微喷灌水肥一体化对冬小麦生育后期叶片生理特性及产量的影响

董浩，史桂芳，牟小翎，于淑慧，朱国梁，谭德水

（1.泰安市农业科学研究院，山东泰安 271000；2.山东省农业科学院农业资源与环境研究所，山东 济南 250100）

黄淮海麦区是我国冬小麦的重要产区［1］，水资源缺乏是限制该地区小麦生产可持续发展的主要因素［2］。传统小麦大田生产多采用畦作及大水漫灌的栽培方式，难以精确控制其灌水量，不仅灌水多、水分利用效率低［3］，还会导致土壤板结和土壤结构的破坏［4］。近年来，如何提高灌溉水的利用效率成为当前节水农业的研究热点。微喷灌技术是在喷灌和滴灌技术基础上所形成的一种新的灌溉方式［5］，相较于传统灌溉方式节水 50% ～60%［6］，水分利用效率较漫灌提高26.9%［7-9］。将微灌和施肥结合形成的微喷水肥一体化技术［10，11］，可以使叶片和根系共同吸收肥液养分，还能在减少灌水量的同时提高水肥利用率，其水资源耗损率比传统渠灌减少15%～20%［12］。水肥一体化微喷灌技术在果树、蔬菜等经济作物上已经得到普遍应用［13，14］，但在小麦大田生产中的应用还很少。本研究通过微喷灌水肥一体化方式，研究其对冬小麦生育后期叶片生理特性及产量的影响效应，探索微喷灌水肥一体化在大田小麦生产中的作用特点，为黄淮海地区小麦节水高产栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验点概况

试验于2016—2017和2017—2018年度冬小麦生长季在山东省泰安市岱岳区马庄镇大寺村（北纬 36°10′，东经 117°09′）进行。试验点属于温带湿润大陆性气候，平均年光照2 620 h，年平均气温12.80℃，全年平均≥0℃积温4 731℃，≥10℃积温4 213℃。试验点地下水位7～9 m。土壤质地为壤土，播前0～40 cm土层基础地力与容重数据见表1。

1.2 试验设计

选用济麦22为供试冬小麦品种。试验设漫灌-对照（CI-CK）、漫灌 -常量肥（CI-OPT）、微喷灌-常量肥（MI-OPT）、微喷灌-常量肥2（MI-OPT2）、微喷灌 -减量肥（MI-80%OPT）5个处理，其具体施肥量及施肥方式见表2。漫灌处理在冬前和返青拔节期各浇水1次，每次灌水量60 mm；微喷灌处理在冬前采用漫灌方式浇水60 mm，其它生育时期采用水肥一体化微喷灌方式，即MI-OPT处理返青拔节期灌水1次，MIOPT2、MI-80%OPT处理返青拔节期、抽穗期、灌浆中期各灌水1次，每次灌水量30 mm。

表1 试验地0～20、20～40 cm土层基础地力与容重

2016—2017 0 ～20 1.33 14.67 1.26 91.26 34.12 134.57

20～40 1.35 13.45 0.89 45.36 8.47 98.69 2017—2018 0～20 1.33 15.61 1.31 87.49 38.36 126.47

20～40 1.34 14.05 0.93 44.62 8.54 90.14

表2 试验处理设计

随机区组设计，重复3次。小区面积＝长（20 m）×畦宽（2.1 m）×畦数（3）＝126 m2。每畦等行距种植小麦9行。微喷灌处理在第4行和第5行之间沿小麦种植方向铺设一条微喷带，进水端安装水表和阀门，根据试验设计的灌水量实施灌溉。底肥和漫灌处理追肥采用撒施，其它处理追肥采用水肥一体化施入。其它管理措施同高产小麦田。2016—2017和2017—2018年度生长季月降水量及累积降水量如图1所示。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 不同叶位叶绿素含量和叶面积测定 叶绿素含量测定参照赵世杰等［15］的方法，使用日本岛津公司产UV-2450型双通道紫外-可见分光光度计比色。每处理随机选取50株，分旗叶、倒二叶、倒三叶分别测量叶面积，孕穗期、开花期和花后每10 d各测定1次。叶面积＝叶长×叶宽 ×0.83［16］。

