灌水量和噴抗旱劑對小麥生長發(fā)育·光合及水分利用率的影響

康子領(lǐng)，張向前，劉利平

(安徽省農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站，安徽合肥 230001)

作物生長季干旱是一個世界性問題，也是當前制約我國北方旱作農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重大障礙之一。小麥是我國北方主要糧食作物之一，其用水約占我國北方農(nóng)業(yè)用水的70%，如何合理灌溉確保小麥高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)對保障我國糧食安全具有重要的作用。小麥全生育期的平均需水量在300 mm以上，降水滿足率為55.9%～86.4%，通常需要進行人工補灌1～2次以保證小麥全生育期需水量，達到豐產(chǎn)豐收的目的。眾多研究表明，隨著土壤水分的減少小麥抗旱性增強，合理的水分虧缺和干旱脅迫有利于提高小麥的抗逆性和水分利用效率，因此在水資源緊缺的大環(huán)境下，很有必要進一步深入研究灌水和干旱對小麥生長發(fā)育、生理特性及產(chǎn)量等性狀指標的影響?；谛←溗掷眯什粌H受灌水量和灌水時期的影響，同時也受一些對植物生理功能具有調(diào)節(jié)作用抗旱化學制劑的影響。鑒于此，筆者在干旱(無外來降雨)條件下研究了同一生育期不同灌水量和噴灑抗旱劑對小麥葉面積指數(shù)、群體干物重、水分利用率、光合及產(chǎn)量的影響，以期闡明灌水和噴灑抗旱劑的耦合效應對小麥產(chǎn)量形成關(guān)鍵決定因素的影響，進而為我國小麥節(jié)水栽培提供科學依據(jù)和理論幫助。

1 材料與方法

試驗于2020年在安徽省蒙城縣農(nóng)業(yè)科技示范場可推拉玻璃大棚內(nèi)進行，該試驗為2因素隨機區(qū)組試驗，2因素分別為防旱化控措施和灌水量，2種化控措施分別為拔節(jié)期噴灑抗旱劑(H處理)和噴灑清水(CK)，4種灌水量分別為返青期灌水20 mm(W1處理)、30 mm(W2處理)、40 mm(W3處理)、50 mm(W4處理)。試驗每處理重復3次，共24個小區(qū)，小區(qū)面積為2.0 m×1.5 m = 3.0 m，種植小麥品種為濟麥22，基本苗240萬/hm，行距20 cm，每小區(qū)10行，播種后澆底墑水30 mm，出苗后開始控水。于10月13日播種，基施純氮150 kg/hm，PO120 kg/hm，KO 120 kg/hm，其他田間管理措施按當?shù)卮筇锷a(chǎn)習慣進行。

葉面積指數(shù)：每小區(qū)選擇10株小麥，用直尺測量小麥植株葉片的長度和最寬處，用長和寬的乘積再乘以0.83(折算系數(shù))確定單葉葉面積，葉面積指數(shù)=葉片總面積/土地面積。

干物重：分別于小麥拔節(jié)期、孕穗期、開花期和成熟期取樣(20株/小區(qū))測定干物重，將樣品在105 ℃下殺青20 min，85 ℃烘干至恒重，稱取干物重。

光合特性：于小麥開花期，選擇晴朗無云天氣運用Li-6400便攜式光合測定儀在09：30—11：30測定小麥旗葉同部位的光合速率、氣孔導度、蒸騰速率和胞間CO濃度。

葉片瞬時水分利用率為葉片光合速率與蒸騰速率的比值，測定葉片為小麥旗葉，測定時期為抽穗期、開花期和灌漿中期。

群體水分利用率(WUE)：WUE=/ET，WUE為水分利用率；為籽粒產(chǎn)量；ET作物生育期內(nèi)的耗水量。ET=(GSP+IRR)+ SWS-SWH，GSP 為生長季降水量(該試驗無外來降雨)；IRR為灌溉水量；SWS 為播種前土壤含水量；SWH 為收獲后土壤含水量。

