不同水分處理對浚麥K8生理特性及群體水分利用效率的影響

王懷蘋,吳西利

( 1.?？h豐黎種業(yè)有限公司， 河南 鶴壁 456250； 2.鶴壁市科學(xué)技術(shù)情報(bào)研究所， 河南 鶴壁 456000)

小麥?zhǔn)俏覈饕Z食作物，戰(zhàn)略意義重大，我國小麥常年播種面積0.213億hm2，河南小麥播種面積533萬hm2。小麥生長對水分需求較大，我國是水資源缺乏國家，抗旱、節(jié)水育種和通過栽培措施實(shí)現(xiàn)水分的高效利用是未來主要研究方向[1-2]。水分對小麥的產(chǎn)量和農(nóng)藝性狀影響較大，干旱脅迫對小麥氣孔導(dǎo)度、光合速率影響較大，尤其是在中度以上干旱脅迫條件下，拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期復(fù)水補(bǔ)償難度依次加大，嚴(yán)重影響產(chǎn)量[3-5]。土壤水分對小麥幼苗單株葉面積影響最大[6]，灌溉次數(shù)、時(shí)期及灌溉量對小麥的生長發(fā)育和產(chǎn)量均有影響，拔節(jié)水和孕穗水有利于實(shí)現(xiàn)節(jié)水和高產(chǎn)[7-9]。水分對小麥產(chǎn)量和品質(zhì)也有較大影響，合理控制水分能促進(jìn)籽粒中營養(yǎng)元素的運(yùn)轉(zhuǎn)和積累，提高產(chǎn)量和品質(zhì)。相一杰等[10-12]研究表明，在拔節(jié)-孕穗期、開花-成熟期土壤水分分別調(diào)控到田間持水量的70%～80%和45%～55%，能兼顧小麥蛋白質(zhì)含量和籽粒產(chǎn)量，可優(yōu)化水資源利用模式。半冬性小麥新品種浚麥K8由?？h豐黎種業(yè)有限公司選育，于2012年通過河南省小麥新品種審定(豫審麥2012002)，該品種具有大穗、大粒、高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、綜合抗性優(yōu)良的特點(diǎn)，浚麥K8根系發(fā)達(dá)，葉片功能強(qiáng)，抗后期高溫，具有較好的耐旱性[13]。為加快小麥品種浚麥K8在旱區(qū)的推廣應(yīng)用，尋求其在旱區(qū)種植條件下適宜的供水模式，筆者在防雨棚條件下，研究不同水分處理對浚麥K8生理特征及群體水分利用效率的影響，旨在為旱區(qū)小麥種植的水分管理提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試材料為半冬性小麥品種浚麥K8(豫審麥2012002)，由?？h豐黎種業(yè)有限公司提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在防雨棚條件下模擬大田生長環(huán)境，設(shè)置3個(gè)灌水水平：分別為蒸發(fā)皿蒸散量的50%、100%和150%，記為EP 0.5、EP 1.0和EP 1.5。在冬小麥的拔節(jié)期(3月10日至3月30日)和灌漿期(5月5日至5月25日)進(jìn)行水分控制處理(控水)，在拔節(jié)期和灌漿期控水結(jié)束后恢復(fù)至EP 1.0灌水水平(灌水量為蒸發(fā)耗水量的100%)，每個(gè)處理重復(fù)9次。單位面積蒸發(fā)耗水量由直徑200 mm的水分蒸發(fā)器皿測得。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 試驗(yàn)過程 試驗(yàn)在?？h豐黎種業(yè)有限公司科研中心試驗(yàn)地防雨棚內(nèi)進(jìn)行。2017年10月26日播種小麥，2018年1月2日移栽到桶內(nèi)，每桶定植10株(折合密度 116.98萬株/hm2)。控水前利用烘干法測定桶內(nèi)水分，并將所有桶內(nèi)土壤水分調(diào)為一致水平(土壤水分含量為17%)，在拔節(jié)期和灌漿期依據(jù)設(shè)計(jì)水平進(jìn)行灌溉，灌溉周期為2～3 d。

1.3.2 測定指標(biāo)

