不同測墑補灌處理對冬小麥產量及光合特性的影響

嚴美玲 ，趙 明，崔明灼，辛慶國，孫曉輝，王江春，殷 巖

（1山東省煙臺市農業科學研究院，山東煙臺 265500；2萊西市農業農村局，山東萊西2 666032）

0 引言

中國水資源緊缺，人均占有水資源2627 m3，每公頃占有水資源20670 m3，分別為世界平均水平的1/5和2/3。黃淮麥區灌溉面積占全國的42%，而水資源僅占全國的8%，因而水資源嚴重短缺[1]。小麥用水約占北方農業總用水量70%以上，水資源短缺已成為小麥生產發展最大限制因素之一。因此研究小麥節水栽培技術是小麥獲得高產穩產的關鍵。

前人對小麥的灌溉關鍵時期、灌溉量和灌水次數研究較多[2-4]。研究表明，在底墑充足的前提下，小麥的需水關鍵期為拔節期和開花期[5]，此時期缺水對產量影響較大。在底墑充足的條件下，拔節水和開花水分別灌溉即可實現冬小麥高產與水分高效利用的統一，拔節至抽穗期是冬小麥需水關鍵期，水分脅迫顯著降低籽粒產量[6]。研究認為，冬小麥灌水2～3次有利于作物產量的提高同時有利于水分利用效率的提高。土壤水分狀況對小麥干物質積累、旗葉光合特性及籽粒產量影響顯著[7-8]。旗葉是冬小麥進行光合作用的主要器官，前人研究指出，在干旱年份灌水處理比不灌水處理顯著提高籽粒產量、蛋白質含量以及蛋白質產量，適量灌溉能夠提高小麥籽粒產量和蛋白質產量。倪永靜[9]認為，拔節期補灌后葉面積指數顯著增加，補灌灌漿水在小麥生長后期葉面積指數增加。前人對超高產品種研究的較少，前人研究灌溉制度方面的問題多采用定量灌溉的方法，因此，本試驗選用超高產小麥品種‘煙農999’。2014年農業部專家對種植于招遠的‘煙農999’高產攻關田進行實打平均每公頃產量12255 kg，創全國小麥單產最高紀錄；2019 年‘煙農999’在安徽農業部專家實打，‘煙農999’安徽實打平均每公頃產量12279 kg，說明‘煙農999’是一個超高產品種。當地定量灌溉的基礎上，設置在播種期、拔節期和開花期依據不同的土壤目標含水量進行補充灌溉，研究其對冬小麥的籽粒產量、產量結構、光合速率及水分利用效率的影響，深入研究超高產品種的節水灌溉方案，以期為超高產小麥新品種的高產高效栽培技術及示范推廣提供一定的理論依據，促進農業的綠色可持續發展，保障國家糧食安全。

1 試驗方案

1.1 試驗設計

試驗于2016年在煙臺農科院試驗農場進行。選用試驗地前茬為夏玉米，0～20 cm耕層土壤有機質、全氮、水解氮、速效磷、速效鉀含量分別為12.08 g/kg、0.87 g/kg、61.54 mg/kg、37.48 mg/kg和73.84 mg/kg。試驗材料為煙臺農科院提供高產優質小麥‘煙農999’，基本苗225萬/hm2，每小區6行，小區面積12 m2，3次重復。施用氮肥180 kg/hm2，氮肥底施50%，追施50%。其他管理同大田。試驗設置5個水分處理，每個處理重復3次。W0全生育期不灌水，Wck為傳統灌溉，W70、W75和W80為測墑補灌的水分處理。各水分處理的補灌方法、補灌時期及補灌的土壤目標相對含水量如表1所示。

表1 各水分處理的補灌方法、補灌時期和土壤目標相對含水量

1.2 測定方法

1.2.1 產量測定方法 于小麥蠟熟期收獲，每個處理收獲6 m2，重復3次，調查穗數、穗粒數和千粒重。人工收割，用脫粒機脫粒后自然曬干，稱重，計算單位面積產量。

1.2.2 干物質測定 于小麥拔節期、開花期、成熟期進行取樣，每處理取20個單莖，重復3次.開花期和成熟期樣品分為籽粒、穗軸+穎殼、葉片、莖稈、葉鞘等。樣品于105℃殺青30 min，70℃烘至恒量，測定干物質量。計算開花期干物質轉移率和各營養器官對籽粒的貢獻率，分別見公式(1)和(2)。

