灌水量和喷抗旱剂对小麦生长发育·光合及水分利用率的影响

康子领，张向前，刘利平

(安徽省农业技术推广总站，安徽合肥 230001)

作物生长季干旱是一个世界性问题，也是当前制约我国北方旱作农业可持续发展的重大障碍之一。小麦是我国北方主要粮食作物之一，其用水约占我国北方农业用水的70%，如何合理灌溉确保小麦高产稳产对保障我国粮食安全具有重要的作用。小麦全生育期的平均需水量在300 mm以上，降水满足率为55.9%～86.4%，通常需要进行人工补灌1～2次以保证小麦全生育期需水量，达到丰产丰收的目的。众多研究表明，随着土壤水分的减少小麦抗旱性增强，合理的水分亏缺和干旱胁迫有利于提高小麦的抗逆性和水分利用效率，因此在水资源紧缺的大环境下，很有必要进一步深入研究灌水和干旱对小麦生长发育、生理特性及产量等性状指标的影响。基于小麦水分利用效率不仅受灌水量和灌水时期的影响，同时也受一些对植物生理功能具有调节作用抗旱化学制剂的影响。鉴于此，笔者在干旱(无外来降雨)条件下研究了同一生育期不同灌水量和喷洒抗旱剂对小麦叶面积指数、群体干物重、水分利用率、光合及产量的影响，以期阐明灌水和喷洒抗旱剂的耦合效应对小麦产量形成关键决定因素的影响，进而为我国小麦节水栽培提供科学依据和理论帮助。

1 材料与方法

试验于2020年在安徽省蒙城县农业科技示范场可推拉玻璃大棚内进行，该试验为2因素随机区组试验，2因素分别为防旱化控措施和灌水量，2种化控措施分别为拔节期喷洒抗旱剂(H处理)和喷洒清水(CK)，4种灌水量分别为返青期灌水20 mm(W1处理)、30 mm(W2处理)、40 mm(W3处理)、50 mm(W4处理)。试验每处理重复3次，共24个小区，小区面积为2.0 m×1.5 m = 3.0 m，种植小麦品种为济麦22，基本苗240万/hm，行距20 cm，每小区10行，播种后浇底墒水30 mm，出苗后开始控水。于10月13日播种，基施纯氮150 kg/hm，PO120 kg/hm，KO 120 kg/hm，其他田间管理措施按当地大田生产习惯进行。

叶面积指数：每小区选择10株小麦，用直尺测量小麦植株叶片的长度和最宽处，用长和宽的乘积再乘以0.83(折算系数)确定单叶叶面积，叶面积指数=叶片总面积/土地面积。

干物重：分别于小麦拔节期、孕穗期、开花期和成熟期取样(20株/小区)测定干物重，将样品在105 ℃下杀青20 min，85 ℃烘干至恒重，称取干物重。

光合特性：于小麦开花期，选择晴朗无云天气运用Li-6400便携式光合测定仪在09：30—11：30测定小麦旗叶同部位的光合速率、气孔导度、蒸腾速率和胞间CO浓度。

叶片瞬时水分利用率为叶片光合速率与蒸腾速率的比值，测定叶片为小麦旗叶，测定时期为抽穗期、开花期和灌浆中期。

群体水分利用率(WUE)：WUE=/ET，WUE为水分利用率；为籽粒产量；ET作物生育期内的耗水量。ET=(GSP+IRR)+ SWS-SWH，GSP 为生长季降水量(该试验无外来降雨)；IRR为灌溉水量；SWS 为播种前土壤含水量；SWH 为收获后土壤含水量。

产量及其构成：分小区收割晒干后折算成大田量，并计算出产量构成三要素的数值。

采用Microsoft Excel 2019软件对数据进行处理和作图；采用DPS 7.05软件和最小显著差数法(LSD)进行显著性检验。

2 结果与分析

由表1可知，随着生育时期的推进，小麦叶面积指数呈先增加后下降的趋势，并在开花期达到最大值。随着灌水量的增加，不同生育期的小麦叶面积指数皆呈逐渐增加的趋势，并以W4处理的最高，W1处理的最低。W3、W4的叶面积指数显著高于W1处理，在CK和H处理下，W4处理的拔节期、孕穗期、开花期和灌浆中期的叶面积指数分别比W1处理显著增加了15.8%、10.5%、11.2%、14.0%和15.7%、7.8%、8.9%、9.7%。相同灌水量下，H处理的叶面积指数总体表现高于对照CK，其中同一生育期同一灌水量下某些处理间的叶面积指数差异达到显著水平。在W1和W4处理灌水量下，H处理比CK的叶面积指数在拔节期、孕穗期、开花期和灌浆中期分别增加了0.7%、5.4%、3.6%、8.1%和0.6%、2.9%、1.4%、4.0%。此外，从表1也可以看出，W3与W4处理各生育期的叶面积指数差异均不显著，表明当灌水量增加到一定程度时，灌水增加叶面积的效果不再显著。

