密度和钾肥及其互作对小麦茎秆形态特征与抗倒性的影响

陶庭余, 王荣圆, 魏 鹏, 闫素辉, 李文阳

(安徽科技学院 农学院,安徽 凤阳 233100)

高产是小麦生产追求的重要目标,而倒伏是限制小麦高产的关键因素之一[1]。特别是在小麦生育后期,遇连续阴雨天气,小麦极易发生倒伏[2]。且大量的降水会松动根部土壤,加重倒伏的可能性。安徽省沿淮地区属于过渡性气候,自然灾害频繁。沿淮地区每年约有15%面积小麦田发生倒伏,致使减产约25%[3]。在实际生产中,会通过增加播种密度和施肥量来提高产量,但基本苗过多以及施肥的不合理会导致倒伏的发生[4-5]。

小麦倒伏的发生受品种特性和外部因素的影响,品种特性是由基因型导致的茎秆形态结构等性状差异,外部因素归结为栽培措施和自然环境[6]。关于小麦倒伏的影响因素,国内外学者有多方面的研究,但结论不一。有学者研究表明小麦的抗倒性能与茎秆基部节间的机械强度、形态特征有关[7-9];但也有学者研究木质素和纤维素的含量对倒伏的影响[10-12]。

本试验以小麦品种‘华成3366’为材料,设置不同种植密度和钾肥处理,研究不同种植密度和钾肥对其株高、重心高、节间长、节间直径、节间壁厚和节间干质量等6个农艺性状,抗折力和针刺力2个力学特性以及半纤维素、纤维素和木质素含量等3个非结构性碳水化合物等的影响,进而分析抗倒伏指数与茎秆农艺性状等参数的关系,旨在为小麦抗倒伏育种和丰产优质栽培提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料与设计

试验于2018—2019年在安徽科技学院种植园进行。以小麦品种华成3366为试验材料,试验采用大田种植,裂区设计,密度处理为主区,钾肥为副区,试验设3次重复,与10月下旬播种,试验地前茬作物为玉米,设2个密度水平(240万株/hm2(D1)、300万株/hm2(D2))和3个钾肥水平(60 kg/hm2(K1)、120 kg/hm2(K2)、180 kg/hm2(K3))。小区面积为9 m2(3 m×3 m),行距15 cm。田间管理同常规生产。

1.2 测定项目与方法

1.2.1 株高、重心高的测定 于乳熟期在每个小区选取15株有代表性的小麦,用钢尺测量株高和重心高度。

1.2.2 节间长、节间直径、节间壁厚和茎粗系数的测定 于乳熟期在每个小区选取15株有代表性的小麦,用直尺和游标卡尺测定其基部二节间的节间长、节间直径及节间壁厚。茎粗系数为节间直径/节间长的数值[13]。

1.2.3 节间干质量和节间充实度的测定 于乳熟期在每个小区选取15株有代表性的小麦,取小麦基部第二节间茎秆,放入烘箱内,105 ℃杀青30 min,在80 ℃下烘干至质量恒定,称量基部节间干质量。节间充实度为节间干质量/节间长的数值。

1.2.4 茎秆半纤维素、纤维素和木质素含量的测定 于乳熟期在每个小区选取15株有代表性的小麦,取小麦基部二节间茎秆,烘干至质量恒定,粉碎,过筛,参照Van-soest等[14]方法测定半纤维素、纤维素及木质素含量。

1.2.5 茎秆机械强度和抗倒伏指数的测定 于乳熟期在每个小区选取15株有代表性的小麦,取小麦基部二节间茎秆,用YDD-1茎秆强度测定仪(浙江托普仪器有限公司)测定基部二节间抗折力、针刺力。抗倒伏指数为抗折力/重心高的数值[15]。

1.3 数据分析与处理

采用Excel 2016、DPS进行数据分析。采用Origin作图。

2 结果与分析

2.1 不同种植密度和钾肥对株高与重心高的影响

由图1～2可知,种植密度、钾肥对小麦的株高和重心高有极显著影响。种植密度和钾肥互作对小麦的株高和重心高有极显著影响。随种植密度的增加,小麦的株高和重心也随着增高,在D2水平下株高和重心高较D1增加3.92、2.29 cm。随钾肥水平的增加,小麦的株高和重心高均随之显著降低,在K3水平下株高较K1、K2降低4.36、0.20 cm,重心高较K1、K2降低3.83、1.07 cm。由此可见,种植密度的增加会增加小麦的株高,在相同的种植密度下,钾肥会降低重心高。

图1 密度和钾肥水平对株高的影响Fig.1 Effectsof density and potassium level on plant height

图2 密度和钾肥水平对重心高的影响Fig.2 Effects of density and potassium level on high center of gravity注:误差线为标准误,小写字母表示P<0.05。

