返青至拔节期高温对小麦农艺性状和产量的影响

傅晓艺，史占良，曹巧，单子龙，高振贤，韩然，付艺伟，何明琦*

（1.石家庄市农林科学研究院，河北 石家庄 050041；2.河北农业大学农学院，河北 保定 071001；3.河北景县中学，河北景县 053500）

近几十年来，在自然条件变化和人类社会活动的共同影响下，全球气候正经历着一场以变暖为主要特征的显著变化。气候变化直接影响到人类社会经济发展的方式以及全球能源利用的结构和数量，已经成为影响21 世纪全球发展的一个重大国际问题[1]。

小麦是世界上最重要的粮食作物，总面积、总产量以及总贸易额均居世界粮食作物第1 位。气象条件对小麦生长有极为重要的影响，在一定程度上决定了小麦产量[2]。何学林[3]认为在影响小麦生长的气象条件中水分、温度和光照尤为重要，应按照不同发育期对气象条件的要求加强田间管理以满足小麦生长需要，采取有效措施趋利避害，减少不利因素的影响，确保小麦丰产丰收。

气候变暖导致高温胁迫程度增强，必然增大未来小麦减产的风险[4]。尽管气温上升对小麦生产力的影响依其生长阶段的不同而有所区别，但总体气温升高对小麦生产力有明确的负影响[5]。李向东等[6]研究认为越冬前积温增加导致小麦物候期提前、幼穗发育进程加快，并使整个发育期缩短，容易遭受春季低温为害，造成小花败育甚至小穗冻死；而且，冬前积温过高还导致小麦生长后期旗叶光合能力下降，灌浆期缩短，产量降低。王海龙等[7]研究了温度和磷肥处理对小麦苗期生长的影响，发现温度主要通过影响小麦生长来影响磷素的吸收，低温下施用磷肥能显著促进小麦生长；高温能加速石灰性土壤有效磷的固定，施磷能缓解这一问题。高丽莉等[8]利用开顶式生长室连续3 a 控制试验，监测和模拟了全球增温系统对小麦生长、土壤酶活性和呼吸的影响，结果表明，模拟增温显著提高了小麦根区土壤酶活性，有利于小麦生长。裴瑞娜等[9]研究发现在渭北干旱山区雨养农业条件下，全地面覆盖地膜能够显著提高冬小麦出苗期至拔节期的土壤含水量和土壤温度。

前人在气候变化和花后高温对小麦产量、品质、生理指标的影响方面进行了系列研究[9～16]，但截至目前，有关返青至拔节期高温对小麦生长的影响研究尚未见报道。为此，在小麦返青至拔节期利用塑料拱棚进行增温处理，研究高温胁迫不同时间对小麦农艺性状和产量的影响，旨为气候变暖环境下小麦高产提供技术指导。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验在河北省辛集市马兰农场进行，中心地理位置为东经115.22°、北纬67.93°。试验地所属的辛集市地势平坦，处于北半球暖温带地区，大陆性季风气候特点显著，四季分明，光照充足，适宜作物生长。该区年平均气温12.5 ℃，其中，最冷月1 月的平均气温为-3.9 ℃，最热月7 月的平均气温为26.5 ℃；年平均降水量534.6 mm，年平均日照时数2 513.9 h，年平均无霜期197 d；主要粮食作物为冬小麦和夏玉米，一年两熟轮作制度。

1.2 试验材料

试验小麦品种为石麦25 和石麦26。

1.3 试验方法

1.3.1 试验设计 前茬作物为夏玉米，秸秆全部还田，粉碎2 遍，深松2 遍，耙平地面。小麦播种前浇足底墒水，底施氮磷钾三元复合肥（N、P2O5、K2O含量分别为18%、18%和5%）3 000 kg/hm2。2018 年10月10 日播种，行距15 cm，每品种均种植0.3 hm2，基本苗数量330 万株/hm2。小麦返青始期（2019 年3 月1日） 在田间搭建长4.0 m、宽2.0 m、高0.8 m 的塑料拱棚进行增温处理，增温时间设15 d（T1）、21 d（T2）、27 d（T3） 3 个处理；以田间自然生长为对照（CK）。每处理均3 次重复。分别在棚室内、外距地面25 cm 处悬挂速灵科L03 温度记录仪，自动记录棚内和自然生长环境的温度变化，每隔1 h 记录1 次。其中，T1、T2和T3增温处理的最高温度分别出现在3 月14 日、3月19 日和3 月25 日，指标值为44.3～54.0 ℃，较CK 高20.3～23.4 ℃；最低温度均出现在3月7 日，指标值为-6.7～-6.1 ℃，较CK 高1.5～2.1 ℃（表1）。小麦全生育期不进行追肥，后期管理措施同大田常规。

1.3.2 测定项目与方法

1.3.2.1 株高和节间长度。小麦成熟期，每处理随机连续选择20 株，用直尺测量株高和第2 节间长度。

1.3.2.2 重心高度、茎秆机械强度和茎秆抗倒指数。小麦开花后25 d，每处理选择长势一致的植株10 株，将根部剪掉，把单茎（带穗、叶片和叶鞘）置于固定支架使其平衡，测定重心高度（茎秆基部至该茎平衡点的距离）。取剥除叶鞘的基部第2 节间，将其两端置于高50 cm、间隔5 cm 的支撑木架凹槽内，用YYD-1A 型茎秆强度测定仪（浙江托普云农科技公司）测量茎秆机械强度。根据吕添等[17]方法，计算茎秆抗倒指数。