表1 灌水和化控处理对小麦不同生育期叶面积指数的影响

由表2可知，同一化控措施下，随着灌水量的增加，小麦各生育期的群体干物重呈逐渐增加的趋势，并以W4处理的群体干物重最大。W3和W4处理小麦各生育期的群体干物重皆显著高于W1处理，其中CK和H处理下W4处理的群体干物重在拔节期、孕穗期、开花期和成熟期分别比W1处理显著增加了7.4%、5.6%、12.9%、14.1%和5.7%、3.6%、10.5%、13.6%。W3与W4处理间小麦各生育期的群体干物重差异皆不显著，而W3处理各生育期的群体干物重皆高于W1处理，表明当灌水量增加到一定程度后再提高灌水量不会再对小麦群体干物重产生明显影响。相同灌水量下，H处理的小麦群体干物重皆高于同一生育CK处理，其中H处理下W1和W4处理拔节期、孕穗期、开花期和成熟期的群体干物重分别比CK处理下W1和W4处理增加了4.1%、2.2%、7.2%、8.6%和2.5%、0.3%、5.0%、8.1%。

表2 灌水和化控处理对小麦不同生育期群体干物重的影响

由表3可知，同一化控措施下，随着灌水量的增加，小麦叶片光合速率和气孔导度数值呈先增加后下降的趋势，并以W3处理的最高；蒸腾速率呈逐渐增加的趋势，胞间CO浓度呈先降低后上升的趋势，并以W3处理的最低。在CK和H处理下，W3处理的光合速率、气孔导度和蒸腾速率分别比W1处理显著增加了25.1%、19.8%、11.8%和21.3%、18.6%、8.3%，胞间CO浓度分别显著降低了6.7%和6.2%。同一灌水量下，H处理的光合速率和气孔导度皆高于CK处理，而蒸腾速率和胞间CO浓度皆低于CK处理，其中W1和W4灌水量处理下H处理的光合速率和气孔导度分别比CK增加了10.3%、6.3%和7.9%、5.4%，蒸腾速率和胞间CO浓度分别降低了10.5%、3.9%和12.8%、3.4%。从表3也可以看出，W2与W1处理、W3与W2处理的光合速率差异显著，而W3与W4处理的光合速率差异不显著，且W3处理的光合速率略高于 W4处理，表明当灌水量增加到一定程度灌水对小麦光合速率的影响不再明显，甚至会导致光合速率的略微下降。

表3 灌水和化控处理对小麦开花期光合特性的影响

由表4可知，随着灌水量的增加，小麦叶片水分瞬时利用率呈先增加后下降的趋势，并以W3处理的最高，W1处理的最低。CK和H处理下，W3处理抽穗期、开花期和灌浆中期的叶片瞬时水分利用率分别比W1处理显著增加了8.7%、10.6%、11.9%和10.0%、10.6%、13.2%。W3处理抽穗期和开花期的叶片水分瞬时利用率略高于W4处理，但处理间差异不显著，而灌浆中期W3处理的叶片水分利用率显著高于W4处理，表明小麦生育前期较高的灌水量会导致小麦中后期叶片水分瞬时利用率的下降。相同灌水量下，H处理的叶片瞬时水分利用率皆显著高于CK，其中W1和W4灌水量处理下H处理抽穗期、开花期和灌浆中期的叶片水分利用率分别比CK增加了11.7%、6.6%、12.3%和14.4%、6.9%、13.8%，说明通过化控措施喷施抗旱剂可明显提高小麦叶片瞬时水分利用率。

表4 灌水和化控处理对小麦旗叶瞬时水分利用率的影响

由图1可知，随着灌水量的增加，小麦群体水分利用率呈先增加后下降的趋势，并以W3处理的最高。CK和H处理下，W3处理的小麦群体水分利用率分别比W1、W2和W4处理增加了7.3%、3.1%、2.8%和5.7%、1.9%、1.3%。相同灌水量下，化控H处理下W1、W2、W3和W4处理的小麦群体水分利用率分别比CK下相应处理增加了5.4%、5.1%、3.8%和5.4%，但差异未达到显著水平。从以上分析可以得出，适当增加灌水量有利于提高小麦群体水分利用效率，且灌水量偏高并不利于小麦群体水分利用效率的提高，采取喷洒抗旱剂的化控措施亦有利于提高小麦群体水分利用效率，但该研究中喷洒一次的效果不显著。

注：不同小写字母表示在0.05水平差异显著Note：Different lowercases indicated significant differences at 0.05 level 图1 灌水和化控处理对小麦群体水分利用率的影响Fig.1 Effects of irrigation and chemical control treatments on water use efficiency of wheat population

