灌漿期干旱脅迫對(duì)不同冬小麥品種水分利用率的影響

王林華，張 敏，呂淑敏，侯紅琴

(1.河南省鎮(zhèn)平縣農(nóng)業(yè)技術(shù)信息推廣中心，河南 鎮(zhèn)平474250； 2.河南省鎮(zhèn)平縣農(nóng)村能源環(huán)境保護(hù)站，河南 鎮(zhèn)平474250；3.平頂山市農(nóng)業(yè)干校，河南 平頂山467000； 4.河南省唐河縣農(nóng)業(yè)綜合執(zhí)法大隊(duì)，河南 唐河473000)

0 引言

小麥?zhǔn)俏覈?guó)主要的糧食作物，該作物產(chǎn)量的持續(xù)增長(zhǎng)對(duì)于我國(guó)糧食供應(yīng)充足與安全有重要意義，而保證小麥高產(chǎn)的重要條件之一便是水分充足[1]。近年來(lái)，由于人類(lèi)活動(dòng)排放過(guò)量的二氧化碳等溫室氣體到大氣中，使大氣中溫室氣體濃度過(guò)高，從而引發(fā)以增溫為主要特征的全球氣候變化現(xiàn)象，氣候變暖對(duì)整個(gè)水循環(huán)過(guò)程造成影響，加劇了水資源的不穩(wěn)定性和供需矛盾[2-3]。水資源的嚴(yán)重不足對(duì)農(nóng)業(yè)用水的影響不可避免，農(nóng)業(yè)用水比例的降低給小麥灌溉帶來(lái)極不利的影響[4]。因此，進(jìn)行小麥節(jié)水抗旱相關(guān)理論和技術(shù)的研究，對(duì)于增強(qiáng)小麥對(duì)抗干旱環(huán)境、提高水分利用率有積極的現(xiàn)實(shí)意義。

水分利用率是對(duì)植物產(chǎn)量和消耗水量?jī)烧唛g關(guān)系進(jìn)行衡量后的所得結(jié)果，具體而言是指消耗單位水量所能得到生產(chǎn)單位的面積產(chǎn)量，用以直觀(guān)代表不同作物或者是相同作物在不同條件下的用水率[5]。在農(nóng)業(yè)節(jié)水措施中，生物節(jié)水便是指通過(guò)提高作物自身的水分利用率的途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)有效的節(jié)水，其中的關(guān)鍵又在于對(duì)節(jié)水抗旱作物品種的選育和利用[6]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，河南省小麥種植面積約占全國(guó)小麥耕種總面積的1/4左右，年產(chǎn)量約占全國(guó)總產(chǎn)量的24%左右[7]。而河南降水時(shí)間主要在7—10月，小麥生育期的降水反而較少，再加上氣候變暖影響，小麥生長(zhǎng)季中的干旱時(shí)間愈漸有延長(zhǎng)趨勢(shì)，對(duì)小麥生產(chǎn)造成嚴(yán)重影響。因此，本文選取3個(gè)小麥品種，通過(guò)室內(nèi)培養(yǎng)箱與田間試驗(yàn)研究其水分利用率差異，以期對(duì)河南省小麥抗旱品種的篩選和農(nóng)業(yè)栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)品種選用3個(gè)小麥品種：衡觀(guān)35、開(kāi)麥21、鄭麥366。

1.2 處理方法

1.2.1室內(nèi)處理

小麥選擇完整且均勻性一致的種子，用自來(lái)水浸泡10 h左右，用0.1%氯化汞消毒10 min，再用蒸餾水沖洗干凈。用鑷子把浸泡催芽后的種子整齊放在3層浸濕濾紙上，置入25℃黑暗培養(yǎng)箱，待種子萌發(fā)，期間每天以噴壺噴水的方式來(lái)維持濾紙濕潤(rùn)度。3 d后，轉(zhuǎn)入人工氣候室，每天持續(xù)12 h以強(qiáng)度300 μmol/(m·s)的日光燈進(jìn)行光照干預(yù)，日間溫度25 ℃、夜間溫度20 ℃。至幼苗長(zhǎng)到兩葉一心期，選擇長(zhǎng)勢(shì)相近的幼苗移栽到深18 cm、直徑20 cm的盆中。盆內(nèi)裝有營(yíng)養(yǎng)液，營(yíng)養(yǎng)液成分：Ca(NO3)22 mmol/L，KH2PO40.25 mmol/L，K2SO40.75 mmol/L，MgSO40.65 mmol/L，F(xiàn)eCL330 μmol/L，MnCL22 μmol/L，H3BO325 μmol/L，CuSO40.5 μmol/L，ZnSO42 μmol/L，(NH4)6Mo7O240.1 μmol/L。

