水分条件对冬小麦生长发育及产量的影响

田海燕，张岁岐，2，王小林

(1.西北农林科技大学 黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室，陕西 杨凌712100;2.中国科学院水利部水土保持研究所，陕西杨凌712100)

全球70%的种植小麦分布于干旱、半干旱地区[1]，我国是世界上干旱半干旱土地面积较大的国家，其中北方地区耕地面积约占全国耕地总量的45%，但水资源仅占全国总量的9.7%，水资源短缺已严重影响了北方地区农业的可持续发展，同时还存在灌溉水有效利用率低(仅40%左右)[2]、水资源浪费严重等问题。小麦是需水较多的主要粮食作物之一，由于全球气候变化和水资源日益短缺，干旱缺水已成为影响小麦增产的最重要非生物限制因素[3]。大量研究表明，由于耗水特性和生理特点的差异，不同品种小麦对水分亏缺的敏感程度不一样[4]。目前，国内外对小麦栽培品种在不同水分条件下的反应作了大量的研究，但是对原始品种和现代品种、水地品种和旱地品种在不同水分条件下的反应差异研究较少，因此本实验从品种进化和抗旱性差异两个方面选用了3个品种，通过比较其在不同水分条件下的生长发育和产量变化及其规律，以期为旱地小麦高产高效栽培提供一些理论指导。

1 材料与方法

1.1 实验材料

本实验采用原始品种栽培二粒、现代品种西农9871(敏感性品种)、长武134(耐旱性品种)，各品种基本属性见表1。

1.2 实验处理

实验于2009年10月-2010年6月在水土保持研究所大型活动防雨棚内和棚外田间进行。每个小区面积为3 m×2.2 m，小区间用2 m高的水泥墙隔开，以防止水分渗出和相互渗入。小麦株行距为2 cm×20 cm(点播)。棚内进行干旱处理(不灌水处理)和拔节期灌水600 m3/hm2(灌一水处理)，棚外进行充分灌水处理(根据降雨情况随时保持土面湿润，每次灌水量根据小区土壤的水分含量，达到1 m土层内的土壤含水量保持在田间持水量的75%±5%范围。3个品种，每品种3个水分处理，每处理重复3次，共27小区，随机排列。

表1 实验材料及属性

1.3 测定项目及方法

1.3.1 单株分蘖数 分别在拔节期、开花期、灌浆期和收获期时每个小区内取1 m2面积，依据点播时的株距和行距确定其基本苗数，数其分蘖，根据单株分蘖=分蘖总数/基本苗数，算出该小区的单株分蘖数。

1.3.2 株高 采取定株测量的方法，每个品种的每个处理固定10株小麦，分别在拔节期、开花期、灌浆期、收获期测定其主茎高。植株高度抽穗前以地面至心叶叶尖为准，抽穗后量至穗尖。

1.3.3 耗水量 小区耗水量由水量平衡公式计算:

式中:ET——耗水量(mm);R——生育期降水量(mm)(降雨量用放置于田间的雨量筒测得);I——灌水量(mm);ΔW——土壤贮水量的减少量(mm)(用中子仪测定的播种前和收获后小区的土壤含水量之差，每小区测2 m深度，0～1 m每10 cm测一次，1～2 m每20 cm测一次)。

1.3.4 产量 收获时，各小区取1 m2面积的小麦，人工脱粒，风干称重。将单位面积的产量转化为kg/hm2。

1.3.5 水分利用效率(WUE)

式中:Y——小麦籽粒产量(kg/hm2);ET——田间耗水量(mm)。

1.4 数据整理

采用SAS-V8处理软件进行统计分析，新复极差法检验处理间的差异显著性水平(P＜0.05差异显著，P＜0.01差异非常显著)。

2 结果分析

2.1 单株分蘖

随着小麦的生长发育，无效分蘖逐渐死亡，分蘖呈递减趋势，到收获期最低。如图1所示:在不灌水处理下，西农9871和长武134的分蘖从拔节期到开花期迅速减少，开花期后减少缓慢，栽培二粒分蘖在整个生育期直线减少。收获期栽培二粒的分蘖最小，长武134最大，说明当水分亏缺时原始品种比现代品种无效分蘖多。与不灌水相比灌一水处理下，西农9871和长武134的分蘖随着小麦生长发育缓慢减少，栽培二粒从拔节期到开花期迅速减少，开花期后减少缓慢，说明拔节期灌水可以防止小麦分蘖迅速减少。充分灌水下，三个品种分蘖从拔节期到开花期迅速减少，到开花期后减少的速度逐渐缓慢，整个生育期的单株分蘖数依次为:西农9871＞长武134＞栽培二粒。收获期小麦分蘖图反映了充分灌水下分蘖最大，栽培二粒小麦灌一水比不灌水分蘖大，而西农9871和长武134不灌水处理下的分蘖大于灌一水，说明原始品种的分蘖对水分依赖大于现代品种，同时拔节期灌水不能增加现代品种的分蘖，只能减缓无效分蘖死亡的速度。

