發(fā)布時間：2020-11-04 01:43

　　 本文利用長期施肥定位試驗構建的不同土壤肥力梯度,研究陜西關中地區(qū)小麥品種改良過程中產量、產量構成因素、生育期生長動態(tài)、養(yǎng)分吸收轉運和養(yǎng)分效率的變化,以期了解品種更替對土壤肥力水平的響應及生理機制,為今后品種選育提供參考。田間試驗于2013-2015年進行,選取了1970到2005年間陜西關中地區(qū)發(fā)布的5個具有代表性的小麥品種,結合灌溉長期肥料定位試驗的9個施肥處理和旱作長期肥料定位試驗的2個施肥處理開展了上述研究。獲得的主要結果及結論如下:小麥籽粒產量在不同肥力梯度的范圍為0.9 t ha~(-1)到8.3 t ha~(-1),地上部生物量變化范圍為2.3到18.2 t ha~(-1),收獲指數(shù)變化范圍為0.33到0.49。兩年試驗結果表明,產量在不同施肥(T)、不同品種(V)以及施肥與品種間交互作用(T×V)均表現(xiàn)出顯著差異。而地上部生物量僅在不同施肥、品種與施肥交互作用差異顯著。收獲指數(shù)在不同品種及品種施肥間交互作用差異也顯著。小麥品種改良進程中產量可塑性顯著增加,表明育種使現(xiàn)代品種提高了在高投入條件下獲得高產的能力。收獲指數(shù)可塑性隨著品種改良降低,表明同過去的品種相比,現(xiàn)代品種在不同資源投入環(huán)境中的收獲指數(shù)均穩(wěn)定。小麥所有產量要素在不同肥力水平、品種間均差異顯著(除了第二季品種間穗數(shù)沒有差異)。施肥處理與品種交互作用的顯著影響在兩個試驗年度有所變異。品種改良顯著提高了小麥單位面積粒數(shù),1970至2005年間的年增長率為1.15·10~6 ha~(-1)。產量育種顯著提高了單位面積粒數(shù)的表型可塑性,但單位面積穗數(shù)及穗粒數(shù)表型可塑性在此過程中沒有變化。粒重在小麥品種更替過程中先降低后增加,轉折點1989年,從1970到1989年間以0.72 mg每年的速率降低,其后以0.68 mg每年的速率增加。粒重表型可塑性在品種改良過程中無顯著變化。小麥籽粒灌漿速率在品種更替過程中也表現(xiàn)先降低后增加的趨勢,其轉折點在1988年,表明1980年后發(fā)布的小麥品種,由于灌漿速率的提高使得粒重也相應提高。相關分析結果進一步說明可溶性糖轉運量同粒重顯著正相關,可溶性糖轉運量與產量也顯著正相關�？扇苄蕴寝D運量和轉運率隨著品種更替呈現(xiàn)先降低后增加。需要注意的是可溶性糖轉運量主要是小麥莖稈中可溶性糖的轉運。小麥品種改良過程中,開花期莖和穗可溶性糖含量均表現(xiàn)出先降低后升高的趨勢,轉折點在1982和1985年。同時開花期地上部生物量隨著品種更替同樣呈現(xiàn)先降低后增加,其中莖和穗的生物量在這一過程中的變化趨勢同地上部相似,轉折點都在1980年以后。這些表明1980年后發(fā)布的小麥品種,由于開花期地上部生物量(主要是莖和穗)和可溶性糖含量的同時提高,而提高了粒重和產量。在品種更替過程中葉面積指數(shù)(LAI)呈非線性增長趨勢,從1983至2005年的年增長率為0.032,而LAI與單位面積粒數(shù)之比在1970-1997年間降低,之后保持不變。旗葉最大SPAD值隨品種更替呈現(xiàn)先降低后升高,轉折點在1986年,而LAI×SPAD也只在品種改良的后期呈現(xiàn)增加趨勢。表明現(xiàn)代品種在一定程度上提高了源的強度。另外,在品種更替過程中旗葉衰老參數(shù)丙二醛含量(MDA)的速率常數(shù)和倍增時間分別表現(xiàn)為升高和降低的趨勢;旗葉可溶性蛋白含量降低速率隨著品種更替先降低后升高。但是品種改良顯著增加了小麥花后的光合速率、蒸騰速率和氣孔導度。這表明盡管品種改良使得旗葉在灌漿期內綠葉持續(xù)時間變短,更容易衰老,但光合性質卻得到了一定程度的提升。主成分分析也表明在不同水分養(yǎng)分環(huán)境下,產量與小麥花后旗葉光合性質高度相關。品種改良過程中,產量以每年0.46%速率增加,而氮素和磷素地上部吸收量沒有顯著變化,氮素收獲指數(shù)(NHI)也沒有顯著變化,而磷素收獲指數(shù)(PHI)的年增長率為0.15%。因此,產量與地上部吸氮量之比、產量與地上部吸磷量之比同時以相似的速率增加(0.40%每年),而籽粒氮素和磷素濃度在此過程中持續(xù)下降,每年分別以0.47%和0.31%的速率降低。在此過程中氮素營養(yǎng)指數(shù)(NNI)沒有顯著變化。綜上所述,陜西關中地區(qū)過去60年小麥品種改良進程中,產量和養(yǎng)分利用效率同步提高,這是育種和農藝兩者之間的協(xié)同作用提高了小麥在高水肥投入水平下利用資源的能力。而在此過程中還伴隨著單位面積粒數(shù)及其表型可塑性的顯著增加。未來育種在提高產量的同時需要著重提高地上部生物量,并需要相應地提高地上部吸氮量來維持籽粒蛋白質含量。籽粒中磷濃度的稀釋需要同時考慮植酸含量對人體營養(yǎng)的阻礙和保證作物種子萌發(fā)及生長所需磷素這兩者之間的協(xié)調。
【學位單位】：西北農林科技大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：S512.1
【部分圖文】：

