微噴補灌對冬小麥旗葉衰老和光合特性及產量和水分利用效率的影響

徐學欣，王 東

（1山東農業大學農學院/作物生物學國家重點實驗室/農業部作物生理生態與耕作重點實驗室，山東泰安 271018；2中國農業大學農學院，北京 100193）

微噴補灌對冬小麥旗葉衰老和光合特性及產量和水分利用效率的影響

徐學欣1，2，王 東1

（1山東農業大學農學院/作物生物學國家重點實驗室/農業部作物生理生態與耕作重點實驗室，山東泰安 271018；2中國農業大學農學院，北京 100193）

【目的】探明微噴補灌對冬小麥開花后旗葉衰老和光合特性、籽粒灌漿速率、產量和水分利用效率的影響，為小麥節水高產提供重要技術支持。【方法】于2011—2013年冬小麥生長季，選用高產冬小麥品種濟麥22，設置全生育期不灌水（W0）、微噴補灌（W1）和傳統畦灌（W2）處理，研究小麥開花后旗葉水勢、超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）和過氧化氫酶（catalase，CAT）活性、葉綠素熒光參數、群體光合速率和籽粒灌漿速率等的差異。W1與W2處理的灌水時期一致，均于小麥拔節期和開花期各灌水1次。W1處理采用小麥專用微噴帶（ZL201220356553.7）補充灌溉，灌水前測定土壤含水量。兩年度小麥拔節期均設定0—140 cm土層土壤目標相對含水量為70%，第一年和第二年小麥開花期設定0—140 cm土層土壤目標相對含水量分別為70%和65%，根據灌水定額公式計算所需補灌水量。W2處理采用傳統畦灌方式灌溉，改口成數為90%，即當水流前鋒到達畦長長度的90%位置時停止灌水，用水表計量實際灌水量。W1與W2處理試驗小區的規格一致，畦寬（左側畦梗中心線至右側畦梗中心線的垂直距離）2 m，畦梗寬0.4 m，畦長60 m，面積120 m2。小區間設1.0 m保護行。每小區等行距種植8行小麥，實際行距22.9 cm。W1處理的每個試驗小區在自邊行向內數第4行與第5行小麥之間沿小麥種植行向（畦長方向）鋪設一條專用微噴帶。微噴帶進水端裝有壓力表、水表和閘閥，進水端水壓設為0.02 MPa。灌溉水水源為井水，從水源至微噴帶和畦田進水端采用PVC水龍帶輸水。畦灌的單寬流量為4.6—5.2 L·m-1·s-1。【結果】兩年度微噴補灌處理在小麥拔節期和開花期的補灌水量分別為21.3—96.0 mm和29.0—38.5 mm，灌水分布均勻系數達87.9%—97.0%，不低于傳統畦灌處理，而全生育期總灌水量比傳統畦灌處理減少33.2—70.8 mm，節水21.0%—54.2%。微噴補灌處理開花后旗葉水勢、SOD和CAT活性、丙二醛含量、旗葉最大光化學效率、實際光化學效率，及群體光合速率和籽粒灌漿速率、籽粒產量均與全生育期灌2水的傳統畦灌處理無顯著差異，但水分利用效率提高2.1—2.9 kg·hm-2·mm-1，達21.6—23.2 kg·hm-2·mm-1。【結論】小麥拔節期和開花期微噴補灌可以根據灌水前的降水量和土壤含水量狀況及時調節補灌水量，并實施精確、均勻灌溉，適量供給小麥高產生理需水，挖掘出小麥節水的更大潛力。

普通小麥；微噴；補灌；畦灌；旗葉衰老；光合特性；產量；水分利用效率

0　引言

【研究意義】截至2010年，中國人均水資源占有量與20世紀五六十年代相比減少了50%左右，降水量減少 2.8%，地表水資源和水資源總量分別減少5.2%和3.6%，其中，以海河和黃河流域最為突出［1］，而該地區農業用水占總用水量的70.4%［2］，水資源短缺威脅糧食安全。如何節水灌溉、提高水分利用效率是該地區小麥生產亟需解決的技術難題。【前人研究進展】小麥開花后遭遇水分脅迫，葉片超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）和過氧化氫酶（catalase，CAT）活性均降低［3］。細胞代謝失調，產生過剩的活性氧自由基，特別是引發或加劇膜脂質過氧化產生丙二醛（malondialdehyde，MDA），造成細胞膜系統損傷，使其膜透性增高，葉綠素遭到破壞，植株早衰［4］。進而導致籽粒灌漿時間縮短，粒重降低［5］。拔節期和開花期適時按需補灌，能顯著提高小麥開花后 0—24 d期間的旗葉 SOD和過氧化氫酶（catalase，CAT）活性，降低MDA含量，增強旗葉光合同化能力［6］。然而，當前黃淮海地區小麥灌溉多采用畦灌，灌水量無法控制，難以實施按需精量補灌，制約水分利用效率的提高［7-8］。與傳統畦灌相比，噴灌和滴灌能有效控制每次灌水定額，成為當前節水灌溉的重要設施［9-10］。微噴帶灌溉是在噴灌和滴灌的基礎上發展起來的一種新型灌溉方式，它利用微噴帶［11］將水均勻地噴灑在田間，所用設施相對簡單、廉價，易于收放［12-13］。然而，目前生產上常用的微噴帶帶型和噴孔等設計僅適于在低稈或大行距作物上應用［14-15］。小麥生育中后期采用傳統的微噴帶灌溉，噴出的水流會被密集的小麥莖稈阻擋，射程和噴灑寬度大幅下降，噴水均勻度嚴重降低，難以實現節水灌溉。山東農業大學前期發明的小麥專用微噴帶（ZL201220356553.7）［16］，解決了小麥生育中后期由于行距窄、莖稈和葉片密集阻擋微噴帶噴射水流，降低噴灑幅度和均勻度的問題，顯著提高灌溉水分布均勻系數［17-18］，適于麥田實施按需精量補灌，有較好的推廣應用前景［19］。【本研究切入點】前期的研究多是對不同微噴帶帶型的比較，關于微噴補灌與傳統畦灌的比較鮮有報道。在這兩種灌溉方式下，小麥產量和水分利用效率的差異亟待探討。【擬解決的關鍵問題】本文擬研究小麥開花后旗葉衰老、光合及葉綠素熒光特性對微噴補灌和傳統畦灌 2種灌溉方式的反應，探索2種灌溉方式對小麥產量和水分利用效率調節的生理基礎，為小麥節水高產栽培提供理論依據和技術支持。

