灌溉制度对冬小麦茎基腐病及产量的影响研究

付佳祥，李晓爽，刘宏权，党红凯，于丽娜，可艳军，马俊永

灌溉制度对冬小麦茎基腐病及产量的影响研究

付佳祥1，李晓爽2，刘宏权1*，党红凯3*，于丽娜4，可艳军4，马俊永3

（1.河北农业大学，河北 保定 071001；2.衡水学院 河北 衡水 053000；3.河北省农林科学院旱作农业研究所，河北 衡水 053000；4.枣强县农业农村局，河北 枣强 053011）

【】探究最大限度减少茎基腐病感染造成产量损失的灌溉制度和品种的最优组合。采用裂区试验，以春季5个灌溉制度为主处理（不灌水对照处理-W0，1水-W1，2水-W2，3水-W3，4水-W4），以3个不同类型小麦品种为副处理（小麦品种为衡观35，济麦22，衡9966），研究不同灌溉制度和品种对茎基腐病感病率、土壤含水率和产量的影响。不同灌溉制度对冬小麦茎基腐病具有显著影响，W3处理和W4处理相对其他处理患茎基腐病的概率最低，患重度茎基腐病的概率最低，衡9966的抗病性相比衡观35和济麦22要强；小麦不同生育期各土层含水率垂直分布变化较大，在成熟期，灌溉次数越多土壤中未被利用的剩余水分越多；在受茎基腐病的影响下，3个品种在不同灌水处理下的产量均为W4处理>W3处理>W1处理>W2处理>W0处理，不同品种的产量依次为衡9966>衡观35>济麦22；根据茎基腐病的感病率折算出的产量和实际产量，拟合度很高，其中济麦22的拟合效果最好；3个品种在W0处理产量损失最大，W3处理和W4处理较小，且衡9966较衡观35和济麦22产量损失较小。在茎基腐病影响下建议春灌3水，品种选用衡9966，可以在减少水消耗的基础上有效降低茎基腐病感病率，提高冬小麦的产量。

冬小麦；灌溉制度；品种；茎基腐病；产量

0 引 言

【研究意义】小麦是我国主要的粮食作物，在农业生产中有着举足轻重的地位。小麦主产区大部分集中在我国北方半湿润半干旱地区，水肥条件是制约小麦生产的重要因素[1]。河北省冬小麦生长在1年中最为干旱的时期，生育期内多年平均降水量不足150 mm[2]，而冬小麦全生育期正常需水量约450 mm[3]，自然降水量无法满足其正常生长发育的需求，必须进行灌溉才能获得高产。茎基腐病是近几年快速增长的小麦病害，是一种由多种镰刀菌引起的谷物病害[4]。在我国主要发生在玉米小麦二熟轮作、秙秆还田较多的河南、河北、山东、安徽、江苏、山西等地[5]，在河北、河南、山东小麦的3个主要产区茎基腐病的发生较严重，造成小麦大幅度减产[6-8]。【研究进展】陆宁海等[9]研究得出小麦茎基腐病的发生与根际土壤微生物数量有一定的关系,其中真菌数量较多,细菌和放线菌数量较少时,有可能加重病害的发生。小麦-玉米轮作地块中,前茬作物秸秆还田可以补充土壤有机质，菌源残留量大，有利于小麦茎基腐病的发生[10-11]。张继梅等[12]得出不同小麦品种对茎基腐病的抗性差异明显。Liu等[13]研究得出干旱胁迫延长了镰刀菌的初始侵染期，促进了镰刀菌病菌在初侵染期后的增殖和扩散；在水分充足的条件下，很少有菌丝从气孔中冒出，大多数侵染是由菌丝在细胞内生长引起的。陈立涛等[14]提出适当增加灌水次数和选择合适的灌水时间能减少茎基腐病的发生。【切入点】在2019年田间调查时发现不同灌溉制度和不同品种的小麦地块茎基腐病发生的程度有所不同，且不同地块的小麦产量差异显著。目前关于灌溉制度、品种与茎基腐病联系的研究较少。【拟解决的关键问题】明确灌溉制度和品种对冬小麦茎基腐病感病率和产量的影响，探究冬小麦在茎基腐病影响下灌溉制度和品种的最优组合，为灌溉能预防茎基腐病提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2019—2020年在河北省农林科学院旱作节水农业试验站进行(37°44'N，115°47'E)，供试土壤类型为黏质壤土，0～20 cm土层有机质量平均值为20.14 g/kg，全氮量1.205 g/kg，全磷量1.259 g/kg，全钾量19.318 g/kg，碱解氮量86.87 g/kg，有效磷量14.63 g/kg，速效钾量143.39 g/kg。试验地土壤肥力中等，地势平坦，灌溉条件好，多年种植小麦、玉米轮作。冬小麦的播种时间为2019年10月17日（播前灌底墒水），播种量为210 kg/hm2，底肥施复合肥750 kg/hm2（N、P、K质量比为19∶21∶5），春季追施尿素375 kg/hm2，结合春季第1水撒施4水处理在春季第1水和第2水时分2次等量追施，0水处理尿素4月15日趁雨开沟施入，其他管理同大田，于2020年6月9日收获。冬小麦全生育期降水量和温度见图1。

