小麥品種產(chǎn)量和鉀素利用特性研究

鉀素參與作物水分的代謝、光合作用、離子的吸收和代謝以及酶活性的生理過程。這是提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)的重要養(yǎng)分之一。小麥對(duì)鉀素吸收利用的規(guī)律及營(yíng)養(yǎng)診斷指標(biāo),可為選育品種和栽培調(diào)控提供參考。小麥對(duì)鉀素的吸收、積累、分配與利用特性因品種、土壤類型、產(chǎn)量等而異。在黃淮麥區(qū),旱茬小麥可達(dá)到9000kghm–2的高產(chǎn)水平。研究表明,冬小麥8693kghm–2產(chǎn)量水平下,植株對(duì)鉀的吸收強(qiáng)度隨小麥生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)程推移而增加,拔節(jié)到挑旗階段達(dá)最高峰,挑旗以后植株體內(nèi)鉀的絕對(duì)含量明顯下降;9000kghm–2的高產(chǎn)小麥,植株對(duì)鉀素吸收的最大速率期出現(xiàn)在返青至孕穗末期。9000kghm–2高產(chǎn)條件下,每公頃氧化鉀吸收量及生產(chǎn)100kg籽粒所需氧化鉀的量均高于一般高產(chǎn)麥田;小麥植株對(duì)鉀的積累整個(gè)生育期呈“S”型動(dòng)態(tài)變化,揚(yáng)花期積累量達(dá)最大值,較一般高產(chǎn)小麥在拔節(jié)至孕穗末期對(duì)鉀的吸收數(shù)量大,持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。長(zhǎng)江中下游地區(qū)多為稻–麥輪作體系,對(duì)稻茬小麥鉀素吸收與利用特性的研究多以7500kghm–2產(chǎn)量水平的群體為對(duì)象,而對(duì)9000kghm–2以上的高產(chǎn)小麥群體的鉀素吸收、積累、分配與利用特性缺乏了解。本試驗(yàn)在長(zhǎng)江中下游稻麥兩熟制條件下,以中筋小麥揚(yáng)麥20為材料,通過不同基本苗、氮肥施用量、施用時(shí)期和比例調(diào)控建立不同產(chǎn)量水平群體,分析其鉀素積累動(dòng)態(tài)、鉀素吸收與利用差異及其與籽粒產(chǎn)量的關(guān)系,探討稻茬小麥9000kghm–2高產(chǎn)群體的鉀素積累、分配與利用特性,為稻茬小麥大面積高產(chǎn)及高產(chǎn)栽培提供參考依據(jù)。1材料和方法1.1試驗(yàn)?zāi)甓葰夂驐l件揚(yáng)州大學(xué)江蘇省作物遺傳生理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)場(chǎng)(119°42′N,32°39′E)屬亞熱帶濕潤(rùn)氣候區(qū),年平均溫度13.2~16.0℃、降雨量800~1200mm、日照2000~2600h、無霜期220~240d。試驗(yàn)?zāi)甓葰夂驐l件見表1。試驗(yàn)田前茬為水稻(產(chǎn)量10000kghm–2),土壤為輕壤土。2010—2011年度小麥播種前0~20cm土層含水解氮65.81mgkg–1、速效磷45.88mgkg–1、速效鉀101.98mgkg–1、有機(jī)質(zhì)15.5gkg–1;2011—2012年度小麥播種前0~20cm土層含水解氮65.56mgkg–1、速效磷46.23mgkg–1、速效鉀102.05mgkg–1、有機(jī)質(zhì)15.9gkg–1。供試品種為中筋小麥揚(yáng)麥20,由江蘇里下河地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所提供。