1　材料與方法

1.1研究區概況

試驗于2011—2013年冬小麥生長季，在山東省兗州市小孟鎮史家王子村（35.41°N，116.41°E）大田進行，該區屬半濕潤暖溫帶氣候，年均溫13.6℃。播種前試驗地0—20 cm土層土壤養分狀況和小麥生長季降水量見表1，播前0—200 cm土層土壤水分狀況見表2。試驗田田間縱向坡度為2.18‰。

表1　試驗地 0—20 cm土層土壤養分狀況及冬小麥生長季降水量Table 1 Soil nutrient condition in 0-20 cm soil layer of the experimental field and precipitation during the growth season of winter wheat

表2　試驗地 0—200 cm土層土壤含水量Table 2 Soil water content in 0-200 cm soil layers of the experimental field （%）

1.2試驗設計

設置全生育期不灌水（W0）、微噴補灌（W1）和傳統畦灌（W2）3個處理。W1與W2處理的灌水時期一致，均于小麥拔節期和開花期各灌水1次。W1處理采用小麥專用微噴帶（ZL201220356553.7）補充灌溉，灌水前測定土壤含水量。兩年度小麥拔節期均設定0—140 cm土層土壤目標相對含水量為70%，第一年和第二年小麥開花期設定0—140 cm土層土壤目標相對含水量分別為70%和65%。根據灌水定額公式計算所需補灌水量（CIR，mm）。

式中：Dh（cm）為補灌的擬濕潤土層深度，即140 cm，γbd（g·cm-3）為該擬濕潤土層土壤容重，θt（mg·g-1）為目標土壤含水量，即田間持水量乘以目標土壤相對含水量，θn（mg·g-1）為灌水前擬濕潤土層土壤平均含水量。

W2處理采用傳統畦灌方式灌溉，改口成數設為90%，即當水流前鋒到達畦長長度的90%位置時停止灌水。采用水表計量實際灌水量。

每處理3次重復，試驗小區畦寬（左側畦梗中心線至右側畦梗中心線的垂直距離）2 m，畦面寬1.6 m，畦梗寬0.4 m，畦長60 m，面積120 m2，小區間設1.0 m保護行。每小區等行距種植8行小麥，實際行距22.9 cm。W1處理的每個試驗小區在自邊行向內數第4行與第5行小麥之間沿小麥種植行向（畦長方向）鋪設一條專用微噴帶。微噴帶進水端裝有壓力表、水表和閘閥，進水端水壓設為0.02 MPa。灌溉水水源為井水，從水源至微噴帶和畦田進水端采用PVC水龍帶輸水。畦灌的單寬流量為4.6—5.2 L·m-1·s-1。

兩年度供試品種均為濟麥22，小麥播種前，將前茬玉米秸稈全部粉碎翻壓還田，底施純N 105 kg·hm-2、P2O5150 kg·hm-2和K2O 150 kg·hm-2，拔節期追施N 135 kg·hm-2。用尿素作氮肥，磷酸二銨作氮肥和磷肥，氯化鉀作鉀肥。分別于2011年10月10日和2012年10月9日播種，3葉1心期定苗，基本苗為180 株/m2，其他管理措施同一般高產田。

1.3測定項目與方法

1.3.1灌溉水在土壤中水平分布均勻性的計算 灌溉水在土壤中的水平分布均勻性采用克里斯琴森均勻系數Cμ表示［22］，計算公式為：

式中：hi為第i取土點灌水后第3天與灌水前1 d 0—40 cm或0—200 cm土層土壤平均貯水量之差（mm）；為n個取土點hi的平均值（mm）；n為取土點數，本試驗各小區均設有60個取樣點，故n=60。

1.3.2旗葉水勢的測定 于開花后0、10、20和30 d早上6：00前，每處理摘取旗葉12片，采用Psypro型露點水勢測量系統（Wescor，美國）進行旗葉水勢測定。

1.3.3旗葉SOD、CAT活性和MDA含量的測定 樣品采集和處理：在開花后第0、7、14、21和28天，采集旗葉，每個處理3次重復，每重復取15個旗葉，用錫箔紙包裹后立即放入液氮冷凍，隨后置-40℃冰柜保存待用。

酶液的制備：快速稱取0.5 g剪碎的旗葉放入研缽中，加5 mL pH=7.8的磷酸緩沖液（0.2 mol·L-1KH2PO4和0.2 mol·L-1K2HPO4），冰浴研磨，勻漿倒入離心管中，冷凍離心20 min（9 800 r/min），上清液（酶液）倒入試管中，置于0—4℃保存待用。

參照BEAUCHAMP等［23］方法測定SOD活性：取型號相同的試管，吸取20 μL的酶液，加入3 mL反應液；同時取四支試管，三支作對照，一支作為空白對照（不加酶液，以緩沖液代替）；空白置暗處，對照（CK）與酶液同置于4 000 lx環形日光燈的光照培養箱照光30 min，遮光保存，以空白調零，560 nm比色。SOD反應液為0.05 mol·L-1磷酸緩沖液（pH=7.8）、130 mmol·L-1Met（甲硫氨酸）、750 μmol·L-1四氮唑藍（NBT）、100 μmol·L-1EDTA-Na2、20 μmol·L-1FD（核黃素）、H2O按照15∶3∶3∶3∶3∶2.5比例混勻。