图1 小麦生育期内降水量和温度动态变化

1.2 试验方法

裂区设计，主处理为灌水次数，分别为W0处理（不灌水）、W1处理（拔节水）、W2处理（拔节水+扬花水或灌浆初期水）、W3处理（起身水+孕穗水或扬花水+灌浆水）和W4处理（起身水+拔节水+扬花水或灌浆初期水+灌浆水），灌水详见表1；副处理为当地生产上大面积推广的冬小麦品种：衡观35、济麦22和衡9966（济麦22作为对照）3个小麦品种。3次重复，小区面积9.0×7.5=67.5 m2，小区之间60 cm宽的隔离带。

表1 小麦春季浇水时间

1.3 测定项目与方法

1）茎基腐病调查及感病率计算

在小麦的乳熟期（5月21—25日）调查各小区茎基腐病的发病情况。每个小区调查3点，正三角形取样，每点随机取1束，调查病茎率。按茎基腐病的病情程度分为无病，轻度和重度（无病：无明显症状；轻度：小麦茎基的第1叶鞘褐枯占叶鞘长度10%～50%；重度：第2叶鞘及以上有明显褐枯或全株枯死）。茎基腐病感病率计算式为：

=/×100%， （1）

式中：为茎基腐病感病率（%）；为病茎数（株）；为调查总茎数（株）。

2）土壤含水率的测定

在冬小麦播种前、收获后及关键生育期内每5天以10 cm为1层采集土样,采用烘干法测定每小区0～100 cm土层（共10个土层）的土壤质量含水率；每个生育期的土壤含水率取生育期平均值且与智墒监测数据校核。

3）产量计算式为：

L=L1+L2+L3， （2）

Z=Z1+Z2+Z3， （3）

L1=s1×s×10， （4）

L2=s2×s×10， （5）

L3=s3×s×10， （6）

Z1=L1×r1， （7）

Z2=L2×r2， （8）

Z3=L3×r3， （9）

Lr=（L1-Z）/L1×100%， （10）

式中：L为理论产量（kg/hm2）；L1、L2、L3分别为无病理论产量（kg/hm2）、轻度理论产量（kg/hm2）、重度理论产量（kg/hm2）；s1、s2、s3分别为无病单穗粒质量（g）、轻度单穗粒质量（g）、重度单穗粒质量（g）；s为穗数（104/hm2）；Z为折算产量（kg/hm2）；Z1、Z2、Z3分别为无病折算产量（kg/hm2）、轻度折算产量（kg/hm2）、重度折算产量（kg/hm2）；r1、r2、r3分别为无病比例（%）、轻度感病率（%）、重度感病率（%）；Lr为产量损失率（%）。（因为单株小麦穗粒数很少或没有，所以不采用千粒质量计算；每个处理不同程度的理论产量分别对应不同感病程度的平均单穗粒质量和穗数计算）

