限量灌溉下不同滴灌量對滴灌冬小麥光合特性及產量的影響

摘 要：【目的】探究限量灌溉下不同滴灌量對新疆北疆滴灌冬小麥光合特性及產量的影響，為篩選新疆北疆滴灌冬小麥灌溉量提供理論依據。

【方法】以新冬41號為材料，在大田滴灌條件下，采用隨機區組試驗設計，設置3 000 m3 /hm2 （W1）、3 600 m3 /hm2（W2）和4 200 m3 /hm2（W3）共3個春季灌水量處理。研究限量灌溉下不同滴灌量對冬小麥葉片SPAD值、葉面積指數（LAI）、光合特性、產量及產量構成因素的影響。

【結果】不同處理的小麥葉片SPAD值均隨生育進程呈先升后降的變化趨勢，處理間以W3處理開花期葉片SPAD值最大為54.65。不同處理滴灌冬小麥LAI隨著生育進程呈先升后降的變化趨勢，均在開花期最高，其中以W2處理最高為7.41。滴灌冬小麥葉片蒸騰速率（Tr）隨著灌水量的增加而增大，凈光合速率（Pn）則呈先升高后降低的趨勢，均在W3處理時最高表現為W3gt;W2gt;W1，葉片水分利用效率（WUE葉片）呈一直降低的趨勢。不同處理冬小麥穗數、穗粒數和千粒重均表現為W2＞W3＞W1；產量以W2處理最高8 559.83 kg/hm2，較W3、W1處理分別高出24.80%、0.39%。

【結論】W2處理下冬小麥產量及其他方面均表現較佳。

關鍵詞：限量灌溉；滴灌；冬小麥；光合特性；產量

中圖分類號：S512 ""文獻標志碼：A

文章編號：1001-4330（2025）01-0045-08

收稿日期（Received）：

2024-07-15

基金項目：

新疆維吾爾自治區重點研發計劃項目（2021B02002-1，2022B02001-3）；國家自然科學基金項目（31960379，51879267）；新疆維吾爾自治區“天山英才”人才培養項目（2023TSYCLJ0009，2023TSYCCX0013）；國家小麥產業技術體系烏魯木齊綜合試驗站（CARS-03-88）；新疆維吾爾自治區小麥產業技術體系項目（XJARS-01）

作者簡介：

海峰（2000-），男，寧夏西吉人，碩士，研究方向為作物栽培，（E-mail）1774538327@qq.com

通信作者：

王冀川（1968-），男，河北廊坊人，教授，碩士生導師，研究方向為作物高效栽培，（E-mail）wjcwzy@126.com

雷鈞杰（1972-），男，甘肅古浪人，研究員，博士，碩士生導師，研究方向為小麥高產栽培生理，（E-mail）leijunjie@sohu.com

0 引 言

【研究意義】小麥是需水量大的農作物。干旱缺水是新疆小麥減產的主要原因［1］。滴灌可最大限度將水運送至小麥的根部，最大程度減少水資源的蒸發和浪費，可有效緩解新疆水資源的不足［2］。滴灌不僅提高了小麥的水分利用率，還在一定程度上協同提升了小麥產量和品質［3］。研究限量灌溉下不同滴灌量對北疆滴灌冬小麥光合特性及產量的影響，對指導新疆滴灌冬小麥合理用水具有重要意義。【前人研究進展】小麥是需水作物，對水分敏感，在冬小麥生育時期減少灌水量［4］會降低冬小麥莖稈的生長，使小麥株高降低，干物質積累［5］減少，有效穗數、千粒重減少且導致小麥產量降低。灌水可以提高小麥的產量和生物量，但是隨著灌水量的過多亦會使小麥的產量和光合特性［6］顯著降低。限量灌溉不僅可提高冬小麥的光合特性，還可以很大程度上提高冬小麥的產量和品質［7-8］。

