限水條件下不同類型冬小麥品種產量及光合特性的變化

安浩軍 李曉靜 翟曉玲 苑壯 鄭德超

摘要：為篩選抗旱品種，研究不同灌水處理對冬小麥SPAD值、光合特性、干物質積累、水分利用效率及籽粒產量的影響，于2020—2021年選用河北省6個冬小麥品種為材料，試驗設冬后W2（拔節水和灌漿水）、W1（拔節水）和W0（無灌溉）3個水分處理，測定不同冬小麥品種在各時期生理指性和光合參數，測定不同灌水條件下各要素與產量之間的變化規律。結果表明，各小麥品種葉片凈光合速率、蒸騰速率、SPAD值、穗數、穗粒數和千粒質量均隨著灌水次數的減少而降低；在不同限水條件下，中麥1062、盈億165、石新828的凈光合速率、蒸騰速率的降幅較小，其SPAD值隨著生育進程下降速度較緩，灌漿后期SPAD值依舊保持較高水平，保證了干物質的有效積累，減少灌水次數后，產量下降幅度較小，且產量與灌漿期SPAD值變化趨勢較為一致，兩者呈顯著正相關關系（P<0.05）。綜上所述：（1）限水條件下，中麥1062、盈億165、石新828旗葉SPAD值下降趨勢較緩，產量穩定性較好，在W1試驗條件下可實現節水高產的平衡，是較好的節水抗旱高產品種。（2）灌漿期小麥旗葉SPAD值的變化可以作為品種抗旱性的評價指標，灌漿期測定SPAD值可以作為節水抗旱小麥品種快速鑒定的輔助手段。

關鍵詞：限水灌溉；冬小麥；籽粒產量；SPAD值；光合速率；水分利用效率

中圖分類號：S512.1+10.1文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2023）10-0119-07

我國是農業大國，淡水資源相對匱乏，年農業用水總量超過全國用水總量的60%，河北省是冬小麥主產區，水分資源匱乏直接制約河北省農業可持續發展，小麥生長需水關鍵時期自然降雨量較少，使得水資源成為該地區小麥生產潛力增長的最主要限制因素之一［1-2］。小麥生長主要依賴地下水資源灌溉，而過量灌水、農業灌溉用水水分利用率低等現象造成水資源大量浪費，導致麥生產區地下水位逐年下降，并引發一系列生態環境問題。因此，節約農業用水、提高小麥生育期水資源利用率、發展高效節水農業已成為河北省冬小麥重要研究方向。

針對灌水對小麥生長發育的影響，有研究發現，隨著灌水量的增加，小麥產量隨之增加，但相對增產量的值是遞減的［3-4］。采取限水措施嚴重影響有效穗形成，拔節期水分脅迫使冬小麥莖稈伸長能力減弱，株高下降，開花期水分脅迫會縮短生育時期，導致小麥植株早衰、光合速率下降和灌漿期縮短，減少干物質積累，嚴重影響小麥千粒質量形成［5-6］，最終直接導致減產［7］。呂金印等研究發現，嚴重干旱脅迫下，小麥開花期、灌漿期旗葉的葉綠素含量、光合速率、蒸騰速率均會明顯降低［8］。因此，限水條件下，小麥葉片的葉綠素含量、灌漿期旗葉光合速率等因素直接影響小麥籽粒產量的構成，是小麥籽粒形成的基礎。

前人對冬小麥光合特性和產量的研究多集中在不同水肥條件下對單一品種的影響，對不同類型小麥品種橫向研究報道尚少。鑒于當前河北省面臨的水資源緊缺形勢較為嚴峻，篩選節水抗旱品種并探索篩選依據至關重要，僅以產量作為其篩選指標已無法滿足快速篩選的需求，因此本研究通過分析不同水處理條件下各品種的群體數量、籽粒產量、葉綠素含量、葉面積、光合速率等多方面的變化規律并綜合分析，以期為本地區抗旱節水冬小麥品種的篩選提供參考依據。

1材料與方法

1.1試驗材料

供試材料為近年來河北省中北部推廣面積較大的6個小麥品種，分別是保麥10號、科茂53、濟麥22、石新828、中麥1062、盈億165。

1.2試驗設計

試驗于2020—2021年在河北省高碑店試驗田進行，試驗地地力均勻，地勢平坦，前茬玉米秸稈還田，試驗地土壤基礎養分含量見表1。播種前統一施基肥N、P2O5、K2O各120kg/hm2。肥料為尿素、磷酸二銨、硫酸鉀，撒施后旋耕。小麥全生育期降水量為155.8mm。

試驗設3種水處理：豐水灌溉（W2），冬后灌拔節水、灌漿水；節水灌溉（W1），冬后灌拔節水；干旱栽培（W0），冬后無灌溉。單次灌水量均為675m3/hm2。每個處理設置3個重復，每個品種試驗小區面積14m2，隨機區組排列，重復3次，其他種植管理按常規進行。小麥生育期間的降水量如圖1所示。

