灌水次數(shù)對冀中北麥區(qū)冬性中筋和強筋小麥光合特性和產(chǎn)量的影響

摘要 ［目的］ 探究灌水次數(shù)對冀中北麥區(qū)冬性中、強筋小麥光合特性和產(chǎn)量的影響。［方法］ 選用當(dāng)前冀中北麥區(qū)生產(chǎn)中推廣的強筋小麥品種農(nóng)優(yōu)3號和中筋小麥品種中麥1062為試驗材料，大田條件下設(shè)置3種灌水模式（W3處理本地生產(chǎn)中灌溉模式為冬水＋拔節(jié)水＋開花水；W2處理為冬水＋拔節(jié)水；W1處理為冬水），研究不同的灌水模式下小麥籽粒產(chǎn)量、光合生理特性、干物質(zhì)積累和加工品質(zhì)的變化。［結(jié)果］ 隨灌水次數(shù)減少，中強筋小麥品種的葉面積指數(shù)、干物質(zhì)積累明顯降低；籽粒容重、蛋白質(zhì)、濕面筋含量升高，穩(wěn)定時間延長；有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重均呈顯著性降低，產(chǎn)量顯著下降，水分利用效率升高。［結(jié)論］ 在河北省北部冬性強筋小麥種植區(qū)，實行限水灌溉可以有效協(xié)調(diào)小麥籽粒產(chǎn)量和品質(zhì)，同時協(xié)同提高水分利用效率。

關(guān)鍵詞 灌水次數(shù)；中強筋小麥；光合生理特性；產(chǎn)量；加工品質(zhì)

中圖分類號 S512.1 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2024）15-0034-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.15.007

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標識碼（OSID）：

Effects of Irrigation Frequency on Photosynthetic Characteristics and Yield of Winter Wheat with Medium and Strong Gluten in Central and Northern Hebei

AN Xue-jun1， LI Xiao-jing2， AN Hao-jun2 et al

（1.Yimuquan Township Government， Baoding， Hebei 071051;2. Baoding Academy of Agricultural Sciences， Baoding， Hebei 071000）

Abstract ［Objective］To explore the effect of irrigation frequency on photosynthetic characteristics and yield of winter wheat with medium and strong gluten in central and northern Hebei. ［Method］The strong gluten wheat variety Nongyou 3 and the medium gluten wheat variety Zhongmai 1062 were selected as the experimental materials， which were popularized in the production of the central and northern wheat areas of Hebei Province. Three water regimes were set up to explore the changes of grain yield， photosynthetic physiological characteristics， dry matter accumulation and processing quality of moderate-strong-gluten wheat under different irrigation modes in Hebei Province under field conditions.［Result］With the decrease of irrigation times， the leaf area index and dry matter accumulation of moderate-strong-gluten wheat varieties decreased significantly. The grain bulk density， protein and wet gluten content increased， and the stability time was prolonged. The effective panicle number， grain number per panicle and 1 000-grain weight were significantly decreased. The yield decreased significantly and the water use efficiency increased. ［Conclusion］In the winter strong gluten wheat planting area in northern Hebei Province， the implementation of limited water irrigation could effectively coordinate wheat grain yield and quality，and synergistically improved water use efficiency at the same time.

Key words Frequency of irrigation;Moderate-strong-gluten wheat;Photosynthetic physiological characteristics;Yield;Processing quality

冀中北是河北省冬性強筋小麥適宜種植區(qū)［1］，隨著社會發(fā)展，小麥生產(chǎn)要求產(chǎn)量和品質(zhì)同步提高，強筋小麥成為近年來研究的熱點。河北省小麥生態(tài)區(qū)多樣、環(huán)境復(fù)雜，小麥生育期內(nèi)降水分布不均勻且降水量小，自然降水不能滿足生產(chǎn)需求，地下水短缺已成為限制小麥生產(chǎn)的重要因素，開展小麥節(jié)水灌溉措施、提高水分利用效率是當(dāng)前該區(qū)小麥生產(chǎn)迫切需求。強筋小麥的產(chǎn)量和品質(zhì)受生態(tài)環(huán)境、栽培技術(shù)和基因型等因素的共同影響［2］，灌水對小麥籽粒產(chǎn)量和品質(zhì)起著重要作用，適宜的灌水次數(shù)可提高水分利用效率［3］。孟兆江等［4-5］研究表明，小麥拔節(jié)前輕度降低灌水量，葉片光合速率無明顯下降，而揚花期降低灌水量則直接影響小麥花后旗葉凈光合速率，且拔節(jié)期灌水的超補償效應(yīng)使得產(chǎn)量和水分利用效率均有所增加。小麥花后14 d灌水45 mm能夠顯著提高籽粒產(chǎn)量和蛋白質(zhì)產(chǎn)量［6］，但隨著灌水次數(shù)的增加，籽粒品質(zhì)明顯下降［7］。在有限灌溉下，拔節(jié)水和開花水有機組合是高產(chǎn)和高水分利用效率相統(tǒng)一的灌溉模式［8］，合理的灌水模式不僅能夠提高小麥水分利用效率和籽粒產(chǎn)量［9］，而且能同步提高濕面筋含量、容重和蛋白質(zhì)含量等品質(zhì)指標［10］。前人研究結(jié)果有力保障了我國小麥生產(chǎn)持續(xù)增長，但灌水次數(shù)對河北冬性強筋小麥產(chǎn)量和品質(zhì)特性及光合調(diào)控效應(yīng)的影響鮮見報道。面對冀中北水資源日益緊缺和強筋小麥品質(zhì)不穩(wěn)定的現(xiàn)狀，筆者選用冀中北種植面積較大的2個中、強筋小麥品種，以本地生產(chǎn)中灌溉模式為對照，探討了灌水次數(shù)對其干物質(zhì)積轉(zhuǎn)運、產(chǎn)量、光合特性的影響，以期為冀中北麥區(qū)中、強筋小麥的節(jié)水高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培提供理論依據(jù)和技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