1.2.2田間處理

田間試驗(yàn)于2019—2020年在河南某試驗(yàn)地進(jìn)行，試驗(yàn)地土質(zhì)為壤土，前茬作物是玉米，播種前將全部玉米秸稈粉碎后翻壓還田，施入氮肥(N)180 kg/hm2、磷肥(P2O5)120 kg/hm2、鉀肥(K20)120 kg/hm2，試驗(yàn)田按照當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)栽培麥田管理要求進(jìn)行。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.1室內(nèi)試驗(yàn)

小麥幼苗在營(yíng)養(yǎng)液中的第4天開(kāi)始使用聚乙二醇(PEG)處理。分成3個(gè)處理組：對(duì)照組、輕度脅迫組(PEG質(zhì)量濃度150 g/L，溶液水勢(shì)-0.4 MPa，15%)、重度脅迫組(PEG質(zhì)量濃度為300 g/L，溶液水勢(shì)-1.2 MPa，30%)，經(jīng)過(guò)5 d的處理后，取3個(gè)小麥品種長(zhǎng)勢(shì)相同的幼苗，測(cè)量有關(guān)指標(biāo)。各處理組均重復(fù)測(cè)量3次，取平均值。

1.3.2田間試驗(yàn)

使用品種與水分2因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)方法。冬小麥品種衡觀(guān)35、開(kāi)麥21、鄭麥366，于2019年10月13日播種、2020年6月收獲。播種量均為165 kg/hm2，行間距0.2 m。播種前各區(qū)統(tǒng)一灌等量水，確?？烧３雒?。灌漿期設(shè)定3個(gè)不同的水分處理組，灌漿前期灌水：對(duì)照組(保證土壤含水量達(dá)到田間最大持水量的85%)、中度干旱組(達(dá)到最大持水量的65%)、重度干旱組(達(dá)到最大持水量的45%)。分別在水分處理前，處理后5、10和15 d進(jìn)行各處理組小麥旗葉的采集，使用液氮速度10 min，置入-80 ℃冰箱待用。各處理組重復(fù)取樣3次。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.4.1田間產(chǎn)量

小麥成熟后，各區(qū)選擇1 m2面積的小麥植株，統(tǒng)計(jì)有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量與籽粒產(chǎn)量，取樣10株，結(jié)合樣本估計(jì)每公頃有效穗數(shù)與產(chǎn)量。

1.4.2水分利用率

根據(jù)土壤水量平衡方程計(jì)算農(nóng)田耗水量(地表徑流和地下水的影響不納入考量)

ET=△S+I+P

(1)

式中ET——農(nóng)田耗水量，m3/hm2

△S——土壤蓄存水變化量，m3/hm2

I——灌溉量，m3/hm2

P——降雨量，m3/hm2

水分利用率為作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量和耗水量之比，農(nóng)田耗水量為作物種植到收獲期間總耗水量

WUE0=Yd/ET

(2)

式中WUE0——水分利用效率，kg/m3

Yd——小麥籽粒產(chǎn)量，kg/hm2

1.4.3葉片水分利用率

WUE1=Pn/Tr

(3)

式中WUE1——葉片水分利用效率，kg/m3

Pn——葉片凈光合速率，μmol/(m2·s)

Tr——蒸騰速率，μmol/(m2·s)

采用95%乙醇提取-分光光度法測(cè)定凈光合速率和蒸騰速率，選擇晴朗的上午，用光合儀(LI-6400型，美國(guó))測(cè)定。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2013進(jìn)行數(shù)據(jù)整理、作圖，采用SPSS24.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，多重比較采用LSD法(P=0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 小麥產(chǎn)量

