不同水分处理对浚麦K8生理特性及群体水分利用效率的影响

王怀苹,吴西利

( 1.浚县丰黎种业有限公司， 河南 鹤壁 456250； 2.鹤壁市科学技术情报研究所， 河南 鹤壁 456000)

小麦是我国主要粮食作物，战略意义重大，我国小麦常年播种面积0.213亿hm2，河南小麦播种面积533万hm2。小麦生长对水分需求较大，我国是水资源缺乏国家，抗旱、节水育种和通过栽培措施实现水分的高效利用是未来主要研究方向[1-2]。水分对小麦的产量和农艺性状影响较大，干旱胁迫对小麦气孔导度、光合速率影响较大，尤其是在中度以上干旱胁迫条件下，拔节期、抽穗期、灌浆期复水补偿难度依次加大，严重影响产量[3-5]。土壤水分对小麦幼苗单株叶面积影响最大[6]，灌溉次数、时期及灌溉量对小麦的生长发育和产量均有影响，拔节水和孕穗水有利于实现节水和高产[7-9]。水分对小麦产量和品质也有较大影响，合理控制水分能促进籽粒中营养元素的运转和积累，提高产量和品质。相一杰等[10-12]研究表明，在拔节-孕穗期、开花-成熟期土壤水分分别调控到田间持水量的70%～80%和45%～55%，能兼顾小麦蛋白质含量和籽粒产量，可优化水资源利用模式。半冬性小麦新品种浚麦K8由浚县丰黎种业有限公司选育，于2012年通过河南省小麦新品种审定(豫审麦2012002)，该品种具有大穗、大粒、高产、稳产、综合抗性优良的特点，浚麦K8根系发达，叶片功能强，抗后期高温，具有较好的耐旱性[13]。为加快小麦品种浚麦K8在旱区的推广应用，寻求其在旱区种植条件下适宜的供水模式，笔者在防雨棚条件下，研究不同水分处理对浚麦K8生理特征及群体水分利用效率的影响，旨在为旱区小麦种植的水分管理提供参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试材料为半冬性小麦品种浚麦K8(豫审麦2012002)，由浚县丰黎种业有限公司提供。

1.2 试验设计

在防雨棚条件下模拟大田生长环境，设置3个灌水水平：分别为蒸发皿蒸散量的50%、100%和150%，记为EP 0.5、EP 1.0和EP 1.5。在冬小麦的拔节期(3月10日至3月30日)和灌浆期(5月5日至5月25日)进行水分控制处理(控水)，在拔节期和灌浆期控水结束后恢复至EP 1.0灌水水平(灌水量为蒸发耗水量的100%)，每个处理重复9次。单位面积蒸发耗水量由直径200 mm的水分蒸发器皿测得。

1.3 试验方法

1.3.1 试验过程 试验在浚县丰黎种业有限公司科研中心试验地防雨棚内进行。2017年10月26日播种小麦，2018年1月2日移栽到桶内，每桶定植10株(折合密度 116.98万株/hm2)。控水前利用烘干法测定桶内水分，并将所有桶内土壤水分调为一致水平(土壤水分含量为17%)，在拔节期和灌浆期依据设计水平进行灌溉，灌溉周期为2～3 d。

1.3.2 测定指标

1) 土壤水分含量。在试验开始前和小麦收获后用烘干法测定土壤含水量。

2) 光合日变化和耗水量。在灌浆期和成熟期用同化箱法测定群体光合日变化(8∶00,10∶00,12∶00,14∶00,16∶00,18∶00)。每天用称重法测定蒸发器皿耗水量。

3) 叶面积、叶片相对含水量和自然失水率。分别在拔节期和灌浆期控水结束后测定小麦植株的单株叶面积；随后进行3次破坏取样，测定顶叶的叶片相对含水量(随机选取5片叶称鲜重后，放入装有蒸馏水的自封袋里，浸泡5～8 h后称饱和鲜重，随后烘干称干重)及叶片离体失水速率(随机选取5片叶称重后，放在实验台上，保持离体失水状态，24 h后再次称重)。叶片相对含水量=(鲜重-干重)/(饱和鲜重-干重)×100%。离体失水率=(失水前重量-离体失水后重量)/失水前重量×100%。叶面积=叶长×叶宽×0.83，0.83为换算系数。水分利用效率(kg/m3)=每桶的籽粒产量/耗水量。其中，耗水量为种植前与收获时土壤水分的差值加上生育期的灌水量。

4) 测产与考种。在成熟期统计每桶小麦的有效穗数，随后每桶随机选取10茎测定结实小穗数、不孕小穗数及穗粒数，最后将全部小麦样品进行脱粒记产。

1.4 数据处理

使用 Excel软件对试验数据进行分析与作图，并用SAS 8.0软件对试验数据进行统计分析。首先对不同处理间的指标进行方差分析，若差异显著，再进行LSD多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同水分处理浚麦K8的叶片相对含水量和自然失水率

由表1看出，在小麦拔节期控水结束后，EP 0.5处理的叶片相对含水量显著低于EP 1.0和EP 1.5处理，EP 1.0和EP 1.5处理间叶片相对含水量的差异未达显著水平。3个水分处理间离体失水率的差异均未达显著水平。在灌浆期控水节水后，EP 0.5处理的叶片相对含水量及离体失水率均显著低于EP 1.0和EP 1.5处理，而EP 1.0和EP 1.5处理间各指标的差异均不显著。表明，拔节期和灌浆期水分胁迫均会对浚麦K8的叶片相对含水量及离体失水率产生显著影响，而过量灌溉未对浚麦K8的叶片相对含水量及离体失水率产生显著影响。

表1 不同水分处理冬小麦浚麦K8的叶片相对含水量和离体失水率

注：同列数据后不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05),下同。

Note:Different lowercase letters in the same column indicate significant difference at 5% level.The same below.