1.3測定項目及方法

1.3.1群體性狀測定

在小麥冬前期、起身期、拔節期、孕穗期、成熟期按1m雙行定點調查基本苗數，并于定點處調查各時期總莖蘗數，計算成穗率。

1.3.2葉面積指數

拔節期、孕穗期、開花期、灌漿期及成熟期每小區內多點取樣（只取地上部分），取10株，測全葉面積，3個重復取平均值，測定植株葉面積指數（LAI）。

LAI＝LA/GA。

式中：GA為土地面積，m2；LA為該土地面積上的總葉面積，m2。

1.3.3產量及產量構成因素測定在小麥成熟期每小區選擇1m雙行的群體測定穗數、干物質積累量及群體籽粒產量，并在各小區選取有代表性植株30株進行室內考種，測定穗粒數和千粒質量，同時在每小區選取未取樣部分10m2，測定籽粒產量。

1.3.4葉綠素含量及光合特性測定用SPAD值-502型便攜式葉綠素儀測定葉綠素含量；用LI-6400便攜式光合儀（美國LI-COR公司）于10：00—12：00測定挑旗前最上部展開葉或旗葉凈光合速率、蒸騰速率、胞間CO2濃度等光合參數。每處理每重復均測定5株。

1.4數據處理

試驗數據應用統計學方法進行統計并使用相關數理統計軟件Excel2010進行計算及繪圖，SPSS22.0分析軟件Duncans新復極差法對有關數據進行統計分析和差異顯著性檢驗。

2結果與分析

2.1不同灌水處理對不同小麥品種群體總莖蘗數的影響

從圖2可以看出，不同灌水處理下，不同類型小麥品種冬前期至起身期的群體莖蘗數差異不大，起身期小麥的群體莖蘗數快速增長并達到分蘗高峰，之后在孕穗期、成熟期逐漸達到穩定。中麥1062、科茂53的3個不同處理成熟期分蘗成穗率相對穩定，W2與W0處理的分蘗成穗率分別相差5.32%、4.29%。說明中麥1062與科茂53這2個品種在限水處理條件下同生育時期莖數變化較小，其最終成穗率受土壤水分變化的影響較小，不同灌水處理下的穗數較穩定。

2.2灌水處理對小麥干物質積累、收獲指數的影響

不同小麥品種干物質積累量和群體產量均隨灌水次數的增加而逐漸上升，增加灌水次數可以獲取較高的干物質積累量，且灌水處理對小麥干物質積累量和群體產量有顯著影響（P<0.05）。株高是評價冬小麥生長發育狀態的重要指標，限水處理對小麥的株高產生程度不一的抑制作用，保麥10號、石新828、中麥1062不同處理間株高存在顯著差異差異，各品種的株高均表現為W2處理＞W1處理＞W0處理。除保麥10號外，其余5個品種不同灌水

處理的收獲指數表現為W2處理＞W1處理＞W0處理，各小麥品種W2處理的收獲指數與W1處理均差異不顯著；石新828的W1處理與W0處理的收獲指數差異不顯著，其余5個品種W0處理的收獲指數均出現較大幅度下降，顯著低于W1、W2處理。

2.3不同灌水處理對小麥葉面積指數的影響

LAI也是評價冬小麥生長發育的重要指標之一，直接影響到光合速率、蒸騰速率及產量形成。冬小麥關鍵生育時期LAI方差分析結果（表3）表明，不同品種冬小麥LAI變化基本一致，隨生育進程的推進呈拋物線形先上升后下降的規律。不同品種冬小麥LAI受到灌水處理影響較大，各處理不同生育時期均存在顯著差異，表現為W2處理>W1處理>W0處理?？梢钥闯?，水分對冬小麥生長發育影響較為顯著，限水處理下葉面積絕對值變小，其葉面積指數大幅下降，尤其在其生育后期表現更為明顯。限水處理直接影響小麥葉片發育，加快了葉片衰老，W0處理下，科茂53與盈億165在灌漿期后期LAI降低為0，出現葉片早衰，影響光合產物累積，灌漿期縮短，導致減產。

2.4不同灌水處理對小麥光合特性的的影響

冬小麥產量的積累依靠光合作用。水和CO2是光合作用的重要底物，水分變化直接影響光合作用的強度，光合速率、蒸騰速率等均隨之變化。對比開花期、灌漿期不同處理下小麥光合特性的變化（表4、表5）發現，同一小麥品種的光合速率、蒸騰速率均隨灌水次數的減少而降低，且多數處理間差異顯著。而胞間CO2濃度則隨著灌水次數的減少而增高，說明水分的缺乏會導致葉片氣孔關閉，進入胞內CO2量降低，從而導致光合速率下降，水分和CO2攝取量都不足，進一步影響光合產物積累。中麥1062、盈億165在開花期的旗葉水分利用率表現為W2處理>W1處理>W0處理，灌漿期則是W1處理最高。