1.2.3 光合速率 于開花期、花后10天、花后20天、花后30天，選擇晴天10:00—14:00用Li-6400光合儀測定光合速率。

1.2.4 水分利用效率 水分利用效率指大田每消耗1 mm水生產的作物籽粒產量，表示水分利用程度高低。水分利用效率的計算見公式(3)。

1.3 統計析

數據采用DPS統計軟件處理。

2 結果與分析

2.1 同測墑補灌處理對冬小麥產量結構的影響

由表2 可以看出，不同測墑補灌處理對產量結構三因素影響顯著。與W0 相比較，灌溉處理公頃穗數顯著高于不灌水處理。各處理之間相比較，W75＞W80＞Wck＞W70＞W0，測墑補灌處理W75最高。灌水可以顯著提高穗粒數。與傳統灌溉即對照相比較，W75 和W80 穗粒數較高，分別較對照提高9.7%、2.16%。灌溉可以顯著提高千粒重。測墑補灌處理W70、W75、W80 分別較對照傳統灌溉高出11.56%、7.16%、5.56%。總之，測墑補灌各處理的公頃穗數、穗粒數和千粒重較高。

表2 不同測墑補灌處理對產量結構的影響

2.2 不同測墑補灌處理對產量、水分利用效率因素的影響

傳統灌溉(Wck)和測墑補灌各處理產量顯著高于不灌溉處理(W0)。實收籽粒產量相比較，各處理由高到低的順序為W75、W80、W70、Wck、W0（表3），產量分別為 11438.85、11021.7、10956.45、10202.70、9246.75 kg/hm2。測墑補灌處理w70、W75、W80 籽粒產量較傳統灌溉提高7.38%、12.12%、8.02%。水分利用效率由高到低的處理分別是W75、W70、W0、W80、Wck，說明測墑補灌處理W75 既保證了‘煙農999’的豐產性，又提高了水分利用效率。

2.3 不同測墑補灌處理的葉面積指數的動態變化

合理的葉面積指數是保證小麥高產的基礎。從圖1可以看出，從拔節期至灌漿期，葉面積指數先升高后降低。處理之間相比較，拔節期葉面積指數灌溉差異不顯著。拔節期各水分處理的葉面積指數差異較大，測墑補灌處理W75 葉面積指數為7.5，顯著高于其他處理，較不灌溉處理和傳統灌溉處理提高了22.9%和8.7%，說明在合理的水分處理下，可以顯著提高‘煙農999’的葉面積指數，有利于光合同化物的積累和轉運。

表3 不同測墑補灌處理對水分利用效率的影響

2.4 不同測墑補灌處理對旗葉凈光合速率的影響

凈光合速率是衡量作物光合作用的重要指標之一。小麥開花期至花后30天，煙農999光合速率逐漸降低（圖2）。開花期灌溉處理的凈光合速率顯著高于干旱處理。測墑補灌處理W75 與其他水分處理相比較最高，開花期差異不顯著。花后10天處理W75凈光合速率顯著高于其他處理，較干旱處理和傳統灌溉處理提高了34.7%和22.6%，說明在合理的測墑補灌處理下，‘煙農999’在灌漿中后期仍然保持較高的光合速率，抗衰老性較好，能夠保持較長時間的綠葉面積，灌漿時間長，灌漿速率高，花后籽粒積累干物質較多。

2.5 不同測墑補灌處理對不同生育時期對干物質積累的影響

由表4 可以看出，各個時期冬小麥干物質積累總量，不灌水處理顯著低于灌溉處理。拔節期各灌溉處理之間差異不顯著。開花期測墑補灌處理W75 干物質積累總量最高，測墑補灌處理W75 較其他處理W70、W80、Wck、W0提高了1.7%、2.4%、9.3%、38.3%，說明灌溉可以顯著提高開花期‘煙農999’的生物產量。成熟期各灌溉處理之間干物質積累量差異不顯著。成熟期測墑補灌處理W75干物質積累總量最高，分別比傳統灌溉和干旱處理提高了9.6%、18.2%，說明測墑補灌處理W75 有利于干物質的積累和轉運。收獲指數各處理之間差異不顯著。

2.6 不同測墑補灌處理對開花期干物質轉移率的影響

由圖3可以看出，處理之間相比較，開花期葉片干物質轉移率由高到低的順序是W70、W75、W80、Wck、W0，灌溉處理顯著高于干旱處理，測墑補灌處理W75較傳統灌溉和干旱處理提高了22.5%、49.7%。開花期莖桿干物質轉移率由高到低的順序是W75、W80、W70、Wck、W0，灌溉處理顯著高于干旱處理，測墑補灌處理W75 較傳統灌溉和干旱處理提高了53.6%、23.0%。葉鞘轉移效率灌溉處理高于干旱處理，灌溉處理之間差異不顯著。穗軸+穎殼轉移效率灌溉處理高于干旱處理，灌溉處理之間差異不顯著。說明測墑補灌處理W75 有利于開花期葉片和莖桿轉移效率的提高，從而提高籽粒產量。