实际产量（kg/hm2）：小麦收获期，每区选有代表性样方2 m2，测定籽粒产量，折算单位面积产量。

1.4 数据处理方法

采用Excel进行数据处理，SPSS.25数据处理系统进行方差分析和回归分析，作图软件采用GraphPad Prism 8.3.0和Origin 2018。

2 结果与分析

2.1 不同处理对冬小麦茎基腐病感病率的影响

不同处理冬小麦茎基腐病感病率如表2所示。相同品种下W3处理的冬小麦无病比例最高，W0处理最低；W4处理下冬小麦重度茎基腐病比例最低，W0处理最高。衡观35的W1、W2、W3、W4处理较对照W0处理无病冬小麦比例分别增加18.72%、17.94%、29.03%、28.31%；重度茎基腐病比例分别减少24.57%、28.01%、30.4%、40.59%。济麦22的W1、W2、W3、W4处理较对照W0处理无病比例分别增加19.28%、12.17%、25.12%、22.98%；重度茎基腐病比例分别减少22.57%、2.84%、23.86%、26.64%。衡9966的W1、W2、W3、W4处理较W0处理无病比例分别增加14.88%、15.68%、24.76%、22.92%；重度茎基腐病比例分别减少20.47%、21.31%、28.72%、30.2%。

表2 不同处理冬小麦茎基腐病感病率

注 表中数值为3次重复的平均值±标准误，同列不同小写字母表示相同品种下灌水次数各水平之间差异显著（<0.05）。

不同品种间比较得出，衡9966无茎基腐病的概率显著大于衡观35和济麦22。从灌溉制度和品种对茎基腐病的影响程度来看土地干旱可以促进冬小麦茎基腐病的发生，春灌3水可以降低冬小麦茎基腐病的感病率，衡9966的抗病性相比衡观35和济麦22要强。

2.2 冬小麦生育期土壤剖面水分动态规律

图2为冬小麦不同生育期各个处理土壤剖面含水率动态变化。小麦各生育期内不同处理的土壤含水率纵向分布差异明显，全生育期内土壤含水率变幅为6.24%～27.05%。苗期，因降雨在各处理浅层土壤水分分布较集中，土壤含水率较高，在W1处理0～10 cm土壤含水率最低，为18.78%，最高为21.36%；W2处理10～20 cm土壤含水率最低，为15.95%，W3处理最高，为20.15%；在60～100 mm不同处理之间差异较大，主要由于小麦-玉米轮作，玉米季不设水分处理从而导致土壤空间变异较大造成。拔节期，因为灌溉使不同处理土壤水较分散，0～30 cm土壤含水率表现为：W1处理>W2处理>W4处理>W3处理>W0处理；由于W1处理灌水时间晚于W2处理，W1处理的土壤含水率在40 cm开始下降，W2处理从50 cm开始下降，各土层含水率均以W0处理最低。抽穗期，小麦生长需要消耗许多水分，各土层含水率降低，0～100 cm土壤含水率降低为7.35%～22.89%,W1处理和W2处理降低最多；W3处理和W4处理0～60 cm土壤含水率较平稳。开花期，因W2处理和W4处理灌水，所以土壤含水率比W0处理，W1处理，W3处理大；W4处理0～50 cm土壤含水率低于W2处理，原因可能是W2处理受茎基腐病影响严重，导致小麦耗水率降低。灌浆期，因温度的影响0～10 cm表层水蒸发较大从而土壤含水率较小，由于降雨导致雨水下渗使各处理均在20～30 cm土壤含水率呈增加趋势，30～60 cm开始降低。成熟期，在0～60 cm土壤含水率表现为：W4处理>W3处理>W2处理>W1处理>W0处理，60～100 cm的土壤含水率则无明显规律。

2.3 不同处理对冬小麦产量的影响

从不同灌溉制度对产量的影响来看（表3），W0处理产量最低，W1、W2、W3、W4处理较W0处理增产幅度依次为300.49%、237.98%、599.16%、680.06%（<0.01）。

注 图中每列不同小写字母表示相同品种下灌水次数各水平之间差异显著（<0.05）；不同大写字母表示相同灌水次数下品种各水平之间差异显著（<0.05）。下同。

从品种的水分反应特性来看（表3），衡观35和济麦22之间没有明显的显著性差异，衡9966与衡观35和济麦22差异显著。3个品种在相同灌溉水平下的产量表现为衡9966>衡观35>济麦22，衡9966下W3处理和W4处理产量相近，表明衡9966更加节水抗旱且抗病能力要高于衡观35和济麦22。综上得出，衡9966和W3处理的搭配不仅提高了产量，还节水和抗茎基腐病。