參照TAN等［24］方法測定CAT活性：50 μL酶液+2.5 mL反應液，240 nm比色，每隔1 min讀數1次，共讀數3次。反應液為0.1 mol·L-1的H2O25 mL+0.1 mol·L-1的pH 7.0的磷酸緩沖液20 mL（即按1∶4的比例）混勻。

參照QUAN等［25］方法測定MDA含量：1 mL酶液+2 mL 0.6%的TBA，封口沸水浴15 min，迅速冷卻后再離心，取上清液，在600、532和450 nm 3個波長下比色。

1.3.4旗葉熒光參數的測定 于開花后 7、14、21 和28 d上午9：00—11：00，在田間自然光照下選取生長一致且受光方向相同的旗葉12片，分別夾上金屬片打開的暗適應夾，采用FMS-2型熒光儀測定旗葉實際光化學效率（actual photochemical efficiency of PSⅡ，ΦPSⅡ），迅速關閉金屬片進行暗適應 30 min后，測定旗葉暗適應下的初始熒光值（minimal fluorescence，F0）和最大熒光值（maximal fluorescence，Fm），重復測定 10次。PSⅡ潛在最大光化學量子效率（Fv/Fm）用以下公式［26］計算：

1.3.5群體光合速率測定 參照董樹亭等［27］的方法略有改進。采用GXH-3051型紅外CO2分析儀，分別于小麥開花后0、10、20和30 d晴天上午9：30—12：00在自然光照下測定群體光合速率。同化箱長、寬、高分別為100、100和120 cm。框架外罩以透光性良好的投影膜，透光率95%以上。同化箱內裝有一個80 W的風扇，用于攪勻箱內氣體。測定時每隔20 s讀1次數，同步測定土壤呼吸。計算公式為：

式中：CAP為群體表觀凈光合速率（μmolCO2m-2·h-1），ΔC為作物群體凈光合實際同化CO2濃度差（10-6）；V為同化箱體積（m3）；ΔM為測定時間（s）；T為同化箱溫度（℃）；L為測定群體所占的土地面積（m2）。

1.3.6籽粒灌漿速率和產量的測定 在小麥初花期，每小區選擇同日開花且長相、長勢、穗子大小基本一致、無病蟲害的單莖80個掛牌標記，從開花后7 d開始取樣，以后每7天取樣1次，直至完全成熟。每小區每次取樣10穗，帶回室內，每穗人工剝出所有籽粒，立即在105℃烘箱內殺青20 min，然后恒溫75℃烘至恒重，稱重，計算粒重及灌漿速率。

成熟期沿畦長方向，將各試驗小區距畦首 1—2 m、14.5—15.5 m、29.5—30.5 m、44.5—45.5 m、58—59 m（寬度均為 2 m）范圍內的小麥全部收獲脫粒，每小區總收獲面積為 10 m2，待籽粒自然風干至含水率為12.5%時分別稱重，計算平均產量。

1.3.7農田耗水量和水分利用效率的測定計算

計算公式［28］為：

式中：ET1-2為階段耗水量（mm）；M為階段內的灌水量（mm）；P0為階段內有效降水量（mm）；K為階段內的地下水補給量（mm），當地下水埋深大于4 m時，K值可以忽略不計，本試驗的地下水埋深在5 m以下，故地下水補給量可視為0；Si為階段土壤貯水消耗量，其計算公式為：

式中：i為土層編號；n為總土層數；ri為第i層土壤容重（g·cm-3）；Hi為第i層土壤厚度（cm）；θi1和θi2分別為階段初和階段末第i層的土壤含水量（%）。

參照SEPASKHAH等［29］方法計算水分利用效率：

水分利用效率（kg·hm-2·mm-1）=籽粒產量（kg·hm-2）/農田耗水量（mm）

1.4數據處理

采用Microsoft Excel 2003對數據進行繪圖，采用DPS 7.05統計分析軟件對各處理數據進行單因素方差分析，用LSD法進行差異顯著性檢驗（α=0.05）。

2　結果

2.1不同灌溉方式對灌水量的影響

微噴補灌（W1）和傳統畦灌（W2）處理的灌水量如表3所示。W1處理的灌水量在2011—2012年度拔節期和兩年度開花期均顯著低于W2處理。兩年度，W1處理在拔節期和開花期的灌水量比W2處理分別減少了4.2—52.5 mm和18.3—29.0 mm，全生育期總灌水量減少了33.2—70.8 mm，節水21.0 %—54.2%。

表3　各處理拔節期、開花期和全生育期灌水量Table 3 Amount of irrigation in different treatments at jointing，anthesis and during whole growth season （mm）

2.2不同灌溉方式對灌溉水分布均勻系數的影響

如表4所示，兩年度拔節期灌水后，W1處理0—40 和0—200 cm土層灌溉水分布均勻系數分別在93.2%—96.4%和89.2%—94.3%范圍內，與W2處理的無顯著差異。兩年度開花期灌水后，W1處理0—40 cm土層灌溉水分布均勻系數在95.9%—97.0%范圍內，與W2處理的無顯著差異；但2012—2013年度開花期灌水后，W1處理0—200 cm土層灌溉水分布均勻系數為87.9%，顯著高于W2處理的。說明采用微噴補灌，盡管灌水量較少，并沒有降低灌溉水在田間分布的均勻度。

2.3不同灌溉方式對花后旗葉水勢的影響

開花后旗葉水勢變化如圖1所示，兩年度規律一致。隨著開花后天數的增加，各處理旗葉水勢呈下降趨勢。全生育期不灌水處理（W0）在開花后0、10、20和30 d的旗葉水勢均顯著低于W1和W2處理，W1處理的旗葉水勢與W2處理的無顯著差異。

