测墒补灌调节土壤相对含水量对小麦旗叶叶绿素荧光特性及籽粒产量的影响

蒋蓬春 石玉 赵俊晔 王西芝 于振文

摘要：为明确拔节期和开花期土壤相对含水量对小麦开花后旗叶荧光特性及籽粒产量的影响，于2016—2017年小麦生长季，选用主推品种济麦22为材料，在田间试验条件下，设置3个处理，即全生育期不灌水（W0）、拔节期和开花期0～40 cm土层均测墒补灌至土壤相对含水量为70%（W1）或80%（W2），研究不同土壤相对含水量对小麦开花后旗叶叶绿素荧光特性、籽粒灌浆速率以及籽粒产量影响。结果表明：①开花后7、14 d和21 d，旗叶叶绿素相对含量为W1﹥W2﹥W0；开花后14、21 d和28 d，W1处理旗叶相对电子传递效率（ETR）、实际光化学效率（φPSⅡ）、光化学猝灭系数（qp）和最大光化学效率（Fv/Fm）均显著高于W0和W2处理。②W1和W2处理籽粒灌浆速率于开花后7、14 d和21 d无显著差异，花后28、35 d为W1﹥W2。③W1处理的籽粒产量、水分利用效率和灌溉效益最高。本试验条件下，采用测墒补灌方法，拔节期和开花期土壤相对含水量均为70%是小麦节水高产的最佳灌水处理。

关键词：小麦；土壤相对含水量；叶绿素荧光特性；灌浆速率；产量

中图分类号：S512.1+10.71文献标识号：A文章编号：1001-4942（2018）07-0067-05

Abstract Taking Jimai 22 as experiment material， a field experiment was conducted to clarify the effects of soil relative water content at jointing and anthesis stages on flag leaves chlorophyll fluorescence characteristics after anthesis， grain filling rate and grain yield of wheat in 2016-2017. According to the water content of 0～40-cm soil layers， three treatments were designed， which were W0 （zero-irrigation during growth stages）， W1 （irrigating until the relative moisture of 0～40-cm soil reaching to 70% both at jointing and anthesis stages） and W2 （irrigating until the relative moisture of 0～40-cm soil reaching to 80% both at jointing and anthesis stages）. The results were as follows. （1） On the 7th， 14th and 21th day after anthesis， the chlorophyll content was W1﹥W2﹥W0； on the 14th， 21th and 28th day after anthesis， the electron transport rate， actual photochemical efficiency， photochemical quenching of chlorophyll fluorescence， and the maximum photochemical efficiency of W1 were significantly higher than those of W0 and W2. （2） The grain filling rate of W1 and W2 showed no significant differences on the 7th， 14th and 21th day after anthesis， but the grain filling rate of W1 was higher than that of W2 on the 28th and 35th day after anthesis. （3） W1 treatment had the highest yield， water use efficiency and irrigation efficiency. In this experiment， through supplemental irrigation based on soil moisture measurement， 70% of soil relative water content at jointing and anthesis stages was the best irrigation treatment for water saving and high yield of wheat.

Keywords Wheat； Soil relative water content； Chlorophyll fluorescence characteristics； Grain filling rate； Grain yield

山東省是我国黄淮海地区小麦重要产区，其小麦产量占全国总产量的18.03%[1]。山东省降水主要集中在6—8月份，约占全年总降水量的60%～70%[2]，小麦生育期内进行灌溉是小麦生产的主要技术措施。而该省水资源总量仅占全国水资源总量的1.1%，属于严重缺水地区[3]，因此，减少小麦生育期灌水量、提高小麦水分利用效率是小麦生产需要解决的问题[4]。

有研究表明，与不灌水和充分灌溉180 mm处理相比，限量灌溉60 mm处理的水分利用效率分别高29.69%和17.45%[5]。亦有研究表明，小麦全生育期灌水量为120 mm处理的籽粒产量和水分利用效率显著高于灌水量为180 mm的处理，分别提高7.21%和19.31%[6]。微喷灌与白龙灌溉方式相比，小麦产量增加6.6%～11.4%，水分利用效率提高7.4%～12.9%[7]。可见，适宜的灌溉量与合理的灌溉方式可以提高产量和水分利用效率。本试验利用微喷带灌溉技术与测墒补灌技术相结合的方式，在大田条件下，研究拔节期和开花期不同土壤相对含水量对小麦花后叶绿素荧光特性、水分利用效率及产量的影响，以期为小麦的节水栽培技术提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地及其年度气候概况

