灌水次数对豫北小麦水分利用和产量的影响

方保停，邵运辉，岳俊芹，李向东，王汉芳，秦峰，张德奇，吕凤荣，马富举，杨程

(河南省农业科学院小麦研究所/河南省小麦生物学重点实验室/小麦国家工程实验室/农业部黄淮中部小麦生物学与遗传育种重点实验室，河南郑州450002)

灌水次数对豫北小麦水分利用和产量的影响

方保停，邵运辉，岳俊芹，李向东，王汉芳，秦峰，张德奇，吕凤荣，马富举，杨程

(河南省农业科学院小麦研究所/河南省小麦生物学重点实验室/小麦国家工程实验室/农业部黄淮中部小麦生物学与遗传育种重点实验室，河南郑州450002)

为明确小麦水分利用特征，提高对水资源利用的重视，以高产小麦品种周麦18为供试材料，设置全生育期不灌水、拔节期1水、拔节期+开花期2水、返青期+拔节期+开花期+灌浆期4水4个处理，研究了灌水次数对小麦水分利用、产量形成的影响。结果表明，总耗水量与灌水量呈显著正相关、土壤水消耗量与灌水量呈显著负相关，水分利用效率随灌水增加而增加灌水过量而降低、水分边际效应随灌水增加而降低;减少灌水增加了对下层土壤水利用，过量灌水不利用对上层土壤水利用。适当增加灌水提高灌浆后期SPAD值和光合速率，产量随灌水的增加而增加。在本试验条件下，灌拔节+开花2水处理实现较高的产量和水分利用效率。

小麦;豫北;灌水;水分利用;产量

河南北部是河南小麦的高产区，小麦生长期间需要通过多次灌溉才能确保高产、稳产，伴随着河南省水资源的日益短缺，河南省小麦单产和总产的进一步提高将受到严峻的挑战，研究高产、节水、高效可持续栽培技术势在必行。研究表明，合理灌溉［1－3］、肥料运筹［4－5］、秸秆还田［6－7］、地膜覆盖［7］等小麦节水栽培技术通过改善田间生态效应、发挥个体补偿效应、调解耗水构成，能够提高水分利用效率。适度的限量灌溉可以降低麦田耗水量，提高水分利用效率［8］，并且有利于干物质的积累，促进籽粒灌浆，提高小麦籽粒产量［9－12］。目前河南省小麦栽培研究对产量形成的研究较多［13－14］，而对水分高效利用的研究较少，本文通过研究灌水次数对小麦产量、水分利用的影响，探讨小麦耗水特征和产量形成特征，以期提高水分利用效率，在豫北建立小麦高产高效节水技术，为水资源日益短缺条件下小麦产量进一步增加、实现粮食安全和可持续生产提供理论和技术指导。

1 材料与方法

1.1 供试材料及试验设计

试验于2009－2010年在河南北部浚县原种场进行(35°43'N，114°18'E)，前茬种植夏玉米，秸秆还田，拖拉机深耕。土壤为粘土，有机质含量17.04 g·kg－1，全氮1.03 g·kg－1，全磷0.60 g·kg－1，全钾19.71 g·kg－1，速效氮37.7 mg·kg－1，速效磷5.89 mg·kg－1，速效钾92.4 mg·kg－1，pH 8.03。

小麦播种前降雨较多，底墒充足;生育期内共降水137 mm，其中11月12日降雨雪31.1 mm、4月21日降雨35.5 mm、5月17日降雨13.4 mm、6月2日降雨13.5 mm，其他多为零星降雨。

试验设置4个处理，分别为起身水+拔节水+开花水+灌浆水4水(简称4水)、拔节水+开花水2水(简称2水)、拔节水1水(简称1水)、全生育期不灌水(简称0水)，为便于灌水，设置大区、每区300 m2，3次重复，各处理灌水采用水表计量，折合单位面积灌溉量。供试品种为周麦18，每公顷底施尿素150 kg、磷酸二铵300 kg、硫酸钾225 kg、硫酸锌22.5 kg。每公顷于拔节期追施尿素150 kg。行距20 cm，每公顷基本苗420万。

1.2 测定项目及方法

1.2.1 土壤水分蒸散量测定于冬小麦播种前、开花期及成熟期，以20 cm为一层采用烘干法测定2 m土体内土壤含水量，采用土壤水分平衡法计算土壤水分蒸散总量(ET)。

ET按如下公式计算:

