滴灌量對冬小麥干物質積累、灌漿和籽粒產量的影響及行間差異

賽力汗·賽，薛麗華，張永強，雷鈞杰，陳興武，王志敏

(1.中國農業大學農學院，北京100193；2.新疆農業科學院糧食作物研究所，新疆烏魯木齊 830091)

新疆是我國11個小麥主產省區之一。據統計，2014年新疆地區小麥單產為5 622.4 kg ·hm-2，高于全國平均水平[1]。近年來，新疆小麥產量逐年攀升，這不僅得益于小麥性狀的不斷遺傳改良，還有賴于栽培技術的持續優化，其中滴灌技術的應用發揮了重要作用。這項技術具有節水、省工、增產、保持土壤結構等諸多優點，已在新疆麥區大面積推廣[2]。然而，在滴灌技術推廣過程中，一些諸如滴灌方式不規范、滴水量過大、滴水次數偏多等問題隨之產生，從而使滴灌小麥產量、經濟效益潛力未能充分挖掘。因此，如何進一步優化滴灌小麥灌溉制度，明確其高產高效的適宜灌水限額就顯得十分重要。目前，關于滴灌小麥合理灌溉方面的研究已有一些報道。研究表明，小麥越冬期、拔節期和開花期定量灌溉可有效增加小麥開花后冠層光合有效輻射截獲率及干物質積累量，但三個時期分別補灌至土壤相對含水量為70%、65%和70%時，灌溉水分利用效率和灌溉效益表現更優[3]；不同灌溉模式下，不灌水處理雖然有利于花前干物質向籽粒的轉運，但不利于花后干物質積累，對籽粒產量形成不利，而灌水處理則能顯著提高開花后干物質對籽粒的貢獻率[4]。相比于冬水+拔節水+開花水+灌漿水(灌水量240 mm)的灌水模式，拔節水+開花水(灌水量120 mm)處理的灌水模式與小麥需水規律更相吻合[5]。灌溉量的增加在一定程度上提高了小麥葉片的凈光合速率、蒸騰速率以及氣孔導度[6]，增大了群體葉面積指數及干物質積累量[7]。不同灌溉調控措施不僅影響小麥地上部分生長，也顯著影響了小麥根系的生長及分布。研究發現，增加小麥滴灌次數及總滴灌量提高了0～40 cm 土層的含水量，并延緩了該土層的初生根干重和根長的衰減，增加次生根干重和根長；反之，當灌溉次數減少、滴灌量小時，小麥深層初、次生根生長受到嚴重抑制，根系分布淺，初生根提前衰老，千粒重及籽粒產量均降低[8]。滴灌小麥依靠滴管供應水分，水分的分布與滴管密度及離管距離密切相關，但目前的研究鮮有分析滴灌小麥植株距離滴管遠近對產量的影響，而了解行間差異對于科學配置滴管間距、優化調控群體性能具有重要意義。本研究在北疆麥區開展了滴灌小麥不同滴灌量試驗，重點考察不同供水條件下距離滴管不同位置小麥干物質積累、灌漿及產量形成特點，以期為滴灌小麥生產技術提升提供理論指導。

1 試驗材料

1.1 試驗區概況

試驗于2012-2013年在新疆農業科學院瑪納斯農業試驗站進行。試驗區域屬溫帶大陸性干旱半干旱氣候區，全年無霜期165～172 d; 小麥生育期平均降水量167.2 mm，試驗年間小麥全生育期降雨量為166.8 mm。試驗地土壤為沙壤土，0～20 cm耕層土壤全氮含量1.02 g·kg-1，堿解氮含量75.0 mg·kg-1，有效磷含量13.1 mg·kg-1，速效鉀含量135.0 mg·kg-1，有機質含量15.6 g·kg-1，播種前試驗地0～140 cm 土層平均田間持水量為25.57%，平均土壤容重為1.45 g·cm-3。

1.2 試驗設計

在大田滴灌條件下，設置3 750 m3·hm-2(高水量)、3 150 m3·hm-2(中水量)、2 475 m3·hm-2(低水量)共3個灌水量處理。分別于冬小麥拔節前(4 月 22 日)、孕穗期(5 月 11 日)、開花期(5 月28 日)、灌漿前期( 6 月 7 日) 、灌漿中期(6 月 17 日)共滴水 5 次，三個處理每次的灌水定額分別為750、630和495 m3·hm-2。越冬前各處理統一灌水450 m3·hm-2。供試小麥品種為新冬33號，采用15 cm等行距機播，小區面積54 m2(5.4 m×10 m)，滴管鋪設方式為1管6行(即滴管間距90 cm，其間6行小麥)。為防止滲漏，小區間留1.8 m防滲帶。播前結合整地基施純氮97.125 kg·hm-2和P2O5138.0 kg·hm-2，拔節期和孕穗期分別隨水滴施純氮58.275和38.85 kg·hm-2。

