拔節(jié)后補(bǔ)灌對(duì)不同穗型冬小麥耗水和籽粒產(chǎn)量的影響

劉帥康，林 祥，谷淑波，胡鑫慧，雷柯頤，王 森，王 雪，王 東

(山東農(nóng)業(yè)大學(xué)/作物生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/農(nóng)業(yè)部作物生理生態(tài)與耕作重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東泰安 271018)

黃淮海地區(qū)是我國(guó)小麥主產(chǎn)區(qū)，小麥總產(chǎn)約占全國(guó)的70%左右，對(duì)保障國(guó)家糧食安全有極其重要的作用[1]。該區(qū)年平均降水量約600 mm，小麥-玉米一年兩熟種植周年需水約虧缺30%，其中小麥生長(zhǎng)季降水量?jī)H為110～180 mm，只能滿足小麥需水量的25%～40%，因而補(bǔ)灌是該地區(qū)小麥實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)的重要技術(shù)途徑[2-4]。然而該地區(qū)人均水資源占有量?jī)H為全國(guó)的15%，約80%以上的地表徑流和地下水資源被用于農(nóng)田灌溉，水資源日益短缺[5-6]。如何在保持原有高產(chǎn)水平或持續(xù)增產(chǎn)的基礎(chǔ)上，提高水分利用效率，減少灌溉水投入，保護(hù)水資源，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展是該地區(qū)亟待解決的技術(shù)難題。

有研究認(rèn)為，小麥生長(zhǎng)季需灌溉2～4次才能滿足其水分需要[7-8]。由于年際間小麥季降水量及其時(shí)間分布存在較大差異，各年度適宜灌水次數(shù)和灌水量亦不同[9-10]，采用傳統(tǒng)定額灌溉的辦法難以實(shí)現(xiàn)補(bǔ)灌水量與自然供水量之間的精準(zhǔn)匹配，制約產(chǎn)量和水分利用效率的提高[11]。為解決定額灌溉試驗(yàn)存在的局限性，有研究者提出，依據(jù)各關(guān)鍵生育時(shí)期土壤相對(duì)含水率確定補(bǔ)灌水量的辦法[12]，在小麥播種期、拔節(jié)期和開花期將0～140 cm土層土壤相對(duì)含水率分別補(bǔ)灌至80%、70%和70%田間持水率時(shí)，籽粒產(chǎn)量、灌溉水利用效率和灌溉效益均較高[13]。在擬濕潤(rùn)層深度為0～40 cm的條件下，拔節(jié)期和開花期補(bǔ)灌目標(biāo)以70%田間持水率最優(yōu)[14]。當(dāng)擬濕潤(rùn)層深度為0～20 cm時(shí)，拔節(jié)期和開花期補(bǔ)灌目標(biāo)均以100%田間持水率最優(yōu)[15-16]。由此可以看出，以土壤相對(duì)含水率為標(biāo)準(zhǔn)確定補(bǔ)灌水量時(shí)，擬濕潤(rùn)層深度不同，適宜的補(bǔ)灌水目標(biāo)亦有較大差異。此外，小麥各關(guān)鍵生育時(shí)期的土壤相對(duì)含水率只能反映當(dāng)時(shí)的土壤供水能力，之后降水量的多少對(duì)前期補(bǔ)灌調(diào)控效果的影響及不同品種適宜的補(bǔ)灌方案是否存在差異尚需進(jìn)一步探討。

本試驗(yàn)在前期研究的基礎(chǔ)上，選用穗型不同的小麥品種，結(jié)合開花至成熟階段的降水條件，研究拔節(jié)后不同補(bǔ)灌方案對(duì)小麥耗水、產(chǎn)量及水分利用效率的調(diào)節(jié)效應(yīng)及其生理基礎(chǔ)，以期為黃淮海地區(qū)小麥節(jié)水高產(chǎn)栽培提供理論和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1. 1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2017-2019年在山東省泰安市道朗鎮(zhèn)玄莊村(E116°54′，N36°12′)大田進(jìn)行，該地區(qū)屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年均氣溫為13.0～ 13.6 ℃，年均降雨量為621.2～688 mm，地下水位為15～25 m。土壤類型為壤土，試驗(yàn)地前茬作物為玉米。兩年度小麥季各生育階段自然降水量如表1所示，播種前0～20 cm土層土壤養(yǎng)分狀況如表2所示，試驗(yàn)田0～200 cm各土層土壤容重、田間持水率及播種前土壤相對(duì)含水率見(jiàn)表3。

