嚴(yán)美玲 ，趙 明，崔明灼，辛慶國(guó)，孫曉輝，王江春，殷 巖

（1山東省煙臺(tái)市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，山東煙臺(tái) 265500；2萊西市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，山東萊西2 666032）

0 引言

中國(guó)水資源緊缺，人均占有水資源2627 m3，每公頃占有水資源20670 m3，分別為世界平均水平的1/5和2/3。黃淮麥區(qū)灌溉面積占全國(guó)的42%，而水資源僅占全國(guó)的8%，因而水資源嚴(yán)重短缺[1]。小麥用水約占北方農(nóng)業(yè)總用水量70%以上，水資源短缺已成為小麥生產(chǎn)發(fā)展最大限制因素之一。因此研究小麥節(jié)水栽培技術(shù)是小麥獲得高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的關(guān)鍵。

前人對(duì)小麥的灌溉關(guān)鍵時(shí)期、灌溉量和灌水次數(shù)研究較多[2-4]。研究表明，在底墑充足的前提下，小麥的需水關(guān)鍵期為拔節(jié)期和開花期[5]，此時(shí)期缺水對(duì)產(chǎn)量影響較大。在底墑充足的條件下，拔節(jié)水和開花水分別灌溉即可實(shí)現(xiàn)冬小麥高產(chǎn)與水分高效利用的統(tǒng)一，拔節(jié)至抽穗期是冬小麥需水關(guān)鍵期，水分脅迫顯著降低籽粒產(chǎn)量[6]。研究認(rèn)為，冬小麥灌水2～3次有利于作物產(chǎn)量的提高同時(shí)有利于水分利用效率的提高。土壤水分狀況對(duì)小麥干物質(zhì)積累、旗葉光合特性及籽粒產(chǎn)量影響顯著[7-8]。旗葉是冬小麥進(jìn)行光合作用的主要器官，前人研究指出，在干旱年份灌水處理比不灌水處理顯著提高籽粒產(chǎn)量、蛋白質(zhì)含量以及蛋白質(zhì)產(chǎn)量，適量灌溉能夠提高小麥籽粒產(chǎn)量和蛋白質(zhì)產(chǎn)量。倪永靜[9]認(rèn)為，拔節(jié)期補(bǔ)灌后葉面積指數(shù)顯著增加，補(bǔ)灌灌漿水在小麥生長(zhǎng)后期葉面積指數(shù)增加。前人對(duì)超高產(chǎn)品種研究的較少，前人研究灌溉制度方面的問題多采用定量灌溉的方法，因此，本試驗(yàn)選用超高產(chǎn)小麥品種‘煙農(nóng)999’。2014年農(nóng)業(yè)部專家對(duì)種植于招遠(yuǎn)的‘煙農(nóng)999’高產(chǎn)攻關(guān)田進(jìn)行實(shí)打平均每公頃產(chǎn)量12255 kg，創(chuàng)全國(guó)小麥單產(chǎn)最高紀(jì)錄；2019 年‘煙農(nóng)999’在安徽農(nóng)業(yè)部專家實(shí)打，‘煙農(nóng)999’安徽實(shí)打平均每公頃產(chǎn)量12279 kg，說明‘煙農(nóng)999’是一個(gè)超高產(chǎn)品種。當(dāng)?shù)囟抗喔鹊幕A(chǔ)上，設(shè)置在播種期、拔節(jié)期和開花期依據(jù)不同的土壤目標(biāo)含水量進(jìn)行補(bǔ)充灌溉，研究其對(duì)冬小麥的籽粒產(chǎn)量、產(chǎn)量結(jié)構(gòu)、光合速率及水分利用效率的影響，深入研究超高產(chǎn)品種的節(jié)水灌溉方案，以期為超高產(chǎn)小麥新品種的高產(chǎn)高效栽培技術(shù)及示范推廣提供一定的理論依據(jù)，促進(jìn)農(nóng)業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展，保障國(guó)家糧食安全。

