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不同播幅对小麦花后叶片光合特性和产量的影响
张振, 赵俊晔, 石玉, 张永丽, 于振文
作物学报    2024, 50 (4): 981-990.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.31042
摘要   (186 HTML17 PDF(pc) (544KB)(323)  

为了明确不同播幅对小麦籽粒产量的影响及其形成的生理原因, 本研究于2019—2020年和2020—2021年冬小麦生长季, 在山东省济宁市兖州区小孟镇史家王子村小麦试验站大田试验条件下设置2种播幅处理: 处理1是播幅为8 cm (B1); 处理2是播幅为3 cm (B2)。研究了不同播幅对小麦光合特性、冠层光截获特性、干物质积累与转运和籽粒产量的影响。试验结果表明: B1处理开花后叶面积指数和冠层光合有效辐射截获率显著高于B2处理, 其冠层光合有效辐射透射率显著低于B2处理; B1处理开花后旗叶叶绿素相对含量、净光合速率、蒸腾速率和气孔导度均显著高于B2处理, 其胞间二氧化碳浓度显著低于B2处理; B1处理开花期和成熟期干物质积累量、开花后干物质在籽粒中的分配量、成熟期籽粒干物质积累量均显著高于B2处理; B1处理穗粒数、千粒重均显著高于B2处理; 与B2处理相比, B1处理的2年平均籽粒产量和光能利用率分别高6.12%和7.71%。综上所述, 播幅为8 cm的B1处理通过塑造了合理的冠层结构, 改善了开花后叶片的光合性能, 有利于开花后植株的光合物质生产, 从而获得了最高的籽粒产量和光能利用率, 为本试验条件下的最优处理。研究为小麦宽幅播种节水高产高效栽培技术提供了理论依据。


年份
Year
处理
Treatment
干物质积累量
Dry matter accumulation amount (kg hm-2)
开花期 Anthesis 成熟期 Maturity
2019-2020 B1 13,468.22 a 19,518.79 a
B2 12,444.63 b 18,059.69 b
2020-2021 B1 14,451.76 a 22,673.16 a
B2 13,353.42 b 20,945.94 b
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表1 不同处理开花期和成熟期干物质积累量
正文中引用本图/表的段落

为了明确不同播幅对小麦籽粒产量的影响及其形成的生理原因, 本研究于2019—2020年和2020—2021年冬小麦生长季, 在山东省济宁市兖州区小孟镇史家王子村小麦试验站大田试验条件下设置2种播幅处理: 处理1是播幅为8 cm (B1); 处理2是播幅为3 cm (B2)。研究了不同播幅对小麦光合特性、冠层光截获特性、干物质积累与转运和籽粒产量的影响。试验结果表明: B1处理开花后叶面积指数和冠层光合有效辐射截获率显著高于B2处理, 其冠层光合有效辐射透射率显著低于B2处理; B1处理开花后旗叶叶绿素相对含量、净光合速率、蒸腾速率和气孔导度均显著高于B2处理, 其胞间二氧化碳浓度显著低于B2处理; B1处理开花期和成熟期干物质积累量、开花后干物质在籽粒中的分配量、成熟期籽粒干物质积累量均显著高于B2处理; B1处理穗粒数、千粒重均显著高于B2处理; 与B2处理相比, B1处理的2年平均籽粒产量和光能利用率分别高6.12%和7.71%。综上所述, 播幅为8 cm的B1处理通过塑造了合理的冠层结构, 改善了开花后叶片的光合性能, 有利于开花后植株的光合物质生产, 从而获得了最高的籽粒产量和光能利用率, 为本试验条件下的最优处理。研究为小麦宽幅播种节水高产高效栽培技术提供了理论依据。

