賈瀟倩，王碩，房琴，李瑞奇

?作物水肥高效利用?

不同品種和灌溉模式對(duì)冬小麥耗水時(shí)空變化及產(chǎn)量的影響

賈瀟倩，王碩，房琴，李瑞奇*

（河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院/省部共建華北作物改良與調(diào)控國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/河北省作物生長調(diào)控實(shí)驗(yàn)室，河北 保定 071001）

【目的】探究冬小麥品種耗水時(shí)空差異對(duì)產(chǎn)量的影響，為篩選抗旱型品種以提高缺水地區(qū)冬小麥產(chǎn)量提供理論依據(jù)?！痉椒ā坎捎秒p因素裂區(qū)設(shè)計(jì)試驗(yàn)，以滄麥6002（CM6002）和衡麥4399（H4399）2個(gè)試驗(yàn)品種作為主處理，每個(gè)品種下設(shè)3個(gè)水分處理：全生育期不灌水（W0處理）、春季灌一水（拔節(jié)期灌水，W1處理）及春季灌二水（拔節(jié)期和開花期分別灌水，W2處理），研究了不同品種冬小麥耗水時(shí)空差異對(duì)產(chǎn)量的影響?！窘Y(jié)果】CM6002品種總耗水量、土壤貯水消耗量及其占總耗水量的比例和H4399品種差異不顯著，但階段耗水量有較大差異。其中，播種期至拔節(jié)期，CM6002品種的土壤貯水消耗量、耗水量均高于H4399品種；拔節(jié)—開花期，CM6002品種的土壤貯水消耗量、耗水量顯著低于H4399品種；開花期至成熟期，CM6002品種土壤貯水消耗量、耗水量要高于H4399品種，且在W1處理下2個(gè)品種的差異達(dá)到顯著水平。W0處理下，CM6002品種的120～200 cm土層貯水的消耗量要顯著高于H4399品種。W1、W2處理下，H4399品種在0～40 cm土層土壤貯水消耗量顯著高于CM6002品種，但120～160 cm土層顯著低于CM6002品種。與H4399品種相比，CM6002品種降低了花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量、轉(zhuǎn)運(yùn)率及對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率，但增加了花后干物質(zhì)積累量和對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率。W0、W1、W2處理下，CM6002品種產(chǎn)量分別較H4399品種提高了2.7%、1.3%、3.2%。【結(jié)論】減少拔節(jié)—開花期耗水，增加播種—拔節(jié)期、開花—成熟期耗水和深層土壤貯水消耗量，有利于提高冬小麥產(chǎn)量。滄麥6002通過調(diào)控不同生育階段及不同土壤層次的土壤貯水量，增加了穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量、花后干物質(zhì)積累量及其對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率，從而獲得了較好的產(chǎn)量。

冬小麥品種；耗水特性；干物質(zhì)積累量；產(chǎn)量

0 引 言[1]

【研究意義】冬小麥?zhǔn)侨A北平原主要糧食作物之一，區(qū)域冬小麥產(chǎn)量占全國總產(chǎn)量的50.0%以上[1]。華北平原從北到南，冬小麥整個(gè)生長季多年平均降水量約為60～150 mm，而耗水量卻高達(dá)350～470 mm。為了滿足作物生長發(fā)育的水分需求，確保較高的產(chǎn)量水平，冬小麥生長季一般需要灌溉2～4次。在華北北部地區(qū)，大規(guī)模灌溉導(dǎo)致地下水過度開采，地下水位不斷下降，嚴(yán)重威脅到水資源平衡[2]。因此，篩選抗旱節(jié)水型冬小麥品種，并制定科學(xué)合理的灌溉制度，對(duì)區(qū)域農(nóng)業(yè)水資源的可持續(xù)利用及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。