1 試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2016年在煙臺(tái)農(nóng)科院試驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行。選用試驗(yàn)地前茬為夏玉米，0～20 cm耕層土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、水解氮、速效磷、速效鉀含量分別為12.08 g/kg、0.87 g/kg、61.54 mg/kg、37.48 mg/kg和73.84 mg/kg。試驗(yàn)材料為煙臺(tái)農(nóng)科院提供高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)小麥‘煙農(nóng)999’，基本苗225萬/hm2，每小區(qū)6行，小區(qū)面積12 m2，3次重復(fù)。施用氮肥180 kg/hm2，氮肥底施50%，追施50%。其他管理同大田。試驗(yàn)設(shè)置5個(gè)水分處理，每個(gè)處理重復(fù)3次。W0全生育期不灌水，Wck為傳統(tǒng)灌溉，W70、W75和W80為測(cè)墑補(bǔ)灌的水分處理。各水分處理的補(bǔ)灌方法、補(bǔ)灌時(shí)期及補(bǔ)灌的土壤目標(biāo)相對(duì)含水量如表1所示。

表1 各水分處理的補(bǔ)灌方法、補(bǔ)灌時(shí)期和土壤目標(biāo)相對(duì)含水量

1.2 測(cè)定方法

1.2.1 產(chǎn)量測(cè)定方法 于小麥蠟熟期收獲，每個(gè)處理收獲6 m2，重復(fù)3次，調(diào)查穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重。人工收割，用脫粒機(jī)脫粒后自然曬干，稱重，計(jì)算單位面積產(chǎn)量。

1.2.2 干物質(zhì)測(cè)定 于小麥拔節(jié)期、開花期、成熟期進(jìn)行取樣，每處理取20個(gè)單莖，重復(fù)3次.開花期和成熟期樣品分為籽粒、穗軸+穎殼、葉片、莖稈、葉鞘等。樣品于105℃殺青30 min，70℃烘至恒量，測(cè)定干物質(zhì)量。計(jì)算開花期干物質(zhì)轉(zhuǎn)移率和各營(yíng)養(yǎng)器官對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率，分別見公式(1)和(2)。

1.2.3 光合速率 于開花期、花后10天、花后20天、花后30天，選擇晴天10:00—14:00用Li-6400光合儀測(cè)定光合速率。

1.2.4 水分利用效率 水分利用效率指大田每消耗1 mm水生產(chǎn)的作物籽粒產(chǎn)量，表示水分利用程度高低。水分利用效率的計(jì)算見公式(3)。

1.3 統(tǒng)計(jì)析

數(shù)據(jù)采用DPS統(tǒng)計(jì)軟件處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 同測(cè)墑補(bǔ)灌處理對(duì)冬小麥產(chǎn)量結(jié)構(gòu)的影響

由表2 可以看出，不同測(cè)墑補(bǔ)灌處理對(duì)產(chǎn)量結(jié)構(gòu)三因素影響顯著。與W0 相比較，灌溉處理公頃穗數(shù)顯著高于不灌水處理。各處理之間相比較，W75＞W(wǎng)80＞W(wǎng)ck＞W(wǎng)70＞W(wǎng)0，測(cè)墑補(bǔ)灌處理W75最高。灌水可以顯著提高穗粒數(shù)。與傳統(tǒng)灌溉即對(duì)照相比較，W75 和W80 穗粒數(shù)較高，分別較對(duì)照提高9.7%、2.16%。灌溉可以顯著提高千粒重。測(cè)墑補(bǔ)灌處理W70、W75、W80 分別較對(duì)照傳統(tǒng)灌溉高出11.56%、7.16%、5.56%?？傊?，測(cè)墑補(bǔ)灌各處理的公頃穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重較高。

