两种灌水量对冬小麦农艺性状及产量的影响

冯魁，马艳明，贾莉莉，张金汕，迪里夏提·尔肯，汪志星，石书兵

(1. 新疆农业大学农学院，乌鲁木齐 830052；2. 新疆农业科学院农作物品种资源研究所，乌鲁木齐 830091)



两种灌水量对冬小麦农艺性状及产量的影响

冯魁1，马艳明2，贾莉莉1，张金汕1，迪里夏提·尔肯1，汪志星1，石书兵1

(1. 新疆农业大学农学院，乌鲁木齐 830052；2. 新疆农业科学院农作物品种资源研究所，乌鲁木齐 830091)

【目的】发掘冬小麦品种抗旱种质资源，在两种灌水处理条件下，田间筛选小麦抗旱资源，拓宽新疆冬小麦抗旱遗传育种选择范围。【方法】以4份新疆、16份黄淮麦区冬小麦品种(系)为材料，分别在5次灌水和3次灌水处理条件下，对小麦单株成穗数、株高、穗长、穗基部不育、穗顶部不育、小穗数、穗粒数、千粒重、产量等9个农艺性状和产量指标进行分析。【结果】两种处理下，20份材料的9个农艺性状总体差异较大，5次灌溉处理下大部分性状的均值高于3次灌溉处理；各个性状的变异系数差异较大；各性状抗旱系数变化在0.75～1.13；产量差异达到显著水平，两种灌水处理下产量都在前7位之内的有山农15号，烟农23号、新冬20号、新冬22号和新冬18号共5个品种；产量都在后6位之内的有山农12号、泰山22号、石4185号、石新616号和石麦18号共5个品种。【结论】适当增加灌水次数可以增加冬小麦产量。尤其是幼苗分蘖和籽粒灌浆成熟期保持充足的水分，对提高冬小麦产量有促进作用。相对黄淮麦区的冬小麦品种，新疆自育的冬小麦品种表现出较强的抗旱性。

冬小麦；灌水量；抗旱系数；农艺性状

0 引 言

【研究意义】小麦是世界上最早栽培的农作物之一，现已经成为世界上分布最广、面积最大、总产量第二、贸易额最多、营养价值最高的粮食作物之一[1]。全世界43个国家的35%～40%的人口以小麦为主要粮食，我国是全世界第一小麦生产大国[2-4]。统计资料表明，20世纪末中国小麦种植面积约占世界麦播面积的13%左右，总产量占世界小麦总产的20%左右，2010年中国小麦总产量达到11 518×104t，2015年中国小麦产量已超过1.4×108t。新疆是我国典型的干旱区，也是西北重要的小麦优势产区，其小麦生产对地区粮食安全至关重要[5-7]。因此，选育和筛选抗旱性强的小麦品种，对提高小麦产量和品质，促进农民增收具有重要的现实意义。【前人研究进展】关于有限灌溉对小麦产量和农艺性状的影响，国内外做了一定的研究[8-13]。聂迎彬等[14]选用引进国内冬小麦品种33份、新疆冬小麦主栽品种7份,进行产量和产量构成因素间差异的分析，得出河北品种平均产量最高，山东品种平均产量第二，新疆品种平均产量最低。徐海霞等[15]研究干旱胁迫对小麦主要性状的影响及其机理，得出干旱胁迫导致小麦株高降低，单株产量和千粒重下降,各性状对干旱胁迫敏感程度都存在显著的品种间差异。余四平等[16]选用黄淮麦区大面积推广的品种作为试验材料，在不同灌水条件下研究不同旱地冬小麦品种的产量和品质表现，得出灌水次数对旱地小麦产量及成穗数的影响趋势基本一致，即随灌水次数的增加，产量和成穗数逐渐增加。但灌水量和灌水次数并非越多越好，Sun等[17]认为过量灌水不但不能提高产量，还会降低水分利用率。【本研究切入点】目前关于小麦灌水的研究主要集中在单一品种灌水量和灌溉频次方面[18-20]。新疆麦区属典型的大陆性气候，水资源缺乏制约着新疆小麦发展[21-22]。针对这种特点，以新疆冬小麦育成品种和部分黄淮麦区冬小麦品种(系)为材料，研究两种灌溉处理对不同小麦品种农艺性状和产量的影响。【拟解决的关键问题】研究通过20个冬小麦品种在不同灌水处理下的农艺性状与产量的差异分析比较，综合评价不同区域冬小麦品种的抗旱特性。

