不同灌溉方式下養(yǎng)分配置對冬小麥灌漿期光合特性及產(chǎn)量的影響

潘曉瑩，武繼承*，楊永輝，何 方，張潔梅，王 越

(1.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 植物營養(yǎng)與資源環(huán)境研究所，河南 鄭州 450002；2.農(nóng)業(yè)部作物高效用水原陽科學(xué)觀測實(shí)驗(yàn)站，河南 原陽 453514)

小麥?zhǔn)鞘澜缟献钪匾募Z食作物，其總面積、總產(chǎn)量及總貿(mào)易額均居糧食作物之首。我國北方地區(qū)小麥種植面積較大，其中，河南省作為我國糧食主產(chǎn)區(qū)，自2000年以來，糧食生產(chǎn)總值連續(xù)多年位居全國第一，對國家糧食安全具有重要的影響[1-2]。水分和養(yǎng)分是實(shí)現(xiàn)小麥優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的關(guān)鍵因子，兩者相輔相成[3]。目前，水資源短缺成為全球性的問題，我國水資源總量為2.8億m3，總量并不豐富，且區(qū)域分布不均、水土資源不相匹配；年內(nèi)年際分布不均、旱澇災(zāi)害頻繁，農(nóng)業(yè)干旱缺水狀況嚴(yán)重，且用水效率低，進(jìn)而影響作物產(chǎn)量。張永平等[4]研究表明，水分虧缺可顯著降低小麥旗葉凈光合速率，使作物產(chǎn)量降低。目前，我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中主要的灌溉方式是傳統(tǒng)式小白龍灌溉，且冬小麥整個(gè)生育期內(nèi)灌水4～5次，而這種灌溉方式存在用水量過大、水分利用率低等問題，由此引發(fā)水資源浪費(fèi)、地下水超采嚴(yán)重等一系列的生態(tài)環(huán)境問題[5-6]。同時(shí)，有研究發(fā)現(xiàn)，灌水次數(shù)及灌水量的增加不僅不會增加小麥產(chǎn)量，反而造成小麥加工品質(zhì)以及蛋白質(zhì)組分指標(biāo)下降[7-8]。因此，發(fā)展節(jié)水灌溉模式，推廣節(jié)灌方式補(bǔ)灌是提高水分利用效率、優(yōu)化農(nóng)業(yè)水資源利用的重要途徑。另外，肥料(尤其是氮肥)作為影響冬小麥生長的另一重要因素，與水分相互作用、相互制約，最終影響冬小麥的生長與產(chǎn)量[9-11]。有研究表明，氮素分期追施在減少肥料用量的同時(shí)可增產(chǎn)提效[12-15]。光合作用是作物產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，形成產(chǎn)量的有機(jī)物都直接或間接來自光合產(chǎn)物，而水分虧缺則直接影響小麥光合作用，導(dǎo)致小麥旗葉凈光合速率降低，進(jìn)而影響作物產(chǎn)量[16-18]。目前，關(guān)于水分和氮肥對小麥光合特性或產(chǎn)量的調(diào)控效應(yīng)方面的研究較多[19-22]，但灌溉方式與養(yǎng)分配施結(jié)合對其影響的研究尚未見報(bào)道。因此，設(shè)置不同灌溉方式及不同養(yǎng)分配置組合，探討其對冬小麥光合特性和產(chǎn)量的影響，以期尋求最佳組合模式，為冬小麥節(jié)水節(jié)肥增效生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況及試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2014—2015年在河南省開封市通許縣農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所試驗(yàn)基地進(jìn)行。供試土壤類型為壤質(zhì)潮土，耕層含有機(jī)質(zhì)15.6 g/kg、水解氮75.8 mg/kg、速效磷18.5 mg/kg、速效鉀89.4 mg/kg。

供試小麥品種為冬小麥百農(nóng)207。所用肥料為尿素(含N 46%)、氯化鉀(含K2O 60%)、過磷酸鈣(含P2O512%)、緩控釋肥(總養(yǎng)分≥40%，N∶P2O5∶K2O為25∶5∶10)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)灌溉方式設(shè)置噴灌、移動噴灌和小白龍灌溉3種，灌水總量均為40 m3，根據(jù)墑情確定灌水時(shí)期，共灌水1次。養(yǎng)分配置設(shè)N34P6K8750 kg/hm2、N28P15K5750 kg/hm2、控釋肥600 kg/hm2、N28P15K5375 kg/hm2+控釋肥300 kg/hm24種，施肥方式分為一次性底施和底施+追施2種，共計(jì)8個(gè)處理，分別為：底施N34P6K8750 kg/hm2(T1)、底施N34P6K8750 kg/hm2+追施N (折純，下同)75 kg/hm2(T2)、底施N28P15K5750 kg/hm2(T3)、底施N28P15K5750 kg/hm2+追施N 75 kg/hm2(T4)、底施控釋肥600 kg/hm2(T5)、底施控釋肥600 kg/hm2+追施N 75 kg/hm2(T6)、底施N28P15K5375 kg/hm2+底施控釋肥300 kg/hm2(T7)、底施N28P15K5375 kg/hm2+底施控釋肥300 kg/hm2+追施N 75 kg/hm2(T8)，每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)，小區(qū)面積為5.0 m×5.6 m。灌水追肥同步進(jìn)行。冬小麥于10月20日播種，播量為210 kg/hm2，等行距(22 cm)播種，其他管理方式同大田。