2.4不同灌溉方式對旗葉SOD、CAT活性和MDA含量的影響

開花后旗葉SOD、CAT活性和MDA含量變化如圖2所示，兩年度規律一致。旗葉SOD活性在開花后0—7 d期間相對穩定，開花7 d后呈逐漸下降趨勢；旗葉CAT活性在開花后呈先升后降趨勢，以開花后7 d最高；旗葉MDA含量在開花后0—7 d期間相對穩定，開花7 d后呈逐漸升高趨勢。W1和W2處理開花后旗葉SOD和CAT活性顯著高于W0處理的，MDA含量顯著低于W0處理的；W1處理與W2處理之間則無顯著差異。說明在灌水次數和時期相同的條件下，微噴補灌對小麥旗葉衰老的調節效果與傳統畦灌無顯著差異。

表4　不同處理的灌溉水分布均勻系數Table 4 Irrigation water distribution uniformity in different treatments （%）

圖1　不同處理開花后的旗葉水勢Fig.1 Flag leaves water potential after anthesis in different treatments

2.5不同灌溉方式對花后旗葉熒光參數的影響

開花后旗葉熒光參數變化如圖3所示，兩年度規律一致。W1處理開花后的旗葉最大光化學效率和實際光化學效率均與W2處理的無顯著差異，但兩處理開花后21和28 d的旗葉最大光化學效率，及開花后7 —28 d的旗葉實際光化學效率均顯著高于W0處理。

2.6不同灌溉方式對小麥群體光合速率的影響

各處理小麥開花后群體光合速率如圖4所示，兩年度規律一致。全生育期不灌水處理的小麥群體光合速率在開花后呈下降趨勢，且顯著低于W1和W2處理的。W1和W2處理的群體光合速率在開花后呈先升高后降低的變化趨勢，均在開花后10 d達到高峰，W1與W2處理之間無顯著差異。說明在灌水次數和時期相同的條件下，微噴補灌雖然減少了灌水量，但小麥開花后的群體光合速率并不比傳統畦灌的低。

2.7不同灌溉方式對小麥籽粒灌漿的影響

各處理籽粒灌漿速率如圖5所示，兩年度規律一致。W0處理在開花后7 d的籽粒灌漿速率顯著高于W1和W2處理，但開花14 d后則顯著低于W1和W2處理。W1處理在開花后7—35 d的籽粒灌漿速率與W2處理的無顯著差異。

2.8不同灌溉方式對籽粒產量、耗水量和水分利用效率的影響

各處理籽粒產量、耗水量和水分利用效率如表 5所示。兩年度均表現為，W0處理的籽粒產量和耗水量顯著低于W1和W2處理；W1處理的籽粒產量與W2處理的無顯著差異，但耗水量顯著低于W1處理的，差值達 47.6—52.2 mm；水分利用效率顯著高于W1處理的，差值達2.1—2.9 kg·hm-2·mm-1。說明在灌水次數和時期相同的條件下，微噴補灌以較低的耗水量獲得了與傳統畦灌相同的產量。

圖2　不同處理開花后的旗葉SOD、CAT活性和MDA含量Fig.2 Superoxide dismutase （SOD），catalase （CAT） activities and malondialdehyde （MDA） content of flag leaves after anthesis in different treatments

表5　不同處理的籽粒產量、耗水量和水分利用效率Table 5 Grain yield，evapotranspiration and water use efficiency in different treatments

圖3　不同處理開花后的旗葉熒光參數Fig.3 Chlorophyll fluorescence parameters of flag leaves after anthesis in different treatments

圖4　不同處理開花后的群體光合速率Fig.4 Canopy apparent photosynthetic rate after anthesis in different treatments

3　討論

灌溉水分布均勻度是評價灌溉質量的重要指標之一，對作物產量有重要影響，常用灌溉水分布均勻系數表示［30］。前人研究表明，采用畦灌，在畦田坡度低于7.6‰、畦長60 m的條件下，灌溉水分布均勻系數與畦寬呈二次曲線關系，畦寬為2 m時灌溉水分布均勻系數最高，達到84%，畦田過寬或太窄，則導致灌溉水在畦首和畦尾的入滲深度不一，灌溉水分布均勻系數降低［31］。還有研究表明，畦灌的改口成數對灌溉水分布均勻度亦有顯著影響，在畦田坡度為2.14‰，畦長和畦寬分別為80和2 m的條件下，小麥拔節期畦灌，當水流前鋒到達畦田長度的90%時停止灌水，灌溉水分布均勻系數可達93.4%—93.8%［32］。采用噴灌，小麥全生育期噴灌4—5次，在供水壓力為0.3 MPa，單次灌水量為22.2—56.3 mm的條件下，灌溉水分布均勻系數可達60%—88%［33-34］。前人研究表明［35］，微噴帶每組噴孔由3個增加到12個，灌溉水分布均勻系數由24.6%增加到78.3%，工作壓力由0.03 kPa增加到 0.05 kPa，灌溉水分布均勻系數由 34.4%增加到73.9%。本研究采用的小麥專用微噴帶，直徑51 mm，每組 6個噴孔，最小噴射角為 80°，最大噴射角為88°［16］。在小麥拔節期補灌水量為21.3—96.0 mm，進水端水壓為0.02 MPa的條件下，灌水后0—40 cm和0—200 cm土層灌溉水分布均勻系數分別為93.2%—96.4%和 89.2%—94.3%；在小麥開花期補灌水量為29.0—38.5 mm的條件下，灌水后0—40 cm和0—200 cm土層灌溉水分布均勻系數分別為95.9%—97.0%和87.9%—93.5%，均不低于本研究中相同畦田規格、改口成數為90%的畦灌處理。