2.4 折算产量与实际产量的关系

表4为根据冬小麦不同程度茎基腐病感病率折算出的产量。衡观35、济麦22和衡9966的W1处理和W2处理，W3处理和W4处理的差异不显著；W1处理和W2处理的无病折算产量显著高于W0处理，W3处理和W4处理显著高于W0、W1处理和W2处理。济麦22和衡9966在W0、W1处理和W2处理下的轻度茎基腐病没有显著差异，W3处理和W4处理的轻度茎基腐病折算产量显著高于W0、W1处理和W2处理；衡观35的W1、W2处理的轻度茎基腐病的折算产量高于W0处理，W4处理的轻度茎基腐病的折算产量最高。衡观35和济麦22的W3处理重度茎基腐病产量要高于其他处理，衡9966在不同灌溉制度下的重度茎基腐病的产量无显著差异。

表4 冬小麦不同程度茎基腐病下的折算产量

衡观35和衡9966不同程度的折算产量之和在W3处理下最高，与W4处理无显著性差异，济麦22的W4处理与W3处理的综合折算产量基本相似，3个品种W3处理和W4处理的综合产量显著高于W0、W1、W2处理，W1和W2处理显著高于W0处理。

对3个品种的折算产量与实际产量进行相关性分析均得出<0.001,衡观35、济麦22、衡9966相关系数分别为0.895**、0.963**、0.954**，二者之间相关性显著。由图3所示，3个品种折算产量和实际产量都呈极显著正相关，拟合效果最好的是济麦22（2=0.927 2），其次是衡9966（2=0.910 6），最后是衡观35（2=0.801 3）。

图3 折算产量和实际产量的回归分析

表5是冬小麦不同处理的产量损失率。从表5可以得出茎基腐病对产量造成很大的损失。衡观35产量损失率表现为W0处理>W2处理>W1处理>W3处理>W4处理；济麦22产量损失率表现为W0处理>W2处理>W1处理>W4处理>W3处理；衡9966产量损失率表现为W0处理>W1处理>W2处理>W3处理>W4处理。从灌溉制度看，3个品种均在W0处理产量损失最大，W3处理和W4处理损失较小，W1处理和W2处理次之；从品种看，衡9966损失最小。说明干旱和病害的相互作用会导致小麦极大幅度的减产，在拔节期前灌水有助于抑制茎基腐病；衡观35和济麦22的2个品种出现W2处理损失大于W1处理的原因是2个品种抗病性较弱且灌1水时已经是在拔节后期，2个处理小麦长势较W3处理、W4处理相差较大，茎基腐病病情已经严重，W2处理灌2水加剧了茎基腐病的感病率。

表5 冬小麦产量损失率

3 讨 论

3.1 产量对灌溉制度和茎基腐病的响应

在本年度冬小麦茎基腐病感病率极高，W1、W2、W3、W4处理分别较对照W0处理增产300.49%、237.98%、599.16%、680.06%；研究调查的3个品种均以W4处理产量最高。本年度冬小麦茎基腐病感病率W1、W2、W3、W4处理分别较W0处理减少17.64%、15.28%、26.31%、24.75%；重度茎基腐病感病率W1、W2、W3、W4处理分别较对照W0处理减少22.53%、17.38%、27.66%、32.47%。W1处理和W2处理第1次灌水都是在拔节后期，分别为在4月15日和4月10日，茎基腐病在拔节期就已经出现，由于灌水较晚，导致小麦抗性降低，以至于产量大幅度降低；W2处理产量低于W1处理的产量，分析原因是2个处理第1次灌水时冬小麦已经受到茎基腐病的危害，土壤中已经有大量的镰刀菌，W2处理灌2水时，使得镰刀菌随水分扩散，导致W2处理受危害程度高于W1处理，而W3、W4处理第1水灌水时间较早，使得小麦能及时补充水分，增加对茎基腐病的抵抗。W3处理和W4处理能显著降低冬小麦茎基腐病的感病率，不灌水的情况下冬小麦感病率最高，由于干旱和茎基腐病导致冬小麦大幅度减产，这与前人的研究结果一致[15-16]。陈立涛等[14]研究表明浇水时间与浇水次数对小麦茎基腐病具有显著的影响，年前浇冻水或年后浇3水，都能显著降低茎基腐病的发生。本研究也得出干旱条件下茎基腐病的严重程度较其他处理高，茎基腐病的感病率达到50%左右，对冬小麦的产量影响非常大。利用折算产量计算出产量损失率在5%～50%,徐飞等[17]得出茎基腐病干旱的田块发生危害重，造成冬小麦产量损失达51.6%。