2019—2020年在高碑店市科研基地進行，試驗地前茬作物為綠豆，表層（0～20 cm）土壤養(yǎng)分含量如下：有機質(zhì)19.9 g/kg，全N 1.35 g/kg，有效P 63.30 mg/kg，速效K 187.0 mg/kg， pH 8.1。降雨量見圖1。

1.2 試驗材料 強筋小麥品種采用農(nóng)優(yōu)3號，中筋小麥品種采用中麥1062。

1.3 試驗方法 試驗采用裂區(qū)試驗設(shè)計，2個品種（強筋小麥品種農(nóng)優(yōu)3號，中筋小麥品種中麥1062）為主處理，3個灌水（W3處理為冬水+拔節(jié)水+開花水；W2處理為冬水+拔節(jié)水；W1處理為冬水）為副處理。2019年10月5日播種，播種前底施純N、P2O5、K2O各120 kg/hm2，播種后鎮(zhèn)壓，小區(qū)面積28 m2（7 m×4 m），15 cm等行距，基本苗375萬株/hm2。拔節(jié)期隨灌水追施N肥120 kg/hm2，每次灌溉量600 m3/hm2。2020年6月16日收獲。

1.4 測定項目與方法

1.4.1 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素測定。每小區(qū)選取1 m雙行測定穗數(shù)，選取有代表性的20個麥穗測定穗粒數(shù)，每小區(qū)實收測定產(chǎn)量，測產(chǎn)籽粒中取樣測定千粒重。

1.4.2 植株干物質(zhì)積累量測定。分別于小麥抽穗期、灌漿期和成熟期每小區(qū)選取1 m雙行地上部分帶回實驗室，105 ℃殺青15 min后 80 ℃烘至恒重，測定植株干物重和籽粒重，3次重復(fù)。

1.4.3 葉面積指數(shù)。拔節(jié)期、孕穗期、開花期、灌漿期及成熟期每小區(qū)內(nèi)取10株，測量全部葉面積，3個重復(fù)取平均值，測定植株葉面積指數(shù)。

1.4.4 光合速率、葉綠素含量及蒸騰速率測定。旗葉完全

展開后，選長勢基本一致的10片旗葉標記，用SPAD-502型便攜式葉綠素儀測定旗葉中部葉綠素相對含量；采用LI-6400便攜式光合測定系統(tǒng)（美國LI-COR公司）于10：00—12：00測定挑旗前最上部展開葉或旗葉凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、水分利用率等光合參數(shù)。每處理測定5株。

1.4.5 籽粒品質(zhì)測定。 依據(jù)GB/T 15685—1995測定沉降值；采用半微量凱氏定氮法測定籽粒蛋白質(zhì)含量；依據(jù)GB/T 14603—1993采用瑞典波通2200面筋儀測定濕面筋含量；按AACC56-21方法，采用德國Brabender公司的粉質(zhì)儀測定穩(wěn)定時間；按國家糧食標準（GB 1351—78），采用上海東方衡器有限公司產(chǎn)的HGT-1000 型容重器測量籽粒容重。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用統(tǒng)計軟件Excel 2010進行試驗數(shù)據(jù)計算及繪圖；采用SPSS 22.0分析軟件Duncan’s新復(fù)極差法對有關(guān)數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析和差異顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表1可知，該試驗條件下，2個品種的產(chǎn)量及其構(gòu)成因素均隨著灌水次數(shù)的減少而降低，且同一小麥品種不同處理間差異均達到顯著水平，表明灌水次數(shù)對2個小麥品種產(chǎn)量及構(gòu)成因素有顯著影響。與本地灌水模式（W3處理）相比，減少開花水后W2處理農(nóng)優(yōu)3號的穗數(shù)并無極顯著差異，而2個處理穗粒數(shù)和千粒重間有極顯著差異，造成極顯著減產(chǎn)；中麥1062穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重降低是其產(chǎn)量降低的主要原因。減少開花水和拔節(jié)水后，W1處理的產(chǎn)量及其構(gòu)成三要素均較W3處理極顯著降低。結(jié)果顯示，中麥1062產(chǎn)量水平較農(nóng)優(yōu)3號的產(chǎn)量水平高，W2處理中麥1062雖然籽粒產(chǎn)量較本地灌水模式降低7.25%，但仍能達到8 000.00 kg/hm2的高產(chǎn)水平，產(chǎn)量極顯著高于農(nóng)優(yōu)3號的同一減水處理，且同一灌水處理品種間比較，中麥1062的籽粒產(chǎn)量均高于農(nóng)優(yōu)3號。

