減少灌水次數(shù)對河北冬性強筋小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

郭振清，劉 添，張 敏，徐東娜，安浩軍，姚紅英，李清瑤，蔡瑞國

(1.河北省逆境生物學(xué)重點實驗室/河北科技師范學(xué)院農(nóng)學(xué)與生物科技學(xué)院，河北秦皇島 066004； 2.保定市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，河北保定 072550；3.昌黎縣安山鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)綜合服務(wù)站，河北昌黎 066001)

河北省是我國小麥的主產(chǎn)區(qū)之一，對保障區(qū)域糧食安全有重要意義[1]。隨著農(nóng)業(yè)的發(fā)展，小麥生產(chǎn)不再只追求高產(chǎn)，而是要產(chǎn)量和品質(zhì)并重，強筋小麥成為近年來研究的熱點。河北省生態(tài)環(huán)境復(fù)雜，小麥生態(tài)區(qū)多樣。趙廣才等[2]將河北省劃分為5個小麥品質(zhì)生態(tài)區(qū)，其中冬性強筋小麥適宜生態(tài)區(qū)為冀中北生態(tài)區(qū)和冀東生態(tài)區(qū)，但關(guān)于該地區(qū)冬性強筋小麥研究的報道甚少。

河北省冬性強筋小麥生育期較長，自然降水不能滿足其正常生長發(fā)育，需要消耗較多的灌水來滿足小麥生產(chǎn)[3]，地下水供應(yīng)不足成為該地區(qū)限制小麥生產(chǎn)的重要因素。因此，發(fā)展小麥節(jié)水、高產(chǎn)栽培措施對目前該區(qū)小麥生產(chǎn)十分迫切。強筋小麥的產(chǎn)量和品質(zhì)受基因型、生態(tài)環(huán)境和栽培技術(shù)的共同影響[4-5]。在小麥栽培技術(shù)中，灌水對小麥產(chǎn)量和品質(zhì)起著重要作用。灌水量對小麥光合特性具有調(diào)節(jié)作用，水分虧缺會降低葉片光合速率，過高則會加速葉片衰老[6-7]。小麥在拔節(jié)期適當(dāng)灌水有利于促進(jìn)干物質(zhì)積累，花后適當(dāng)減少灌水能提高干物質(zhì)向籽粒中的轉(zhuǎn)運效率[8-9]；合理的灌水模式能夠提高小麥籽粒產(chǎn)量和水分利用效率[10]；鄭成巖等[11]研究指出，底水+拔節(jié)水各灌溉60 mm的處理下小麥能獲得高產(chǎn)，并且灌溉水利用率也較高。研究還發(fā)現(xiàn)，適宜的灌水運籌可提高小麥籽粒容重、濕面筋含量、蛋白質(zhì)含量和沉降值等品質(zhì)指標(biāo)[12]。前人關(guān)于水分對河北中筋小麥影響的研究較多，但關(guān)于生態(tài)環(huán)境和灌水次數(shù)對河北冬性強筋小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的調(diào)控效應(yīng)鮮見報道。

本試驗以冬性強筋小麥農(nóng)優(yōu)3號和中麥998為材料，分別在冀中北和冀東生態(tài)區(qū)設(shè)置相同灌水次數(shù)處理，研究灌水次數(shù)對冬性強筋小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的調(diào)控效應(yīng)，以期為河北省不同生態(tài)區(qū)冬性強筋小麥品種適宜灌水次數(shù)的選擇提供理論依據(jù)和技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