圖5　不同處理的籽粒灌漿速率Fig.5 Grain filling rate in different treatments

小麥開花后葉片水勢與0—60 cm土層土壤含水量呈正相關［36-37］。有研究認為，小麥旗葉水勢對土壤相對含水量的響應閾值是60%，高于該值繼續增加土壤含水量，旗葉水勢無明顯提高［38］。土壤相對含水量維持在60%以上亦能顯著提高旗葉SOD、CAT和POD活性，延緩葉片衰老［39-40］。本研究在拔節期微噴補灌使0—140 cm土層土壤平均相對含水量達到70%的基礎上，再于開花期微噴補灌，使0—140 cm土層土壤平均相對含水量達到65%或70%，小麥旗葉水勢、SOD 和CAT活性與灌水較多的畦灌處理無顯著差異，進一步證明土壤相對含水量在達到一定閾值后，小麥旗葉水勢和抗氧化酶活性對土壤含水量的反應不再敏感，這為適量補灌保障作物正常的生理需水實現節水高產提供了理論基礎。

前人研究表明，春季不灌水處理的小麥群體光合速率顯著低于灌水處理，而春灌兩水與春灌四水處理之間無顯著差異［41］。總灌溉量在0—150 mm范圍內，隨灌溉次數增多或灌溉時期后移，小麥群體光合速率增加，但總灌溉量超過150 mm后，群體光合速率反而降低［42］。還有研究表明，小麥開花后旗葉光系統Ⅱ（PSⅡ）原初光能轉化效率（Fv/Fm）和潛在活性（Fv/F0）在土壤相對含水量為60%—70%時最高，而當土壤相對含水量低于60%或高于80%時則顯著降低［43］。本研究在小麥一生中僅于拔節期和開花期灌溉兩水，畦灌灌水量分別為73.8—100.2 mm和56.8—58.0 mm，開花后旗葉最大光化學效率、實際光化學效率、群體光合速率均顯著高于不灌水的處理，而微噴補灌處理的灌水量比畦灌處理分別減少了4.2—52.5 mm和18.3—29.0 mm，全生育期總灌水量減少了33.2—70.8 mm，節水21.0%—54.2%，小麥開花后旗葉熒光特性、群體光合速率和籽粒產量與本研究中的畦灌處理相比無顯著差異，說明微噴補灌可以在畦灌節水模式的基礎上進一步挖掘小麥節水高產的潛力。

本研究結果還發現，2011—2012年度播種至拔節期降水量較多，達149.0 mm，拔節期的微噴補灌水量顯著低于傳統畦灌處理，而2012—2013年度播種至拔節期降水量較少，僅為92.0 mm，拔節期的微噴補灌水量比傳統畦灌處理僅減少了4.2 mm，說明采用補灌的方法可以根據小麥生育期間的降水量和土壤含水量狀況及時調節灌溉水量，而小麥專用微噴帶可以于小麥生育中后期實施精量灌溉，且具有較高的灌溉水分布均勻度，二者的結合可以為小麥節水高產栽培提供技術支持。

4　結論

采用小麥專用微噴帶在拔節期和開花期進行微噴補灌具有根據土壤水分狀況按需補給、精確灌溉的優勢，灌溉水分布均勻系數可達87.9%—97.0%，比全生育期灌兩水的畦灌處理減少 33.2—70.8 mm的灌水量，節水21.0%—54.2%，而且能維持小麥開花后較高的旗葉水勢、SOD和CAT活性，延緩葉片衰老，保持較高的群體光合速率和籽粒灌漿速率，比畦灌處理提高水分利用效率2.1—2.9 kg·hm-2·mm-1。

References

［1］ 康紹忠. 水安全與糧食安全. 中國生態農業學報，2014，22（8）: 880-885. KANG S Z. Towards water and food security in China. Chinese Journal of Eco-Agriculture，2014，22（8）: 880-885. （in Chinese）

［2］ 劉布春，梅旭榮，李玉中，楊有祿. 農業水資源安全的定義及其內涵和外延. 中國農業科學，2006，39（5）: 947-951. LIU B C，MEI X R，LI Y Z，YANG Y L. The connotation and extension of agricultural water resources security. Scientia Agricultura Sinica，2006，39（5）: 947-951. （in Chinese）

［3］ 趙長星，馬東輝，王月福，林琪. 施氮量和花后土壤含水量對小麥旗葉衰老及粒重的影響. 應用生態學報，2008，19（11）: 2388-2393. ZHAO C X，MA D H，WANG Y F，LIN Q. Effects of nitrogen application rate and post-anthesis soil moisture content on the flag leaf senescence and kernel weight of wheat. Chinese Journal of Applied Ecology，2008，19（11）: 2388-2393. （in Chinese）

［4］ 馮佰利，高小麗，王長發，張嵩午，李生秀. 干旱條件下不同溫型小麥葉片衰老與活性氧代謝特性的研究. 中國生態農業學報，2005，13（4）: 74-76. FENG B L，GAO X L，WANG C F，ZHANG S W，LI S X. Leaf senescence and active oxygen metabolism of different -type wheats under drought. Chinese Journal of Eco-Agriculture，2005，13（4）: 74-76. （in Chinese）

［5］ SAWHNEY V，SINGH D P. Effect of chemical desiccation at the post-anthesis stage on some physiological and biochemical changes in the flag leaves of contrasting wheat genotypes. Field Crops Research，2002，77: 1-6.

［6］ WANG D，YU Z W，WHITE P J. The effect of supplemental irrigation after jointing on leaf senescence and grain filling in wheat. Field Crops Research，2013，151: 35-44.

