微噴灌水肥一體化對冬小麥生育后期葉片生理特性及產量的影響

董浩，史桂芳，牟小翎，于淑慧，朱國梁，譚德水

（1.泰安市農業科學研究院，山東泰安 271000；2.山東省農業科學院農業資源與環境研究所，山東 濟南 250100）

黃淮海麥區是我國冬小麥的重要產區［1］，水資源缺乏是限制該地區小麥生產可持續發展的主要因素［2］。傳統小麥大田生產多采用畦作及大水漫灌的栽培方式，難以精確控制其灌水量，不僅灌水多、水分利用效率低［3］，還會導致土壤板結和土壤結構的破壞［4］。近年來，如何提高灌溉水的利用效率成為當前節水農業的研究熱點。微噴灌技術是在噴灌和滴灌技術基礎上所形成的一種新的灌溉方式［5］，相較于傳統灌溉方式節水 50% ～60%［6］，水分利用效率較漫灌提高26.9%［7-9］。將微灌和施肥結合形成的微噴水肥一體化技術［10，11］，可以使葉片和根系共同吸收肥液養分，還能在減少灌水量的同時提高水肥利用率，其水資源耗損率比傳統渠灌減少15%～20%［12］。水肥一體化微噴灌技術在果樹、蔬菜等經濟作物上已經得到普遍應用［13，14］，但在小麥大田生產中的應用還很少。本研究通過微噴灌水肥一體化方式，研究其對冬小麥生育后期葉片生理特性及產量的影響效應，探索微噴灌水肥一體化在大田小麥生產中的作用特點，為黃淮海地區小麥節水高產栽培提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗點概況

試驗于2016—2017和2017—2018年度冬小麥生長季在山東省泰安市岱岳區馬莊鎮大寺村（北緯 36°10′，東經 117°09′）進行。試驗點屬于溫帶濕潤大陸性氣候，平均年光照2 620 h，年平均氣溫12.80℃，全年平均≥0℃積溫4 731℃，≥10℃積溫4 213℃。試驗點地下水位7～9 m。土壤質地為壤土，播前0～40 cm土層基礎地力與容重數據見表1。

1.2 試驗設計

選用濟麥22為供試冬小麥品種。試驗設漫灌-對照（CI-CK）、漫灌 -常量肥（CI-OPT）、微噴灌-常量肥（MI-OPT）、微噴灌-常量肥2（MI-OPT2）、微噴灌 -減量肥（MI-80%OPT）5個處理，其具體施肥量及施肥方式見表2。漫灌處理在冬前和返青拔節期各澆水1次，每次灌水量60 mm；微噴灌處理在冬前采用漫灌方式澆水60 mm，其它生育時期采用水肥一體化微噴灌方式，即MI-OPT處理返青拔節期灌水1次，MIOPT2、MI-80%OPT處理返青拔節期、抽穗期、灌漿中期各灌水1次，每次灌水量30 mm。

表1 試驗地0～20、20～40 cm土層基礎地力與容重

2016—2017 0 ～20 1.33 14.67 1.26 91.26 34.12 134.57

20～40 1.35 13.45 0.89 45.36 8.47 98.69 2017—2018 0～20 1.33 15.61 1.31 87.49 38.36 126.47

20～40 1.34 14.05 0.93 44.62 8.54 90.14

表2 試驗處理設計

隨機區組設計，重復3次。小區面積＝長（20 m）×畦寬（2.1 m）×畦數（3）＝126 m2。每畦等行距種植小麥9行。微噴灌處理在第4行和第5行之間沿小麥種植方向鋪設一條微噴帶，進水端安裝水表和閥門，根據試驗設計的灌水量實施灌溉。底肥和漫灌處理追肥采用撒施，其它處理追肥采用水肥一體化施入。其它管理措施同高產小麥田。2016—2017和2017—2018年度生長季月降水量及累積降水量如圖1所示。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 不同葉位葉綠素含量和葉面積測定 葉綠素含量測定參照趙世杰等［15］的方法，使用日本島津公司產UV-2450型雙通道紫外-可見分光光度計比色。每處理隨機選取50株，分旗葉、倒二葉、倒三葉分別測量葉面積，孕穗期、開花期和花后每10 d各測定1次。葉面積＝葉長×葉寬 ×0.83［16］。