試驗于2017-2018年分別在秦皇島市昌黎縣賈莊大田(118°58′E，39°42′N)和保定市農(nóng)業(yè)科學(xué)院徐水科研基地(115°65′E，39°02′N)進(jìn)行。圖1是兩個生態(tài)區(qū)試驗期間溫度和降雨，表1是試驗地基礎(chǔ)地力情況。供試品種為強筋小麥品種農(nóng)優(yōu)3號和中麥998。昌黎大田于2017年10月14日播種，徐水基地于2017年10月16日播種。試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計，設(shè)置3個灌水次數(shù)分別為：CK：越冬水+拔節(jié)水+開花水；W2：越冬水+拔節(jié)水；W1：越冬水，每次灌水量為600 m3·hm-2。基本苗450×104株·hm-2，小區(qū)長6 m，寬3 m，行距為15 cm，3次重復(fù)。基肥于播種前統(tǒng)一撒施后翻地，氮肥、磷肥、鉀肥各120 kg·hm-2，三葉期定苗，拔節(jié)前統(tǒng)一追施氮肥120 kg·hm-2。徐水基地于2018年6月11日收獲，昌黎大田于2018年6月20日收獲。

1.2 測定項目與方法

1.2.1 葉面積指數(shù)測定

于小麥孕穗期取1 m雙行內(nèi)的小麥全部葉片，用葉面積儀(LI-3100C,USA)測定葉面積，并計算葉面積指數(shù)(LAI)。LAI=單莖葉面積× 1 hm2總莖數(shù)/10 000。3次重復(fù)。

1.2.2 植株干物質(zhì)積累量測定和收獲指數(shù)計算

于小麥完熟期，每處理隨機選取1 m雙行內(nèi)的全部地上部分，將籽粒分離，105 ℃殺青30 min，65 ℃烘干，測定植株樣品和籽粒重。干物質(zhì)積累=植株營養(yǎng)器官重+籽粒重；收獲指數(shù)=籽粒重/干物質(zhì)積累量×100%。3次重復(fù)。

表1 試驗地土壤基礎(chǔ)地力情況Table 1 Soil nutrient at experimental plots

1.2.3 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素測定

完熟期每處理選取1 m2樣點，統(tǒng)計取樣方內(nèi)穗數(shù)，隨機取30個麥穗測穗粒數(shù)，自然曬干后測千粒重和實際產(chǎn)量。3次重復(fù)。

1.2.4 籽粒品質(zhì)測定

按國家糧食標(biāo)準(zhǔn)(GB-1351-78)，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[2]；用半微量凱氏定氮法測定籽粒蛋白質(zhì)含量；濕面筋含量采用瑞典波通儀器公司2200型面筋儀，參照AACC38-2方法進(jìn)行測定；穩(wěn)定時間的測定用德國Brabender公司的粉質(zhì)儀，按AACC56-21方法測定[13]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

用Excel 2010和DPS(Data Processing System)7.05 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同灌水次數(shù)對小麥葉面積指數(shù)的影響

圖2表明，灌水次數(shù)和環(huán)境均會對供試小麥的葉面積指數(shù)造成影響。相同環(huán)境下，與 CK 處理相比，W2處理下兩個小麥品種孕穗期葉面積指數(shù)未有顯著變化；W1處理下葉面積指數(shù)顯著低于其他處理(P<0.05)。從環(huán)境條件看，CK和W2處理下，兩個小麥品種在徐水試點的葉面積指數(shù)均明顯高于昌黎試點；W1處理下，兩個品種在兩個試點的葉面積指數(shù)差異不明顯。從品種適應(yīng)性的角度來看，農(nóng)優(yōu)3號的葉面積指數(shù)在兩地之間的差異相對較小，而中麥998的葉面積指數(shù)在兩地之間的差異較大。

2.2 不同灌水次數(shù)對小麥干物質(zhì)積累量的影響

由圖3可知，灌水次數(shù)對小麥的干物質(zhì)積累量具有顯著影響(P<0.05)。不同處理下兩個小麥品種干物質(zhì)積累量的變化趨勢一致，隨灌水次數(shù)減少，小麥干物質(zhì)積累呈下降趨勢；3個不同灌水處理間差異均達(dá)到顯著水平。環(huán)境間比較，兩個品種成熟期在徐水試點的干物質(zhì)積累量均高于昌黎試點。

