減少灌水次數對河北冬性強筋小麥產量和品質的影響

郭振清，劉 添，張 敏，徐東娜，安浩軍，姚紅英，李清瑤，蔡瑞國

(1.河北省逆境生物學重點實驗室/河北科技師范學院農學與生物科技學院，河北秦皇島 066004； 2.保定市農業科學院，河北保定 072550；3.昌黎縣安山鎮農業綜合服務站，河北昌黎 066001)

河北省是我國小麥的主產區之一，對保障區域糧食安全有重要意義[1]。隨著農業的發展，小麥生產不再只追求高產，而是要產量和品質并重，強筋小麥成為近年來研究的熱點。河北省生態環境復雜，小麥生態區多樣。趙廣才等[2]將河北省劃分為5個小麥品質生態區，其中冬性強筋小麥適宜生態區為冀中北生態區和冀東生態區，但關于該地區冬性強筋小麥研究的報道甚少。

河北省冬性強筋小麥生育期較長，自然降水不能滿足其正常生長發育，需要消耗較多的灌水來滿足小麥生產[3]，地下水供應不足成為該地區限制小麥生產的重要因素。因此，發展小麥節水、高產栽培措施對目前該區小麥生產十分迫切。強筋小麥的產量和品質受基因型、生態環境和栽培技術的共同影響[4-5]。在小麥栽培技術中，灌水對小麥產量和品質起著重要作用。灌水量對小麥光合特性具有調節作用，水分虧缺會降低葉片光合速率，過高則會加速葉片衰老[6-7]。小麥在拔節期適當灌水有利于促進干物質積累，花后適當減少灌水能提高干物質向籽粒中的轉運效率[8-9]；合理的灌水模式能夠提高小麥籽粒產量和水分利用效率[10]；鄭成巖等[11]研究指出，底水+拔節水各灌溉60 mm的處理下小麥能獲得高產，并且灌溉水利用率也較高。研究還發現，適宜的灌水運籌可提高小麥籽粒容重、濕面筋含量、蛋白質含量和沉降值等品質指標[12]。前人關于水分對河北中筋小麥影響的研究較多，但關于生態環境和灌水次數對河北冬性強筋小麥產量和品質的調控效應鮮見報道。

本試驗以冬性強筋小麥農優3號和中麥998為材料，分別在冀中北和冀東生態區設置相同灌水次數處理，研究灌水次數對冬性強筋小麥產量和品質的調控效應，以期為河北省不同生態區冬性強筋小麥品種適宜灌水次數的選擇提供理論依據和技術參考。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗于2017-2018年分別在秦皇島市昌黎縣賈莊大田(118°58′E，39°42′N)和保定市農業科學院徐水科研基地(115°65′E，39°02′N)進行。圖1是兩個生態區試驗期間溫度和降雨，表1是試驗地基礎地力情況。供試品種為強筋小麥品種農優3號和中麥998。昌黎大田于2017年10月14日播種，徐水基地于2017年10月16日播種。試驗采用隨機區組設計，設置3個灌水次數分別為：CK：越冬水+拔節水+開花水；W2：越冬水+拔節水；W1：越冬水，每次灌水量為600 m3·hm-2。基本苗450×104株·hm-2，小區長6 m，寬3 m，行距為15 cm，3次重復。基肥于播種前統一撒施后翻地，氮肥、磷肥、鉀肥各120 kg·hm-2，三葉期定苗，拔節前統一追施氮肥120 kg·hm-2。徐水基地于2018年6月11日收獲，昌黎大田于2018年6月20日收獲。

1.2 測定項目與方法

1.2.1 葉面積指數測定

于小麥孕穗期取1 m雙行內的小麥全部葉片，用葉面積儀(LI-3100C,USA)測定葉面積，并計算葉面積指數(LAI)。LAI=單莖葉面積× 1 hm2總莖數/10 000。3次重復。

1.2.2 植株干物質積累量測定和收獲指數計算

于小麥完熟期，每處理隨機選取1 m雙行內的全部地上部分，將籽粒分離，105 ℃殺青30 min，65 ℃烘干，測定植株樣品和籽粒重。干物質積累=植株營養器官重+籽粒重；收獲指數=籽粒重/干物質積累量×100%。3次重復。