1) 土壤水分含量。在試驗(yàn)開始前和小麥?zhǔn)斋@后用烘干法測定土壤含水量。

2) 光合日變化和耗水量。在灌漿期和成熟期用同化箱法測定群體光合日變化(8∶00,10∶00,12∶00,14∶00,16∶00,18∶00)。每天用稱重法測定蒸發(fā)器皿耗水量。

3) 葉面積、葉片相對含水量和自然失水率。分別在拔節(jié)期和灌漿期控水結(jié)束后測定小麥植株的單株葉面積；隨后進(jìn)行3次破壞取樣，測定頂葉的葉片相對含水量(隨機(jī)選取5片葉稱鮮重后，放入裝有蒸餾水的自封袋里，浸泡5～8 h后稱飽和鮮重，隨后烘干稱干重)及葉片離體失水速率(隨機(jī)選取5片葉稱重后，放在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，保持離體失水狀態(tài)，24 h后再次稱重)。葉片相對含水量=(鮮重-干重)/(飽和鮮重-干重)×100%。離體失水率=(失水前重量-離體失水后重量)/失水前重量×100%。葉面積=葉長×葉寬×0.83，0.83為換算系數(shù)。水分利用效率(kg/m3)=每桶的籽粒產(chǎn)量/耗水量。其中，耗水量為種植前與收獲時(shí)土壤水分的差值加上生育期的灌水量。

4) 測產(chǎn)與考種。在成熟期統(tǒng)計(jì)每桶小麥的有效穗數(shù)，隨后每桶隨機(jī)選取10莖測定結(jié)實(shí)小穗數(shù)、不孕小穗數(shù)及穗粒數(shù)，最后將全部小麥樣品進(jìn)行脫粒記產(chǎn)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

使用 Excel軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與作圖，并用SAS 8.0軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。首先對不同處理間的指標(biāo)進(jìn)行方差分析，若差異顯著，再進(jìn)行LSD多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水分處理浚麥K8的葉片相對含水量和自然失水率

由表1看出，在小麥拔節(jié)期控水結(jié)束后，EP 0.5處理的葉片相對含水量顯著低于EP 1.0和EP 1.5處理，EP 1.0和EP 1.5處理間葉片相對含水量的差異未達(dá)顯著水平。3個(gè)水分處理間離體失水率的差異均未達(dá)顯著水平。在灌漿期控水節(jié)水后，EP 0.5處理的葉片相對含水量及離體失水率均顯著低于EP 1.0和EP 1.5處理，而EP 1.0和EP 1.5處理間各指標(biāo)的差異均不顯著。表明，拔節(jié)期和灌漿期水分脅迫均會(huì)對浚麥K8的葉片相對含水量及離體失水率產(chǎn)生顯著影響，而過量灌溉未對浚麥K8的葉片相對含水量及離體失水率產(chǎn)生顯著影響。

表1 不同水分處理冬小麥浚麥K8的葉片相對含水量和離體失水率

注：同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05),下同。

Note:Different lowercase letters in the same column indicate significant difference at 5% level.The same below.

2.2 不同水分處理浚麥K8的葉面積

從表2看出，在拔節(jié)期控水結(jié)束后，不同水分處理間葉面積的差異均達(dá)顯著水平，EP 0.5

表2 不同水分處理不同時(shí)期浚麥K8的單株葉面積

2.3 群體光合速率

光合速率反應(yīng)植株葉片利用光能和積累干物質(zhì)的能力。從圖1可知，拔節(jié)期控水節(jié)水后，不同水分處理的光合日變化均呈“先增后降”雙峰變化趨勢。EP 1.5處理的光合速率顯著高于EP 1.0和EP 0.5處理。EP 0.5處理的光合速率在下午14∶00以后下降幅度更大。灌漿期控水結(jié)束后，EP 0.5處理的光合速率呈“先增后降”的單峰變化趨勢，而EP 1.0和EP 1.5處理則呈“先增后降”的雙峰變化趨勢。EP 1.0和EP 1.5處理間光合速率的差異未達(dá)顯著水平?？梢?，拔節(jié)期和灌漿期水分虧缺顯著影響浚麥K8的光合速率，而灌漿期加大灌溉量對光合速率影響不顯著。