其中，SWD为生育期土壤水分变化量，P为降雨量，I为灌溉量，D为灌溉后土壤水向下层流动量，Wg为深层地下水利用量，R为地表径流，本试验地地下水位9 m，且无地表径流，Wg、D和R均可忽略。

水分利用效率(Water use efficiency，WUE，kg为灌水水平为i的经济产量。

1.2.2 干物质测定在开花期和成熟期取样，每处理取50 cm双行，测定各器官干物重，计算各器官干物质运转量、运转率和对籽粒贡献率。

营养器官干物质运转量=开花期营养器官干重－成熟期营养器官干重

营养器官干物质运转率(%)=营养器官干物质运转量/开花期干重×100

营养器官物质运转对籽粒产量的贡献率(%) =营养器官干物质运转量/成熟期籽粒干重×100

1.2.3 旗叶光合生理在孕穗期对同时展开的旗叶植株进行挂牌标记，于孕穗期、开花期、灌浆期上午9:00－11:00用Li-6400测定旗叶光合速率，每处理测定10片旗叶，同时用SPAD-502测定叶绿素相对含量。

1.2.4 测产及考种成熟前进行理论测产，成熟时，各处理取9行、行长2 m，测定实产，同时取样进行常规考种。

1.2.5 数据分析试验数据用SPSS11.5进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同灌水次数水分利用分析

2.1.1 不同灌水次数对冬小麦总耗水及其组成影响冬小麦耗水量由降水、灌溉水和土壤供水3部分组成。表1表明，随灌水次数和灌水量增加，土壤水消耗量和降雨量占总耗水比例降低、灌水量占总耗水量比例增加，其中土壤水消耗量与灌水量呈显著负相关关系(R2=0.9737)。随灌水量增加，总耗水量和产量也增加，其水分利用效率随灌水量增加而增加、灌水过量而降低，水分边际效应随灌水增加而降低。统计分析表明，耗水量与产量之间呈二次抛物线关系，且达0.05显著水平。

表1 不同处理耗水及其组成Table 1 Water consumption and its component of different treatments

图1 开花期和成熟期不同土层土壤含水量Fig.1 Soil water content of different layers in anthesis and maturity

2.1.2 不同灌水次数土壤水利用效应由图1可知，开花期不灌水处理各层土壤含水量低于2水(由于尚未灌开花水，灌2水处理与灌1处理一样)和4水处理，灌2水和4水处理各层土壤含水量相近。成熟期灌0水和灌1水上层(60 cm以上)土壤含水量相近，下层差异较大;灌1水和灌2水处理上层土壤含水量差异较大，下层差异较小;灌4水处理上层(80 cm以上)含水量明显高于其它灌水处理。可见，减少灌水增加了对各层土壤水的利用，能够发挥土壤水的补偿作用。

2.2 不同灌水次数冬小麦光合速率差异

2.2.1 不同灌水次数叶片SPAD值差异不同灌水方式对旗叶与倒2叶、倒3叶有相同的效应。由图2可知，在灌浆前期及其之前不同灌水方式对旗叶SPAD值的效应不同，灌浆后期旗叶SPAD值以不灌水处理最低、并随灌水的增加而增加。

2.2.2 不同灌水次数叶片光合速率差异由不同灌水方式旗叶光合速率差异(图4)可知，各处理间光合速率在4月27日和5月6日差异较小，5月19日不灌水处理光合速率较低、其它处理差异较小;5月25日以灌2水处理较高、5月31日以灌2水和灌4水处理较高。

图2 不同灌水方式旗叶SPAD值差异Fig.2 Difference of SPAD value of flag leaf among different irrigation modes

2.3 不同灌水次数物质运转差异

籽粒产量形成的部分物质来源于开花前物质运转。表2表明，不灌水处理开花期干物质积累量显著低于其它灌水处理，而灌水处理间差异不显著，其中以灌起身+拔节2水处理最高。各处理间成熟期干物质积累量及花后物质积累量有相同的趋势，以不灌水和灌1水处理较低、灌4水处理最高。各处理间开花前干物质转运量、转移率及其对籽粒贡献率有相同的效应，以不灌水处理最低、灌1水处理最高，且有随灌水增加而降低的趋势。

2.4 不同灌水次数产量及其构成因素差异

从表3可以看出，不同灌水次数成穗数以不灌水处理最低、显著低于其它灌水处理，其它灌水处理间差异不显著。穗粒数以不灌水处理最低，显著低于灌4水处理，与其它灌水处理间差异不显著。千粒重随灌水增加而增加、灌水过多而减少;以不灌水处理最低、显著低于其它灌水处理;灌2水最高，与灌4水处理间差异不显著，显著高于其它处理。不同灌水方式处理间经济系数差异不显著。籽粒产量随灌水增加而增加，不灌水处理显著低于其它处理，灌1水和灌2水处理间差异不显著，灌4水处理与灌2水处理间差异不显著，显著高于灌1水处理。

