滴灌量對冬小麥干物質(zhì)積累、灌漿和籽粒產(chǎn)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(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院，北京100193；2.新疆農(nóng)業(yè)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(chǎn)省區(qū)之一。據(jù)統(tǒng)計，2014年新疆地區(qū)小麥單產(chǎn)為5 622.4 kg ·hm-2，高于全國平均水平[1]。近年來，新疆小麥產(chǎn)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(shù)的持續(xù)優(yōu)化，其中滴灌技術(shù)的應用發(fā)揮了重要作用。這項技術(shù)具有節(jié)水、省工、增產(chǎn)、保持土壤結(jié)構(gòu)等諸多優(yōu)點，已在新疆麥區(qū)大面積推廣[2]。然而，在滴灌技術(shù)推廣過程中，一些諸如滴灌方式不規(guī)范、滴水量過大、滴水次數(shù)偏多等問題隨之產(chǎn)生，從而使滴灌小麥產(chǎn)量、經(jīng)濟效益潛力未能充分挖掘。因此，如何進一步優(yōu)化滴灌小麥灌溉制度，明確其高產(chǎn)高效的適宜灌水限額就顯得十分重要。目前，關(guān)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(jié)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(zhì)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(xiàn)更優(yōu)[3]；不同灌溉模式下，不灌水處理雖然有利于花前干物質(zhì)向籽粒的轉(zhuǎn)運，但不利于花后干物質(zhì)積累，對籽粒產(chǎn)量形成不利，而灌水處理則能顯著提高開花后干物質(zhì)對籽粒的貢獻率[4]。相比于冬水+拔節(jié)水+開花水+灌漿水(灌水量240 mm)的灌水模式，拔節(jié)水+開花水(灌水量120 mm)處理的灌水模式與小麥需水規(guī)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(shù)及干物質(zhì)積累量[7]。不同灌溉調(diào)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(fā)現(xiàn)，增加小麥滴灌次數(shù)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(shù)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(chǎn)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(guān)，但目前的研究鮮有分析滴灌小麥植株距離滴管遠近對產(chǎn)量的影響，而了解行間差異對于科學配置滴管間距、優(yōu)化調(diào)控群體性能具有重要意義。本研究在北疆麥區(qū)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(zhì)積累、灌漿及產(chǎn)量形成特點，以期為滴灌小麥生產(chǎn)技術(shù)提升提供理論指導。

1 試驗材料

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2012-2013年在新疆農(nóng)業(yè)科學院瑪納斯農(nóng)業(yè)試驗站進行。試驗區(qū)域?qū)贉貛Т箨懶愿珊蛋敫珊禋夂騾^(qū)，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(zhì)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(shè)計

在大田滴灌條件下，設(shè)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(jié)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(tǒng)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(qū)面積54 m2(5.4 m×10 m)，滴管鋪設(shè)方式為1管6行(即滴管間距90 cm，其間6行小麥)。為防止?jié)B漏，小區(qū)間留1.8 m防滲帶。播前結(jié)合整地基施純氮97.125 kg·hm-2和P2O5138.0 kg·hm-2，拔節(jié)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(cè)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(zhì)積累量測定

于孕穗期、開花期、灌漿期、成熟期，每小區(qū)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(shù)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(shù)(開花日計t=0)；y為花后1 000個籽粒的質(zhì)量(g)；k為1 000個籽粒質(zhì)量理論最大值(g)；a和b為相關(guān)參數(shù)。

1.3.3 測產(chǎn)與考種

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

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2013和Spss 16.0等統(tǒng)計軟件處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同滴灌量下小麥干物質(zhì)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(zhì)累積量均表現(xiàn)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(zhì)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(zhì)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(xiàn)時間不同。高、中水量處理日增量峰值均出現(xiàn)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(xiàn)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(xù)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(xiàn)為近管行高于遠管行。

圖2 不同處理冬小麥粒重動態(tài)變化

圖3 不同處理冬小麥籽粒灌漿速率動態(tài)變化

2.3 不同滴灌量下小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素、收獲指數(shù)灌溉水分利用效率的行間差異

