水分处理对冬小麦产量和水分利用效率的影响

张学品，冯伟森，丁志强，吴少辉，顾晶晶，田文仲

（洛阳市农林科学院，河南 洛阳 471022）

小麦是世界上主要的粮食作物之一，全生育期需水量为540 mm，降水满足率为55.9%～86.4%[1]，需1～3次灌溉才能达到丰产增收的目的[2]。干旱缺水是制约小麦高产、稳产的主要因素之一。在水资源严重短缺的情况下，发展节水农业、提高水分利用效率是小麦生产的中心目标，也是迫切需要解决的问题[3-8]。筛选和种植节水新品种是提高小麦水分利用效率最重要的措施[9]。其次，随着自然条件的变化和小麦节水新品种的不断出现，探明水分对不同小麦水分利用效率的影响非常必要。张永丽等[10]研究结果表明，灌水量和灌水时期对小麦水分利用效率和产量具有显著影响。在小麦适宜生育时期进行适当灌溉，能够显著提高小麦水分利用效率，增强小麦抗旱能力[11-13]。调亏灌溉可以提高水分利用效率，从而实现小麦节水增产增效[14]；但是灌水量超过一定范围不仅对提高籽粒产量无益，还会降低水分利用效率，如何在有限灌溉条件下提高作物的产量和水分利用效率是亟待解决的问题。

本研究选取黄淮冬麦区近年来通过国家或河南省审定的小麦新品种18个，研究灌水处理对冬小麦水分利用效率、籽粒产量及其构成因子的影响，探明不同品种最适合的种植区域，为充分发挥小麦产量潜力和区域农业水资源节约利用提供技术支撑。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验于2017—2018年度在洛阳农林科学院区域试验站进行。试验站地处东经112°29'13"，北纬34°38'7"，种植模式为一年一熟。试验地土层深厚，地势平坦，土壤为壤质。小麦生育期气象条件如表1所示，降水量为339.4 mm。

表1 2017—2018年度小麦生育期气象条件Tab.1 The meteorological condition during the wheat growing period in 2017-2018

1.2 试验材料

供试小麦品种共18个，其中，旱地品种5个（洛旱19、洛旱22、西农219、中麦36和中麦175），水地品种13个（洛麦26、存麦5号、周麦32、百农207、周麦27、郑麦136、郑麦7698、中麦895、新科麦169、安农0711、良星99、华成3366和淮麦33）。

1.3 试验设计

试验设3个处理，即全生育期不灌水（W0）、灌拔节水（W1）和灌拔节水+开花水（W2），灌水量控制在900 m3/hm2。采用裂区设计，灌水次数为主区，品种为副区，随机排列，3次重复。人工精播耧播，小区面积为7.5 m2，20 cm等行距种植。在2017年6—9月小麦休闲期种植田青，8月中旬将田青打碎做绿肥，深翻掩底。9月上旬整体机耕，施地星150 kg/hm2防治地下害虫，施用复合肥450 kg/hm2。10月18日播种，播种量210 kg/hm2，基 本 苗225万/hm2。

1.4 测定项目及方法

1.4.1 产量相关性状成熟时分小区实收计产，计算单位面积籽粒产量。利用万深SC-G型自动种子考种分析仪测量千粒质量。收获期每个品种取10株，调查成穗数、穗粒数、主茎穗长、结实小穗数和不孕小穗数。

1.4.2 水分利用效率采用烘干法测定播种前及收获后0～200 cm土壤水分含量。按王育红等[15]的方法计算水分利用效率（WUE）。

1.5 数据分析

以成熟期不同品种小麦的籽粒产量和水分利用效率为指标，用SPSS 23.0软件进行数据标准化转化，根据欧氏距离的大小，运用最长距离法，对供试品种作聚类分析。采用Microsoft Excel 2003处理数据、图表，SPSS 23.0软件进行数据统计分析和差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 灌水处理对不同小麦品种产量及其构成因素和水分利用效率的方差分析

从表2可以看出，灌水处理下小麦产量及其构成因素和水分利用效率在品种间、灌水处理间、品种和灌水处理交互作用中均存在极显著差异。

表2 不同品种灌水处理下产量及其构成因素方差分析（F值）Tab.2 The analysis of variance of yield and yield components of different varieties under irrigation treatments（F value）

2.2 灌水处理对不同小麦品种产量的影响

由表3可知，随着灌水次数的增加，参试品种的产量均有不同程度的增加，从不同处理产量来看，W2、W1和W0处理 间均存在显著差异，W2和W1处理间差异不显著，W2的产量较W1处理提高1.56%，W1较W0处 理 提 高20.64%，W2较W0提高22.52%。但相同水分处理条件下不同品种的产量差异却不尽相同。

表3 18个品种在不同灌水处理下的产量差异Tab.3 The yield differences of 18 varieties under different irrigation treatments kg/hm2

W0处理的平均产量为6 027.15 kg/hm2，洛旱22的产量最高，为6 895.83 kg/hm2，其次是良星99（6 722.50 kg/hm2），周麦32产量（6 611.39 kg/hm2）位居第3，3个品种间差异不显著。