表1 小麥各生育階段降水量

表2 試驗(yàn)田播種前 0～20 cm 土層土壤養(yǎng)分含量

表3 試驗(yàn)田0～200 cm各土層土壤容重，田間持水率及播種前土壤相對(duì)含水率

供試材料為小麥大穗型品種山農(nóng)23和中多穗型品種山農(nóng)29，設(shè)置四個(gè)水分處理，分別為拔節(jié)后無(wú)灌水(T1)、拔節(jié)期以0～20 cm土層相對(duì)含水率達(dá)100%田間持水率為目標(biāo)進(jìn)行補(bǔ)灌(T2)、拔節(jié)期和開花期均以0～20 cm土層相對(duì)含水率達(dá)100%田間持水率為目標(biāo)進(jìn)行補(bǔ)灌(T3)和拔節(jié)期以0～40 cm土層相對(duì)含水率達(dá)100%田間持水率為目標(biāo)進(jìn)行補(bǔ)灌(T4)。各處理灌水量根據(jù)灌水定額公式計(jì)算：

Is=10ρH(FC-θ)

式中,Is為灌水量(mm)；ρ為擬濕潤(rùn)層土壤平均容重(g·cm-3)；H為擬濕潤(rùn)層深度(cm)；FC為擬濕潤(rùn)層土壤最大持水率(%)；θ為灌水前擬濕潤(rùn)層土壤質(zhì)量含水率(%)。

各處理拔節(jié)期之前的水分管理一致，采用按需補(bǔ)灌方法[17]確定播種期和冬前期是否需要補(bǔ)灌以及所需補(bǔ)灌水量。具體方法如下：

(1)播種期測(cè)定0～20 cm土層土壤體積含水率θv(%)、相對(duì)含水率θr(%)和0～100 cm土層土壤貯水量Ss(mm)。

(2)確定播種期需補(bǔ)灌水量Is：當(dāng)θr>70%且Ss>317 mm時(shí)，無(wú)需補(bǔ)灌；當(dāng)θr>70%且Ss≤317 mm時(shí)，按公式“Is=317-Ss”計(jì)算需補(bǔ)灌水量。當(dāng)θr≤70%時(shí)，按公式“Is=2×(FC20-θv)”計(jì)算需補(bǔ)灌水量。式中，F(xiàn)C20為0～20 cm土層土壤田間持水率(%)。

(3)計(jì)算播種至冬前期主要供水量Wsw(mm)：Wsw=Ss+Psw+Is，Psw為播種至冬前期有效降水量(mm)。

(4)確定冬前期需補(bǔ)灌水量Iw(mm)：當(dāng)Wsw≥326.8 mm時(shí)，無(wú)需補(bǔ)灌；當(dāng)Wsw<326.8 mm時(shí)，按公式“Iw=326.8-Wsw”計(jì)算需補(bǔ)灌水量。

采用小麥專用微噴帶灌溉，用水表計(jì)量灌水量。不同處理各生育時(shí)期補(bǔ)灌水量見(jiàn)表4。

表4 不同處理各生育時(shí)期的補(bǔ)灌水量

每處理三次重復(fù)，小區(qū)面積為56 m2(2 m×23 m)，小區(qū)間設(shè)1 m保護(hù)行以消除水分滲漏影響。播前每公頃底施復(fù)合肥900 kg，折合純氮135 kg·hm-2、P2O5135 kg·hm-2和K2O 135 kg·hm-2；三葉期定苗，山農(nóng)23留苗密度為 300×104株·hm-2，山農(nóng)29留苗密度為180×104株·hm-2。所有處理拔節(jié)期每公頃追施純氮75 kg，用尿素作氮肥。第一年度試驗(yàn)于2017年10月18日播種，2018年6月7日收獲。第二年度試驗(yàn)于2018年10月8日播種，2019年6月12日收獲。其他管理措施同一般高產(chǎn)田。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.2.1 土壤含水率的測(cè)定

