气象因素对旱地小麦品种灌浆特性影响的研究

裴 磊，刘 莉，刘新月，卫云宗

（山西省农业科学院小麦研究所，山西临汾 041000）

灌浆期是小麦生长的重要生理阶段。从抽穗开花到灌浆成熟是小麦产量形成的关键时期，小麦籽粒的形成、充实以及乳化、成熟均在灌浆期间完成。该生育阶段的气象因素直接影响小麦籽粒的发育过程，进而影响小麦的最终产量[1]。在小麦生产中，同一品种在不同气候年型、不同栽培条件下，千粒重波动很大。特别是在高产条件下，当穗数容量接近饱和、粒数又受穗分化限制时，产量高低变化在很大程度上受粒重的影响[2]。因此，充分研究小麦籽粒灌浆规律和气候对灌浆规律的影响对揭示小麦生长发育特性具有重要意义。小麦粒重是一个受许多因素影响的复杂性状，目前已经有很多学者对不同类型小麦品种的灌浆过程及灌浆特性进行了研究报道：王文颜[2]、王立国[3]、董中东[4]、赵洪亮[5]、刘新月[6]等用Logistic生长曲线拟合小麦籽粒灌浆特性；温红霞[7]研究了豫西旱作麦区小麦籽粒灌浆特性，但他们研究使用的全是高肥水的品种，对我国北方干旱地区旱地品种的利用借鉴价值有限；陈炜[8]研究了两种旱地小麦的灌浆特性，但主要探讨的是灌浆过程中旗叶叶绿素含量与产量的关系。关于气象条件与小麦籽粒灌浆特性的研究，国内外许多学者也做了大量研究：王健林[9]、林超[10]对不同气象条件下的灌浆规律进行了综述；唐进[11]、胡刚元[12]主要研究了温度对灌浆速率的影响；翟怀巍[13]主要研究了土壤水分条件对小麦灌浆的胁迫效应；崔金梅[14]研究较为综合，但研究选用的品种郑引1号种植时间较早，且是引自意大利的品种，对我国北方现有大规模种植的品种参考价值有限。

本研究就是为掌握气象因素对旱地小麦品种灌浆特性的影响，使用Logistic生长曲线进行拟合，通过对灌浆期气象因素的观察记录，研究气象因素对旱地小麦品种晋麦91号[15]和晋麦47号灌浆特性的影响，以期为建立合理的高产高效栽培技术体系，实现该品种的高产稳定性能提供依据。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验于2013年9月至2015年6月在山西省农业科学院小麦研究所旱地育种试验地进行。2013—2014年度小麦生育期内降水217.7 mm，2014—2015年度小麦生育期内降水为208.2 mm（降水量数据由临汾市气象站提供）。试验田地势平坦，地力均匀，土质为沙壤土，前茬小麦，基础肥力中等。试验设2个小区，每小区6行，行长9 m，行距0.25 m，小区面积13.5 m2。四周设保护区。每年5月初防治蚜虫1次，小麦全生育期内不进行浇水，只依靠当地自然降水。

1.2 试验材料

供试小麦品种晋麦91号和晋麦47号由山西省农科院小麦研究所提供。

1.3 调查项目与分析方法

在小麦开花期，每小区随机统一选取100个生长一致且花期相同的穗子进行挂牌，从开花后第5天开始，每隔5 d取10个挂牌穗分别杀青、烘干至恒重、脱粒、称重并折算成千粒重。同一年份中不同品种小麦的灌浆曲线进行对比，不同年份中同种小麦的灌浆曲线进行对比。

以千粒重为依变量，花后天数为自变量，用Logistic方程模拟各品种籽粒生长过程。

式中，t为花后天数（开花日以t=0计）；Y为籽粒千粒重；K为理论籽粒最大千粒重（g）；a、b为回归参数，与灌浆速率和灌浆时间有关。

对Logistic方程求一阶导数得灌浆速率方程：

由Logistic方程和灌浆速率方程推导出一些次级灌浆参数，T 为实际记录灌浆持续天数（d），T1、T2、T3分别为渐增期、快增期、缓增期持续时间（d），Tmax为灌浆速率达最大时的时间（d）；R1、R2、R3分别为渐增期、快增期、缓增期灌浆速率（g/d）；R为实际平均灌浆速率（g/d），Rmax表示最大灌浆速率（g/d）。

