滴灌量对冬小麦干物质积累、灌浆和籽粒产量的影响及行间差异

赛力汗·赛，薛丽华，张永强，雷钧杰，陈兴武，王志敏

(1.中国农业大学农学院，北京100193；2.新疆农业科学院粮食作物研究所，新疆乌鲁木齐 830091)

新疆是我国11个小麦主产省区之一。据统计，2014年新疆地区小麦单产为5 622.4 kg ·hm-2，高于全国平均水平[1]。近年来，新疆小麦产量逐年攀升，这不仅得益于小麦性状的不断遗传改良，还有赖于栽培技术的持续优化，其中滴灌技术的应用发挥了重要作用。这项技术具有节水、省工、增产、保持土壤结构等诸多优点，已在新疆麦区大面积推广[2]。然而，在滴灌技术推广过程中，一些诸如滴灌方式不规范、滴水量过大、滴水次数偏多等问题随之产生，从而使滴灌小麦产量、经济效益潜力未能充分挖掘。因此，如何进一步优化滴灌小麦灌溉制度，明确其高产高效的适宜灌水限额就显得十分重要。目前，关于滴灌小麦合理灌溉方面的研究已有一些报道。研究表明，小麦越冬期、拔节期和开花期定量灌溉可有效增加小麦开花后冠层光合有效辐射截获率及干物质积累量，但三个时期分别补灌至土壤相对含水量为70%、65%和70%时，灌溉水分利用效率和灌溉效益表现更优[3]；不同灌溉模式下，不灌水处理虽然有利于花前干物质向籽粒的转运，但不利于花后干物质积累，对籽粒产量形成不利，而灌水处理则能显著提高开花后干物质对籽粒的贡献率[4]。相比于冬水+拔节水+开花水+灌浆水(灌水量240 mm)的灌水模式，拔节水+开花水(灌水量120 mm)处理的灌水模式与小麦需水规律更相吻合[5]。灌溉量的增加在一定程度上提高了小麦叶片的净光合速率、蒸腾速率以及气孔导度[6]，增大了群体叶面积指数及干物质积累量[7]。不同灌溉调控措施不仅影响小麦地上部分生长，也显著影响了小麦根系的生长及分布。研究发现，增加小麦滴灌次数及总滴灌量提高了0～40 cm 土层的含水量，并延缓了该土层的初生根干重和根长的衰减，增加次生根干重和根长；反之，当灌溉次数减少、滴灌量小时，小麦深层初、次生根生长受到严重抑制，根系分布浅，初生根提前衰老，千粒重及籽粒产量均降低[8]。滴灌小麦依靠滴管供应水分，水分的分布与滴管密度及离管距离密切相关，但目前的研究鲜有分析滴灌小麦植株距离滴管远近对产量的影响，而了解行间差异对于科学配置滴管间距、优化调控群体性能具有重要意义。本研究在北疆麦区开展了滴灌小麦不同滴灌量试验，重点考察不同供水条件下距离滴管不同位置小麦干物质积累、灌浆及产量形成特点，以期为滴灌小麦生产技术提升提供理论指导。

1 试验材料

1.1 试验区概况

试验于2012-2013年在新疆农业科学院玛纳斯农业试验站进行。试验区域属温带大陆性干旱半干旱气候区，全年无霜期165～172 d; 小麦生育期平均降水量167.2 mm，试验年间小麦全生育期降雨量为166.8 mm。试验地土壤为沙壤土，0～20 cm耕层土壤全氮含量1.02 g·kg-1，碱解氮含量75.0 mg·kg-1，有效磷含量13.1 mg·kg-1，速效钾含量135.0 mg·kg-1，有机质含量15.6 g·kg-1，播种前试验地0～140 cm 土层平均田间持水量为25.57%，平均土壤容重为1.45 g·cm-3。

