不同滴灌处理对冬小麦根系生长及干物质积累的影响

孙乾坤，章建新，薛丽华，3，陈兴武，3，胡　锐

(1.新疆农业大学 农学院，乌鲁木齐　830052; 2.新疆农业科学院 粮食作物研究所，乌鲁木齐　830091；3.农业部荒漠绿洲作物生理生态与耕作重点实验室，乌鲁木齐　830091)



不同滴灌处理对冬小麦根系生长及干物质积累的影响

孙乾坤1，章建新1，薛丽华1，3，陈兴武1，3，胡锐2

(1.新疆农业大学 农学院，乌鲁木齐830052; 2.新疆农业科学院 粮食作物研究所，乌鲁木齐830091；3.农业部荒漠绿洲作物生理生态与耕作重点实验室，乌鲁木齐830091)

摘要为揭示不同滴灌处理对冬小麦根系生长及干物质积累的影响规律。采用PVC管栽试验，研究拔节期后每次每管滴灌量0.94 kg，4种滴灌量处理每管10.36 kg (滴11次,W4)、每管8.48 kg (滴9次,W3)、每管6.59 kg (滴8次 ,W2)、每管5.65 kg (滴灌6次， W1)对0～100 cm土层含水量、‘新冬18号’根系干质量、叶面积、光合势及干物质积累的影响。结果表明，随着滴灌次数和总滴灌量的增加，0～40 cm土层含水量也增加，拔节期至成熟期间根系干质量、叶面积、光合势、干物质积累量和产量增加，W4的最大根系干质量、最大叶面积、光合势、成熟期干物质积累量和产量分别较W1增加28.50%、71.77%、77.3%、37.75%、78.17%，产量构成因素中仅千粒质量随滴灌次数和总滴灌量的增加而不断增加。少量(每次30 mm)多次(11次内)滴灌方式的小麦生育中后期40 cm以下土层容易干旱，是导致冬小麦早衰，降低千粒质量和产量的主要原因。

关键词冬小麦；滴灌量；干物质积累；根冠比

新疆地处干旱区，农业生产完全依靠灌溉。面临着灌溉水资源日益匮乏的状况，发展节水灌溉是必然选择。小麦是新疆的主要粮食作物之一， 如何实现节水与高产的统一是小麦栽培上需要解决的重要问题。滴灌是先进的节水灌溉技术，它能在植物需水的任何时间、地点将水和养分均匀地运送到作物根部，最大限度降低灌溉水渗漏浪费[2]。不合理的滴灌制度导致冬小麦早衰[3]。目前，滴灌小麦研究多集中在需水规律[4]、比较表层滴灌、深层滴灌及喷灌对冬小麦根系分布和耗水的影响[5]等方面。少量多次滴水方式[6]对冬小麦根系生长及与早衰发生的关系不清楚。本试验采用PVC管栽培试验模拟田间滴灌条件，研究不同滴灌处理对0～100 cm土层含水量、根系生长、干物质积累分配及产量的影响，揭示少量多次滴水方式与冬小麦早衰现象发生的关系，为冬小麦节水高产提供理论依据。

1材料与方法

1.1试验材料及方法

供试材料为‘新冬18号’(北疆主栽品种)。试验于2011-2012年在新疆农业大学气象站内进行。采用内径为20 cm，长为100 cm的PVC管，纵向一剖为二，然后将开缝对接好用胶带密封后，再用铁丝紧箍固定。将箍紧的管子垂直整齐排列地放入2 m×2 m×1 m的坑中，周围用土填实。管内填土采自气象站田间土层，土壤肥力0～20 cm 有机质w=9.91%，碱解氮69.83 mg/kg，速效磷108.00 mg/kg，速效钾573.0 mg/kg。严格按大田土层结构每20 cm为一层，过1 cm×1 cm的筛后，再按大田每层土壤体积质量定量装填。填土前用酒精燃烧法测定各土层土壤含水量，以计算每管各层填土量。0～40 cm基施磷酸二铵每管2 g，尿素每管1.5 g。播前足墒水。2011-09-26播种，共种80管，每管播种15粒，播种深度为3 cm，并覆膜，待出苗后撤膜，出苗后每管保苗10株。无地下水补充。返青后遇雨遮棚，雨停随即拆棚。拔节期随水滴入尿素每管3.0 g，6月27日收获。试验在冬前和越冬期间的降水量分布见表1。