表2 不同測(cè)墑補(bǔ)灌處理對(duì)產(chǎn)量結(jié)構(gòu)的影響

2.2 不同測(cè)墑補(bǔ)灌處理對(duì)產(chǎn)量、水分利用效率因素的影響

傳統(tǒng)灌溉(Wck)和測(cè)墑補(bǔ)灌各處理產(chǎn)量顯著高于不灌溉處理(W0)。實(shí)收籽粒產(chǎn)量相比較，各處理由高到低的順序?yàn)閃75、W80、W70、Wck、W0（表3），產(chǎn)量分別為 11438.85、11021.7、10956.45、10202.70、9246.75 kg/hm2。測(cè)墑補(bǔ)灌處理w70、W75、W80 籽粒產(chǎn)量較傳統(tǒng)灌溉提高7.38%、12.12%、8.02%。水分利用效率由高到低的處理分別是W75、W70、W0、W80、Wck，說明測(cè)墑補(bǔ)灌處理W75 既保證了‘煙農(nóng)999’的豐產(chǎn)性，又提高了水分利用效率。

2.3 不同測(cè)墑補(bǔ)灌處理的葉面積指數(shù)的動(dòng)態(tài)變化

合理的葉面積指數(shù)是保證小麥高產(chǎn)的基礎(chǔ)。從圖1可以看出，從拔節(jié)期至灌漿期，葉面積指數(shù)先升高后降低。處理之間相比較，拔節(jié)期葉面積指數(shù)灌溉差異不顯著。拔節(jié)期各水分處理的葉面積指數(shù)差異較大，測(cè)墑補(bǔ)灌處理W75 葉面積指數(shù)為7.5，顯著高于其他處理，較不灌溉處理和傳統(tǒng)灌溉處理提高了22.9%和8.7%，說明在合理的水分處理下，可以顯著提高‘煙農(nóng)999’的葉面積指數(shù)，有利于光合同化物的積累和轉(zhuǎn)運(yùn)。

表3 不同測(cè)墑補(bǔ)灌處理對(duì)水分利用效率的影響

2.4 不同測(cè)墑補(bǔ)灌處理對(duì)旗葉凈光合速率的影響

凈光合速率是衡量作物光合作用的重要指標(biāo)之一。小麥開花期至花后30天，煙農(nóng)999光合速率逐漸降低（圖2）。開花期灌溉處理的凈光合速率顯著高于干旱處理。測(cè)墑補(bǔ)灌處理W75 與其他水分處理相比較最高，開花期差異不顯著?；ê?0天處理W75凈光合速率顯著高于其他處理，較干旱處理和傳統(tǒng)灌溉處理提高了34.7%和22.6%，說明在合理的測(cè)墑補(bǔ)灌處理下，‘煙農(nóng)999’在灌漿中后期仍然保持較高的光合速率，抗衰老性較好，能夠保持較長(zhǎng)時(shí)間的綠葉面積，灌漿時(shí)間長(zhǎng)，灌漿速率高，花后籽粒積累干物質(zhì)較多。

2.5 不同測(cè)墑補(bǔ)灌處理對(duì)不同生育時(shí)期對(duì)干物質(zhì)積累的影響

由表4 可以看出，各個(gè)時(shí)期冬小麥干物質(zhì)積累總量，不灌水處理顯著低于灌溉處理。拔節(jié)期各灌溉處理之間差異不顯著。開花期測(cè)墑補(bǔ)灌處理W75 干物質(zhì)積累總量最高，測(cè)墑補(bǔ)灌處理W75 較其他處理W70、W80、Wck、W0提高了1.7%、2.4%、9.3%、38.3%，說明灌溉可以顯著提高開花期‘煙農(nóng)999’的生物產(chǎn)量。成熟期各灌溉處理之間干物質(zhì)積累量差異不顯著。成熟期測(cè)墑補(bǔ)灌處理W75干物質(zhì)積累總量最高，分別比傳統(tǒng)灌溉和干旱處理提高了9.6%、18.2%，說明測(cè)墑補(bǔ)灌處理W75 有利于干物質(zhì)的積累和轉(zhuǎn)運(yùn)。收獲指數(shù)各處理之間差異不顯著。