2.3 不同灌水次數(shù)對小麥?zhǔn)斋@指數(shù)的影響

環(huán)境條件與灌水次數(shù)對小麥的收獲指數(shù)均具有顯著影響(P<0.05)。圖4表明，減少灌水次數(shù)對兩個品種在不同環(huán)境中的影響不盡相同，在徐水點，兩個品種的收獲指數(shù)在不同灌水處理間差異均不顯著；在昌黎點，農(nóng)優(yōu)3號隨灌水次數(shù)的減少收獲指數(shù)逐漸提高，處理間差異顯著；中麥998的收獲指數(shù)在W2處理下最高，且顯著高于其他兩個處理。環(huán)境間比較，農(nóng)優(yōu)3號在徐水試點的收獲指數(shù)高于在昌黎試點；而中麥998在昌黎試點的收獲指數(shù)高于在徐水試點。

2.4 不同灌水次數(shù)對小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的 影響

由表2可知，環(huán)境和灌水次數(shù)對冬性強筋小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成要素有顯著影響(P<0.05)。減少灌水次數(shù)造成供試小麥穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重均顯著減少，導(dǎo)致產(chǎn)量顯著降低。同一灌水處理品種間比較，徐水試點農(nóng)優(yōu)3號的產(chǎn)量較高，而昌黎試點中麥998的產(chǎn)量較高(W1處理除外)。與CK相比，灌水次數(shù)減少到W2時，穗數(shù)變化不顯著，灌水次數(shù)減少到W1時，穗數(shù)顯著降低；穗粒數(shù)、千粒重和產(chǎn)量均隨著灌水次數(shù)的減少顯著降低，且處理間差異均達(dá)到顯著水平。兩個品種在徐水試點的穗數(shù)和穗粒數(shù)水平高于昌黎試點；而在昌黎試點的千粒重水平高于徐水試點。

表2 不同灌水次數(shù)對小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響Table 2 Effect of different irrigation frequency on yield and its components of wheat

2.5 不同灌水次數(shù)對小麥籽粒品質(zhì)的影響

由表3可知，按照國家強筋小麥標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 17892-1999)，昌黎試點的2個強筋小麥品種和徐水試點的中麥998各項指標(biāo)均達(dá)到了強筋小麥的標(biāo)準(zhǔn)(容重≥770 g·L-1；穩(wěn)定時間≥7.0 min)。就籽粒容重而言，隨灌水次數(shù)減少，農(nóng)優(yōu)3號在徐水試點表現(xiàn)為顯著上升，在昌黎試點以W2處理最高，且處理間差異均顯著；中麥998在徐水試點以W2處理最高，在昌黎試點以W1處理最高，但兩個品種在W2與W1處理間均無顯著差異。隨灌水次數(shù)減少，農(nóng)優(yōu)3號和中麥998的蛋白質(zhì)含量和穩(wěn)定時間在兩個試點均表現(xiàn)為顯著上升趨勢，蛋白質(zhì)含量在處理間差異均顯著，穩(wěn)定時間則兩品種的W2與W1處理間差異均未達(dá)到顯著水平。隨灌水次數(shù)減少，農(nóng)優(yōu)3號的濕面筋含量在徐水試點表現(xiàn)為上升趨勢，在昌黎試點表現(xiàn)為下降趨勢，且兩試點的CK和W2處理間均無顯著差異；中麥998在兩試點表現(xiàn)為下降趨勢且在昌黎點各處理間差異達(dá)到顯著水平。隨灌水次數(shù)減少，農(nóng)優(yōu)3號和中麥998在兩試點沉降值表現(xiàn)為先升高后降低的趨勢(農(nóng)優(yōu)3號在昌黎點除外)，且兩品種的W1和W2處理在徐水試點和昌黎試點均表現(xiàn)出顯著差異。整體而言，減少灌水次數(shù)有利于強筋小麥多數(shù)品質(zhì)參數(shù)的提高，且在W2處理下，小麥籽粒品質(zhì)表現(xiàn)為昌黎試點更優(yōu)。

