小麦干旱灾害田间调查及模拟研究(定稿).doc

小麦干旱灾害田间调查及模拟研究张建诚，席吉龙，谢三刚（山西省农业科学院棉花研究所，运城 044000）摘要：采用大田调查与模拟试验相结合，研究了小麦不同生育期干旱灾害的植株形态特征与土壤状况等，进行了5个等级划分；对小麦关键生育期干旱作出了初步灾情评估，结果表明，返青拔节期轻旱、中旱、重旱、特旱分别减产15.4%、21.7%、25.4%、31.3%；抽穗开花期轻旱、中旱、重旱、特旱分别减产14.1%、35.8%、42.5%、66.5%；灌浆成熟期轻旱、中旱、重旱、特旱分别减产9.2%、12.7%、16.6%、22.8%；抽穗开花期不同干旱处理减产幅度最大，返青拔节期次之，灌浆期相对较小。关键词：小麦；干旱；灾害；田间调查；分级规范小麦干旱是由于土壤干旱或大气干旱、小麦根系从土壤中吸收到的水分难以补偿蒸腾的消耗、使植株体内水分收支平衡失调、正常生长发育受到严重影响乃至部分死亡、并最终导致减产和品质降低的作物干旱现象。小麦干旱灾害是我国麦区，尤其是北方冬麦区的主要农业气象灾害，干旱对我国小麦生产有很大的影响，重灾年份如2006年北方地区小麦受灾面积超过1.4亿亩，43%的麦田遭受旱灾。受灾地区包括山东、山西、河南、河北、甘肃、北京、陕西等地，造成至少2.34亿美元的直接经济损失。近年来，农业气象灾害对中国农业生产的影响呈现危害范围逐年扩大、灾害程度逐年加重的态势，农作物灾情调查和灾害损失评估的研究越来越受到各级政府和部门的重视，为此，受中国农业科学院质量标准与检测技术研究所委托2010-2011年开展了本项研究，以期为小麦干旱灾害调查分级规范研究提供依据。1 材料与方法1.1研究思路本研究运用大田调查和模拟试验相结合的研究思路，依据小麦干旱受害后所表现出的受害症状，包括茎、叶片、幼穗及小穗等形态学指标和土壤状况，结合气象部门的资料及多年田间经验资料，将小麦播种-出苗期、返青-拔节期、抽穗-开花期、灌浆-成熟期干旱灾害分级描术形态特征，为小麦干旱灾害田间调查分级规范提供依据，并利用模拟试验对小麦干旱灾害做出初步灾情评估。1.2大田调查方法以山西省运城市盐湖区上郭乡、万荣县汉薛镇、闻喜县畖底镇、夏县水头镇为固定调查点，对小麦生长发育全程跟踪调查。观测地段面积为1公顷，将观测地段按其田块形状分成相等的4个区，作为4个重复，各项观测在4个区内进行。调查在小麦生长发育关键期即播种出苗期、越冬期、返青拔节期、抽穗开花期和灌浆成熟期进行。首先考察全田普遍或局部受旱情况，而后进行多点取样，调查干叶率、死株率等。为较准确反应实际情况，样点数量根据要测定的面积确定，一般不少于5个点，每个点长度不少于50cm；面积超过0.67hm2（10亩）的，样点数应不少于10个。灾害田间调查记录：调查地点、品种、面积、发育阶段，主茎叶龄、气候特点、小麦植株的形态特征、干土层厚度、产量评估。鉴定干旱对小麦生长发育和产量的影响，初步划分为5个不同的小麦干旱等级，总结小麦干旱级别的形态特征和特点。1.3 模拟试验设计及方法1.3.1试验设计：试验设返青拔节期、抽穗开花期、灌浆期3个生育期干旱处理，每个时期设5个干旱水平（表1）。通过灌水实现，当不灌水处理水分降至田间持水量的20%左右时复水，或相应旱象表现充分时复水。除设计的生育期干旱胁迫外，其他生育期正常供水。每盆一个重复，每个处理重复5次。表1 小麦不同生育期干旱处理水平设计生育期处理时间干旱水平-模拟降雨量(mm)无旱轻旱中旱重旱特旱返青拔节期3月1日403020100抽穗开花期4月15日24181260灌浆成熟期5月3日403224160注：不同干旱级别补水量由多年气气象资料分析确定1.3.2试验材料及方法：供试品种：晋麦47号（该为国家黄淮薄旱地区试对照），采用简易旱棚控水、盆栽试验实施，花盆（高50cm、口径38.5cm）全部埋入土中。