不同水分處理對浚麥K8生理特性及群體水分利用效率的影響

王懷蘋,吳西利

( 1.浚縣豐黎種業有限公司， 河南 鶴壁 456250； 2.鶴壁市科學技術情報研究所， 河南 鶴壁 456000)

小麥是我國主要糧食作物，戰略意義重大，我國小麥常年播種面積0.213億hm2，河南小麥播種面積533萬hm2。小麥生長對水分需求較大，我國是水資源缺乏國家，抗旱、節水育種和通過栽培措施實現水分的高效利用是未來主要研究方向[1-2]。水分對小麥的產量和農藝性狀影響較大，干旱脅迫對小麥氣孔導度、光合速率影響較大，尤其是在中度以上干旱脅迫條件下，拔節期、抽穗期、灌漿期復水補償難度依次加大，嚴重影響產量[3-5]。土壤水分對小麥幼苗單株葉面積影響最大[6]，灌溉次數、時期及灌溉量對小麥的生長發育和產量均有影響，拔節水和孕穗水有利于實現節水和高產[7-9]。水分對小麥產量和品質也有較大影響，合理控制水分能促進籽粒中營養元素的運轉和積累，提高產量和品質。相一杰等[10-12]研究表明，在拔節-孕穗期、開花-成熟期土壤水分分別調控到田間持水量的70%～80%和45%～55%，能兼顧小麥蛋白質含量和籽粒產量，可優化水資源利用模式。半冬性小麥新品種浚麥K8由浚縣豐黎種業有限公司選育，于2012年通過河南省小麥新品種審定(豫審麥2012002)，該品種具有大穗、大粒、高產、穩產、綜合抗性優良的特點，浚麥K8根系發達，葉片功能強，抗后期高溫，具有較好的耐旱性[13]。為加快小麥品種浚麥K8在旱區的推廣應用，尋求其在旱區種植條件下適宜的供水模式，筆者在防雨棚條件下，研究不同水分處理對浚麥K8生理特征及群體水分利用效率的影響，旨在為旱區小麥種植的水分管理提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試材料為半冬性小麥品種浚麥K8(豫審麥2012002)，由浚縣豐黎種業有限公司提供。

1.2 試驗設計

在防雨棚條件下模擬大田生長環境，設置3個灌水水平：分別為蒸發皿蒸散量的50%、100%和150%，記為EP 0.5、EP 1.0和EP 1.5。在冬小麥的拔節期(3月10日至3月30日)和灌漿期(5月5日至5月25日)進行水分控制處理(控水)，在拔節期和灌漿期控水結束后恢復至EP 1.0灌水水平(灌水量為蒸發耗水量的100%)，每個處理重復9次。單位面積蒸發耗水量由直徑200 mm的水分蒸發器皿測得。

1.3 試驗方法

1.3.1 試驗過程 試驗在浚縣豐黎種業有限公司科研中心試驗地防雨棚內進行。2017年10月26日播種小麥，2018年1月2日移栽到桶內，每桶定植10株(折合密度 116.98萬株/hm2)。控水前利用烘干法測定桶內水分，并將所有桶內土壤水分調為一致水平(土壤水分含量為17%)，在拔節期和灌漿期依據設計水平進行灌溉，灌溉周期為2～3 d。

1.3.2 測定指標

1) 土壤水分含量。在試驗開始前和小麥收獲后用烘干法測定土壤含水量。

2) 光合日變化和耗水量。在灌漿期和成熟期用同化箱法測定群體光合日變化(8∶00,10∶00,12∶00,14∶00,16∶00,18∶00)。每天用稱重法測定蒸發器皿耗水量。

3) 葉面積、葉片相對含水量和自然失水率。分別在拔節期和灌漿期控水結束后測定小麥植株的單株葉面積；隨后進行3次破壞取樣，測定頂葉的葉片相對含水量(隨機選取5片葉稱鮮重后，放入裝有蒸餾水的自封袋里，浸泡5～8 h后稱飽和鮮重，隨后烘干稱干重)及葉片離體失水速率(隨機選取5片葉稱重后，放在實驗臺上，保持離體失水狀態，24 h后再次稱重)。葉片相對含水量=(鮮重-干重)/(飽和鮮重-干重)×100%。離體失水率=(失水前重量-離體失水后重量)/失水前重量×100%。葉面積=葉長×葉寬×0.83，0.83為換算系數。水分利用效率(kg/m3)=每桶的籽粒產量/耗水量。其中，耗水量為種植前與收獲時土壤水分的差值加上生育期的灌水量。

4) 測產與考種。在成熟期統計每桶小麥的有效穗數，隨后每桶隨機選取10莖測定結實小穗數、不孕小穗數及穗粒數，最后將全部小麥樣品進行脫粒記產。

1.4 數據處理

使用 Excel軟件對試驗數據進行分析與作圖，并用SAS 8.0軟件對試驗數據進行統計分析。首先對不同處理間的指標進行方差分析，若差異顯著，再進行LSD多重比較。

2 結果與分析

2.1 不同水分處理浚麥K8的葉片相對含水量和自然失水率

由表1看出，在小麥拔節期控水結束后，EP 0.5處理的葉片相對含水量顯著低于EP 1.0和EP 1.5處理，EP 1.0和EP 1.5處理間葉片相對含水量的差異未達顯著水平。3個水分處理間離體失水率的差異均未達顯著水平。在灌漿期控水節水后，EP 0.5處理的葉片相對含水量及離體失水率均顯著低于EP 1.0和EP 1.5處理，而EP 1.0和EP 1.5處理間各指標的差異均不顯著。表明，拔節期和灌漿期水分脅迫均會對浚麥K8的葉片相對含水量及離體失水率產生顯著影響，而過量灌溉未對浚麥K8的葉片相對含水量及離體失水率產生顯著影響。

表1 不同水分處理冬小麥浚麥K8的葉片相對含水量和離體失水率

注：同列數據后不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05),下同。

Note:Different lowercase letters in the same column indicate significant difference at 5% level.The same below.

