不同畦長(zhǎng)灌溉對(duì)小麥旗葉光合特性和產(chǎn)量的影響

延飛龍 趙俊曄 石玉 于振文

摘要：在高產(chǎn)麥田，以濟(jì)麥22為試材，設(shè)置10 m（L10）、20 m（L20）、30 m（L30）、40 m（L40）4個(gè)畦長(zhǎng)處理，研究不同畦長(zhǎng)灌溉對(duì)小麥開花后旗葉光合特性、籽粒灌漿速率及產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明：①花后14～35 d，L40處理旗葉凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率和水分利用效率均顯著高于L30、L20和L10處理。②花后7 d，L10處理籽粒灌漿速率顯著高于其它處理;花后14 d，各處理間無(wú)顯著差異;花后21～35 d，L40處理籽粒灌漿速率顯著高于其它處理。③L40處理籽粒產(chǎn)量和水分利用效率均顯著高于其它處理。本試驗(yàn)條件下，L40處理是兼顧高產(chǎn)和節(jié)水的最優(yōu)處理。

關(guān)鍵詞：小麥;畦長(zhǎng);灌溉;光合特性;籽粒灌漿速率;籽粒產(chǎn)量;水分利用效率

中圖分類號(hào)：S512.1+10.71文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A文章編號(hào)：1001-4942（2019）07-0024-05

山東省人均水資源占有量不足350 m3，僅為全國(guó)水平的1/6[1]。小麥生長(zhǎng)季平均降水量不足200 mm，而水分蒸散量為400～500 mm[2]，水資源短缺和降水量分布不均是限制山東省小麥高產(chǎn)的主要因素。開花后水分虧缺顯著降低小麥旗葉凈光合速率，光合產(chǎn)物積累量減少，籽粒產(chǎn)量降低[3]。生產(chǎn)上目前多采用畦灌來(lái)滿足小麥生育期間用水。研究表明，在水流量一定條件下，灌水量隨畦長(zhǎng)的增加而增大，但畦長(zhǎng)過(guò)長(zhǎng)不僅顯著降低灌水均勻度和水分利用效率，也造成作物產(chǎn)量降低[4]。前人關(guān)于不同畦長(zhǎng)灌溉對(duì)玉米產(chǎn)量影響的研究表明，畦長(zhǎng)80 m灌水均勻度最高，光合產(chǎn)物積累量最高，籽粒產(chǎn)量達(dá)到10 218 kg·hm-2[5]。關(guān)于小麥的研究表明，拔節(jié)期和開花期各灌水75 mm處理，灌漿期旗葉蒸騰速率、凈光合速率較僅拔節(jié)期灌水75 mm處理分別高11.94%、5.58%[6]。限量灌溉105 mm處理挑旗期和開花期旗葉凈光合速率與充分灌溉210 mm處理間無(wú)顯著差異，灌漿期受水分脅迫影響，限量灌溉處理旗葉葉綠素含量和凈光合速率較充分灌溉分別低4.22%和8.33%[7]。由上可見(jiàn)，前人關(guān)于不同畦長(zhǎng)灌溉對(duì)小麥光合特性影響的研究尚少，為此本試驗(yàn)以濟(jì)麥22為材料，就不同畦長(zhǎng)灌溉對(duì)小麥旗葉光合特性、籽粒灌漿速率及產(chǎn)量的影響進(jìn)行研究，以期為小麥節(jié)水高產(chǎn)栽培的適宜畦長(zhǎng)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)于2017—2018年小麥生長(zhǎng)季在山東省濟(jì)寧市兗州區(qū)小孟鎮(zhèn)史家王子村進(jìn)行。試驗(yàn)田為壤土，前茬作物為玉米，收獲后全部秸稈還田。小麥播種前0～20 cm土層養(yǎng)分含量為有機(jī)質(zhì)14.31 mg·kg-1、全氮1.17 g·kg-1、堿解氮118.82 mg·kg-1、速效磷39.29 mg·kg-1、速效鉀116.37 mg·kg-1。全生育期內(nèi)有效降水量為151.9 mm，其中播種至拔節(jié)期為37.6 mm，拔節(jié)期至開花期為40.5 mm，開花期至成熟期為73.8 mm。

