减少灌水次数对河北冬性强筋小麦产量和品质的影响

郭振清，刘 添，张 敏，徐东娜，安浩军，姚红英，李清瑶，蔡瑞国

(1.河北省逆境生物学重点实验室/河北科技师范学院农学与生物科技学院，河北秦皇岛 066004； 2.保定市农业科学院，河北保定 072550；3.昌黎县安山镇农业综合服务站，河北昌黎 066001)

河北省是我国小麦的主产区之一，对保障区域粮食安全有重要意义[1]。随着农业的发展，小麦生产不再只追求高产，而是要产量和品质并重，强筋小麦成为近年来研究的热点。河北省生态环境复杂，小麦生态区多样。赵广才等[2]将河北省划分为5个小麦品质生态区，其中冬性强筋小麦适宜生态区为冀中北生态区和冀东生态区，但关于该地区冬性强筋小麦研究的报道甚少。

河北省冬性强筋小麦生育期较长，自然降水不能满足其正常生长发育，需要消耗较多的灌水来满足小麦生产[3]，地下水供应不足成为该地区限制小麦生产的重要因素。因此，发展小麦节水、高产栽培措施对目前该区小麦生产十分迫切。强筋小麦的产量和品质受基因型、生态环境和栽培技术的共同影响[4-5]。在小麦栽培技术中，灌水对小麦产量和品质起着重要作用。灌水量对小麦光合特性具有调节作用，水分亏缺会降低叶片光合速率，过高则会加速叶片衰老[6-7]。小麦在拔节期适当灌水有利于促进干物质积累，花后适当减少灌水能提高干物质向籽粒中的转运效率[8-9]；合理的灌水模式能够提高小麦籽粒产量和水分利用效率[10]；郑成岩等[11]研究指出，底水+拔节水各灌溉60 mm的处理下小麦能获得高产，并且灌溉水利用率也较高。研究还发现，适宜的灌水运筹可提高小麦籽粒容重、湿面筋含量、蛋白质含量和沉降值等品质指标[12]。前人关于水分对河北中筋小麦影响的研究较多，但关于生态环境和灌水次数对河北冬性强筋小麦产量和品质的调控效应鲜见报道。

本试验以冬性强筋小麦农优3号和中麦998为材料，分别在冀中北和冀东生态区设置相同灌水次数处理，研究灌水次数对冬性强筋小麦产量和品质的调控效应，以期为河北省不同生态区冬性强筋小麦品种适宜灌水次数的选择提供理论依据和技术参考。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验于2017-2018年分别在秦皇岛市昌黎县贾庄大田(118°58′E，39°42′N)和保定市农业科学院徐水科研基地(115°65′E，39°02′N)进行。图1是两个生态区试验期间温度和降雨，表1是试验地基础地力情况。供试品种为强筋小麦品种农优3号和中麦998。昌黎大田于2017年10月14日播种，徐水基地于2017年10月16日播种。试验采用随机区组设计，设置3个灌水次数分别为：CK：越冬水+拔节水+开花水；W2：越冬水+拔节水；W1：越冬水，每次灌水量为600 m3·hm-2。基本苗450×104株·hm-2，小区长6 m，宽3 m，行距为15 cm，3次重复。基肥于播种前统一撒施后翻地，氮肥、磷肥、钾肥各120 kg·hm-2，三叶期定苗，拔节前统一追施氮肥120 kg·hm-2。徐水基地于2018年6月11日收获，昌黎大田于2018年6月20日收获。

1.2 测定项目与方法

1.2.1 叶面积指数测定

于小麦孕穗期取1 m双行内的小麦全部叶片，用叶面积仪(LI-3100C,USA)测定叶面积，并计算叶面积指数(LAI)。LAI=单茎叶面积× 1 hm2总茎数/10 000。3次重复。

1.2.2 植株干物质积累量测定和收获指数计算

于小麦完熟期，每处理随机选取1 m双行内的全部地上部分，将籽粒分离，105 ℃杀青30 min，65 ℃烘干，测定植株样品和籽粒重。干物质积累=植株营养器官重+籽粒重；收获指数=籽粒重/干物质积累量×100%。3次重复。

