冬小麦灌浆期光合参数及产量对土壤高湿和干旱变化的响应

doi:10.11924/j.issn.1000-6850.casb2021-1134

中国农学通报 ›› 2022, Vol. 38 ›› Issue (29): 96-102.doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb2021-1134

所属专题：生物技术；小麦；农业气象

• 资源·环境·生态·土壤·气象 • 上一篇下一篇

冬小麦灌浆期光合参数及产量对土壤高湿和干旱变化的响应

任三学¹^,²(), 齐月²(), 田晓丽³, 赵花荣¹

¹中国气象科学研究院,北京 100081
²中国气象局兰州干旱气象研究所,甘肃省干旱气候变化与减灾重点实验室,中国气象局干旱气候变化与减灾重点实验室,兰州 730020
³中国气象局河北固城农业气象国家野外科学观测研究站,河北保定 072656

收稿日期:2021-11-25 修回日期:2022-01-21 出版日期:2022-10-15 发布日期:2022-10-14
通讯作者: 齐月
作者简介:任三学,男,1965年出生,甘肃陇南人,高级工程师,研究方向：农业气象试验研究。通信地址：100081 北京市海淀区中关村南大街46号中国气象科学研究院生态与农业气象研究所,Tel：010-68406416,E-mail： 656892rzr@163.com。
基金资助:
干旱气象科学研究基金项目“土壤干旱和高湿（渍水）胁迫对冬小麦叶片光合作用及其产量形成的实验观测研究”(IAM201805);中国气象局/河南省农业气象保障与应用技术重点实验室开放基金项目“气候变暖背景下麦田沟金针虫发生为害灾情的调查研究”(AMF202007)

Responses of Photosynthetic Parameters and Yield of Winter Wheat at Filling Stage to Soil High Humidity and Drought Change

REN Sanxue¹^,²(), QI Yue²(), TIAN Xiaoli³, ZHAO Huarong¹

¹Chinese Academy of Meteorological Sciences, Beijing 100081
²Institute of Arid Meteorology,China Meteorological Administration, Key Laboratory of Arid Climate Change and Reducing Disaster of CMA,Key Laboratory of Arid Climatic Changing and Reducing Disaster of Gansu Province, Lanzhou 730020
³Gucheng Agro-meteorological National Field Observation and Research Station, China Meteorological Administration, Baoding, Hebei 072656

Received:2021-11-25 Revised:2022-01-21 Online:2022-10-15 Published:2022-10-14
Contact: QI Yue

摘要/Abstract

摘要：

为研究土壤湿度变化对冬小麦光合参数和产量变化的影响机制,在防雨棚人工控制灌水,设置土壤高湿、中度干旱、重旱、对照4个处理的田间冬小麦试验,研究土壤水分变化对灌浆期冬小麦光合参数及产量的影响。结果表明：冬小麦灌浆期叶片净光合速率、蒸腾速率、气孔导度随土壤水分降低而降低。重旱处理冬小麦叶片胞间CO₂浓度与对照相近,引起光合作用下降的主要原因是非气孔因素限制。土壤高湿冬小麦叶片有效利用光强区间拉大,而土壤干旱胁迫叶片有效利用光强的区间缩小,土壤高湿和干旱胁迫叶片夜间呼吸作用都提高,干旱逆境胁迫白天光合作用受限减弱,夜间呼吸作用增强,消耗营养增多,“一减一增”是其籽粒瘪秕,产量低的生理原因。土壤高湿和干旱影响冬小麦灌浆期籽粒干物质输送、积累的源库匹配。高湿处理叶片的绿色器官光合产物输送籽粒占主导,开花前营养器官干物质转运、贡献率变小;干旱逆境胁迫下,叶片等绿色器官光合产物少,输送籽粒干物质减少,但花前营养器官干物质转运、贡献率相对增大;收获指数土壤高湿和对照基本相近,干旱处理较对照明显偏小。

关键词: 冬小麦, 光合参数, 产量, 土壤高湿, 干旱

Abstract:

To study the influencing mechanism of soil moisture on photosynthetic parameters and yield change of winter wheat, an experiment was conducted with 4 treatments of soil high humidity (W1), moderate drought (W2), severe drought (W3) and control (CK) using artificially controlled irrigation in the rainproof shed, to study the effects of soil moisture change on the photosynthetic parameters and yield of winter wheat at the filling stage. The results showed that: the net photosynthetic rate, transpiration rate and stomatal conductance of winter wheat during the filling stage decreased with the decrease of soil moisture. The intercellular CO₂ concentration of W3 was similar to that of CK, and the main reason for the decrease of photosynthesis was non-stomatal restriction. The effectively utilized light intensity range of winter wheat leaf of W1 was expanded, while the effectively utilized light intensity range by leaves was narrowed due to soil drought stress. Night respiration of leaves under soil high humidity and drought stress were both increased. Drought stress reduced photosynthesis during the day, enhanced night respiration, and consumed more nutrients. ‘One decrease and one increase’ was the physiological reason for the grain collapse and low yield. High soil moisture and drought could affect the source-sink matching of dry matter transport and accumulation in winter wheat grains during grain filling stage. The green organs of the leaves under high humidity treatment dominated the transport of photosynthetic products, and the dry matter transport and contribution rates of the vegetative organs before flowering became smaller. Under drought stress, the photosynthetic products of green organs such as leaves were less, and the dry matter transported by grains was reduced. However, the dry matter transport and contribution rates of the vegetative organs before anthesis were increased relatively. The harvest index of soil high humidity was basically similar to that of the control, while the harvest index of the drought treatment was obviously smaller than that of the control.

Key words: winter wheat, photosynthetic parameters, yield, soil high humidity, drought

中图分类号:

任三学, 齐月, 田晓丽, 赵花荣. 冬小麦灌浆期光合参数及产量对土壤高湿和干旱变化的响应[J]. 中国农学通报, 2022, 38(29): 96-102.

REN Sanxue, QI Yue, TIAN Xiaoli, ZHAO Huarong. Responses of Photosynthetic Parameters and Yield of Winter Wheat at Filling Stage to Soil High Humidity and Drought Change[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2022, 38(29): 96-102.