2.2 不同處理對小麥干物質(zhì)積累量的影響

由圖2可知，不同灌水模式下2個小麥品種干物質(zhì)積累量的變化趨勢一致，隨著灌水次數(shù)增加，2個小麥品種在各個生育時期生物量均呈增加趨勢，3個不同灌水模式間差異均明顯；相同生育時期2個小麥品種W1處理的干物質(zhì)積累量均低于W2、W3處理。

2.3 不同處理對小麥葉面積指數(shù)的影響

由表2可知，灌水次數(shù)對供試小麥的葉面積指數(shù)影響較大，隨著生育進程的推進，相同灌水處理下2個小麥品種的葉面積指數(shù)均呈先上升后下降的變化趨勢。從灌水次數(shù)來看，與當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)灌溉模式W3處理相比，W1處理下葉面積指數(shù)極顯著降低；W2處理下葉面積指數(shù)中麥1062孕穗期、開花期、灌漿期以及農(nóng)優(yōu)3號拔節(jié)期、孕穗期、開花期與W3處理間無顯著差異，說明W2處理能夠有效調(diào)控葉面積指數(shù)。在生育前期，自返青到孕穗期，2個中、強筋小麥葉面積指數(shù)增長速度較快，在孕穗期達到最大值，葉面積指數(shù)表現(xiàn)為農(nóng)優(yōu)3號高于中麥1062；而在生育后期隨著花后時間的推移，葉面積指數(shù)均呈不斷下降的趨勢，農(nóng)優(yōu)3號葉面積指數(shù)下降速率明顯高于中麥1062，而中麥1062的葉面積指數(shù)下降較緩慢，在整個灌漿期維持較高水平，這可能是其在3種灌水處理下較農(nóng)優(yōu)3號增產(chǎn)的原因之一。

2.4 不同處理對小麥葉綠素含量及光合特性影響

2.4.1 對小麥葉綠素含量的影響。由表3可知，除中麥1062 W3處理外，2種品質(zhì)類型的小麥品種SPAD值隨生育時期推進均呈“低-高-低”的變化趨勢，成熟期較W3處理，W1、W2處理SPAD值急速下降，因此W3處理可使小麥在整個生育時期保持較高的葉綠素含量。農(nóng)優(yōu)3號拔節(jié)期W2與W3間、W1與W2間差異未達顯著水平，自孕穗期開始，農(nóng)優(yōu)3號SPAD值隨均時間推移逐漸下降，孕穗期3個處理間SPAD值無極顯著差異，但開花期后，不同生育時期3個處理間均呈現(xiàn)極顯著差異，W1，W2處理成熟期SPAD值迅速下降，葉綠素活性近乎消失。中麥1062的SPAD值自孕穗期或開花期后開始呈現(xiàn)不同下降趨勢，至成熟期W1、W2處理SPAD值迅速下降。

2.4.2 對灌漿期小麥光合特性的影響。

由表4可知，不同灌水處理對同一小麥品種光合特性的影響變化趨勢基本相同，即隨著灌水次數(shù)減少，凈光合速率和蒸騰速率均呈下降趨勢，減少灌水次數(shù)明顯提高小麥葉片水分利用率，降低葉片光合能力，這是其減產(chǎn)的主要生理因素之一。W3處理小麥葉片凈光合速率和蒸騰速率均高于W1、W2處理，同一小麥品種不同處理間凈光合速率和蒸騰速率均呈極顯著差異。從不同品種間來看，與W3處理相比，W2處理下凈光合速率和蒸騰速率均極顯著下降，且農(nóng)優(yōu)3號下降幅度較中麥1062低；與W2處理相比，W1處理下農(nóng)優(yōu)3號凈光合速率和蒸騰速率迅速下降，中麥1062下降幅度相對平穩(wěn)。