如图1所示, 2019—2020生长季, 开花0 d和开花后7、14、21、28 d叶面积指数均为B1处理显著高于B2处理, B1处理开花后叶面积指数均值比B2处理高8.42%。2020—2021生长季各处理开花后叶面积指数均与2019—2020生长季试验结果变化趋势一致。结果表明, B1处理有利于塑造合理的群体结构, 有利于植株冠层对光合有效辐射的截获利用。
如图2所示, 2019—2020生长季, 开花0 d和开花后7、14、21、28 d冠层光合有效辐射截获率均为B1处理显著高于B2处理, B1处理开花后冠层光合有效辐射截获率均值比B2处理高7.59%; 开花0 d和开花后7、14、21、28 d冠层光合有效辐射透射率均为B1处理显著低于B2处理, B1处理开花后冠层光合有效辐射截获率均值比B2处理低33.76%。2020—2021生长季各处理开花后冠层光合有效辐射截获率和透射率均与2019—2020生长季试验结果变化趋势一致。结果表明, B1处理提高了冠层对光合有效辐射的截获利用, 有利于减少漏光损失。
如图3所示, 2019—2020生长季, 开花0 d和开花后7、14、21、28 d旗叶叶绿素相对含量均为B1处理显著高于B2处理, B1处理开花后旗叶叶绿素相对含量均值比B2处理高14.56%。2020—2021生长季各处理开花后旗叶叶绿素相对含量均与2019— 2020生长季试验结果变化趋势一致。结果表明, B1处理延缓了开花后旗叶叶绿素的分解, 有利于进行光合物质生产。
如图4所示, 2019—2020生长季, 开花0 d和开花后7、14、21、28 d旗叶净光合速率、蒸腾速率和气孔导度均为B1处理显著高于B2处理; 开花0 d和开花后7、14、21、28 d旗叶胞间二氧化碳浓度均为B1处理显著低于B2处理。2020—2021生长季各处理开花后旗叶净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和胞间二氧化碳浓度均与2019—2020生长季试验结果变化趋势一致。结果表明, B1处理可以显著提高开花后旗叶净光合速率、蒸腾速率和气孔导度, 为光合物质生产奠定基础。
如表1所示, 2019—2020生长季, 开花期和成熟期干物质积累量均为B1处理显著高于B2处理, B1处理开花期和成熟期干物质积累量比B2处理分别高8.23%、8.08%。2020—2021生长季各处理开花期和成熟期干物质积累量均与2019—2020生长季试验结果变化趋势一致。结果表明, B1处理显著增加了开花期和成熟期干物质积累量, 为获得高产奠定了物质基础。
如表2所示, 2019—2020生长季, 开花前营养器官贮藏干物质向籽粒的转运量处理间无显著差异, 对籽粒的贡献率为B1处理显著低于B2处理; 开花后干物质在籽粒中的分配量以B1处理较高, B1处理开花后干物质在籽粒中的分配量比B2处理高7.76%, 开花后干物质在籽粒中的分配量对籽粒的贡献率处理间无显著差异。2020—2021生长季各处理开花前营养器官贮藏干物质向籽粒的转运量及其对籽粒的贡献率和开花后干物质在籽粒中的分配量及其对籽粒的贡献率均与2019—2020生长季试验结果变化趋势一致。结果表明, B1处理显著增加了开花后干物质在籽粒中的分配量, 有利于增加粒重。
如表3所示, 2019—2020生长季, 成熟期干物质在茎秆+叶鞘、叶片、穗轴+颖壳和籽粒中的分配量均为B1处理显著高于B2处理, B1处理的成熟期籽粒干物质积累量比B2处理高8.59%。2020—2021生长季各处理成熟期各器官干物质积累量均与2019—2020生长季试验结果变化趋势一致。结果表明, B1处理显著增加成熟期干物质积累, 其成熟期籽粒干物质积累量显著高于常规播种处理, 有利于获得高产。
如表4所示, 2019—2020生长季, 穗数、千粒重、籽粒产量和光能利用率均以B1处理较高, B1处理的穗数、千粒重、籽粒产量和光能利用率比B2处理分别高6.16%、6.60%、6.12%、7.14%, 穗粒数和光能转化率处理间均无显著性差异。2020— 2021生长季各处理产量构成因素、籽粒产量、光能转化率和光能利用率均与2019—2020生长季试验结果变化趋势一致。结果表明, B1处理显著提高了穗数和千粒重, 获得了最高的籽粒产量和光能利用率。