图/表 9

参考文献 28

[1]	石岩, 林琪, 位东斌, 等. 土壤水分胁迫对冬小麦光合及产量的影响[J]. 华北农学报, 1996, 11(4):80-83. doi: 10.3321/j.issn:1000-7091.1996.04.016
[2]	邬爽, 林琪, 穆平, 等. 土壤水分胁迫对不同肥水类型冬小麦品种花后光合特性及产量的影响[J]. 中国农学通报, 2012, 28(33):144-150.
[3]	盛钰, 赵成义, 贾宏涛. 水分胁迫对冬小麦光合及生物学特性的影响[J]. 水土保持学报, 2006, 20(1):193-196.
[4]	刘建栋, 王馥棠, 于强, 等. 华北地区冬小麦叶片光合作用模型在农业干旱预测中的应用研究[J]. 应用气象学报, 2003, 14(4):469-478.
[5]	吴海卿, 段爱旺, 杨传福. 冬小麦对不同土壤水分的生理和形态响应[J]. 华北农学报, 2000, 15(1):92-96. doi: 10.3321/j.issn:1000-7091.2000.01.019
[6]	房全孝, 陈雨海, 李全起, 等. 灌溉对冬小麦水分利用效率的影响研究[J]. 农业工程学报, 2004, 20(4):34-39.
[7]	张永强, 姜杰. 水分胁迫对冬小麦叶片水分生理生态过程的影响[J]. 干旱区研究, 2001, 18(1):57-61.
[8]	马晓群, 陈晓艺, 盛绍学. 安徽省冬小麦渍涝灾害损失评估模型研究[J]. 自然灾害学报, 2003, 12(1):158-162.
[9]	龚绍先. 粮食作物与气象[M]. 北京: 北京农业大学出版社,1988.
[10]	王晨阳, 马元喜, 周苏玫, 等. 土壤干旱胁迫对冬小麦衰老的影响[J]. 河南农业大学学报, 1996, 30(4):309-313.
[11]	李丽, 申双和, 孙钢, 等. 土壤水分对冬小麦气孔导度及光合速率的影响与模拟[J]. 中国农业气象, 2016, 37(6): 666-673.
[12]	赵花荣, 任三学, 齐月. 高湿和干旱对夏玉米灌浆期叶片光合特性的影响[J]. 中国农学通报, 2017, 33(31):15-21.
[13]	郭文善, 封超年, 严六零, 等. 小麦开花后源库关系分析[J]. 作物学报, 1995, 21(3):334-340.
[14]	何丽, 尹钧, 周苏玫, 等. 不同筋型小麦籽粒的物质积累特性及其播期调节效应[J]. 华北农学报, 2008, 23(2):17-20. doi: 10.7668/hbnxb.2008.02.004
[15]	于文明, 于振文, 魏守江. 施氮量和基本苗对小麦干物质积累量和产量及氮肥利用率的影响[J]. 山东农业科学, 2006(4): 35-37.
[16]	乔玉辉, 宇振荣, P M DRIESSEN. 冬小麦干物质在各器官中的累积和分配规律研究[J]. 应用生态学报, 2002, 13(5):543-546.
[17]	李晓航, 杨丽娟, 盛坤, 等. 不同灌水处理下小麦干物质分配、转运及其产量的研究[J]. 中国农学通报, 2015, 31(30):33-37.
[18]	姜东, 谢祝捷, 曹卫星, 等. 花后干旱和渍水对冬小麦光合特性和物质运转的影响[J]. 作物学报, 2004, 30(2):175-182.
[19]	杨丽娟, 李晓航, 盛坤, 等. 灌水模式对不同小麦品种干物质积累、分配和产量的影响[J]. 中国农学通报, 2017, 33(5):10-16.
[20]	国家气象局. 农业气象观测规范(上卷)[M]. 北京: 气象出版社,1993.
[21]	史吉平, 董永华. 水分胁迫对小麦光合作用的影响[J]. 国外农学—麦类作物, 1995(5):49-51.
[22]	肖梦华, 胡秀君, 房凯, 等. 涝渍胁迫对冬小麦净光合速率变化的影响[J]. 排灌机械工程学报, 2014, 32(12):1079-1084.
[23]	刘杨, 石春林, 刘晓宇, 等. 渍害胁迫时期和持续时间对冬小麦产量及其构成因素的影响[J]. 麦类作物学报, 2018, 38(2):239-245.
[24]	刘培, 蔡焕杰, 王健. 土壤水分胁迫下冬小麦籽粒灌浆特性的研究[J]. 节水灌溉, 2010(1):1-4.
[25]	王树安, 兰林旺, 周殿玺, 等. 冬小麦节水高产技术体系研究[J]. 中国农业大学学报, 2007, 12(6):44.
[26]	刘昌明, 何希吾, 等. 中国21世纪水问题方略[M]. 北京: 中国科学出版社,1996.
[27]	谭维娜, 戴廷波, 荆奇, 等. 花后渍水对小麦旗叶光合特性及产量的影响[J]. 麦类作物学报, 2007, 27(2):314-317.
[28]	李彩霞, 周新国, 王和州, 等. 小麦花后淹水胁迫对根区土温及籽粒灌浆的影响[J]. 麦类作物学报, 2013, 33(6):1232-1236.

处理		净光合速率(Pn)/ [μmol CO₂/(m²·s)]	蒸腾速率(Tr)/ [mmol H₂O/(m²·s)]	气孔导度(Gs)/ [mol H₂O/(m²·s)]	胞间CO₂浓度(Ci)/ (μmol CO₂/mol)	水分利用效率(WUE)/ (μmol/mmol)	气孔限制值(Ls)/ %
平均值	CK	17.861	6.748	0.2601	248.13	2.917	37.97
	W1	19.257	7.888	0.3789	272.37	2.574	31.91
	W2	6.579	2.556	0.0754	227.61	2.744	43.10
	W3	3.609	2.001	0.0453	254.84	2.108	36.29
最大值	CK	26.357	10.396	0.4503	335.86	6.540	16.04
	W1	28.133	11.845	0.5665	360.13	4.920	9.97
	W2	14.087	3.818	0.1830	327.92	5.746	18.02
	W3	8.793	2.178	0.0819	331.26	5.477	17.18