1.2试验设计

拔节期后，设每次每管滴灌量0.94 kg(管内灌水量均按其面积比例确定，即大田750 m3/hm2折算，下同)，11次(W4，总滴灌量每管10.36 kg)、9次(W3，总滴灌量每管8.48 kg)、7次(W2，总滴灌量每管6.59 kg)、6次(W1，总滴灌量每管5.65 kg)4种滴灌量处理，每处理20管。用医用一次性输液管模拟滴灌，将整个针头剪去，将管端用胶带与直径4 mm、长10 cm的铁丝粘绑在中上部， 铁丝下部3 cm插入管中土壤内，使滴灌固定，水滴速用输液器控制阀控制，具体滴水日期见表2。

表1　2011-2012年冬小麦冬前及越冬期间降水分布

表2　不同水分处理滴水日期

1.3测定方法

分别在拔节期(4月15日)、孕穗期(5月10日)、开花期(5月24日)、花后20 d (6月13日)、成熟期(6月27日)取样，每次各处理取3管，测定0～100 cm土层含水量，每20 cm一层，沿管缝剖开，将管内根土一分为二，迅速用小铲均匀取各层土，除去根，装入铝盒内，盖好盖，105 ℃烘干至恒质量；根系干质量，过400目筛冲洗，去除杂质，80 ℃烘干称质量；叶面积(长×宽×0.75)；干物质量，80 ℃烘干称质量；最上完展叶叶绿素质量分数，采用丙酮乙醇混合法；可溶性蛋白质质量分数，采用考马斯亮蓝法。收获时取整管植株测定产量及产量结构。各项测定指标取5管的平均数分析。

营养器官开花前贮藏同化物转运量=开花期干物质量-成熟期营养器官干质量

营养器官开花前贮藏同化物转运率=营养器官开花前贮藏同化物转运量/开花期干物质量

营养器官开花前贮藏同化物贡献率=营养器官开花前贮藏同化物转运量/籽粒干质量

采用Excel软件、SAS 8.0及SPSS 15.0统计分析软件处理数据。

2结果与分析

2.1土壤相对含水量的垂直分布动态

由图1可见，自孕穗期后处理间0～100 cm土层含水量差异显著，孕穗期多表现为W4>W3>W2>W1，开花期0～60 cm土层含水量差异显著，多表现为W4(W3)>W2>W1，60 cm以下的土层含水量多表现为W4(W3、W2)>W1；花后20 d和成熟期，0～40 cm土层含水量差异显著，多表现为W4>W3>W2>W1，40～100 cm土层贮水接近耗尽，处理间差异不显著。增加滴灌次数和总滴灌量仅0～40 cm土层含水量直接增加，并延缓40 cm以下土层的水分消耗。

2.2不同滴灌量处理对叶片叶绿素质量分数和可溶性蛋白质质量分数的影响

由图2可见，拔节期后处理间叶片的叶绿素质量分数差异逐渐增大，花后20 d处理间差异最大，均表现为W4>W3>W2>W1。由图3可见，孕穗期后叶片可溶性蛋白质质量分数差异显著，以开花期处理间差异最大，花后20 d的差异又变小，多表现为W4>W3>W2>W1。增加滴灌次数和总滴灌量，功能叶片叶绿素和可溶性蛋白质质量分数增加。

2.3不同滴灌量处理对叶面积及光合势的影响

由图4可见，孕穗期、开花期、花后20 d处理间叶面积差异显著，以孕穗期和开花期处理间叶面积差异大，多表现为W4>W3>W2>W1，孕穗期叶面积W4(16.37×10-2m2)较W1(9.53×10-2m2)增加71.77%。由图5可见，返青至成熟期处理间总光合势差异显著，表现为W4>W3>W2>W1，W4总光合势[每管6.72 (m2·d)/m2] 较W1[每管3.79 (m2·d)/m2]增加77.3%，其中，在拔节期至花后20 d，W4光合势[每管6.32 (m2·d)/m2]较W1[每管3.61 (m2·d)/m2]增加75.1%。增加滴灌次数和总滴灌量，促进拔节至孕穗期间叶面积增长，并延缓孕穗后叶面积衰减，增加拔节期至花后20 d的光合势。