2.4 不同水分處理浚麥K8的產(chǎn)量性狀

由表3看出，EP0.5處理的不孕小穗數(shù)顯著高于EP 1.0和EP 1.5處理，而其有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)小穗數(shù)、千粒重和產(chǎn)量均顯著低于EP 1.0和EP 1.5處理。EP 0.5處理的產(chǎn)量比EP 1.0和EP 1.5處理分別顯著降低42.53%和50.71%。EP 1.0處理的穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重及產(chǎn)量均低于EP 1.5處理，但處理間各參數(shù)的差異均未達(dá)顯著水平。

表3 不同水分處理浚麥K8的產(chǎn)量及其構(gòu)成要素

2.5 不同水分處理浚麥K8的耗水量及水分利用效率

從表4看出，隨著灌水量的增加浚麥K8的耗水量顯著增加，表現(xiàn)為EP 0.5

表4 不同水分處理浚麥K8的耗水量及水分利用效率

3 結(jié)論與討論

水分脅迫對作物生長的影響在微觀上表現(xiàn)為抑制細(xì)胞生長，在宏觀上表現(xiàn)為降低植株生長速率和葉片生長速率[14]。研究表明，不同生育時(shí)期的水分脅迫均會(huì)影響或抑制冬小麥莖稈的生長，降低綠葉面積，影響冠層發(fā)育[15]。另外，水分虧缺會(huì)影響植株對氮素的吸收，降低營養(yǎng)器官氮素含量，進(jìn)而影響植株的正常生理功能[14]。本研究通過探究不同水分處理對浚麥K8生長及生理特性的影響表明，拔節(jié)期和灌漿期水分虧缺顯著影響植株的生長發(fā)育和生理特性，表現(xiàn)為 EP 0.5(供水為蒸發(fā)皿蒸散量的50%)處理的葉面積、離體失水率和光合速率顯著降低。與正常供水EP 1.0(供水為蒸發(fā)皿蒸散量的100%)處理相比，拔節(jié)期增加灌溉量EP 1.5處理(供水為蒸發(fā)皿蒸散量的150%)提高了浚麥K8單株葉面積和光合速率，但在灌漿期EP 1.5處理的葉面積、葉片相對含水量、離體失水率及光合速率與EP 1.0處理相比并未顯著增加，表明在灌漿期過量灌溉對浚麥K8的生長及生理特性的改善無益。相對于灌漿期，拔節(jié)期浚麥K8對水分更為敏感。祁有玲等[14]對冬小麥的研究也表明，冬小麥對水分虧缺的敏感期為拔節(jié)期，其次為開花期和灌漿期。因此，在冬小麥的拔節(jié)期保證充足的水分供應(yīng)，而在灌漿期適當(dāng)降低灌溉量更有利于冬小麥的生長及節(jié)水。

本研究中，EP 0.5處理浚麥K8的產(chǎn)量顯著降低，主要是因?yàn)樵诎喂?jié)期和灌漿期進(jìn)行虧缺灌溉，浚麥K8葉面積和葉片相對含水量顯著降低，植株的生長受到抑制，引起植株早衰，光合速率下降幅度較大，顯著影響干物質(zhì)的積累及轉(zhuǎn)運(yùn)。以更少的水分消耗獲得相似的產(chǎn)量或者消耗相同的水分獲得更高的產(chǎn)量是提高水分利用效率的有效途徑。干旱能夠提高作物的水分利用效率[16]，但也有與之相悖的結(jié)論[17]，這主要與水分虧缺的程度、時(shí)間等因素有關(guān)[16]。本研究中，與EP 1.0處理相比，虧缺灌溉(EP 0.5處理)和過量灌溉(EP 1.5處理)均顯著降低水分利用效率。EP 0.5處理雖然顯著降低了耗水量，但其產(chǎn)量也顯著降低。與EP 1.0處理相比，EP1.5處理并未顯著增加產(chǎn)量，但其耗水量顯著增加，故其水分利用效率也降低。因此，拔節(jié)期及灌漿期虧缺灌溉及過量灌溉均不利于水分利用效率的提高。在生產(chǎn)實(shí)踐中，要根據(jù)浚麥K8對不同生育時(shí)期水分脅迫的響應(yīng)進(jìn)行水分調(diào)度，否則會(huì)造成適得其反的效果。