水分處理對冬小麥產(chǎn)量和水分利用效率的影響

張學(xué)品，馮偉森，丁志強(qiáng)，吳少輝，顧晶晶，田文仲

（洛陽市農(nóng)林科學(xué)院，河南 洛陽 471022）

小麥?zhǔn)鞘澜缟现饕募Z食作物之一，全生育期需水量為540 mm，降水滿足率為55.9%～86.4%[1]，需1～3次灌溉才能達(dá)到豐產(chǎn)增收的目的[2]。干旱缺水是制約小麥高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的主要因素之一。在水資源嚴(yán)重短缺的情況下，發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)、提高水分利用效率是小麥生產(chǎn)的中心目標(biāo)，也是迫切需要解決的問題[3-8]。篩選和種植節(jié)水新品種是提高小麥水分利用效率最重要的措施[9]。其次，隨著自然條件的變化和小麥節(jié)水新品種的不斷出現(xiàn)，探明水分對不同小麥水分利用效率的影響非常必要。張永麗等[10]研究結(jié)果表明，灌水量和灌水時(shí)期對小麥水分利用效率和產(chǎn)量具有顯著影響。在小麥適宜生育時(shí)期進(jìn)行適當(dāng)灌溉，能夠顯著提高小麥水分利用效率，增強(qiáng)小麥抗旱能力[11-13]。調(diào)虧灌溉可以提高水分利用效率，從而實(shí)現(xiàn)小麥節(jié)水增產(chǎn)增效[14]；但是灌水量超過一定范圍不僅對提高籽粒產(chǎn)量無益，還會降低水分利用效率，如何在有限灌溉條件下提高作物的產(chǎn)量和水分利用效率是亟待解決的問題。

本研究選取黃淮冬麥區(qū)近年來通過國家或河南省審定的小麥新品種18個(gè)，研究灌水處理對冬小麥水分利用效率、籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的影響，探明不同品種最適合的種植區(qū)域，為充分發(fā)揮小麥產(chǎn)量潛力和區(qū)域農(nóng)業(yè)水資源節(jié)約利用提供技術(shù)支撐。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2017—2018年度在洛陽農(nóng)林科學(xué)院區(qū)域試驗(yàn)站進(jìn)行。試驗(yàn)站地處東經(jīng)112°29'13"，北緯34°38'7"，種植模式為一年一熟。試驗(yàn)地土層深厚，地勢平坦，土壤為壤質(zhì)。小麥生育期氣象條件如表1所示，降水量為339.4 mm。

表1 2017—2018年度小麥生育期氣象條件Tab.1 The meteorological condition during the wheat growing period in 2017-2018

1.2 試驗(yàn)材料

供試小麥品種共18個(gè)，其中，旱地品種5個(gè)（洛旱19、洛旱22、西農(nóng)219、中麥36和中麥175），水地品種13個(gè)（洛麥26、存麥5號、周麥32、百農(nóng)207、周麥27、鄭麥136、鄭麥7698、中麥895、新科麥169、安農(nóng)0711、良星99、華成3366和淮麥33）。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)3個(gè)處理，即全生育期不灌水（W0）、灌拔節(jié)水（W1）和灌拔節(jié)水+開花水（W2），灌水量控制在900 m3/hm2。采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，灌水次數(shù)為主區(qū)，品種為副區(qū)，隨機(jī)排列，3次重復(fù)。人工精播耬播，小區(qū)面積為7.5 m2，20 cm等行距種植。在2017年6—9月小麥休閑期種植田青，8月中旬將田青打碎做綠肥，深翻掩底。9月上旬整體機(jī)耕，施地星150 kg/hm2防治地下害蟲，施用復(fù)合肥450 kg/hm2。10月18日播種，播種量210 kg/hm2，基 本 苗225萬/hm2。

1.4 測定項(xiàng)目及方法

1.4.1 產(chǎn)量相關(guān)性狀成熟時(shí)分小區(qū)實(shí)收計(jì)產(chǎn)，計(jì)算單位面積籽粒產(chǎn)量。利用萬深SC-G型自動種子考種分析儀測量千粒質(zhì)量。收獲期每個(gè)品種取10株，調(diào)查成穗數(shù)、穗粒數(shù)、主莖穗長、結(jié)實(shí)小穗數(shù)和不孕小穗數(shù)。

1.4.2 水分利用效率采用烘干法測定播種前及收獲后0～200 cm土壤水分含量。按王育紅等[15]的方法計(jì)算水分利用效率（WUE）。

1.5 數(shù)據(jù)分析

以成熟期不同品種小麥的籽粒產(chǎn)量和水分利用效率為指標(biāo)，用SPSS 23.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)化，根據(jù)歐氏距離的大小，運(yùn)用最長距離法，對供試品種作聚類分析。采用Microsoft Excel 2003處理數(shù)據(jù)、圖表，SPSS 23.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 灌水處理對不同小麥品種產(chǎn)量及其構(gòu)成因素和水分利用效率的方差分析