表1 試驗地土壤基礎地力情況Table 1 Soil nutrient at experimental plots

1.2.3 產量及產量構成因素測定

完熟期每處理選取1 m2樣點，統計取樣方內穗數，隨機取30個麥穗測穗粒數，自然曬干后測千粒重和實際產量。3次重復。

1.2.4 籽粒品質測定

按國家糧食標準(GB-1351-78)，用上海東方衡器有限公司產的HGT-1000型容重器測量籽粒容重[2]；用半微量凱氏定氮法測定籽粒蛋白質含量；濕面筋含量采用瑞典波通儀器公司2200型面筋儀，參照AACC38-2方法進行測定；穩定時間的測定用德國Brabender公司的粉質儀，按AACC56-21方法測定[13]。

1.3 數據處理

用Excel 2010和DPS(Data Processing System)7.05 進行數據處理和作圖。

2 結果與分析

2.1 不同灌水次數對小麥葉面積指數的影響

圖2表明，灌水次數和環境均會對供試小麥的葉面積指數造成影響。相同環境下，與 CK 處理相比，W2處理下兩個小麥品種孕穗期葉面積指數未有顯著變化；W1處理下葉面積指數顯著低于其他處理(P<0.05)。從環境條件看，CK和W2處理下，兩個小麥品種在徐水試點的葉面積指數均明顯高于昌黎試點；W1處理下，兩個品種在兩個試點的葉面積指數差異不明顯。從品種適應性的角度來看，農優3號的葉面積指數在兩地之間的差異相對較小，而中麥998的葉面積指數在兩地之間的差異較大。

2.2 不同灌水次數對小麥干物質積累量的影響

由圖3可知，灌水次數對小麥的干物質積累量具有顯著影響(P<0.05)。不同處理下兩個小麥品種干物質積累量的變化趨勢一致，隨灌水次數減少，小麥干物質積累呈下降趨勢；3個不同灌水處理間差異均達到顯著水平。環境間比較，兩個品種成熟期在徐水試點的干物質積累量均高于昌黎試點。

2.3 不同灌水次數對小麥收獲指數的影響

環境條件與灌水次數對小麥的收獲指數均具有顯著影響(P<0.05)。圖4表明，減少灌水次數對兩個品種在不同環境中的影響不盡相同，在徐水點，兩個品種的收獲指數在不同灌水處理間差異均不顯著；在昌黎點，農優3號隨灌水次數的減少收獲指數逐漸提高，處理間差異顯著；中麥998的收獲指數在W2處理下最高，且顯著高于其他兩個處理。環境間比較，農優3號在徐水試點的收獲指數高于在昌黎試點；而中麥998在昌黎試點的收獲指數高于在徐水試點。

2.4 不同灌水次數對小麥產量及其構成因素的 影響

由表2可知，環境和灌水次數對冬性強筋小麥產量及產量構成要素有顯著影響(P<0.05)。減少灌水次數造成供試小麥穗數、穗粒數和千粒重均顯著減少，導致產量顯著降低。同一灌水處理品種間比較，徐水試點農優3號的產量較高，而昌黎試點中麥998的產量較高(W1處理除外)。與CK相比，灌水次數減少到W2時，穗數變化不顯著，灌水次數減少到W1時，穗數顯著降低；穗粒數、千粒重和產量均隨著灌水次數的減少顯著降低，且處理間差異均達到顯著水平。兩個品種在徐水試點的穗數和穗粒數水平高于昌黎試點；而在昌黎試點的千粒重水平高于徐水試點。

表2 不同灌水次數對小麥產量及其構成因素的影響Table 2 Effect of different irrigation frequency on yield and its components of wheat