3.2 冬小麦茎基腐病对土壤含水率的响应

土壤含水率较高的处理冬小麦茎基腐病感病率较低，含水率较低的处理茎基腐病感病率和感病程度都较高。对茎基腐病感病率和生育期平均土壤含水率进行相关性分析得出土壤含水率与茎基腐病感病率相关性显著。杨荣赞等[18]指出0～50 cm为根系主要活动层。本研究中冬小麦苗期0～20 cm的土壤含水率为15.95%～21.36%,推测因苗期浅层含水率较高限制了冬小麦根系的向下延伸，如后期灌水量不充足则受到茎基腐病的影响较大。曹成等[19]提出冬小麦在拔节期和抽穗-灌浆期对水分亏缺较为敏感。孔筹锌等[20]、梁硕硕等[21]认为，在无灌溉或灌溉量较少时，冬小麦主要利用深层土壤水，灌溉次数增加后，则主要利用表层土壤水。茎基腐病造成茎基部分蘖结处枯死，菌体在植物的根和茎基部的定植限制了水分的转运，冬小麦因根系吸收不到水分而造成白穗[22]。无论是田间还是温室，干旱条件下的植物比正常水分条件下的植物表现出更严重的症状[23-25]。

3.3 冬小麦茎基腐病的发病因素

本研究冬小麦茎基腐病的发病率在43.31%～81.64%。河北省吴桥县冬小麦茎基腐病发生程度逐年加重，2016—2017年小麦茎基腐病处于零星发病阶段，2018—2019年发生面积迅速上升至13 340 hm2左右[26]。2019—2020年小麦季降雨量为115.57 mm，平均温度为8.39 ℃。从降雨时空分布来看，播种前10月14日降雨6.38 mm致土地湿润，因此推迟至10月17日播种，在3月1日—5月1日的降雨量仅为22.2 mm。在2017年潍坊市秋季多雨，小麦播种期延迟，湿润的表层土有利于病菌在苗期侵染；2018年小麦拔节后严重干旱，昌邑北部、滨海麦田在无水浇条件的情况下，小麦长势瘦弱，抗病力差，发病严重，病株率80%～96%，不少地块绝产[27]。Samira等[28]指出小麦茎基腐病发生的严重程度与小麦生长期降水量、年降水量呈负相关关系，干旱可加重小麦茎基腐病的发生。本试验地区测定的土壤有机质量为20.14 g/kg，其他地区有机质量在16.5 g/kg左右，有机质量过高可能是小麦玉米轮作，长期秸秆覆盖的原因。陆宁海等[29]得出秸秆还田后小麦根际土壤中细菌、真菌、放线菌的数量明显提高,小麦茎基腐病的发生比未还田的严重，相关研究表明偏施氮肥、土壤缺锌都会加重病害的发生。本研究调查发现衡观35和济麦22茎基腐病感病程度严重，受茎基腐病影响较大。杨云等[30]也得出衡观35和济麦22为高度感病品种，对茎基腐病抗性较差。

4 结 论

1）相同灌溉制度，衡9966在0水、1水、2水、3水、4水感病率分别为68.07%、53.19%、52.39%、43.31%、45.15%，均低于衡观35和济麦22，属于3个品种中抗病性最好的品种。