2.6 不同測(cè)墑補(bǔ)灌處理對(duì)開花期干物質(zhì)轉(zhuǎn)移率的影響

由圖3可以看出，處理之間相比較，開花期葉片干物質(zhì)轉(zhuǎn)移率由高到低的順序是W70、W75、W80、Wck、W0，灌溉處理顯著高于干旱處理，測(cè)墑補(bǔ)灌處理W75較傳統(tǒng)灌溉和干旱處理提高了22.5%、49.7%。開花期莖桿干物質(zhì)轉(zhuǎn)移率由高到低的順序是W75、W80、W70、Wck、W0，灌溉處理顯著高于干旱處理，測(cè)墑補(bǔ)灌處理W75 較傳統(tǒng)灌溉和干旱處理提高了53.6%、23.0%。葉鞘轉(zhuǎn)移效率灌溉處理高于干旱處理，灌溉處理之間差異不顯著。穗軸+穎殼轉(zhuǎn)移效率灌溉處理高于干旱處理，灌溉處理之間差異不顯著。說明測(cè)墑補(bǔ)灌處理W75 有利于開花期葉片和莖桿轉(zhuǎn)移效率的提高，從而提高籽粒產(chǎn)量。

2.7 不同測(cè)墑補(bǔ)灌處理對(duì)各營(yíng)養(yǎng)器官對(duì)籽粒貢獻(xiàn)率的影響

由圖4 可以看出，對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率由高到低的順序?yàn)榍o桿、葉片、葉鞘、穗軸+穎殼。葉鞘對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率灌溉處理高于干旱處理，灌溉處理之間差異不顯著。穗軸+穎殼對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率灌溉處理高于不灌水處理，灌溉處理之間差異不顯著。處理之間相比較，莖桿對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率由高到低的順序是W75、W80、W70、Wck、W0，灌溉處理顯著高于不灌水處理，測(cè)墑補(bǔ)灌處理W75 較傳統(tǒng)灌溉和干旱處理提高了36.1%、10.9%。說明測(cè)墑補(bǔ)灌處理W75有利于灌漿期營(yíng)養(yǎng)器官中干物質(zhì)向籽粒的轉(zhuǎn)移，從而提高籽粒產(chǎn)量。

3 討論與結(jié)論

前人研究認(rèn)為，土壤水分脅迫對(duì)冬小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量結(jié)構(gòu)和水分利用效率有顯著影響[10-12]。拔節(jié)期和開花期灌水可以提高小麥對(duì)深層土壤水分的利用，有利于籽粒產(chǎn)量、水分利用效率的提高[13]。與干旱處理相比，中度水分能夠增加小麥的公頃穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重，延長(zhǎng)灌漿時(shí)間，提高小麥產(chǎn)量。本試驗(yàn)結(jié)果表明，與干旱處理相比較，傳統(tǒng)灌溉和測(cè)墑補(bǔ)灌處理提高了‘煙農(nóng)999’的公頃穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重。測(cè)墑補(bǔ)灌處理W70、W75、W80 分別較對(duì)照傳統(tǒng)灌溉高出11.56%、7.16%、5.56%，說明測(cè)墑灌溉處理能夠提高產(chǎn)量三因素公頃穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重。W75測(cè)墑補(bǔ)灌各處理籽粒產(chǎn)量和水分利用效率較高，分別達(dá)到11438.85 kg/hm2、25.78 kg/(hm2·mm)，較傳統(tǒng)灌溉提高了12.12%、21.1%，說明測(cè)墑補(bǔ)灌處理W75 既保證了‘煙農(nóng)999’的豐產(chǎn)性，又提高了水分利用效率。因此，采用測(cè)墑補(bǔ)灌技術(shù)，‘煙農(nóng)999’的關(guān)鍵生育時(shí)期拔節(jié)期和開花期的目標(biāo)土壤相對(duì)含水量為75%，然后根據(jù)土壤實(shí)際含水量進(jìn)行補(bǔ)充灌溉，有利于提高‘煙農(nóng)999’的籽粒產(chǎn)量和水分利用效率。

