不同滴灌量对冬小麦干物质积累、转运及产量的影响

雷钧杰，张永强，张宏芝，赛力汗·赛，薛丽华，乔 旭，于建新，冯 宾,梁玉超，王 成,陈兴武

(1.新疆农业科学院粮食作物研究所，乌鲁木齐　830091；2.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；3.新疆农业科学院核技术生物技术研究所，乌鲁木齐　830091；4.奇台县农业技术推广中心，新疆奇台　831800)5.新疆农业大学农学院，乌鲁木齐　830052)；



不同滴灌量对冬小麦干物质积累、转运及产量的影响

雷钧杰1,2，张永强1,2，张宏芝2,3，赛力汗·赛1,2，薛丽华1,2，乔 旭1,2，于建新4，冯 宾4,梁玉超5，王 成5,陈兴武1,2

(1.新疆农业科学院粮食作物研究所，乌鲁木齐830091；2.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；3.新疆农业科学院核技术生物技术研究所，乌鲁木齐830091；4.奇台县农业技术推广中心，新疆奇台831800)5.新疆农业大学农学院，乌鲁木齐830052)；

【目的】研究滴灌量对冬小麦干物质积累和转运特征的影响。【方法】在大田滴灌条件下，设置3 150(W1)、3 900(W2)、4 650(W3)和5 400 m3/hm2(W4)，对照滴灌量为0(CK)共5种不同处理，研究不同滴灌量对冬小麦叶面积指数(LAI)、干物质积累、转运及产量的影响。【结果】随着滴灌量的增加，各处理冬小麦的LAI和干物质均呈W3>W4>W2>W1>CK的变化规律；干物质快增期出现在拔节后4～55 d，快增期持续时间(△t)为35～50 d，最大积累速率(Vm)为0.043～0.075 mg/(株·d)；花前同化物转运量呈“先增后降”的趋势，花后同化物转运量呈增加趋势，但花前、花后同化物转运总量以W3最大为1.574 g/株。产量最高为8 602.41 kg/hm2(W3处理)，分别较W1、W2、W4和CK增产12.41%、2.77%、1.07%和33.00%。【结论】冬小麦全生育期适宜的滴灌量为4 650 m3/hm2。

滴灌量；冬小麦；干物质积累和转运；产量

0　引 言

【研究意义】新疆地处亚欧大陆腹地，气候干燥，降雨稀少，蒸发强烈，水资源匮乏，是我国典型的绿洲灌溉农业区，92.4%的耕地为灌溉农业，没有水就没有新疆的农业[1]。因此，节水灌溉是新疆发展农业的必然选择，而滴灌作为一种先进的节水灌溉技术，可根据作物需水规律，将灌溉水源直接输送到作物根部，以点滴状缓慢而均匀地滴入作物根区土壤中，被根系充分吸收利用，最大限度地降低土壤水分渗漏和农业用水浪费，可有效缓解水资源不足与农业用水利用率较低的矛盾[2]。近年来随着滴灌技术在密植作物小麦上的应用与研究，滴灌小麦栽培面积不断扩大。【前人研究进展】对滴灌水麦研究主要集中在不同滴灌带配置方式[1,3-4]，及同一滴灌带配置方式下小麦产量性状均呈现行间差异[5,6]、滴灌量对春小麦生长发育[7]、叶绿素含量和光合特性[8]、根系分布[9]、水分利用效率及产量的影响方面[10-11]。【本研究切入点】目前研究大部分集中在对春小麦的研究上，对滴灌冬小麦的研究较少，虽有一些报道，但对不同的试验条件下得出的结论不尽相同，研究在大田滴灌条件下，设置5种不同滴灌量处理，研究不同处理下冬小麦干物质积累特征及产量构成特点，探究滴灌量对冬小麦干物质积累、转运及产量形成的机理。【拟解决的关键问题】在大田滴灌条件下，研究不同滴灌量对冬小麦干物质积累动态变化及其转运、Logistic生长函数特征和产量的影响，确定滴灌冬小麦适宜的滴灌量，为其高产、高效、节水、优质栽培提供理论依据与技术支撑。