限量灌溉對滴灌小麥光合特性［9］以及產量的研究均集中在滴灌春小麥滴灌量對小麥的生長、水分利用效率、產量及產量構成因素等方面［10］，適宜的灌水量可以促進LAI和光合作用從而有利于增產［11］。【本研究切入點】目前有關限量滴灌條件下對冬小麥的光合特性、LAI及產量等方面雖有一定的研究，但大部分集中在春小麥生長發育、干物質積累分配、水分利用效率的研究上，而對滴灌冬小麥研究較少，需就新疆北疆地區在限量灌溉條件下設置試驗，確定冬小麥灌溉頻次、滴灌量、滴灌時期，以提高冬小麥光合作用和產量。【擬解決的關鍵問題】在大田滴灌條件下，設置不同的限量滴灌量處理，研究不同處理對滴灌冬小麥光合特性、產量及產量構成因素的影響，為新疆北疆麥區滴灌冬小麥高產、優質、合理用水和優質栽培提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

1.1.1 試驗區概況

試驗于2022～2023年在新疆農業科學院瑪納斯農業試驗站（86°17′E，44°20′N）進行，該區屬暖溫帶大陸性干旱半干旱氣候區，年均日照時數2 600～2 800 h，年平均氣溫7.5℃，年平均降水量173.3 mm。蒸發量2 141 mm，極端最高氣溫39.6℃，極端最低氣溫-37.4℃，全年無霜期165～172 d。試驗地土壤類型為沙壤土。

1.1.2 冬小麥品種

供試材料為新冬41號，于2022年9月28日采用機械播種，播量300kg/hm2，行距15cm；滴灌帶采用1管4行的鋪設方式。播前結合整地，施純氮94.5 kg/hm2、P2O5 172.5 kg/hm2和K2O 45 kg/hm2。春季不同時期滴灌量及比例：春季灌水時期、拔節期、

孕穗期、開花期、灌漿期（前期）和灌漿期（中期）灌水比例分別為100%、30%、25%、20%、15%和10%，基肥94.5 kg/hm2，追氮總量145.5 kg/hm2，小麥拔節期、孕穗期和開花期施氮比例分別為60%、20%和20%。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

在大田滴灌條件下，采用單因素隨機區組試驗設計，設置3個春季灌水量：3 000 m3 /hm2（W1）、3 600 m3 /hm2（W2）、4 200 m3 /hm2（W3），小區面積50 m2（5 m×10 m），每個處理重復3次，各小區均用水表控制進水量。

1.2.2 測定指標

1.2.2.1 葉綠素相對含量（SPAD值）

于冬小麥拔節期、孕穗期、開花期、花后10 d和花后20 d采用SPAD-502葉綠素儀（日本）測定不同處理滴灌冬小麥葉片SPAD值。于拔節期、孕穗期測定冬小麥旗葉，開花期、花后10 d、花后20 d測定冬小麥倒二葉從葉基部、中部和業尖端測量3個點，每處理測定10片葉，取平均值并記錄。

1.2.2.2 葉面積指數

于冬小麥拔節期、孕穗期、開花期、花后10 d、花后20 d和花后30 d取樣并調查單位面積總莖數，每處理每重復連續取10個單莖，測定每個單莖的綠色葉片的長（cm）和寬（cm），葉面積=長×寬×0.83÷10 000（m2），再根據公式計算葉面積指數LAI。

LAI＝平均單株總葉面積×每公頃總莖數÷10 000。

1.2.2.3 光合參數

于冬小麥開花期、灌漿期，使用Li-6800型便攜式光合儀于晴天11：00～13：00測定小麥旗葉凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、胞間CO2濃度（Ci）、氣孔導度（Gs），氣孔限制值（Ls）、葉片瞬時水分利用效率（WUE葉片）。每次測定采用隨機選取方式，每個小區測定5片葉，每處理共計15片葉。

1.2.3 產量及產量構成因素

于冬小麥成熟期，從每小區選取具有代表性的樣段1 m×2行，用于調查有效穗數，然后從中隨機選取20個單穗用于調查穗粒數等性狀。各小區選取9 m2（0.9 m×10 m）樣用于實收測產和測量千粒重，利用谷物水分測定儀對籽粒含水量進行測定，換算為含水量為13%的籽粒重量。