供試小麥品種為濟(jì)麥22。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置4個(gè)畦長(zhǎng)處理，分別為10 m（L10）、20 m（L20）、30 m（L30）、40 m（L40），畦寬為2 m。隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3次，處理間設(shè)置寬2 m隔離帶。試驗(yàn)總施肥量為N 240 kg·hm-2、P2O5 150 kg·hm-2、K2O 150 kg·hm-2。磷肥和鉀肥播種前全部底施，氮肥播前底施N 105 kg·hm-2，拔節(jié)期追施N 135 kg·hm-2。2017年10月23日播種，2018年6月8日收獲。其它管理措施同一般高產(chǎn)田。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 區(qū)間劃分 將小區(qū)沿灌水方向分為0～10、10～20、20～30、30～40 m 4個(gè)區(qū)間，在各區(qū)間的中間位置取樣測(cè)定，重復(fù)3次。各處理試驗(yàn)結(jié)果為處理內(nèi)各區(qū)間測(cè)定結(jié)果數(shù)據(jù)的平均值。

1.3.2 灌水量和灌溉方式 于小麥拔節(jié)期和開花期按照改水成數(shù)90%（即當(dāng)水流前鋒到達(dá)畦長(zhǎng)長(zhǎng)度90%位置時(shí)停止灌水）灌溉，用水表計(jì)量灌溉量，L10、L20、L30和L40處理灌水量分別為96.81、119.84、139.00 mm和155.97 mm。

1.3.3 旗葉光合特性測(cè)定 于小麥開花期在各區(qū)間標(biāo)記同一天開花的單莖，采用英國(guó)產(chǎn)CIRAS-2型光合儀于開花0、7、14、21、28、35 d的9∶00—11∶00測(cè)定各區(qū)間3片標(biāo)記旗葉的凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）和蒸騰速率（Tr）。葉片水分利用效率=Pn/Tr。

1.3.4 籽粒灌漿速率測(cè)定 開花期在各區(qū)間標(biāo)記同一天開花的麥穗，花后每隔7 d取20個(gè)麥穗，置于70℃烘箱烘干至恒重，計(jì)算籽粒灌漿速率[8]。

1.3.5 籽粒產(chǎn)量測(cè)定 于小麥成熟期按小區(qū)收獲，脫粒風(fēng)干至含水量為12.5%時(shí)稱重測(cè)產(chǎn)。

1.3.6 水分利用效率計(jì)算 水分利用效率（kg·hm-2·mm-1）=籽粒產(chǎn)量/生育期總耗水量[9]。生育期總耗水量計(jì)算公式：ET=ΔS+M+P+K[10]，式中ET為生育期總耗水量（mm），ΔS為土壤貯水消耗量（mm），M為灌水量（mm），P為降水量（mm），K為地下水補(bǔ)給量（單位：mm;當(dāng)?shù)叵滤裆畲笥?.5 m時(shí)，K值不計(jì)）。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2007軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，SPSS 13.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和LSD法多重比較，SigmaPlot 12.5軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理小麥開花后旗葉凈光合速率和氣孔導(dǎo)度

由圖1可知，開花0、7 d各處理間旗葉凈光合速率和氣孔導(dǎo)度無(wú)顯著差異;開花14 d，凈光合速率為L(zhǎng)40﹥L30﹥L20、L10，L20、L10處理間差異不顯著，氣孔導(dǎo)度為L(zhǎng)40﹥L30﹥L20﹥L10;開花后21～35 d，凈光合速率和氣孔導(dǎo)度均為L(zhǎng)40﹥L30﹥L20﹥L10。表明，L40處理氣孔導(dǎo)度高，有利于外界CO2進(jìn)入葉片，使葉片保持較高的凈光合速率。

2.2 不同處理小麥開花后旗葉蒸騰速率和水分利用效率

由圖2可知，開花0、7 d，各處理旗葉蒸騰速率和水分利用效率間無(wú)顯著差異;開花后14 d，蒸騰速率為L(zhǎng)40﹥L30﹥L20、L10，L20與L10處理間差異不顯著，水分利用效率為L(zhǎng)40﹥L30、L20﹥L10，L30與L20處理間差異不顯著;開花后21、28、35 d，蒸騰速率和水分利用效率均為L(zhǎng)40處理顯著高于其它處理。L40處理開花中后期較高的蒸騰速率，有利于降低葉片溫度，維持較高的葉片光合速率。L40處理旗葉水分利用效率降低速率低于其它處理，有利于延長(zhǎng)旗葉的光合高值持續(xù)期。

