密度和鉀肥及其互作對小麥莖稈形態特征與抗倒性的影響

陶庭余, 王榮圓, 魏 鵬, 閆素輝, 李文陽

(安徽科技學院 農學院,安徽 鳳陽 233100)

高產是小麥生產追求的重要目標,而倒伏是限制小麥高產的關鍵因素之一[1]。特別是在小麥生育后期,遇連續陰雨天氣,小麥極易發生倒伏[2]。且大量的降水會松動根部土壤,加重倒伏的可能性。安徽省沿淮地區屬于過渡性氣候,自然災害頻繁。沿淮地區每年約有15%面積小麥田發生倒伏,致使減產約25%[3]。在實際生產中,會通過增加播種密度和施肥量來提高產量,但基本苗過多以及施肥的不合理會導致倒伏的發生[4-5]。

小麥倒伏的發生受品種特性和外部因素的影響,品種特性是由基因型導致的莖稈形態結構等性狀差異,外部因素歸結為栽培措施和自然環境[6]。關于小麥倒伏的影響因素,國內外學者有多方面的研究,但結論不一。有學者研究表明小麥的抗倒性能與莖稈基部節間的機械強度、形態特征有關[7-9];但也有學者研究木質素和纖維素的含量對倒伏的影響[10-12]。

本試驗以小麥品種‘華成3366’為材料,設置不同種植密度和鉀肥處理,研究不同種植密度和鉀肥對其株高、重心高、節間長、節間直徑、節間壁厚和節間干質量等6個農藝性狀,抗折力和針刺力2個力學特性以及半纖維素、纖維素和木質素含量等3個非結構性碳水化合物等的影響,進而分析抗倒伏指數與莖稈農藝性狀等參數的關系,旨在為小麥抗倒伏育種和豐產優質栽培提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與設計

試驗于2018—2019年在安徽科技學院種植園進行。以小麥品種華成3366為試驗材料,試驗采用大田種植,裂區設計,密度處理為主區,鉀肥為副區,試驗設3次重復,與10月下旬播種,試驗地前茬作物為玉米,設2個密度水平(240萬株/hm2(D1)、300萬株/hm2(D2))和3個鉀肥水平(60 kg/hm2(K1)、120 kg/hm2(K2)、180 kg/hm2(K3))。小區面積為9 m2(3 m×3 m),行距15 cm。田間管理同常規生產。

1.2 測定項目與方法

1.2.1 株高、重心高的測定 于乳熟期在每個小區選取15株有代表性的小麥,用鋼尺測量株高和重心高度。

1.2.2 節間長、節間直徑、節間壁厚和莖粗系數的測定 于乳熟期在每個小區選取15株有代表性的小麥,用直尺和游標卡尺測定其基部二節間的節間長、節間直徑及節間壁厚。莖粗系數為節間直徑/節間長的數值[13]。

1.2.3 節間干質量和節間充實度的測定 于乳熟期在每個小區選取15株有代表性的小麥,取小麥基部第二節間莖稈,放入烘箱內,105 ℃殺青30 min,在80 ℃下烘干至質量恒定,稱量基部節間干質量。節間充實度為節間干質量/節間長的數值。

1.2.4 莖稈半纖維素、纖維素和木質素含量的測定 于乳熟期在每個小區選取15株有代表性的小麥,取小麥基部二節間莖稈,烘干至質量恒定,粉碎,過篩,參照Van-soest等[14]方法測定半纖維素、纖維素及木質素含量。

1.2.5 莖稈機械強度和抗倒伏指數的測定 于乳熟期在每個小區選取15株有代表性的小麥,取小麥基部二節間莖稈,用YDD-1莖稈強度測定儀(浙江托普儀器有限公司)測定基部二節間抗折力、針刺力?？沟狗笖禐榭拐哿?重心高的數值[15]。

1.3 數據分析與處理

采用Excel 2016、DPS進行數據分析。采用Origin作圖。

2 結果與分析

2.1 不同種植密度和鉀肥對株高與重心高的影響

由圖1～2可知,種植密度、鉀肥對小麥的株高和重心高有極顯著影響。種植密度和鉀肥互作對小麥的株高和重心高有極顯著影響。隨種植密度的增加,小麥的株高和重心也隨著增高,在D2水平下株高和重心高較D1增加3.92、2.29 cm。隨鉀肥水平的增加,小麥的株高和重心高均隨之顯著降低,在K3水平下株高較K1、K2降低4.36、0.20 cm,重心高較K1、K2降低3.83、1.07 cm。由此可見,種植密度的增加會增加小麥的株高,在相同的種植密度下,鉀肥會降低重心高。

圖1 密度和鉀肥水平對株高的影響Fig.1 Effectsof density and potassium level on plant height

圖2 密度和鉀肥水平對重心高的影響Fig.2 Effects of density and potassium level on high center of gravity注:誤差線為標準誤,小寫字母表示P<0.05。