盆中土与有机肥比10：1，每盆土量42.5公斤，每盆施尿素、三料磷各4克。播前土壤养分0-20有机质23.32g/,全氮1.25 g/，全磷0.94 /，全钾23.04g/，有效磷82.9 /，速效钾675.9 /，水解氮94.2 /。2 结果与分析2.1 小麦播种-出苗期干旱田间调查分析2.1.1 干旱对小麦根、叶及出苗的影响小麦在土壤墒情适宜，适时播种时，初生根5-7条，多可达9条，根细而长，多分枝，种子正常发芽，不完全叶正常生长，出苗齐匀。当土壤含水量低于最大持水量的70%时，影响不完全叶、初生根的生长，出苗时间和整齐度。据测定，当土壤干土层在3cm内时，土壤水分轻度不足，初生根3-6条 ，完全叶生长稍慢，出苗受轻微影响，出苗时间有所推迟，但出苗比较整齐。当土壤干土层在3-5cm时，初生根低于3条左右，胚芽鞘伸长缓慢，出苗期延长，出苗困难且不整齐，幼苗生长缓慢；白天麦苗出现萎蔫现象，但夜间可恢复。当土壤干土层在5-8cm时，初生根明显减少，胚芽鞘顶不出表层，叶片发育受阻，即使镇压或深播也难以发芽，苗不齐，苗弱，生长缓慢；白天麦苗出现萎蔫现象，夜间少部分可以恢复。当土壤干土层在8cm以上时，种子不能吸水膨胀、种胚不能萌芽，种子不能发芽。2.1.2播种-出苗期干旱的特征及分级（表2） 通过对播种出苗期的特征观察，结合历史经验和参考有关文献,初步对小麦干旱进行5个级别划分：表2 小麦播种-出苗期干旱特征及分级干旱级别干土层厚及土壤墒情植株形态特征无旱土壤墒情适宜。适时播种，出苗齐匀，轻旱干土层达13cm，土壤水分轻度不足。出苗受轻微影响，出苗时间有所推迟，但出苗比较整齐。中旱土壤表面干燥，干土层35cm。播后镇压或深播部分种子可吸水发芽；出苗困难且不整齐，幼苗生长缓慢；白天麦苗出现萎蔫现象，但夜间可恢复。重旱土壤水分持续严重不足，出现较厚的干土层，达58cm。不能适时播种，即使深播也难以发芽；苗不齐，苗弱，生长缓慢；白天麦苗出现萎蔫现象，夜间少部分可以恢复。特旱干土层8cm以上。种子不能发芽，无法适时播种。2.2 小麦越冬期干旱田间调查分析2.2.1小麦越冬期干旱对次生根的影响越冬期地上部分停止生长，干旱对小麦次生根的发育影响很大，越冬期轻度干旱对小麦次生根影响不大，但中度与重度干旱使次生根的发育明显受阻。经调查，没有受旱的小麦次生根平均4.4条，轻度干旱的次生根平均4.1条，中旱和重旱的次生根平均1条。没有受旱的植株生长正常，全株叶片绿色，轻度干旱的下部叶片部分枯黄，中度干旱的下部叶片枯萎，重旱植株中下部叶片枯萎。2.2.2小麦越冬期干旱特征及分级通过对小麦越冬期的特征观察，结合经验和参考有关文献6，7,初步对小麦越冬干旱进行5个级别划分（表3）：表3 小麦越冬期干旱的特征及分级干旱级别干土层厚及土壤墒情植株形态特征无旱土壤墒情适宜；耕层相对含水量80%以上植株生长正常轻旱干土层达13cm，土壤水分轻度不足，耕层相对含水量65%70%。植株下部叶片部分枯黄中旱土壤表面干燥，干土层3 5cm耕层相对含水量65%70%。植株下部叶片枯萎重旱土壤水分持续严重不足，出现较厚的干土层，达5 8cm；耕层相对含水量60%65%。植株中下部叶片枯萎特旱土壤出现水分长时间严重不足，干土层8cm以上，耕层相对含水量60%以下。植株大部叶片枯萎2.3.小麦返青-拔节期干旱模拟结果2.3.1返青拔节期干旱处理对小麦苗期生长的影响试验结果表明，小麦返青拔节期不同干旱处理的对小麦生长发育有不同程度的影响，随着干旱程度的加重，株高降低，冬前分蘖明显退化，叶面积指数减小，单株分蘖减少，生长发育迟缓（表4）。