2）茎基腐病对冬小麦产量影响严重，衡9966、衡观35和济麦22在不同灌溉制度下产量都有损失，冬小麦产量损失在5.58%～48.95%。

3）当灌溉制度为春灌3水，不仅茎基腐病感病率最低，产量也受茎基腐病影响较小，W3处理为茎基腐病影响下灌溉制度最优处理。

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Managing Irrigation Scheduling to Alleviate the Impact of Salk Rot and Improve Yield of Winter Wheat

FU Jiaxiang1, LI Xiaoshuang2, LIU Hongquan1*, DANG Hongkai3*, YU Lina4, KE Yanjun4, MA Junyong3

(1. Hebei Agricultural University, Baoding 071001, China; 2. Hengshui University, Hengshui 053000, China; 3. Institute of Dry Farming, Hebei Academy of Agriculture and Forestry Sciences, Hengshui 053000, China;4. Zaoqiang County Agriculture and Rural Bureau, Zaoqiang 053011, China)

【】Stem and root rot is a common disease of winter wheat. It not only affects crop growth but also root uptake of water. Considering that increasing irrigation times might spread the pathogen, an optimal combination of irrigation scheduling and rot-resistant wheat cultivars could alleviate the detrimental impact of stalk rot. The objective of this paper is to elucidate how irrigation scheduling combined with wheat varieties can minimize the yield loss due to stalk rot infection.【】The experiments were conducted in a field with all treatments organized based on split-zone design. We compared three wheat varieties: Hengguan 35, Jimai 22 and Heng 9966. For each variety, there were five irrigation treatments: Irrigating once (W1), twice (W2), three times (W3) and four times (W4), with no-irrigation taken as the control (CK); the irrigation amount in each irrigation was the same. In the experiment, we measured the susceptibility of the crop to the rot, soil moisture content, and the final yield.【】Irrigation scheduling had a significant effect on the occurrence of the stem rot. Regardless of the wheat varieties, stalk rots were least to occur when the wheat was watered with W3 and W4 irrigation scheduling. Heng 9966 was most rot-resistant among the three varieties. Soil water distribution varied with both growing stages and irrigation scheduling. When the wheat was maturing, the soil water content increased with irrigation times. Considering the impact of the pathogen, the impact of irrigation scheduling on the average yield of the three varieties was ranked in the order of W4> W3> W1> W2> W0. The average yield of each variety was ranked in the order of Heng 9966> Hengguan 35> Jimai 22. Regression analysis revealed that the yield estimated based on rot infection and the measured yield were highly correlated, especially for Jimai 22. Averaging over the three varieties, irrigation scheduling W0 gave rise to the highest yield loss, while the loss in W3 and W4 was the least. On average, the impact of the stem rot on wheat yield was the least for Heng 9966.【】Considering the potential occurrence of stem rot, planting Heng 9966 and irrigating it three times were most effective to alleviate the pathogen and improve crop yield, while in the meantime reducing its water consumption.

winter wheat; irrigation scheduling; wheat variety; stem rot; yield

付佳祥, 李晓爽, 刘宏权, 等. 灌溉制度对冬小麦茎基腐病及产量的影响研究[J]. 灌溉排水学报, 2021, 40(9): 24-31.

FU Jiaxiang, LI Xiaoshuang, LIU Hongquan, et al. Managing Irrigation Scheduling to Alleviate the Impact of Salk Rot and Improve Yield of Winter Wheat[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2021, 40(9): 24-31.

S274.1

A

10.13522/j.cnki.ggps.2021069

1672 – 3317（2021）09 - 0024 - 08

2021-02-19

河北省重点研发项目（19227003D）；河北省小麦产业体系；河北省节水灌溉装备产业技术研究院基金项目（SC2018005）；河北省农科院创新工程项目（2019-4-6-1）

付佳祥（1998-），男。硕士研究生，主要从事节水灌溉理论与技术研究。E-mail: 15076816887@163.com

刘宏权（1979-），男。副教授，博士，主要从事农田水肥调控及农业水土资源优化利用研究。E-mail: lhq@hebau.edu.cn。

党红凯（1979-），男。副研究员，博士，主要从事小麦节水技术研究。E-mail: wheatcrop@126.com

责任编辑：赵宇龙