处理		净光合速率(Pn)/ [μmol CO₂/(m²·s)]	蒸腾速率(Tr)/ [mmol H₂O/(m²·s)]	气孔导度(Gs)/ [mol H₂O/(m²·s)]	胞间CO₂浓度(Ci)/ (μmol CO₂/mol)	水分利用效率(WUE)/ (μmol/mmol)	气孔限制值(Ls)/ %
平均值	CK	17.861	6.748	0.2601	248.13	2.917	37.97
	W1	19.257	7.888	0.3789	272.37	2.574	31.91
	W2	6.579	2.556	0.0754	227.61	2.744	43.10
	W3	3.609	2.001	0.0453	254.84	2.108	36.29
最大值	CK	26.357	10.396	0.4503	335.86	6.540	16.04
	W1	28.133	11.845	0.5665	360.13	4.920	9.97
	W2	14.087	3.818	0.1830	327.92	5.746	18.02
	W3	8.793	2.178	0.0819	331.26	5.477	17.18

处理	净光合速率	蒸腾速率	气孔导度	胞间CO₂浓度	水分利用效率
CK	10.3	12.1	9.3	18.7	7.1
W1	10.2	12.6	9.3	17.1	7.0
W2	7.7	10.3	7.6	16.4	7.1
W3	7.3	9.9	7.1	18.4	7.1

处理	净光合速率	蒸腾速率	气孔导度	胞间CO₂浓度	水分利用效率
CK	10.3	12.1	9.3	18.7	7.1
W1	10.2	12.6	9.3	17.1	7.0
W2	7.7	10.3	7.6	16.4	7.1
W3	7.3	9.9	7.1	18.4	7.1

处理	叶片暗呼吸速率/[μmol CO₂/(m²·s)]				叶片光饱和点、光补偿点/[μmol/(m²·s)]
处理	2020/5/18	2020/5/20	2020/5/24	平均	光饱和点	光补偿点	差值
CK	0.7072	1.0974	1.0043	0.9363	2012.93	53.60	1959.33
W1	1.1117	1.1267	1.2215	1.1533	2071.97	42.51	2029.46
W2	1.2701	1.1148	2.0521	1.4790	1394.13	70.84	1323.29
W3	1.6742	1.5256	2.0783	1.7594	615.71	56.40	559.31

冬小麦灌浆期光合参数及产量对土壤高湿和干旱变化的响应

Responses of Photosynthetic Parameters and Yield of Winter Wheat at Filling Stage to Soil High Humidity and Drought Change

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处理	叶片	叶鞘	茎秆	穗轴	颖壳
CK	8.795	4.270	18.515	-0.150	5.293
W1	6.240	2.633	7.950	-0.670	1.628
W2	19.002	14.182	29.882	2.067	15.696
W3	18.734	15.052	30.953	2.623	21.400

处理	叶片	叶鞘	茎秆	穗轴	颖壳	籽粒	穗部
W1	6.60	8.86	20.46	1.84	10.71	51.54	64.09
CK	8.82	9.53	17.73	2.01	11.08	50.84	63.92
W2	12.48	12.81	17.52	2.36	12.57	42.26	57.19
W3	16.09	15.71	16.68	2.78	13.04	35.70	51.52

处理	开花期(月/日)	灌浆结束日期(月/日)	灌浆持续日数/d	灌浆峰值日期(月/日)	灌浆峰值/[0.1 g/(5 d·1000粒)]
CK	5/2	6/8	36.8	5/24	10.5
W1	5/8	6/13	35.8	5/22	12.1
W2	5/1	6/1	30.3	5/16	8.3
W3	4/30	5/28	28.3	5/16	7.5