2.2 株高

株高是表现水分条件对作物形态影响的一个重要指标，不同品种的小麦株高受水分条件影响有差异。如图2所示，长武134在拔节期株高略高于栽培二粒和西农9871，随着小麦的生长发育，株高逐渐增加。开花期后栽培二粒生长迅速，到灌浆期株高明显大于其他两个品种。长武134在整个生育期内株高均大于西农9871，收获期3个品种的株高依次为:栽培二粒＞长武134＞西农9871。同时从收获期株高图中得出:小麦的株高随着灌水量的增加而增加，其中，栽培二粒的株高在3个水分处理下差异显著，而西农9871和长武134灌一水和不灌水处理下株高基本没有差异，说明原始品种的株高受水分影响大，同时，拔节期灌水不能增加现代品种的株高。

图1 水分条件对不同品种单株分蘖的影响

图2 水分条件对不同品种株高的影响

2.3 耗水量

3个品种不同水分处理下的总体耗水量依次为:充分灌水＞灌一水＞不灌水，灌水量增大，耗水量增加，同时，不同品种的同一水分处理之间又有差异。在不灌水和灌一水处理下，长武134的耗水量最大，栽培二粒和西农9871耗水量较小且两个水分处理之间差异不大;在充分灌水处理下，栽培二粒耗水量最大，西农9871和长武134的耗水量之间没有显著差异。说明在水分亏缺时旱地品种耗水量大于原始品种和水地品种，而水分充足时原始品种的耗水量要大于现代品种。因此耗水量因水分处理和品种的不同而存在差异。

2.4 产量与水分利用效率

千粒重是小麦产量构成中一个重要指标。3个品种不同水分处理下千粒重的总体趋势是:充分灌水＞灌一水＞不灌水。其中，栽培二粒的千粒重最小，同时各水分处理间差异不显著，说明水分对原始品种的千粒重影响较小。西农9871与长武134千粒重在充分灌水处理与其它两种水分处理方式相比差异非常显著(P=0.004 5)，而灌一水与不灌水处理差异不大，说明水分对现代品种的千粒重影响较大，但拔节期灌水不能显著提高小麦的千粒重。

不同水分条件下产量变化趋势和千粒重保持一致，依次为充分灌水＞灌一水＞不灌水。栽培二粒在3种水分条件下产量显著不差异，但长武134和西农9871充分灌水下产量是其他两处理的两倍，不灌水和灌一水时产量差异不显著。说明水分对产量的影响很大，但拔节期灌水不能显著提高小麦产量。

水分利用效率(WUE)是植物节水抗旱高产的一个重要指标，是植物利用水分合成生物产量能力的体现。WUE受产量和耗水量的制约，因此，小麦的WUE因耗水量和产量差异而不同。

如表2所示，栽培二粒的WUE在灌一水处理下最大，充分灌水最小;西农9871的WUE不灌水处理下最大，充分灌水时最小;长武134的WUE在不灌水处理下最大，灌一水时最小;说明产量的增加并不能提高小麦的WUE，而适度的干旱却能提高小麦的WUE。

表2 不同品种小麦产量和水分利用效率在不同水分条件下的差异

3 讨论与结论

研究表明，小麦的分蘖受水分条件的影响，并且随着灌水量的增加而增加[5]，本实验得出相同的结论，同时还发现原始品种的分蘖对水分依赖大于现代品种。

小麦的株高受水分影响大，起身水与拔节水对株高的影响最为显著[6]。本实验得出小麦株高随灌水量增加而增加，但拔节期灌水对现代品种株高的影响不显著，这可能与本实验小麦在拔节期时外界气温低于往年有关，气温低时小麦生长缓慢，株高随水分增加不显著。还有研究表明，栽培二粒小麦在不同水分处理下株高差异很显著说明原始品种的株高受水分制约大于现代品种[8]。本实验也得出栽培二粒在不同水分处理下株高差异显著，而西农9871和长武134小麦在不同水分处理下株高差异不显著。

拔节期是小麦需水的重要时期，冬小麦拔节期灌水可取得明显的增产效果[11]。本实验得出拔节期灌水可以提高小麦的产量，但是与不灌水相比差异不显著，这与本实验拔节期外界温度低，同时整个生育期阴雨天气多，光合弱有关。有研究发现，同一作物的不同品种在高效用水方面也存在着较大的生理和遗传差异，其产量、耗水量、水分利用效率(WUE)之间存在很大的调节余地[9]。黄明丽等[10]通过盆栽实验也得出随染色体倍性的增加，产量却显著增加。Siddique[12]与张岁岐[13]等认为现代小麦品种的产量、水分利用效率较古老品种高的原因与其快速生长、开花早、冠层结构改善和高的收获指数有关。同时不同的水分条件下原始品种产量的差异较小，而现代品种产量差异很大，几乎达到50%。说明现代品种的产量受水分影响大于原始品种。在本实验得出栽培二粒的产量显著低于西农9871和长武134，同时随着灌水量的增加，4n-6n的进化过程中，冬小麦整株水平上的WUE也呈递增趋势，现代品种WUE高于原始品种，最高相差50%左右。

小麦生长发育受水分影响较大，分蘖、株高、产量随水分供应的增加而增加，但是拔节期灌水对小麦生长发育及产量构成的影响不显著。本实验只进行了3个水分处理，同时也只设定在拔节期灌水，是否其他生育期灌水会显著影响小麦生长发育和产量构成则有待于进一步的研究。

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[9] 王淑芬，张喜英，裴冬.不同供水条件对冬小麦根系分布、产量及水分利用效率的影响[J].农业工程学报，2006，22(2):27-32.

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