W1处理的平均产量为7 271.40 kg/hm2，周麦27产量最高，为8 127.78 kg/hm2，其次为百农207、淮麦33、洛麦26、洛旱22和存麦5号，产量分别为8 046.67、7 871.94、7 817.50、7 786.11、7 574.72 kg/hm2，各品种间产量差异不显著。

W2处理的平均产量为7 384.65 kg/hm2，周麦32的产量最高，为8 234.44 kg/hm2，其次为存麦5号（8 048.61 kg/hm2），郑麦136产量（7 761.67 kg/hm2）位居第3，各品种间产量差异不显著。

2.3 灌水处理对不同小麦品种产量构成因素的影响

18个品种不同灌水处理下的产量三因素差异如表4所示。

表4 18个品种不同灌水处理下的产量三因素差异Tab.4 The differences in three yield factors of 18 varieties under different irrigation treatments

续表4 18个品种不同灌水处理下的产量三因素差异Tab.4（Continued）The differences in three yield factors of 18 varieties under different irrigation treatments

从表4可以看出，随着灌水次数的增加，成穗数和穗粒数均有不同程度的增加。从成穗数来看，W1、W2和W0处理间均存在显著差异，W1和W2处理间差异不显著。W2和W1处理分别较W0处理 增 加70.95万、74.25万 穗/hm2，分 别 提 高 了13.17%和13.78%。从穗粒数均值来看，3个处理间差异显著，W2和W1处理分别较W0处理增加2.76、1.08粒，分别提高了11.27%和4.41%。从千粒质量均值来看，W0和W1、W2处理间差异显著，W1和W2处 理 间 差 异 不 显 著，W0处 理 较W1、W2处理分 别 增加5.66、5.33 g，提 高 了12.77%和11.94%。

2.4 灌水处理对不同小麦品种水分利用效率的影响

18个品种不同灌水处理下水分利用效率的差异如表5所示。

表5 18个品种不同灌水处理下水分利用效率的差异Tab.5 The differences in water use efficiency of 18 varieties under different irrigation treatments kg/m3

从表5可以看出，3个灌水处理间水分利用效率差异显著。W2处理的平均水分利用效率为1.013 9 kg/m3，W1处理为1.181 7 kg/m3，W0处理为1.147 9 kg/m3，W1处理的水分利用效率最高，分别较W2和W0处理提高16.55%和2.95%。W2处理条件下，周麦32、存麦5号、洛麦26的水分利用效率较高，分别是1.129 0、1.102 5、1.057 7 kg/m3，3个品种间差异不显著。W1处理条件下，周麦27、洛旱22和百农207的水分利用效率较高,分别是1.317 8、1.312 8、1.309 4 kg/m3，3个品种间差异不显著。W0处理条件下，洛旱22、周麦32和存麦5号的水分利用效率较高，分别为1.370 6、1.293 0、1.270 3 kg/m3，3个品种间差异不显著。

2.5 灌水处理对不同小麦品种穗部性状的影响

从表6可以看出，随着灌水次数的增加，18个小麦品种的不孕小穗数逐渐降低，3个处理间差异显著，W2和W1处理分别较W0处理减少了0.59、0.43个，较W0处理分别减少了20.85%、15.19%。结实小穗数随灌水次数的增加均有不同程度的增加，W2、W1与W0处理间均存在显著差异，W2和W1处理间差异不显著,W2和W1处理分别较W0处理增加0.69、0.79个，较W0处理增加了5.38%、6.16%。穗长3个处理间差异不显著。

表6 18个品种不同灌水处理下穗部性状的差异Tab.6 The differences of ear traits of 18 varieties under different irrigation treatments

2.6 不同灌水处理下，供试小麦品种产量和WUE聚类分析

2.6.1 W0处理下，供试小麦品种产量和WUE聚类分析在W0处理条件下，依据产量和水分利用效率2个因子对供试品种进行聚类分析，在欧氏距离1.77处，将参试材料分为3组，结果如图1所示。第Ⅰ组：共7份材料，其中，旱肥地品种1份（洛旱22）；水肥地品种6份（存麦5号、淮麦33、周麦32、郑麦136、百农207和良星99）。这部分品种可以归为节水高产型，在旱肥地条件下有一定的抗旱节水能力和高产潜力，可以作为我国黄淮麦区节水灌溉地区主要推广的小麦品种。第Ⅱ组：共4份材料，分别为洛旱19、新科麦169、洛麦26、周麦27。第Ⅲ组：共7份材料，分别为西农219、郑麦7698、安农0711、中麦36、中麦895、中麦175和华成3366。

图1 供试品种W0处理下聚类分析Fig.1 The cluster analysis of the tested varieties under the treatment of W0