表4 返青拔节期干旱处理对小麦苗期生长的影响（2011.4.7）处理模拟降雨(mm)株高(cm)叶面积指数单株分蘖(个)无旱4034.45.904.2轻旱3033.84.903.9中旱2024.03.593.3重旱1022.42.482.9特旱022.11.652.62.3.1返青拔节期干旱处理对小麦的生长发育及产量的影响 小麦返青拔节期随着干旱程度的加重，株高降低，最高总茎数减少，亩穗数降低，穗粒数减少，千粒重变化不大，产量显著降低，轻旱、中旱、重旱、特旱处理亩产量分别为229.4kg、212.5kg、202.2kg、186.2kg，比无旱CK271.2kg分别减产15.4%、21.7%、25.4%和31.3%（表5）。表5 返青拔节期干旱处理对小麦株高、产量构成及其产量的影响（2011.5.30）处理模拟降雨（mm）株高（cm）最高总茎数（万茎）亩穗数（万穗）穗粒数（粒）千粒重（g）产量（kg/亩）减产率（%）无旱4079100.828.621.643.9271.2/轻旱307781.225.920.543.2229.415.4%中旱207573.125.219.742.8212.521.7%重旱107361.823.519.643.9202.225.4%特旱06858.822.619.342.7186.231.3%2.3.3小麦返青-拔节期不同干旱处理植株形态特征试验结果表明，小麦返青-拔节期不同干旱处理植株形态特征、土壤状况有较大差异，随着干旱程度的加剧，干土层加厚、耕作层土壤相对含水量降低、小麦返青拔节推迟、枯黄叶增加、株高降低、重特旱伴有植株死亡，通过以上小麦返青拔节期特征观察，结合多年经验,初步对小麦返青-拔节期干旱进行5个级别划分（表6）。表6 小麦返青-拔节期干旱特征及分级干旱级别干土层厚及土壤墒情植株形态特征无旱土壤墒情适宜；耕层土壤相对含水量75%以上。植株生长正常，叶片迅速转绿并长出新叶，无死株死孽，拔节期长势健壮，叶色浓绿，基部节间粗壮，下部枯黄叶片少。 轻旱干土层达13cm，土壤水分轻度不足，耕层土壤相对含水量65%75%返青拔节稍迟，春季分蘖较少，中午叶片萎蔫，傍晚恢复正常；下部叶片枯黄，株高略偏矮。中旱土壤表面干燥，干土层3 5cm，耕层土壤相对含水量60%65%返青拔节推迟，春季分蘖偏少，冬前分蘖退化，中下部叶片枯黄，株高偏矮。重旱土壤水分持续严重不足，出现较厚的干土层，达8 12cm；耕层土壤相对含水量50%60%返青和拔节明显推迟，春季分蘖很少，冬前分蘖明显退化，大部叶片枯黄，株高明显偏矮，少部分植株死亡。特旱土壤出现水分长时间严重不足，干土层12cm以上，耕层土壤相对含水量50%以下拔节明显受阻，没有春季分蘖，冬前分蘖大量退化，大部叶片萎蔫，部分植株死亡。2.4小麦抽穗-开花期干旱模拟试验结果2.4.1抽穗开花期干旱处理对小麦的生长发育及产量的影响 小麦抽穗开花期不同干旱处理对小麦生长发育及产量影响不同，随着干旱程度的加重，株高、叶面积指数、成穗率、亩穗数、穗粒数均不同程度降低，千粒重基本相同，亩产量显著减少，轻旱、中旱、重旱、特旱亩产量分别减产14.1%、35.8%、42.5%和66.5%（表7）。表7 抽穗开花期干旱处理对小麦的生长发育及产量的影响（2011.5.30）处理模拟降雨（mm）株高（cm）叶面积指数成穗率（%）亩穗数（万）穗粒数（粒）千粒重（g）产量（kg/亩）减产率（%）无旱24802.6331.628.122.844.0281.9/轻旱18762.6328.425.221.544.6242.214.1%中旱12732.6027.823.617.444.0180.935.8%重旱6682.1927.424.415.243.7162.242.5%特旱0602.0226.524.79.639.794.566.5%2.4.2小麦抽穗-开花期干旱特征及分级根据模拟试验结果，结合多年实践经验，对小麦抽穗开花期干旱初步进行5个等级划分（表8）：表8 小麦抽穗-开花期干旱分级及特征干旱级别干土层厚植株形态特征无旱墒情适宜植株叶色深绿，抽穗开花整齐，植株生长正常。