1 材料与方法

1.1 材 料

供试材料为4份新疆冬小麦主栽品种和16份黄淮麦区代表性冬小麦品种。表1

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

试验在新疆农业科学院安宁渠综合试验场进行，该地区属典型的温带大陆性干旱气候，年降水量不足200 mm。试验采用两种灌水处理，两种处理分别为3次灌水(越冬前、拔节期、灌浆期各灌水1次)和5次灌水(越冬前、拔节期、孕穗期各灌水1次、灌浆期灌水2次)，每次灌水量60 m3/667 m2，均采用随机排列种植，不同灌水处理间进行隔离，每个材料播种3行，行长2 m，行距0.25 m，每行均匀播50粒种子，播深4～5 cm。分别于2012、2013年秋播，收获后考种，小区产量实打实收。

1.2.2 测定项目

1.2.2.1 主要性状

小麦成熟后，每个小区选取20株有代表性的植株，测定单株穗数、株高、穗长、穗基部不育、穗顶部不育、小穗数、穗粒数、千粒重等9个性状。

1.2.2.2 抗旱系数

以供试小麦品种各小区农艺性状作为基础数据，对各性状测定值进行平均数差异显著性分析。计算单项抗旱系数(DC)[23]，式中Xi、Yi分别表示3和5次灌水处理的性状测定值，抗旱系数越大，表明抗旱性越强。

1.3 数据处理

对调查所得数据进行统计整理，采用Excel 2007和SPSS 21.0进行数据处理及相关分析。

表1 供试材料名称及来源
Table 1 The name and the resources of winter wheat

编号Number品种名称Name来源Origin编号Number品种名称Name来源Origin1烟农23号山东11石新616号河北2烟农22号山东12石麦18号河北3山农12号山东13石麦15号河北4泰山22号山东14石麦16号河北5烟农21号山东15石新828号河北6济麦22号山东16小偃81号河北7山农15号山东17新冬20号新疆8烟农836号山东18新冬22号新疆9烟99102号山东19新冬18号新疆10石4185号河北20新冬32号新疆

2 结果与分析

2.1 不同品种农艺性状

研究表明，在两种灌水量处理下，20份材料的9个农艺性状总体差异比较大，在3次灌水处理下，9个性状的变异系数范围在0.09～0.42，从低到高依次为每穗小穗数<穗长<株高<千粒重<穗粒数<单株穗数<产量<基部不育<顶部不育；在5次灌水处理下，变异系数在0.09～0.76，从低到高依次为每穗小穗数<穗长<穗粒数<株高<产量<千粒重<单株穗数<基部不育<顶部不育。两种处理下，顶部不育小穗数的变异系数都是最高的，3次灌水处理下达到133%，5次灌水条件下为76%，其次是基部不育小穗数，分别为42%和61%，变异系数最小的是每穗小穗数，均为9%。3次灌水处理下9个性状变异系数的平均值为32%，高于5次灌水处理(26.67%)，说明材料在灌水量少的情况下性状变异范围较大。

5次灌水处理下的单株穗数、株高、穗长、穗粒数、每穗小穗数、千粒重、产量、基部不育小穗数的平均值均大于3次灌水处理，说明灌水量充足对这8个性状有增强效应；而灌水量少则对顶部不育小穗数有增强效应。表2

表2 供试材料性状
Table 2 Traits performance of wheat accessions

性状Trait3次灌水Threeirrigations5次灌水Fiveirrigations均值Mean变异系数CV(%)极小值Min极大值Max均值Mean变异系数CV(%)极小值Min极大值Max单株穗数(个)Spikenumber7942446412861125207711550株高(cm)Plantheight71781361009900748314580010400穗长(cm)Spikelength7521160090078812500900基部不育(个)Thebaseofsterile1324210030013861000300顶部不育(个)Atthetopofsterile02113300010001776000000每穗小穗数(个)Spikeltnumberperspike18079140021001826914002200穗粒数(个)Grainnumberperspike3881152700490042491333005300千粒重(g)1000-grainweight3044142300410033171826005200产量(kg/hm2)Yield4568582726806574627165628217348334817222

2.2 抗旱系数

研究表明，各性状抗旱系数均值变化在0.70～1.13，由大到小依次为基部不育>穗长>基部不育>每穗小穗数>株高>千粒重>穗粒数>单株穗数>产量，其中穗长、每穗小穗数、基部不育、顶部不育的抗旱系数大于1，其余5个性状的抗旱系数都在1以下；基部不育的抗旱系数最大，为1.13，产量的抗旱系数最小，为0.70。说明穗长、每穗小穗数、基部不育和顶部不育小穗数4个性状主要由品种的遗传特性决定，对灌水量减少具有耐受性，而单株穗数、株高、穗粒数、千粒重和产量4个性状受灌水量影响比较大，说明冬小麦分蘖和灌浆成熟期需要充足的水分。表3