【研究進(jìn)展】居輝等[3]研究發(fā)現(xiàn)，冬小麥拔節(jié)時(shí)期，灌水有利于增加穗粒數(shù)。開花期灌水提供了灌漿期所需水分，有利于增加千粒質(zhì)量[4]。根據(jù)作物需水及降水情況，合理減少灌溉用水量，可在保證產(chǎn)量不明顯降低的前提下，提高水分利用效率（）10.0%～50.0%[5]。旱作及限水灌溉條件下，播前土壤貯水是冬小麥生長季耗水的重要來源，占總耗水量的50.0%～80.0%，充分利用播前土壤貯水是冬小麥高產(chǎn)的關(guān)鍵因素之一[4, 6]。研究顯示，20世紀(jì)80年代至今，現(xiàn)代品種抗旱能力明顯提升，一個(gè)重要的原因是現(xiàn)代品種對(duì)土壤貯水的利用能力顯著高于過去的品種[7]。旱作條件下，抗旱型冬小麥品種耗水量每增加1.0 mm，產(chǎn)量可增加29.6 kg/hm2[8]。也有研究顯示，冬小麥現(xiàn)代品種和老品種全生育期的耗水量差異并不顯著，但現(xiàn)代品種通過減少花前耗水、增加花后耗水促進(jìn)了花后干物質(zhì)的積累[9]，從而實(shí)現(xiàn)更好的產(chǎn)量表現(xiàn)。冬小麥對(duì)各土層土壤貯水的吸收與根系分布密切相關(guān)，F(xiàn)ang等[9]研究表明，深根系品種CH1和淺根系品種CH58相比，0～100 cm土層貯水消耗量差異不大，但卻明顯增加了100～200 cm土層的貯水消耗量。適當(dāng)?shù)母珊涤欣诖龠M(jìn)冬小麥根系下扎，增強(qiáng)對(duì)深層土壤貯水的吸收能力。

【切入點(diǎn)】篩選抗旱型冬小麥品種，合理減少灌溉用水量是華北平原北部地區(qū)應(yīng)對(duì)水資源短缺和干旱脅迫的有效措施。許多研究顯示，冬小麥品種耗水特性存在較大差異，但關(guān)于耗水時(shí)空差異如何影響冬小麥產(chǎn)量形成的研究相對(duì)較少?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究選用2個(gè)冬小麥品種，設(shè)置3個(gè)水分處理，通過田間試驗(yàn)研究冬小麥各生育階段、不同土層的貯水消耗量，闡明耗水時(shí)空差異對(duì)冬小麥產(chǎn)量的影響，以期為篩選抗旱型冬小麥品種、提高缺水地區(qū)冬小麥產(chǎn)量提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2020—2021年在河北省石家莊市藁城區(qū)劉家莊村（114.82°E，38.00°N）進(jìn)行。試驗(yàn)區(qū)屬半濕潤半干旱季風(fēng)氣候，1991—2020年30 a氣象記錄顯示，冬小麥整個(gè)生長季平均降水量為121.3 mm，日平均溫度為8.2 ℃。試驗(yàn)區(qū)土壤類型為砂質(zhì)壤土，0～200 cm土層平均體積質(zhì)量為1.4 g/cm3。播前測(cè)定的0～20 cm土層有機(jī)質(zhì)量為16.5 g/kg，全氮量為1.1 g/kg，堿解氮量為102.2 g/kg，速效磷量為10.2 g/kg、速效鉀量為187.0 g/kg。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)品種為強(qiáng)抗旱型品種滄麥6002（CM6002）和弱抗旱型品種衡麥4399（H4399）。CM6002品種由滄州市農(nóng)林科學(xué)院培育，抗旱性強(qiáng)，并有較高的豐產(chǎn)性和穩(wěn)定性。H4399品種由河北省農(nóng)林科學(xué)院旱作農(nóng)業(yè)研究所選育，對(duì)水分較為敏感。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用雙因素裂區(qū)設(shè)計(jì)，小麥品種為主處理，布置在主區(qū)，2個(gè)水平分別為CM6002品種和H4399品種；水分處理為副處理，布置在副區(qū)，3個(gè)水平分別為全生育期不灌水（W0）、春季灌一水（拔節(jié)期灌水，W1）和春季灌二水（分別在拔節(jié)期和開花期灌水，W2），每次灌水量60.0 mm。2個(gè)因素共組合為6個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)3次，共設(shè)置18個(gè)試驗(yàn)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)面積為45.0 m2。