1.2施肥種類及施肥量采用四因素裂區(qū)設(shè)計(jì),共32個(gè)處理,小區(qū)面積為18m2。以基本苗為主區(qū),設(shè)150萬株hm–2(D1)和225萬株hm–2(D2)2個(gè)水平;以施氮量(純氮)為副區(qū),設(shè)210kghm–2(LN)和262.5kghm–2(HN)2個(gè)水平;以施氮比例為裂區(qū),設(shè)基肥∶壯蘗肥∶拔節(jié)肥∶穗肥3∶1∶3∶3(S3133)和5∶1∶2∶2(S5122)2個(gè)水平;以穗肥追氮時(shí)期為裂裂區(qū),設(shè)劍葉露尖(T1)、孕穗期(T2)、抽穗期(T3)和開花期(T4)4個(gè)追氮時(shí)期。播種前施用基肥,四葉期施用壯蘗肥,葉齡余數(shù)2.5時(shí)施用拔節(jié)肥;磷肥(P2O5)及鉀肥(K2O)均為130kghm–2,50%作為基肥,50%作為拔節(jié)肥。2010—2012兩年度均于11月1日播種,人工條播,行距30cm,三葉期定苗,3次重復(fù)。其余管理措施同大田高產(chǎn)栽培。1.3測(cè)量和方法1.3.1干物重的測(cè)定分別于越冬始期、返青期、拔節(jié)期、孕穗期、開花期和成熟期取樣,每小區(qū)取樣面積0.15m2,樣品植株分器官,于105℃殺青1h,然后80℃烘至恒重,測(cè)定干物重。烘干樣品按生育期和器官分別磨碎,稱取0.25g,用H2SO4-H2O2法消煮,消煮液用火焰光度法測(cè)定植株樣本含鉀率,計(jì)算各器官鉀素積累量及植株鉀素(以K2O計(jì))積累總量。1.3.2計(jì)算含油率為13%時(shí)的產(chǎn)量成熟期分小區(qū)調(diào)查穗數(shù)、每穗粒數(shù)及千粒重,收獲1.2m2計(jì)產(chǎn),3次重復(fù),折算成籽粒含水率為13%時(shí)的產(chǎn)量。以9000kghm–2為標(biāo)準(zhǔn),將高于該產(chǎn)量水平稱為超高產(chǎn)(SHY),低于該水平稱為高產(chǎn)(HY)。1.4鉀素積累量及鉀素收獲指數(shù)計(jì)算花后營(yíng)養(yǎng)器官鉀素轉(zhuǎn)運(yùn)量(kghm–2)=開花期營(yíng)養(yǎng)器官鉀素積累量-成熟期營(yíng)養(yǎng)器官鉀素積累量;100kg籽粒吸鉀量(kg)=植株鉀素積累量/籽粒產(chǎn)量×100;鉀素利用效率(kgkg–1)=籽粒產(chǎn)量/植株鉀素積累量;鉀素收獲指數(shù)=籽粒鉀素積累量/植株鉀素積累量。采用SPSS15.0軟件進(jìn)行方差分析(ANOVA),用LSD法檢驗(yàn)差異顯著性。采用線性方程y=ax+b擬合不同生育期、生育階段及器官的鉀素積累量、花后鉀素轉(zhuǎn)運(yùn)量與產(chǎn)量的關(guān)系。用SigmaPlot10.0軟件繪圖。2結(jié)果與分析2.1年度間產(chǎn)量特征方差分析表明,影響籽粒產(chǎn)量的基本苗、施氮量、施氮比例及追氮時(shí)期,處理間存在極顯著差異,基本苗×施氮量、基本苗×施氮量×施氮比例對(duì)產(chǎn)量的互作效應(yīng)均達(dá)極顯著水平,且對(duì)產(chǎn)量的互作效應(yīng)在年度間表現(xiàn)有所差異(表2)。各處理2010—2011年度的籽粒產(chǎn)量為7846.16~9568.60kghm–2,2011—2012年的產(chǎn)量為6573.19~9172.59kghm–2。2010—2011年度共有4個(gè)處理達(dá)到超高產(chǎn)水平,而2011—2012年度僅有1個(gè)處理產(chǎn)量高于9000kghm–2(表3)。