產(chǎn)量及其構(gòu)成：分小區(qū)收割曬干后折算成大田量，并計算出產(chǎn)量構(gòu)成三要素的數(shù)值。

采用Microsoft Excel 2019軟件對數(shù)據(jù)進行處理和作圖；采用DPS 7.05軟件和最小顯著差數(shù)法(LSD)進行顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

由表1可知，隨著生育時期的推進，小麥葉面積指數(shù)呈先增加后下降的趨勢，并在開花期達到最大值。隨著灌水量的增加，不同生育期的小麥葉面積指數(shù)皆呈逐漸增加的趨勢，并以W4處理的最高，W1處理的最低。W3、W4的葉面積指數(shù)顯著高于W1處理，在CK和H處理下，W4處理的拔節(jié)期、孕穗期、開花期和灌漿中期的葉面積指數(shù)分別比W1處理顯著增加了15.8%、10.5%、11.2%、14.0%和15.7%、7.8%、8.9%、9.7%。相同灌水量下，H處理的葉面積指數(shù)總體表現(xiàn)高于對照CK，其中同一生育期同一灌水量下某些處理間的葉面積指數(shù)差異達到顯著水平。在W1和W4處理灌水量下，H處理比CK的葉面積指數(shù)在拔節(jié)期、孕穗期、開花期和灌漿中期分別增加了0.7%、5.4%、3.6%、8.1%和0.6%、2.9%、1.4%、4.0%。此外，從表1也可以看出，W3與W4處理各生育期的葉面積指數(shù)差異均不顯著，表明當灌水量增加到一定程度時，灌水增加葉面積的效果不再顯著。

表1 灌水和化控處理對小麥不同生育期葉面積指數(shù)的影響

由表2可知，同一化控措施下，隨著灌水量的增加，小麥各生育期的群體干物重呈逐漸增加的趨勢，并以W4處理的群體干物重最大。W3和W4處理小麥各生育期的群體干物重皆顯著高于W1處理，其中CK和H處理下W4處理的群體干物重在拔節(jié)期、孕穗期、開花期和成熟期分別比W1處理顯著增加了7.4%、5.6%、12.9%、14.1%和5.7%、3.6%、10.5%、13.6%。W3與W4處理間小麥各生育期的群體干物重差異皆不顯著，而W3處理各生育期的群體干物重皆高于W1處理，表明當灌水量增加到一定程度后再提高灌水量不會再對小麥群體干物重產(chǎn)生明顯影響。相同灌水量下，H處理的小麥群體干物重皆高于同一生育CK處理，其中H處理下W1和W4處理拔節(jié)期、孕穗期、開花期和成熟期的群體干物重分別比CK處理下W1和W4處理增加了4.1%、2.2%、7.2%、8.6%和2.5%、0.3%、5.0%、8.1%。

表2 灌水和化控處理對小麥不同生育期群體干物重的影響

由表3可知，同一化控措施下，隨著灌水量的增加，小麥葉片光合速率和氣孔導度數(shù)值呈先增加后下降的趨勢，并以W3處理的最高；蒸騰速率呈逐漸增加的趨勢，胞間CO濃度呈先降低后上升的趨勢，并以W3處理的最低。在CK和H處理下，W3處理的光合速率、氣孔導度和蒸騰速率分別比W1處理顯著增加了25.1%、19.8%、11.8%和21.3%、18.6%、8.3%，胞間CO濃度分別顯著降低了6.7%和6.2%。同一灌水量下，H處理的光合速率和氣孔導度皆高于CK處理，而蒸騰速率和胞間CO濃度皆低于CK處理，其中W1和W4灌水量處理下H處理的光合速率和氣孔導度分別比CK增加了10.3%、6.3%和7.9%、5.4%，蒸騰速率和胞間CO濃度分別降低了10.5%、3.9%和12.8%、3.4%。從表3也可以看出，W2與W1處理、W3與W2處理的光合速率差異顯著，而W3與W4處理的光合速率差異不顯著，且W3處理的光合速率略高于 W4處理，表明當灌水量增加到一定程度灌水對小麥光合速率的影響不再明顯，甚至會導致光合速率的略微下降。