2.7 不同測墑補灌處理對各營養器官對籽粒貢獻率的影響

由圖4 可以看出，對籽粒的貢獻率由高到低的順序為莖桿、葉片、葉鞘、穗軸+穎殼。葉鞘對籽粒的貢獻率灌溉處理高于干旱處理，灌溉處理之間差異不顯著。穗軸+穎殼對籽粒的貢獻率灌溉處理高于不灌水處理，灌溉處理之間差異不顯著。處理之間相比較，莖桿對籽粒的貢獻率由高到低的順序是W75、W80、W70、Wck、W0，灌溉處理顯著高于不灌水處理，測墑補灌處理W75 較傳統灌溉和干旱處理提高了36.1%、10.9%。說明測墑補灌處理W75有利于灌漿期營養器官中干物質向籽粒的轉移，從而提高籽粒產量。

3 討論與結論

前人研究認為，土壤水分脅迫對冬小麥產量及產量結構和水分利用效率有顯著影響[10-12]。拔節期和開花期灌水可以提高小麥對深層土壤水分的利用，有利于籽粒產量、水分利用效率的提高[13]。與干旱處理相比，中度水分能夠增加小麥的公頃穗數、穗粒數和千粒重，延長灌漿時間，提高小麥產量。本試驗結果表明，與干旱處理相比較，傳統灌溉和測墑補灌處理提高了‘煙農999’的公頃穗數、穗粒數和千粒重。測墑補灌處理W70、W75、W80 分別較對照傳統灌溉高出11.56%、7.16%、5.56%，說明測墑灌溉處理能夠提高產量三因素公頃穗數、穗粒數和千粒重。W75測墑補灌各處理籽粒產量和水分利用效率較高，分別達到11438.85 kg/hm2、25.78 kg/(hm2·mm)，較傳統灌溉提高了12.12%、21.1%，說明測墑補灌處理W75 既保證了‘煙農999’的豐產性，又提高了水分利用效率。因此，采用測墑補灌技術，‘煙農999’的關鍵生育時期拔節期和開花期的目標土壤相對含水量為75%，然后根據土壤實際含水量進行補充灌溉，有利于提高‘煙農999’的籽粒產量和水分利用效率。

土壤水分含量對冬小麥光合特性和干物質積累和轉運有重要影響[14-16]。王淑英等[14]認為中度水分脅迫降低了細胞間的二氧化碳濃度和蒸騰速率，從而導致光合速率降低。石珊珊[17]研究認為隨灌水次數的增加，冬小麥干物質積累量以生育中期最高，后期次之，前期最低；在一定范圍內，灌水次數的增加能促進干物質的積累。本試驗研究結果表明，‘煙農999’在開花期和成熟期葉面積指數測墑補灌處理W75 干物質積累總量均最高，分別比傳統灌溉提高了9.6%、9.3%，說明測墑補灌處理W75 有利于干物質的積累和轉運。‘煙農999’在花后10 天測墑補灌處理W75 凈光合速率顯著高于其他處理，比傳統灌溉處理提高了22.6%，說明在合理的測墑補灌處理下，‘煙農999’在灌漿期仍能保持較高的光合速率，抗衰老性較好，積累干物質較多，籽粒產量較高，與前人研究結果基本一致[18]。

小麥測墑補灌節水栽培技術是根據小麥關鍵生育時期的需水特點，設定關鍵生育時期的目標土壤相對含水量，根據目標土壤相對含水量和實測的土壤含水量，利用公式計算需要補充的灌水量[19-20]。本試驗設計了5 個水分處理，包括3 個測墑補灌處理，1 個傳統灌溉處理和1 個干旱處理，傳統灌溉處理不考慮灌水前土壤含水量，采用大水漫灌，因此造成水資源的浪費，水分利用效率較低。測墑補灌處理是按需進行補充灌溉，因而既保證了籽粒產量又可以提高水分利用效率。本試驗的不足之處在于，個別水分處理會出現灌溉不均勻的現象，本試驗材料僅選用了一個超高產品種，在今后的試驗中應該選用多個超高產小麥品種來進行多方面的研究和探索。

超高產小麥新品種‘煙農999’適宜的灌溉方案是W75，即拔節期和開花期補灌至土壤相對含水量的75%。各水分處理相比較，W75 水分處理籽粒產量和水分利用效率最高，分別為11438.85 kg/hm2、25.78 kg/(hm2·mm)，比傳統灌溉處理提高了12.12%、21.2%。與傳統灌溉相比較，W75 處理的單位面積穗數、穗粒數和千粒重分別提高了0.8%、9.7%和7.2%。與傳統灌溉相比較，W75處理的凈光合速率在灌漿前期、中期和后期分別提高了22.6%、26.0%和23.5%。各處理拔節期葉面積指數差異不顯著，W75處理開花期和灌漿期的葉面積指數最高，分別為7.5和6.8，較傳統灌溉處理提高了8.7%和15.2%。說明在適宜的灌溉條件下，‘煙農999’在灌漿前期、中期和后期均可以保持較高的光合速率，光能利用效率較高。開花期和灌漿期的葉面積指數較高，說明‘煙農999’抗衰老性較好，能夠較長時間保持較高的光合面積。