2.2 不同种植密度和钾肥对茎粗系数的影响

由表1可知,种植密度、钾肥对小麦的节间长、节间直径、茎粗系数有极显著的影响。种植密度和钾肥互作对小麦的节间长和茎粗系数有极显著影响,对节间直径有显著影响。随密度的增加,小麦的节间长增加,节间直径和茎粗系数降低,在D2水平下节间长较D1增加0.58 cm,节间直径和茎粗系数较D1降低0.11 m和0.04。随着钾肥水平增加,小麦的节间长降低,节间直径和茎粗系数增加,在K1水平下节间长较K2、K3降低0.65、0.92 cm,在K3水平下节间直径较K1、K2增加0.12、0.02 cm,茎粗系数较K1、K2增加0.08、0.01。

表1 密度和钾肥水平对基部二节间的影响Table 1 Effects of density and potassium fertilizer levels on the basal inter-segment

2.3 不同种植密度和钾肥对节间充实度的影响

由表2可知,种植密度、钾肥对小麦的节间壁厚和节间充实度均有极显著影响,对节间干质量有显著影响。种植密度和钾肥互作对节间壁厚有极显著影响,对节间干质量和节间充实度没有显著差异。随密度增加小麦的节间壁厚、节间干质量和节间充实度下降,在D2水平下节间壁厚、节间干质量和节间充实度较D1降低0.12 m、0.01 g、3.21 g/mm2。随钾肥的增加节间壁厚、节间干质量和节间充实度增加。节间壁厚在K3水平下较K1、K2增加0.17、0.07 m。节间干质量在K3水平下较K1、K2增加0.02、0.01 g。节间充实度在K3水平下较K1、K2增加4.02、1.74 g/mm2。

表2 密度和钾肥水平对基部二节间充实度的影响Table 2 Effects of density and potassium fertilizer level on the fullness of the base inter-segment

2.4 不同种植密度和钾肥对结构性碳水化合物的影响

由表3可知,种植密度、钾肥对小麦的半纤维素和木质素均有极显著影响,对纤维素有显著影响。随密度的增加,小麦的半纤维素、纤维素、木质素含量降低,随着钾肥水平增加,小麦的半纤维素、纤维素、木质素含量增加。

表3 密度和钾肥水平对小麦基部二节间结构性碳水化合物的影响Table 3 Effects of density and potassium fertilizer levels on inter-segment structural carbohydrates at the base of wheat

2.5 不同种植密度和钾肥对力学性状和抗倒伏指数的影响

由表4可知,种植密度、钾肥对小麦的针刺力、抗折力和抗倒伏指数有极显著影响。种植密度和钾肥互作对针刺力、抗折力和抗倒伏指数有极显著影响。随着密度增加小麦的节间针刺力、节间抗折力和抗倒伏指数降低,在D2水平下,节间针刺力、节间抗折力和抗倒伏指数较D1降低1.71 N、1.92 N、0.08。随着钾肥水平的增加小麦的节间针刺力、节间抗折力和抗倒伏指数增加。节间针刺力在K3水平下较K1、K2增加1.98、0.94 N。节间抗折力在K3水平下较K1、K2增加1.88、1.24 N。抗倒伏指数在K3水平下较K1、K2增加0.08、0.04。

2.6 相关分析

由表5可知,小麦植株抗倒伏指数与节间干质量、节间充实度、节间直径、节间壁厚、茎粗系数、木质素、纤维素、半纤维素,节间针刺力和节间抗折力呈显著正相关,而与株高、重心高、节间长、木质素、纤维素、半纤维素呈显著负相关。

表5 小麦植株基部二节间特性与抗倒伏能力的相关性分析Table 5 Correlation analysis of the inter-ganglion characteristics of wheat plant base and lodging resistance

3 结论与讨论

因对小麦需求的提升,较大的播种密度成为小麦高产的保障。在生产中播种密度过大,茎秆发育力差[16],倒伏发生时期提前,倒伏程度严重[17],同时株高增加,加大了倒伏风险[18],适当的播种密度可提高单株分蘖数和茎秆质量,构建合理的群体结构,从而有利于防倒伏,增加产量。同时密度对节间壁厚无显著影响,茎粗系数随密度的增大而减少。研究表明,播种密度会影响小麦的干物质的累积,进而影响产量[19]。本研究中,随着播种密度增大,株高等农艺性状随之上升,而节间直径、抗折力等随之降低。

研究表明,合理的钾肥施用有利于根系生长[20],小麦茎秆逐渐粗壮,抗倒伏能力增强,成穗率提高,籽粒饱满[21]。袁志华等[22]研究表明,施用钾肥对力学特性有不同程度的影响,施用钾肥可显著提高灌浆期茎秆基部二节间的弯曲强度及抗弯刚度。许文燕等[23]认为,充足的钾肥会使植株茎秆粗壮、强度增大、机械性能改善,抗倒伏能力提高。本研究表明,随着钾肥水平的提高,小麦茎粗系数、节间直径和节间干质量增加,进而提高小麦的抗倒伏能力,因此可通过增加钾肥施用量提高小麦抗倒性能。