1.4 田間管理措施

前茬玉米收獲后秸稈粉碎還田，冬小麥全生育期施用尿素（含純N 46.0%）521.7 kg/hm2、磷肥（P2O5，46.0%）260.7 kg/hm2和鉀肥（K2O，60.0%）199.9 kg/hm2。磷肥和鉀肥全部作為底肥施用，W0處理氮肥全部底施，W1處理和W2處理的氮肥50.0%作為底肥，50.0%作為追肥在拔節(jié)期施入。施底肥后旋耕3遍，于2020年10月11日播種。播前0～200 cm土層平均土壤體積含水率為31.6%，土壤貯水量為631.4 mm。整個(gè)生育期內(nèi)，各試驗(yàn)小區(qū)其他的田間管理措施完全一致，按當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)麥田的管理標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施。

1.5 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.5.1 生育期降水量和平均溫度

1991—2020年和2020—2021年冬小麥生長季降水量和日平均溫度數(shù)據(jù)來自河北省藁城氣象站。

1.5.2 土壤含水率

土壤質(zhì)量含水率：選擇地勢(shì)平整、冬小麥生長均勻的地點(diǎn)，采用土鉆在0～200 cm土壤剖面上分層采集土樣，每20 cm為1層，分別于播種前、越冬期、拔節(jié)期、開花期、灌漿期、成熟期進(jìn)行。采集的土樣先裝入鋁盒中，測(cè)定鮮土質(zhì)量，然后放入烘箱中，于105 ℃條件下鼓風(fēng)干燥至恒定質(zhì)量，測(cè)定干土質(zhì)量。土壤質(zhì)量含水率計(jì)算式為：

土壤質(zhì)量含水率=（鮮土質(zhì)量-干土質(zhì)量）/

（干土質(zhì)量-鋁盒質(zhì)量）×100% （1）

土壤體積含水率=土壤質(zhì)量含水率×土壤體積質(zhì)量。（2）

1.5.3土壤貯水消耗量（）

土壤貯水消耗量計(jì)算式為：

式中：γ為第層土壤體積質(zhì)量（g/cm3）；H為第層土壤厚度（cm）；θ1和θ2為第層土壤時(shí)段初和時(shí)段末的土壤質(zhì)量含水率（%），以占干土質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)表示；為土壤分層取樣的層數(shù)。

1.5.4 冬小麥耗水量（）和水分利用效率（）

冬小麥各生育階段的耗水量采用水量平衡法計(jì)算：

式中：SWD為階段土壤貯水消耗量（mm）；為時(shí)段內(nèi)的灌水量（mm）；為時(shí)段內(nèi)降水量（mm）；R為時(shí)段內(nèi)地面徑流交換量（mm）；為0～200 cm土層的水分滲漏量（mm）；為下部水分上升到0～200 cm土層的水量（mm）。由于試驗(yàn)區(qū)內(nèi)地勢(shì)平坦，土層深厚，整個(gè)生育期沒有與外界發(fā)生水平方向的水分交換，因此，R忽略不計(jì)。由于該地區(qū)的地下水位埋深超過40.0 m，且整個(gè)生育期沒有發(fā)生大的降水與灌水過程，因此和忽略不計(jì)，式（4）可簡化為：

水分利用效率計(jì)算式：

式中：為水分利用效率（kg/（hm2?mm））；為冬小麥籽粒產(chǎn)量（kg/hm2）；為全生育期總耗水量（mm）。

1.5.5 冬小麥干物質(zhì)積累量

于拔節(jié)期、開花期和成熟期分別測(cè)定地上部干物質(zhì)積累量，每個(gè)處理重復(fù)3次。拔節(jié)期在每個(gè)小區(qū)選取有代表性的植株20株，開花期和成熟期則選取有代表性的20棵單莖。選取的樣株收割后，置于105 ℃烘箱中殺青30 min，然后在80 ℃鼓風(fēng)干燥條件下烘干至恒質(zhì)量，測(cè)定各樣本的干物質(zhì)積累量。