2.6.2 W1处理下，供试小麦品种产量和WUE系统聚类分析W1处理条件下，以产量和水分利用效率为指标，对供试品种进行聚类分析，在欧氏距离3.01处，将参试材料分为2组。第Ⅰ组：共14份材料，分别为洛旱19、郑麦7698、存麦5号、郑麦136、华成3366、周麦32、新科麦169、良星99、安农0711、洛旱22、洛麦26、淮麦33、百农207和周麦27。这部分品种有一定的节水性和丰产性，适合在灌溉条件不充分的黄淮麦区推广种植。第Ⅱ组：共4个材料（西农219、中麦895、中麦36和中麦175）（图2）。

图2 供试品种W1处理下聚类分析Fig.2 The cluster analysis of the tested varieties under the treatment of W1

2.6.3 W2处理下，供试小麦品种产量和WUE系统聚类分析在W2处理条件下，依据产量和水分利用效率2个因子对供试品种进行聚类分析，在欧氏距离2.89处，将参试材料分为2组，如图3所示。

图3 供试品种W2处理下聚类分析Fig.3 The cluster analysis of the tested varieties under the treatment of W2

第Ⅰ组：共9个材料（洛麦26、郑麦136、郑麦7698、中麦175、百农207、淮麦33、新科麦169、存麦5号和周麦32）。这9个品种可以归为高产类型，在水肥地条件下，具有一定的高产潜力，可以作为黄淮麦区主要推广的高产品种。第Ⅱ组：共9个材料（洛旱19、洛旱22、周麦27、中麦895、良星99、西农219、中麦36、安农0711和华成3366）。

2.6.4 不同处理条件下，供试小麦品种产量和WUE系统聚类分析灌水处理下，综合产量和综合WUE条件进行聚类分析，在欧氏距离5.20处，将参试材料分为2组，结果如图4所示。

图4 供试品种聚类分析Fig.4 The cluster analysis of the tested varieties

第Ⅰ组：共12个品种（洛旱19、周麦27、洛旱22、良星99、百农207、淮麦33、洛麦26、郑麦7698、新科麦169、存麦5号、郑麦136和周麦32）。这部分品种属于节水高产型，产量潜力大。第Ⅱ组：共6个材料（西农219、中麦36、安农0711、华成3366、中麦175和中麦895）。

3 结论与讨论

有研究表明，水分利用效率受作物类型、气候、土壤、年降水量等因素的影响[16]。也有研究表明，随着灌水量的不断增加，水分利用效率表现为先增加后下降[17-18]。本研究结果表明，3个处理间水分利用效率差异显著，随着灌水次数的增加，水分利用效率先增加后下降。水分利用效率以W1处理最大，分别较W2和W0处理提高16.55%和2.95%。这说明灌水量过大会导致小麦后期生长无效蒸散过大，小麦的水分利用效率降低。

有研究表明，千粒质量随灌水次数的增加逐渐下降，成穗数随灌水次数的增加逐渐增加[19]。赵广才等[20]研究认为，随灌水次数的增加，产量构成因素更加协调一致，产量极显著提高。本研究结果表明，参试品种的产量平均值随灌水次数的增加而增加，W2、W1与W0处理 间均存在显著差异，W2和W1处理间差异不显著；W2处理的产量较W1处理提高1.56%，W1处理较W0处理提高20.64%，W2处理较W0处理提高22.52%。洛旱19、洛旱22、洛麦26、百农207、周麦27、安农0711、良星99、华成3366、淮麦33等9个品种均在W1处理下产量最高，其余9个品种在W2处理条件下产量最高。说明灌水次数对冬小麦籽粒产量有明显的影响，但对不同品种的影响不尽相同。

随灌水量的增加，不同品种水分利用效率和产量变化趋势也不同，产量和水分利用效率有一个最佳结合值[21]。在水资源有限的条件下，通过优化灌溉次数和灌水量可以达到增产、节水的目的。当前筛选并种植节水灌溉条件下产量潜力高的小麦品种，是实现节水高产的最有效途径之一，对缓解水资源缺乏具有非常重要的意义[22-25]。通过对黄淮麦区18个供试小麦品种进行筛选，研究灌水处理对冬小麦水分利用效率、籽粒产量的影响，结合不同处理条件下参试品种的聚类分析，结果表明，在黄淮冬麦区实际生产中，可根据实际灌溉条件选择适宜的小麦品种和灌溉次数。旱肥地条件下，推荐洛旱22、良星99、淮麦33、百农207、洛旱19。节水灌溉条件下，推荐周麦27、百农207、淮麦33、洛麦26、洛旱22、洛旱19，结合节水、高产栽培技术措施，减少灌溉费用，降低成本，保护环境，并保证粮食产量。高水肥地条件下，推荐种植周麦32、存麦5号、郑麦136、郑麦7698、中麦895和新科麦169，有利于发挥品种的高产潜力。本研究只进行了1个年度的试验，所得试验结果可能有一定的局限性。因此，今后有必要对黄淮麦区审定的小麦品种进行筛选研究，找准品种最适合的种植区域，为加速小麦新品种的示范推广以及配套栽培技术提供科学依据。