1.3 數據處理

采用Origin2021處理數據并繪圖，SPSS 22.0統計軟件對數據進行顯著性比較分析。

2 結果與分析

2.1 限量灌溉對滴灌冬小麥葉綠素含量（SPAD值）的影響

研究表明，隨著灌水量的增大各處理冬小麥旗葉SPAD值均呈先升后降的趨勢，W3處理和W1處理在花后10 d與花后20 d存在顯著差異，各處理間冬小麥旗葉SPAD值均在開花期為最高，處理間表現為W3＞W2＞W1處理，其中以W3處理最高為54.65，分別比W1處理、W2處理高出5.41%和4.42%。各處理冬小麥葉片SPAD值在花后20 d最低，處理間亦表現為W3＞W2＞W1處理，其中W3最高為41.64，分別比W1處理、W2處理高出16.12%、12.20%。圖1

2.2 限量灌溉對滴灌冬小麥葉面積指數（LAI）的影響

研究表明，隨著灌水量的增加冬小麥LAI呈先上升后下降的趨勢，且W1處理與W3處理在拔節期、開花期、花后20 d、花后30 d存在顯著差異，各處理間的LAI均在開花期達到峰值，表現出W3gt;W2gt;W1處理，其中以W3處理達到峰值為7.41，分別比W1處理、W2處理高出7.82%、3.22%。在花后30 d各處理均為最低，表現為W3gt;W2gt;W1處理，其中以W3處理達到最大值為3.09，分別比W1處理、W2處理高出10.56%、6.83%，增加灌水量能夠增加冬小麥LAI，對冬小麥生育后期光合產物的積累有顯著影響。圖2

2.3 限量灌溉對滴灌冬小麥光合特性的影響

研究表明，隨著滴灌量的增加各生育時期冬小麥旗葉的凈光合速率（Pn）呈先上升后降低的

趨勢，W1處理與W3處理在開花期與灌漿期存在顯著差異，處理間均表現為W3gt;W2gt;W1處理，在開花期W1處理達到最大值為28.15 mmol/（m2·s），分別比W2處理、W3處理高出15.37%、5.92%。冬小麥旗葉的氣孔限制值（Ls）各處理間無顯著差異，呈先上升后降低的趨勢，在開花期W1處理最大為0.53 mmol/（m2·s），分別比W2處理、W3處理高出19.56%、10.06%。冬小麥葉片的氣孔導度（Gs）隨著灌水量的增加呈降低的趨勢，在拔節期W1處理與W3處理存在顯著差異，其中W3處理最高為0.42 mmol/（m2·s），分別比W1處理W2處理高31.23%、19.87%。葉片瞬時水分利用效率（WUE葉片）各處理間均無顯著差異，且隨灌水量的增大均表現降低的規律，在拔節期W2處理到達了最高值為5.45 μmol/mmol H2O，分別比W1處理W3處理高出4.77%、2.20%。冬小麥處理間旗葉蒸騰速率（Tr）隨著滴灌量的增加呈上升的趨勢，W1處理、W3處理間在拔節期與開花期存在顯著差異，處理間表現為W3gt;W2gt;W1處理，在灌漿期W3處理最高為6.71 mmol/（m2·s），分別比W1處理、W2處理高出14.75%、14.31%。冬小麥旗葉胞間CO2濃度（Ci）各處理間無顯著差異，隨著滴灌量的增加呈先降低后上升的趨勢，處理間表現為W1gt;W2gt;W3處理，在灌漿期W1最高為260.63 μmol/mol，分別比W2處理、W3處理高出10.82%、16.04%。圖3

2.4 限量灌溉對滴灌冬小麥產量及產量構成因素的影響

研究表明，冬小麥穗數W2gt;W3gt;W1，其中W2處理穗數最高為650.19×104穗/hm2，分別較W3、W1高出4.3%、10.7%。在穗粒數中W3處理最多為44.17粒/穗，W1處理最小41.37粒/穗，W3比W2、W1處理分別高出3.7%、6.3%。千粒重以W2處理最大，表現為W2gt;W3gt;W1。冬小麥不同處理間比較，隨著滴灌量的增加產量呈先高后低的趨勢，其中W2處理產量8 559.83 kg/hm2最高，分別比W3、W1處理分別高出0.3%、19.8%。冬小麥生物量隨灌水量的增加呈逐漸增加的特點，W3處理達到最大值14 014 kg/hm2，分別比W2、W1處理高出9.8%、20.9%，增加灌水量對冬小麥生物量促進作用。冬小麥產量、灌溉水利用效率和收獲指數均在試驗W2處理達到最大，適宜增加灌水量有利于冬小麥增產，持續的增加灌水量不會增產反而會導致穗數、千粒重降低。表1