圖1 2016—2017和2017—2018年度生長季月降水量及累積降水量

1.3.2 農田耗水量及水分利用效率測定 在冬小麥播種和收獲時，采用CNC503B型智能中子儀測定，每20 cm土層為1個層次，測深為1.0 m。采用農田水量平衡方程計算農田耗水量（ET）［17］，ET＝SWD＋P＋I-D＋Wg-R。式中，SWD為生育期土壤水分變化量；P為降水量；I為灌溉量；D為灌溉后土壤水向下層流動量；Wg為深層地下水利用量；R為地表徑流。本試驗地下水位超過5 m，且無地表徑流，Wg、D和 R均忽略。水分利用效率＝經濟產量／全生育期農田耗水量。

1.3.3 籽粒產量測定 成熟期每小區收獲6.3 m2，籽粒曬干后計產，折算出公頃產量。

1.4 數據處理

試驗采用Microsoft Excel 2016進行數據處理，SPSS 16.0軟件進行處理間差異顯著性分析（鄧肯氏新復極差法，P＜0.05），用 SigmaPlot 11.5做圖。

2 結果與分析

2.1 不同處理對冬小麥不同葉位葉面積的影響

由圖2可以看出，小麥生育后期不同處理的葉面積變化趨勢一致，均可分為緩慢下降和快速下降階段：旗葉和倒二葉的葉面積在花后-10 d～20 d為緩慢下降階段，隨后快速下降；倒三葉的葉面積在花后-10 d～10 d為緩慢下降，花后10 d后快速下降。CI-CK、CI-OPT、MI-OPT、MI-OPT2、MI-80%OPT處理小麥生育后期旗葉葉面積的平均值分別為11.89、13.43、14.11、14.50、14.24 cm2，MI-OPT2處理葉面積最大，MI-OPT2、MI-80%OPT、MI-OPT分別比CI-OPT處理增加7.97%、6.03%、5.06%；5個處理倒二葉葉面積的平均值分別為14.03、14.96、15.37、15.41、15.28 cm2；倒三葉葉面積的平均值分別為 9.40、10.92、11.88、12.49、11.98 cm2。可見，小麥生育后期不同葉位葉面積均為微噴灌處理的大于漫灌處理。

漫灌、微噴灌兩種灌溉方式小麥生育后期旗葉葉面積的平均值分別為12.87、13.89 cm2，微噴灌處理比漫灌處理增加7.93%；倒二葉葉面積的平均值分別為14.64、15.44 cm2，微噴灌處理比漫灌增加5.46%；倒三葉葉面積的平均值分別為10.68、12.11 cm2，微噴灌處理比漫灌增加15.27%。

圖2 小麥生育后期不同葉位的葉面積

2.2 不同處理對冬小麥不同葉位葉綠素含量的影響

由圖3可以看出，冬小麥旗葉和倒二葉在花后0～18 d之前葉綠素含量變化不明顯，18 d后迅速下降；倒三葉葉綠素含量快速下降的時間要早于旗葉和倒二葉，而且不同處理的葉綠素含量呈現不同的特點。CI-CK、CI-OPT、MI-OPT、MI-OPT2、MI-80%OPT處理花后旗葉葉綠素含量的平均值分別為 3.37、3.61、3.68、3.90、3.71 mg／gFW，MI-OPT、MI-OPT2、MI-80%OPT處理分別比CI-OPT處理增加1.94%、8.03%、2.77%；倒二葉葉綠素含量的平均值分別為2.92、3.28、3.31、3.45、3.37 mg／gFW；倒三葉葉綠素含量的平均值分別為1.92、2.32、2.71、2.76、2.73 mg／gFW。