［7］ 滿建國，王東，張永麗，石玉，于振文. 不同噴射角微噴帶灌溉對土壤水分布與冬小麥耗水特性及產量的影響. 中國農業科學，2013，46（24）: 5098-5112. MAN J G，WANG D，ZHANG Y L，SHI Y，YU Z W. Effects of irrigation with micro-sprinkling hoses of different sprinkling angles on soil water distribution and water consumption characteristics and grain yield of winter wheat. Scientia Agricultura Sinica，2013，46（24）: 5098-5112. （in Chinese）

［8］ FANG Q X，MA L，GREEN T R，YU Q，WANG T D，AHUJA L R. Water resources and water use efficiency in the North China Plain: Current status and agronomic management options. Agricultural Water Management，2010，97: 1102-1116.

［9］ 宮飛，陳阜，楊曉光，苑麗娟. 噴灌對冬小麥水分利用的影響. 中國農業大學學報，2001，6（5）: 30-34. GONG F，CHEN F，YANG X G，YUAN L J. Effects of sprinkler irrigation on water use of winter wheat. Journal of China Agricultural University，2001，6（5）: 30-34. （in Chinese）

［10］ 陳靜，王迎春，李虎，王立剛，邱建軍，肖碧林. 滴灌施肥對免耕冬小麥水分利用及產量的影響. 中國農業科學，2014，47（10）: 1966-1975. CHEN J，WANG Y C，LI H，WANG L G，QIU J J，XIAO B L. Effects of drip fertigation with no-tillage on water use efficiency and yield of winter wheat. Scientia Agricultura Sinica，2014，47（10）: 1966-1975. （in Chinese）

［11］ 中華人民共和國農業部. NY/T 1361-2007，中華人民共和國農業行業標準-農業灌溉設備，微噴帶. 北京: 中國農業出版社，2007. Ministry of Agriculture of the People’s Republic of China. NY/T1361-2007，Agricultural Industry Standards of the People's Republic of China，Agricultural Irrigation Equipment，Micro-Sprinkling Hose. Beijing: China Agriculture Press，2007. （in Chinese）

［12］ 李英能. 對我國噴灌技術發展若干問題的探討. 節水灌溉，2001（1）: 1-3. LI Y N.A discussion on several problems of sprinkler irrigation technique development in China. Water Saving Irrigation，2001（1）: 1-3. （in Chinese）

［13］ 周斌，封俊，張學軍，吳政文，沈雪民. 微噴帶單孔噴水量分布的基本特征研究. 農業工程學報，2003，19（4）: 101-103. ZHOU B，FENG J，ZHANG X J，WU Z W，SHEN X M. Characteristics and indexes of water distribution of punched thin-soft tape for spray. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engeering，2003，19（4）: 101-103. （in Chinese）

［14］ 史宏志，高衛鍇，常思敏，邸慧慧，王廷曉，楊素琴，王太運，王廣勝. 微噴灌水定額對煙田土壤物理性狀和養分運移的影響. 河南農業大學學報，2009，43（5）: 485-491. SHI H Z，GAO W K，CHANG S M，DI H H，WANG T X，YANG S Q，WANG T Y，WANG G S. Effect of irrigating water quota with micro-irrigation on soil physical properties and nutrient transport in different layers of tobacco soil. Journal of Henan Agricultural University，2009，45（5）: 485-491. （in Chinese）

［15］ KOUMANOV K S，HOPMANS J W，SCHWANKL L J，ANDREU L，TULI A. Application efficiency of micro-sprinkler irrigation of almond trees. Agricultural Water Management，1997，34: 247-263.

［16］ 山東農業大學. 小麥專用微噴帶: 中國，201220356553.7. 2013-02-06. Shandong Agricultural University. Micro-sprinkling hose special for wheat: China，201220356553.7. 2013-02-06. （in Chinese）

［17］ MAN J G，WANG D，WHITE P J，YU Z W. The length of micro-sprinkling hoses delivering supplemental irrigation affects photosynthesis and dry matter production of winter wheat. Field Crops Research，2014，168: 65-74.

［18］ MAN J G，YU J S，WHITE P J，GU S B，ZHANG Y L，GUO Q F，SHIY，WANG D. Effects of supplemental irrigation with micro-sprinkling hoses on water distribution in soil and grain yield of winter wheat. Field Crops Research，2014，161: 26-37.

［19］ 牛西午，馮永平，董孟雄，董忠義. “簡易微噴灌技術”及其在旱塬麥田應用研究初報. 水土保持通報，1999，26（1）: 31-35. NIU X W，FENG Y P，DONG M X，DONG Z Y. Simple micro-sprinkling irrigation method and its application in dryland wheat production. Bulletin of Soil and Water Conservation，1999，26（1）: 31-35. （in Chinese）

［20］ CUENCA R H. Irrigation System Design: An Engineering Approach. Prentice Hall，Englewood Cliffs，New Jersey. 1989.

［21］ JALILIAN J，MODARRES-SANAVY S A M，SABERALI S F，SADAT-ASILAN K. Effects of the combination of beneficial microbes and nitrogen on sunflower seed yields and seed quality traits under different irrigation regimes. Field Crops Research，2012，127: 26-34.

［22］ CHRISTIANSEN J E. Irrigation by Sprinkling. California agricultural experiment station bulletin 670. University of California，Berkeley，CA，1942: 110-116.

［23］ BEAUCHAMP C，FRIDOVICH I. Superoxide dismutase: Improved assay and an assay applicable to acrylamide gels. Analytical Biochemistry，1971，44: 276-287.

［24］ TAN W，LIU J，DAI T，JING Q，CAO W，JIANG D. Alternations in photosynthesis and antioxidant enzyme activity in winter wheat subjected to post-anthesis water-logging. Photosynthetica，2008，46: 21-27.

［25］ QUAN R D，SHANG M，ZHANG H，ZHAO Y X，ZHANG J R. Improved chilling tolerance by transformation with betA gene for the enhancement of glycinebetaine synthesis in maize. Plant Science，2004，166: 141-149.