于2016—2017年在山东省济宁市兖州区小孟镇史家王子村进行田间试验。土壤质地为壤土，坡度为2.09‰。播种前试验田0～20 cm土层土壤全氮含量1.49 g·kg-1、碱解氮113.90 mg·kg-1、有机质14.69 g·kg-1、速效磷46.17 mg·kg-1、速效钾109.76 mg·kg-1；0～20、20～40、40～60、60～80、80～100、100～120、120～140、140～160、160～180 cm和180～200 cm土层土壤质量含水量分别为20.22%、18.96%、18.33%、19.01%、19.08%、19.58%、20.80%、21.22%、21.41%和21.38%；0～40 cm土壤容重和田间持水量分别为1.56 g·cm-3和24.55%。2016—2017年度小麦生育期各阶段降水量见表1。

1.2 试验材料与设计

供试品种为济麦22。

按0～40 cm土层平均土壤相对含水量设置3个处理，即全生育期不灌水（W0）；拔节期和开花期均测墒补灌至土壤相对含水量为70%（W1）；拔节期和开花期均测墒补灌至土壤相对含水量为80%（W2）。

本试验采用测墒补灌技术，于拔节期和开花期分别测定各处理土壤质量含水量，依据公式计算补灌水量。公式：m=10γh（βi-βj）[ 8，9]，式中m为补灌水量（mm），γ为0～40 cm土层土壤容重（g·cm-3），h为土壤湿润层深度（cm，本试验为40 cm），βi为目标土壤质量含水量（%），βj为灌溉前土壤质量含水量（%）。利用微喷带进行灌溉。

采用随机区组排列，重复3次，小区间设2 m保护行，防止水分渗漏。小区畦宽2 m，畦长40 m，小区面积80 m2。10月12日播种，4叶期定苗，留苗密度为180万株·hm-2。播种时基施K2O 150 kg·hm-2、P2O5 150 kg·hm-2、N 105 kg·hm-2，于拔节期追施N 135 kg·hm-2。翌年6月9日收获。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 旗叶叶绿素相对含量测定 于开花后0、7、14、21、28 d的9—11时，采用美国CCM-200型叶绿素仪测出旗叶CCI值，每个处理选取10片生长一致的小麦叶进行测定[ 10]。

1.3.2 旗叶叶绿素荧光参数测定 采用英国Hansatech公司产FMS-2型荧光仪，对已标记同一天开花的小麦单茎，于花后0、7、14、21、28 d测定旗叶光适应下的实际光化学效率（φPSⅡ）、相对电子传递效率（ETR）、荧光值（Fs）、最大荧光值（F′m）及最大光化学效率（Fv/Fm），暗适应30 min后，测定旗叶暗适应下的初始荧光值（Fo）。光适应下光化学猝灭系数（qp）计算公式[11]：

1.3.3 籽粒灌浆速率测定 对同一天开花的麦穗做标记，开花期至成熟期每隔7 d取20个麦穗，置于70℃烘箱烘干至恒重，计算籽粒灌浆速率[12]。

1.3.4 小麦籽粒产量测定 小麦成熟后，每小区测产，自然风干，称重并计算籽粒产量。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel统计数据，利用Sigma Plot 12.5软件绘图，用SPSS 22.0软件进行统计分析和显著性检验（LSD法）。

2 结果与分析

2.1 不同处理对小麦旗叶叶绿素相对含量的影响

由表2可知，开花后0 d，各处理旗叶叶绿素相对含量无显著差异；花后7 d，W1旗叶叶绿素相对含量均显著高于W0和W2，W0和W2处理间无显著差异；花后14、21、28 d均为W1>W2>W0。表明，在灌浆中后期，W1处理旗叶叶绿素相对含量高，有利于延长小麦叶片功能期，延缓小麦旗叶的衰老，提高小麦旗叶光合速率。