1.2 试验设计

在大田滴灌条件下，设置3 750 m3·hm-2(高水量)、3 150 m3·hm-2(中水量)、2 475 m3·hm-2(低水量)共3个灌水量处理。分别于冬小麦拔节前(4 月 22 日)、孕穗期(5 月 11 日)、开花期(5 月28 日)、灌浆前期( 6 月 7 日) 、灌浆中期(6 月 17 日)共滴水 5 次，三个处理每次的灌水定额分别为750、630和495 m3·hm-2。越冬前各处理统一灌水450 m3·hm-2。供试小麦品种为新冬33号，采用15 cm等行距机播，小区面积54 m2(5.4 m×10 m)，滴管铺设方式为1管6行(即滴管间距90 cm，其间6行小麦)。为防止渗漏，小区间留1.8 m防渗带。播前结合整地基施纯氮97.125 kg·hm-2和P2O5138.0 kg·hm-2，拔节期和孕穗期分别随水滴施纯氮58.275和38.85 kg·hm-2。

1.3 测定项目与方法

滴管单侧第1行定为近管行，第3行定为远管行，以下项目测定均分别于各处理远管行和近管行取样。

1.3.1 干物质积累量测定

于孕穗期、开花期、灌浆期、成熟期，每小区取20株小麦鲜样，剪去根，将植株分为叶片、茎鞘、穗3个部分，分别装入牛皮纸袋，放入105 ℃烘箱中杀青15 min，80 ℃烘24 h后称干重。

1.3.2 籽粒灌浆参数测定

于冬小麦开花期选取在同一天开花的株高、穗型大小基本一致的200个植株挂牌标记。自花后10 d至花后40 d，每5 d取标记穗10个，每穗从中部小穗摘下第1位籽粒。80 ℃条件下烘至恒重，用精度0.000 1天平称量并折算成千粒重。用Logistic方程y=k/[1+e(a-bt)]拟合花后籽粒灌浆过程，t为花后天数(开花日计t=0)；y为花后1 000个籽粒的质量(g)；k为1 000个籽粒质量理论最大值(g)；a和b为相关参数。

1.3.3 测产与考种

于冬小麦成熟期，分别从各小区选取具有代表性的样点18 m2(3.6 m×5 m)，实收测产，同时每小区选取20株，用于室内调查单茎生物产量、穗粒数和千粒重。

1.4 数据处理

试验数据采用Excel 2013和Spss 16.0等统计软件处理。

2 结果与分析

2.1 不同滴灌量下小麦干物质积累的行间差异

从抽穗至成熟，各处理冬小麦单茎及穗部干重均逐渐增加，茎鞘及叶片干重均逐渐降低。在同一生育时期，单茎及其各器官干物质累积量均表现出随滴灌量的增加而增加及近管行高于远管行的变化趋势(图1)。成熟期高水量处理单茎干物质重较中、低水量处理分别高出18.15%和33.05%，其差异主要是穗重的差异引起，其次是茎鞘重的差异，叶重差异很小。近管行与远管行之间植株干重的差异随灌水量的减少而增加，高、中、低水量处理的近管行与远管行间单茎干重差值范围分别为0.03～0.19、0.09～0.21和0.09～0.28 g。

图柱上的不同字母表示处理间在0.05水平上差异达显著。HW:高水量；MW:中水量；LW:低水量；NP:近管；FP：远管。下图同。

Different letters above the columns mean significantly different among treatments at 0.05 probability level. HW:High water amount;MW:Middle water amount;; LW:Low water amount; NP:Near pipe; FP:Far away from pipe.The same in other figures.