表1 试验地土壤基础地力情况Table 1 Soil nutrient at experimental plots

1.2.3 产量及产量构成因素测定

完熟期每处理选取1 m2样点，统计取样方内穗数，随机取30个麦穗测穗粒数，自然晒干后测千粒重和实际产量。3次重复。

1.2.4 籽粒品质测定

按国家粮食标准(GB-1351-78)，用上海东方衡器有限公司产的HGT-1000型容重器测量籽粒容重[2]；用半微量凯氏定氮法测定籽粒蛋白质含量；湿面筋含量采用瑞典波通仪器公司2200型面筋仪，参照AACC38-2方法进行测定；稳定时间的测定用德国Brabender公司的粉质仪，按AACC56-21方法测定[13]。

1.3 数据处理

用Excel 2010和DPS(Data Processing System)7.05 进行数据处理和作图。

2 结果与分析

2.1 不同灌水次数对小麦叶面积指数的影响

图2表明，灌水次数和环境均会对供试小麦的叶面积指数造成影响。相同环境下，与 CK 处理相比，W2处理下两个小麦品种孕穗期叶面积指数未有显著变化；W1处理下叶面积指数显著低于其他处理(P<0.05)。从环境条件看，CK和W2处理下，两个小麦品种在徐水试点的叶面积指数均明显高于昌黎试点；W1处理下，两个品种在两个试点的叶面积指数差异不明显。从品种适应性的角度来看，农优3号的叶面积指数在两地之间的差异相对较小，而中麦998的叶面积指数在两地之间的差异较大。

2.2 不同灌水次数对小麦干物质积累量的影响

由图3可知，灌水次数对小麦的干物质积累量具有显著影响(P<0.05)。不同处理下两个小麦品种干物质积累量的变化趋势一致，随灌水次数减少，小麦干物质积累呈下降趋势；3个不同灌水处理间差异均达到显著水平。环境间比较，两个品种成熟期在徐水试点的干物质积累量均高于昌黎试点。

2.3 不同灌水次数对小麦收获指数的影响

环境条件与灌水次数对小麦的收获指数均具有显著影响(P<0.05)。图4表明，减少灌水次数对两个品种在不同环境中的影响不尽相同，在徐水点，两个品种的收获指数在不同灌水处理间差异均不显著；在昌黎点，农优3号随灌水次数的减少收获指数逐渐提高，处理间差异显著；中麦998的收获指数在W2处理下最高，且显著高于其他两个处理。环境间比较，农优3号在徐水试点的收获指数高于在昌黎试点；而中麦998在昌黎试点的收获指数高于在徐水试点。

2.4 不同灌水次数对小麦产量及其构成因素的 影响

由表2可知，环境和灌水次数对冬性强筋小麦产量及产量构成要素有显著影响(P<0.05)。减少灌水次数造成供试小麦穗数、穗粒数和千粒重均显著减少，导致产量显著降低。同一灌水处理品种间比较，徐水试点农优3号的产量较高，而昌黎试点中麦998的产量较高(W1处理除外)。与CK相比，灌水次数减少到W2时，穗数变化不显著，灌水次数减少到W1时，穗数显著降低；穗粒数、千粒重和产量均随着灌水次数的减少显著降低，且处理间差异均达到显著水平。两个品种在徐水试点的穗数和穗粒数水平高于昌黎试点；而在昌黎试点的千粒重水平高于徐水试点。

表2 不同灌水次数对小麦产量及其构成因素的影响Table 2 Effect of different irrigation frequency on yield and its components of wheat

