减少灌水次数对小麦氮素积累转运和产量的影响

李金峰 刘 骏 杜立丰 张金霞 简俊涛 刘广成

（1.焦作市农林科学研究院 河南焦作454000；2.河南省新乡市农业科学院 新乡453002；3.南阳市农业科学院 河南南阳473000；4.焦作市焦科农业科技有限公司 河南焦作454000）

我国水资源匮乏，人均水资源不足世界平均水平的1/4，北方冬小麦区小麦产量占全国小麦产量的3/5，但人均水资源仅占全国人均水资源的1/5，仅靠降雨不能满足小麦的生长发育需要，生产上主要依靠灌溉来满足小麦对水分的需求[1]。传统的大水漫灌方式对水资源的有效利用率太低，不能适应节水型农业的发展要求[2]。研究表明，通过合理利用农业水资源，能够实现在节约水资源的同时，小麦依然保持较高产量[3]。近年来，国内外对合理利用降雨、土壤贮水、灌溉水以及灌水对小麦氮素积累的影响进行了大量的研究[4－5]。曾占奎等[6]认为在小麦的全生育期，总耗水量的差异取决于各生育期的耗水量差异，随着灌水量的增加，小麦的耗水量随之增加，且土壤贮水消耗量不断降低。吴宝建等[7]研究发现，小麦对水分的需求具有上限，灌水量超过水分需求上限后并不能继续提高小麦产量。张敏等[8]研究发现灌水次数影响小麦植株氮素的积累，且小麦氮素积累量会随灌水次数的减少而逐渐下降。闫金龙等[9]通过研究灌水量对不同小麦品种的影响得出结论，节水小麦品种水分利用效率受灌水量的影响较小，普通小麦品种水分利用效率受灌水量的影响较大，水分利用效率由品种和水分互作效应决定。前人关于灌水量对小麦水分利用率及产量影响的报道较多，但结果不尽相同，且有关节水小麦品种筛选及配套栽培技术的研究报道较少。本试验以5 个小麦品种为材料，在不同灌溉次数条件下，比较不同品种氮素积累转运、水分利用和产量及其构成对减少灌溉次数的响应差异，以期为节水小麦优质高产栽培模式不断完善提

供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2019-2020 年在河南焦作小麦综合试验站进行。试验地点年平均气温14.6℃，年平均降水量614.1 mm，年平均蒸发量1 769.9 mm，降水量集中在6~9 月。试验地土质为粉沙质黏土，表层（0～20 cm）土壤含全氮0.9 g/kg、速效磷10.9 mg/kg、速效钾63.1 mg/kg、有机质10.1 g/kg。供试小麦品种共有5 个：漯麦26、商麦167、泉麦29、郑品麦25、新麦35。

1.2 试验设计

设置3 个灌水处理，分别为W1（越冬水)、W2（越冬水+拔节水)、W3（越冬水+拔节水+灌浆水)。不同灌水处理间设置2 m 宽隔离带，每个处理不同品种间采取随机区组排列，3 次重复。小区面积为13.3 m2（1.4 m×9.5 m），行距20 cm，共45 个小区。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 作物耗水量的测定 土壤含水量采用取土烘干法测定。在小麦播种前及收获后，用土钻取0～100 cm土层的土壤，每20 cm 分为一层，测定土壤含水量。通过测定土壤含水量计算作物耗水量，由于试验小区附近没有地表径流，地下水埋深大于5 m，100 cm以下排水量不影响本试验计算，因此，作物耗水量计算公式可简化为： 作物耗水量 （mm）=降水量+灌溉量+（C1-C2），式中，C1 为播前土壤0~100 cm 土层土壤贮水量（mm），C2 为收获后土壤0~100 cm 土层土壤贮水量（mm）。

1.3.2 氮素积累和转运指标的测定 在小麦开花期和完熟期，对每个处理20 cm 双行的地上全部组织进行取样，将样品置于烘箱内105℃下杀青30 min 处理后，调至60℃烘干至恒重，称量各器官干物质量。将烘干后的样品磨粉后消煮，采用半微量凯氏定氮法测定全氮含量，3 次重复。