于小麥播種前、冬前期、拔節(jié)期、開花期、成熟期，以及每次灌水前1 d和灌水后3 d用土鉆取 0～200 cm土層的土樣，每20 cm為一層裝入鋁盒密封，稱鮮重后置于烘箱中，110 ℃烘 12～24 h至恒重，稱干土重，計(jì)算土壤質(zhì)量含水率。土壤相對(duì)含水率=土壤質(zhì)量含水率/田間持水率×100%。

1.2.2 農(nóng)田耗水量及土壤總供水表觀消耗量的計(jì)算

參照Chattaraj[18]的方法計(jì)算農(nóng)田耗水量。

ETc=ΔW+I+Pr+K

式中ETc為農(nóng)田耗水量(mm)；ΔW為階段初與階段末0～200 cm土層土壤貯水量的差值；Pr為降水量(mm)；I為補(bǔ)灌水量(mm)；K為地下水補(bǔ)給量(mm)，該地區(qū)地下水埋深在15 m以下,因此不考慮地下水補(bǔ)給影響。

土壤總供水表觀消耗量計(jì)算公式：

S=10 ×Dh×γbd×(θ1-θ2)

式中S為土壤總供水表觀消耗量(mm)；Dh土層深度(cm)；γbd為土壤容重；θ1和θ2分別為階段初和階段末土壤質(zhì)量含水率(%)。計(jì)算拔節(jié)期至開花期土壤總供水表觀消耗量時(shí)，θ1和θ2分別為拔節(jié)期補(bǔ)灌后3 d至開花期補(bǔ)灌前各土層土壤總供水消耗量。計(jì)算開花期至成熟期土壤總供水表觀消耗量時(shí)，θ1和θ2分別為開花期補(bǔ)灌后 3 d至成熟期各土層土壤總供水消耗量。

1.2.3 旗葉凈光合速率測(cè)定

旗葉凈光合速率用 Li-6400 便攜式光合儀(LI-COR Inc. 美國(guó))測(cè)定系統(tǒng)測(cè)定。于花后0 d、10 d、20 d和30 d晴日上午9:30-11:30，在人工紅藍(lán)光源(光照強(qiáng)度1 200 μmol·m-2·s-1)下測(cè)定旗葉凈光合速率。各試驗(yàn)小區(qū)隨機(jī)選取5 片旗葉測(cè)定。

1.2.4 籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成因素測(cè)定

成熟期在各試驗(yàn)小區(qū)內(nèi)隨機(jī)取1 m2，調(diào)查單位面積穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重，另外隨機(jī)選取2 m2全部收獲脫粒，自然風(fēng)干至籽粒含水率 12.5%左右時(shí)稱重，再折算為公頃產(chǎn)量。

1.3 數(shù)據(jù)分析與處理

使用Excel 2010處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用IBM SPSS Statistics 21對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析和顯著性檢驗(yàn)，并采用Sigmaplot 12.5 繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 補(bǔ)灌對(duì)麥田土壤相對(duì)含水率的影響

2.1.1 拔節(jié)期補(bǔ)灌后土壤相對(duì)含水率的變化

2017-2018年度，拔節(jié)期補(bǔ)灌3 d后，兩品種的T2和T3處理0～60 cm土層土壤相對(duì)含水率均顯著高于T1處理，T4處理0～80 cm土層土壤相對(duì)含水率均顯著高于T2和T3處理。2018-2019年度，拔節(jié)期補(bǔ)灌3 d后，兩品種的T2和T3處理0～60 cm土層土壤相對(duì)含水率也均顯著高于T1處理，T4處理0～100 cm土層土壤相對(duì)含水率均顯著高于T2和T3處理(圖1)。這說(shuō)明拔節(jié)期以0～20 cm和0～40 cm土層為目標(biāo)濕潤(rùn)層的補(bǔ)灌均可分別改善0～60 cm和0～100 cm土層土壤水分狀況，但對(duì)100～200 cm土層土壤水分無(wú)顯著影響。