從表2可以看出，灌水處理下小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素和水分利用效率在品種間、灌水處理間、品種和灌水處理交互作用中均存在極顯著差異。

表2 不同品種灌水處理下產(chǎn)量及其構(gòu)成因素方差分析（F值）Tab.2 The analysis of variance of yield and yield components of different varieties under irrigation treatments（F value）

2.2 灌水處理對不同小麥品種產(chǎn)量的影響

由表3可知，隨著灌水次數(shù)的增加，參試品種的產(chǎn)量均有不同程度的增加，從不同處理產(chǎn)量來看，W2、W1和W0處理 間均存在顯著差異，W2和W1處理間差異不顯著，W2的產(chǎn)量較W1處理提高1.56%，W1較W0處 理 提 高20.64%，W2較W0提高22.52%。但相同水分處理?xiàng)l件下不同品種的產(chǎn)量差異卻不盡相同。

表3 18個(gè)品種在不同灌水處理下的產(chǎn)量差異Tab.3 The yield differences of 18 varieties under different irrigation treatments kg/hm2

W0處理的平均產(chǎn)量為6 027.15 kg/hm2，洛旱22的產(chǎn)量最高，為6 895.83 kg/hm2，其次是良星99（6 722.50 kg/hm2），周麥32產(chǎn)量（6 611.39 kg/hm2）位居第3，3個(gè)品種間差異不顯著。

W1處理的平均產(chǎn)量為7 271.40 kg/hm2，周麥27產(chǎn)量最高，為8 127.78 kg/hm2，其次為百農(nóng)207、淮麥33、洛麥26、洛旱22和存麥5號，產(chǎn)量分別為8 046.67、7 871.94、7 817.50、7 786.11、7 574.72 kg/hm2，各品種間產(chǎn)量差異不顯著。

W2處理的平均產(chǎn)量為7 384.65 kg/hm2，周麥32的產(chǎn)量最高，為8 234.44 kg/hm2，其次為存麥5號（8 048.61 kg/hm2），鄭麥136產(chǎn)量（7 761.67 kg/hm2）位居第3，各品種間產(chǎn)量差異不顯著。

2.3 灌水處理對不同小麥品種產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

18個(gè)品種不同灌水處理下的產(chǎn)量三因素差異如表4所示。

表4 18個(gè)品種不同灌水處理下的產(chǎn)量三因素差異Tab.4 The differences in three yield factors of 18 varieties under different irrigation treatments

續(xù)表4 18個(gè)品種不同灌水處理下的產(chǎn)量三因素差異Tab.4（Continued）The differences in three yield factors of 18 varieties under different irrigation treatments

從表4可以看出，隨著灌水次數(shù)的增加，成穗數(shù)和穗粒數(shù)均有不同程度的增加。從成穗數(shù)來看，W1、W2和W0處理間均存在顯著差異，W1和W2處理間差異不顯著。W2和W1處理分別較W0處理 增 加70.95萬、74.25萬 穗/hm2，分 別 提 高 了13.17%和13.78%。從穗粒數(shù)均值來看，3個(gè)處理間差異顯著，W2和W1處理分別較W0處理增加2.76、1.08粒，分別提高了11.27%和4.41%。從千粒質(zhì)量均值來看，W0和W1、W2處理間差異顯著，W1和W2處 理 間 差 異 不 顯 著，W0處 理 較W1、W2處理分 別 增加5.66、5.33 g，提 高 了12.77%和11.94%。

2.4 灌水處理對不同小麥品種水分利用效率的影響

18個(gè)品種不同灌水處理下水分利用效率的差異如表5所示。

表5 18個(gè)品種不同灌水處理下水分利用效率的差異Tab.5 The differences in water use efficiency of 18 varieties under different irrigation treatments kg/m3

從表5可以看出，3個(gè)灌水處理間水分利用效率差異顯著。W2處理的平均水分利用效率為1.013 9 kg/m3，W1處理為1.181 7 kg/m3，W0處理為1.147 9 kg/m3，W1處理的水分利用效率最高，分別較W2和W0處理提高16.55%和2.95%。W2處理?xiàng)l件下，周麥32、存麥5號、洛麥26的水分利用效率較高，分別是1.129 0、1.102 5、1.057 7 kg/m3，3個(gè)品種間差異不顯著。W1處理?xiàng)l件下，周麥27、洛旱22和百農(nóng)207的水分利用效率較高,分別是1.317 8、1.312 8、1.309 4 kg/m3，3個(gè)品種間差異不顯著。W0處理?xiàng)l件下，洛旱22、周麥32和存麥5號的水分利用效率較高，分別為1.370 6、1.293 0、1.270 3 kg/m3，3個(gè)品種間差異不顯著。