3 討 論

3.1 灌水次數(shù)對冬性強筋小麥葉面積指數(shù)和干物質(zhì)積累的影響

本研究發(fā)現(xiàn)，徐水試點強筋小麥的葉面積指數(shù)明顯高于昌黎試點，可能與徐水試點的平均溫度較高、且拔節(jié)期至抽穗期的降雨量多(圖1)有關(guān)，這與前人研究結(jié)果基本一致。葉面積指數(shù)(LAI)反映了光合群體的結(jié)構(gòu)與大小，具有良好葉面積的小麥群體是保證產(chǎn)量的前提。崔 月等[14]研究表明，灌水能夠提高葉面積指數(shù)。張向前等[15-16]研究表明，拔節(jié)期和抽穗期灌水對提高小麥光合速率效果明顯。光合作用的產(chǎn)物是干物質(zhì)，其積累與轉(zhuǎn)運直接影響小麥產(chǎn)量[17]。張作為等[18]研究表明，增加灌水能明顯提高小麥花后干物質(zhì)積累量。本研究發(fā)現(xiàn)，隨著灌水次數(shù)的減少，小麥干物質(zhì)積累量逐漸減少，與前人研究結(jié)果基本一致。與CK比較，W1處理兩個冬性強筋小麥葉面積指數(shù)則顯著下降，但W2處理葉面積指數(shù)未達(dá)到顯著差異。

3.2 灌水次數(shù)對冬性強筋小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

強筋小麥產(chǎn)量受灌水量的影響，水分過多或過少對產(chǎn)量均不利[8-10]。在一定范圍內(nèi),隨灌水次數(shù)的增加產(chǎn)量水平逐漸提高[19-20]。吳金芝等[21]研究表明，限量灌水對小麥穗數(shù)和穗粒數(shù)的影響較小，且能促進(jìn)干物質(zhì)向籽粒的轉(zhuǎn)運。丁錦峰等[22]研究表明，拔節(jié)期和花后漬水對穗數(shù)影響較小，但對穗粒數(shù)和千粒重不利。冀中北麥區(qū)和冀東麥區(qū)的越冬期時間長，穗分化時間短，節(jié)水灌溉的條件下，澆拔節(jié)水有利于提高小麥有效穗數(shù)。本研究結(jié)果表明，兩個冬性強筋小麥的穗數(shù)在W1處理下顯著降低，W2處理與CK差異不顯著，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，與前人研究結(jié)果基本一致。

表3 不同灌水次數(shù)對小麥籽粒品質(zhì)的影響Table 3 Effect of different irrigation frequency on grain quality of wheat

3.3 灌水次數(shù)對冬性強筋小麥籽粒品質(zhì)的影響

不同強筋小麥品質(zhì)受環(huán)境條件影響程度有所差異[4]。前人研究表明，適當(dāng)減少灌水可使強筋小麥濕面筋含量和沉降值有所提高[23-24]。灌水會影響小麥籽粒蛋白質(zhì)水平，灌水過多會降低蛋白質(zhì)含量[25-26]。本研究結(jié)果表明，灌水次數(shù)和冬性強筋小麥籽粒蛋白質(zhì)含量的變化趨勢呈負(fù)相關(guān)，與前人研究結(jié)果一致。從籽粒容重、蛋白質(zhì)含量和穩(wěn)定時間等品質(zhì)指標(biāo)綜合來看，隨著灌水次數(shù)的減少，兩個冬性強筋小麥品質(zhì)表現(xiàn)越好，但W2處理和W1處理大多被測指標(biāo)無顯著差異(表3)。綜合各項指標(biāo)，在河北冬性強筋小麥種植區(qū)可以選用灌越冬水和拔節(jié)水，以便協(xié)調(diào)其籽粒產(chǎn)量和品質(zhì)。