图1 2016—2017和2017—2018年度生长季月降水量及累积降水量

1.3.2 农田耗水量及水分利用效率测定 在冬小麦播种和收获时，采用CNC503B型智能中子仪测定，每20 cm土层为1个层次，测深为1.0 m。采用农田水量平衡方程计算农田耗水量（ET）［17］，ET＝SWD＋P＋I-D＋Wg-R。式中，SWD为生育期土壤水分变化量；P为降水量；I为灌溉量；D为灌溉后土壤水向下层流动量；Wg为深层地下水利用量；R为地表径流。本试验地下水位超过5 m，且无地表径流，Wg、D和 R均忽略。水分利用效率＝经济产量／全生育期农田耗水量。

1.3.3 籽粒产量测定 成熟期每小区收获6.3 m2，籽粒晒干后计产，折算出公顷产量。

1.4 数据处理

试验采用Microsoft Excel 2016进行数据处理，SPSS 16.0软件进行处理间差异显著性分析（邓肯氏新复极差法，P＜0.05），用 SigmaPlot 11.5做图。

2 结果与分析

2.1 不同处理对冬小麦不同叶位叶面积的影响

由图2可以看出，小麦生育后期不同处理的叶面积变化趋势一致，均可分为缓慢下降和快速下降阶段：旗叶和倒二叶的叶面积在花后-10 d～20 d为缓慢下降阶段，随后快速下降；倒三叶的叶面积在花后-10 d～10 d为缓慢下降，花后10 d后快速下降。CI-CK、CI-OPT、MI-OPT、MI-OPT2、MI-80%OPT处理小麦生育后期旗叶叶面积的平均值分别为11.89、13.43、14.11、14.50、14.24 cm2，MI-OPT2处理叶面积最大，MI-OPT2、MI-80%OPT、MI-OPT分别比CI-OPT处理增加7.97%、6.03%、5.06%；5个处理倒二叶叶面积的平均值分别为14.03、14.96、15.37、15.41、15.28 cm2；倒三叶叶面积的平均值分别为 9.40、10.92、11.88、12.49、11.98 cm2。可见，小麦生育后期不同叶位叶面积均为微喷灌处理的大于漫灌处理。

漫灌、微喷灌两种灌溉方式小麦生育后期旗叶叶面积的平均值分别为12.87、13.89 cm2，微喷灌处理比漫灌处理增加7.93%；倒二叶叶面积的平均值分别为14.64、15.44 cm2，微喷灌处理比漫灌增加5.46%；倒三叶叶面积的平均值分别为10.68、12.11 cm2，微喷灌处理比漫灌增加15.27%。

图2 小麦生育后期不同叶位的叶面积

2.2 不同处理对冬小麦不同叶位叶绿素含量的影响

由图3可以看出，冬小麦旗叶和倒二叶在花后0～18 d之前叶绿素含量变化不明显，18 d后迅速下降；倒三叶叶绿素含量快速下降的时间要早于旗叶和倒二叶，而且不同处理的叶绿素含量呈现不同的特点。CI-CK、CI-OPT、MI-OPT、MI-OPT2、MI-80%OPT处理花后旗叶叶绿素含量的平均值分别为 3.37、3.61、3.68、3.90、3.71 mg／gFW，MI-OPT、MI-OPT2、MI-80%OPT处理分别比CI-OPT处理增加1.94%、8.03%、2.77%；倒二叶叶绿素含量的平均值分别为2.92、3.28、3.31、3.45、3.37 mg／gFW；倒三叶叶绿素含量的平均值分别为1.92、2.32、2.71、2.76、2.73 mg／gFW。

