測墑補灌調節土壤相對含水量對小麥旗葉葉綠素熒光特性及籽粒產量的影響

蔣蓬春 石玉 趙俊曄 王西芝 于振文

摘要：為明確拔節期和開花期土壤相對含水量對小麥開花后旗葉熒光特性及籽粒產量的影響，于2016—2017年小麥生長季，選用主推品種濟麥22為材料，在田間試驗條件下，設置3個處理，即全生育期不灌水（W0）、拔節期和開花期0～40 cm土層均測墑補灌至土壤相對含水量為70%（W1）或80%（W2），研究不同土壤相對含水量對小麥開花后旗葉葉綠素熒光特性、籽粒灌漿速率以及籽粒產量影響。結果表明：①開花后7、14 d和21 d，旗葉葉綠素相對含量為W1﹥W2﹥W0；開花后14、21 d和28 d，W1處理旗葉相對電子傳遞效率（ETR）、實際光化學效率（φPSⅡ）、光化學猝滅系數（qp）和最大光化學效率（Fv/Fm）均顯著高于W0和W2處理。②W1和W2處理籽粒灌漿速率于開花后7、14 d和21 d無顯著差異，花后28、35 d為W1﹥W2。③W1處理的籽粒產量、水分利用效率和灌溉效益最高。本試驗條件下，采用測墑補灌方法，拔節期和開花期土壤相對含水量均為70%是小麥節水高產的最佳灌水處理。

關鍵詞：小麥；土壤相對含水量；葉綠素熒光特性；灌漿速率；產量

中圖分類號：S512.1+10.71文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2018）07-0067-05

Abstract Taking Jimai 22 as experiment material， a field experiment was conducted to clarify the effects of soil relative water content at jointing and anthesis stages on flag leaves chlorophyll fluorescence characteristics after anthesis， grain filling rate and grain yield of wheat in 2016-2017. According to the water content of 0～40-cm soil layers， three treatments were designed， which were W0 （zero-irrigation during growth stages）， W1 （irrigating until the relative moisture of 0～40-cm soil reaching to 70% both at jointing and anthesis stages） and W2 （irrigating until the relative moisture of 0～40-cm soil reaching to 80% both at jointing and anthesis stages）. The results were as follows. （1） On the 7th， 14th and 21th day after anthesis， the chlorophyll content was W1﹥W2﹥W0； on the 14th， 21th and 28th day after anthesis， the electron transport rate， actual photochemical efficiency， photochemical quenching of chlorophyll fluorescence， and the maximum photochemical efficiency of W1 were significantly higher than those of W0 and W2. （2） The grain filling rate of W1 and W2 showed no significant differences on the 7th， 14th and 21th day after anthesis， but the grain filling rate of W1 was higher than that of W2 on the 28th and 35th day after anthesis. （3） W1 treatment had the highest yield， water use efficiency and irrigation efficiency. In this experiment， through supplemental irrigation based on soil moisture measurement， 70% of soil relative water content at jointing and anthesis stages was the best irrigation treatment for water saving and high yield of wheat.

Keywords Wheat； Soil relative water content； Chlorophyll fluorescence characteristics； Grain filling rate； Grain yield

山東省是我國黃淮海地區小麥重要產區，其小麥產量占全國總產量的18.03%[1]。山東省降水主要集中在6—8月份，約占全年總降水量的60%～70%[2]，小麥生育期內進行灌溉是小麥生產的主要技術措施。而該省水資源總量僅占全國水資源總量的1.1%，屬于嚴重缺水地區[3]，因此，減少小麥生育期灌水量、提高小麥水分利用效率是小麥生產需要解決的問題[4]。

有研究表明，與不灌水和充分灌溉180 mm處理相比，限量灌溉60 mm處理的水分利用效率分別高29.69%和17.45%[5]。亦有研究表明，小麥全生育期灌水量為120 mm處理的籽粒產量和水分利用效率顯著高于灌水量為180 mm的處理，分別提高7.21%和19.31%[6]。微噴灌與白龍灌溉方式相比，小麥產量增加6.6%～11.4%，水分利用效率提高7.4%～12.9%[7]。可見，適宜的灌溉量與合理的灌溉方式可以提高產量和水分利用效率。本試驗利用微噴帶灌溉技術與測墑補灌技術相結合的方式，在大田條件下，研究拔節期和開花期不同土壤相對含水量對小麥花后葉綠素熒光特性、水分利用效率及產量的影響，以期為小麥的節水栽培技術提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地及其年度氣候概況