图1　土壤相对含水量垂直分布

图2　不同滴灌处理叶片叶绿素质量分数

图3　不同滴灌处理可溶性蛋白质质量分数

2.4不同滴灌量处理对干物质积累及分配的影响

由图6可见，干物质积累量自孕穗期开始处理间差异逐渐增大，均表现为W4>W3>W2>W1，成熟期干物质积累量的差异主要是在孕穗期至花后20 d形成的。成熟期干物质质量W4(每管56.23 g)较W1(每管40.82 g)增加37.75%；营养器官开花前贮藏同化物转运量、营养器官开花前贮藏同化物转运率及其对产量的贡献率、经济系数处理间差异均显著,均表现为W4>W3>W2>W1，W4转移量为每管8.85 g，W1为每管-1.07 g；W4转运率为每管21.43%，W1为每管-4.05%；贡献率W4为37.2%，W1为-8.0%；W4、W3、W2、W1的经济系数依次为0.42、0.40、0.36、0.33。增加滴灌次数和总滴灌量，大幅度增加孕穗期至花后20 d的干物质积累量，增加营养器官开花前干物质积累量和向籽粒的转移量，提高经济系数。

图4　不同滴灌量处理的叶面积动态

A.返青-拔节Greening-Jointing；B.拔节-孕穗Jointing-Booting;C.孕穗-开花Booting-Flowering;D.开花-花后20 dFlowering-20 d after flowering;E.花后20 d-成熟20 d after flowering-Maturing;F.总光合势Total photosynthetic potential

图5不同滴灌量处理的光合势

Fig.5Photosynthetic potential of different treatment

图6　不同滴灌处理干物质积累动态

2.5不同滴灌处理对根系干质量及根冠比的影响

由表4可见，各处理0～100 cm 土层根系总干质量自拔节期至孕穗期迅速增加，在孕穗(或开花)期达到峰值后缓慢下降。从孕穗至成熟期间处理间根系总干质量差异达显著水平，孕穗期、开花期、花后20 d依次表现为W4>W3>W2>W1、W4>W3(W2)> W1、W4>W3(W2、W1)，开花期W4根干质量较W1增加28.5%；自拔节期根冠比一直呈现下降趋势，孕穗期、开花期、花后20 d处理间根冠比差异显著，孕穗期表现为W4>W3(W2)>W1、开花期和花后20 d均表现为 W1(W2)>W3(W4)。增加滴灌次数和总滴灌量显著促进拔节后根系生长，并延缓开花后根系干质量衰减，增加孕穗期至成熟期间的总根干质量，降低生育后期的根冠比。

表3　不同滴灌处理根干质量及根冠比动态

注：同列相同字母表示在0.05水平差异不显著，下同。

Note:Values followed by the same letter within a column are not significantly different at 0.05 level，the same as follows.

表4　不同滴灌量处理对冬小麦产量的影响

2.6不同滴灌量处理对产量及水分利用效率的影响

由表4可见，随着滴灌次数和总滴灌量的增加，增加每管穗数、粒数、千粒质量、籽粒产量，以籽粒产量 W4(每管25.3 g)处理最高，较W1(每管14.2 g)增加78.2%。在产量构成因素中，仅千粒质量随滴灌量和次数的增加而不断增加，对水分条件要求最高。增加滴灌次数和总滴灌量，穗数、穗粒数、千粒质量和单管产量均显著增加，明显提高粒质量与花期根干质量的比值，水分利用效率呈现增加的趋势，以 W4处理最高，为1.36 kg/m3，千粒质量对水分条件要求最高。