1　材料与方法

1.1材 料

试验于2013～2014年在新疆奇台县西地镇西地村进行，试验区位于E89°13′，N43°25′，年均日照时数2 280～3 230 h，年均气温4.7℃，年均降雨量176 mm，蒸发量2 141 mm。极端最高气温39℃，极端最低气温-37.3℃。全年无霜期156 d。试验地土壤为灌溉灰漠土，播前0～40 cm土壤有机质含量2.84%，碱解氮含量52.22 mg/kg，速效磷含量20.20 mg/kg，速效钾含量237 mg/kg。

1.2方 法

1.2.1试验设计

采用单因素随机区组试验设计，在大田滴灌条件下设置3 150(W1)、3 900(W2)、4 650(W3)和5 400 m3/hm2(W4)，对照处理滴灌量为0(CK)共5种不同的滴灌量处理，小区面积36 m2(3.6 m×10 m)，重复3次，为防止水分漏渗，小区之间空1.5 m宽隔离带，各小区均用水表控制进水量。供试品种为新冬22号，于2013年9月26日播种，行距15 cm。滴灌带采用1管4行的布置方式，毛管间距60 cm。播前结合整地深施磷酸二铵300 kg/hm2、尿素58.5 kg/hm2作为基肥，在冬小麦拔节期、孕穗期、开花期分别追施尿素228.75、76.2和76.2 kg/hm2，在小麦灌浆期滴施KH2PO4(纯度98%)，每次滴施22.5 kg/hm2。表1

表1不同滴灌量及滴灌时期(m3/hm2)
Table 1The amount of drip irrigation distribution in different stage under different treatments

处理Treatments越冬前Pre-winter起身期Recoverystage拔节期Jointingstage孕穗期Bootingstage抽穗期Headingstage开花期Floweringstage灌浆前期Earlystageoffilling灌浆中期Middlestageoffilling总量TotalW1900225450562.5225337.52252253150W29003006007503004503003003900W3900375750937.5375562.53753754650W490045090011254506754504505400CK000000000

1.2.2测定项目1.2.2.1小麦群体动态调查

基本苗、冬前总茎数、返青总茎数、起身期总茎数(春季最大总茎数)、收获穗数。

1.2.2.2叶面积和叶面积指数

于冬小麦拔节期、孕穗期、开花期，花后12 d、花后24 d，每处理每重复连续选取10个单茎，测定每个单茎的绿色叶片的长和宽，并根据以下公式计算出叶面积指数(LAI)。

单茎叶面积=长×宽×0.83.

LAI=单茎叶面积×1 hm2茎数/10000.

1.2.2.3干物质

于冬小麦拔节期、孕穗期、开花期，花后12 d、花后24 d、成熟期，每处理每重复取20株小麦鲜样，剪去根，将植株分为叶片、茎鞘、颖壳和穗轴、籽粒部分，放入105℃烘箱中杀青15 min，80℃烘24 h至恒重后称干重，分别测定各部分的干物质重。采用Logistic方程拟合滴灌冬小麦干物质积累变化：

y=k/[1+e(a-bt)].

式中：y为冬小麦拔节t天单株干物质积累量(g/株)；t为冬小麦拔节后的天数(d)；k表示冬小麦单株干物质理论最大积累量(g/株)；a、b为待定系数。

根据方程推导得到的几个特征值：

最快生长时间段的起始时间t1=[ln(ea)-1.317] /b，终止时间t2=[ln(ea)+1.317] /b；

最大相对生长速率Vm=-bk/ 4，最大相对生长速率出现时间tm=-a/b.

快速增长期持续的时间△t=t2-t1.