2.2 不同種植密度和鉀肥對莖粗系數的影響

由表1可知,種植密度、鉀肥對小麥的節間長、節間直徑、莖粗系數有極顯著的影響。種植密度和鉀肥互作對小麥的節間長和莖粗系數有極顯著影響,對節間直徑有顯著影響。隨密度的增加,小麥的節間長增加,節間直徑和莖粗系數降低,在D2水平下節間長較D1增加0.58 cm,節間直徑和莖粗系數較D1降低0.11 m和0.04。隨著鉀肥水平增加,小麥的節間長降低,節間直徑和莖粗系數增加,在K1水平下節間長較K2、K3降低0.65、0.92 cm,在K3水平下節間直徑較K1、K2增加0.12、0.02 cm,莖粗系數較K1、K2增加0.08、0.01。

表1 密度和鉀肥水平對基部二節間的影響Table 1 Effects of density and potassium fertilizer levels on the basal inter-segment

2.3 不同種植密度和鉀肥對節間充實度的影響

由表2可知,種植密度、鉀肥對小麥的節間壁厚和節間充實度均有極顯著影響,對節間干質量有顯著影響。種植密度和鉀肥互作對節間壁厚有極顯著影響,對節間干質量和節間充實度沒有顯著差異。隨密度增加小麥的節間壁厚、節間干質量和節間充實度下降,在D2水平下節間壁厚、節間干質量和節間充實度較D1降低0.12 m、0.01 g、3.21 g/mm2。隨鉀肥的增加節間壁厚、節間干質量和節間充實度增加。節間壁厚在K3水平下較K1、K2增加0.17、0.07 m。節間干質量在K3水平下較K1、K2增加0.02、0.01 g。節間充實度在K3水平下較K1、K2增加4.02、1.74 g/mm2。

表2 密度和鉀肥水平對基部二節間充實度的影響Table 2 Effects of density and potassium fertilizer level on the fullness of the base inter-segment

2.4 不同種植密度和鉀肥對結構性碳水化合物的影響

由表3可知,種植密度、鉀肥對小麥的半纖維素和木質素均有極顯著影響,對纖維素有顯著影響。隨密度的增加,小麥的半纖維素、纖維素、木質素含量降低,隨著鉀肥水平增加,小麥的半纖維素、纖維素、木質素含量增加。

表3 密度和鉀肥水平對小麥基部二節間結構性碳水化合物的影響Table 3 Effects of density and potassium fertilizer levels on inter-segment structural carbohydrates at the base of wheat

2.5 不同種植密度和鉀肥對力學性狀和抗倒伏指數的影響

由表4可知,種植密度、鉀肥對小麥的針刺力、抗折力和抗倒伏指數有極顯著影響。種植密度和鉀肥互作對針刺力、抗折力和抗倒伏指數有極顯著影響。隨著密度增加小麥的節間針刺力、節間抗折力和抗倒伏指數降低,在D2水平下,節間針刺力、節間抗折力和抗倒伏指數較D1降低1.71 N、1.92 N、0.08。隨著鉀肥水平的增加小麥的節間針刺力、節間抗折力和抗倒伏指數增加。節間針刺力在K3水平下較K1、K2增加1.98、0.94 N。節間抗折力在K3水平下較K1、K2增加1.88、1.24 N?？沟狗笖翟贙3水平下較K1、K2增加0.08、0.04。

2.6 相關分析

由表5可知,小麥植株抗倒伏指數與節間干質量、節間充實度、節間直徑、節間壁厚、莖粗系數、木質素、纖維素、半纖維素,節間針刺力和節間抗折力呈顯著正相關,而與株高、重心高、節間長、木質素、纖維素、半纖維素呈顯著負相關。

表5 小麥植株基部二節間特性與抗倒伏能力的相關性分析Table 5 Correlation analysis of the inter-ganglion characteristics of wheat plant base and lodging resistance

3 結論與討論

因對小麥需求的提升,較大的播種密度成為小麥高產的保障。在生產中播種密度過大,莖稈發育力差[16],倒伏發生時期提前,倒伏程度嚴重[17],同時株高增加,加大了倒伏風險[18],適當的播種密度可提高單株分蘗數和莖稈質量,構建合理的群體結構,從而有利于防倒伏,增加產量。同時密度對節間壁厚無顯著影響,莖粗系數隨密度的增大而減少。研究表明,播種密度會影響小麥的干物質的累積,進而影響產量[19]。本研究中,隨著播種密度增大,株高等農藝性狀隨之上升,而節間直徑、抗折力等隨之降低。

研究表明,合理的鉀肥施用有利于根系生長[20],小麥莖稈逐漸粗壯,抗倒伏能力增強,成穗率提高,籽粒飽滿[21]。袁志華等[22]研究表明,施用鉀肥對力學特性有不同程度的影響,施用鉀肥可顯著提高灌漿期莖稈基部二節間的彎曲強度及抗彎剛度。許文燕等[23]認為,充足的鉀肥會使植株莖稈粗壯、強度增大、機械性能改善,抗倒伏能力提高。本研究表明,隨著鉀肥水平的提高,小麥莖粗系數、節間直徑和節間干質量增加,進而提高小麥的抗倒伏能力,因此可通過增加鉀肥施用量提高小麥抗倒性能。