3讨 论

与少量多次灌溉方式相比，多量少次灌溉方式促进冬小麦中层(30～60 cm)根系的生长[7]。滴灌小麦根系生长高峰期在孕穗-扬花期, 较常规灌溉春小麦略有提前，而后根系逐渐衰亡。在山东青岛生育期间降水量155 mm条件下，随着滴灌量的增加，小麦地上部干物质积累量增加，花前干物质转移量、转移率和对籽粒贡献率降低，花后同化物转移量和转移率增加；春季滴灌4次(分别在返青期、拔节期、开花期、灌浆期，每次滴灌30 mm)获得籽粒产量8 562.0 kg/hm2[8]。本研究结果表明，每次滴灌量每管0.94 kg(30 mm)，仅直接增加0～40 cm土层含水量，而对40 cm以下土层的水分无影响，增加滴水次数推迟对该层水分的消耗，促进该层根系生长、延缓衰亡[9]；增加拔节至花后20 d的叶面积和光合势，增加干物质产量和经济系数，最终增加产量和水分利用效率。从产量构成因素随滴灌次数的变化看，仅千粒质量随滴灌次数的增加而不断增加，可能是由于增加滴灌次数延缓了深层根系衰老、延长籽粒灌浆期的结果，滴灌9次水的小麦较灌11次水早衰，千粒质量降低。少量(每次滴30 mm以下)多次(春季11次以内)的滴灌方式麦田中后期40 cm以下土层容易干旱，导致冬小麦发生早衰现象，降低产量。由于管栽试验与田间试验不同，没有地下水和春季降水的补充，最高产量的春季灌水次数(11次)远高于田间试验的4次[10]。并且，仅为一年的试验结果，有待田间试验验证。

4结 论

增加滴水次数和总滴水量，仅直接增加0～40 cm土层含水量，促进根系和叶片生长，并延缓衰老，主要增加孕穗至花后20 d的总根干质量、叶面积和光合势，导致干物质积累量和经济系数同步提高；产量构成因素中仅千粒质量随滴水次数增加而不断增加。少量多次滴灌容易造成冬小麦早衰，降低千粒质量。

参考文献Reference：

[1]魏建军,杨相昆,张占琴,等.滴灌条件下不同冬麦行间产量性状的差异[J].西北农业学报,2013,22(4):44-48.

WEI J J,YANG X K,ZHANG ZH Q,etal.Variation of yield traits between different rows of drip-irrigated winter wheat[J].ActaAgriculturaeBoreali-occidentalisSinica,2013,22(4):44-48(in Chinese with English abstract).

[2]SKAGGS T H,TROUT T,ROTH F Y.Drip irrigation on water distribution patterns:effects of emitter rate,pulsing,and ecedent water [J].SoilScienceSocietyofAmericaJournal,2010,74:1886-1896.

[3]王荣栋,王新武,符林,等.关于滴灌小麦栽培的几个问题[J].新疆农业科学,2010,47(7):1412-1415.

WANG R D,WANG X W,FU L,etal.Several problems about wheat cultivation by drip irrigation[J].XinjiangAgriculturalSciences,2010,47(7):1412-1415(in Chinese with English abstract).

[4]高山,王冀川,徐雅丽,等.不同土壤水分对滴灌春小麦生长干物质积累与分配的影响[J].安徽农业科学,2011,39(9):5151-5153,5240.

GAO SH,WANG J CH,XU Y L,etal.Influence of different soil water on the growth,dry matter accumulation and distribution of trickle-irrigation spring wheat[J].JournalofAnhuiAgriculturalScience,2011,39(9):5151-5153,5240(in Chinese with English abstract).

[5]吴巍,陈雨海,李全起,等.垄沟耕作条件下滴灌冬小麦田间土壤水分的动态变化[J].土壤学报,2006,46(6):1011-1017.

WU W,CHEN Y H,LI Q Q,etal.Dynamic changes in soil moisture in winter wheat field under conditions drip irrigation,furrow and ridge planting [J].ActaPedologicaSinica,2006,46(6):1011-1017(in Chinese with English abstract).

[6]王振华,王克全,葛宇,等.新疆滴灌春小麦需水规律初步研究[J].灌溉排水学报,2010,29(2):61-64.

WANG ZH H,WANG K Q,GE Y,etal.Preliminary study on water demand rules of spring wheat under drip irrigation[J].JournalofIrrigationandDrainage,2010,29(2):61-64(in Chinese with English abstract).

[7]刘坤,陈新平,张福锁.不同灌溉策略下冬小麦根系的分布与水分养分的空间有效性[J].土壤学报,2003,40(5):697-702.

LIU K,CHEN X P,ZHANG F S.Winter wheat root distribution and soil water and nutrient availability [J].ActaPedologicaSinica,2003,40(5):697-702(in Chinese with English abstract).

[8]胡梦芸,张正斌,徐 萍,等.亏缺灌溉下小麦水分利用效率与光合产物积累转运的相关研究[J].作物学报,2007,33(11):1884-1891 .