2.2 不同水分处理浚麦K8的叶面积

从表2看出，在拔节期控水结束后，不同水分处理间叶面积的差异均达显著水平，EP 0.5

表2 不同水分处理不同时期浚麦K8的单株叶面积

2.3 群体光合速率

光合速率反应植株叶片利用光能和积累干物质的能力。从图1可知，拔节期控水节水后，不同水分处理的光合日变化均呈“先增后降”双峰变化趋势。EP 1.5处理的光合速率显著高于EP 1.0和EP 0.5处理。EP 0.5处理的光合速率在下午14∶00以后下降幅度更大。灌浆期控水结束后，EP 0.5处理的光合速率呈“先增后降”的单峰变化趋势，而EP 1.0和EP 1.5处理则呈“先增后降”的双峰变化趋势。EP 1.0和EP 1.5处理间光合速率的差异未达显著水平。可见，拔节期和灌浆期水分亏缺显著影响浚麦K8的光合速率，而灌浆期加大灌溉量对光合速率影响不显著。

2.4 不同水分处理浚麦K8的产量性状

由表3看出，EP0.5处理的不孕小穗数显著高于EP 1.0和EP 1.5处理，而其有效穗数、穗粒数、结实小穗数、千粒重和产量均显著低于EP 1.0和EP 1.5处理。EP 0.5处理的产量比EP 1.0和EP 1.5处理分别显著降低42.53%和50.71%。EP 1.0处理的穗数、穗粒数、千粒重及产量均低于EP 1.5处理，但处理间各参数的差异均未达显著水平。

表3 不同水分处理浚麦K8的产量及其构成要素

2.5 不同水分处理浚麦K8的耗水量及水分利用效率

从表4看出，随着灌水量的增加浚麦K8的耗水量显著增加，表现为EP 0.5

表4 不同水分处理浚麦K8的耗水量及水分利用效率

3 结论与讨论

水分胁迫对作物生长的影响在微观上表现为抑制细胞生长，在宏观上表现为降低植株生长速率和叶片生长速率[14]。研究表明，不同生育时期的水分胁迫均会影响或抑制冬小麦茎秆的生长，降低绿叶面积，影响冠层发育[15]。另外，水分亏缺会影响植株对氮素的吸收，降低营养器官氮素含量，进而影响植株的正常生理功能[14]。本研究通过探究不同水分处理对浚麦K8生长及生理特性的影响表明，拔节期和灌浆期水分亏缺显著影响植株的生长发育和生理特性，表现为 EP 0.5(供水为蒸发皿蒸散量的50%)处理的叶面积、离体失水率和光合速率显著降低。与正常供水EP 1.0(供水为蒸发皿蒸散量的100%)处理相比，拔节期增加灌溉量EP 1.5处理(供水为蒸发皿蒸散量的150%)提高了浚麦K8单株叶面积和光合速率，但在灌浆期EP 1.5处理的叶面积、叶片相对含水量、离体失水率及光合速率与EP 1.0处理相比并未显著增加，表明在灌浆期过量灌溉对浚麦K8的生长及生理特性的改善无益。相对于灌浆期，拔节期浚麦K8对水分更为敏感。祁有玲等[14]对冬小麦的研究也表明，冬小麦对水分亏缺的敏感期为拔节期，其次为开花期和灌浆期。因此，在冬小麦的拔节期保证充足的水分供应，而在灌浆期适当降低灌溉量更有利于冬小麦的生长及节水。

本研究中，EP 0.5处理浚麦K8的产量显著降低，主要是因为在拔节期和灌浆期进行亏缺灌溉，浚麦K8叶面积和叶片相对含水量显著降低，植株的生长受到抑制，引起植株早衰，光合速率下降幅度较大，显著影响干物质的积累及转运。以更少的水分消耗获得相似的产量或者消耗相同的水分获得更高的产量是提高水分利用效率的有效途径。干旱能够提高作物的水分利用效率[16]，但也有与之相悖的结论[17]，这主要与水分亏缺的程度、时间等因素有关[16]。本研究中，与EP 1.0处理相比，亏缺灌溉(EP 0.5处理)和过量灌溉(EP 1.5处理)均显著降低水分利用效率。EP 0.5处理虽然显著降低了耗水量，但其产量也显著降低。与EP 1.0处理相比，EP1.5处理并未显著增加产量，但其耗水量显著增加，故其水分利用效率也降低。因此，拔节期及灌浆期亏缺灌溉及过量灌溉均不利于水分利用效率的提高。在生产实践中，要根据浚麦K8对不同生育时期水分胁迫的响应进行水分调度，否则会造成适得其反的效果。