表3 抗旱系数统计
Table 3 Drought-resistant coefficient statistical results

性状Trait极小值Min极大值Max均值Mean单株穗数(个)Spikenumber049113075株高(cm)Plantheight090107096穗长(cm)Spikelength092125105基部不育(个)Thebaseofsterile050222113顶部不育(个)Atthetopofsterile000600103每穗小穗数(个)Spikeltnumberperspike094108101穗粒数(个)Kernelspike065118092千粒重(g)1000-grainweight070123093产量(kg/hm2)Yield046094070

2.3 性状抗旱相关性

研究表明，单株穗数与株高、穗长、基部不育、产量呈负相关，与千粒重呈极显著负相关，与顶部不育、每穗小穗数、穗粒数呈正相关；株高与穗长、每穗小穗数、穗粒数、千粒重、产量呈正相关，与基部不育、顶部不育呈负相关；穗长与基部不育、顶部不育、每穗小穗数、千粒重呈正相关，与顶部不育呈极显著正相关，与穗粒数、产量呈负相关；基部不育与穗粒数、产量呈负相关，与顶部不育、每穗小穗数、千粒重呈正相关；顶部不育与穗粒数、千粒重呈负相关，与每穗小穗数、产量呈正相关，与产量呈极显著正相关；每穗小穗数与穗粒数、千粒重、产量呈正相关，与穗粒数呈极显著正相关；穗粒数与千粒重呈负相关，与产量呈正相关；千粒重与产量呈极显著正相关。表4

表4 各个性状抗旱相关性
Table 4 The analysis results of Each character drought-resistant related

性状Trait单株穗数(个)Spikenumber株高(cm)Plantheight穗长(cm)Spikelength基部不育(个)Thebaseofsterile顶部不育(个)Atthetopofsterile每穗小穗数(个)Spikeltnumberperspike穗粒数(个)Kernelspike千粒重(g)1000-grainweight产量(kg/hm2)Yield单株穗数(个)Spikenumber1株高(cm)Plantheight-0121穗长(cm)Spikelength-0170281基部不育(个)Thebaseofsterile-014-0020181顶部不育(个)Atthetopofsterile004-004072∗∗0071每穗小穗数(个)Spikeltnumberperspike021012042009043∗1穗粒数(个)Kernelspike028007-003-03-001062∗∗1千粒重(g)1000-grainweight-074∗∗03602035-00301501产量(kg/hm2)Yield-021009-008-003008034039058∗∗1

注：*表示0.05显著水平；**表示0.01显著水平

Note:*represent 0.05 significant level;**represent 0.01 significant level

2.4 不同小麦品种在两种灌水量下产量比较

2.4.1 3次灌水处理产量

研究表明，将20个品种分成高产、中产和低产三组，3次灌水处理产量在前7位的(高产组)分别是：新冬18号，新冬20号，新冬22号，烟农23号，新冬32号，山农15号和小偃81号，平均产量水平为7 462.71～4 788.01 kg/hm2；产量在中间的7个品种(中产组)分别是：烟99102号，石新828号，石麦15号，济麦22号，石麦16号，烟农0428号，烟农22号，平均产量水平为4 771.22～3 923.67 kg/hm2；产量在后6位的品种(低产组)分别是：泰山22号，石4185号，石麦18号，烟农21号，石新616号，山农12号，平均产量水平为3 905.83～2 680.65 kg/hm2。

经方差分析, 3次灌水处理下品种间产量差异达到极显著水平，其中新冬18号产量显著高于除烟农23号、新冬20号、新冬22号和新冬32号以外的其余15个品种；新冬20号产量显著高于烟农22号、山农12号、泰山22号、烟农21号、济麦22号，烟农22号、烟农0428号、石4185号、石新616号、石麦18号、石麦16号、石麦15号；新冬22号和新冬32号的产量显著高于山农12号和石新616号。表5

表5 3次灌水处理、5次灌水处理产量差异比较
Table 5 Difference of yield under 3 times irrigation and 5 times irrigation condition