于2016—2017年在山東省濟寧市兗州區小孟鎮史家王子村進行田間試驗。土壤質地為壤土，坡度為2.09‰。播種前試驗田0～20 cm土層土壤全氮含量1.49 g·kg-1、堿解氮113.90 mg·kg-1、有機質14.69 g·kg-1、速效磷46.17 mg·kg-1、速效鉀109.76 mg·kg-1；0～20、20～40、40～60、60～80、80～100、100～120、120～140、140～160、160～180 cm和180～200 cm土層土壤質量含水量分別為20.22%、18.96%、18.33%、19.01%、19.08%、19.58%、20.80%、21.22%、21.41%和21.38%；0～40 cm土壤容重和田間持水量分別為1.56 g·cm-3和24.55%。2016—2017年度小麥生育期各階段降水量見表1。

1.2 試驗材料與設計

供試品種為濟麥22。

按0～40 cm土層平均土壤相對含水量設置3個處理，即全生育期不灌水（W0）；拔節期和開花期均測墑補灌至土壤相對含水量為70%（W1）；拔節期和開花期均測墑補灌至土壤相對含水量為80%（W2）。

本試驗采用測墑補灌技術，于拔節期和開花期分別測定各處理土壤質量含水量，依據公式計算補灌水量。公式：m=10γh（βi-βj）[ 8，9]，式中m為補灌水量（mm），γ為0～40 cm土層土壤容重（g·cm-3），h為土壤濕潤層深度（cm，本試驗為40 cm），βi為目標土壤質量含水量（%），βj為灌溉前土壤質量含水量（%）。利用微噴帶進行灌溉。

采用隨機區組排列，重復3次，小區間設2 m保護行，防止水分滲漏。小區畦寬2 m，畦長40 m，小區面積80 m2。10月12日播種，4葉期定苗，留苗密度為180萬株·hm-2。播種時基施K2O 150 kg·hm-2、P2O5 150 kg·hm-2、N 105 kg·hm-2，于拔節期追施N 135 kg·hm-2。翌年6月9日收獲。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 旗葉葉綠素相對含量測定 于開花后0、7、14、21、28 d的9—11時，采用美國CCM-200型葉綠素儀測出旗葉CCI值，每個處理選取10片生長一致的小麥葉進行測定[ 10]。

1.3.2 旗葉葉綠素熒光參數測定 采用英國Hansatech公司產FMS-2型熒光儀，對已標記同一天開花的小麥單莖，于花后0、7、14、21、28 d測定旗葉光適應下的實際光化學效率（φPSⅡ）、相對電子傳遞效率（ETR）、熒光值（Fs）、最大熒光值（F′m）及最大光化學效率（Fv/Fm），暗適應30 min后，測定旗葉暗適應下的初始熒光值（Fo）。光適應下光化學猝滅系數（qp）計算公式[11]：

1.3.3 籽粒灌漿速率測定 對同一天開花的麥穗做標記，開花期至成熟期每隔7 d取20個麥穗，置于70℃烘箱烘干至恒重，計算籽粒灌漿速率[12]。

1.3.4 小麥籽粒產量測定 小麥成熟后，每小區測產，自然風干，稱重并計算籽粒產量。

1.4 數據處理

采用Microsoft Excel統計數據，利用Sigma Plot 12.5軟件繪圖，用SPSS 22.0軟件進行統計分析和顯著性檢驗（LSD法）。

2 結果與分析

2.1 不同處理對小麥旗葉葉綠素相對含量的影響

由表2可知，開花后0 d，各處理旗葉葉綠素相對含量無顯著差異；花后7 d，W1旗葉葉綠素相對含量均顯著高于W0和W2，W0和W2處理間無顯著差異；花后14、21、28 d均為W1>W2>W0。表明，在灌漿中后期，W1處理旗葉葉綠素相對含量高，有利于延長小麥葉片功能期，延緩小麥旗葉的衰老，提高小麥旗葉光合速率。