1.3.2.3 产量及其构成因素。小麦成熟期，调查单位面积穗数；并随机取20 个穗，调查穗粒数。实收脱粒测产，并于测产的子粒中取样测定千粒重。

1.3.3 数据处理与分析 各指标值均取其平均值。利用Microsoft Excel 2010 和DPS 17.10 软件对试验数据进行统计分析，采用Duncan’s 新复极差法进行数据的多重比较。

2 结果与分析

2.1 返青至拔节期高温对小麦农艺性状的影响

2.1.1 对茎秆性状的影响 返青至拔节期高温处理的2 个小麦品种株高、重心高度和基部第2 节间长度均显著＞CK，且指标值基本随高温时间的延长呈明显的递增趋势；基部第2 节间机械强度显著＜CK，且指标值随高温时间的延长呈明显的递减趋势（表2）。表明返青至拔节期高温处理会导致小麦株高、重心高度和基部第2 节间长度显著提高，基部第2 节间机械强度显著降低，且这种作用随着高温胁迫时间的延长而明显增大。

表2 不同高温处理对小麦株高、重心高度和基部第2 节间性状的影响Table 2 Effects of high temperature on the plant height，center of gravity height and characteristics of basal second internode of wheat

2.1.2 对穗部性状的影响 返青至拔节期高温处理的2 个小麦品种总小穗数均显著＜CK，但指标值随高温时间延长呈现出的变化规律不明显，不孕小穗数及其比例均显著＞CK，指标值均随高温时间的延长呈明显的递增趋势；主茎穗长变化规律不明显，石麦25、石麦26 指标值分别在T1和T3处理下最大，但与CK 差异均未达到显著水平（表3）。表明返青至拔节期高温处理会导致小麦总小穗数明显减少，不孕小穗数及其比例明显提高，对小麦主茎穗长影响规律不明显。

表3 不同高温处理对小麦穗部性状的影响Table 3 Effects of high temperature on the ear characters of wheat

2.2 返青至拔节期高温对小麦产量及其构成因素的影响

返青至拔节期高温处理的2 个小麦品种单位面积穗数、穗粒数、千粒重和产量均显著＜CK（表4）。表明返青至拔节期高温处理会导致小麦构成三因素显著变差，产量明显降低。

表4 不同高温处理对小麦产量及其构成因素的影响Table 4 Effects of high temperature on the yield and yield components of wheat

随着高温时间的延长，石麦25 单位面积穗数、穗粒数和产量呈逐渐降低趋势，千粒重呈逐渐增加趋势，且不同处理的指标值差异均达到了显著水平；石麦26 单位面积穗数和千粒重顺序均为T2处理＞T1处理＞T3处理，穗粒数和产量呈逐渐降低趋势，且不同处理的指标值差异均达到了显著水平。可以看出，返青至拔节期高温胁迫虽然对不同小麦品种单位面积穗数和千粒重的影响趋势有所不同，但会导致千粒重明显降低，小麦严重减产，且对千粒重和产量的负面作用随着高温胁迫时间的延长而明显增大。

2.3 返青至拔节期高温对小麦抗倒指数的影响

返青至拔节期高温处理的2 个小麦品种抗倒指数均显著＜CK，且指标值均随高温时间的延长呈逐渐降低趋势，其中，石麦25 不同处理间的差异均达到了显著水平，石麦26 表现为T1与T2处理差异不显著但二者均显著＞T3处理（图1）。表明返青至拔节期高温处理会导致小麦抗倒指数明显降低，且这种负面作用随着高温胁迫时间的延长而明显增大。

图2 不同高温处理对小麦抗倒指数的影响Fig.2 Effect of high temperature on the lodging resistance index of wheat

3 结论与讨论

气候变化背景下，小麦典型气象灾害发生频次有所增加，并且主要发生在生殖生长期。随着近些年来全球气候的变暖，春季气温回温快的现象时常发生，对小麦生产会造成一定的潜在为害。本研究结果表明，小麦拔节前期高温对小麦株高、秸秆韧性、穗部育性和产量均有显著影响，随着高温胁迫处理时间的延长，小麦不孕小穗数量及其比例呈显著上升趋势，产量呈明显降低趋势。主要原因是温度迅速升高影响了小麦穗部发育和孕性，降低了结实小穗数和穗粒数，营养物质积累少导致后期灌浆不饱满，千粒重下降，最终造成产量明显降低。

河北省冬小麦超高产技术模式已逐渐形成[18]，但在产量提高的同时也存在着倒伏增加的风险。前人研究表明，提高小麦株高和重心高度均不利于小麦抗倒伏[19]。本研究中2 个小麦品种均以T3处理（高温处理时间27 d）的株高和重心高度最高。随着高温胁迫时间的延长，高温促进植株节间伸长，使株高增加，节间迅速伸长，茎秆壁厚度小，有机物质贮藏少，节间充实度降低，从而导致茎秆机械强度降低。受机械强度降低和重心高度升高的双重影响，小麦抗倒指数减小，发生倒伏的风险增大。开花期后小麦转为生殖生长，重心高度上移会加大倒伏风险。王丹等[20]研究认为，小麦茎秆机械强度在开花期至花后第20 天处于较高水平，在花后第30 天明显下降；倒伏指数在开花期最小、花后第30 天最大，其余2 个时期处于中间水平。胡昊[21]以河南省6 个主导小麦品种为试验材料系统分析了茎秆特性与抗倒伏能力的关系，结果表明，茎秆抗倒伏指数与株高、重心高度和基部第2 节间长度呈极显著的负相关，与基部第2 节间茎粗和壁厚呈极显著的正相关。本研究中仅初步分析了返青至拔节期高温胁迫对小麦产量、穗部性状和节间性状的影响，该期高温对小麦生理指标、化学成分和组织结构等方面的影响情况还有待进一步研究。