高单位面积穗数和千粒重获得高产单位面积穗数和千粒重分别较、麦田提高.、.和.、.与 和 麦田相比 麦田产量分别显著提高.和.表明公顷产量水平从 提高到 是通过增加穗数和穗粒数获得的公顷产量水平从 提高到 是通过增加穗数和千粒重获得的 表 不同产量水平麦田小麦产量及其构成因素处理单位面积穗数/(万/)穗粒数千粒重/籽粒产量/(/).讨论.不同产量水平麦田小麦冠层光能利用率的 差冠层对光合有效辐射截获率的高低决定了植物光能利用率的高低 小麦叶面积指数与光能利用率呈显著正相关 研究表明 与 /麦 田 相 比 、/产量水平麦田抽穗期叶面积指数随产量水平的提高而增加 王立红等研究也表明与 /产量水平麦田相比/和 /产量水平麦田开花期叶面积指数分别增加.和.灌浆期分别增加.和.本研究结果表明 /水平麦田开花后叶面积指数显著高于 /和 /产量水平麦田能够减少漏光损失增加冠层光合有效辐射截获率从而构建合理的群体结构获得最高的光能转化率和利用率积累更多的光合产物.不同产量水平麦田小麦干物质积累和转运的差异干物质积累量是提高小麦产量的重要途径在小麦生育进程中产量会随干物质积累量的升高而增加 研究表明高产、中产、中低产和低产田随产量水平的提高干物质积累量逐渐增加拔节开花期是造成干物质积累差异的重要时期差异从拔节期开始开花期达到最大 另有研究表明产量水平 /的麦田小麦开花后干物质积累量占成熟期干物质积累量的比例高花后干物质积累量对籽粒产量的贡献更大 研究表明高产麦田能促进小麦开花前营养器官同化物向籽粒中的转运以及开花后同化物向籽粒的分配进而提高小麦产量 本研究发现 /产量水平麦田越冬至成熟期干物质积累量均显著高于 /和 /水平麦田开花前营养器官贮藏同化物转运量和开花后同化物在籽粒中的分配量均显著高于 /和 /水平麦田 可见 /产量水平麦田协同提高了花前干物质转运量和花后同化量为小麦高产奠定基础.不同产量水平麦田小麦产量及其构成因素的差异小麦产量与土壤肥力具有显著相关性穗数、千粒重和产量与土壤肥力水平呈显著正相关高产田主要是通过穗数和千粒重增加实现小麦产量的提高 也有研究表明高产水平(/)麦田的单位面积穗数分别比中产 第 期 刘锟等:不同产量水平麦田小麦冠层光能利用和干物质积累特性研究水平(/)麦田和低产水平麦田(/)高.和.穗粒数分别高.和.产量分别高.和.本研究发现与 /麦田相比 /麦田通过提高单位面积穗数和穗粒数提高产量 与 /麦田相比 /麦田通过提高单位面积穗数和千粒重获得高产单位面积穗数和千粒重分别达.万/和./麦田能更好地协调产量构成三因素获得最高的籽粒产量 ./因此增加中产田单位面积穗数和千粒重是实现小麦高产的重要途径对于高产田可通过提高单位面积穗数和千粒重的措施来实现超高产 结论相较于 /和 /麦田 /麦田显著提高了小麦开花期和开花后叶面积指数开花后保持较高的光合有效辐射截获率、光能利用率和光能转化率增加小麦越冬期至成熟期干物质积累量协同提高了开花前营养器官贮藏同化物转运量和开花后同化物在籽粒中的分配量以及对籽粒的贡献率通过获得较高的单位面积穗数、千粒重最终实现小麦高产产量达 ./参 考 文 献:杨毅轩陈应枝唐芃等.播种方式对黄淮海麦区西部冬小麦氮素利用与产量形成的影响.应用生态学报():.吴芬徐萍郭海谦等.冬小麦产量差和资源利用效率差及调控途径研究进展.中国生态农业学报(中英文)():.王东牛劭斌许华森等.华北平原山药主产区土壤肥力和养分平衡现状及环境风险评价.应用生态学报():.林琪侯立白韩伟.不同肥力土壤下施氮量对小麦子粒产量和品质的影响.植物营养与肥料学报():.马小龙王朝辉曹寒冰等.黄土高原旱地小麦产量差异与产量构成及氮磷钾吸收利用的关系.植物营养与肥料学报():.赵护兵王朝辉高亚军等.陕西省农户小麦施肥调研评价.植物营养与肥料学报():.王月超李传兴代兴龙等.栽培模式对冬小麦光能利用和产量的影响.应用生态学报():.程建峰沈允钢.作物高光效之管见.作物学报():.杨国敏孙淑娟周勋波等.群体分布和灌溉对冬小麦农田光能利用的影响.应用生态学报():.刘万代陈现勇尹钧等.播期和密度对冬小麦豫麦 群体性状和产量的影响.麦类作物学报():.王之杰郭天财朱云集等.超高产小麦冠层光辐射特征的研究.西北植物学报():.王德鹏代红翠荐世春等.全程机械化条件下玉米和小麦播期对周年光能利用特性的影响.山东农业科学():.房全孝陈雨海李全起等.土壤水分对冬小麦生长后期光能利用及水分利用效率的影响.作物学报():.熊淑萍曹文博张志勇等.行距和播种量对冬小麦冠层光合有效辐射垂直分布、生物量和籽粒产量的影响.应用生态学报():.王欣王才.不同播期和播种量对冬小麦生长特征和产量的影响.作物杂志():.何璐李浩然李东晓等.推迟拔节水对冬小麦群个体结构特征和产量的影响.麦类作物学报():.高春华冯波曹芳等.施氮量对花后高温胁迫后小麦同化物积累、转运及产量的影响.中国农业科学():.卢小兰于振文张永丽等.不同穗型小麦光能利用和旗叶 同化物分配特性及对补灌水平的响应.应用生态学报():.张珂珂周苏玫张嫚等.减氮补水对小麦高产群体光合性能及产量的影响.应用生态学报():.李盼陈桂平苟志文等.绿洲灌区春小麦光能利用与水分生产效益对秸秆还田方式的响应.作物学报():.黄超刘战东赵犇等.不同产量水平下冬小麦生长发育和耗水特性研究.灌溉排水学报():.王立红张宏芝王重等.新疆冬小麦不同产量水平群体特性分析.麦类作物学报():.张青松卢殿君岳善超等.华北地区高产冬小麦氮磷钾养分需求特征.中国农业科学():.杜宇笑李鑫格张羽等.不同产量水平下稻茬小麦的氮素营养指标特征.植物营养与肥料学报():.仝锦孙敏任爱霞等.高产小麦品种植株干物质积累运 山 东 农 业 科 学 第 卷转、土壤耗水与产量的关系.中国农业科学():.江继顺石玉于振文等.不同产量水平麦田小麦光合特性和 同化物分配的差异.山东农业科学():.裴艳婷李娜娜丁汉凤等.不同土壤肥力对各年代小麦品种产量及农艺性状的影响.中国农学通报():.():.():.刘国伟任艳云闫璐.土壤肥力和灌水量组合对不同类型小麦光合特性及产量的影响.农学学报():.第 期 刘锟等:不同产量水平麦田小麦冠层光能利用和干物质积累特性研究