2.2 不同處理對小麥旗葉葉綠素熒光特性的影響

葉綠素熒光特性被用來指示植物的健康狀況和光合過程。光合作用中CO2的固定與同化受ETR的影響較大，qp表示總PSⅡ反應中心中開放的反應中心所占的比例，φPSⅡ是指PSⅡ光化學反應的量子效率，Fv/Fm反映PSⅡ最大光量子產量。由圖1可以看出，開花后0、7 d，W1和W2處理的旗葉ETR、φPSⅡ、qp及Fv/Fm無顯著差異；花后14、21、28 d，旗葉ETR、φPSⅡ、qp及Fv/Fm均為W1﹥W2。表明，W1處理有利于提升灌漿后期旗葉PSⅡ反應中心和相對電子傳遞速率，增強PSⅡ天線色素捕獲光能轉換為化學能的效率，增加小麥旗葉對二氧化碳的固定和同化，促進碳水化合物的積累。

2.3 不同處理對小麥籽粒灌漿速率的影響

由圖2可知，開花后7、14 d，W0籽粒灌漿速率顯著高于W1和W2處理，W1、W2處理間無顯著差異；花后21 d，W1和W2的籽粒灌漿速率顯著高于W0處理；花后28、35 d，籽粒灌漿速率為W1﹥W2﹥W0。表明，W1處理有利于開花中后期保持較高的籽粒灌漿速率，提高粒重。

2.4 不同處理對小麥籽粒產量和水分利用效率的影響

由表3可以得出，W1和W2處理公頃穗數無顯著差異，均顯著高于W0處理；穗粒數和千粒重均以W1處理最高，W2處理其次，W0處理最低；不同處理小麥籽粒產量及水分利用效率均為W1>W2>W0；W2的總灌水量顯著高于W1處理，而W1和W2的總耗水量無顯著差異，均顯著高于W0處理；W1的灌溉效益顯著高于W2處理。表明W1處理為本試驗條件下節水高產的最佳灌水處理。

3 討論與結論

前人研究表明，隨著小麥灌漿進程，旗葉葉綠素含量呈單峰曲線變化，不灌水處理在花后12 d左右達到最大值，而灌水處理在花后18 d左右達到最大值，花后24、30 d，灌水處理均顯著高于不灌水處理[13]。苗期至拔節、孕穗至乳熟和成熟期耕層土壤平均相對含水量分別為70%、75%和60%的葉綠素熒光參數φPSⅡ、qp和Fv/Fm顯著高于65%、70%和55%處理，分別提高43.43%、10.43%和4.79%[14]；但當土壤相對含水量超過一定閾值后，會對旗葉葉綠素熒光特性產生不利影響[15]；土壤相對含水量為80%～90%的ETR、qp和Fv/Fm比70%～80%處理分別下降2.84%、2.93%和3.15%[16]。本試驗結果表明，開花后14、21 d和28 d，拔節期和開花期土壤相對含水量均為70%處理的葉綠素熒光參數ETR、φPSⅡ、qp及Fv/Fm較相對含水量為80%的處理高，有利于小麥灌漿中后期對光能的利用。

適當增加灌水量有利于增加小麥籽粒灌漿持續期[17]。研究表明，與土壤相對含水量為40%～50%相比，土壤相對含水量為70%～80%的灌漿持續期和最大灌漿速率分別提高10.3%和19.7%；水分脅迫會使小麥灌漿的高峰期提早，高峰值下降[18]。亦有研究發現，籽粒灌漿最大速率隨灌水量的增加呈先增后降的變化趨勢，灌水量465 mm處理的籽粒最大灌漿速率為2.16 g·d-1，比灌水量315、390、540 mm和不灌水處理分別高24.8%、8.5%、3.0%和24.5%，表明灌水量過大反而不利于籽粒灌漿[19]。本試驗中，花后28 d和35 d，拔節期和開花期土壤相對含水量均為70%處理的籽粒灌漿速率顯著高于相對含水量為80%的處理，有利于小麥開花后期籽粒的持續灌漿，從而獲得較高的灌漿速率和粒重。

小麥的籽粒產量和水分利用效率與灌水量呈二次函數關系[20]，全生育期灌水225 mm處理的水分利用效率較灌水165 mm處理降低6.88%[21]。亦有研究表明，與補灌水量90 mm處理相比，補灌水量120 mm處理的籽粒產量和水分利用效率分別降低15.37%和18.95%[22]。本試驗通過測墑補灌節水栽培技術，依據土壤墑情確定全生育期灌水79.21 mm的W1處理較灌水106.84 mm的W2處理籽粒產量和水分利用效率分別提高6.36%和11.41%。由此表明，于小麥拔節期和開花期將0～40 cm土層土壤相對含水量微噴帶補灌至70%，是兼顧節水高產的最佳灌水處理。

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