密度和根修剪对冬小麦产量及水分利用效率的影响

Abstract

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&times; 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。 关键词：冬小麦；产量；水分利用效率；黄土旱塬；竞争能力；根系效率</p