干物质积累与转运量的计算方法如下[13]：

花前同化物转运量(g)=开花期干物重(g)-成熟期营养器官干重(g)。

花后同化物转运量(g)=成熟期籽粒干重(g)-花前同化物转运量(g)。

花前同化物转运率(%)=花前同化物转运量(g)/开花期营养器官干重(g)×100%。

花后同化物转运率(%)=花后同化物转运量(g)/[收获时全株干重(g)-开花时全株干重(g)] ×100%。

花前同化物对籽粒的贡献率(%)=花前同化物转运量(g)/成熟期籽粒干重(g) ×100%。

花后同化物对籽粒的贡献率(%)=花后同化物转运量(g)/成熟期籽粒干重(g)×100%。

1.2.2.4产量及产量结构

成熟期从各小区选取4 m2(2 m×2 m)样点，单独人工收割，脱粒后风干称重，并折算产量，籽粒含水量为13%。另从每小区取1 m双行样段，调查有效穗数、穗粒数和千粒重。

1.3数据统计

采用Microsoft Excel 2003作图，用DPS7.05软件统计分析数据。

2　结果与分析

2.1不同滴灌量对冬小麦叶面积指数的影响

叶面积指数(LAI)是反映植物群体生长状况的一个重要指标，其大小直接与最终产量高低密切相关。研究表明，不同处理滴灌冬小麦LAI的总体变化趋势基本一致，均呈“先增加后缓慢下降”的单峰变化趋势，且各处理均在孕穗期达到峰值，最大为5.68(W3处理)，分别较同期W1、W2、W4和CK高出3.51%、0.80%、3.66%和14.72%，其与W1、W2和W4处理差异不显著，但与CK处理的差异达极显著水平(P<0.01)。进一步分析可知，在孕穗期以前，W1、W2、W3和W4处理间的差异不大，孕穗期之后处理间差异逐渐增大，但整个生育期各处理均显著高于对照CK。图1

图1不同滴灌量冬小麦叶面积指数动态变化
Fig.1 The dynamic change of leaf area index of winter wheat under different drip irrigation amount

2.2不同滴灌量冬小麦干物质积累特征的影响

研究表明，各处理干物质积累过程的总趋势基本一致，即随着生育进程的推进冬小麦单株干物质积累量逐渐增加。其中孕穗期以前积累缓慢，从孕穗期到花后24 d增长迅速，花后24 d以后冬小麦干物质基本保持稳定，但整个生育进程中，滴灌冬小麦地上部分干物质基本呈W3>W4>W2>W1>CK的变化规律，尤其是小麦开花之后其它处理明显高于不灌水的对照CK。用Logistic方程对不同滴灌量处理冬小麦的干物质积累量进行拟合，其曲线拟合度的R2值均超过了0.97，达极显著水平。表2，图2

图2不同滴灌量冬小麦干物质积累动态
Fig.2 The dynamic change of dry matter of winter wheat under different drip irrigation amount

研究表明，滴灌冬小麦地上部分干物质量积累最快的时期出现在拔节后的4～55 d(5月13日至7月2日)，干物质积累最大速率(Vm)出现在拔节后的26～29 d，快速积累期(△t)为35～50 d。进一步分析可知，随着滴灌量的增加冬小麦单株干物质总量和Vm均呈“先上升后下降”的变化规律，且均在W3处理达到最大值，其与W1、W2、W4和CK相比，干物质理论最大积累量分别增加8.31%、10.24%、0.19%和25.93%；Vm分别增加了0.017、0.006、0.004、0.032 g/(株·d)。△t与Vm的变化规律基本呈相反的趋势，具体为：CK>W1>W4>W3>W2。干物质的积累由干物质积累速率与其持续时间共同决定的，只有二者相互统一，才能获得较高的干物质积累量，为获得高产打下基础。表2

表2不同滴灌量冬小麦地上部分干物质积累的Logistic模拟及其特征值
Table 2Logistic and their eigenvalues of dry matter accumulation of aboveground parts of winter wheat under different treatments

处理TreatmentsLogistic方程EquationVmg/(株·d)持续时间Duration(d)tmt1t2△tR2W1y=3.7688/[1+e(1.0719-0.0615t)]0.05829.448.0150.8842.870.9847**W2y=3.7030/[1+e(1.0755-0.0739t)]0.06926.558.7344.3735.640.9883**W3y=4.0821/[1+e(1.1192-0.0730t)]0.07527.349.2945.3936.100.9904**W4y=4.0742/[1+e(1.0307-0.0689t)]0.07126.977.8446.1038.260.9924**CKy=3.2415/[1+e(0.9128-0.0530t)]0.04329.234.3754.0949.720.9741**