3 討 論

水分是影響冬小麥產量的重要因素之一，冬小麥各個生育階段缺水均會影響其生長發育和產量形成，適量增加灌水量有利于促進小麥的生長發育和產量的提升［12］。小麥的主要受光部位是葉片也是光合作用發生的主要器官，因而較長時間保持小麥葉片綠色和適宜的LAI是十分重要的。滴灌冬小麥LAI大小和灌水量的大小關系顯著，研究發現滴灌小麥的LAI大小與土壤水分大小關系密切。王冀川等［13］研究表明，較高的灌水量雖可以使小麥群體生長旺盛形成較大的LAI，但后期LAI下降迅速不利于冬小麥同化物的合成和積累。試驗也發現，在限量灌溉模式下滴灌冬小麥的LAI隨著灌水量的增加冬小麥LAI也隨之增加，W3處理在冬小麥全生育期LAI均最高，隨著灌水量的減小冬小麥的LAI也呈降低的趨勢與吳海旭等［14］研究結果大致相同。不同的灌水量對滴灌冬小麥SPAD值影響顯著。許振柱等［15］研究表明，土壤水分對冬小麥生長發育有很大影響，隨著土壤水分的下降冬小麥的SPAD值也相繼降低，這可能是土壤水分下降破環了葉片的光合器官導致了冬小麥生理代謝功能的紊亂。也有研究發現，小麥葉片的SPAD值隨著灌水量的增加呈現下降的趨勢［16］，可能是灌水量的增加從而增加了冬小麥葉片的含水率，使得冬小麥的SPAD值降低。試驗也發現，灌水量的冬小麥SPAD值影響顯著，W1處理下的冬小麥SPAD值顯著低于W3處理并且在開花期后迅速降低，可能是后期灌水量減少，蒸發加劇破壞了小麥的光合器官。小麥籽粒產量受到很多因素其中影響較大的是光合作用。位國峰等［17］和薛麗華等［18］研究表明，光合特性受到灌水量影響較大，在灌水量減少或不灌水的情況下小麥旗葉光合速率快速下降。試驗也表明，冬小麥光合特性受灌水量影響較大，在W1處理下光合特性顯著低于其他處理，可能因為土壤含水量下降破壞了小麥光合作用的器官。灌水可以增加小麥光合作用，使小麥光合作用延長，持續增加灌水量可以延緩葉片衰老但是對冬小麥產量的提升作用不顯著［19］。隨著灌水量的增加冬小麥凈光合速率也隨之增大，繼續增加灌水量、灌水次數凈光合速率有所下降［20］。試驗也發現，隨著灌水量的增加冬小麥凈光合速率呈先升高后降低的趨勢，在灌漿期W3處理的凈光合速率仍處于較高的水平，但產量并無相應的提高，表明過多的灌水量對產量的提升不顯著反而造成冬小麥減產，還會造成水資源的浪費。隨著灌水量的增加冬小麥的產量隨著灌水量的增加而降低，當灌水量達到一定程度時冬小麥的產量反而隨著灌水量的增加而下降，在適宜的灌水量條件下能夠有利于冬小麥產量的提升［21］，而灌水量過少，則會影響冬小麥的植株的生長發育，進而使得各項生長指標降低，最終影響小麥籽粒產量，與賽力汗·賽等［22］研究結果大致相同，說明由于不同的灌水量使得冬小麥產量有差異性［23］。也有研究表明，隨著增加灌水量冬小麥的穗數、千粒重先升高后降低的變化趨勢［24-25］，試驗研究發現，當灌水量一直增加時，穗粒數、千粒重會先升高，持續增加灌水量時冬小麥穗數、千粒重和產量則會降低。過多灌水量不會使冬小麥增產，適宜增加灌水量則有利于提高冬小麥的產量和灌溉水利用效率［26］。試驗中，冬小麥生育期適宜灌水量是3 600 m3/hm2左右。試驗僅對冬小麥不同的滴灌量尚需要繼續優化灌水量試驗，以確定最適宜北疆地區冬小麥的灌水量。