1.3 測定項(xiàng)目及方法

1.3.1 旗葉光合特性 選晴朗、無風(fēng)的天氣，在9:00-11:00采用LI-6400XT便攜式光合測量系統(tǒng)測定冬小麥灌漿期旗葉凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間二氧化碳濃度、蒸騰速率，每處理重復(fù)測量3次。

1.3.2 產(chǎn)量 冬小麥成熟后，每個(gè)小區(qū)選取中間3行，人工收割，脫粒、風(fēng)干、稱質(zhì)量，計(jì)算產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)利用WPS Office和SPSS 19進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、差異顯著性及相關(guān)性分析等。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對冬小麥灌漿期光合特性的影響

2.1.1 凈光合速率 由圖1可知，在同一養(yǎng)分配置條件下， 不同灌溉方式之間的凈光合速率差異較明顯，噴灌和小白龍灌溉處理冬小麥旗葉凈光合速率顯著高于移動噴灌處理(P<0.05)，噴灌處理冬小麥旗葉凈光合速率高于小白龍灌溉處理，但未達(dá)到顯著水平(P>0.05)。噴灌方式下，T7處理凈光合速率最高，達(dá)19.41 μmol/(m2·s)，顯著高于T1和T3處理，與其他處理之間的差異均不顯著，T8處理次之；T1處理凈光合速率最低，為16.67 μmol/(m2·s)，顯著低于T7和T8處理，與其他處理之間的差異均不顯著；其他處理之間的差異均不顯著。移動噴灌方式下，T8處理的凈光合速率最高，達(dá)14.94 μmol/(m2·s)，顯著高于其他處理，T7處理次之；T1處理最低，為8.31 μmol/(m2·s)，顯著低于T4、T6、T7、T8處理，與其他處理之間的差異均不顯著。小白龍灌溉方式下，T8處理的凈光合速率最高，達(dá)18.65 μmol/(m2·s)，顯著高于除T4、T6處理之外的其余處理，T6處理次之；T1、T2、T3、T5、T7處理間以及T3、T4、T5處理間差異均不顯著。與一次性底施相比，底施+追施可有效提高冬小麥凈光合速率。

不同小寫字母表示同一灌溉方式下不同處理之間差異顯著(P<0.05)，下同

2.1.2 氣孔導(dǎo)度 由圖2可知，在同一養(yǎng)分配置條件下，不同灌溉方式之間的氣孔導(dǎo)度差異顯著(P<0.05),總體表現(xiàn)為噴灌>小白龍灌溉>移動噴灌。噴灌方式下，T7處理的氣孔導(dǎo)度最高，達(dá)0.89 mol/(m2·s)，顯著高于T4處理，其他處理間的差異均不顯著。移動噴灌方式下，T8處理的氣孔導(dǎo)度最大，達(dá)0.47 mol/(m2·s)，顯著高于除T6處理外的其余處理； T6、T7、T8處理顯著高于其他處理，其他處理間差異均不顯著。小白龍灌溉方式下，T8處理的氣孔導(dǎo)度最高，為0.91 mol/(m2·s)，T6處理次之，為0.80 mol/(m2·s)，兩者間差異不顯著，但均顯著高于其他處理，其他處理間差異均不顯著。

2.1.3 胞間二氧化碳濃度 由圖3可知，在同一養(yǎng)分配置條件下，噴灌處理的胞間二氧化碳濃度均高于移動噴灌和小白龍灌溉處理，T2、T6、T7、T8處理在小白龍灌溉方式下的胞間二氧化碳濃度均高于移動噴灌，其他處理則均為小白龍灌溉低于移動噴灌。噴灌方式下，T1、T3處理的胞間二氧化碳濃度均顯著高于T7處理，其他處理間的差異均不顯著。移動噴灌方式下，T1處理胞間二氧化碳濃度最大，達(dá)327.91 μmol/mol，與T3、T5處理間差異均不顯著，但三者均顯著高于其他處理，其他處理之間的差異均不顯著。小白龍灌溉方式下，各處理間差異均不顯著。