1.3 測定項目與方法

滴管單側第1行定為近管行，第3行定為遠管行，以下項目測定均分別于各處理遠管行和近管行取樣。

1.3.1 干物質積累量測定

于孕穗期、開花期、灌漿期、成熟期，每小區取20株小麥鮮樣，剪去根，將植株分為葉片、莖鞘、穗3個部分，分別裝入牛皮紙袋，放入105 ℃烘箱中殺青15 min，80 ℃烘24 h后稱干重。

1.3.2 籽粒灌漿參數測定

于冬小麥開花期選取在同一天開花的株高、穗型大小基本一致的200個植株掛牌標記。自花后10 d至花后40 d，每5 d取標記穗10個，每穗從中部小穗摘下第1位籽粒。80 ℃條件下烘至恒重，用精度0.000 1天平稱量并折算成千粒重。用Logistic方程y=k/[1+e(a-bt)]擬合花后籽粒灌漿過程，t為花后天數(開花日計t=0)；y為花后1 000個籽粒的質量(g)；k為1 000個籽粒質量理論最大值(g)；a和b為相關參數。

1.3.3 測產與考種

于冬小麥成熟期，分別從各小區選取具有代表性的樣點18 m2(3.6 m×5 m)，實收測產，同時每小區選取20株，用于室內調查單莖生物產量、穗粒數和千粒重。

1.4 數據處理

試驗數據采用Excel 2013和Spss 16.0等統計軟件處理。

2 結果與分析

2.1 不同滴灌量下小麥干物質積累的行間差異

從抽穗至成熟，各處理冬小麥單莖及穗部干重均逐漸增加，莖鞘及葉片干重均逐漸降低。在同一生育時期，單莖及其各器官干物質累積量均表現出隨滴灌量的增加而增加及近管行高于遠管行的變化趨勢(圖1)。成熟期高水量處理單莖干物質重較中、低水量處理分別高出18.15%和33.05%，其差異主要是穗重的差異引起，其次是莖鞘重的差異，葉重差異很小。近管行與遠管行之間植株干重的差異隨灌水量的減少而增加，高、中、低水量處理的近管行與遠管行間單莖干重差值范圍分別為0.03～0.19、0.09～0.21和0.09～0.28 g。

圖柱上的不同字母表示處理間在0.05水平上差異達顯著。HW:高水量；MW:中水量；LW:低水量；NP:近管；FP：遠管。下圖同。

Different letters above the columns mean significantly different among treatments at 0.05 probability level. HW:High water amount;MW:Middle water amount;; LW:Low water amount; NP:Near pipe; FP:Far away from pipe.The same in other figures.

圖1不同處理對冬小麥干物質積累的影響

Fig.1Effectofdifferenttreatmentsondrymatteraccumulationinwinterwheat

2.2 不同滴灌量下小麥籽粒灌漿的行間差異

不同水分供給條件下，花后10 d至花后30 d小麥粒重均呈快速增長趨勢，其后趨于平緩(圖2)，至成熟期高水量處理的千粒重較中、低水量處理分別高出1.87%(P>0.05)和7.92%(P<0.05)。不同處理下近管行的千粒重均高于遠管行，且隨著灌水量的減少，行間差異更為明顯。

灌漿期各處理的籽粒逐日增重量均呈慢-快-慢的變化趨勢，但不同處理日增量峰值出現時間不同。高、中水量處理日增量峰值均出現在花后20～25 d，近、遠管行日平均籽粒增重分別為2.55和2.59 g·千粒-1；低水量處理日增量峰值出現于花后15～20 d，近、遠管行日平均籽粒增重均為2.48 g·千粒-1(圖3)。通過Logistic方程模擬，隨灌水量的減少，籽粒灌漿開始時間提早，初期灌漿速率相對較大，灌漿持續時間縮短，粒重降低(表1、表2)。遠管行籽粒灌漿始、末時間早于近管行，但灌漿速率卻普遍較低，故粒重仍表現為近管行高于遠管行。