4 結 論

在新疆北疆限量滴灌條件下冬小麥產量隨灌水量增加而增加，冬小麥滴灌量在3 600m3 /hm2左右時冬小麥的生長發育較好，W2處理可以達到增產節水的效果。冬小麥有效穗數、千粒重和產量均比較高，達到節水高產的效果，在此灌溉條件下籽粒產量和收獲指數較高。

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Effects of different drip irrigation rates on photosynthetic characteristics

and yield of drip irrigated winter wheat under limited irrigation

HAI Feng1，2，ZHANG Yongqiang2，3，XIE Xiurong1，2，LYU Xiaoqing4，

CHEN Chuanxin2，3，XU Qijiang2，3，NIE Shihui2，3，WANG Jichuan1， LEI Junjie2，3

（1." College of Agronomy， Tarim University， Aral Xinjiang 843300 ， China;2. Research Institute of Food Crops， Xinjiang Academy of Agricultural Science， Urumqi 830091，China;3.Key Laboratory of Desert － Oasis Crop Physiology，Ecology and Cultivation，MOARA，Urumqi 830091， China; 4. Xinjiang Manas Agricultural Technology Extension Center，Manas Xinjiang 832200，China）

Abstract：【Objective】 The objective of this study is to explore the effects of different drip irrigation rates on the photosynthetic characteristics and yield of drip irrigation winter wheat in northern Xinjiang， and to provide a theoretical basis for drip irrigation winter wheat irrigation in northern Xinjiang.

【Methods】 Xindong 41 was used as experimental material， and three spring irrigation treatments of 3，000 m3 /hm2（W1）， 3，600 m3 /hm2（W2） and 4，200 m3 /hm2（W3） were set in a randomized block design under field drip irrigation. The effects of different drip irrigation on SPAD value， leaf area index （LAI）， photosynthetic characteristics， yield and yield components of winter wheat under limited irrigation were studied.

【Results】"" The results showed that the SPAD value of wheat leaves under different treatments showed a trend of \"first decreasing， then increasing and then decreasing\" with the growth process， and the maximum SPAD value of leaves at flowering stage under W3 treatment was 54.65. The LAI of winter wheat under different drip irrigation treatments showed a trend of \"first increasing and then decreasing\" with the growth process， and the highest LAI was reached at the flowering stage， among which the highest LAI was 6.54 under W2 treatment. Leaf transpiration rate （Tr） and stomatal conductivity （Gs） of winter wheat under drip irrigation increased with the increase of irrigation amount， while net photosynthetic rate （Pn） showed a trend of first increasing and then decreasing， and W3gt;W2gt;W1 was the highest in all W3 treatments， and leaf water use efficiency （WUELeaf） showed a downward trend. Panicle number， kernel number per spike and 1000-grain weight of different treatments were W2 gt; W3 gt; W1; The maximum yield of W2 treatment was 8，559.83 kg/hm2， which was 0.3% and 19.8% higher than those of W3 and W1 treatment， respectively.

【Conclusion】 W2 treatment has better performance in winter wheat yield and other aspects.

Key words：limited irrigation; drip irrigation;winter wheat; photosynthetic properties; yield

Fund projects：Xinjiang Uygur Autonomous Region Key Ramp;D Program Projects（2021B02002-1，2022B02001-3）；Natural Science Foundation of China project（31960379，51879267）；Xinjiang Uygur Autonomous Region \"Tianshan Talent\" Training Program（2023TSYCLJ0009；2023TSYCCX0013）；National Wheat Industry Technology System Urumqi Comprehensive Experimental Station（CARS-03-88）；Xinjiang Uygur Autonomous Region wheat industry technology system project（XJARS-01）

Correspondence author：WANG Jichuan （1968-）， male， from Langfang， Hebei， professor， master's supervisor， research direction：efficient crop production， （E-mail）wjcwzy@126.com

LEI Junjie （1972-）， male， from Gulang， Gansu， professor， Ph.D.researcher， research direction： wheat high-yield cultivation， （E-mail）leijunjie@sohu.com