綜合兩年結(jié)果,在較高密度(225萬株hm–2)和氮肥適當(dāng)后移(3∶1∶3∶3)條件下,且穗肥不晚于孕穗期,可以達(dá)到或有望達(dá)到超高產(chǎn)水平;而高施氮量(262.5kghm–2)的高產(chǎn)效果不明顯。2.2不同功率組鉀素的吸收和積累差異2.2.1不同產(chǎn)品品質(zhì)開花期和發(fā)育鉀素積累量對(duì)產(chǎn)量的影響揚(yáng)麥20超高產(chǎn)和高產(chǎn)群體整個(gè)生育期的鉀素積累量變化均呈“S”型曲線,即出苗至返青期緩慢積累,返青期至開花期快速積累,開花期至成熟期少量流失(圖1)。兩年度不同群體間鉀素積累量在越冬始期、返青期、拔節(jié)期差異均不顯著;超高產(chǎn)群體開花期、成熟期鉀素積累量極顯著高于高產(chǎn)群體,2010—2011年度分別平均為445.18kghm–2和389.46kghm–2,較高產(chǎn)群體分別高12%和16%。兩年度開花期、成熟期鉀素積累量與產(chǎn)量均呈極顯著線性正相關(guān)(圖2)。越冬始期、返青期、拔節(jié)期鉀素積累量2011—2012年度極顯著高于2010—2011年度,開花期、成熟期鉀素積累量年度間差異不顯著。綜合兩年度結(jié)果,超高產(chǎn)群體鉀素積累量在開花期和成熟期分別為430~450kghm–2和366~408kghm–2,說明超高產(chǎn)群體在拔節(jié)期前應(yīng)有較高的鉀素積累量,但關(guān)鍵是增加開花期和成熟期的鉀素積累量。2.2.2不同群體間各生育期鉀素積累及流失比例不同群體主要生育階段鉀素積累量和吸收比例均呈逐漸增加趨勢(shì),最高峰均出現(xiàn)在拔節(jié)至開花期,開花期至成熟期鉀素少量流失(圖3)。超高產(chǎn)群體拔節(jié)期至開花期鉀素積累量和吸收比例分別為235~311kghm–2和52%~68%,開花期至成熟期鉀素流失量和流失比例分別為51~64kghm–2和11%~15%。不同群體間各生育階段鉀素積累量和吸收比例差異均不顯著。出苗至越冬始期、越冬始期至返青期及返青期至拔節(jié)期階段鉀素積累量和吸收比例年度間差異達(dá)顯著水平,拔節(jié)期至開花期鉀素積累量和吸收比例年度間差異達(dá)顯著水平,開花期至成熟期鉀素流失量及流失比例年度間差異不顯著。說明超高產(chǎn)群體在出苗至返青期鉀素積累量較低,拔節(jié)期至開花期具有鉀素高吸收的特點(diǎn),吸收的鉀素占一生吸收鉀素的52%~68%,花后鉀素少量流失。2.3不同數(shù)量群體中不同程度的鉀素分離、分配和轉(zhuǎn)移以及與產(chǎn)量的關(guān)系2.3.1不同生長(zhǎng)時(shí)期葉片及穗軸+穗軸的鉀素積累量不同群體成熟期莖鞘鉀素積累量在各器官中最高,葉片、穎殼+穗軸及籽粒鉀素積累量各有高低。兩年度超高產(chǎn)群體成熟期葉片、莖鞘、穎殼+穗軸和籽粒鉀素積累量均顯著高于高產(chǎn)群體,2010—2011年度分別為47.01、259.07、43.68和39.71kghm–2,較高產(chǎn)群體分別高25%、13%、31%和17%。兩年度成熟期葉片、莖鞘、穎殼+穗軸和籽粒鉀素積累量與籽粒產(chǎn)量均呈極顯著線性正相關(guān)(圖4)。成熟期葉片、穎殼+穗軸和籽粒鉀素積累量2011—2012年度顯著低于2010—2011年度,莖鞘鉀素積累量2011—2012年度顯著高于2010—2011年度。綜合兩年度試驗(yàn)結(jié)果表明,超高產(chǎn)群體成熟期葉片、莖鞘、穎殼+穗軸和籽粒鉀素積累量分別為46~49、244~269、40~46和35~46kghm–2。