2.1.2 開花期補(bǔ)灌后土壤相對(duì)含水率的變化

2017-2018年度，開花期補(bǔ)灌3 d后，兩品種的T2處理20～80 cm土層土壤相對(duì)含水率均顯著高于T1處理，T3和T4處理0～100 cm土層土壤相對(duì)含水率均顯著高于T1處理；T3處理0～40 cm土層土壤相對(duì)含水率顯著高于T2和T4處理，60～100 cm土層土壤相對(duì)含水率顯著低于T4處理；T2處理0～100 cm土層土壤相對(duì)含水率顯著低于T4處理(圖1)。2018-2019年度，開花期補(bǔ)灌3 d后,兩品種的T2處理0～60 cm土層土壤相對(duì)含水率均顯著高于T1處理，T3和T4處理0～80 cm土層土壤相對(duì)含水率均顯著高于T1處理；T3處理0～60 cm土層土壤相對(duì)含水率顯著高于T2處理，0～40 cm土層土壤相對(duì)含水率顯著高于T4處理；T2處理40～80 cm土層相對(duì)含水率均顯著低于T4處理。上述結(jié)果說(shuō)明，拔節(jié)期和開花期均以0～20 cm土層為目標(biāo)濕潤(rùn)層的補(bǔ)灌可顯著改善開花期0～40 cm土層土壤水分條件，僅于拔節(jié)期以0～40 cm土層為目標(biāo)濕潤(rùn)層的補(bǔ)灌可使60～100 cm土層土壤含水率在開花期仍保持較高水平。

2.1.3 補(bǔ)灌后成熟期土壤相對(duì)含水率的變化

2017-2018年度，兩品種成熟期各處理 0～160 cm土層土壤相對(duì)含水率總體上隨全生育期總灌水量的增加而上升；與T1處理相比，T2處理20～80 cm土層土壤相對(duì)含水率及T3與T4處理0～200 cm多數(shù)土層土壤相對(duì)含水率均顯著升高；與T2處理相比，T3處理0～40 cm土層土壤相對(duì)含水率和T4處理0～60 cm土層土壤相對(duì)含水率均顯著升高；T4與T3處理相比，各土層土壤相對(duì)含水率無(wú)顯著差異(圖1)。2018-2019年度兩品種各處理成熟期土壤相對(duì)含水率變化規(guī)律與2017-2018年度基本一致，只是不同處理間0～100 cm土層土壤相對(duì)含水率的差異相對(duì)較小，多數(shù)未達(dá)顯著水平。上述結(jié)果說(shuō)明在拔節(jié)至開花期和開花至成熟期降水均較多的年份，拔節(jié)期+開花期補(bǔ)灌或僅于拔節(jié)期補(bǔ)灌均不同程度提高了小麥成熟期0～160 cm土壤相對(duì)含水率；相反在拔節(jié)后降水較少的年份，不同灌水處理間在小麥成熟期各土層土壤相對(duì)含水率差異較小，這與小麥對(duì)灌溉水和土壤貯水消耗較多有關(guān)。

J、A、M分別為拔節(jié)期、開花期和成熟期。SN23：山農(nóng)23；SN29：山農(nóng)29。

2.2 補(bǔ)灌對(duì)小麥耗水特性的影響

2.2.1 小麥不同生育階段耗水量的變化

2017-2018年度兩個(gè)品種階段耗水規(guī)律一致。拔節(jié)至開花期，T2和T4處理階段耗水量較T1處理分別增加21.6%～31.9%和56.3%～60.4%；開花至成熟期，T2、T3和T4處理階段耗水量較T1處理分別增加7.0%～7.6%、14.2%～14.5%和16.0%～18.4%(表5)。2018-2019年度，拔節(jié)至開花期，兩個(gè)品種的T2和T4處理階段耗水量較T1處理分別增加24.8%～28.8%和60.5%～76.1%；開花至成熟期，T2、T3和T4處理階段耗水量較T1處理分別增加21.2%～29.2%、 53.1%～53.4%和30.2%～35.1%。由此可以看出，拔節(jié)期以0～40 cm土層為目標(biāo)濕潤(rùn)層的補(bǔ)灌與拔節(jié)和開花期均以0～20 cm土層為目標(biāo)濕潤(rùn)層的補(bǔ)灌相比，拔節(jié)至開花期階段耗水量較高，在開花至成熟期降水較多的年份，二者的開花至成熟期階段耗水量無(wú)顯著差異，前者全生育期總耗水量較高；在開花至成熟期降水較少的年份，前者開花至成熟期階段耗水量顯著降低，二者全生育期總耗水量無(wú)顯著差異。