漫灌、微喷灌两种灌溉方式小麦花后旗叶叶绿素含量的平均值分别为3.54、3.68 mg／gFW，微喷灌比漫灌处理增加3.95%；倒二叶叶绿素含量的平均值分别为3.19、3.29 mg／gFW；倒三叶叶绿素含量的平均值分别为2.19、2.57 mg／gFW，微喷灌比漫灌处理增加17.35%。

图3 小麦生育后期不同叶位叶片的叶绿素含量

2.3 不同处理对冬小麦产量和水分利用效率的影响

2016—2017 年度小麦籽粒产量以MI-OPT2处理最高，CI-CK处理最低，MI-OPT、MIOPT2、MI-80%OPT处理之间差异不显著且均高于CI-OPT处理，分别比CI-OPT增加2.72%、4.71%、2.95%。总耗水量表现为 MI＜CI，平均降低45.99 mm，MI处理比 CI-OPT处理减少34.35～60.04 mm。水分利用效率 MI处理比CI-OPT处理提高14.28%～20.31%，平均比CI处理增加18.45%。

表3 不同处理的小麦产量和水分利用效率

2017—2018 年度结果与2016—2017年度相似，籽粒产量以MI-OPT处理最高，MI-OPT、MI-OPT2、MI-80%OPT处理之间差异显著且均高于CI-CK、CI-OPT处理。总耗水量表现为MI＜CI，MI处理比 CI-OPT处理减少42.17～57.17mm。水分利用效率MI处理比CI-OPT处理提高11.73% ～19.12%；平均比 CI处理增加16.07%。

3 讨论与结论

叶片是小麦生育后期冠层的主要构成者，成熟时籽粒干物质的90%来自叶片光合碳同化物的供应，旗叶的供应占到其中的30%［18］。因此保持叶片的绿叶面积，延缓叶片中叶绿素的降解速度，改善叶片的光合能力、维持较长的光合持续期对提高籽粒产量具有重要作用。有研究表明，增加灌溉次数或推迟灌溉时期能够增加旗叶叶绿素含量、延缓叶片衰老［19，20］。高鹏等［21］的研究也表明微喷水肥一体化可以防止冬小麦叶绿素含量减少、提高农作物的光合速率。本研究结果表明，灌溉模式显著影响小麦生育后期不同叶位叶片的生理特性：随着灌水次数的增加和灌水时期的推迟，不同叶位叶片绿叶面积和叶绿素含量下降速度变慢，灌溉有助于延缓小麦生育后期旗叶的衰老。在同一肥料供应水平下，微喷灌水肥一体化模式具有更高的绿叶面积，对于不同叶位叶绿素的降解速度也有延缓作用，特别是对下部叶片的作用效果更显著；在肥料总量减少20%条件下，微喷灌水肥一体化仍然具有较高的绿叶面积和叶绿素含量，更有利于干物质的积累和籽粒产量的提高。

前人研究发现，水肥一体化可提高籽粒产量和氮肥利用效率，滴灌水肥一体化籽粒产量较常规对照提高21.13%，在合理滴灌施肥配比下可节水 51.85%、节氮 23.47%［22，23］。徐学欣等［24］研究发现，采用小麦微喷补灌比全生育期灌两水的畦灌处理减少灌水量 33.2～70.8 mm，节水21.0%～54.2%。本试验中，微喷灌水肥一体化比传统的畦播漫灌模式小麦籽粒产量增加2.72%～4.71%，生育期间的总耗水量减少 34.35～60.04 mm，水分利用效率提高11.73%～20.31%；在肥料总量减少20%条件下，采用三次喷灌的微喷灌水肥一体化处理的小麦产量仍然高于传统漫灌处理，水分利用效率显著提高。可见，微喷灌水肥一体化是一种适合大田小麦应用的节水高产灌溉栽培技术。