冬小麥產(chǎn)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(chǎn)8.14%和26.30%，但高水量與中水量處理之間產(chǎn)量構(gòu)成各因素均差異不顯著(表3)。隨灌水的減少，小麥生物產(chǎn)量降低，但收獲指數(shù)沒有顯著變化或呈現(xiàn)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(chǎn)量沒有明顯差異，但在低水量條件下，近管行的生物產(chǎn)量、籽粒產(chǎn)量和收獲指數(shù)均顯著高于遠管行，產(chǎn)量因素中穗粒數(shù)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(shù)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(shù)的影響Table 1 Effects of different treatments on grain filling parameters of wheat

T：持續(xù)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(chǎn)量及其構(gòu)成、收獲指數(shù)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(zhì)積累與分配有顯著影響[9]。小麥拔節(jié)期后保持適宜的土壤含水量有利于增加干物質(zhì)積累量和籽粒產(chǎn)量[10]；而開花后漬水或干旱時，小麥植株干物質(zhì)積累量和產(chǎn)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(zhuǎn)運，提高收獲指數(shù)[13]。本研究結(jié)果則表明，在滴灌條件下，小麥產(chǎn)量表現(xiàn)為高水量>中水量>低水量，隨灌水量的降低，小麥收獲指數(shù)維持穩(wěn)定或呈升高趨勢，但生物產(chǎn)量顯著下降，說明產(chǎn)量的降低主要是由于干物質(zhì)積累量的減少而引起的。中水量處理下由于其收獲指數(shù)較高，最終籽粒產(chǎn)量與高水量處理差異很小。

粒重是小麥重要產(chǎn)量因素，灌漿期是小麥粒重形成的關(guān)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(jié)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(xù)缺水時籽粒灌漿持續(xù)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(jié)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(xù)時間，但灌漿速率并沒有明顯降低。

滴灌條件下依靠滴水側(cè)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(chǎn)量。在本試驗中三個供水量處理下小麥產(chǎn)量均表現(xiàn)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(chǎn)量劣勢。

有研究表明，小麥籽粒產(chǎn)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(chǎn)物向籽粒的分配顯著降低，從而造成減產(chǎn)[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(chǎn)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(jié)果，我們認為，在現(xiàn)行滴管配置模式下，采用中水量灌溉可調(diào)控小麥群體均勻生長，消減行間差異，并獲得高產(chǎn)和高水分利用效率。

參考文獻：

[1] 國家統(tǒng)計局.2015年中國統(tǒng)計年鑒[M].北京:中國統(tǒng)計出版社,2015.

National Bureau of Statistics.China statistical yearbook of 2015 [M].Beijing:China Statistical Press,2015.

[2] 王冀川,高 山,徐雅麗,等.新疆小麥滴灌技術(shù)的應用與存在問題[J].節(jié)水灌溉,2011(9):26.

WANG J C,GAO S,XU L Y,etal.Application and existing problems of wheat drip irrigation technique in Xinjiang [J].WaterSavingIrrigation,2011(9):26.

[3] 張 瑞,于振文,張永麗,等.越冬期測墑補灌對小麥耗水特性和光合有效輻射截獲利用的影響[J].應用生態(tài)學報,2017,28(3):877.

ZHANG R,YU Z W,ZHANG Y L,etal.Effects of supplemental irrigation by measuring soil moisture on water consumption characteristics and radiation utilization in wheat [J].ChineseJournalofAppliedEcology,2017,28(3):877.

[4] 楊麗娟,李曉航,盛 坤,等.灌水模式對不同小麥品種干物質(zhì)積累、分配和產(chǎn)量的影響[J].中國農(nóng)學通報,2017,33(5):10.

YANG L J,LI X H,SHENG K,etal.Effects of irrigation mode on dry matter accumulation and allocation and yield of wheat varieties [J].ChineseAgriculturalScienceBulletin,2017,33(5):10.

[5] 王德梅,于振文.灌溉量和灌溉時期對小麥耗水特性和產(chǎn)量的影響[J].應用生態(tài)學報,2008,19(9):1965.

WANG D M,YU Z W.Effects of irrigation amount and stage on water consumption characteristics and grain yield of wheat[J].ChineseJournalofAppliedEcology,2008,19(9):1965.

[6] 張 娜,張永強,李大平,等.滴灌量對冬小麥光合特性及干物質(zhì)積累過程的影響[J].麥類作物學報,2014,34(6):801.

ZHANG N,ZHANG Y Q,LI D P,etal.Effect of drip irrigation amount on photosynthesis characteristics and dry matter accumulation of winter wheat [J].JournalofTriticeaeCrops,2014,34(6):801.