图1不同处理对冬小麦干物质积累的影响

Fig.1Effectofdifferenttreatmentsondrymatteraccumulationinwinterwheat

2.2 不同滴灌量下小麦籽粒灌浆的行间差异

不同水分供给条件下，花后10 d至花后30 d小麦粒重均呈快速增长趋势，其后趋于平缓(图2)，至成熟期高水量处理的千粒重较中、低水量处理分别高出1.87%(P>0.05)和7.92%(P<0.05)。不同处理下近管行的千粒重均高于远管行，且随着灌水量的减少，行间差异更为明显。

灌浆期各处理的籽粒逐日增重量均呈慢-快-慢的变化趋势，但不同处理日增量峰值出现时间不同。高、中水量处理日增量峰值均出现在花后20～25 d，近、远管行日平均籽粒增重分别为2.55和2.59 g·千粒-1；低水量处理日增量峰值出现于花后15～20 d，近、远管行日平均籽粒增重均为2.48 g·千粒-1(图3)。通过Logistic方程模拟，随灌水量的减少，籽粒灌浆开始时间提早，初期灌浆速率相对较大，灌浆持续时间缩短，粒重降低(表1、表2)。远管行籽粒灌浆始、末时间早于近管行，但灌浆速率却普遍较低，故粒重仍表现为近管行高于远管行。

图2 不同处理冬小麦粒重动态变化

图3 不同处理冬小麦籽粒灌浆速率动态变化

2.3 不同滴灌量下小麦产量及其构成因素、收获指数灌溉水分利用效率的行间差异

冬小麦产量随灌水量的增加而提高，高水量处理较中、低水量处理分别增产8.14%和26.30%，但高水量与中水量处理之间产量构成各因素均差异不显著(表3)。随灌水的减少，小麦生物产量降低，但收获指数没有显著变化或呈现升高的趋势。进一步分析行间差异表明，在高、中水量处理下，近管行与远管行的产量没有明显差异，但在低水量条件下，近管行的生物产量、籽粒产量和收获指数均显著高于远管行，产量因素中穗粒数和千粒重显著高于远管行。灌溉水分利用效率则以中水量处理最大，高水量处理最低。

表1 不同处理冬小麦籽粒灌浆进程的Logistic方程参数估计值Table 1 Parameters of Logistic equation of grain filling process under different treatments

表2 不同处理对冬小麦籽粒灌浆阶段特征参数的影响Table 1 Effects of different treatments on grain filling parameters of wheat

T：持续时间；△W：1 000个籽粒的增重量；R：灌浆速率Tmax：到达最大灌浆速率的时间；Rmax：最大灌浆速率；Rmean：平均灌浆速率。

T:Duration; △W:Increasing weight per 1 000 grains;R:Grain-filling rate;Tmax:Days reaching the maximum grain-filling rate;Rmax:Maximum grain-filling rate;Rmean:Mean grain-filling rate.

表3 不同处理下冬小麦籽粒产量及其构成、收获指数和灌溉水分利用效率Table 3 Grain yield and its components, harvest index and irrigationwater use efficiency of winter wheat under different treatments

3 讨 论

植物生长所需要的水分主要是通过其根系从土壤中汲取，而灌水量的多少直接影响土壤水分含量，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[9]。小麦拔节期后保持适宜的土壤含水量有利于增加干物质积累量和籽粒产量[10]；而开花后渍水或干旱时，小麦植株干物质积累量和产量均会显著降低[11-12]。但也有学者认为，在小麦的某些生育时期适度水分亏缺反而有利于同化物向籽粒转运，提高收获指数[13]。本研究结果则表明，在滴灌条件下，小麦产量表现为高水量>中水量>低水量，随灌水量的降低，小麦收获指数维持稳定或呈升高趋势，但生物产量显著下降，说明产量的降低主要是由于干物质积累量的减少而引起的。中水量处理下由于其收获指数较高，最终籽粒产量与高水量处理差异很小。

