阶段性干旱胁迫对小麦生理特性及产量结构的影响研究

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近年来全球干旱、暴雨等极端天气、气候事件频繁发生所引发的区域性农业灾害极大地阻碍了农业生产及发展。小麦作为我国的主要粮食作物之一,阐明不同气候条件对其各项生理参数的影响对于防灾减灾是十分迫切的,且对于打造资源节约型生态农业具有重要意义。结合我国水资源短缺的国情以及特定的季风气候特征,本文选取‘皖麦68’作为研究对象,在人工遮雨的条件下设定了4种不同的水分处理,分别为对照、DN(返青期-开花始期干旱胁迫,开花始期-成熟期复水)、ND(返青期-开花始期充分供水,开花始期-成熟期干旱胁迫)、DD(全生育期干旱胁迫)。在开花期和灌浆期采集光合生理参数、叶绿素含量、气象要素等数据,并在收获后进行产量结构分析及籽粒品质测定,力求探究不同水分条件下冬小麦光合生理特性及产量结构的变化特征,并为供水量有限的地区提供优化的灌溉计划。现将主要研究工作和结果总结如下:(1)阶段性干旱胁迫条件下,小麦叶片的光合速率呈现出降低的趋势:开花期DN、ND、DD的净光合速率分别比对照下降15.51%、30.42%、45.08%;灌浆期DN出现了超补偿效应,净光合速率相比对照提升了9.46%,ND和DD则分别比对照减少了16.66%、28.31%。(2)阶段性干旱对小麦叶片的气孔导度及蒸腾速率产生了显著影响。在开花期,DN、ND、DD的气孔导度依次比对照减少了20.40%、67.76%、67.76%;至灌浆期时,DN的气孔导度相比对照增加了8.18%,ND和DD则分别比对照下降了73.14%和38.99%,此时ND显著差异于其它3种处理(P<0.05)。开花期DN、ND、DD的蒸腾速率依次比对照减少了5.96%、41.54%、48.27%。灌浆期DN的蒸腾速率为对照的141.84%;ND和DD则分别比对照减少了4.81%和9.65%。(3)采用非直角双曲线模型拟合各水分处理下小麦旗叶的光合-光响应曲线,四种处理的决定系数R2均大于0.9。DN的曲角?(0.986)最大,即DN的曲线在上升至光饱和点之前相对趋缓;DN的光补偿点LCP最低且光饱和点LSP最高,分别为26.76μmol·m-2·s-1、450.89μmol·m-2·s-1。DN、ND、DD的光饱和点分别比对照高16.84%、12.42%、4.46%。(4)3种不同阶段性干旱处理DN、ND、DD的叶绿素含量在开花期与对照相比,依次下降了10.90%、15.58%、24.61%;至灌浆期3个处理同比CK下降了7.14%、17.86%、26.79%。DN、ND、DD的类胡萝卜素含量在开花期分别为对照的89.56%、81.38%、75.91%;至灌浆期时3个处理依次为对照的90.39%、80.78%、65.63%。在两个测定时期,DD的叶绿素、类胡萝卜素含量与对照相比均差异显著(P<0.05)。(5)阶段性干旱胁迫处理后的DN、ND、DD,其小麦籽粒中的微量元素Fe、Cu损失的幅度较大,在20%-30%之间;而Zn、Mn、I的含量则有较显著的提升,尤其I的增加幅度在36%-45%之间。DN处理下质量分数减少的元素种类及减少的百分率是最少的。DD籽粒中Zn的含量增加了28.87%且通过了极显著检验(P<0.01)。干旱胁迫处理下除P以外,K、Ca、Na、Mg等大量元素含量均有所增加。DN籽粒中大量元素含量的变化幅度均在±20%以内,ND基本在±35%以内,DD浮动较大,其Na元素的质量分数增加了46%(P<0.01)。(6)不同的干旱处理下小麦籽粒的氨基酸总含量呈下降趋势:其中DN的必需氨基酸含量比对照增加了0.92%,ND和DD则分别减少了5.11%、3.13%;DN、ND、DD的非必需氨基酸含量分别减少了12.72%、20.24%、30.94%。3种处理的籽粒蛋白质含量分别比对照减少了3.03%、25.66%、23.50%。(7)各阶段干旱胁迫处理对小麦产量的影响程度不同,DN的产量(68.12g)较CK(77.18g)略有降低,但其千粒重(34.51g)大于CK(34.44g);ND的收获指数是四种水分处理中最低的,仅为0.407;DD与对照相比产量减少了42.02%,但其收获指数(0.446)仅次于DN(0.459)。采用逐步回归模型构建小麦产量与各产量结构要素的关系,最终得到的逐步回归方程为:y5.164x 144.692,其中x为不孕小穗率,该模型的决定系数R2为0.952(P<0.05)。(8)阶段性干旱胁迫处理对小麦农田小气候有一定影响。日间土壤表层的DN平均地温及平均相对湿度相比对照分别降低了0.12℃和0.05%;ND分别增加了0.02℃和0.28%;DD增加了0.06℃和1.10%;DN、ND、DD的日间土壤表层平均光照强度则分别比对照高1.84lx、3.01lx、6.65lx。干旱胁迫处理下的小麦冠层日间平均气温均有所降低:DN下降了0.10℃,其它两种处理的下降未超过0.04℃;相对应的DN、ND、DD冠层日均相对湿度数值均有上升,分别增加了0.87%、0.46%、1.90%;这三种处理的冠层平均光照强度依次减少了4.44lx、17.85lx、1.84lx。
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