气象因素分别为：平均气温，最高气温，最低气温，相对湿度，降水量，蒸发量，风速，平均地温，最高地温，最低地温，5 cm地温，10 cm地温，20 cm地温，日照时长以及积温15项指标。对气象因素指标以及2个旱地小麦品种灌浆特性进行相关性分析、多元线性逐步回归分析。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2003整理数据，用DPS 7.05软件进行灌浆曲线拟合，用SAS 9.0软件进行气象因素与灌浆特性的相关分析及逐步回归分析。

2 结果与分析

2.1 2年试验的气象数据分析

将小麦灌浆期逐日气象信息整理成表，从小麦开花期开始，每隔5 d汇总1次，气象因素见表1。

表1 小麦品种灌浆期的气象因素

从表1可见，2014年度灌浆期降水总量为75.40 mL，2015年度灌浆期降水量仅为36.20 mL，仅相当于2014年降水量的1/2，而蒸发量2年相差不大，说明2014年度相对丰水，2015年度相对歉水。

分别将2年小麦灌浆时期的逐日的平均气温绘图（图1，图2）。从图1、图2可知，2014年前期温度低，后期温度高，从15℃气温持续攀升到25℃，波动较小，属于正常的前低后高型；而2015年4月末，平均气温高于20℃，比2014年同期气温略高，亦高于常年气温，但是到2015年5月25日前后有一次明显的降温过程，且后续7 d气温波动明显，回升比2014年缓慢，灌浆中后期气温波动大，且相较于常年气温略低，所以2015年这种特殊年景可视为异于常年的前高后低型。

2.2 2年试验旱地小麦品种籽粒灌浆特点

晋麦91号和晋麦47号均属于前期缓、中期快、后期稳的S型灌浆曲线类型（图3、图4）。

用logistic生长曲线对试验曲线进行模拟（表2），其决定系数R2均大于0.99，且均达到极显著水平，说明曲线拟合良好。

2014年度拟合的曲线为：

晋麦91号的曲线为Y1=43.9221/［1+e（3.9368-0.2224t）］

晋麦47号的曲线为Y2=39.5875/［1+e（4.2252-0.2477t）］；

2015年度拟合的曲线为：

晋麦91号的曲线为Y3=43.9662/［1+e（4.3978-0.2220t）］

晋麦47号的曲线为Y4=46.2995/［1+e（4.9064-0.2350t）］。

对比不同年限，晋麦91号的理论千粒重K值比晋麦47号相对稳定，基本稳定在44 g，说明在不同年景的条件下，就千粒重这单一指标，晋麦91号的品种稳定性要优于对照晋麦47号。晋麦47号的理论千粒重K值虽然不稳定，但是在2015年度，达到了46.3 g，说明晋麦47号籽粒的千粒重还有提升的潜力，在自然降雨条件下，并不能完全显示出来。

由小麦籽粒灌浆的次级参数（表3）可知：旱地小麦的灌浆期35～40 d，在开花17～20 d时干物质急剧增加，此时千粒重日增长量达到最大，由于年景不同，2015年度比2014年度最大灌浆速率出现时间推迟了2～3 d；晋麦91号和晋麦47号粒重日增长量最大值都在2.4 g以上，不同年景下晋麦91号品种稳定性高于晋麦47号，且灌浆时间长，灌浆速度快，灌浆后期的持续性更久。

表2 小麦籽粒灌浆的logistic方程参数

表3 小麦籽粒灌浆的次级灌浆参数

2.3 小麦籽粒灌浆粒重与气象指标间的相关性分析

通过晋麦91号与晋麦47号籽粒灌浆粒重与15项气象因素指标相关性分析（表4）可见：气象因素对灌浆的影响主要集中表现在温度指标上，其中平均气温、最高气温、最低气温均达到了极显著水平；地温的6项指标除5 cm地温、最高气温外其余4项也均达到了极显著水平；积温达到了显著水平；其余各项如日照时数、相对湿度、降水量、蒸发量、风速均无明显的相关。说明无论晋麦91号还是晋麦47号，灌浆期间，籽粒灌浆对于温度指标更加敏感一些；而降雨、风速以及日照类指标对籽粒灌浆的影响较小。