土壤水分含量對(duì)冬小麥光合特性和干物質(zhì)積累和轉(zhuǎn)運(yùn)有重要影響[14-16]。王淑英等[14]認(rèn)為中度水分脅迫降低了細(xì)胞間的二氧化碳濃度和蒸騰速率，從而導(dǎo)致光合速率降低。石珊珊[17]研究認(rèn)為隨灌水次數(shù)的增加，冬小麥干物質(zhì)積累量以生育中期最高，后期次之，前期最低；在一定范圍內(nèi)，灌水次數(shù)的增加能促進(jìn)干物質(zhì)的積累。本試驗(yàn)研究結(jié)果表明，‘煙農(nóng)999’在開花期和成熟期葉面積指數(shù)測(cè)墑補(bǔ)灌處理W75 干物質(zhì)積累總量均最高，分別比傳統(tǒng)灌溉提高了9.6%、9.3%，說明測(cè)墑補(bǔ)灌處理W75 有利于干物質(zhì)的積累和轉(zhuǎn)運(yùn)?！疅熮r(nóng)999’在花后10 天測(cè)墑補(bǔ)灌處理W75 凈光合速率顯著高于其他處理，比傳統(tǒng)灌溉處理提高了22.6%，說明在合理的測(cè)墑補(bǔ)灌處理下，‘煙農(nóng)999’在灌漿期仍能保持較高的光合速率，抗衰老性較好，積累干物質(zhì)較多，籽粒產(chǎn)量較高，與前人研究結(jié)果基本一致[18]。

小麥測(cè)墑補(bǔ)灌節(jié)水栽培技術(shù)是根據(jù)小麥關(guān)鍵生育時(shí)期的需水特點(diǎn)，設(shè)定關(guān)鍵生育時(shí)期的目標(biāo)土壤相對(duì)含水量，根據(jù)目標(biāo)土壤相對(duì)含水量和實(shí)測(cè)的土壤含水量，利用公式計(jì)算需要補(bǔ)充的灌水量[19-20]。本試驗(yàn)設(shè)計(jì)了5 個(gè)水分處理，包括3 個(gè)測(cè)墑補(bǔ)灌處理，1 個(gè)傳統(tǒng)灌溉處理和1 個(gè)干旱處理，傳統(tǒng)灌溉處理不考慮灌水前土壤含水量，采用大水漫灌，因此造成水資源的浪費(fèi)，水分利用效率較低。測(cè)墑補(bǔ)灌處理是按需進(jìn)行補(bǔ)充灌溉，因而既保證了籽粒產(chǎn)量又可以提高水分利用效率。本試驗(yàn)的不足之處在于，個(gè)別水分處理會(huì)出現(xiàn)灌溉不均勻的現(xiàn)象，本試驗(yàn)材料僅選用了一個(gè)超高產(chǎn)品種，在今后的試驗(yàn)中應(yīng)該選用多個(gè)超高產(chǎn)小麥品種來進(jìn)行多方面的研究和探索。

超高產(chǎn)小麥新品種‘煙農(nóng)999’適宜的灌溉方案是W75，即拔節(jié)期和開花期補(bǔ)灌至土壤相對(duì)含水量的75%。各水分處理相比較，W75 水分處理籽粒產(chǎn)量和水分利用效率最高，分別為11438.85 kg/hm2、25.78 kg/(hm2·mm)，比傳統(tǒng)灌溉處理提高了12.12%、21.2%。與傳統(tǒng)灌溉相比較，W75 處理的單位面積穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重分別提高了0.8%、9.7%和7.2%。與傳統(tǒng)灌溉相比較，W75處理的凈光合速率在灌漿前期、中期和后期分別提高了22.6%、26.0%和23.5%。各處理拔節(jié)期葉面積指數(shù)差異不顯著，W75處理開花期和灌漿期的葉面積指數(shù)最高，分別為7.5和6.8，較傳統(tǒng)灌溉處理提高了8.7%和15.2%。說明在適宜的灌溉條件下，‘煙農(nóng)999’在灌漿前期、中期和后期均可以保持較高的光合速率，光能利用效率較高。開花期和灌漿期的葉面積指數(shù)較高，說明‘煙農(nóng)999’抗衰老性較好，能夠較長(zhǎng)時(shí)間保持較高的光合面積。