1.5.6 冬小麥產(chǎn)量及構(gòu)成因素

收獲前于各小區(qū)定點(diǎn)調(diào)查各小區(qū)單位面積穗數(shù)，換算為每公頃穗數(shù)。調(diào)查時(shí)連續(xù)取20穗，計(jì)算確定平均每穗結(jié)實(shí)粒數(shù)。各取樣點(diǎn)獲得的樣穗，混合曬干后脫粒，用于測(cè)定千粒質(zhì)量。測(cè)定時(shí)隨機(jī)選取2組各500粒作為2個(gè)樣本，測(cè)定質(zhì)量，2份樣本質(zhì)量的差值除以2份樣本重量的平均值，如得數(shù)小于或等于5.0%，將2份質(zhì)量相加即為千粒質(zhì)量；如果差異超過5.0%，則需要選取第3份500粒樣本稱質(zhì)量，將3個(gè)樣本中2份質(zhì)量相近的相加即為千粒質(zhì)量。成熟期每個(gè)小區(qū)均收獲2.0 m2植株，脫粒、風(fēng)干后稱取質(zhì)量，計(jì)算確定單位面積的實(shí)際籽粒產(chǎn)量。

1.6 統(tǒng)計(jì)分析

使用Microsoft Excel 2019和IBM SPSS Statistics 25.0進(jìn)行單因素方差分析（ANOVA），在5.0%的概率水平上，采用鄧肯多重檢驗(yàn)比較處理間的平均差異，并進(jìn)行顯著性差異檢驗(yàn)（LSD法）。利用Microsoft Excel 2019和SigmaPlot 14.0繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 冬小麥2020—2021生長季降水量和氣溫變化

整個(gè)冬小麥生長季各生育時(shí)期的降水量和平均氣溫見表1，2020—2021年冬小麥生長季降水量僅為75.0 mm，遠(yuǎn)低于1991—2020年多年平均降水量（116.7 mm）。降水主要發(fā)生在播種—拔節(jié)期，達(dá)60.6 mm，占生育期總降水量的80.8%，而拔節(jié)—開花期、開花—成熟期的降水量分別為4.3 mm和10.1 mm，顯著低于多年平均值。在這樣的氣候條件下，全生育期不灌水的W0處理，冬小麥生育后期極易遭受干旱脅迫。2020—2021冬小麥全生育期的日平均溫度為9.3 ℃，明顯高于1991—2020年多年平均溫度（8.2 ℃）。

表1 1991—2020年和2020—2021年冬小麥生長季降水量和日平均氣溫

2.2 不同處理下冬小麥土壤體積含水率的變化過程

不同處理冬小麥各生育期土壤體積含水率的變化過程如圖1所示。隨著生育期的推進(jìn)，各處理的土壤體積含水率均呈逐漸降低的趨勢(shì)。120 cm以下土層的體積含水率在整個(gè)生育期的變化幅度較小，說明冬小麥消耗的水分主要來自0～120 cm土層。W1處理于拔節(jié)期、W2處理于拔節(jié)和開花期進(jìn)行了灌水，土壤水分得到補(bǔ)充，因此土壤含水率下降程度要低于W0處理。

2.3 不同處理下冬小麥的總耗水量及耗水組成

由表2可知，CM6002品種全生育期總耗水量、土壤貯水消耗量及其占總耗水量的比例在各水分處理?xiàng)l件下均高于H4399品種，而降水量和灌水量占總耗水量的比例則均低于H4399品種，但2個(gè)品種的差異均未達(dá)到顯著水平。不同處理間比較，CM6002品種和H4399品種的土壤貯水消耗量、土壤貯水消耗量與降水量占總耗水量的比例均表現(xiàn)為W0處理＞W(wǎng)1處理＞W(wǎng)2處理；總耗水量、灌水量占總耗水量的比例則表現(xiàn)為W2處理＞W(wǎng)1處理＞W(wǎng)0處理，且W0處理和W2處理差異顯著。由此可見，減少灌水量有利于提高冬小麥對(duì)土壤貯水和降水的利用率。