注：t冬小麦拔节后的天数；y冬小麦干物质积累量；Vm干物质最大增长速率；tm干物质积累最大速率出现的时间；t1和t2分别为Logistic生长函数的两个拐点；△t干物质快速积累持续天数;**P<0.01

Note：t：The days after jointing stage of winter wheat；y：The dry matter accumulation of winter wheatVm：The maximum increase rate of dry matter；tm：The days of the maximum dry matter accumulation rate occurred；t1andt2are two inflexions of the Logistic equations, respectively；△t：The continued days of dry matter rapid accumulation(d)；**P<0.01

2.3不同滴灌量对冬小麦干物质转运特征的影响

研究表明，不同滴灌量处理对冬小麦花前、花后同化物转运量、转运率和对籽粒产量的贡献率均有显著的影响。随着滴灌量的增加，冬小麦花前同化物转运量呈“先增后降”的变化趋势，在W2处理达到最大，为0.585 g/株，比W1、W3、W4和CK分别增加了33.98%、11.69%、37.97%和81.63%，达极显著差异水平(P<0.01)；花后同化物转运量呈增加趋势，最大值为1.128 g/株(W4处理)比W1、W2、W3和CK分别增加了74.38%、26.66%、7.40%和65.44%，其中与W1、W2和CK达极显著差异水平(P<0.01)，与W3达显著差异水平(P<0.05)。累积滴灌冬小麦花前、花后同化物转运量可得出W3处理最大为1.574g/株，比W1、W2、W4和CK的同化物多转运了0.491、0.098、0.022和0.685 g/株，表明适宜的滴灌量能够促进冬小麦同化物向籽粒转运，有利于达到小麦高产。表3

表3不同滴灌量冬小麦花前和花后同化物转运
Table 3Effects of different drip irrigation amount on assimilation transportation after and before anthesis of winter wheat

处理Treatments花前同化物Assimilationbeforeanthesis花后同化物Assimilationafteranthesis转运量Transportation(g/株)转运率Transportatingrate(%)对籽粒贡献率Contributionrate(%)转运量Transportation(g/株)转运率Transportatingrate(%)对籽粒贡献率Contributionrate(%)W10.437cC23.72bB40.32aA0.647eC41.81dC59.68dCW20.585aA26.88aA39.66aA0.890cB67.11bA60.34dCW30.524bB22.89bB33.29bB1.050bA68.25bA66.71cBW40.424cC18.91cC27.34cC1.128aA72.29aA72.66bBCK0.208dD12.07dD23.36dD0.682dC60.91cB76.64aA

注：大小写字母分别表示差异达到0.01和0.05显著水平，下同

Note：The capital lowercase letters indicate significant difference at 0.01 and 0.05 level，respectively，the same as below

2.4不同滴灌量对冬小麦产量及产量构成影响

研究表明，不同处理对滴灌冬小麦有效穗数的影响不大，最高为535.56×104穗/hm2(W2处理)，但与其它处理间差异不显著。穗粒数和千粒重随着滴灌量的增加呈“先增后降”的变化趋势，且均在W3处理达到最高，分别为31.73粒和48.49 g，其中穗粒数W3处理与W2、W4处理达显著性差异(P<0.05)，与W1、CK达极显著差异(P<0.01)；千粒重W3处理与W1、W2、W4处理之间差异不显著，但均显著高于CK。表明滴灌条件下适当增加灌水量可以增加冬小麦的穗粒数和千粒重，为获得高产奠定了基础。籽粒产量随着滴灌量的增加呈现W3>W4>W2>W1>CK的变化规律，W3处理产量最高为8 602.41 kg/hm2，分别较W1、W2、W4和CK增产12.41%、2.77%、1.07%和33.00%，其与W1、CK差异达极显著水平(P<0.01)，与W2、W4差异不显著。滴灌处理下冬小麦地上部分的生物量呈“先降后增”变化规律，其与籽粒产量变化趋势恰恰相反，呈W3