灌漿期干旱脅迫條件下，不同品種小麥產(chǎn)量均有降低，由表1可知，不同干旱處理?xiàng)l件下，對(duì)千粒質(zhì)量、穗粒數(shù)、產(chǎn)量的影響排序?yàn)閷?duì)照組>中度干旱組>重度干旱組，對(duì)單位面積有效穗數(shù)的影響并不顯著。各小麥品種在不同水分處理下的穗粒數(shù)差異性不大，在相同處理?xiàng)l件下：開(kāi)麥21穗粒數(shù)高于衡觀(guān)35、鄭麥366，而重度干旱處理?xiàng)l件下，鄭麥366降低最為顯著。各小麥品種在不同水分處理下的千粒質(zhì)量差異上，開(kāi)麥21高于衡觀(guān)35、鄭麥366，同品種不同處理?xiàng)l件下，隨著干旱程度加大有明顯下降趨勢(shì)，其中鄭麥366降低最顯著。不同品種小麥產(chǎn)量變化與千粒質(zhì)量變化一致，隨著干旱程度的加大而產(chǎn)量降低，不同品種間產(chǎn)量變化顯著性為鄭麥366>衡觀(guān)35>開(kāi)麥21。灌漿期干旱脅迫對(duì)鄭麥366產(chǎn)量影響尤其顯著，在中度干旱、重度干旱條件下分別降幅9.78%、17.16%；對(duì)衡觀(guān)35產(chǎn)量降幅影響分別是3.75%、10.48%；對(duì)開(kāi)麥21產(chǎn)量降幅影響分別是3.62%、6.82%。同一干旱脅迫下，不同品種小麥產(chǎn)量降低幅度為鄭麥366>衡觀(guān)35>開(kāi)麥21。衡觀(guān)35與開(kāi)麥21抗旱性要比鄭麥366高，只有在重度干旱脅迫下產(chǎn)量才有顯著降低。

表1 灌漿期干旱脅迫對(duì)小麥產(chǎn)量的影響

2.2 水分利用率

不同品種冬小麥水分利用率皆于中度干旱脅迫下增加，在重度脅迫下降低，由表2可知，相同處理?xiàng)l件下，不同品種冬小麥水分利用率從高到低依次是衡觀(guān)35>鄭麥366>開(kāi)麥21。在中度干旱處理?xiàng)l件下，衡觀(guān)35、鄭麥366、開(kāi)麥21水分利用率分別增幅5.94%、3.01%、7.03%。在重度干旱處理?xiàng)l件下，衡觀(guān)35、鄭麥366、開(kāi)麥21水分利用率分別降幅1.02%、5.26%、1.01%。3種冬小麥抗旱性排序?yàn)殚_(kāi)麥21>衡觀(guān)35>鄭麥366。

表2 灌漿期干旱脅迫對(duì)水分利用率的影響

2.3 旗葉水分利用率

由表3可知，在采取水處理之后，鄭麥366小麥旗葉水分的利用率先增加、后降低，處理10 d時(shí)有一高峰值；處理5 d時(shí)，重度干旱脅迫下鄭麥366旗葉水分利用率較對(duì)照組降低；處理15 d時(shí)，重度干旱脅迫下的鄭麥366旗葉水分利用率已經(jīng)顯著低于對(duì)照組。同樣，在采取水處理之后、隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，衡觀(guān)35與開(kāi)麥21小麥旗葉水分的利用率呈先降低、后增加的趨勢(shì)；處理10 d時(shí)，重度干旱脅迫下衡觀(guān)35與開(kāi)麥21旗葉水分利用率逐漸降低；重度干旱脅迫，開(kāi)麥21旗葉水分利用率較對(duì)照組有明顯增加；衡觀(guān)35則于處理10 d時(shí)在重度脅迫下的旗葉水分利用率有顯著增加。不同水分處理措施對(duì)不同品種小麥旗葉水分利用率影響有所差異，影響時(shí)間從長(zhǎng)到短依次是鄭麥366、衡觀(guān)35、開(kāi)麥21。

表3 不同冬小麥品種旗葉水分利用率變化

3 討論

3.1 小麥產(chǎn)量

小麥產(chǎn)量是最直接且經(jīng)濟(jì)的評(píng)價(jià)指標(biāo)，也是穗數(shù)、千粒質(zhì)量和穗粒數(shù)的集中體現(xiàn)，水分是影響小麥產(chǎn)量提高的重要因素，干旱脅迫會(huì)逐漸降低農(nóng)作物的水勢(shì)，導(dǎo)致植物在形態(tài)和生理生化上發(fā)生改變[8]。不同作物種類(lèi)或品種對(duì)于干旱脅迫的反應(yīng)并不受遺傳、環(huán)境因素影響，這也是作物抗旱性的根本差異所在。干旱脅迫對(duì)小麥穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量、有效穗數(shù)及產(chǎn)量有顯著影響，且不同時(shí)期水分脅迫對(duì)小麥產(chǎn)量影響各有差異[9-10]。本研究結(jié)果表明，灌漿期干旱脅迫對(duì)選擇的3個(gè)冬小麥品種有效穗數(shù)、穗粒數(shù)皆無(wú)明顯影響，但是卻會(huì)顯著影響到冬小麥的千粒質(zhì)量與產(chǎn)量，特別是在重度脅迫條件下，影響程度更顯著。這與前人研究結(jié)果一致，灌漿期干旱脅迫主要是對(duì)冬小麥的千粒質(zhì)量產(chǎn)生影響，繼而降低冬小麥產(chǎn)量[11]。