开花期至成熟期是小麦籽粒产量形成的关键生育阶段, 提高开花后冠层光截获和改善开花后光合特性有利于增加光合物质生产和籽粒干物质积累[16]。研究表明, 行距为22.5 cm处理的开花后叶面积指数和光能利用率比行距30 cm处理分别高6.45%和7.94%, 适宜行距有利于小麦植株充分利用光温资源[17]。本研究中, B1处理(播幅8 cm)开花后叶面积指数和冠层光合有效辐射截获率均显著高于B2处理(播幅3 cm), B1处理获得了最高的光能利用率进一步证明了增加播幅可以显著改善冠层结构和增加对光合有效辐射的截获利用; 造成与前人研究结果不同的原因可能是本研究是在节水栽培条件下进行的, 而前人则是在定量灌溉或常规漫灌条件下进行研究, 由此导致播幅对小麦冠层结构和光截获的调节效应的差异。另有研究表明, 基本苗密度为360万株 hm-2处理的开花后旗叶净光合速率和实际光化学效率比基本苗密度为240万株 hm-2、480万株 hm-2处理分别高6.48%、7.45%和5.98%、5.77%, 适宜的基本苗密度可以显著提高开花后旗叶光合性能[18]。本研究结果表明, B1处理显著提高了小麦开花后旗叶净光合速率、蒸腾速率和气孔导度, 究其原因可能是增加播幅优化了冠层光能分布与截获性能, 促进了光能的高效利用, 从而显著改善了开花后叶片光合性能; 减少播幅则导致小麦群体内部通风透光性差, 加速了叶片衰老, 抑制了光合作用。此外, 年际间结果表明, 2020—2021生长季开花后冠层光截获性能和旗叶光合指标均显著高于2019—2020生长季, 造成年际间结果差异的原因可能是小麦季内降水量的差异导致, 2020—2021生长季内较高的降水量可以有效延缓植株衰老, 改善开花后光合性能。
小麦籽粒产量的提升主要取决于开花前营养器官贮藏干物质的转运和开花后光合同化物的积累[19-20]。研究表明, 基本苗密度为375.0万株 hm-2处理的拔节期、开花期和成熟期干物质积累量均显著高于基本苗密度为562.5、750.0、937.5万株 hm-2处理, 分别达2850、10,932、15,416 kg hm-2 [21]。本研究中, B1处理显著增加了小麦开花期和成熟期干物质积累量, 为获得高产奠定了物质基础; 与前人在定量灌溉条件下研究相比, 本研究基于小麦关键生育时期土壤水分含量进行精准灌溉, 灌溉后各处理土壤水分含量一致, 消除了因土壤水分含量造成的差异。研究表明, 基本苗密度为60万株 hm-2处理的开花后营养器官贮藏干物质向籽粒的转运量比基本苗密度为100、140、180万株 hm-2处理分别高6.45%、6.84%、7.06% [22]。但有研究表明, 基本苗密度为468.8万株 hm-2处理成熟期籽粒干物质积累量比基本苗密度为375万株 hm-2、562.5万株 hm-2处理分别高7.64%和13.68%, 适宜的基本苗密度可以增加成熟期籽粒干物质积累[19]。本研究结果表明, B1处理显著提高了开花后干物质在籽粒中的分配量, 是其成熟期籽粒干物质积累量最高的主要原因; 究其原因可能是B1处理有利于小麦植株充分利用水肥等资源, 为开花后光合物质生产提供了充足的水肥供应[24]。各处理年际间干物质积累、转运与分配结果表明, 2020— 2021生长季开花期和成熟期干物质积累量、开花后干物质在籽粒中的分配量均显著高于2019—2020生长季, 但开花前营养器官贮藏干物质向籽粒的转运量及其对籽粒的贡献率显著低于2019—2020生长季; 究其原因可能是2020—2021生长季总降水量和开花期至成熟期阶段降水量较多, 有效延缓了植株衰老, 增加了光合物质生产和积累。
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