品种Varieties3次灌水Threeirrigations5次灌水Fiveirrigations均值Yield(kg/hm2)显著性F(005)位次Order均值Yield(kg/hm2)显著性F(005)位次Order烟农23号Yannong23557593abcd4689543abcd7烟农22号Yannong22392367cdef14657302abcde11山农12号Shannong12268065f20580435def17泰山22号Taishan22390583cdef15621244cdef15烟农21号Yannong21310480ef18650980bcdef13济麦22号Jimai22428208cdef11689300abcd8山农15号Shannong15488527bcdef6805525ab2烟农836号Yannong836394338cdef13694276abcd6烟99102号Yan99102477122bcdef8629730bcdef14石4185号Shi4185385775def16548548ef18石新616号Shixin616308439f19349334f20石麦18号Shimai18367203ef17593992cdef16石麦15号Shimai15446050cdef10514541ef19石麦16号Shimai16399968cdef12768979abc4石新828号Shixin828459989bcdef9658245abcde10小偃81号Xiaoyan81478801bcdef7652986abcdef12新冬20号Xindong20682956ab2817222a1新冬22号Xindong22635340abc3747240abcd5新冬18号Xindong18746271a1796511abc3新冬32号Xindong32519080abcde5659700abcde9

注：小写字母表示在5%水平上存在差异

Note：The small letters mean 0.05 significant

2.4.2 5次灌水处理产量

将20份材料分成高产、中产和低产三组，5次灌水处理产量在前7位的(高产组)分别是：新冬20号，山农15号，新冬18号，石麦16号，新冬22号，烟农0428号，烟农23号，平均产量水平为8 172.22～6 895.43 kg/hm2；产量在中间的7个品种(中产组)分别是：济麦22号，新冬32号，石新828号，烟农22号，小偃81号，烟农21号，烟99102号，平均产量水平为6 893.00～6 297.30 kg/hm2；产量在后6位的品种(低产组)分别是：泰山22号，石麦18号、山农12号、石4185号、石麦15号，石新616号，平均产量水平为6 212.44～3 493.34 kg/hm2。

经方差分析，5次灌水处理品种间产量差异达到极显著水平，其中新冬20号产量显著高于山农12号、泰山22号、烟农21号、烟99102号、石4185号、石新616号、石麦18号和石麦15号；山农15号产量显著高于山农12号、泰山22号、石4185号、石新616号、石麦18号和石麦15号；新冬18号产量显著高于山农12号、石4185号、石新616号和石麦15号；石麦16号产量显著高于石4185号、石新616号和石麦15号。表5

3 讨 论

3.1 不同小麦品种抗旱系数

植物在生长过程中，会因周围环境的变化而变化，随着环境的日益恶化，对植物农艺性状和产量性状都带来不利的影响，特别是干旱，已成为限制作物高产的重要因素[24]。干旱胁迫导致主穗千粒重降低，株高、千粒重及产量均明显下降[25]；干旱胁迫抑制植株后期的生长以及产量且随时间推移抑制作用增强，随干旱胁迫的加剧，株高、茎粗、一次有效分枝数及单株产量抗旱系数不断下降，且抗旱性弱的材料下降幅度大[26]。詹海仙等[27]研究不同水分处理下小麦4个生育期生理的变化得出，干旱胁迫条件下生理指标明显低于对照，小麦在干旱条件下时，会发生一系列生理生化的调整和适应，最终使其农艺性状发生改变。试验20份材料的9个性状抗旱系数在3和5次灌水下差异比较大，基部不育的抗旱系数最大，达到了1.13，产量的抗旱系数最小，仅为0.07，且不同品种同一性状的抗旱性不同, 同一品种各性状的抗旱系数也存在较大差异,说明各性状对干旱胁迫的敏感程度各异, 且所测指标间的关系也比较复杂。

3.2 性状间耐旱性差异

根据不同小麦品种在3和5次灌水下农艺性状的总体表现，可以发现在3次灌水下，20份材料产量和农艺性状的值相对5次灌水都有降低，这个结论与许海霞[15]的研究一致，分析原因是干旱条件使得植物缺水，无法完成自身形态器官建成，影响营养生长与生殖生长的进行[28-29]。试验中在3次灌水下，有4个农艺性状变异系数大于5次灌水，变化幅度相对5次灌水较大，如顶部不育小穗数，3次灌水处理下，为133.33%，5次灌水处理下，仅为76%，说明此性状受水分影响大，变异系数最小的是每穗小穗数，均为9%，说明每穗小穗数主要由品种遗传特性决定，对土壤水分变化不敏感。整体来看，20份不同小麦品种遗传多样性丰富[30-31]，能够为选育优良小麦品种提供借鉴，这与颜国荣[32]分析主要农艺性状变异系数来筛选优良品种一致。