表5 小麥不同生育階段耗水量

2.2.2 小麥不同生育階段耗水的來(lái)源差異

2017-2018年度，兩品種的T3處理全生育期灌水量均顯著高于T2處理，低于T4處理，土壤水消耗量均顯著低于T2和T4處理。2018-2019年度，T3處理全生育期灌水量與T4處理無(wú)顯著差異，但顯著高于T2處理，土壤水消耗量與T4處理無(wú)顯著差異，但顯著低于T2處理(表6)。兩年度兩品種的T3處理土壤水消耗量在拔節(jié)至開花期均顯著高于T4處理，在開花至成熟期均顯著低于T4處理。上述結(jié)果說(shuō)明拔節(jié)期以0～40 cm土層為目標(biāo)濕潤(rùn)層的補(bǔ)灌與拔節(jié)期和開花期均以0～20 cm土層為目標(biāo)濕潤(rùn)層的補(bǔ)灌相比，顯著降低了拔節(jié)至開花期土壤水消耗量，增加了開花至成熟期土壤水消耗量。

2.2.3 小麥不同生育階段0～200 cm土層土壤總供水表觀消耗量變化

2017-2018年度，拔節(jié)至開花期山農(nóng)23的T4處理0～80 cm土層土壤總供水(含播種期土壤貯水和階段前降水與灌溉水)表觀消耗量均顯著高于T2和T3處理；山農(nóng)29的T4處理20～80 cm土層土壤總供水表觀消耗量均顯著高于T2和T3處理；開花至成熟期兩品種的T3處理 0～40 cm土層土壤總供水表觀消耗量均顯著高于T2和T4處理，60～200 cm多數(shù)土層土壤總供水表觀消耗量均顯著低于T2和T4處理(表7)。2018-2019年度規(guī)律與上一年度基本一致。上述結(jié)果說(shuō)明拔節(jié)期以0～40 cm土層為目標(biāo)濕潤(rùn)層的補(bǔ)灌與拔節(jié)期和開花期均以0～20 cm土層為目標(biāo)濕潤(rùn)層的補(bǔ)灌相比，增加了拔節(jié)至開花期土壤水分，提高了該階段小麥對(duì)上層土壤總供水的表觀消耗量及開花至成熟階段對(duì)深層土壤總供水的表觀消耗量，但顯著降低了小麥在開花至成熟階段對(duì)上層土壤總供水的表觀消耗量。

2.3 補(bǔ)灌對(duì)小麥開花后旗葉凈光合速率的影響

2017-2018年度，山農(nóng)23的T4處理開花后旗葉凈光合速率與T3處理無(wú)顯著差異，但在花后10～30 d顯著高于T2處理；山農(nóng)29的T4處理開花后旗葉凈光合速率顯著高于T2處理，但在花后10～30 d與T3處理無(wú)顯著差異(圖2)。2018-2019年度，兩品種在開花后0 d均以T4處理最高，開花10 d后均以T3處理最高，T4處理次之。上述結(jié)果說(shuō)明拔節(jié)期以0～40 cm土層為目標(biāo)濕潤(rùn)層的補(bǔ)灌與拔節(jié)期和開花期均以0～20 cm土層為目標(biāo)濕潤(rùn)層的補(bǔ)灌相比，在開花至成熟期降水較多的年份，二者開花后旗葉光合同化能力無(wú)顯著差異；在開花至成熟期降水較少的年份，前者開花后旗葉光合同化能力顯著降低。