2.5灌水對小麥葉綠素相對含量（SPAD值）的影響

葉綠素含量的高低直接反映葉片的衰老程度和光合能力的高低，其動態變化體現小麥生長速度的快慢。由圖3可知，同一灌水處理下，不同小麥品種，相同生育時期SPAD值存在明顯差異，這可能與小麥品種特性有關。不同小麥品種的SPAD值表現為拔節期至開花期前后呈上升趨勢或先下降后上升趨勢，開花期或者灌漿期初期達到頂峰，之后迅速降低；同一小麥品種相同生育時期，不同灌水處理下各品種SPAD值均表現為W2處理>W1處理>W0處理。在拔節期到開花期，同一品種冬小麥葉片不同灌水處理的葉綠素相對含量無明顯差異。灌漿期后期保麥10號、科茂53、濟麥22的SPAD值較灌漿期前期呈極速下降趨勢，且灌漿后期不同處理間差異明顯。說明限水處理造成這3個品種葉片衰老速度加快，提前成熟，從而影響最終產量。而石新828、中麥1062、盈億165灌漿期后期SPAD值下降幅度較小，均保持較高水平，且不同處理間差異不明顯，說明限水條件下，這3個品種的葉綠體在灌漿后期仍可保持較高的活力，具有較強的光合作用能力，有利于小麥后期灌漿，從而保證產量的相對穩定。這說明石新828、中麥1062、盈億165對水分變化不敏感，是較好的節水抗旱品種。

2.6灌水處理對小麥產量構成及產量的影響

從圖4可以看出，3種灌水處理下，同一品種不同處理的籽粒產量均表現為W0處理

3討論

3.1不同灌水處理對冬小麥的生理特征及產量的影響

小麥生育期內輕度水分脅迫可有效改善小麥的生長發育狀況［9］，適度的水分脅迫可提高小麥的水分利用率［10］，過量灌溉則會影響作物吸收養分［11］。本研究的同一小麥品種隨著灌水次數的降低，不同品種株高、葉面積指數均隨之降低。作為評價冬小麥形態的重要指標，株高和葉面積指數的降低對小麥地上部分干物質的積累以及籽粒千粒質量、穗數等產生一定的抑制作用，最終影響小麥產量。在本研究中，保麥10號開花期W1處理水分利用率最高，中麥1062、盈億165灌漿期均以W1處理的水分利用率最高，W1處理的產量較W2處理明顯下降，但相對其他品種而言，降幅較小。其余品種在不同生育時期均表現為水分利用率隨灌水量的增加而增加，但增幅不一。這與前人的研究結果基本一致，不同品種相同生育期水分利用率最高的最適灌水次數主要與品種自身的遺傳特性有關。

灌水量對小麥產量的影響顯而易見，但水資源緊缺是小麥生產面臨的困難之一，篩選節水抗旱小麥品種是當務之急。有研究發現，小麥產量與灌水量、灌水次數呈正相關關系，增加灌水量可提高小麥千粒質量和產量［12-13］。拔節期灌水對穗數的影響較顯著，減少拔節期灌水會使小麥成穗率顯著下降［14］。本研究結果表明，限水處理后，與W2處理相比，中麥1062、盈億165、石新828在W1處理條件下的穗數、穗粒數和千粒質量均有所下降，這與前人研究結果一致，但W2處理與W1處理差異不顯著。相對其他品種，上述3個小麥品種在不同灌水處理下產量保持較高水平，說明該品種對土壤水分變化適應性較強，在W1下處理下也可以保證物質積累的合理分配，獲得較理想產量，是較好的節水抗旱高產品種。

3.2灌水處理對冬小麥葉綠素含量及光合特性的影響

光合作用直接決定作物產量形成，而葉綠素含量是光合作用的基礎，其高低直接影響光合速率，最終影響產量大小［15］。小麥灌漿后期至成熟期葉綠素逐漸降解，進而使其光合能力下降，光合產物形成量隨之下降，而灌水對凈光合速率、蒸騰速率等光合相關指標有顯著性影響［16］。灌水量的減少促使小麥灌漿后期葉片迅速衰亡，土壤水分的虧缺使葉片光合功能迅速下降［17］。

本研究表明，隨著灌水次數的減少，冬小麥葉綠素相對含量隨之下降，葉片發生早衰，光合速率、蒸騰速率均有所下降，這與前人研究結果一致。中麥1062、盈億165、石新828在不同限水條件下，其SPAD值隨著生育進程下降速度較緩，在灌漿后期葉綠素含量依舊保持較高水平，且減少灌水次數后，其產量變化較小，說明在限水處理條件下，其葉片持綠能力較強，具有較強的抗衰性，有力保證其光合作用的周期，光合效率和產量構成依然高度協同，使其產量對水分變化不敏感，保持了較高產量，是較好的節水高產品種，這也與生產中試驗示范的結果一致。鑒于產量與灌漿期SPAD值顯著正相關，以及旗葉SPAD值測定的便捷性，灌漿期小麥旗葉SPAD值的變化可以作為品種抗旱性的評價指標，灌漿期測定SPAD值可以作為節水抗旱小麥品種快速鑒定的輔助手段。

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