[7] 薛麗華,胡 銳,賽力汗,等.滴灌量對冬小麥耗水特性和干物質(zhì)積累分配的影響[J].麥類作物學報,2013,33(1):78.

XUE L H,HU R,SAI L H,etal.Effect of different amount of drip irrigation on water consumption characteristics and dry matter accumulation and distribution in winter-wheat [J].JournalofTriticeaeCrops,2013,33(1):78.

[8] 薛麗華,謝小清,段麗娜,等.滴灌次數(shù)對冬小麥根系生長及時空分布的影響[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2014,32(6):1.

XUE L H,XIE X Q,DUAN L N,etal.Effect of drip irrigation on growth,temporal and spatial distribution of root of winter wheat [J].AgriculturalResearchintheAridAreas,2014,32(6):1.

[9] ZIAEI A N,SEPASKHAH A R.Model for simulation of winter wheat yield under dry land and irrigated conditions [J].AgriculturalWaterManagement,2003,58:17.

[10] 任 巍,姚克敏,于 強,等.水分調(diào)控對冬小麥同化物分配與水分利用效率的影響研究[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報,2003,11(4):98.

REN W,YAO K M,YU Q ,etal.Effect of water control in combination of depth and amount on dry matter partition and water use efficiency of winter wheat [J].ChinaJournalEco-Agriculture,2003,11(4):98.

[11] TAMBUSSI E A,NOGUES S,ARAUS J L.Ear of durum wheat under water stress:Water relations and photosynthetic metabolism [J].Planta,2005,221:458.

[12] 姜 東,謝祝捷,曹衛(wèi)星,等.花后干旱和漬水對冬小麥光合特性和物質(zhì)運轉(zhuǎn)的影響[J].作物學報,2004,30(2):181.

JIANG D,XIE Z J,CAO W X,etal.Effects of post-anthesis drought and water-logging on photosynthetic characteristics,assimilates transportation in winter wheat [J].ActaAgronomicaSinica,2004,30(2):181.

[13] KANG S Z,ZHANG L,LIANG Y L,etal.Effects of limited irrigation on yield and water use efficiency of winter wheat in the Loess Plateau of China [J].AgriculturalWaterManagement,2002,55:216.

[14] 張定一,張永清,閆翠萍,等.基因型、播期和密度對不同成穗型小麥籽粒產(chǎn)量和灌漿特性的影響 [J].應用與環(huán)境生物學報,2009,15(1):28.

ZHANG D Y,ZHANG Y Q,YAN C P,etal.Effects of genotype,sowing date and planting density on grain filling and yield of wheat varieties with different ears forming characteristics [J].ChineseJournalofAppliedandEnvironmentalBiology,2009,15(1):28.

[15] DIAS A S,LIDON F C.Evaluation of grain filling rate and duration in bread and durum wheat,under heat stress after anthesis[J].JournalofAgronomyandCropScience,2009,195(2):137.

[16] 裴雪霞,王姣愛,黨建友,等.播期對優(yōu)質(zhì)小麥籽粒灌漿特性及旗葉光合特性的影響 [J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報,2008,16(1):128.

PEI X X,WANG J A,DANG J Y,etal.Characteristics of grain filling and flag leaf photosynthesis of high quality wheat under different planting dates [J].ChineseJournalofEco-Agriculture,2008,16(1):128.

[17] NIELSEN D C,VILGIL M F．Legume green fallow effect on soil water content at wheat planting and wheat yield [J].AgronomyJournal,2005,97:689.

[18] 鄭成巖,于振文,馬興華,等.高產(chǎn)小麥耗水特性及干物質(zhì)的積累與分配[J].作物學報,2008,34(8):1458.

ZHANG C Y,YU Z W,MA X H,etal.Water consumption characteristic and dry matter accumulation and distribution in high-yielding wheat [J].ActaAgronomicaSinica,2008,34(8):1458.

[19] PANDA R K,BEHERA S K,KASHYAP P S.Effective management of irrigation water for wheat under stressed conditions [J].AgriculturalWaterManagement,2003,63:56.

[20] LI F M,LIU X L,GUO A H.Effects of early soil moisture distribution on the dry matter partition between root and Shoot of winter wheat [J].AgriculturalWaterManagement,2001,49:171.