2.5 不同灌水次数对小麦籽粒品质的影响

由表3可知，按照国家强筋小麦标准(GB/T 17892-1999)，昌黎试点的2个强筋小麦品种和徐水试点的中麦998各项指标均达到了强筋小麦的标准(容重≥770 g·L-1；稳定时间≥7.0 min)。就籽粒容重而言，随灌水次数减少，农优3号在徐水试点表现为显著上升，在昌黎试点以W2处理最高，且处理间差异均显著；中麦998在徐水试点以W2处理最高，在昌黎试点以W1处理最高，但两个品种在W2与W1处理间均无显著差异。随灌水次数减少，农优3号和中麦998的蛋白质含量和稳定时间在两个试点均表现为显著上升趋势，蛋白质含量在处理间差异均显著，稳定时间则两品种的W2与W1处理间差异均未达到显著水平。随灌水次数减少，农优3号的湿面筋含量在徐水试点表现为上升趋势，在昌黎试点表现为下降趋势，且两试点的CK和W2处理间均无显著差异；中麦998在两试点表现为下降趋势且在昌黎点各处理间差异达到显著水平。随灌水次数减少，农优3号和中麦998在两试点沉降值表现为先升高后降低的趋势(农优3号在昌黎点除外)，且两品种的W1和W2处理在徐水试点和昌黎试点均表现出显著差异。整体而言，减少灌水次数有利于强筋小麦多数品质参数的提高，且在W2处理下，小麦籽粒品质表现为昌黎试点更优。

3 讨 论

3.1 灌水次数对冬性强筋小麦叶面积指数和干物质积累的影响

本研究发现，徐水试点强筋小麦的叶面积指数明显高于昌黎试点，可能与徐水试点的平均温度较高、且拔节期至抽穗期的降雨量多(图1)有关，这与前人研究结果基本一致。叶面积指数(LAI)反映了光合群体的结构与大小，具有良好叶面积的小麦群体是保证产量的前提。崔 月等[14]研究表明，灌水能够提高叶面积指数。张向前等[15-16]研究表明，拔节期和抽穗期灌水对提高小麦光合速率效果明显。光合作用的产物是干物质，其积累与转运直接影响小麦产量[17]。张作为等[18]研究表明，增加灌水能明显提高小麦花后干物质积累量。本研究发现，随着灌水次数的减少，小麦干物质积累量逐渐减少，与前人研究结果基本一致。与CK比较，W1处理两个冬性强筋小麦叶面积指数则显著下降，但W2处理叶面积指数未达到显著差异。

3.2 灌水次数对冬性强筋小麦产量及产量构成因素的影响

强筋小麦产量受灌水量的影响，水分过多或过少对产量均不利[8-10]。在一定范围内,随灌水次数的增加产量水平逐渐提高[19-20]。吴金芝等[21]研究表明，限量灌水对小麦穗数和穗粒数的影响较小，且能促进干物质向籽粒的转运。丁锦峰等[22]研究表明，拔节期和花后渍水对穗数影响较小，但对穗粒数和千粒重不利。冀中北麦区和冀东麦区的越冬期时间长，穗分化时间短，节水灌溉的条件下，浇拔节水有利于提高小麦有效穗数。本研究结果表明，两个冬性强筋小麦的穗数在W1处理下显著降低，W2处理与CK差异不显著，而穗粒数、千粒重和产量均随着灌水次数的减少而逐渐降低，与前人研究结果基本一致。

表3 不同灌水次数对小麦籽粒品质的影响Table 3 Effect of different irrigation frequency on grain quality of wheat

3.3 灌水次数对冬性强筋小麦籽粒品质的影响

不同强筋小麦品质受环境条件影响程度有所差异[4]。前人研究表明，适当减少灌水可使强筋小麦湿面筋含量和沉降值有所提高[23-24]。灌水会影响小麦籽粒蛋白质水平，灌水过多会降低蛋白质含量[25-26]。本研究结果表明，灌水次数和冬性强筋小麦籽粒蛋白质含量的变化趋势呈负相关，与前人研究结果一致。从籽粒容重、蛋白质含量和稳定时间等品质指标综合来看，随着灌水次数的减少，两个冬性强筋小麦品质表现越好，但W2处理和W1处理大多被测指标无显著差异(表3)。综合各项指标，在河北冬性强筋小麦种植区可以选用灌越冬水和拔节水，以便协调其籽粒产量和品质。