表2 冬小麥總耗水量及其耗水組成

注 同一列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示處理間在0.05水平差異顯著，下同。

2.4 不同處理下冬小麥各生育階段的耗水量變化

各處理不同生育階段的水分消耗量及來源如表3所示。拔節(jié)—開花期是整個(gè)生育期耗水量最大的階段，其中CM6002品種和H4393品種的耗水模系數(shù)分別在35.0%～36.7%、41.8%～45.8%范圍內(nèi)變化。在播種—拔節(jié)期，CM6002品種的土壤貯水消耗量、總耗水量、耗水模系數(shù)均高于H4399品種，但尚未達(dá)到顯著水平。拔節(jié)—開花期，CM6002品種的土壤貯水消耗量、耗水量顯著低于H4399品種。開花—成熟期，CM6002品種土壤貯水消耗量、耗水量高于H4399品種，但只在W1處理下差異顯著。CM600品種在生育前期（播種—拔節(jié)期）和生育后期（開花—成熟期）對(duì)土壤貯水的利用量都比H4399品種要高，而在生育中期則要低于H4399品種。

拔節(jié)—開花期，2個(gè)品種的土壤貯水消耗量均隨灌水量的增加而降低，階段耗水量為W1、W2處理＞W(wǎng)0處理。開花—成熟期，土壤貯水消耗量表現(xiàn)為W1處理>W0處理＞W(wǎng)2處理，耗水量則表現(xiàn)為W2處理＞W(wǎng)1處理＞W(wǎng)0處理。拔節(jié)期和開花期灌水導(dǎo)致各階段土壤貯水消耗量降低、耗水量增加，但在拔節(jié)期僅灌1次水增加了開花—成熟期對(duì)土壤貯水的利用。

表3 冬小麥各生育階段土壤貯水消耗量、耗水量及耗水模系數(shù)

2.5 不同處理下全生育各土層水分消耗狀況

由表4可知，冬小麥耗水主要來自0～120 cm土層，CM6002品種和H4399品種在0～120 cm土層的土壤貯水消耗量分別占0～200 cm土層貯水消耗量的77.6%～79.0%、80.7%～88.8%。

W0處理下，除80～120 cm土層外，其余各土層的土壤貯水消耗量均為CM6002品種高于H4399品種，在40～80 cm和160～200 cm土層品種間差異達(dá)到顯著水平。W1處理和W2處理下，CM6002品種在0～40、80～120 cm土層土壤貯水消耗量低于H4399品種，且在0～40 cm土層的差異達(dá)到顯著水平，說明H4399品種更有利于吸收表層土壤水分；而在40～80、120～200 cm土層CM6002品種的土壤貯水消耗量則高于H4399品種，且在120～160 cm土層品種間差異顯著，說明CM6002品種更有利于吸收深層土壤水分。

土壤貯水消耗量呈現(xiàn)出隨著灌水量的增加而減少的趨勢(shì)，其中CM6002品種在0～160 cm土層，H4399品種在40～160 cm土層的土壤貯水消耗量差異顯著，說明增加灌溉量主要降低了2個(gè)品種對(duì)160 cm以上土層土壤貯水的吸收。

表4 冬小麥播種—成熟期0～200 cm土層的土壤貯水消耗量分布

2.6 冬小麥生育前期和生育后期對(duì)土壤貯水消耗的差異

圖2為生育前期（播種—開花期）和生育后期（開花—成熟期）各處理對(duì)上層土壤（0～120 cm）和下層土壤（120～200 cm）土壤貯水的消耗情況。2個(gè)品種均表現(xiàn)為生育前期對(duì)上層土壤貯水消耗量顯著高于生育后期，而對(duì)下層土壤貯水消耗量則表現(xiàn)為生育后期高于生育前期，顯示隨生育時(shí)期推進(jìn)，冬小麥對(duì)深層土壤貯水吸收能力變強(qiáng)，這可能與開花期至成熟期降水量較少，表層土壤含水率較低，干旱促進(jìn)了根系對(duì)深層土壤水分的吸收有關(guān)。