3.3 不同灌溉量下产量

通过对产量结果方差分析，3次灌水与5次灌水产量差异都达到显著水平，说明两处理间产量差异与灌水量直接相关。3次灌水下，高产组中有4个品种(占57.14%)来自新疆。就品种来源地分析，在3次灌水条件下，新疆品种产量比内地品种产量较高，原因可能是不同地域气候环境造成，内地雨水丰富，品种抗旱性较弱；而新疆地区长期干旱少雨，品种经过“锻炼”，适应这种干旱，抗旱性相对内地品种较强。在5次灌水条件下，新疆自育的4个品种中3个都在高产组中，而黄淮麦区的16个品种中仅有4个品种在高产组，后六位(低产组)都是黄淮麦区冬品种，说明新疆品种更能适应水分充足条件，产量提升幅度大；而大部分黄淮麦区品种产量相对较低。大量研究认为[33-34]，灌水处理对小麦产量和构成因素有较大影响，灌水次数增加，产量呈显著提高。以后的研究可以集中在多次灌水处理、灌水量以及科学的水肥调控上，挖掘产量潜力。

4 结论

4.1 5次灌水处理下高产组平均产量为8 172.22～6 895.43 kg/hm2，3次灌水处理下高产组平均产量为7 462.71～4 788.01 kg/hm2，5次灌水处理下比3次灌水处理下冬小麦产量高，由此说明，适当增加灌水次数可以增加冬小麦产量。尤其是幼苗分蘖和籽粒灌浆成熟期保持充足的水分，对提高冬小麦产量有促进作用。

4.2 5次灌水处理下，新疆自育的4个冬小麦品种有3个品种的产量均在高产组，3次灌水处理下，新疆自育的冬小麦品种产量全部都在高产组。因此，相对黄淮麦区的冬小麦品种，新疆自育的冬小麦品种表现出较强的抗旱性。

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Fund project:Supported by the special action plan of enriching people and strengthening counties by science and technology of Ministry of Science and Technology of China " technology integration of one million acres of sound quality wheat and industrialization"

Effects of Two Irrigation on the Agronomic Traits and the Yield of Winter Wheat

FENG Kui1, MA Yan-ming2, JIA Li-li1, ZHANG Jin-shan1, Dilixiati Erken1,WANG Zhi-xing1, SHI Shu-bing1

(1. College of Agronomy，Xinjiang Agricultural University，Urumqi 830052，China; 2. Research InstituteofCropGermplasmResources，XinjiangAcademyofAgriculturalSciences，Urumqi830091，China)

【Objective】 In order to explore winter wheat drought-resistant germplasms in different irrigation treatments, the project aims to screen wheat germplasm resources in the filed to widen the range of Xinjiang winter drought-resistance germplasm resources and breeding.【Method】There were 20 kinds of winter wheat, which four from Xinjiang and 16 from Huanghuai area were chosen to investigate 9 characters under 5 irrigation times and 3 irrigation treatments. The nine characters were: number of spikes per plant, plant height, ear length, the sterile of basal spikelet, the sterile of top spikelet, spikelet number, kernels per spike, thousand kernel weight and yield.【Result】9 agronomic characters of 20 copies of the material was significantly different from each other, most of the average of 5 irrigation treatment times were higher than 3 times under this two kinds of irrigation treatment; the variation coefficient of each character was exactly different; Various characters drought-resistant coefficient ranged from 0.75 to 1.13; Yield difference reached significant level, which under the condition of two irrigation treatment quantity, production always within the top seven were Shannon 15, Yannong 23, Xindong 20, Xindong 22 and Xindong 18；Production in the post six were Shannong 12, Taishan 22, Shi 4185, Shixin 616 and Shimai 18.【Conclusion】Increasing irrigation times can increase winter wheat yields. Especially in the seedling tillering and grain filling stage of grain maturation, keeping enough water supply can to improve the winter wheat yield. Compared with Huanghuai winter wheat varieties, winter wheat varieties bred in Xinjiang showed stronger drought resistance.

winter wheat; irrigation quantity; drought-resistant coefficient; agronomic characters

10.6048/j.issn.1001-4330.2016.11.005

2016-03-22

科技部科技富民强县专项行动计划“百万亩优质小麦技术集成及产业化”

冯魁(1989- )，男，河南人，硕士研究生，研究方向为作物栽培与耕作，(E-mail)1223373674@qq.com

石书兵(1966-)，男，山东人，教授，博士生导师，研究方向为小麦高产栽培，(E-mail)shbshi@ sina.com

S512

A

1001-4330(2016)11-1999-09