衡觀(guān)35與開(kāi)麥21抗旱性比較強(qiáng)，但是在正常灌水條件下兩者產(chǎn)量卻較鄭麥366低；鄭麥366雖然在正常灌水條件下產(chǎn)量要高于其他兩個(gè)品種，但是抗旱性卻較弱；提示冬小麥產(chǎn)量降低幅度與干旱脅迫呈正相關(guān)關(guān)系，和自身抗旱性呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，即抗旱性強(qiáng)的小麥品種受干旱脅迫產(chǎn)量降低幅度要小于抗旱性弱的品種。這可能與鄭麥366是高水肥品種有關(guān)，在實(shí)際種植中，應(yīng)結(jié)合本地實(shí)際生產(chǎn)情況與水肥條件合理選擇適宜的小麥品種。

3.2 水分利用率

干旱脅迫對(duì)于冬小麥生理過(guò)程有復(fù)雜且多方面的影響。據(jù)相關(guān)報(bào)道表明，葉片相對(duì)含水量可以在一定程度上代表植物耐受干旱能力的強(qiáng)弱[12-13]。王天鐸[14]就水分利用率的考量劃分了3個(gè)層次，即光合蒸騰之比、群體水平上的水分利用率及產(chǎn)量水平上的水分利用率；其中，葉片水平上的水分利用率是基于光合速率與蒸騰速率比值所得到的結(jié)果，是植物消耗水分形成干物質(zhì)的基本效率。本文研究結(jié)果表明，灌漿期干旱脅迫不同水分處理?xiàng)l件下，冬小麥旗葉水分利用率會(huì)隨著灌漿期的進(jìn)程而有顯著增加的表現(xiàn)趨勢(shì)，其中鄭麥366在干旱脅迫處理10 d時(shí)達(dá)到旗葉水分利用率的高分值，并以此為界，隨后開(kāi)始降低；衡觀(guān)35與開(kāi)麥21則于重度干旱脅迫處理下才有旗葉水分利用率增高的趨勢(shì)；在干旱脅迫5和10 d時(shí)，不同品種冬小麥之間的旗葉水分利用率增幅表現(xiàn)為開(kāi)麥21>衡觀(guān)35>鄭麥366。

而產(chǎn)量水平上的水分利用率指的則是單位耗水量的產(chǎn)量，是對(duì)大田作物抗旱性進(jìn)行鑒定的主要依據(jù)[15]。在灌漿期干旱脅迫下，不同冬小麥品種產(chǎn)量水分利用率皆有增加，并且隨著干旱脅迫程度的增加、水分利用率反之降低；在灌漿期中度干旱脅迫下，能夠提高冬小麥產(chǎn)量水分利用率，而在灌漿期重度干旱脅迫下，冬小麥產(chǎn)量水分利用率則會(huì)降低。

綜合以上3種冬小麥品種的產(chǎn)量水利用率與旗葉水利用率增幅大小研究結(jié)果，其抗旱性最強(qiáng)的是開(kāi)麥21，其次是衡觀(guān)35，鄭麥366抗旱性最弱。

4 結(jié)論

灌漿期相同干旱脅迫條件下，衡觀(guān)35與開(kāi)麥21抗旱性要比鄭麥366高，只有在重度干旱脅迫下產(chǎn)量才有顯著降低，不同品種冬小麥的產(chǎn)量降幅為鄭麥366>衡觀(guān)35>開(kāi)麥21；不同品種冬小麥水分利用率皆于中度干旱脅迫下增加，在重度脅迫下降低，而衡觀(guān)35、開(kāi)麥21水分利用率在重度脅迫下降幅均較鄭麥366??；不同水分處理措施對(duì)不同品種小麥旗葉水分利用率影響有所差異，影響時(shí)間從長(zhǎng)到短依次是鄭麥366、衡觀(guān)35、開(kāi)麥21；整體來(lái)看，衡觀(guān)35、開(kāi)麥21屬于抗旱性較強(qiáng)的小麥品種；鄭麥366雖是抗旱性較弱的品種，但在正常灌水條件下其產(chǎn)量最高。