表3 灌水和化控處理對小麥開花期光合特性的影響

由表4可知，隨著灌水量的增加，小麥葉片水分瞬時利用率呈先增加后下降的趨勢，并以W3處理的最高，W1處理的最低。CK和H處理下，W3處理抽穗期、開花期和灌漿中期的葉片瞬時水分利用率分別比W1處理顯著增加了8.7%、10.6%、11.9%和10.0%、10.6%、13.2%。W3處理抽穗期和開花期的葉片水分瞬時利用率略高于W4處理，但處理間差異不顯著，而灌漿中期W3處理的葉片水分利用率顯著高于W4處理，表明小麥生育前期較高的灌水量會導致小麥中后期葉片水分瞬時利用率的下降。相同灌水量下，H處理的葉片瞬時水分利用率皆顯著高于CK，其中W1和W4灌水量處理下H處理抽穗期、開花期和灌漿中期的葉片水分利用率分別比CK增加了11.7%、6.6%、12.3%和14.4%、6.9%、13.8%，說明通過化控措施噴施抗旱劑可明顯提高小麥葉片瞬時水分利用率。

表4 灌水和化控處理對小麥旗葉瞬時水分利用率的影響

由圖1可知，隨著灌水量的增加，小麥群體水分利用率呈先增加后下降的趨勢，并以W3處理的最高。CK和H處理下，W3處理的小麥群體水分利用率分別比W1、W2和W4處理增加了7.3%、3.1%、2.8%和5.7%、1.9%、1.3%。相同灌水量下，化控H處理下W1、W2、W3和W4處理的小麥群體水分利用率分別比CK下相應處理增加了5.4%、5.1%、3.8%和5.4%，但差異未達到顯著水平。從以上分析可以得出，適當增加灌水量有利于提高小麥群體水分利用效率，且灌水量偏高并不利于小麥群體水分利用效率的提高，采取噴灑抗旱劑的化控措施亦有利于提高小麥群體水分利用效率，但該研究中噴灑一次的效果不顯著。

注：不同小寫字母表示在0.05水平差異顯著Note：Different lowercases indicated significant differences at 0.05 level 圖1 灌水和化控處理對小麥群體水分利用率的影響Fig.1 Effects of irrigation and chemical control treatments on water use efficiency of wheat population

從表5可以看出，CK條件下，W4處理的穗數(shù)顯著高于W1處理，而W2、W3處理與W1處理的穗數(shù)差異不顯著，H處理下，W1、W2、W3、W4處理間的穗數(shù)差異均不顯著。CK和H處理下，W3和W4處理的穗粒數(shù)均顯著高于W1處理，分別增加了5.2%、5.6%和5.3%、5.6%，表明適宜的灌水量可以顯著提高小麥穗粒數(shù)。CK條件下小麥千粒重以W4處理(39.77 g)最高，H處理下千粒重以W3處理(40.27 g)最高?？傮w來看，相同化控措施下，隨著灌水量的增加小麥穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重呈增加趨勢，相同灌水量下H處理的小麥穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重皆與CK差異不顯著，但穗粒數(shù)和千粒重總體表現(xiàn)為H處理的略高于CK。CK條件下小麥產(chǎn)量以W4處理最高(4 769.60 kg/hm)，H處理條件下產(chǎn)量以W3處理最高(4 860.80 kg/hm)，且相同化控措施下W3和W4處理的產(chǎn)量差異皆不顯著。CK和H處理條件下W3和W4處理的產(chǎn)量皆顯著高于W1處理，表明在缺水條件下適當增加灌水量可以顯著提高小麥產(chǎn)量，相同灌水量下，H處理的小麥產(chǎn)量皆高于CK處理，其中H處理條件下W2、W3和W4處理的產(chǎn)量分別顯著高于CK下W2、W3和W4處理的產(chǎn)量，分別增加了2.3%、2.2%和1.9%，表明干旱時噴灑抗旱劑增加小麥產(chǎn)量的效果可高達1.9%～2.3%。