2個(gè)品種相比，在播種至開花期，CM6002品種較H4399品種的0～120 cm土層土壤貯水消耗量要低，但120～200 cm土層土壤貯水消耗量要高，這一趨勢(shì)在2個(gè)灌水處理下的差異均達(dá)到顯著水平；在開花—成熟期，CM6002品種相比H4399品種在上層和下層土壤的貯水消耗量均要高，且在W0、W1水分處理下均達(dá)到顯著水平，表明CM6002品種有利于降低生育前期對(duì)0～120 cm土層土壤貯水的吸收，增加開花后對(duì)0～200 cm土層土壤貯水的吸收，特別是對(duì)120 cm以下土層貯水的吸收。

注 不同小寫字母表示同一土層不同處理間在0.05水平下差異顯著。

2.7 不同處理下各生育階段干物質(zhì)積累量及對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率

由表5可知，CM6002品種播種—拔節(jié)期、拔節(jié)—開花期、開花—成熟期的階段干物質(zhì)積累量均比H4399品種高，且在拔節(jié)—開花期2個(gè)品種的差異達(dá)到顯著水平?；ㄇ案晌镔|(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量、轉(zhuǎn)運(yùn)率及對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率均表現(xiàn)為H4399品種＞CM6002品種，而花后干物質(zhì)積累對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率則表現(xiàn)為CM6002品種＞H4399品種，說明CM6002品種可增加各生育階段干物質(zhì)積累量和花后干物質(zhì)對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率，但花前干物質(zhì)向籽粒中的轉(zhuǎn)運(yùn)率則較低。

不同水分處理之間比較，拔節(jié)—開花期，2個(gè)品種階段干物質(zhì)積累量均表現(xiàn)為灌水處理顯著高于不灌水處理，且2個(gè)灌水處理間沒有差異；開花—成熟期，2個(gè)品種均表現(xiàn)出階段干物質(zhì)積累量隨灌水量的增加顯著增加的趨勢(shì)，但CM6002品種各處理之間的差異達(dá)到顯著水平，而H4399品種表現(xiàn)灌水與不灌水處理差異顯著，2個(gè)水分處理之間的差異不顯著?；ㄇ案晌镔|(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量、轉(zhuǎn)運(yùn)率及對(duì)對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率表現(xiàn)為W0處理＞W(wǎng)1處理＞W(wǎng)2處理，花后干物質(zhì)對(duì)籽粒貢獻(xiàn)率則表現(xiàn)為W2處理＞W(wǎng)1處理＞W(wǎng)0處理。拔節(jié)期和開花期灌水促進(jìn)了花后干物質(zhì)積累及向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)，但不利于花前干物質(zhì)向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)。

表5 冬小麥各生育時(shí)期干物質(zhì)積累量和干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量、轉(zhuǎn)運(yùn)率及對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率

2.8 不同處理下產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成要素及WUE的變化

不同處理的產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成要素及的變化見表6。穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量等指標(biāo)均表現(xiàn)為CM6002品種高于H4399品種的趨勢(shì)，其中穗粒數(shù)差異達(dá)到了顯著水平。

在各水分處理下，CM6002品種的產(chǎn)量都要高于H4399品種，但差異未達(dá)到顯著水平。不同水分處理相比較，隨著灌水量的增加，2個(gè)品種的產(chǎn)量均會(huì)顯著增加。2個(gè)品種的均以W2處理最高，W1處理次之，W0處理最低，表明灌水能夠明顯提高冬小麥產(chǎn)量和。