表4不同滴灌量下冬小麦产量、产量构成因素及收获指数变化
Table 4Effects of components and harvest winter wheat different drip irrigation amount

处理Treatments穗数Spikenumber(104spilks/hm2)穗粒数Grainsperspike千粒重1000-grainweight(g)产量Yield(kg/hm2)生物量Totalbiomass(kg/hm2)收获指数HarvestnumberW1522.22aA25.97cB47.96aA7652.23bB28240.14aA0.27cCDW2535.56aA28.93bA48.08aA8370.17aAB28394.36aA0.29bBCW3531.11aA31.73aA48.49aA8602.41aA26958.13aA0.32aAW4523.34aA29.73bA48.14aA8511.61aA27365.69aA0.31aABCK524.45aA25.13cB45.64bA6468.14bC24449.90bB0.26cD

3　讨 论

植物生长所需要的水分主要是由根系从土壤中汲取，而滴灌量大小直接影响着土壤含水量的高低，从而影响植物的生长。研究表明，土壤水分状况对小麦干物质积累与分配有显著影响[14]。拔节期后田间持水量为65%的处理小麦干物质积累量和籽粒产量均显著高于80%的处理[15]，小麦开花后渍水和干旱均会显著降低植株干物质积累量和产量[16-17]；也有学者研究认为，小麦在某些生育时期水分亏缺反而有利于同化物向籽粒转运，提高收获指数[18]，此结论在研究中进一步得到了证实。研究结果表明，随着滴灌量的增加冬小麦干物质积累量呈“先增后降”的变化趋势，在W3处理达到最高，由于新疆属于灌溉农业，降雨较少，滴灌条件下各处理的干物质均显著高于对照CK；适宜增加滴灌量不仅可以提高干物质的积累速率和干物质的积累量，还能有效促进干物质向籽粒转运，而滴灌量较高的处理却对干物质转运总量有所制约。较高的干物质积累和转运量有利于小麦获得较高的籽粒产量。

小麦籽粒中的干物质大部分来源于其花后的光合作用产物和花前贮藏于营养器官的光合产物的转运、分配[19]。Sun等[20]研究表明，节水灌溉农业应寻求产量和水分利用效率的最佳结合，灌水量过多会显著降低光合产物向籽粒转运，造成减产[21]；而土壤水分亏缺会导致植株叶片提前进入衰老期，降低光合速率和灌浆速率，同样也会造成减产[22]。研究表明，适当增加滴灌量增产效果明显，各处理产量最高为8 602.41 kg/hm2(W3处理)，分别较W1、W2、W4和CK增产12.41%、2.77%、1.07%和33.00%，其与W1、CK差异达极显著水平(P<0.01)，与W2、W4差异不显著。

4　结 论

通过不同滴灌量对冬小麦干物质积累、转运及产量的影响研究发现，适宜增加滴灌量能有效提高冬小麦LAI和干物质积累，有利于光合产物向籽粒转运，提高籽粒产量。试验条件下，冬小麦全生育期适宜的滴灌量为4 650 m3/hm2时，干物质积累量和花前、花后干物质转运总量最大，产量最高，可供当地大田生产参考。此灌水量与当地漫灌相比，虽然达到了节水和高产的目的，但距离精量灌溉和水分的高效利用仍有一定的距离，还要进一步缩减灌溉梯度和滴灌量，以确定滴灌冬小麦最佳的滴灌制度。

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Fund project:Supported by Training Program for Youth Science and Technology Innovation Talents of Xinjiang Uygur Autonomous Region "Research into Accumulation and Translocation Characteristics of Dry Matter in Wheat Canopy under Drip Irrigation by Different Water and Nitrogen Regulations (2013721029); Open Subject of Key Laboratory of Crop Ecophysiology and Farming System in Desert Oasis Region, Ministry of Agriculture "The Effects of the Amount of Nitrogen Fertilizer Application on the Regulation System of Quality Formation of Winter Wheat under Drip Irrigation", The Science and Technology Support Program of Xinjiang Uygur Autonomous Region " Research into the Key Technology for the Production of High Yield and Efficiency Wheat under Drip Irrigation" (201231103), the Special Fund for the Modern Agricultural Technology System Construction "The Comprehensive Experimental Station in Xinjiang of the National Wheat Industry Technology System" (CARS-3-65) and the special project of Xinjiang water conservancy "integrated demonstration of drip irrigation and fertilizer for wheat in Xinjiang" (2015T25)