轻旱干土层在13cm。少数植株中午叶片轻度萎蔫，但很快恢复正常；下部部分叶片叶尖发黄，抽穗开花基本正常。 中旱干土层在35cm。部分植株中午叶片萎蔫、卷缩，失去光泽，傍晚可基本恢复正常；下部叶片发黄，中部叶片叶尖枯黄；部分穗上部或中上部小穗不孕，结实率下降。重旱干土层58cm。大部分植株中午至晚间叶片明显萎蔫、卷缩，浇水后可恢复正常；中下部叶片枯黄，上部叶片叶尖三分之一枯黄；抽穗期显著推迟，穗下部和上部小穗不孕，成穗率与结实率大幅下降。特旱干土层8cm以上，麦田干裂。植株大面积干枯、死亡。2.5小麦灌浆期干旱田间调查分级2.5.1灌浆期干旱处理对小麦生长发育及产量的影响 小麦灌浆期随着干旱程度的加重，叶面积指数、亩穗数、穗粒数差异不大，株高重旱处理、特旱处理有所降低，千粒重逐渐减小，产量显著降低，轻旱、中旱、重旱、特旱亩产量分别比无旱CK减产9.2%、12.7%、16.6%和22.8%（表9）。表9 灌浆期干旱处对小麦生长发育及产量的影响（2011.5.30）处理模拟降雨（mm）株高（cm）叶面积指数亩穗数（万）穗粒数（粒）千粒重（g）产量（kg/亩）减产率（%）无旱40841.2426.922.644.9273.5/轻旱32831.1726.321.643.8248.59.2%中旱24831.2326.021.343.2239.212.7%重旱16781.1725.221.342.4228.116.6%特旱0751.1324.721.141.5215.922.8%2.5.2小麦灌浆期干旱特征及分级根据模拟试验结果，结合多年实践经验，对小麦灌浆期干旱初步进行5个等级划分（表10）。表10 小麦灌浆期干旱特征及分级干旱级别干土层厚植株形态特征无旱墒情适宜前期叶色浓绿，中后期从下向上正常落黄；植株高度和穗型整齐一致。轻旱干土层在13cm；中午少部分上部叶片萎蔫，但很快恢复正常。中旱干土层35cm；中午部分叶片缺水萎蔫，但晚间可恢复正常；植株中下部叶片提前枯黄，灌浆期缩短；粒重也有下降。重旱干土层58cm；中午至晚间叶片萎蔫，浇水后可恢复正常；植株大部叶片过早枯黄，灌浆期明显缩短；粒重明显下降，有早衰逼熟现象。特旱干土层8cm以上植株提前枯死，结实率和粒重均严重下降，后期明显炸芒死熟。3 结果与讨论3.1不同生育时期不同程度干旱对小麦生长发育和产量的影响不同，返青拔节期、抽穗开花期、灌浆成熟期受到不同程度干旱，分别减产13.4%-31.3%、14.1%-66.5%、9.2%-22.8%，可见小麦抽穗开花期受到干旱对小麦产量影响最大，其次是返青拔节期，再次为灌浆成熟期。3.2 本研究通过模拟试验结合多年灾害调查的实践经验，对小麦不同生育期不同程度干旱的5个等级划分及特征描述，可以作为小麦田间调查分级标准确定的参考或依据。3.3 小麦干旱灾害田间调查分级规范，主要结合小麦受害后所表现的形态特征或在田间简单易测得的指标进行分级，这一分级方法首先有利于我国农业及相关部门形成统一的灾情研判标准，利于灾情的统一调查；其次，有利于广大农业工作者，准确把握灾害程度，便于采取科学的防灾减灾措施，从而将灾害降到最低程度；第三，农作物灾害田间调查分级规范化有利于科研与生产实际紧密结合，促进灾害预防和救治8。3.4小