表6 冬小麥產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成要素及水分利用效率

3 討論

王克武等[10]研究表明，同一灌水量下，品種間總耗水量差異不顯著，但產(chǎn)量差異顯著。高春華等[11]研究表明，高產(chǎn)品種總耗水量和產(chǎn)量顯著高于低產(chǎn)品種。本研究中，CM6002品種和H4399品種的總耗水量無顯著差異，但CM6002品種相比H4399品種產(chǎn)量增加了1.3%～3.2%，這與已有的研究相似。另有研究指出，品種間各生育階段耗水差異對(duì)產(chǎn)量的影響要大于總耗水量差異的影響[12]。吳金芝等[13]研究認(rèn)為，抗旱高產(chǎn)型品種增加了播種—拔節(jié)期的耗水量，降低了開花—成熟期的耗水量。播種—拔節(jié)期階段耗水量的增加維持了冬小麥較快的生長勢(shì)，積累了較多的同化物，有利于分蘗成穗和幼穗分化[13-14]。本研究中，高產(chǎn)CM6002品種在該階段耗水量相比H4399品種提高了15.8%，最終穗數(shù)和穗粒數(shù)也都高于H4399品種，這與吳金芝等[13]的研究一致。不同的是，本研究中CM6002品種開花—成熟期階段耗水量也有所增加。Yang等[15]、王得梅等[16]研究認(rèn)為，開花后耗水較多的冬小麥品種有利于籽粒灌漿，提高籽粒產(chǎn)量。本研究中，開花后降水量僅為10.1 mm，且單次降水未超過4.0 mm，冬小麥極易遭受干旱脅迫，CM6002品種通過增加花后耗水量，千粒質(zhì)量較H4399品種提高了2.3%～5.5%，與以往研究結(jié)果相一致。

干物質(zhì)是產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)，其積累和轉(zhuǎn)運(yùn)是決定產(chǎn)量的關(guān)鍵。仝錦等[14]研究表明，花前耗水量與花前干物質(zhì)積累量和轉(zhuǎn)運(yùn)量顯著正相關(guān)，超高產(chǎn)品種通過增加花前耗水量顯著提高了花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量、轉(zhuǎn)運(yùn)率和對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率。本研究中，CM6002品種則是通過增加花后耗水量，提高花后干物質(zhì)積累量和對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率提高產(chǎn)量，該結(jié)果與蔣逢春等[17]研究一致，但與仝錦等[14]的結(jié)果有所不同，因此仍需深入研究相關(guān)的作用機(jī)理。

華北平原夏季降水較多，冬小麥播種前土壤貯水充足，充分利用播種前的土壤貯水是減少灌水量及保持冬小麥高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的關(guān)鍵[4]。作物對(duì)土壤貯水的吸收利用與根系分布密切相關(guān)，冬小麥根系下扎深度可達(dá)200 cm，但由于深層根系較少，因此發(fā)生土壤貯水顯著消耗的土層只有120 cm，且耗水主要來自0～60 cm土層[18]。本研究中，冬小麥貯水消耗主要來自0～120 cm土層，占0～200 cm總量的77.6%，這與楊曉亞等[19]研究結(jié)果一致。高春華等[11]研究認(rèn)為，高產(chǎn)品種可有效利用140～200 cm土層的深層土壤貯水。隋鵬等[20]研究顯示，同一水分處理下，抗旱型和喜水肥品種0～200 cm土層土壤貯水消耗量差異不顯著，但抗旱型品種減少了0～100 cm土層土壤貯水消耗量，增加了100～200 cm深層土壤貯水消耗量，產(chǎn)量提高了5.7%。Kirkegaard等[21]研究顯示，旱作條件下，冬小麥從135～185 cm土層多吸收10.0 mm的土壤水分，產(chǎn)量可增加600.0 kg/hm2。本研究中，高產(chǎn)CM6002品種明顯增加了對(duì)深層土壤貯水的吸收利用，120～200 cm土層貯水消耗量較H4399品種高20.7%～106.8%，深層土壤貯水消耗量的增加為其獲得高產(chǎn)奠定了良好的基礎(chǔ)。

冬小麥的階段耗水量，除了與品種特性有關(guān)外，還與所處的生育時(shí)期、土壤條件、氣候狀況、特別是降水模式及灌溉制度有著密切聯(lián)系[22-23]。由于只有1 a的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并且2020—2021年冬小麥生育期降水總量嚴(yán)重偏少，且主要分布在播種—拔節(jié)期間，因此本文所得結(jié)論的代表性還有待進(jìn)一步檢驗(yàn)，尚需要在不同水文年型下開展多年試驗(yàn)，才能全面反映不同品種、不同灌水處理對(duì)耗水量、土壤貯水消耗量、產(chǎn)量及水分利用效率的影響，得出具有較好通用價(jià)值的研究結(jié)果。