粒重是小麦重要产量因素，灌浆期是小麦粒重形成的关键时期，而水分对小麦灌浆进程及粒重均有显著影响[14]。前人在漫灌条件下的研究结果表明，冬小麦前期受到干旱或是孕穗期、抽穗期、灌浆期连续缺水时籽粒灌浆持续时间均会缩短，导致粒重降低[15]。冬小麦受干旱胁迫时，籽粒灌浆时间虽然缩短，但灌浆速率却可能相对增大；供水过量时，对灌浆也有不利影响，易引起贪青晚熟，粒重降低[16]。本研究结果表明，适当增大灌水量对增加小麦粒重有促进作用，但中水量处理与高水量处理间千粒重并无显著差异，低水量处理降低了千粒重，主要是缩短了灌浆持续时间，但灌浆速率并没有明显降低。

滴灌条件下依靠滴水侧渗供给各行小麦水分，因此麦行与滴管的距离影响小麦的吸水效率，进而会影响小麦产量。在本试验中三个供水量处理下小麦产量均表现近管行高于远管行，但这种差异在高水量和中水量处理下并不显著，只是在低水量下差异达显著水平。由此可知，在滴管配置方式为1管6行条件下，适当增加灌水量可消解远管行产量劣势。

有研究表明，小麦籽粒产量随着灌水量的不断增大呈先升后降的抛物线变化趋势[17]，灌水量过多会导致光合产物向籽粒的分配显著降低，从而造成减产[18]。Panda等[19]指出, 适度的水分胁迫可促使小麦获得较高的水分利用率，而中等干旱条件下，小麦产量虽有小幅降低, 但却有利于水分利用效率的提高[20]。本试验条件下，灌溉水利用效率以中水量处理最高，低水量处理次之，两者均显著高于高水量处理。综合本项试验结果，我们认为，在现行滴管配置模式下，采用中水量灌溉可调控小麦群体均匀生长，消减行间差异，并获得高产和高水分利用效率。

参考文献：

[1] 国家统计局.2015年中国统计年鉴[M].北京:中国统计出版社,2015.

National Bureau of Statistics.China statistical yearbook of 2015 [M].Beijing:China Statistical Press,2015.

[2] 王冀川,高 山,徐雅丽,等.新疆小麦滴灌技术的应用与存在问题[J].节水灌溉,2011(9):26.

WANG J C,GAO S,XU L Y,etal.Application and existing problems of wheat drip irrigation technique in Xinjiang [J].WaterSavingIrrigation,2011(9):26.

[3] 张 瑞,于振文,张永丽,等.越冬期测墒补灌对小麦耗水特性和光合有效辐射截获利用的影响[J].应用生态学报,2017,28(3):877.

ZHANG R,YU Z W,ZHANG Y L,etal.Effects of supplemental irrigation by measuring soil moisture on water consumption characteristics and radiation utilization in wheat [J].ChineseJournalofAppliedEcology,2017,28(3):877.

[4] 杨丽娟,李晓航,盛 坤,等.灌水模式对不同小麦品种干物质积累、分配和产量的影响[J].中国农学通报,2017,33(5):10.

YANG L J,LI X H,SHENG K,etal.Effects of irrigation mode on dry matter accumulation and allocation and yield of wheat varieties [J].ChineseAgriculturalScienceBulletin,2017,33(5):10.

[5] 王德梅,于振文.灌溉量和灌溉时期对小麦耗水特性和产量的影响[J].应用生态学报,2008,19(9):1965.

WANG D M,YU Z W.Effects of irrigation amount and stage on water consumption characteristics and grain yield of wheat[J].ChineseJournalofAppliedEcology,2008,19(9):1965.

[6] 张 娜,张永强,李大平,等.滴灌量对冬小麦光合特性及干物质积累过程的影响[J].麦类作物学报,2014,34(6):801.

ZHANG N,ZHANG Y Q,LI D P,etal.Effect of drip irrigation amount on photosynthesis characteristics and dry matter accumulation of winter wheat [J].JournalofTriticeaeCrops,2014,34(6):801.

[7] 薛丽华,胡 锐,赛力汗,等.滴灌量对冬小麦耗水特性和干物质积累分配的影响[J].麦类作物学报,2013,33(1):78.