［26］ SAGARAM M，BURNS J K. Leaf chlorophyll fluorescence parameters and huanglongbing. Journal of the American Society for Horticultural Science，2009，134（2）: 194-201.

［27］ 董樹亭，高榮岐，胡昌浩，王群瑛，王空軍. 玉米花粒期群體光合性能與高產潛力研究. 作物學報，1997，23（3）: 318-325. DONG S T，GAO R Q，HU C H，WANG Q Y，WANG K J. Study of canopy photosynthesis property and high yield potential after anthesis in maize. Acta Agronomica Sinica，1997，23（3）: 318-325. （in Chinese）

［28］ 劉增進，李寶萍，李遠華，崔遠來. 冬小麥水分利用效率與最優灌溉制度的研究. 農業工程學報，2004，20（4）: 58-63. LIU Z J，LI B P，LI Y H，CUI Y L. Research on the water use efficiency and optimal irrigation schedule of the winter wheat. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，2004，20（4）: 58-63. （in Chinese）

［29］ SEPASKHAH A R，TAGAFTEH A. Yield and nitrogen leaching in rapeseed field under different nitrogen rates and water saving irrigation. Agricultural Water Management，2012，112: 55-62.

［30］ 李久生. 噴灌均勻系數對土壤水分空間分布及作物產量影響的研究現狀. 農業工程學報，1998，14（2）: 132-137. LI J S. A review on the effects of sprinkler uniformity on the spatial distributions of soil moisture and crop yield. Transcation of the Chinese Society of Agricultural Enggineering，1998，14（2）: 132-137. （in Chinese）

［31］ 李久生，饒敏杰. 地面灌溉水流特性及水分利用率的田間試驗研究. 農業工程學報，2003，19（3）: 54-58. LI J S，RAO M J. Field evaluation of water flow performance and application efficiency for border irrigation. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，2003，19（3）: 54-58. （in Chinese）

［32］ 冀傳允，于振文，石玉，趙俊曄，王東. 不同畦灌改水成數對畦內水分分布小麥耗水特性及產量的影響. 水土保持學報，2014，28（2）: 95-99，126. JI C Y，YU Z W，SHI Y，ZHAO J Y，WANG D. Effects of inflow cutoff for border irrigation on water distribution in the border，water consumption characteristics and grain yield of wheat. Journal of Soil and Water Conservation，2014，28（2）: 95-99，126. （in Chinese）

［33］ 李久生，饒敏杰，李蓓. 噴灌施肥灌溉均勻性對土壤硝態氮空間分布影響的田間試驗研究. 農業工程學報，2005，21（3）: 51-55.LI J S，RAO M J，LI B. Spatial distribution of nitrate in soil as aff ected by uniformity of sprinkler fertigation. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，2005，21（3）: 51-55. （in Chinese）

［34］ 李久生，饒敏杰. 噴灌施肥均勻性對冬小麥產量影響的田間試驗評估. 農業工程學報，2000，16（6）: 38-42. LI J S，RAO M J. Field evaluation of yield response of winter wheat to uniformity of sprinkler applied fertilizer. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，2000，16（6）: 38-42. （in Chinese）

［35］ 張學軍，吳政文，丁小明，李欣. 微噴帶水量分布特性試驗分析.農業工程學報，2009，25（4）: 66-69. ZHANG X J，WU Z W，DING X M，LI X. Experimental analysis of water distribution characteristics of micro-sprinkling hose. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，2009，25（4）: 66-69. （in Chinese）

［36］ 王克鵬，張仁陟，董博，謝軍紅. 長期保護性耕作對黃土高原旱地土壤水分及作物葉水勢的影響. 生態學報，2014，34（13）: 3752-3761. WANG K P，ZHANG R Z，DONG B，XIE J H. Effect of long- term conservation tillage on soil water regimes and leaf water potential of crops in rainfed areas of the Loess Plateau. Acta Ecologica Sinica，2014，34（13）: 3752-3761. （in Chinese）

［37］ 高鷺，胡春勝，陳素英. 噴灌條件下不同灌水處理冬小麥的葉水勢特征. 土壤，2005，37（4）: 410-414. GAO L，HU C S，CHEN S Y. Characteristics of leaf water potential of winter wheat with different water treatments under sprinkling irrigation. Soils，2005，37（4）: 410-414. （in Chinese）

［38］ 張喜英，裴冬，由懋正. 幾種作物的生理指標對土壤水分變動的閾值反應. 植物生態學報，2000，24（3）: 280-283. ZHANG X Y，PEI D，YOU M Z. Response of leaf water potential，photosynthetic and stomatal conductance to varying soil moisture in four crops: winter wheat，corn，sorghum and millet. Acta Phytoecologica Sinica，2000，24（3）: 280-283. （in Chinese）

［39］ XUE Q W，ZHU Z X，MUSICK J T，STEWART B A，DUSEK D A. Physiological mechanisms contributing to the increased water use efficiency in winter wheat under deficit irrigation. Journal of Plant Physiology，2006，163: 154-164.

［40］ 張雅倩，林琪，張玉梅，李玲燕，劉義國. 干旱脅迫對不同小麥品種花后旗葉生理特性的影響. 干旱地區農業研究，2010，28（6）: 158-164. ZHANG Y Q，LIN Q，ZHANG Y M，LI L Y，LIU Y G. Effect of drought stress on physiological characteristics in flag leaf of different wheat cultivars after anthesis. Agricultural Research in the Arid Areas，2010，28（6）: 158-164. （in Chinese）

［41］ 張永平，張英華，王志敏. 不同供水條件下冬小麥葉與非葉綠色器官光合日變化特征. 生態學報，2011，31（5）: 1312-1322. ZHANG Y P，ZHANG Y H，WANG Z M. Photosynthetic diurnal variation characteristics of leaf and non-leaf organs in winter wheat under different irrigation regimes. Acta Ecologica Sinica，2011，31（5）: 1312-1322. （in Chinese）