圖2 不同處理對冬小麥旗葉氣孔導(dǎo)度的影響

圖3 不同處理對冬小麥旗葉胞間二氧化碳濃度的影響

2.1.4 蒸騰速率 由圖4可知，在同一養(yǎng)分配置條件下，不同灌溉方式的蒸騰速率總體表現(xiàn)為小白龍灌溉>噴灌>移動噴灌，其中小白龍灌溉方式下的T6、T8處理顯著高于噴灌和移動噴灌(P<0.05)。噴灌方式下，T2、T6、T7、T8處理蒸騰速率間的差異均不顯著，但均顯著高于T1處理，其他處理間差異均不顯著。移動噴灌方式下，T8處理蒸騰速率最大，達(dá)2.97 mmol/(m2·s)，與T6、T7處理間差異均不顯著，但均顯著高于其他處理，其他處理間差異均不顯著。小白龍灌溉方式下，T8處理蒸騰速率最高，達(dá)4.97 mmol/(m2·s)，T6處理次之，兩者間差異不顯著，但均顯著高于其他處理，其他處理間差異均不顯著。

圖4 不同處理對冬小麥旗葉蒸騰速率的影響

2.2 不同處理對冬小麥產(chǎn)量的影響

由圖5可知，在同一養(yǎng)分配置條件下，除移動噴灌下T4處理產(chǎn)量高于噴灌0.57%外，其余各處理的產(chǎn)量均表現(xiàn)為噴灌>移動噴灌>小白龍灌溉。噴灌方式下以T8處理冬小麥產(chǎn)量最高，為10 360.05 kg/hm2，T6處理次之，兩者間差異不顯著，但均顯著高于其他處理，T1處理最低，顯著低于除T3處理以外的所有處理。移動噴灌方式下，以T8處理冬小麥產(chǎn)量最高，為10 317.60 kg/hm2，顯著高于除T6處理外的所有處理，T1處理最低，顯著低于其他處理。小白龍灌溉方式下，以T4處理產(chǎn)量最高，達(dá)9 644.375 kg/hm2，T6處理次之，兩者間差異不顯著，但均顯著高于其他處理，T1處理最低，顯著低于其他處理。各灌溉方式下底施+追施處理的產(chǎn)量均顯著高于一次性底施處理，噴灌、移動噴灌、小白龍灌溉3種方式下產(chǎn)量分別提高4.19%～5.55%、5.90%～8.01%、4.13%～7.97%；移動噴灌下T2處理較T1處理增產(chǎn)8.01%，增產(chǎn)幅度最大，其次為小白龍灌溉方式下T6處理較T5處理增產(chǎn)7.97%，小白龍灌溉方式下T8處理較T7處理增產(chǎn)4.13%，增產(chǎn)幅度最低。

圖5 不同處理對冬小麥產(chǎn)量的影響

2.3 冬小麥灌漿期光合特性與產(chǎn)量的相關(guān)性分析

由表1可見，3種灌溉方式下，冬小麥產(chǎn)量與旗葉凈光合速率均呈顯著或極顯著正相關(guān)；移動噴灌方式下，產(chǎn)量與氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率分別呈顯著、極顯著正相關(guān)，與胞間二氧化碳濃度呈顯著負(fù)相關(guān)；噴灌方式下，產(chǎn)量與蒸騰速率呈顯著正相關(guān)。

表1 不同處理冬小麥產(chǎn)量與光合特性指標(biāo)的相關(guān)性

注：** 、*分別表示相關(guān)性極顯著(P<0.01)、顯著(P<0.05)。

3 結(jié)論與討論

冬小麥旗葉的光合作用對籽粒產(chǎn)量具有重大影響，尤其是生育后期旗葉的光合作用對冬小麥產(chǎn)量起著至關(guān)重要的作用[19-20,23]。本研究結(jié)果表明，在同一養(yǎng)分配置條件下，不同灌溉方式的凈光合速率表現(xiàn)為噴灌>小白龍灌溉>移動噴灌。姚素梅等[22]、黃紹文等[24]研究結(jié)果表明，噴灌方式下，冬小麥的葉水勢增高、Rubisco酶活力增強(qiáng)，冬小麥生育后期光合物質(zhì)生產(chǎn)能力增強(qiáng)，與本研究結(jié)果相似。同時(shí)，各灌溉方式下不同養(yǎng)分配置處理冬小麥凈光合速率的表現(xiàn)不一，噴灌方式以T7處理最大，移動噴灌和小白龍灌溉則均以T8處理最大。本研究結(jié)果表明，冬小麥產(chǎn)量總體表現(xiàn)為噴灌>移動噴灌>小白龍灌溉、底施+追施 >一次性底施。黃紹文等[24]研究表明，追肥對優(yōu)質(zhì)冬小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素具有顯著影響，追施氮肥處理較不追肥處理產(chǎn)量明顯增加，與本研究結(jié)果一致。寧東峰等[5]研究表明，節(jié)水型灌溉制度是以產(chǎn)量、水分利用效率和經(jīng)濟(jì)效益三者的有效統(tǒng)一為目標(biāo)。因此，本研究所推薦的灌溉模式為噴灌，養(yǎng)分配置模式為底施N28P15K5375 kg/hm2+底施控釋肥300 kg/hm2+追施N 75 kg/hm2。