种植方式和灌溉量对冬小麦光能利用的影响

摘要

试验于2013-2014年在山东农业大学农学实验站水分池(3m×3m)内进行，以济麦22为供试品种，基本苗数为200×104ha-1，设置3种种植模式:单-单（SS，行距20cm）、单-双（SD，总行距20cm，双行苗带的行距为5cm）、双-双（DD，总行距20cm，双行苗带的行距为5cm，双行总播种量等于单行），3种灌溉处理:生育期灌溉量分别为0、90和180mm，灌溉时期分别为拔节、抽穗和灌浆期，每次为总灌溉量的1/3，试验设3次重复。研究不同种植方式和灌溉量下冬小麦群体发育动态、冠层光合有效辐射、光合生理特性、根系生长特点、干物质积累与分配和产量，具体研究结果如下:
　　1.群体发育动态
　　SD茎蘖数较大，下降速度快，而DD前期茎蘖数较少，下降速度慢;SD(D)和DD都有利于减缓叶面积指数(LAI)降低幅度和维持较高的绿叶功能期，所以缩小行距、扩大株距能够构建合理的冬小麦群体茎蘖动态，协调群体和个体关系，减少生育前期的资源竞争，提高群体叶面积指数，从而利于干物质积累。
　　灌溉量能增大冬小麦LAI，且缩小种植方式间在茎蘖数和LAI的差异;种植方式对茎蘖数（冬前、拔节和抽穗期）及LAI（起身、挑旗期）的影响较大，灌溉量对灌浆期的LAI影响较大。
　　2.冠层光合有效辐射
　　DD减少漏光损失的能力较强，改善冬小麦群体结构，可明显降低冠层PAR透射率，增加总截获率;PAR反射率与透射率规律基本一致，在生育期表现为SS＞SD＞DD。缩小行距、扩大株距能提高冬小麦下部光能截获率，提高冠层光合有效辐射截获率，进而提高产量。灌溉增加冠层PAR截获率，灌浆期灌水90 mm与180mm的PAR截获率差异不显著;灌水180mm对＞40cm的PAR截获率最有利，0mm处理在0-40cm的PAR截获率较高。
　　抽穗期和灌浆期的PAR截获率日变化均呈现DD＞SD＞SS，DD在12:00上优势最明显，说明DD更能充分截获光照，为提高光合作用奠定基础;PAR截获率均呈现180mm＞90mm＞0mm，增加灌溉量对PAR截获率的影响在12:00时最显著。
　　灌溉缩小了种植方式间在不同高度PAR截获率的差距，且0mm与DD种植方式相结合下的不同高度PAR截获率优势最明显。灌溉量对开花期的透射率影响较大。
　　3.光合生理特性
　　SD(D)、DD（缩小行距、扩大株距）能使叶绿素含量指数(CCI)和光合速率(Pn)在整个生育期维持在较高水平，且下降速度慢，有利于延长叶片的绿叶功能期;冬小麦旗叶胞间二氧化碳浓度(Ci)的动态变化与蒸腾速率(Tr)和气孔导度(Cond)基本一致，均为DD种植方式最高且下降速度慢，更利于在生育后期维持较高水平。
　　CCI、Pn、Ci、Tr、Cond随灌溉量的增加而增加，增加灌溉量在促进冬小麦生长的同时，会减缓CCI和Pn的降低，使其维持在较高水平，灌水90mm能减缓Ci、Tr、Cond的下降幅度，利于生育后期维持稳定。
　　灌水90mm能增大种植方式间在CCI的差距，灌溉能缩小种植方式之间在Pn、Ci、Tr、Cond的差距;CCI在灌水90mm与DD种植方式下优势最明显，Pn、Ci、Tr、Cond在0mm与DD种植方式下优势最明显。
　　DD种植方式下的Pn在抽穗期10:00和灌浆期16:00、Tr在抽穗期10:00和灌浆期14:00、Cond在抽穗期10:00和灌浆期12:00、Ci在抽穗期14:00和灌浆期16:00时优势最明显;灌溉量对Pn在抽穗期10:00和灌浆期16:00、Cond均在10:00、Ci在抽穗期12:00和灌浆期16:00时优势最明显。
　　4.根系生长特点
　　0-20cm土层SS种植方式下的根系平均直径维持在较高水平，且降低速度慢，优势较明显，而DD种植方式对20-40cm土层的根系平均直径影响较显著，DD种植方式的根长密度、根系密度、根干重较高，且下降速度较慢，所以缩小行距、扩大株距能提高冬小麦在生育后期具有良好的抗旱性能，利于冬小麦地上部分的积累，为提高产量提供基础。
　　土壤水分正常条件下，冬小麦根系主要集中在浅土层;灌溉可以改变冬小麦根系的空间分布，亏缺灌溉利于20-40cm土层的根系平均直径、根长密度、根系密度的增加，为作物产量提高奠定基础;冬季适度干旱、春季合理灌溉有利于冬小麦苗期以后的根系生长发育，利于高产。
　　增加灌溉量能缩小种植方式对0-20cm土层根系平均直径、根系密度的差距，而增大20-40cm土层根系平均直径、根系密度的差距;DD种植方式下的根长密度随灌溉量的增加优势更加明显;0mm与DD种植方式下的根系鲜重优势明显。
　　5.干物质积累与分配
　　DD种植方式不仅能够显著提高干物质积累总量，而且还可合理地调节各器官的分配量;SS和SD(S)的NAR都维持在较高水平，但SD(D)和DD的增幅较大，利于提高后期NAR。灌水90mm利于冬小麦干物质的积累及分配;NAR随灌溉量的增加而增加，灌水90mm条件下SS的优势最明显。种植方式对拔节期的NAR的影响较大，而灌溉量对灌浆期的NAR影响较大。
　　6.籽粒品质测定
　　种植方式显著影响冬小麦粉质形成时间、面筋指数、降落值、籽粒蛋白和反弹值。DD能显著降低冬小麦粉质形成时间、提高面筋含量及降落值，从而使加工品质得以改善。
　　灌溉量显著影响冬小麦粉质参数、湿面筋含量、面筋指数和降落值。灌水90mm条件下冬小麦的粉质参数和湿面筋含量均较有优势，且粉质参数随灌溉量的增加而差异不显著，灌水180mm条件下冬小麦的面筋指数较高，灌水90mm利于提高冬小麦的大部分黏度性状指标，灌水180mm利于提高冬小麦的糊化温度。
　　7.产量与产量构成指标、光合指标的关系
　　缩小行距、扩大株距利于提高穗数、穗粒数、千粒重、穗长和小穗数、籽粒产量、收获指数和RUE;穗数、穗粒数、千粒重、株高、穗长、小穗数、籽粒产量、茎叶干重和RUE随灌溉量的增加而显著增加。
　　灌溉能缩小种植方式间对穗数、穗粒数、千粒重、穗长、不孕小穗数、籽粒产量、茎叶干重、RUE和收获指数的差距;种植方式对收获指数的影响较大，灌溉量对穗数、穗粒数、千粒重、株高、穗长、小穗数和茎叶干重的影响较大。
　　产量构成因素指标（除不孕小穗数）、光合指标（除Fv/Fm和LAI）对提高产量有一定促进作用，光合指标及其因素间的相互作用（除Fv/Fm与PAR截获率、LAI与PAR截获率）均能显著提高冬小麦产量。产量构成因素中对冬小麦产量影响大小排序为小穗数＞株高＞穗长＞穗粒数＞千粒重＞穗数，光合指标对冬小麦产量影响大小排序为PAR截获率＞光合速率＞叶绿素含量指数＞胞间CO2浓度＞LAI＞最大光化学量子产量;株高、穗长、穗数、穗粒数和千粒重的选择须建立在对小穗数和不孕小穗数的基础之上，胞间CO2浓度、最大光化学量子产量、叶绿素含量指数的选择均要建立在光合速率的选择之上。