2.5 灌水處理對不同小麥品種穗部性狀的影響

從表6可以看出，隨著灌水次數(shù)的增加，18個(gè)小麥品種的不孕小穗數(shù)逐漸降低，3個(gè)處理間差異顯著，W2和W1處理分別較W0處理減少了0.59、0.43個(gè)，較W0處理分別減少了20.85%、15.19%。結(jié)實(shí)小穗數(shù)隨灌水次數(shù)的增加均有不同程度的增加，W2、W1與W0處理間均存在顯著差異，W2和W1處理間差異不顯著,W2和W1處理分別較W0處理增加0.69、0.79個(gè)，較W0處理增加了5.38%、6.16%。穗長3個(gè)處理間差異不顯著。

表6 18個(gè)品種不同灌水處理下穗部性狀的差異Tab.6 The differences of ear traits of 18 varieties under different irrigation treatments

2.6 不同灌水處理下，供試小麥品種產(chǎn)量和WUE聚類分析

2.6.1 W0處理下，供試小麥品種產(chǎn)量和WUE聚類分析在W0處理?xiàng)l件下，依據(jù)產(chǎn)量和水分利用效率2個(gè)因子對供試品種進(jìn)行聚類分析，在歐氏距離1.77處，將參試材料分為3組，結(jié)果如圖1所示。第Ⅰ組：共7份材料，其中，旱肥地品種1份（洛旱22）；水肥地品種6份（存麥5號、淮麥33、周麥32、鄭麥136、百農(nóng)207和良星99）。這部分品種可以歸為節(jié)水高產(chǎn)型，在旱肥地條件下有一定的抗旱節(jié)水能力和高產(chǎn)潛力，可以作為我國黃淮麥區(qū)節(jié)水灌溉地區(qū)主要推廣的小麥品種。第Ⅱ組：共4份材料，分別為洛旱19、新科麥169、洛麥26、周麥27。第Ⅲ組：共7份材料，分別為西農(nóng)219、鄭麥7698、安農(nóng)0711、中麥36、中麥895、中麥175和華成3366。

圖1 供試品種W0處理下聚類分析Fig.1 The cluster analysis of the tested varieties under the treatment of W0

2.6.2 W1處理下，供試小麥品種產(chǎn)量和WUE系統(tǒng)聚類分析W1處理?xiàng)l件下，以產(chǎn)量和水分利用效率為指標(biāo)，對供試品種進(jìn)行聚類分析，在歐氏距離3.01處，將參試材料分為2組。第Ⅰ組：共14份材料，分別為洛旱19、鄭麥7698、存麥5號、鄭麥136、華成3366、周麥32、新科麥169、良星99、安農(nóng)0711、洛旱22、洛麥26、淮麥33、百農(nóng)207和周麥27。這部分品種有一定的節(jié)水性和豐產(chǎn)性，適合在灌溉條件不充分的黃淮麥區(qū)推廣種植。第Ⅱ組：共4個(gè)材料（西農(nóng)219、中麥895、中麥36和中麥175）（圖2）。

圖2 供試品種W1處理下聚類分析Fig.2 The cluster analysis of the tested varieties under the treatment of W1

2.6.3 W2處理下，供試小麥品種產(chǎn)量和WUE系統(tǒng)聚類分析在W2處理?xiàng)l件下，依據(jù)產(chǎn)量和水分利用效率2個(gè)因子對供試品種進(jìn)行聚類分析，在歐氏距離2.89處，將參試材料分為2組，如圖3所示。

圖3 供試品種W2處理下聚類分析Fig.3 The cluster analysis of the tested varieties under the treatment of W2

第Ⅰ組：共9個(gè)材料（洛麥26、鄭麥136、鄭麥7698、中麥175、百農(nóng)207、淮麥33、新科麥169、存麥5號和周麥32）。這9個(gè)品種可以歸為高產(chǎn)類型，在水肥地條件下，具有一定的高產(chǎn)潛力，可以作為黃淮麥區(qū)主要推廣的高產(chǎn)品種。第Ⅱ組：共9個(gè)材料（洛旱19、洛旱22、周麥27、中麥895、良星99、西農(nóng)219、中麥36、安農(nóng)0711和華成3366）。