HU M Y,ZHANG ZH B,XU P,etal.Relationship of water use efficiency with photoassimilate accumulation and transport in wheat under deficit irrigation [J].ActaAgronomicaSinica,2007,33(11):1884-1891(in Chinese with English abstract).

[9]薛丽华,谢小清,段丽娜,等.滴灌次数对冬小麦根系生长及时空分布的影响[J].干旱地区农业研究,2014,32(6):1-9.

XUE L H,XIE X Q,DUAN L N,etal.Effect of different drip irrigation treatment on growth and temporal and spatial distribution of root in winter wheat [J].AgriculturalResearchintheAridAreas,2014,32(6):1-9(in Chinese with English abstract).

[10]位国峰,刘义国,姜雯,等.不同滴灌量对冬小麦干物质及产量的影响[J].灌溉排水学报,2013,32(5):67-70,99.

WEI G F,LIU Y G,JIANG W,etal.Effects of different drip irrigation quantities on dry matter accumulation and grain yield of winter wheat [J].JournalofIrrigationandDrainage,2013,32(5):67-70,99(in Chinese with English abstract).

Received 2015-01-09Returned2015-04-16

Foundation itemNational Natural Science Foundation of China(No.31101121);China Agriculture Research System(No.CARS)； Science & Technology Specific Project for Enriching People and Strengthening County Economy.

First authorSUN Qiankun,male,master student.Research area:drip irrigation water saving cultivation of wheat.E-mail:1228217534@qq.com

(责任编辑：成敏Responsible editor:CHENG Min)

Effect of Drip Irrigation Quantities on Root Growth and Dry Matter Accumulation in Winter Wheat

SUN Qiankun1,ZHANG Jianxin1,XUE Lihua1,3, CHEN Xingwu1,3and HU Rui2

(1. College of Agronomy, Xinjiang Agricultural University, Urumqi830052,China; 2.Grain Crops Research Institute of the Xinjiang Academy of Agricultural Sciences, Urumqi830091,China；3.Key Laboratory of Crop Physiology Ecology and Cultivation, Minisitry of Agriculture, Urumqi830091,China)

AbstractTo reveal the effect of quantities of drip irrigation on yield and water use efficiency of winter wheat root system,‘Xindong18’ was planted in PVC tubes, and four different quantities of drip irrigation, including each tube 10.36 kg (W4)，each tube 8.48 kg (W3)，each tube 6.59 kg (W2)，each tube 5.65 kg (W1),were arranged and evaluated root growth, leaf area, photosynthetic potential, dry matter accumulation and water content of 0-100 cm soil layers. The results showed that the quantities of drip irrigation treatment affected water content in 0-40 cm soil layers, increased root dry mass, leaf area, photosynthetic potential, chlorophyl and protein mass fraction of leaf, dry matter accumulation and yield.Compared with the treatment of W1, the biggest dry root mass, leaf area, photosynthetic potential, dry matter accumulation and yield in W4 treatment was increased respectively 28.50%, 71.77%, 77.3%, 37.75% and 78.17%. With drip water quantities increase, only 1 000-seeds mass increased among yield components. Under the treatment of many times little drip irrigation, eg nine times irrigation and 30 mm per times, soil below 40 cm was apt to suffering drought at the middle and late period of wheat growth, which may account for premature senescence of wheat and decreasing 1 000-seeds mass and yield.

Key wordsWinter wheat; Quantity of drip irrigation; Dry matter accumulation; Root shoot ratio

Corresponding authorXUE Lihua,female,associate researcher.Research area:high-yield cultivation and physiology of wheat research.E-mail:xuelihua521@126.com

中图分类号S275.6

文献标志码A

文章编号1004-1389(2016)03-0372-06

通信作者：薛丽华，女，副研究员，主要从事小麦高产栽培生理研究。E-mail:xuelihua521@126.com

基金项目：国家自然科学基金项目(31101121)；现代农业产业技术体系专向资金(CARS)；国家科技富民强县专项。

收稿日期：2015-01-09修回日期：2015-04-16

网络出版日期：2016-03-06

网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1220.S.20160306.1610.016.html

第一作者：孙乾坤,男，硕士研究生，研究方向为滴灌小麦节水栽培。E-mail:1228217534@qq.com