2.2 不同水分處理浚麥K8的葉面積

從表2看出，在拔節期控水結束后，不同水分處理間葉面積的差異均達顯著水平，EP 0.5

表2 不同水分處理不同時期浚麥K8的單株葉面積

2.3 群體光合速率

光合速率反應植株葉片利用光能和積累干物質的能力。從圖1可知，拔節期控水節水后，不同水分處理的光合日變化均呈“先增后降”雙峰變化趨勢。EP 1.5處理的光合速率顯著高于EP 1.0和EP 0.5處理。EP 0.5處理的光合速率在下午14∶00以后下降幅度更大。灌漿期控水結束后，EP 0.5處理的光合速率呈“先增后降”的單峰變化趨勢，而EP 1.0和EP 1.5處理則呈“先增后降”的雙峰變化趨勢。EP 1.0和EP 1.5處理間光合速率的差異未達顯著水平。可見，拔節期和灌漿期水分虧缺顯著影響浚麥K8的光合速率，而灌漿期加大灌溉量對光合速率影響不顯著。

2.4 不同水分處理浚麥K8的產量性狀

由表3看出，EP0.5處理的不孕小穗數顯著高于EP 1.0和EP 1.5處理，而其有效穗數、穗粒數、結實小穗數、千粒重和產量均顯著低于EP 1.0和EP 1.5處理。EP 0.5處理的產量比EP 1.0和EP 1.5處理分別顯著降低42.53%和50.71%。EP 1.0處理的穗數、穗粒數、千粒重及產量均低于EP 1.5處理，但處理間各參數的差異均未達顯著水平。

表3 不同水分處理浚麥K8的產量及其構成要素

2.5 不同水分處理浚麥K8的耗水量及水分利用效率

從表4看出，隨著灌水量的增加浚麥K8的耗水量顯著增加，表現為EP 0.5

表4 不同水分處理浚麥K8的耗水量及水分利用效率

3 結論與討論

水分脅迫對作物生長的影響在微觀上表現為抑制細胞生長，在宏觀上表現為降低植株生長速率和葉片生長速率[14]。研究表明，不同生育時期的水分脅迫均會影響或抑制冬小麥莖稈的生長，降低綠葉面積，影響冠層發育[15]。另外，水分虧缺會影響植株對氮素的吸收，降低營養器官氮素含量，進而影響植株的正常生理功能[14]。本研究通過探究不同水分處理對浚麥K8生長及生理特性的影響表明，拔節期和灌漿期水分虧缺顯著影響植株的生長發育和生理特性，表現為 EP 0.5(供水為蒸發皿蒸散量的50%)處理的葉面積、離體失水率和光合速率顯著降低。與正常供水EP 1.0(供水為蒸發皿蒸散量的100%)處理相比，拔節期增加灌溉量EP 1.5處理(供水為蒸發皿蒸散量的150%)提高了浚麥K8單株葉面積和光合速率，但在灌漿期EP 1.5處理的葉面積、葉片相對含水量、離體失水率及光合速率與EP 1.0處理相比并未顯著增加，表明在灌漿期過量灌溉對浚麥K8的生長及生理特性的改善無益。相對于灌漿期，拔節期浚麥K8對水分更為敏感。祁有玲等[14]對冬小麥的研究也表明，冬小麥對水分虧缺的敏感期為拔節期，其次為開花期和灌漿期。因此，在冬小麥的拔節期保證充足的水分供應，而在灌漿期適當降低灌溉量更有利于冬小麥的生長及節水。

本研究中，EP 0.5處理浚麥K8的產量顯著降低，主要是因為在拔節期和灌漿期進行虧缺灌溉，浚麥K8葉面積和葉片相對含水量顯著降低，植株的生長受到抑制，引起植株早衰，光合速率下降幅度較大，顯著影響干物質的積累及轉運。以更少的水分消耗獲得相似的產量或者消耗相同的水分獲得更高的產量是提高水分利用效率的有效途徑。干旱能夠提高作物的水分利用效率[16]，但也有與之相悖的結論[17]，這主要與水分虧缺的程度、時間等因素有關[16]。本研究中，與EP 1.0處理相比，虧缺灌溉(EP 0.5處理)和過量灌溉(EP 1.5處理)均顯著降低水分利用效率。EP 0.5處理雖然顯著降低了耗水量，但其產量也顯著降低。與EP 1.0處理相比，EP1.5處理并未顯著增加產量，但其耗水量顯著增加，故其水分利用效率也降低。因此，拔節期及灌漿期虧缺灌溉及過量灌溉均不利于水分利用效率的提高。在生產實踐中，要根據浚麥K8對不同生育時期水分脅迫的響應進行水分調度，否則會造成適得其反的效果。