干旱胁迫对冬小麦生长的影响机理及模拟研究

来源 :南京信息工程大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:lgwfzc
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在全球气候变暖、极端气候事件趋多增强的大背景下,我国区域降水和河川径流变化波动明显增大,干旱发生频率和程度日渐严重。关于干旱灾害对冬小麦的影响研究,前人大多基于干旱控制试验使作物维持某一稳定强度的干旱,这制约着干旱持续发展过程对冬小麦生长影响机理的认识。本研究于2018-2019年冬小麦生长季在泰安农业气象观测站进行,观测站内设有自动控制遮雨棚和水分控制场,以“济麦22号”为试材,在水分关键期(拔节-开花期)设计4个水分梯度处理,W1、W2、W3、W4分别按照正常补水量(75mm)的80%、50%、25%和0%进行一次性灌溉,并以正常灌溉管理的大田冬小麦为对照(CK),开花期复水直至冬小麦成熟,对冬小麦光合特性、抗氧化指标、叶面积、干物质积累及分配和产量进行观测。利用历年冬小麦资料和干旱胁迫试验数据实现WOFOST模型对冬小麦生长模拟和干旱影响模拟参数优化订正,建立不同等级干旱对冬小麦生长发育和产量形成影响的定量评估,以期为区域干旱影响评估提供数据支持。主要研究结论如下:(1)花前干旱胁迫降低冬小麦叶片净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间CO2浓度和叶绿素含量,胁迫程度越重降幅越显著;干旱胁迫导致冬小麦叶片SOD、POD、CAT活性、MDA含量和类胡萝卜素含量升高,胁迫程度越重升幅越明显;随着干旱时间延长和胁迫加剧,特旱(W4)处理的胞间CO2浓度升高,SOD、CAT活性和类胡萝卜素含量下降。开花期复水后,中旱(W1)和重旱(W2、W3)处理冬小麦叶片气体交换参数、抗氧化酶活性和MDA含量逐渐恢复至对照水平,而特旱(W4)处理的光合能力和抗氧化能力无法恢复。重旱(W2、W3)及特旱(W4)处理的叶绿素含量在恢复期间仍显著低于CK,降幅为8.1%~30.4%,而特旱(W4)处理的类胡萝卜素含量在恢复过程中降幅增大。(2)花前干旱胁迫导致冬小麦叶面积、总干重、穗干重下降,胁迫程度越重影响越明显;开花期复水后叶片生长受到激发,中(W1)、重旱(W2、W3)条件下叶面积恢复至对照水平,而特旱(W4)处理叶面积始终显著低于CK,复水恢复17d后的降幅为8.7%。干旱胁迫降低叶器官干物质的分配比,增加茎、穗的分配比,对叶鞘的影响不大;而开花期复水减弱前期干旱对干物质分配格局的影响。同时花前干旱胁迫增加冬小麦茎、鞘对籽粒贡献率,从而提高了茎、鞘的转运效率。干旱胁迫下冬小麦干物质积累、分配及转运的变化,导致冬小麦穗粒数减少,不孕小穗率增加,最终产量下降;而胁迫促使茎、鞘向穗部籽粒转运,因此千粒重影响不大。(3)利用历年泰安农业气象观测站发育期和产量数据和干旱胁迫试验数据,实现WOFOST冬小麦生长模型本地化应用以及干旱模拟订正。基于WOFOST模型分别模拟不同发育期、不同等级干旱的冬小麦生长指标,从地上部总干物重(TAGP)模拟情况看,拔节期和开花期干旱影响最大,轻旱15d以上和中、重旱10d以上的降幅均超过10.0%,其中TAGP损失最大的是拔节期重旱持续20d,降幅高达57.8%;出苗期干旱的影响次之,轻、中旱20d和重旱15d以上的降幅均超过10.0%,降幅在10.3%~28.5%之间。从总穗重(TWSO)模拟情况来看,开花期的干旱影响最大,轻旱10d以上的降幅为20.1%~49.9%,中、重旱5d以上的降幅均超过10.0%,其中TWSO损失最大的是重旱持续20d,降幅高达86.4%;拔节期干旱的影响次之,中旱20d和重旱15d以上的冬小麦TWSO降幅在23.1%~57.9%之间;出苗期干旱的影响较小,冬小麦在出苗期经历短时间的轻旱胁迫后,总穗重(TWSO)反而呈现轻微增加的趋势。对冬小麦总叶重(TWLV)、总茎重(TWST)影响最大的干旱时期分别为出苗期、拔节期,降幅分别在5.2%~61.4%之间以及4.2%~68.1%之间,而开花期作为作物生殖生长向营养生长的分界线,开花期干旱对冬小麦总叶重(TWLV)、总茎重(TWST)基本没有影响。从最大叶面积指数(MAXLAI)模拟情况来看,出苗期干旱影响最大,轻旱20d、中旱15d以上和重旱5d以上的降幅均超过10.0%,其中MAXLAI损失最大的是重旱持续20d,降幅高达44.5%降幅;冬小麦MAXLAI的大小取决于冬小麦抽穗期,因此开花期干旱对MAXLAI没有影响。
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