从表5可以看出，CK条件下，W4处理的穗数显著高于W1处理，而W2、W3处理与W1处理的穗数差异不显著，H处理下，W1、W2、W3、W4处理间的穗数差异均不显著。CK和H处理下，W3和W4处理的穗粒数均显著高于W1处理，分别增加了5.2%、5.6%和5.3%、5.6%，表明适宜的灌水量可以显著提高小麦穗粒数。CK条件下小麦千粒重以W4处理(39.77 g)最高，H处理下千粒重以W3处理(40.27 g)最高。总体来看，相同化控措施下，随着灌水量的增加小麦穗数、穗粒数和千粒重呈增加趋势，相同灌水量下H处理的小麦穗数、穗粒数和千粒重皆与CK差异不显著，但穗粒数和千粒重总体表现为H处理的略高于CK。CK条件下小麦产量以W4处理最高(4 769.60 kg/hm)，H处理条件下产量以W3处理最高(4 860.80 kg/hm)，且相同化控措施下W3和W4处理的产量差异皆不显著。CK和H处理条件下W3和W4处理的产量皆显著高于W1处理，表明在缺水条件下适当增加灌水量可以显著提高小麦产量，相同灌水量下，H处理的小麦产量皆高于CK处理，其中H处理条件下W2、W3和W4处理的产量分别显著高于CK下W2、W3和W4处理的产量，分别增加了2.3%、2.2%和1.9%，表明干旱时喷洒抗旱剂增加小麦产量的效果可高达1.9%～2.3%。

表5 灌水和化控处理对小麦产量及产量构成的影响

3 结论与讨论

叶面积指数和群体干物重是作物群体性状的2个重要指标，其中叶面积指数可用来反映作物的生长状况，与作物的光合、蒸发、蒸散等过程密切相关，是作物生产中监测、估产和病害评价的一个重要的参数；作物群体地上部干物质的积累是作物净光合作用能力强弱的重要标志，是最终经济产量形成的物质基础。该研究发现，小麦群体叶面积指数和群体干物重随灌水量的增加而增加，但当灌水量增加到一定程度，灌水增加叶面积和群体干物重的效果不再显著，此外喷洒抗旱剂也可明显提高小麦群体叶面积指数和群体干物重。姚宁等研究证实，不同生育期进行水分胁迫对旱区小麦叶面积指数和地上部干物重都有明显的影响，而越冬或返青期增加1次灌水，一定程度上能够提高冬小麦叶面积指数和地上部干物重，且灌水量越大效果越明显。陈淑萍等研究证实，喷施抗旱剂可以促进玉米的生长发育，增强玉米的抗倒伏性，有效提高叶面积指数；王勇等研究也发现，喷施抗旱剂可以有效增加大叶黄杨的干物重。光合作用是作物产量形成的基础，该研究发现，开花期W3处理的光合速率略高于W4处理，证明了当灌水量增加到一定程度灌水对小麦光合速率的影响不再明显，甚至会导致光合速率的略微下降，而相同灌水量下喷施抗旱剂可明显提高小麦光合速率，改善其光合特性。惠海滨等研究发现，适当增加灌水量有利于提高小麦旗叶光合速率，而过量灌水小麦旗叶衰老加快，光合速率降低，王勇等研究发现，喷施抗旱剂可明显改善叶片光合特性，与该试验的研究结果相一致。

改善作物叶片和群体水分利用率对提高旱作农业区作物产量节约有限水资源具有重要的作用和意义。该研究发现，随着灌水量的增加小麦叶片水分瞬时利用率和群体水分利用率呈先增加后下降的趋势，并以W3处理的最高，喷施抗旱剂亦能在一定程度上提高叶片水分瞬时利用率和群体水分利用率。褚鹏飞等研究发现，相同生育期每次灌水60 mm的小麦水分利用率明显高于每次灌水30 mm和90 mm。李磐等研究证实，喷施抗旱剂后能明显提高棉花对土壤水分的利用效率，提高幅度为2.1%～29.8%。产量是农业生产的最终目的，该研究发现增加灌水量有利于提高小麦产量，但当灌水量增加到一定程度增加灌水的效果不再明显(W3与W4处理差异不显著)，干旱时喷洒抗旱剂增加小麦产量的效果可高达1.9%～2.3%。喷施抗旱剂能增加小麦产量主要可能是由于喷施抗旱剂能改善小麦根系性状更利于对土壤深层水分的利用、提高作物光合作用增加作物干物质积累、降低水分蒸腾提高作物水分利用率，此外也有可能通过影响作物体内酶系活性，改善作物代谢等生理指标来增加产量，但其内在的深层机理仍需我们进一步深入研究。灌水量增加到一定程度增加灌水对产量的影响不再明显主要可能是由于前期灌水偏多，作物缺少适度的干旱胁迫锻炼，在生育后期遇到干旱时对干旱的抵抗能力降低。因此，在农业生产实践中，喷施抗旱剂和采取适宜的灌水量对提高作物水分利用率、确保作物高产稳产和实现农业节水增效具有重要的意义。