圖柱上不同字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。

2.4 不同處理對(duì)產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

2017-2018年度，與T3處理相比，山農(nóng)23的T4處理穗數(shù)和穗粒數(shù)均顯著增加，千粒重和水分利用效率均顯著降低，籽粒產(chǎn)量無(wú)顯著差異；T2處理的穗數(shù)、穗粒數(shù)和水分利用效率均無(wú)顯著差異，千粒重和籽粒產(chǎn)量均顯著降低(表8)。與T3處理相比，山農(nóng)29的T4處理穗數(shù)顯著增加，千粒重和水分利用效率均顯著降低，穗粒數(shù)和籽粒產(chǎn)量均無(wú)顯著差異；T2處理的穗數(shù)、穗粒數(shù)和水分利用效率均無(wú)顯著差異，千粒重和籽粒產(chǎn)量均顯著降低。2018-2019年度，兩個(gè)品種的T4處理產(chǎn)量構(gòu)成因素及水分利用效率相對(duì)于T3處理的變化規(guī)律與2017-2018年度基本一致，但兩個(gè)品種的T4處理籽粒產(chǎn)量均顯著低于T3處理，T2處理的千粒重和籽粒產(chǎn)量與T3處理相比均顯著降低，穗數(shù)、穗粒數(shù)和水分利用效率與T3處理均無(wú)顯著差異。上述結(jié)果說(shuō)明拔節(jié)期補(bǔ)灌增加擬濕潤(rùn)層深度有利于提高成穗數(shù)；拔節(jié)期以0～40 cm土層為目標(biāo)濕潤(rùn)層補(bǔ)灌的籽粒產(chǎn)量，在開花至成熟期降水較多的年份，與拔節(jié)期和開花期均以0～20 cm土層為目標(biāo)濕潤(rùn)層的補(bǔ)灌相比無(wú)顯著差異，水分利用效率顯著降低；在開花至成熟期降水較少的年份，前者的籽粒產(chǎn)量和水分利用效率較后者均顯著降低。

表8 不同處理對(duì)小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素，籽粒產(chǎn)量及水分利用效率的影響

3 討 論

小麥生育期間的耗水與補(bǔ)灌次數(shù)和時(shí)期密切相關(guān)，返青至拔節(jié)期補(bǔ)灌可顯著提高小麥營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段的耗水量和干物質(zhì)積累量[19-20]。有研究認(rèn)為，小麥籽粒產(chǎn)量與出苗至越冬期和返青至拔節(jié)期的階段耗水量呈正相關(guān)，與拔節(jié)至開花期和開花至成熟期的階段耗水量呈負(fù)相關(guān)[21]，在有限供水條件下，保證小麥返青至抽穗階段的耗水可以最大程度地減少產(chǎn)量損失，灌漿階段水分虧缺對(duì)產(chǎn)量的影響相對(duì)較小[22]。然而，也有研究認(rèn)為，小麥在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段的耗水需求有限，在該階段過(guò)多的灌溉會(huì)導(dǎo)致水資源浪費(fèi)；減少拔節(jié)至開花階段耗水量，增加開花至成熟階段耗水量，可獲得較高的籽粒產(chǎn)量和水分利用效率[23-24]。對(duì)本試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行相關(guān)分析，小麥拔節(jié)至開花期耗水量與籽粒產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)，開花至成熟期耗水量與籽粒產(chǎn)量無(wú)顯著相關(guān)，與WUE呈顯著負(fù)相關(guān)，這與前人研究結(jié)果均有不同。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，與拔節(jié)和開花期將0～20 cm土層作為濕潤(rùn)層的補(bǔ)灌處理相比，拔節(jié)期將0～40 cm土層作為濕潤(rùn)層的補(bǔ)灌處理顯著提高了小麥拔節(jié)至開花期階段耗水量，增加了穗數(shù)；在開花至成熟期降水較多(121.2 mm)的年份，兩處理間開花至成熟期的階段耗水量和籽粒產(chǎn)量無(wú)顯著差異，但后者全生育期總耗水量顯著增加，水分利用效率顯著降低；在開花至成熟期降水較少(45.2 mm)的年份，后者開花至成熟期的階段耗水量和籽粒產(chǎn)量均顯著降低，兩處理間全生育期總耗水量無(wú)顯著差異，水分利用效率顯著降低。上述結(jié)果說(shuō)明小麥各生育階段的耗水量及其與產(chǎn)量和水分利用效率的關(guān)系受階段降水量的影響，在開花至成熟期降水較少的條件下，即使增加拔節(jié)期補(bǔ)灌水量，提高小麥拔節(jié)至開花期耗水量，也會(huì)導(dǎo)致小麥開花至成熟期耗水量過(guò)低，顯著降低籽粒產(chǎn)量和水分利用效率。