漫灌、微噴灌兩種灌溉方式小麥花后旗葉葉綠素含量的平均值分別為3.54、3.68 mg／gFW，微噴灌比漫灌處理增加3.95%；倒二葉葉綠素含量的平均值分別為3.19、3.29 mg／gFW；倒三葉葉綠素含量的平均值分別為2.19、2.57 mg／gFW，微噴灌比漫灌處理增加17.35%。

圖3 小麥生育后期不同葉位葉片的葉綠素含量

2.3 不同處理對冬小麥產量和水分利用效率的影響

2016—2017 年度小麥籽粒產量以MI-OPT2處理最高，CI-CK處理最低，MI-OPT、MIOPT2、MI-80%OPT處理之間差異不顯著且均高于CI-OPT處理，分別比CI-OPT增加2.72%、4.71%、2.95%。總耗水量表現為 MI＜CI，平均降低45.99 mm，MI處理比 CI-OPT處理減少34.35～60.04 mm。水分利用效率 MI處理比CI-OPT處理提高14.28%～20.31%，平均比CI處理增加18.45%。

表3 不同處理的小麥產量和水分利用效率

2017—2018 年度結果與2016—2017年度相似，籽粒產量以MI-OPT處理最高，MI-OPT、MI-OPT2、MI-80%OPT處理之間差異顯著且均高于CI-CK、CI-OPT處理。總耗水量表現為MI＜CI，MI處理比 CI-OPT處理減少42.17～57.17mm。水分利用效率MI處理比CI-OPT處理提高11.73% ～19.12%；平均比 CI處理增加16.07%。

3 討論與結論

葉片是小麥生育后期冠層的主要構成者，成熟時籽粒干物質的90%來自葉片光合碳同化物的供應，旗葉的供應占到其中的30%［18］。因此保持葉片的綠葉面積，延緩葉片中葉綠素的降解速度，改善葉片的光合能力、維持較長的光合持續期對提高籽粒產量具有重要作用。有研究表明，增加灌溉次數或推遲灌溉時期能夠增加旗葉葉綠素含量、延緩葉片衰老［19，20］。高鵬等［21］的研究也表明微噴水肥一體化可以防止冬小麥葉綠素含量減少、提高農作物的光合速率。本研究結果表明，灌溉模式顯著影響小麥生育后期不同葉位葉片的生理特性：隨著灌水次數的增加和灌水時期的推遲，不同葉位葉片綠葉面積和葉綠素含量下降速度變慢，灌溉有助于延緩小麥生育后期旗葉的衰老。在同一肥料供應水平下，微噴灌水肥一體化模式具有更高的綠葉面積，對于不同葉位葉綠素的降解速度也有延緩作用，特別是對下部葉片的作用效果更顯著；在肥料總量減少20%條件下，微噴灌水肥一體化仍然具有較高的綠葉面積和葉綠素含量，更有利于干物質的積累和籽粒產量的提高。

前人研究發現，水肥一體化可提高籽粒產量和氮肥利用效率，滴灌水肥一體化籽粒產量較常規對照提高21.13%，在合理滴灌施肥配比下可節水 51.85%、節氮 23.47%［22，23］。徐學欣等［24］研究發現，采用小麥微噴補灌比全生育期灌兩水的畦灌處理減少灌水量 33.2～70.8 mm，節水21.0%～54.2%。本試驗中，微噴灌水肥一體化比傳統的畦播漫灌模式小麥籽粒產量增加2.72%～4.71%，生育期間的總耗水量減少 34.35～60.04 mm，水分利用效率提高11.73%～20.31%；在肥料總量減少20%條件下，采用三次噴灌的微噴灌水肥一體化處理的小麥產量仍然高于傳統漫灌處理，水分利用效率顯著提高。可見，微噴灌水肥一體化是一種適合大田小麥應用的節水高產灌溉栽培技術。