表5 灌水和化控處理對小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響

3 結(jié)論與討論

葉面積指數(shù)和群體干物重是作物群體性狀的2個重要指標，其中葉面積指數(shù)可用來反映作物的生長狀況，與作物的光合、蒸發(fā)、蒸散等過程密切相關(guān)，是作物生產(chǎn)中監(jiān)測、估產(chǎn)和病害評價的一個重要的參數(shù)；作物群體地上部干物質(zhì)的積累是作物凈光合作用能力強弱的重要標志，是最終經(jīng)濟產(chǎn)量形成的物質(zhì)基礎(chǔ)。該研究發(fā)現(xiàn)，小麥群體葉面積指數(shù)和群體干物重隨灌水量的增加而增加，但當灌水量增加到一定程度，灌水增加葉面積和群體干物重的效果不再顯著，此外噴灑抗旱劑也可明顯提高小麥群體葉面積指數(shù)和群體干物重。姚寧等研究證實，不同生育期進行水分脅迫對旱區(qū)小麥葉面積指數(shù)和地上部干物重都有明顯的影響，而越冬或返青期增加1次灌水，一定程度上能夠提高冬小麥葉面積指數(shù)和地上部干物重，且灌水量越大效果越明顯。陳淑萍等研究證實，噴施抗旱劑可以促進玉米的生長發(fā)育，增強玉米的抗倒伏性，有效提高葉面積指數(shù)；王勇等研究也發(fā)現(xiàn)，噴施抗旱劑可以有效增加大葉黃楊的干物重。光合作用是作物產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)，該研究發(fā)現(xiàn)，開花期W3處理的光合速率略高于W4處理，證明了當灌水量增加到一定程度灌水對小麥光合速率的影響不再明顯，甚至會導致光合速率的略微下降，而相同灌水量下噴施抗旱劑可明顯提高小麥光合速率，改善其光合特性?；莺I等研究發(fā)現(xiàn)，適當增加灌水量有利于提高小麥旗葉光合速率，而過量灌水小麥旗葉衰老加快，光合速率降低，王勇等研究發(fā)現(xiàn)，噴施抗旱劑可明顯改善葉片光合特性，與該試驗的研究結(jié)果相一致。

改善作物葉片和群體水分利用率對提高旱作農(nóng)業(yè)區(qū)作物產(chǎn)量節(jié)約有限水資源具有重要的作用和意義。該研究發(fā)現(xiàn)，隨著灌水量的增加小麥葉片水分瞬時利用率和群體水分利用率呈先增加后下降的趨勢，并以W3處理的最高，噴施抗旱劑亦能在一定程度上提高葉片水分瞬時利用率和群體水分利用率。褚鵬飛等研究發(fā)現(xiàn)，相同生育期每次灌水60 mm的小麥水分利用率明顯高于每次灌水30 mm和90 mm。李磐等研究證實，噴施抗旱劑后能明顯提高棉花對土壤水分的利用效率，提高幅度為2.1%～29.8%。產(chǎn)量是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的最終目的，該研究發(fā)現(xiàn)增加灌水量有利于提高小麥產(chǎn)量，但當灌水量增加到一定程度增加灌水的效果不再明顯(W3與W4處理差異不顯著)，干旱時噴灑抗旱劑增加小麥產(chǎn)量的效果可高達1.9%～2.3%。噴施抗旱劑能增加小麥產(chǎn)量主要可能是由于噴施抗旱劑能改善小麥根系性狀更利于對土壤深層水分的利用、提高作物光合作用增加作物干物質(zhì)積累、降低水分蒸騰提高作物水分利用率，此外也有可能通過影響作物體內(nèi)酶系活性，改善作物代謝等生理指標來增加產(chǎn)量，但其內(nèi)在的深層機理仍需我們進一步深入研究。灌水量增加到一定程度增加灌水對產(chǎn)量的影響不再明顯主要可能是由于前期灌水偏多，作物缺少適度的干旱脅迫鍛煉，在生育后期遇到干旱時對干旱的抵抗能力降低。因此，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐中，噴施抗旱劑和采取適宜的灌水量對提高作物水分利用率、確保作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)和實現(xiàn)農(nóng)業(yè)節(jié)水增效具有重要的意義。