图3 不同灌水次数旗叶光合速率差异Fig.3 Difference of Pnof flag leaf among different irrigationmodes

表2 不同灌水次数物质积累与运转Table 2 Drymatter accumulation amount and translocation of different treatment

表3 不同灌水次数产量及其构成因素差异Table 3 Difference of grain yield and its components of different irrigation frequency

3 讨论

河南小麦单产和总产年年不断增加，但对资源利用效率尚重视不够，而当前小麦生产中面临着水分短缺、氮肥面源污染严重等问题，河南小麦持续生产将面临着严峻挑战。研究表明，灌水次数越多，灌水总量越大，作物耗水量越大［16－18］，而土壤水则显著减少［15－20］，可以通过灌水次数和灌水量的调控，减少耗水量、改善耗水结构、提高水分利用效率。本试验表明，小麦耗水量与灌水量呈正相关关系，每公顷增加750 m3灌水、总耗水量增加600 m3;小麦耗水量与土壤水消耗量呈负相关，每公顷增加50 m3灌水、土壤水消耗量降低450 m3。灌拔节+开花2水能够充分利用土壤水、且具有较高的产量水平，水分利用效率达1.91 kg/m3。因此，河南省可以通过减少灌溉用水量、充分利用土壤贮水尤其是下层土壤水，提高水分利用效率。

众多的试验证明［17－19，22］，土壤水分对产量的限制作用愈强，产量随总耗水量增加而增加的关系表现愈明显，在这种情况下适时增加灌溉水量能起较大的增产作用。而随着灌水量的增加，水分对小麦生长的制约作用逐渐降低，灌溉虽然导致了作物总耗水量的增加，增产效应却在下降，表现为递减生产率甚至为负生产率。

4 结论

本研究表明，在灌拔节+开花2水的基础上增加灌水，籽粒产量增加不显著，水分利用效率降低，水分边际效应降低达38.94%。可见，采用拔节+开花2水可以减少水分消耗，提高水分利用效率，实现高产高效。

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(责任编辑 李山云)

Effect of Irrigation Frequency on W ater Utilization and Grain Yield in North of Henan

FANG Bao-ting，SHAO Yun-hui，YUE Jun-qin，LIXiang-dong，WANG Han-fang，QIN Feng，ZHNAG De-qi，LV Feng-rong，MA Fu-ju，YANG Cheng
(Wheat Institute，Henan Academy of Agricultural Science/Henan Key Laboratory of Wheat Biology/National Engineering Laboratory for Wheat/Key Laboratory ofWheat Biology and Genetic Breeding in Central Huang-huai-haiRegion，Ministry of Agriculture，Henan Zhengzhou 450002，China)

In order to illuminate water use characters of wheat in Henan province and attach importance to water resources utilization，four treatments，i.e.no irrigation，one irrigation in jointing，two irrigations in elongation and anthesisand four irrigations in turning green，elongation，anthesis and grain fillingwere set and the effects of different irrigation frequency on water utilization and yield formation was studied using the cultivar‘Zhoumai18’which had high yield in field experiment.The results showed that itwas positive correlation between evapotranspiration(ET)and irrigation and negative correlation between soil water consumption and irrigation.Water use efficiency(WUE)increased with increasing irrigation and decreased with excessive irrigation.Watermarginal efficiency(WME)decreased with increasing irrigation.The soilwater consumption of low layer increased with decreasing irrigation and that of upper decreased with excessive irrigation.The SPAD value and Pnincreased with properly increasing irrigation.Grain yield increased with increasing irrigation.The irrigation mode with two irrigations in elongation and anthesis realized higher grain yield and water use efficiency in this experiment.

Wheat;North of Henan province;Irrigation;Water utilization;Grain yield

S512.1

A

1001－4829(2017)2－0280－05

10.16213/j.cnki.scjas.2017.2.007

2015－08－17

国家重点研发计划课题(2016YFD0300404);国家科技支撑计划项目(2013BAD07B07-3);河南省农业科学院院自主创新专项基金

方保停(1976－)，男，博士，副研究员，河南淮滨人，主要从事小麦生态生理研究，E-mail:fangbaoting@126.com。