2.2 不同处理对小麦旗叶叶绿素荧光特性的影响

叶绿素荧光特性被用来指示植物的健康状况和光合过程。光合作用中CO2的固定与同化受ETR的影响较大，qp表示总PSⅡ反应中心中开放的反应中心所占的比例，φPSⅡ是指PSⅡ光化学反应的量子效率，Fv/Fm反映PSⅡ最大光量子产量。由图1可以看出，开花后0、7 d，W1和W2处理的旗叶ETR、φPSⅡ、qp及Fv/Fm无显著差异；花后14、21、28 d，旗叶ETR、φPSⅡ、qp及Fv/Fm均为W1﹥W2。表明，W1处理有利于提升灌浆后期旗叶PSⅡ反应中心和相对电子传递速率，增强PSⅡ天线色素捕获光能转换为化学能的效率，增加小麦旗叶对二氧化碳的固定和同化，促进碳水化合物的积累。

2.3 不同处理对小麦籽粒灌浆速率的影响

由图2可知，开花后7、14 d，W0籽粒灌浆速率显著高于W1和W2处理，W1、W2处理间无显著差异；花后21 d，W1和W2的籽粒灌浆速率显著高于W0处理；花后28、35 d，籽粒灌浆速率为W1﹥W2﹥W0。表明，W1处理有利于开花中后期保持较高的籽粒灌浆速率，提高粒重。

2.4 不同处理对小麦籽粒产量和水分利用效率的影响

由表3可以得出，W1和W2处理公顷穗数无显著差异，均显著高于W0处理；穗粒数和千粒重均以W1处理最高，W2处理其次，W0处理最低；不同处理小麦籽粒产量及水分利用效率均为W1>W2>W0；W2的总灌水量显著高于W1处理，而W1和W2的总耗水量无显著差异，均显著高于W0处理；W1的灌溉效益显著高于W2处理。表明W1处理为本试验条件下节水高产的最佳灌水处理。

3 讨论与结论

前人研究表明，随着小麦灌浆进程，旗叶叶绿素含量呈单峰曲线变化，不灌水处理在花后12 d左右达到最大值，而灌水处理在花后18 d左右达到最大值，花后24、30 d，灌水处理均显著高于不灌水处理[13]。苗期至拔节、孕穗至乳熟和成熟期耕层土壤平均相对含水量分别为70%、75%和60%的叶绿素荧光参数φPSⅡ、qp和Fv/Fm显著高于65%、70%和55%处理，分别提高43.43%、10.43%和4.79%[14]；但当土壤相对含水量超过一定阈值后，会对旗叶叶绿素荧光特性产生不利影响[15]；土壤相对含水量为80%～90%的ETR、qp和Fv/Fm比70%～80%处理分别下降2.84%、2.93%和3.15%[16]。本试验结果表明，开花后14、21 d和28 d，拔节期和开花期土壤相對含水量均为70%处理的叶绿素荧光参数ETR、φPSⅡ、qp及Fv/Fm较相对含水量为80%的处理高，有利于小麦灌浆中后期对光能的利用。

适当增加灌水量有利于增加小麦籽粒灌浆持续期[17]。研究表明，与土壤相对含水量为40%～50%相比，土壤相对含水量为70%～80%的灌浆持续期和最大灌浆速率分别提高10.3%和19.7%；水分胁迫会使小麦灌浆的高峰期提早，高峰值下降[18]。亦有研究发现，籽粒灌浆最大速率随灌水量的增加呈先增后降的变化趋势，灌水量465 mm处理的籽粒最大灌浆速率为2.16 g·d-1，比灌水量315、390、540 mm和不灌水处理分别高24.8%、8.5%、3.0%和24.5%，表明灌水量过大反而不利于籽粒灌浆[19]。本试验中，花后28 d和35 d，拔节期和开花期土壤相对含水量均为70%处理的籽粒灌浆速率显著高于相对含水量为80%的处理，有利于小麦开花后期籽粒的持续灌浆，从而获得较高的灌浆速率和粒重。

小麦的籽粒产量和水分利用效率与灌水量呈二次函数关系[20]，全生育期灌水225 mm处理的水分利用效率较灌水165 mm处理降低6.88%[21]。亦有研究表明，与补灌水量90 mm处理相比，补灌水量120 mm处理的籽粒产量和水分利用效率分别降低15.37%和18.95%[22]。本试验通过测墒补灌节水栽培技术，依据土壤墒情确定全生育期灌水79.21 mm的W1处理较灌水106.84 mm的W2处理籽粒产量和水分利用效率分别提高6.36%和11.41%。由此表明，于小麦拔节期和开花期将0～40 cm土层土壤相对含水量微喷带补灌至70%，是兼顾节水高产的最佳灌水处理。

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