圖2 不同處理冬小麥粒重動態變化

圖3 不同處理冬小麥籽粒灌漿速率動態變化

2.3 不同滴灌量下小麥產量及其構成因素、收獲指數灌溉水分利用效率的行間差異

冬小麥產量隨灌水量的增加而提高，高水量處理較中、低水量處理分別增產8.14%和26.30%，但高水量與中水量處理之間產量構成各因素均差異不顯著(表3)。隨灌水的減少，小麥生物產量降低，但收獲指數沒有顯著變化或呈現升高的趨勢。進一步分析行間差異表明，在高、中水量處理下，近管行與遠管行的產量沒有明顯差異，但在低水量條件下，近管行的生物產量、籽粒產量和收獲指數均顯著高于遠管行，產量因素中穗粒數和千粒重顯著高于遠管行。灌溉水分利用效率則以中水量處理最大，高水量處理最低。

表1 不同處理冬小麥籽粒灌漿進程的Logistic方程參數估計值Table 1 Parameters of Logistic equation of grain filling process under different treatments

表2 不同處理對冬小麥籽粒灌漿階段特征參數的影響Table 1 Effects of different treatments on grain filling parameters of wheat

T：持續時間；△W：1 000個籽粒的增重量；R：灌漿速率Tmax：到達最大灌漿速率的時間；Rmax：最大灌漿速率；Rmean：平均灌漿速率。

T:Duration; △W:Increasing weight per 1 000 grains;R:Grain-filling rate;Tmax:Days reaching the maximum grain-filling rate;Rmax:Maximum grain-filling rate;Rmean:Mean grain-filling rate.

表3 不同處理下冬小麥籽粒產量及其構成、收獲指數和灌溉水分利用效率Table 3 Grain yield and its components, harvest index and irrigationwater use efficiency of winter wheat under different treatments

3 討 論

植物生長所需要的水分主要是通過其根系從土壤中汲取，而灌水量的多少直接影響土壤水分含量，從而影響植物的生長。研究表明，土壤水分狀況對小麥干物質積累與分配有顯著影響[9]。小麥拔節期后保持適宜的土壤含水量有利于增加干物質積累量和籽粒產量[10]；而開花后漬水或干旱時，小麥植株干物質積累量和產量均會顯著降低[11-12]。但也有學者認為，在小麥的某些生育時期適度水分虧缺反而有利于同化物向籽粒轉運，提高收獲指數[13]。本研究結果則表明，在滴灌條件下，小麥產量表現為高水量>中水量>低水量，隨灌水量的降低，小麥收獲指數維持穩定或呈升高趨勢，但生物產量顯著下降，說明產量的降低主要是由于干物質積累量的減少而引起的。中水量處理下由于其收獲指數較高，最終籽粒產量與高水量處理差異很小。

粒重是小麥重要產量因素，灌漿期是小麥粒重形成的關鍵時期，而水分對小麥灌漿進程及粒重均有顯著影響[14]。前人在漫灌條件下的研究結果表明，冬小麥前期受到干旱或是孕穗期、抽穗期、灌漿期連續缺水時籽粒灌漿持續時間均會縮短，導致粒重降低[15]。冬小麥受干旱脅迫時，籽粒灌漿時間雖然縮短，但灌漿速率卻可能相對增大；供水過量時，對灌漿也有不利影響，易引起貪青晚熟，粒重降低[16]。本研究結果表明，適當增大灌水量對增加小麥粒重有促進作用，但中水量處理與高水量處理間千粒重并無顯著差異，低水量處理降低了千粒重，主要是縮短了灌漿持續時間，但灌漿速率并沒有明顯降低。

滴灌條件下依靠滴水側滲供給各行小麥水分，因此麥行與滴管的距離影響小麥的吸水效率，進而會影響小麥產量。在本試驗中三個供水量處理下小麥產量均表現近管行高于遠管行，但這種差異在高水量和中水量處理下并不顯著，只是在低水量下差異達顯著水平。由此可知，在滴管配置方式為1管6行條件下，適當增加灌水量可消解遠管行產量劣勢。

有研究表明，小麥籽粒產量隨著灌水量的不斷增大呈先升后降的拋物線變化趨勢[17]，灌水量過多會導致光合產物向籽粒的分配顯著降低，從而造成減產[18]。Panda等[19]指出, 適度的水分脅迫可促使小麥獲得較高的水分利用率，而中等干旱條件下，小麥產量雖有小幅降低, 但卻有利于水分利用效率的提高[20]。本試驗條件下，灌溉水利用效率以中水量處理最高，低水量處理次之，兩者均顯著高于高水量處理。綜合本項試驗結果，我們認為，在現行滴管配置模式下，采用中水量灌溉可調控小麥群體均勻生長，消減行間差異，并獲得高產和高水分利用效率。

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