2.3 不同處理小麥開花后籽粒灌漿速率

由圖3可知，開花后7 d，各處理籽粒灌漿速率為L(zhǎng)10﹥L20、L30﹥L40，L20與L30處理間差異不顯著;開花后14 d，各處理籽粒灌漿速率間無(wú)顯著差異;開花后21、28、35 d，各處理籽粒灌漿速率均為L(zhǎng)40﹥L30﹥L20﹥L10。L40處理開花中后期保持較高的籽粒灌漿速率，有利于提高粒重。

2.4 不同處理小麥籽粒產(chǎn)量和水分利用效率

由表1可知，各處理籽粒產(chǎn)量為L(zhǎng)40>L30>L20>L10;總灌水量為L(zhǎng)40>L30>L20>L10;總耗水量各處理間無(wú)顯著差異;水分利用效率為L(zhǎng)40>L30>L20、L10，L20和L10處理間差異不顯著。L40處理獲得最高籽粒產(chǎn)量，水分利用效率亦最高。

3 討論與結(jié)論

小麥90%以上的干物質(zhì)來(lái)源于光合產(chǎn)物的積累[11]。灌溉是影響小麥開花后光合特性的重要因素[12]。研究表明，在華北地區(qū)，畦寬8.3 m條件下，畦長(zhǎng)45 m處理較畦長(zhǎng)15 m處理灌水量高51 mm，開花期小麥旗葉SPAD值高8.11%，葉片光合性能高，促進(jìn)了光合產(chǎn)物的積累，籽粒產(chǎn)量高1 057.5 kg·hm-2[13]。全生育期灌水83 mm處理開花后土壤含水量低，開花21 d旗葉蒸騰速率和凈光合速率較全生育期灌水205 mm處理分別低42.31%、24.44%[14]。亦有研究表明，寧夏灌區(qū)，小麥拔節(jié)期、抽穗期和灌漿期各灌水90 mm處理灌漿期旗葉蒸騰速率和水分利用效率最高，分別為12.4 mmol·m-2·s-1、0.97 μmol·mol-1，有效延長(zhǎng)葉片光合功能持續(xù)期，增加干物質(zhì)積累量[15]。本試驗(yàn)中，畦寬2 m，改水成數(shù)90%條件下，L40處理比其它處理有較高的灌水量，能保證開花后充足的水分供應(yīng)，開花后14～35 d氣孔導(dǎo)度顯著高于其它處理，降低氣孔限制，促進(jìn)葉片蒸騰作用和吸收CO2，有利于維持較高的凈光合速率，促進(jìn)光合產(chǎn)物的積累。

不同畦長(zhǎng)處理的灌水量和灌溉均勻度存在差異，而灌溉量是影響小麥籽粒灌漿速率和水分利用效率的重要因素[16]。華北地區(qū)，全生育期灌水量由90 mm增加至165 mm，小麥灌漿期平均籽粒灌漿速率和灌漿持續(xù)時(shí)間分別增加3.64%、5.48%，小麥粒重增加2.89%[17]。小麥最大籽粒灌漿速率與灌水量呈拋物線趨勢(shì)，新疆地區(qū)，灌水量由315 mm增加至465 mm，小麥籽粒灌漿速率達(dá)到最高，為2.16 g·d-1，灌水量增加至540 mm，籽粒灌漿速率較灌水465 mm處理低3.24%[18]。研究表明，小麥總耗水量隨著灌水量的增加而增加，冬小麥在土壤水分較好條件下，總耗水量呈雙峰曲線變化[19]。水分利用效率隨著灌水量的增加呈先增后減趨勢(shì)，灌溉量由60 mm增加至210 mm時(shí)，水分利用效率逐漸增加，而當(dāng)灌水量由230 mm增加至354 mm，水分利用效率降低2.2 kg·hm-2·mm-1[20，21]。本試驗(yàn)條件下，L40處理籽粒產(chǎn)量最高，且總耗水量較其它處理無(wú)顯著增加，從而獲得最高的水分利用效率，達(dá)到19.17 kg·hm-2·mm-1。因此，L40處理是本試驗(yàn)條件下的最佳灌溉畦長(zhǎng)。

參 考 文 獻(xiàn)：

[1]Shi W J，Tao F J，Liu J Y. Changes in quantity and quality of cropland and the implications for grain production in the Huang-Huai-Hai Plain of China[J]. Food Security，2013，5（1）：69-82.

[2]梅旭榮，康紹忠，于強(qiáng)，等. 協(xié)同提升黃淮海平原作物生產(chǎn)力與農(nóng)田水分利用效率途徑[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，46（6）：1149-1157.