处理	穗粒数/粒	穗粒重/g	小穗数/个	不孕小穗数/个	千粒重/(g/1000粒)	收获指数
CK	44.7	2.053	17.2	1.0	41.178	0.4825
W1	44.7	2.262	16.8	0.7	46.459	0.4819
W2	26.5	0.620	16.4	2.0	29.026	0.3464
W3	21.1	0.524	16.4	3.5	26.506	0.2675

[1]	周冬冬, 张军, 葛梦婕, 刘忠红, 朱晓欢, 李春燕. 不同氮肥处理对稻茬晚播小麦‘淮麦36’产量、氮素利用率和品质的影响[J]. 中国农学通报, 2023, 39(1): 1-7.
[2]	金梅娟, 佘旭东, 沈明星, 陆长婴, 陶玥玥, 王海候. 稻田构建垄型土槽耦合基质栽培草莓的生产效应研究[J]. 中国农学通报, 2023, 39(1): 71-76.
[3]	王福玉, 陈贵菊, 孙雷明, 黄玲, 邵敏敏, 赵凯, 杨本洲, 张玉丹, 闫璐, 王霖. 耕作方式与施氮量互作对小麦生长、产量与品质的影响[J]. 中国农学通报, 2022, 38(9): 20-26.
[4]	贾也纯, 陈润仪, 贺泽霖, 倪洪涛. 甜菜抗非生物胁迫研究进展[J]. 中国农学通报, 2022, 38(9): 33-40.
[5]	陈英花, 白如霄, 王娟, 张新疆, 刘玲慧, 刘小龙, 冯国瑞, 危常州. 叶面喷施烯效唑和硼对塔额盆地甜菜产量和含糖率的影响[J]. 中国农学通报, 2022, 38(9): 41-48.
[6]	李兴华, 王欢, 张盛, 蔡星星, 周强, 周楠. 氮肥用量与运筹方式对晚籼稻产量及花后干物质积累与转运的影响[J]. 中国农学通报, 2022, 38(9): 6-13.
[7]	王强强, 杨自辉, 郭树江, 张剑挥, 王多泽. 灌水量对民勤干旱沙区骏枣生长和产量的影响[J]. 中国农学通报, 2022, 38(9): 71-74.
[8]	周小红. 基于多元回归分析的农作物产量估测模型研究[J]. 中国农学通报, 2022, 38(8): 152-156.
[9]	秦乃群, 马巧云, 高敬伟, 杨璞, 蔡金兰, 郝迎春, 李艳梅, 冀洪策, 廖祥政. 沼渣施用对花生小麦轮作作物产量及土壤养分和重金属含量的影响[J]. 中国农学通报, 2022, 38(8): 58-63.
[10]	武志斌, 黄超, 雷媛, 敬峰, 刘战东. 不同产量水平下冬小麦水肥利用特性研究[J]. 中国农学通报, 2022, 38(8): 64-71.
[11]	郑本川, 张锦芳, 蒋俊, 崔成, 柴靓, 黄友涛, 周正鉴, 李浩杰, 蒋梁材. 不同熟期“川油”系列甘蓝型油菜品种主要性状与产量的相关分析[J]. 中国农学通报, 2022, 38(7): 7-17.
[12]	付焱焱, 李云峰, 韩冬, 马树庆. 吉林省粮食主产区玉米生长季水分盈亏及其对产量的影响[J]. 中国农学通报, 2022, 38(7): 99-105.
[13]	钮力亚, 王伟伟, 张玉洁, 邹景伟, 王志, 陆莉, 王奉芝, 王伟, 于亮. 小麦品质性状及产量性状对馒头面条评分的影响[J]. 中国农学通报, 2022, 38(6): 129-133.
[14]	姚金保, 杨学明, 周淼平, 张鹏. 江苏省小麦参试品种（系）产量与产量构成因素分析[J]. 中国农学通报, 2022, 38(6): 15-19.
[15]	田艺心, 高凤菊, 曹鹏鹏, 高祺. 黄淮海夏大豆干物质积累、转运及产量对播期的响应特征[J]. 中国农学通报, 2022, 38(6): 20-25.