XUE L H,HU R,SAI L H,etal.Effect of different amount of drip irrigation on water consumption characteristics and dry matter accumulation and distribution in winter-wheat [J].JournalofTriticeaeCrops,2013,33(1):78.

[8] 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.

XUE L H,XIE X Q,DUAN L N,etal.Effect of drip irrigation on growth,temporal and spatial distribution of root of winter wheat [J].AgriculturalResearchintheAridAreas,2014,32(6):1.

[9] ZIAEI A N,SEPASKHAH A R.Model for simulation of winter wheat yield under dry land and irrigated conditions [J].AgriculturalWaterManagement,2003,58:17.

[10] 任 巍,姚克敏,于 强,等.水分调控对冬小麦同化物分配与水分利用效率的影响研究[J].中国生态农业学报,2003,11(4):98.

REN W,YAO K M,YU Q ,etal.Effect of water control in combination of depth and amount on dry matter partition and water use efficiency of winter wheat [J].ChinaJournalEco-Agriculture,2003,11(4):98.

[11] TAMBUSSI E A,NOGUES S,ARAUS J L.Ear of durum wheat under water stress:Water relations and photosynthetic metabolism [J].Planta,2005,221:458.

[12] 姜 东,谢祝捷,曹卫星,等.花后干旱和渍水对冬小麦光合特性和物质运转的影响[J].作物学报,2004,30(2):181.

JIANG D,XIE Z J,CAO W X,etal.Effects of post-anthesis drought and water-logging on photosynthetic characteristics,assimilates transportation in winter wheat [J].ActaAgronomicaSinica,2004,30(2):181.

[13] KANG S Z,ZHANG L,LIANG Y L,etal.Effects of limited irrigation on yield and water use efficiency of winter wheat in the Loess Plateau of China [J].AgriculturalWaterManagement,2002,55:216.

[14] 张定一,张永清,闫翠萍,等.基因型、播期和密度对不同成穗型小麦籽粒产量和灌浆特性的影响 [J].应用与环境生物学报,2009,15(1):28.

ZHANG D Y,ZHANG Y Q,YAN C P,etal.Effects of genotype,sowing date and planting density on grain filling and yield of wheat varieties with different ears forming characteristics [J].ChineseJournalofAppliedandEnvironmentalBiology,2009,15(1):28.

[15] DIAS A S,LIDON F C.Evaluation of grain filling rate and duration in bread and durum wheat,under heat stress after anthesis[J].JournalofAgronomyandCropScience,2009,195(2):137.

[16] 裴雪霞,王姣爱,党建友,等.播期对优质小麦籽粒灌浆特性及旗叶光合特性的影响 [J].中国生态农业学报,2008,16(1):128.

PEI X X,WANG J A,DANG J Y,etal.Characteristics of grain filling and flag leaf photosynthesis of high quality wheat under different planting dates [J].ChineseJournalofEco-Agriculture,2008,16(1):128.

[17] NIELSEN D C,VILGIL M F．Legume green fallow effect on soil water content at wheat planting and wheat yield [J].AgronomyJournal,2005,97:689.

[18] 郑成岩,于振文,马兴华,等.高产小麦耗水特性及干物质的积累与分配[J].作物学报,2008,34(8):1458.

ZHANG C Y,YU Z W,MA X H,etal.Water consumption characteristic and dry matter accumulation and distribution in high-yielding wheat [J].ActaAgronomicaSinica,2008,34(8):1458.

[19] PANDA R K,BEHERA S K,KASHYAP P S.Effective management of irrigation water for wheat under stressed conditions [J].AgriculturalWaterManagement,2003,63:56.

[20] LI F M,LIU X L,GUO A H.Effects of early soil moisture distribution on the dry matter partition between root and Shoot of winter wheat [J].AgriculturalWaterManagement,2001,49:171.