种植密度和土壤水分对小麦耗水特性和产量的影响及其生理基础

摘要

以中穗型小麦济麦22和大穗型小麦山农8355为材料，于2008～2009和2009～2010年两个生长季在山东省兖州市小孟镇史王村大田进行试验。2008～2009生长季，每个品种设两种密度：150株·m?2(M1)和225株·m?2(M2)，每个密度下设置5个土壤水分处理，依0～140 cm土层平均土壤相对含水量计算土壤水分含量：不灌水(W0)、拔节期70％+开花期70％(W1)、拔节后7 d 70％+开花后7d 70％(W2)、拔节期75％+开花期75％(W3)、拔节后7 d 75％+开花后7 d 75％(W4)；2009～2010生长季，济麦22和山农8355分别选用上一年的节水高产密度处理，即济麦22选用150株·m?2(M1)，山农8355选用225株·m?2(M2)，设置7个土壤水分处理：不灌水(W'0)、拔节期80％+开花期70％(W'1)、拔节期85％+开花期75％(W'2)、拔节后7 d 80％+开花后7 d 70％(W'3)、拔节后7 d 80％+开花后7 d 75％(W'4)、拔节后7 d 85％+开花后7 d 70％(W'5)、拔节后7 d 85％+开花后7 d 75％(W'6)，研究种植密度和土壤水分对小麦耗水特性和产量的影响。
　　 ⑴种植密度和土壤水分对小麦耗水特性的影响：①种植密度对小麦耗水特性的影响。济麦22，M1密度的总耗水量和播种至开花阶段的耗水模系数低于M2，降水量和土壤耗水量占总耗水量的比例及开花至成熟期阶段的耗水模系数高于M2；100～180 cm土层的土壤耗水量为M2＞M1；山农8355，M1密度的总耗水量与M2无显著差异，土壤耗水量占总耗水量的比例及开花至成熟阶段的耗水模系数高于M2；100～160 cm土层的土壤耗水量为M1＞M2。②土壤水分对小麦耗水特性的影响。W0处理的总耗水量最低，其总耗水量来源于降水量和土壤耗水量的比例最高。灌水量及其占总耗水量的比例为W2＞W1，W4＞W3，W'3＞W'1和W'6＞W'2；土壤耗水量及其占总耗水量W1＞W2，W3＞W4，W'1＞W'3和W'2＞W'6；济麦22，M1密度下，W2处理开花至成熟阶段的耗水模系数最高，总耗水量和降水量占总耗水量的比例高于W1处理。拔节后7 d和花后7 d灌水下，W'3处理的降水量占总耗水量的比例最高，灌水量最低，W'5处理的土壤耗水量及其占总耗水量的比例最高；山农8355，M2密度下，W2处理的降水量占总耗水量的比例高于W1处理。拔节后7 d和花后7 d灌水下，W'3处理的总耗水量和灌水量最低，降水量和土壤耗水量占总耗水量的比例最高，W'3和W'4处理开花至成熟阶段的耗水模系数高。
　　 ⑵种植密度和土壤水分对小麦碳代谢的影响：①种植密度对小麦碳代谢的影响。济麦22，M1密度灌浆中后期的旗叶ΦPSII和灌浆速率高于M2，灌浆初期旗叶蔗糖含量和灌浆中后期旗叶SPS活性高于M2；M1密度开花期的干物质积累量高于M2，成熟期的干物质积累量在W1和W2条件下为M1＞M2，W3和W4条件下为M1与M2无显著差异；M1密度成熟期籽粒干物质积累量和分配比例、花后同化物输入籽粒量及其对籽粒的贡献率高于M2；山农8355，M1密度灌浆中后期的旗叶ΦPSII和灌浆速率低于M2，灌浆初期旗叶蔗糖含量和灌浆中后期旗叶SPS活性低于M2；M1密度开花前的干物质积累量低于M2，开花期和成熟期与M2无显著差异；W2条件下，茎鞘+叶干物质积累量和分配比例及成熟期营养器官花前贮藏同化物向籽粒的转运量、转运率和对籽粒的贡献率为M1＞M2，成熟期籽粒干物质分配比例及花后同化物输入籽粒量和对籽粒的贡献率为M2＞M1；②土壤水分对小麦碳代谢的影响。灌浆初期的旗叶蔗糖含量为W2＞W1，W4＞W3，W'3＞W'1和W'6＞W'2，灌浆后期为W1＞W2，W3＞W4，W'1＞W'3和W'2＞W'6；灌浆中后期的旗叶SPS活性和灌浆速率为W2＞W1，W4＞W3，W'3＞W'1和W'6＞W'2；灌浆中后期的旗叶光合速率、蒸腾速率、水势和根系活力为W'3＞W'1和W'6＞W'2；济麦22，开花期和成熟期的干物质积累量为W2＞W1。M1密度下，成熟期籽粒干物质积累量和分配比例为W2＞W1，W4＞W3；花后同化物输入籽粒的量及其对籽粒的贡献率为W'3＞W'1，W'2＞W'6；拔节后7 d和花后7 d灌水下，W'3处理花后同化物；山农8355，成熟期干物质积累量为W2＞W1，W4＞W3，W'3＞W'1和W'6＞W'2；M2密度下，W2处理灌浆中后期的旗叶ΦPSⅡ及成熟期籽粒干物质积累量和分配比例最高，茎鞘+叶干物质积累量和分配比例最低，W2处理营养器官花前贮藏同化物向籽粒的转运量、转运率及其对籽粒的贡献率低于W1处理，花后同化物输入籽粒量及其对籽粒的贡献率高于W1；拔节后7 d和花后7 d灌水下，W'3处理成熟期籽粒干物质积累量和分配比例最高，W'3和W'6处理花后同化物输入籽粒量和对籽粒的贡献率高。