2.5 不同處理對小麥品種籽粒加工品質(zhì)的影響

由表5可知，中麥1062和農(nóng)優(yōu)3號均表現(xiàn)為隨著灌水次數(shù)減少，籽粒容重、蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量升高，穩(wěn)定時間延長，且除農(nóng)優(yōu)3號穩(wěn)定時間外，不同灌水處理間有極顯著差異，農(nóng)優(yōu)3號穩(wěn)定時間W1與W2處理間無顯著差異；隨著灌水次數(shù)減少，沉降值則表現(xiàn)為先升高后降低，均表現(xiàn)為W2處理最高，且同一小麥品種W1與W3處理間無顯著差異。整體而言，灌水次數(shù)的減少有利于中、強筋小麥多數(shù)品質(zhì)參數(shù)的提高。

3 結(jié)論與討論

（1）產(chǎn)量高低是評價栽培技術(shù)優(yōu)劣的重要指標。冀中北麥區(qū)越冬期時間長，春季穗分化時間較短，較高的穗數(shù)是本生態(tài)區(qū)小麥高產(chǎn)的基礎(chǔ)。水是影響小麥生長發(fā)育的重要生態(tài)因子，灌水時期和灌水量對成穗數(shù)的影響顯著。趙雪飛等［11］研究指出，小麥拔節(jié)期不灌水處理穗數(shù)比灌水處理的穗數(shù)降低幅度達14.6%。拔節(jié)期灌水是小麥獲得較高穗數(shù)的基礎(chǔ)［12］，吳金芝等［13］認為，限量灌水對小麥穗數(shù)和穗粒數(shù)的影響較小。在一定范圍內(nèi)，隨著灌水次數(shù)的增加，產(chǎn)量水平逐漸提高［14］，水分過多或過少均會對產(chǎn)量產(chǎn)生不利影響［15-16］。該研究2個小麥品種的穗數(shù)在W1處理下均極顯著下降，中麥1062、農(nóng)優(yōu)3號分別較W3處理降低了16.63%和20.63%，這與趙飛雪等［11］研究結(jié)果一致。而穗粒數(shù)、千粒重和產(chǎn)量均隨著灌水次數(shù)的減少而逐漸降低，這與前人研究結(jié)果基本一致。

（2）作物的光合作用與產(chǎn)量密切相關(guān)，葉片中葉綠素含量是決定小麥葉片光合能力的一個決定因素。拔節(jié)期和抽穗期是影響小麥光合速率的2個關(guān)鍵時期，2個生育期的灌水可顯著提高小麥光合速率［17-18］。該研究結(jié)果表明，灌水次數(shù)對小麥SPAD值影響較大，限水處理下，灌漿期至成熟期小麥SPAD值迅速下降，葉面積指數(shù)降低，并進一步影響小麥光合性能。限水處理后，不同小麥品種光合速率和蒸騰速率下降幅度不一，但均呈下降趨勢，水分利用率隨著灌水次數(shù)的減少而呈上升趨勢。張永麗等［19］認為，增加灌水次數(shù)后，小麥旗葉凈光合速率顯著上升，產(chǎn)量及其構(gòu)成因素顯著增加。該研究結(jié)果表明，拔節(jié)期灌水量持續(xù)影響揚花期、灌漿期的葉面積，小麥葉面積、干物質(zhì)積累量均隨著灌水次數(shù)的減少而逐漸減少，與其他灌水處理相比，W1處理灌漿期至成熟期小麥葉面積指數(shù)顯著下降，光合能力隨之迅速下降，進而影響小麥產(chǎn)量。

（3）蛋白質(zhì)含量是強筋小麥品質(zhì)的一個主要指標。前人研究表明，灌水次數(shù)影響小麥籽粒蛋白質(zhì)含量［20］，灌水過多會降低蛋白質(zhì)含量［21-22］。但前人對冀中北中強筋小麥品種籽粒品質(zhì)研究較少。該研究結(jié)果顯示，隨著灌水次數(shù)減少，2個小麥品種籽粒蛋白質(zhì)含量、籽粒容重和穩(wěn)定時間等品質(zhì)指標呈增長趨勢。因此，可以通過適當(dāng)減少灌水次數(shù)的措施進一步提升強筋小麥籽粒蛋白質(zhì)含量。

綜上所述，在該試驗條件下，冀中北麥區(qū)2019—2020年小麥生長季有效降水量為113.8 mm，春季灌水75 mm，中麥1062的W2處理籽粒產(chǎn)量為8 050.67 kg/hm2，僅比W3處理降低7.25％，灌水利用效率卻提高85.48％，說明在水資源日益緊缺的河北省北部冬麥區(qū)，實行限水灌溉可以有效協(xié)調(diào)本地區(qū)強筋小麥籽粒產(chǎn)量和品質(zhì)，同時協(xié)同提高水分利用效率。

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