［42］ 張永平，王志敏，王璞，趙明. 冬小麥節水高產栽培群體光合特征.中國農業科學，2003，36（10）: 1143-1149. ZHANG Y P，WANG Z M，WANG P，ZHAO M. Canopy photosynthetic characteristics of population of winter wheat in water-saving and high-yielding cultivation. Scientia Agricultura Sinica，2003，36（10）: 1143-1149. （in Chinese）

［43］ 馬東輝，趙長星，王月福，吳鋼，林琪. 施氮量和花后土壤含水量對小麥旗葉光合特性和產量的影響. 生態學報，2008，28（10）: 4896-4901. MA D H，ZHAO C X，WANG Y F，WU G，LIN Q. Effects of nitrogen fertilizer rate and post-anthesis soil water content on photosynthetic characteristics in flag leaves and yield of wheat. Acta Ecologica Sinica，2008，28（10）: 4896-4901. （in Chinese）

（責任編輯 楊鑫浩，李莉）

Effects of Supplemental Irrigation with Micro-Sprinkling Hoses on Flag Leaves Senescence and Photosynthetic Characteristics，Grain Yield and Water Use Efficiency in Winter Wheat

XU Xue-xin1，2，WANG Dong1
（1College of Agronomy，Shandong Agricultural University/ State Key Laboratory of Crop Biology/Key Laboratory of Crop Ecophysiology and Farming System，Ministry of Agriculture，Taian 271018，Shandong；2College of Agronomy，China Agriculture University，Beijing 100193）

【Objective】The objective of the experiment is to study the effects of supplemental irrigation with micro-sprinkling hoses on flag leaves senescence，photosynthetic rate，grain filling rate，grain yield and water use efficiency in winter wheat. 【Method】 Field experiments were carried out in 2011-2013 growth seasons，using high-yield wheat cultivar Jimai 22. Three irrigation treatments were arranged with no irrigation during the whole growth stage （W0），supplemental irrigation with micro-sprinkling hoses （W1），traditional border irrigation （W2），to explore the changes of winter wheat under different treatments in leaf water potential，activities of superoxide dismutase （SOD） and catalase （CAT），chlorophyll fluorescence parameters，canopy apparent photosynthetic rate，grain filling rate，and so on. The irrigation stage in W1 was the same as that in W2. they were all irrigated once at jointing stage and anthesis stage respectively. W1 was irrigated with the micro-sprinkling hoses special for wheat （ZL201220356553.7）. The soil water content was measured before irrigation. The target relative soil moisture content in the 0-140 cm soil layer after supplemental irrigation at jointing was set as 70% of field water capacity in 2011-2012 and 2012-2013. The target relative soil moisture content in the 0-140 cm soil layer after supplemental irrigation at anthesis was set as 70% and 65% of field water capacity in 2011-2012 and 2012-2013，respectively. The amount of the supplemental irrigation was calculated according to the irrigation quota formula. W2 was irrigated by the traditional border irrigation method. The inflow cutoff was set as 90% of border length，namely，stopping irrigation when the water reached 90% of the border length. The amount of irrigation was measured by water meter. W1 was the same as W2 in the specifications of experiment plot. In each experimental plot，the border width （the vertical distance between the center of two adjacent border ridges） was 2 m； the border ridge width was 0.4 m； the border length was 60 m and the plot area was 120 m2. A 1.0 m wide unirrigated zone was maintained between adjacent plots to minimize the effects of adjacent treatments. Eight rows of winter wheat were planted in each experimental plot with row spacing of 22.9 cm. The micro-sprinkling hose was laid between the fourth and the fifth rows of wheat. A pressure-regulated valve and a flow-meter were installed at the head of each micro-sprinkling irrigation hose. The working pressure of each micro-sprinkling irrigation hose was 0.02 MPa. The irrigation water was pumped from well and then was transported to the inlet of micro-sprinkling irrigation hose or border through the PVC belt. The discharge per unit width of border irrigation was 4.6-5.2 L·m-1·s-1.【Result】During the two growth seasons，the supplemental irrigation amounts of W1 were 21.3-96.0 mm at jointing and 29.0-38.5 mm at anthesis. The irrigation water distribution uniformity of W1 reached 82.7%-97.0% after irrigation，not lower than that of the border irrigation with inflow cutoff designed as 90% （W2）. The total irrigation amount of W1 reduced by 33.2-70.8 mm，saving 21.0%-54.2% of irrigation water，compared to that of W2. In contrast，there was no significant difference between W1 and W2 in the flag leaf water potential，the activities of SOD and CAT，the content of methane dicarboxylic aldehyde，the flag leaf maximum photochemical efficiency，actual photochemical efficiency，canopy apparent photosynthetic rate，grain filling rate，and grain yield. The water use efficiency of W1 increased by 2.1-2.9 kg·hm-2·mm-1and reached 21.6-23.2 kg·hm-2·mm-1. 【Conclusion】 The irrigation amount applied at jointing and anthesis can be adjusted according to the precipitation and soil water content before irrigation by supplemental irrigation with micro-sprinkling hoses，to moderately supply the physiological water requirement of winter wheat for high-yield，and the irrigation water also can be uniformly and accurately sprayed into the field. This technology can excavate greater potential of winter wheat for water-saving.

common wheat； micro-sprinkling hoses； supplemental irrigation； border irrigation； flag leaf senescence； photosynthetic characteristics； yield； water use efficiency

2016-01-22；接受日期：2016-04-18

國家自然科學基金（31271660）、國家公益性行業（農業）科研專項（201503130）、山東省2014年度農業重大應用技術創新課題（2014-2016）

聯系方式：徐學欣，Tel：010-62732557；E-mail：xuxuexin2008@126.com。通信作者王東，Tel：0538-8242226；E-mail：wangd@sdau.edu.cn