[3]譚秀山，秦青寧，公艷，等. 水分脅迫對(duì)冬小麥農(nóng)藝性狀的影響及兩者間的定量數(shù)學(xué)模型[J]. 山東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，44（2）：15-19.

[4]鄭和祥，史海濱，程滿金，等. 畦田灌水質(zhì)量評(píng)價(jià)及水分利用效率分析[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2009， 25（6）：1-6.

[5]馬龍，李強(qiáng)，陳新明. 涇惠渠灌區(qū)畦長(zhǎng)對(duì)夏玉米耗水特性和產(chǎn)量影響[J]. 節(jié)水灌溉，2017（2）：19-28.

[6]寧東峰，李志杰，孫文彥，等. 節(jié)水灌溉對(duì)黃淮海地區(qū)冬小麥水分消耗與光合特性的影響[J]. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2010，16（4）：852-858.

[7]劉國(guó)偉，任艷云，閆璐. 土壤肥力和灌水量組合對(duì)不同類型小麥光合特性及產(chǎn)量的影響[J]. 農(nóng)學(xué)學(xué)報(bào)，2017，7（6）：27-33.

[8]孫進(jìn)先，魏秀華，王國(guó)飛，等. 品種、播期、灌水和施氮量對(duì)小麥灌漿速率的影響[J]. 山東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010（7）：48-50.

[9]Sepaskhah A R，Tafteh A.Yield and nitrogen leaching in ra-peseed field under different nitrogen rates and water saving irrigation[J]. Agricultural Water Management，2012，112：55-62.

[10]Patanè C，Cosentino S L . Yield，water use and radiation use efficiencies of kenaf （Hibiscus cannabinus L.） under reduced water and nitrogen soil availability in a semi-arid ?Mediterranean area[J]. European Journal of Agronomy，2013，46：53-62.

[11]Wang Y Q，Xi W X，Wang Z M，et al. Contribution of ear photosynthesis to grain yield under rainfed and irrigation conditions for winter wheat cultivars released in the past 30 years in North China Plain[J]. Journal of Integrative Agriculture，2016，15（10）：2247-2256.

[12]王瑞英，高峻嶺，王月福，等. 灌溉對(duì)小麥—玉米周年栽培中花后水分與干物質(zhì)積累的影響[J]. 山東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011（5）：21-24，28.

[13]呂麗華，李謙，姚海坡，等. 不同灌溉畦長(zhǎng)下小麥耗水特性和產(chǎn)量形成特點(diǎn)[J]. 華北農(nóng)學(xué)報(bào)，2017， 32（S1）：325-330.

[14]董志強(qiáng)，張麗華，呂麗華，等. 不同灌溉方式對(duì)冬小麥光合速率及產(chǎn)量的影響[J]. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2015，33（6）：1-7.

[15]白海波，呂學(xué)蓮，惠建，等. 灌水量對(duì)寧夏春小麥光合特性及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響[J]. 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2017，33（34）：9-14.

[16]熊淑萍，谷秋榮，何建國(guó)，等. 水分處理對(duì)不同專用型小麥籽粒灌漿特征和產(chǎn)量的影響[J]. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2005，23（4）：113-117，133.

[17]臧賀藏，張英華，張興娟，等. 水氮限量供給下高產(chǎn)小麥品種籽粒灌漿特性及氮磷鉀積累動(dòng)態(tài)[J]. 草業(yè)學(xué)報(bào)，2016，25（9）：28-36.

[18]雷鈞杰，張永強(qiáng)，陳興武，等. 新疆冬小麥籽粒灌漿和品質(zhì)性狀對(duì)滴灌用水量的響應(yīng)[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2017，28（1）：127-134.

[19]房全孝，陳雨海. 節(jié)水灌溉條件下冬小麥耗水規(guī)律及其生態(tài)基礎(chǔ)研究[J]. 華北農(nóng)學(xué)報(bào)，2003， 18（3）：18-22.

[20]Ma Y，F(xiàn)eng S，Song X. A root zone model for estimating soil water balance and crop yield responses to deficit irrigation in the North China Plain[J]. Agricultural Water Management， 2013，127：13-24.

[21]Liu X，Shao L，Sun H，et al. Responses of yield and water use efficiency to irrigation amount decided by pan evaporation for winter wheat[J]. Agricultural Water Management，2013，129： 173-180.