2.3.2花后莖形態(tài)鉀素轉(zhuǎn)運(yùn)兩年度花后總的營(yíng)養(yǎng)器官鉀素轉(zhuǎn)運(yùn)量不同群體間差異不顯著,超高產(chǎn)群體分別平均為95.42kghm–2和100.21kghm–2?；ê罂偟臓I(yíng)養(yǎng)器官鉀素轉(zhuǎn)運(yùn)量與產(chǎn)量呈散點(diǎn)分布(圖5)?；ê罂偟臓I(yíng)養(yǎng)器官鉀素轉(zhuǎn)運(yùn)量年度間差異不顯著。不同群體花后葉片和莖鞘鉀素均呈輸出狀態(tài),穗軸+穎殼鉀素呈積累狀態(tài)。兩年度不同群體間花后葉片鉀素轉(zhuǎn)運(yùn)量差異不顯著;超高產(chǎn)群體花后莖鞘和穗軸+穎殼鉀素轉(zhuǎn)運(yùn)量均顯著高于高產(chǎn)群體,2010—2011年度平均為47.66kghm–2和–12.80kghm–2,較高產(chǎn)群體分別高38%和57%。兩年度花后葉片鉀素轉(zhuǎn)運(yùn)量與產(chǎn)量均呈散點(diǎn)分布;花后莖鞘鉀素轉(zhuǎn)運(yùn)量與產(chǎn)量均呈極顯著線性正相關(guān),花后穎殼+穗軸鉀素轉(zhuǎn)運(yùn)量與產(chǎn)量呈極顯著線性負(fù)相關(guān)(圖5)。2011—2012年度花后莖鞘鉀素轉(zhuǎn)運(yùn)量顯著低于2010—2011年度,花后葉片及穗軸+穎殼鉀素轉(zhuǎn)運(yùn)量年度間差異不顯著。綜合兩年度試驗(yàn)結(jié)果表明,超高產(chǎn)群體花后總的營(yíng)養(yǎng)器官、葉片、莖鞘和穎殼+穗軸鉀素轉(zhuǎn)運(yùn)量分別為91~100、55~63、46~52和9~17kghm–2。2.4超高產(chǎn)群體檢測(cè)兩年度不同群體100kg籽粒吸鉀量、鉀素利用效率和鉀素收獲指數(shù)分別為4.11~5.13kg、19.49~23.21kgkg–1和0.080~0.113,其中超高產(chǎn)群體分別變動(dòng)在4.54~4.87kg、20.56~22.02kgkg–1和0.095~0.112,與高產(chǎn)群體差異均不顯著。100kg籽粒吸鉀量2011—2012年度顯著高于2010—2012年度,鉀素利用效率及鉀素收獲指數(shù)2011—2012年度顯著低于2010—2012年度。3討論3.1小麥及其他高產(chǎn)群體的鉀素吸收情況小麥產(chǎn)量的形成需要在生育各階段吸收、積累與產(chǎn)量相適應(yīng)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),并合理分配于各營(yíng)養(yǎng)器官中,以滿足各器官的生理代謝活動(dòng)。韓燕來等研究發(fā)現(xiàn),9000kghm–2高產(chǎn)旱茬小麥整個(gè)生育期鉀素積累呈單峰曲線變化,以揚(yáng)花期積累量最大,達(dá)518.55kghm–2,花后鉀素有所外排;余松烈等試驗(yàn)表明,8693kghm–2高產(chǎn)旱茬小麥拔節(jié)至挑旗階段為鉀素吸收強(qiáng)度高峰期,平均達(dá)2.66kghm–2d–1,成熟期鉀素累積吸收量達(dá)353.85kghm–2;于振文等指出,黃淮麥區(qū)9000kghm–2高產(chǎn)麥田每公頃吸收K2O的數(shù)量高于一般高產(chǎn)麥田,達(dá)276~316kghm–2;杜世州等研究表明9000kghm–2高產(chǎn)旱茬小麥鉀吸收量為224.69~305.28kghm–2?？梢?