2.6.4 不同處理?xiàng)l件下，供試小麥品種產(chǎn)量和WUE系統(tǒng)聚類分析灌水處理下，綜合產(chǎn)量和綜合WUE條件進(jìn)行聚類分析，在歐氏距離5.20處，將參試材料分為2組，結(jié)果如圖4所示。

圖4 供試品種聚類分析Fig.4 The cluster analysis of the tested varieties

第Ⅰ組：共12個(gè)品種（洛旱19、周麥27、洛旱22、良星99、百農(nóng)207、淮麥33、洛麥26、鄭麥7698、新科麥169、存麥5號、鄭麥136和周麥32）。這部分品種屬于節(jié)水高產(chǎn)型，產(chǎn)量潛力大。第Ⅱ組：共6個(gè)材料（西農(nóng)219、中麥36、安農(nóng)0711、華成3366、中麥175和中麥895）。

3 結(jié)論與討論

有研究表明，水分利用效率受作物類型、氣候、土壤、年降水量等因素的影響[16]。也有研究表明，隨著灌水量的不斷增加，水分利用效率表現(xiàn)為先增加后下降[17-18]。本研究結(jié)果表明，3個(gè)處理間水分利用效率差異顯著，隨著灌水次數(shù)的增加，水分利用效率先增加后下降。水分利用效率以W1處理最大，分別較W2和W0處理提高16.55%和2.95%。這說明灌水量過大會導(dǎo)致小麥后期生長無效蒸散過大，小麥的水分利用效率降低。

有研究表明，千粒質(zhì)量隨灌水次數(shù)的增加逐漸下降，成穗數(shù)隨灌水次數(shù)的增加逐漸增加[19]。趙廣才等[20]研究認(rèn)為，隨灌水次數(shù)的增加，產(chǎn)量構(gòu)成因素更加協(xié)調(diào)一致，產(chǎn)量極顯著提高。本研究結(jié)果表明，參試品種的產(chǎn)量平均值隨灌水次數(shù)的增加而增加，W2、W1與W0處理 間均存在顯著差異，W2和W1處理間差異不顯著；W2處理的產(chǎn)量較W1處理提高1.56%，W1處理較W0處理提高20.64%，W2處理較W0處理提高22.52%。洛旱19、洛旱22、洛麥26、百農(nóng)207、周麥27、安農(nóng)0711、良星99、華成3366、淮麥33等9個(gè)品種均在W1處理下產(chǎn)量最高，其余9個(gè)品種在W2處理?xiàng)l件下產(chǎn)量最高。說明灌水次數(shù)對冬小麥籽粒產(chǎn)量有明顯的影響，但對不同品種的影響不盡相同。

隨灌水量的增加，不同品種水分利用效率和產(chǎn)量變化趨勢也不同，產(chǎn)量和水分利用效率有一個(gè)最佳結(jié)合值[21]。在水資源有限的條件下，通過優(yōu)化灌溉次數(shù)和灌水量可以達(dá)到增產(chǎn)、節(jié)水的目的。當(dāng)前篩選并種植節(jié)水灌溉條件下產(chǎn)量潛力高的小麥品種，是實(shí)現(xiàn)節(jié)水高產(chǎn)的最有效途徑之一，對緩解水資源缺乏具有非常重要的意義[22-25]。通過對黃淮麥區(qū)18個(gè)供試小麥品種進(jìn)行篩選，研究灌水處理對冬小麥水分利用效率、籽粒產(chǎn)量的影響，結(jié)合不同處理?xiàng)l件下參試品種的聚類分析，結(jié)果表明，在黃淮冬麥區(qū)實(shí)際生產(chǎn)中，可根據(jù)實(shí)際灌溉條件選擇適宜的小麥品種和灌溉次數(shù)。旱肥地條件下，推薦洛旱22、良星99、淮麥33、百農(nóng)207、洛旱19。節(jié)水灌溉條件下，推薦周麥27、百農(nóng)207、淮麥33、洛麥26、洛旱22、洛旱19，結(jié)合節(jié)水、高產(chǎn)栽培技術(shù)措施，減少灌溉費(fèi)用，降低成本，保護(hù)環(huán)境，并保證糧食產(chǎn)量。高水肥地條件下，推薦種植周麥32、存麥5號、鄭麥136、鄭麥7698、中麥895和新科麥169，有利于發(fā)揮品種的高產(chǎn)潛力。本研究只進(jìn)行了1個(gè)年度的試驗(yàn)，所得試驗(yàn)結(jié)果可能有一定的局限性。因此，今后有必要對黃淮麥區(qū)審定的小麥品種進(jìn)行篩選研究，找準(zhǔn)品種最適合的種植區(qū)域，為加速小麥新品種的示范推廣以及配套栽培技術(shù)提供科學(xué)依據(jù)。