Effect of Drip Irrigation Amount on Dry Matter Accumulation,Translocation and Yield in Winter Wheat

LEI Jun-jie1,2, ZHANG Yong-qiang1,2, ZHANG Hong-zhi2,3, Sailihan Han1,2, XUE Li-hua1,2,QIAO Xu1,2, YU Jian-xin4, FENG Bin4, LIANG Yu-chao5, WANG Cheng5, CHEN Xing-wu1,2

(1.ResearchInstituteofGrainCrops,XinjiangAcademyofAgriculturalSciences,Urumqi830091,China；2.KeyLaboratoryofCropEcophysiologyandFarmingSysteminDesertOasisRegion,MinistryofAgriculture,Urumqi830091,China; 3.ResearchInstituteofNuclearandBiotechnologies,XinjiangAcademyofAgriculturalSciences,Urumqi830091,China；4.CenterofAgriculturalTechniquesExtensionofQitaiArea,QitaiXinjiang831800,China)； 5.CollegeofAgronomy,XinjiangAgriculturalUniversity，Urumqi830052,China

【Objective】 In order to reveal the effect of drip irrigation amount on dry matter accumulation, translocation and yield of winter wheat in Xinjiang.【Method】The pot experiment with five different treatments of 3，150 m3/hm2(W1),3，900 m3/hm2(W2), 4，650 m3/hm2(W3), 5，400 m3/hm2(W4) and 0 (CK) was carried out to study the effects of drip irrigation amount on winter-wheat leaf area index (LAI), dry matter accumulation, transportation and yield.【Result】The results showed that with the increasing of drip irrigation amount, the amount of population dry matter accumulation and LAI all presented a trend of W3>W4>W2>W1>CK in the whole growing process; The fastest accumulation rate of total dry matter of winter wheat was from 4 to 55 days after the jointing，and the rapid growth period of total dry matter accumulation was from 33 to 35 days，the maximum accumulation rate was from 0.043-0.075 g/(plant·d). The assimilative translocation amount was "first rise and then drop" trend before flowering stage, after flowering assimilation transport volume showed an increasing trend, but before flowering, after flowering, total assimilation transport amount was at maximum of 1.574 g / strains under W3. The highest yield of 8，602.41 kg/hm2was under W3, which was 12.41%，2.77%，1.07% and 33.00% higher than W1,W2,W4and CK，respectively.【Conclusion】Therefore, 4,650 m3/hm2could be the sui
Table drip irrigation amount for whole growing process of winter in the local natural conditions.

drip irrigation quantities；winter wheat；dry matter accumulation；dry matter translocation；yield

10.6048/j.issn.1001-4330.2016.04.002

2015-11-17

自治区青年科技创新人才培养工程项目“不同水氮调控下滴灌小麦冠层干物质积累与运转特征研究”(2013721029)；农业部荒漠绿洲作物生理生态与耕作重点实验室开放课题“施氮量对滴灌冬小麦品质形成的调控机制” ；自治区科技支撑项目“新疆小麦滴灌高产高效关键技术研究”(201231103)；现代农业产业技术体系建设专项资金“国家小麦产业技术体系新疆综合试验站”(CARS-3-65)；新疆水利专项“小麦滴灌水肥一体化集成示范(2015T25)”。

雷钧杰(1972-)，男，甘肃古浪人，研究员，研究方向为作物高产栽培，(E-mail)leijunjie@sohu.com

陈兴武(1960-),男，陕西山阳人，研究员，研究方向为作物高产栽培，(E-mail)cxw0723@sina.com

S512

A

1001-4330(2016)04-0596-08