　　 ⑶种植密度和土壤水分对小麦氮代谢的影响：①种植密度对小麦氮代谢的影响。济麦22，开花前植株氮素积累量为M2＞M1；成熟期籽粒氮素积累量为M1＞M2，茎鞘+叶氮素分配比例为M2＞M1。拔节后7 d和花后7 d灌水时，成熟期植株氮素的积累量和营养器官氮素向籽粒的转移率为M1＞M2。M1密度成熟期60～200 cm土层的土壤硝态氮含量低于M2；山农8355，M1密度开花前植株氮素积累量低于M2；W2条件下，成熟期籽粒氮素积累量为M2＞M1。灌水条件下，种植密度对成熟期氮素向籽粒的分配比例无显著影响；M2密度茎鞘+叶的氮素积累量低于M1。拔节期和开花期灌水下，成熟期籽粒氮素积累量为M2＞M1，开花期营养器官氮素积累量、成熟期营养器官氮素向籽粒的转移量和对籽粒的贡献率为M1＞M2。W4条件下，M1密度成熟期营养器官氮素向籽粒的转移量、转移率和对籽粒的贡献率低于M2。M2密度成熟期100～180 cm土层的土壤硝态氮含量低于M1。③土壤水分对小麦氮代谢的影响。成熟期籽粒氮素分配比例为W1＞W2，W3＞W4，W'1＞W'3和W'2＞W'6；茎鞘+叶氮素积累量和分配比例为W2＞W1，W4＞W3，W'3＞W'1和W'6＞W'2；济麦22，M1密度下，W4处理处理成熟期植株氮素积累量最高；W2处理成熟期营养器官氮素积累量高，营养器官氮素向籽粒的转移量、转移率和对籽粒的贡献率高于W1处理；成熟期20～60 cm土层的土壤硝态氮含量为W1＞W2；拔节后7 d和花后7 d灌水下，W'5处理成熟期植株和籽粒氮素积累量高，营养器官氮素向籽粒的转移量和转移率高；山农8355，M2密度下，成熟期籽粒氮素积累量为W1＞W2和W3＞W4，开花期植株氮素积累量和营养器官氮素向籽粒的转移量及其对籽粒的贡献率为W2＞W1和W4＞W3，成熟期植株氮素积累量为W2＞W1；成熟期0～60 cm土层的土壤硝态氮含量为W1＞W2，100～140 cm土层的土壤硝态氮含量为W2＞W1；拔节后7 d和花后7 d灌水下，W'3处理成熟期籽粒氮素分配比例最高，W'5处理成熟期营养器官氮素积累量和籽粒氮素积累量高，营养器官氮素向籽粒的转移量和转移率高。
　　 ⑷种植密度和土壤水分对小麦籽粒产量、水分利用效率和品质的影响：①种植密度对小麦籽粒产量、水分利用效率和品质的影响。济麦22，M1密度的籽粒产量与M2无显著差异，总耗水量、灌水量和土壤水消耗量及籽粒蛋白质含量、湿面筋含量、面团形成时间和面团稳定时间低于M2，水分利用效率、灌溉水利用效率、土壤水利用效率和灌溉效益及支链淀粉含量和支链淀粉/直链淀粉含量比例（支/直比值）高于M2；山农8355，拔节后7 d和花后7 d灌水下，M2密度的水分利用效率和灌溉效益高。W2条件下，面团形成时间和面团稳定时间为M2＞M1，支链淀粉含量和支/直比值为M1＞M2。W4条件下，M2密度的蛋白质含量和产量高于M1。②土壤水分对小麦籽粒产量、水分利用效率和品质的影响。W0处理籽粒产量和总耗水量最低，水分利用效率较高，湿面筋含量、面团形成时间和面团稳定时间最高。灌溉效益为W1＞W2，W3＞W4，W'1＞W'3和W'2＞W'6；济麦22，M1密度下，W2处理籽粒产量较高，总耗水量较低，水分利用效率最高；W4处理籽粒蛋白质含量和产量最高；拔节后7 d和花后7 d灌水下，W'3处理的籽粒产量较高，水分利用效率、灌水利用效率、土壤水利用效率和灌溉效益最高，总耗水量和灌水量最低，W'5处理籽粒蛋白质含量和产量最高；灌水处理对籽粒品质指标的影响不一，面团形成时间为W1＞W2和W3＞W4；山农8355，M2密度下，W2处理籽粒产量较高，总耗水量低于其它灌水处理，水分利用效率高于其它灌水处理，土壤水利用效率最高，W2处理的籽粒蛋白质含量和产量低于W1处理，面团形成时间和面团稳定时间高于W1处理；拔节后7 d和花后7 d灌水下，W'3处理的籽粒产量、水分利用效率和灌溉效益及支链淀粉含量和支/直比值较高，土壤水消耗量和灌溉水利用效率最高，总耗水量和灌水量最低。
　　 ⑸不同土层土壤含水量的相关性分析。采用测墒补灌的方法，以0～140 cm土层平均土壤相对含水量为目标含水量。相关分析表明，0～140 cm土层土壤相对含水量与0～80 cm土层土壤相对含水量呈显著正相关，回归方程为：y=0.7499x+25.508。可以通过0～80土层的土壤水分状况反映0～140 cm土层的土壤水分状况。

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