小麥水分消耗取決于土壤中有效水含量和根系分布，通常80%以上的根系分布在0～100 cm土層中[25-26]。但是上層土壤水分虧缺會(huì)促進(jìn)根系向深層土壤生長(zhǎng)，增加對(duì)深層土壤貯水的吸收利用，在一定程度上提高水分利用效率[27-28]。然而，土壤貯水生物有效性隨著土層深度的增加而降低，如果上部土層供水不足，作物過(guò)度依賴深層土壤貯水亦會(huì)導(dǎo)致水分利用效率降低[14,29]。本試驗(yàn)通過(guò)在拔節(jié)和開花期補(bǔ)灌，顯著提高了小麥拔節(jié)至開花和開花至成熟階段0～60 cm土層土壤供水量，兩年度均獲得了較高的籽粒產(chǎn)量和水分利用效率。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，在開花至成熟期降水較少的年份，開花期無(wú)灌水的處理即使增加拔節(jié)期補(bǔ)灌水量仍然提高了小麥在開花后對(duì)60 cm以下深層土壤總供水的表觀消耗量，由于開花后上部土層土壤水分虧缺，旗葉凈光合速率顯著降低，導(dǎo)致籽粒產(chǎn)量和水分利用效率均顯著降低。說(shuō)明小麥開花后保證上部土層一定的供水水平對(duì)提高小麥籽粒產(chǎn)量和水分利用效率有重要作用。

Wang[30]指出小麥適宜的補(bǔ)灌時(shí)期和補(bǔ)灌水量可依據(jù)播種時(shí)的土壤貯水量和小麥各生育階段的有效降水量確定。在小麥生長(zhǎng)季降水量為118.6～137.9 mm的條件下，小麥實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)和高水分利用效率的最佳灌水量約在144～180.3 mm之間[31]。有研究數(shù)據(jù)顯示，在小麥生長(zhǎng)季降水量少于130 mm的條件下，灌溉2至3水處理的籽粒產(chǎn)量最高，在降水量超過(guò)130 mm的條件下，一次灌溉即可獲得最高的籽粒產(chǎn)量[32]。本研究為了驗(yàn)證依據(jù)自然供水實(shí)施小麥補(bǔ)灌的技術(shù)在不同小麥品種上的適用性，選用了穗型存在明顯差異的兩類小麥品種開展試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)兩年度中兩品種適宜的補(bǔ)灌時(shí)間和補(bǔ)灌水量一致，在小麥全生育期降水量為111.6～220.2 mm、開花后降水量為45.2～121.2 mm的條件下，大穗型和中多穗型小麥品種均以在拔節(jié)期和開花期將0～20 cm土層補(bǔ)灌至100%田間持水率的補(bǔ)灌方案最優(yōu)，可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量和水分利用效率的協(xié)同提高。

4 結(jié) 論

小麥各生育階段的耗水量及其與產(chǎn)量和水分利用效率的關(guān)系受階段降水量的影響，在開花至成熟期降水較少的條件下，即使增加拔節(jié)期補(bǔ)灌水量，提高小麥拔節(jié)至開花期階段耗水量，也會(huì)導(dǎo)致小麥開花至成熟期階段耗水量過(guò)低，顯著降低籽粒產(chǎn)量和水分利用效率。小麥開花后保證上部土層土壤一定的供水水平對(duì)提高小麥籽粒產(chǎn)量和水分利用效率有重要作用。在小麥全生育期降水量為111.6～220.2 mm、開花后降水量為45.2～121.2 mm的條件下，大穗型和中多穗型小麥品種均以在拔節(jié)期和開花期將0～20 cm土層補(bǔ)灌至100%田間持水率的補(bǔ)灌方案最優(yōu)，可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量和水分利用效率的協(xié)同提高。