田間試驗于 2013-2015 在國家黃土肥力與肥料效益監(jiān)測基地進行（Yang et al. 2011Yang et al. 2011b），該試驗站位于黃土高原南部的陜西省楊凌國家農業(yè)高新技術產業(yè)示范區(qū)頭道原（34°17′51″ N, 108° 00′48″ E, 534 m asl），占地 2.4 hm2。海拔 524.7 m，年均氣溫 13℃，年平均降水量 550～600 mm，主要集中在 7-9 三個月。供試土壤類型為塿土（土墊旱耕人為土）（FAO 2014），黃土母質，其中粘土占 32%，壤土占 52%，沙土占16%。本研究基于兩個長期肥料定位試驗，其中灌溉條件下小麥-玉米輪作長期定位試驗始于 1980 年，雨養(yǎng)條件下冬小麥-夏休閑長期定位試驗始于 1990 年。在這些試驗處理中，土壤有機碳含量范圍為 6.7-19.4 g kg-1（Yang et al. 2011a; Yang et al. 2011b）。冬小麥-夏休閑試驗 1990 年開始時耕層土壤有機質含量為 10.92 g kg-1，全氮含量為 0.832 g kg-1全磷含量為 0.607 g kg-1，全鉀含量為 2.28 g kg-1，堿解氮含量為 61.3 mg kg-1，速效磷含量為 9.57 mg kg-1，有效鉀含量為 191 mg kg-1，緩效鉀含量為 1189 mg kg-1，pH 為 8.62，容重為 1.30 Mg m-3，孔隙度為 49.63%，田間持水量為 21.12%。小麥-玉米輪作長期定位試驗 1980 年開始時耕層土壤有機質含量為 11.81 g kg-1，全氮含量為 0.806 g kg-1，全磷含量為 0.787 g kg-1，堿解氮含量為 61.2 mg kg-1，速效磷含量為 15 mg kg-1，有效鉀含量為 295 mg kg-1。

第三章 長期施肥條件下不同年代小麥品種產量、生物量及產量要素的變化3.1 結果分析3.1.1 籽粒產量兩年試驗結果均表明，產量在不同施肥處理、不同品種及其交互作用都表現(xiàn)出顯差異（所有 p < 0.0001）（圖 3-1）。考慮到產量數(shù)據(jù)為本研究的核心，同時由于本研究肥處理眾多的特殊原因，在此特別列出小麥在旱作和灌溉條件下的最低和最高施肥處中的籽粒產量以及每個品種在所有處理中的產量平均值（表 3-1）。籽粒產量變化從 0.9ha-1（dControl, 1980 年品種）到 8.3 t ha-1（M2N2P2，2005 年品種）（表 3-1）。在最高分投入處理中（M2N2P2），產量隨小麥品種的更替顯著增加，年增長率為 0.55 ± 0.175（p = 0.0005），或 37 kg ha-1y-1（p = 0.03）。而在最低養(yǎng)分水分投入處理中（dControl產量沒有呈現(xiàn)出隨品種更替而增加的趨勢（p > 0.61）。

圖 3-2 2013-2014（A 和 B）及 2014-2015（C 和 D）季不同年代小麥品種在不同養(yǎng)分水分投入水平下的地上部生物量及收獲指數(shù)Fig.3-2 Biomass and harvest index of winter wheat cultivars released in different decades under differentnutrient and water inputs in season 2013-2014 (A& B) and 2014-2015 (C & D)注：處理的名稱在表 2-1 中列出。誤差棒代表平均值標準誤。處理間（T）、品種間（V）及處理同品種交互作用（TxV）的顯著性分別用 p <0.05 *，p <0.01 **，p < 0.001 ***及 n.s.用 p > 0.05 表示。Note: Treatment codes are in Table 2-1. The error bars are two standard errors of the means. Significance of treatments (T),varieties (V) and interaction (TxV) is indicated as *, **, *** for p<0.05, p<0.01, p<0.001 and n.s. for p>0.05, respectively.
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本文編號：2869418