2.5 不同灌水次數對小麥籽粒品質的影響

由表3可知，按照國家強筋小麥標準(GB/T 17892-1999)，昌黎試點的2個強筋小麥品種和徐水試點的中麥998各項指標均達到了強筋小麥的標準(容重≥770 g·L-1；穩定時間≥7.0 min)。就籽粒容重而言，隨灌水次數減少，農優3號在徐水試點表現為顯著上升，在昌黎試點以W2處理最高，且處理間差異均顯著；中麥998在徐水試點以W2處理最高，在昌黎試點以W1處理最高，但兩個品種在W2與W1處理間均無顯著差異。隨灌水次數減少，農優3號和中麥998的蛋白質含量和穩定時間在兩個試點均表現為顯著上升趨勢，蛋白質含量在處理間差異均顯著，穩定時間則兩品種的W2與W1處理間差異均未達到顯著水平。隨灌水次數減少，農優3號的濕面筋含量在徐水試點表現為上升趨勢，在昌黎試點表現為下降趨勢，且兩試點的CK和W2處理間均無顯著差異；中麥998在兩試點表現為下降趨勢且在昌黎點各處理間差異達到顯著水平。隨灌水次數減少，農優3號和中麥998在兩試點沉降值表現為先升高后降低的趨勢(農優3號在昌黎點除外)，且兩品種的W1和W2處理在徐水試點和昌黎試點均表現出顯著差異。整體而言，減少灌水次數有利于強筋小麥多數品質參數的提高，且在W2處理下，小麥籽粒品質表現為昌黎試點更優。

3 討 論

3.1 灌水次數對冬性強筋小麥葉面積指數和干物質積累的影響

本研究發現，徐水試點強筋小麥的葉面積指數明顯高于昌黎試點，可能與徐水試點的平均溫度較高、且拔節期至抽穗期的降雨量多(圖1)有關，這與前人研究結果基本一致。葉面積指數(LAI)反映了光合群體的結構與大小，具有良好葉面積的小麥群體是保證產量的前提。崔 月等[14]研究表明，灌水能夠提高葉面積指數。張向前等[15-16]研究表明，拔節期和抽穗期灌水對提高小麥光合速率效果明顯。光合作用的產物是干物質，其積累與轉運直接影響小麥產量[17]。張作為等[18]研究表明，增加灌水能明顯提高小麥花后干物質積累量。本研究發現，隨著灌水次數的減少，小麥干物質積累量逐漸減少，與前人研究結果基本一致。與CK比較，W1處理兩個冬性強筋小麥葉面積指數則顯著下降，但W2處理葉面積指數未達到顯著差異。

3.2 灌水次數對冬性強筋小麥產量及產量構成因素的影響

強筋小麥產量受灌水量的影響，水分過多或過少對產量均不利[8-10]。在一定范圍內,隨灌水次數的增加產量水平逐漸提高[19-20]。吳金芝等[21]研究表明，限量灌水對小麥穗數和穗粒數的影響較小，且能促進干物質向籽粒的轉運。丁錦峰等[22]研究表明，拔節期和花后漬水對穗數影響較小，但對穗粒數和千粒重不利。冀中北麥區和冀東麥區的越冬期時間長，穗分化時間短，節水灌溉的條件下，澆拔節水有利于提高小麥有效穗數。本研究結果表明，兩個冬性強筋小麥的穗數在W1處理下顯著降低，W2處理與CK差異不顯著，而穗粒數、千粒重和產量均隨著灌水次數的減少而逐漸降低，與前人研究結果基本一致。

表3 不同灌水次數對小麥籽粒品質的影響Table 3 Effect of different irrigation frequency on grain quality of wheat

3.3 灌水次數對冬性強筋小麥籽粒品質的影響

不同強筋小麥品質受環境條件影響程度有所差異[4]。前人研究表明，適當減少灌水可使強筋小麥濕面筋含量和沉降值有所提高[23-24]。灌水會影響小麥籽粒蛋白質水平，灌水過多會降低蛋白質含量[25-26]。本研究結果表明，灌水次數和冬性強筋小麥籽粒蛋白質含量的變化趨勢呈負相關，與前人研究結果一致。從籽粒容重、蛋白質含量和穩定時間等品質指標綜合來看，隨著灌水次數的減少，兩個冬性強筋小麥品質表現越好，但W2處理和W1處理大多被測指標無顯著差異(表3)。綜合各項指標，在河北冬性強筋小麥種植區可以選用灌越冬水和拔節水，以便協調其籽粒產量和品質。