氮素积累量=营养器官氮含量×营养器官干物质积累量；

氮素转运量=开花期营养器官氮素积累量-成熟期营养器官氮素积累量；

氮素转运效率=氮素转运量/花前氮素积累量×100%。

1.3.3 产量及其构成因素的测定 在小麦完熟期，每个小区取1 m2区域，测量成穗数和穗粒数，3 次重复。于试验小区收获后称量，并测定千粒重，3 次重复。

1.3.4 水分利用效率的测定 水分利用效率（WUE，kg/hm·mm）=产量/作物耗水量。

1.4 数据分析

试验数据采用Excel 2016 软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 灌水次数对小麦氮素积累量的影响

从表1 可以看出，开花期小麦不同器官中氮素积累量表现为叶片〉茎鞘〉穗，说明在开花期叶片是氮素积累最主要的器官。减少灌水次数，造成开花期小麦营养器官中氮素积累量显著降低，说明水分供应不足不利于小麦氮素累积。开花期不同品种的氮素积累量受灌水次数的影响存在差异，商麦167 差异最大，W2、W1 与W3 相比，分 别降低24.63%、27.41%；新麦35 差异最小，W2、W1 与W3 相比，分别降低12.76%、25.50%。

从表2 可以看出，完熟期小麦不同器官中氮素积累量表现为籽粒＞茎鞘＞叶片＞穗，说明在完熟期籽粒是氮素积累最主要的器官。减少灌水次数，造成完熟期小麦营养器官中氮素积累量显著降低（泉麦29 的W2 处理除外），说明水分供应不足不利于小麦氮素累积。完熟期不同品种的氮素积累量受灌水次数的影响存在差异，商麦167 差异最大，W2、W1 与W3 相比，分别降低4.14%、11.05%；泉麦29 差异最小，W2、W1 与W3 相比，分别增高3.40%、降低3.47%。

2.2 灌水次数对小麦氮素转运的影响

从表3 可以看出，不同营养器官中氮素转运量表现为叶片＞穗＞茎鞘，氮素转运效率表现为叶片＞穗＞茎鞘，说明叶片是氮素转运量和氮素转运效率最主要的营养器官。减少灌水次数，造成小麦营养器官中氮素转运量显著降低（商麦167 的W1 处理除外），说明水分供应不足不利于营养器官氮素向籽粒转运。不同品种的氮素转运量受灌水次数的影响存在差异，郑品麦25 差异最大，W2、W1 与W3 相比，分别降低29.26%、34.79%； 漯麦26 差异最小，W2、W1 与W3 相比，分别降低8.75%、28.26%。

2.3 灌水次数对小麦水分利用的影响

表1 灌水次数对开花期小麦氮素积累的影响

表2 灌水次数对完熟期小麦氮素积累的影响

从表4 可以看出，减少灌水次数，不同品种小麦的土壤供水量均显著增高，总耗水量均显著减少，水分利用效率先增高后降低 （商麦167 的W2 处理除外），说明减少灌溉次数可以影响小麦的总耗水量和水分利用效率，适当的减少灌水次数，有利于提高小麦对降雨和土壤供水的有效利用，从而减少水资源的浪费。不同品种的总耗水量受灌水次数的影响存在差异，漯麦26 差异最大，W2、W1 与W3 相比，分别降低11.82%、18.86%；商麦167 差异最小，W2、W1 与W3 相比，分别降低9.66%、14.44%。不同品种的水分利用效率受灌水次数的影响存在差异，商麦167 差异 最 大，W2、W1 与W3 相 比，分 别 降 低1.93%、10.14%；郑品麦25 差异最小，W2、W1 与W3 相比，分别增高0.48%、降低1.62%。