目录

声明

符号说明

摘要

1 前言

1.1 目的意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 冬小麦群体发育动态

1.2.2 冠层光分布

1.2.3 光合生理特性

1.2.4 根系生长特点

1.2.5 干物质积累

1.2.6 产量与光能利用率

1.2.7 种植方式

2 材料与方法

2.1 试验材料

2.2 试验设计

2.3 测定项目与方法

2.3.1 群体动态的测定

2.3.2 冠层光合有效辐射(PAR)的测定

2.3.3 光合生理指标的测定

2.3.4 根系生长特点的测定

2.3.5 干物质积累及分配

2.3.6 籽粒品质测定

2.3.7 产量测定

2.3.8 气象指标监测及数据统计分析

3 结果与分析

3.1 冬小麦群体发育动态

3.1.1 群体茎蘖数

3.1.2 群体叶面积指数

3.2 冬小麦冠层光合有效辐射

3.2.1 冠层光合有效辐射截获率、透射率和反射率

3.2.2 不同高度光合有效辐射截获率

3.2.3 冠层光合有效辐射截获率日变化

3.3 冬小麦光合生理特性

3.3.1 最大光化学量子产量和光化学活性

3.3.2 叶绿素含量指数

3.3.3 光合速率

3.3.4 蒸腾速率

3.3.5 旗叶气孔导度

3.3.6 旗叶胞间CO2浓度

3.3.7 旗叶光响应曲线及相关参数

3.4 根系生长特点

3.4.1 冬小麦根系直径

3.4.2 冬小麦根长密度

3.4.3 冬小麦根系密度

3.4.4 冬小麦根系鲜重

3.4.5 冬小麦根冠比

3.5 冬小麦干物质积累量

3.5.1 不同器官干物质积累及分配

3.5.2 净同化率

3.6 冬小麦面粉品质

3.6.1 粉质参数、沉淀值、降落值、湿面筋含量及面筋指数

3.6.2 面粉粘度性状

3.7 产量构成

3.7.1 产量与光能利用率

3.7.2 产量及其构成因素

3.7.3 产量构成农艺性状指标

3.8 产量与不同指标的相关分析与通径分析

3.8.1 产量与产量构成相关指标的相关分析与通径分析

3.8.2 产量与光合指标的相关分析与通径分析

4 讨论

4.1 群体发育动态

4.2 冠层光合有效辐射

4.3 光合生理特性

4.4 根系生长特点

4.5 产量与产量构成指标、光合指标的关系

5 结论

参考文献

致谢

攻读学位期间发表论文情况