小麥一生鉀素總吸收量因品種、生態(tài)環(huán)境、土壤類型等而異,而9000kghm–2高產(chǎn)群體鉀素吸收總量較一般高產(chǎn)群體進(jìn)一步增加的結(jié)論基本一致。凌啟鴻等綜合分析江蘇省不同生態(tài)區(qū)研究結(jié)果,認(rèn)為產(chǎn)量7500kghm–2的小麥群體,需吸K2O240kghm–2(210~300kghm–2),揚(yáng)州地區(qū)產(chǎn)量9000kghm–2的小麥群體,約需吸K2O430kghm–2。本試驗(yàn)以揚(yáng)麥20為材料,通過基本苗和氮肥運(yùn)籌(氮肥施用量、施用時(shí)期和比例)調(diào)控建立稻茬小麥不同產(chǎn)量水平群體,受2010—2012小麥生長(zhǎng)季不同氣候條件,尤其是降雨的影響,年度間不同處理下產(chǎn)量有所差異;稻茬小麥群體整個(gè)生育期鉀素積累量呈“S”型動(dòng)態(tài)變化,超高產(chǎn)群體鉀素吸收高峰期出現(xiàn)在拔節(jié)至開花期,吸收的鉀素占一生吸收鉀素的52%~68%;開花期和成熟期鉀素積累量均極顯著高于高產(chǎn)群體。這一結(jié)果與前人研究結(jié)果基本一致。超高產(chǎn)群體開花期和成熟期鉀素積累量分別為430~450kghm–2和366~408kghm–2。周玲等認(rèn)為,較低的花后鉀素流失量是旱地冬小麥品種高產(chǎn)的重要原因,而本研究結(jié)果與此不盡相同,是否由于長(zhǎng)江中下游麥區(qū)小麥生育后期降雨頻繁,鉀素被水淋失量大所致,尚需進(jìn)一步研究。韓燕來等研究認(rèn)為,高產(chǎn)旱茬小麥孕穗末期后鉀素的分配重心在莖稈,花后轉(zhuǎn)移至籽粒;周玲等認(rèn)為旱地高產(chǎn)冬小麥品種籽粒對(duì)鉀的保持能力較高。本試驗(yàn)結(jié)果表明,稻茬小麥成熟期葉片、莖鞘、穎殼+穗軸和籽粒鉀素積累量與籽粒產(chǎn)量均呈極顯著線性正相關(guān),超高產(chǎn)群體分別為46~49、244~269、40~46和35~46kghm–2。對(duì)其他高產(chǎn)小麥品種的鉀素吸收規(guī)律尚待研究。3.2花后莖菌株鉀素轉(zhuǎn)運(yùn)與產(chǎn)量的關(guān)系周玲等認(rèn)為旱地高產(chǎn)冬小麥品種花后鉀素轉(zhuǎn)移量無明顯優(yōu)勢(shì);韓燕來等研究認(rèn)為9000kghm–2高產(chǎn)旱茬小麥到收獲時(shí)葉+葉鞘和莖中轉(zhuǎn)移出的鉀素分別占最大積累量的60.2%和24.9%,穎殼+穗軸在孕穗末期即開始轉(zhuǎn)移,籽粒是鉀素的輸入器官。本試驗(yàn)結(jié)果表明,稻茬小麥不同產(chǎn)量水平群體間花后總的營(yíng)養(yǎng)器官及葉片鉀素轉(zhuǎn)運(yùn)量差異不顯著?；ê笄o鞘鉀素轉(zhuǎn)運(yùn)量與產(chǎn)量呈極顯著線性正相關(guān),穎殼+穗軸鉀素轉(zhuǎn)運(yùn)量與產(chǎn)量呈極顯著線性負(fù)相關(guān)。超高產(chǎn)群體花后莖鞘鉀素轉(zhuǎn)出量為46~52kghm–2,穎殼+穗軸鉀素積累量為9~17kghm–2。3.3小麥超高產(chǎn)群體營(yíng)養(yǎng)元素的利用效率反映了作物利用吸收的營(yíng)養(yǎng)元素生產(chǎn)最大物質(zhì)量或產(chǎn)量的能力。Damon等認(rèn)為鉀高效品種更具持續(xù)增產(chǎn)潛力;Pettigrew等認(rèn)為增加鉀素的吸收或提高鉀素利用效率均可以有效提高作物產(chǎn)量;國(guó)內(nèi)試驗(yàn)表明,9000kghm