4 結(jié)論

1）滄麥6002和衡麥4399的2個(gè)品種的全生育期總耗水量差異不顯著，但不同生育階段的耗水量有較大差異。與衡麥4399相比，滄麥6002增加了播種—拔節(jié)期、開花—成熟期的耗水量，降低了拔節(jié)—開花期耗水量。

2）冬小麥對(duì)土壤貯水的消耗主要來自0～120 cm土層，與衡麥4399相比，滄麥6002降低了播種—開花期0～120 cm土層貯水消耗量，增加了開花—成熟期0～200 cm土層貯水消耗量。

3）滄麥6002通過調(diào)控不同生育階段和不同土壤層次貯水的消耗，增加了穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量、花后干物質(zhì)積累量及其對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率，實(shí)現(xiàn)了最終產(chǎn)量的提高。

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Effects of Spatial-temporal Dynamics in Crop Water Consumption on Grain Yield of Winter Wheat

JIA Xiaoqian, WANG Shuo, FANG Qin, LI Ruiqi*

(College of Agronomy, Hebei Agricultural University/State Key Laboratory of North China Crop Improvement and Regulation/Key Laboratory of Crop Growth Regulation of Hebei Province, Baoding 071001, China)

【Objective】The effect of water consumption of winter wheat varieties on yield was investigated to provide theoretical basis for selecting drought-resistant varieties to improve winter wheat yield in water-deficient areas. 【Method】A two-factor randomized block design was adopted, Cangmai 6002 (CM6002) and Heng 4399 (H4399) were used as the main treatments. Three water treatments were set for each variety: no irrigation in the whole growth stage (W0), spring first water (irrigation at jointing stage, W1) and spring second water (irrigation at jointing stage and anthesis stage, W2), each irrigation amount was 60.0 mm. The effects of water consumption difference in different growth stages and soil layers on winter wheat yield were studied.【Result】There was no significant difference between CM6002 and H4399 in total water consumption, soil water storage consumption and its proportion in total water consumption, but there was a great difference in water consumption at different stages. From sowing to jointing stage, soil water storage consumption and water consumption of CM6002 were higher than H4399, but there was no significant difference among varieties. From jointing to anthesis stage, CM6002 soil water storage consumption and water consumption were significantly lower than H4399. From anthesis to maturity, water storage consumption and water consumption of CM6002 were higher than those of H4399, and there were significant differences between the two cultivars under W1. Under W0, soil water storage consumption of CM6002 in 120～200 cm soil layer was significantly higher than that of H4399. Under W1 and W2, soil water storage consumption of H4399 in 0～40 cm soil layer was significantly higher than that of CM6002, but that in 120～160 cm soil layer was significantly lower than that of CM6002. Compared with H4399, CM6002 decreased the pre-anthesis dry matter mobilization, dry matter mobilization efficiency and contribution rate to grain, but increased the post-anthesis dry matter accumulation and contribution rate to grain. The yield of CM6002 was 2.7%, 1.3% and 3.2% higher than that of H4399 for W0, W1 and W2, respectively.【Conclusion】Under the experimental conditions, reducing water consumption from jointing to anthesis, increasing water consumption from sowing to jointing, anthesis to maturity and deep soil water storage consumption were beneficial to increase winter wheat yield.

winter wheat varieties; water consumption characteristics; dry matter accumulation; yield

1672 - 3317（2022）05 - 0008 - 09

S512.11

A

10.13522/j.cnki.ggps.2021606

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JIA Xiaoqian, WANG Shuo, FANG Qin, et al. Effects of Spatial-temporal Dynamics in Crop Water Consumption on Grain Yield of Winter Wheat[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2022, 41(5): 8-16.

2021-12-06

國家小麥產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項(xiàng)目（CARS-03-05）；“十三五”國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題（2017YFD0300900）

賈瀟倩（1997-），女。碩士研究生，主要從事作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)理論與技術(shù)的研究。E-mail: 3297645399@qq.com

李瑞奇（1969-），男。教授，博士，主要從事作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)理論與技術(shù)的研究。E-mail: li-rq69@163.com

責(zé)任編輯：韓 洋