表4 气象指标与灌浆相关性分析

2.4 小麦灌浆粒重与气象指标间的逐步回归分析

为了进一步研究小麦灌浆粒重与气象指标之间数量关系，分别以晋麦91号和晋麦47号小麦粒重Y1、Y2为因变量，其他气象指标：平均气温 X1，最高气温 X2，最低气温 X3，相对湿度 X4，降水量 X5，蒸发量 X6，风速 X7，平均地温 X8，最高地温 X9，最低地温X10，5 cm 地温 X11，10 cm 地温 X12，20 cm 地温 X13，日照数X14以及积温X15为自变量，进行多元线性逐步回归分析，对于晋麦91号得到最优回归方程式为：Y1=-63.1563+8.4339X13-1.6546X9-0.3060X11（R12=0.8647），对回归方程进行显著性检验（F1=23.44**），X13与Y1的偏回归系数b1-13=8.4339**，表明用此方程模拟晋麦91号的灌浆过程具有可靠性，方程中带入的第一个变量X13即20 cm地温是影响晋麦91号小麦粒重的直接正向作用因子，X9最高地温和X115 cm地温是影响晋麦91号小麦粒重的间接因子，在X13稳定的情况下对Y1起负向作用；同理对于晋麦47号，得到Y2=-61.6576+8.7200X13-1.79340X9-0.3408X11（R22=0.8695），对回归方程进行显著性检（F2=24.43**），X13与Y2的偏回归系数b2-13=8.7200**，表明带入的第一个变量X13也是影响晋麦47号小麦粒重的直接正向作用因子，X9和X11是影响晋麦47号小麦粒重的间接负向作用因子。

从上面两个方程可以看到，自变量X13是因变量Y1、Y2直接因子，且具有极显著的正效应。X9和X11是间接因子，且与Y1、Y2负效应。说明在旱作水平下，无论晋麦91号还是晋麦47号，20 cm地温是旱地小麦品种灌浆粒重的主导因素，在20 cm地温稳定不变的情况下，间接因子也会影响旱地小麦的灌浆，最高地温会限制小麦粒重的增幅，过高的地温将造成小麦高温逼熟，使小麦千粒重和产量以及小麦品质严重下降。

3 结论与讨论

小麦灌浆期间的气象因素对旱地小麦灌浆特性的影响是非常明显的，影响籽粒灌浆的主要气象因素是温度指标，其中20 cm地温对小麦灌浆影响很大。极端高温常伴随一定的风力，使空气湿度严重下降，形成所谓的“干热风”。在山西南部麦区每年5月中、下旬，常有超过33℃左右的高温低湿大风的干热风天气，大气干旱严重时造成麦穗、旗叶脱水青干，水分代谢严重失调，导致小麦植株灌浆时间严重缩短，灌浆后期的灌浆速率与最高温度呈极显著的线性负相关，灌浆速率下降，从而使小麦千粒重降低，整个灌浆过程受阻，籽粒重量大幅降低，这与胡刚元[12]的研究结果相同。“干热风”的发生不是人力所能干预的，随着水资源的逐渐匮乏，尤其是在广大的干旱区，进行及时有效的灌溉更是难上加难。因此，通过育种手段选育出相对抗性较强的品种以及配合使用相配套的高产高效栽培技术来减轻“干热风”及土壤干旱的负面影响。例如在播种时，选择合适的播期，适期早播，促使其早抽穗、早开花、早灌浆，减少后期高温天气对其灌浆的抑制作用，避开“干热风”等非生物逆境对作物的伤害；或者实行配方施肥，适当控制氮肥用量，增施磷肥、钾肥，避免后期贪青，提高植株的抗逆性；也可结合后期的防虫治病，加喷磷酸二氢钾、硼酸等叶面营养剂，以提高光合效率，改善籽粒品质。

灌浆期间过多的阴雨也不利于灌浆的生理过程，特别是高温下的暴雨、骤雨、雨后骤晴蒸热，往往会出现雨后青干现象，对粒重造成的损失甚至比“干热风”天气还要大，且过多的雨水也会使纹枯病、白粉病、赤霉病等小麦病虫害大量发生，造成叶腐、秆腐和穗腐，一定程度上也影响了产量。此时需要按照分期治理、混合施药兼治多种病虫害的原则综合防治，或结合一喷三防进行综合防治。

总之，气象因素对旱地小麦灌浆特性的影响是多方面多原因的，灌浆过程是小麦产量形成的最终过程，旱地小麦的品种特性和配套的栽培措施所产生的效应都会在此过程中集中表现出来。为保证粮食安全，在旱地小麦生产中，一定要选择优良品种和与之配套的高产高效栽培技术，以减轻不良气象因素带来的负面影响，促进旱地小麦生产持续稳定的增产，保障广大人民口粮的安全。

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