表3 灌水次数对小麦氮素转运的影响

表4 灌水次数对小麦水分利用的影响

2.4 灌水次数对小麦产量构成的影响

从表5 可以看出，减少灌水次数，不同品种小麦的成穗数、穗粒数、千粒重及产量均不断降低，说明当水分供应不足时会显著影响小麦的产量构成。在不同灌水次数处理下，小麦品种商麦167 的产量均为最高，说明通过选育适宜节水条件下种植的品种，在节约水资源的同时，依然能够保持较高产量。不同品种的成穗数受灌水次数的影响存在差异，新麦35差异最大，W2、W1 与W3 相比，分别降低3.80%、10.98%；郑品麦25 差异最小，W2、W1 与W3 相比，分别降低2.57%、7.39%。不同品种的穗粒数受灌水次数的影响存在差异，新麦35 差异最大，W2、W1 与W3相比，分别降低2.65%、11.85%； 泉麦29 差异最小，W2、W1 与W3 相比，分别降低3.85%、7.32%。不同品种的千粒重受灌水次数的影响存在差异，商麦167差异最大，W2、W1 与W3 相比，分别降低6.60%、7.64%；新麦35 差异最小，W2、W1 与W3 相比，分别降低0.93%、2.38%。不同品种的产量受灌水次数的影响存在差异，商麦167 差异最大，W2、W1 与W3 相比，分别减产11.41%、23.10%； 泉麦29 差异最小，W2、W1 与W3 相比，分别减产6.52%、17.64%。

表5 灌水次数对小麦产量构成的影响

3 结论与讨论

3.1 减少灌水次数对小麦氮素积累转运的影响

小麦生育期的灌水次数是决定小麦氮素积累量和氮素转运量的关键因素[10-11]。前人研究表明，水分胁迫会加速植株早衰，导致干物质积累量减少，造成氮素损失[12]。本研究结果表明，5 个小麦品种的氮素积累量均随灌水次数的减少而逐渐下降。变化趋势与前人研究结果基本一致[13]。这可能与灌水次数减少后，小麦对水分胁迫的适应性降低，叶片光合能力下降有关[14,19]。同时发现减少灌水次数后，小麦营养器官中氮素转运量显著降低，说明水分供应不足不利于营养器官氮素向籽粒转运。这可能由于水分胁迫促使小麦过早进入生殖生长阶段，导致氮素转运时间变短，转运量降低[15]。

3.2 减少灌水次数对小麦水分利用的影响

发展节水小麦，关键在于要提高小麦对自然降雨和灌溉水的利用效率[16]。前人研究表明，水分胁迫会提高小麦的水分利用效率，减少小麦对水的消耗量[17，23]。本研究结果表明，5 个小麦品种的总耗水量均随灌水次数的减少而逐渐下降。变化趋势与前人研究结果基本一致[18]。这可能与灌水次数减少后，小麦对自然降雨和土壤供水的利用率提高，降低对灌溉水的依赖有关[19]。同时发现，随着灌水次数的减少，小麦水分利用效率先增高后降低，说明W2 处理有助于提高小麦水分利用效率。前人研究发现，水分胁迫促使小麦根系提高对土壤贮水的利用效率，土壤贮水消耗量占总耗水量比例增加[16，20]，这也解释了W2 处理提高小麦水分利用效率的原因。

3.3 减少灌水次数对小麦产量构成的影响

灌水对小麦产量及产量构成因素具有显著影响[9，21]。前人研究表明，灌水次数减少后，产量及产量构成因素随之减少[22]。本研究结果表明，随着灌水次数的减少，5 个小麦品种的成穗数、穗粒数、千粒重及产量均有不同程度的降低。试验结果与前人研究结果基本一致[23]。这可能与灌水次数减少后，小麦源库关系不断恶化，灌水次数多的源库比较高有关[11，24]。同时发现，在不同灌水次数处理下，不同小麦品种产量存在差异，但商麦167 的产量均为最高，说明通过选育适宜节水条件下种植的品种，在节约水资源的同时依然能够保持较高产量。

综上所述，只有充分了解不同小麦品种的节水特性，才能在稳定小麦产量的基础上，不断减少灌溉量。此外，由于小麦的各项生理指标受气候和栽培条件的影响很大[25]，各项生理指标在不同年份会出现较大波动，而本试验只进行了1 个年度，因此由数据得出的结论具有一定的局限性。最后，由于与已有的研究结果不尽相同，因此今后有必要针对节水小麦进行多年的品种筛选及配套栽培技术研究，为节水小麦优质高产栽培模式不断完善提供理论依据。