宋兆云 趙 陽(yáng) 王 東谷淑波

山東農(nóng)業(yè)大學(xué) / 作物生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 / 農(nóng)業(yè)部作物生理生態(tài)與耕作重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 山東泰安 271018

拔節(jié)期補(bǔ)灌對(duì)兩種土壤質(zhì)地上冬小麥旗葉衰老特性和籽粒產(chǎn)量的影響

宋兆云 趙 陽(yáng) 王 東*谷淑波

山東農(nóng)業(yè)大學(xué) / 作物生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 / 農(nóng)業(yè)部作物生理生態(tài)與耕作重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 山東泰安 271018

為明確不同質(zhì)地土壤條件下, 拔節(jié)期補(bǔ)灌對(duì)冬小麥旗葉衰老特性、光合速率、籽粒產(chǎn)量和水分利用效率的影響, 2013—2014和2014—2015冬小麥生長(zhǎng)季, 在粉壤土和沙壤土地塊進(jìn)行補(bǔ)灌試驗(yàn), 以全生育期不灌水處理(D0)為對(duì)照, 設(shè)4個(gè)灌水處理, 分別是拔節(jié)期目標(biāo)濕潤(rùn)層為0～10 (D1)、0～20 (D2)、0～30 (D3)和0～40 cm (D4), 目標(biāo)相對(duì)含水量均為100%, 4個(gè)灌水處理開(kāi)花期補(bǔ)灌水量均以0～20 cm土層相對(duì)含水量達(dá)100%為目標(biāo)。結(jié)果顯示, 隨目標(biāo)濕潤(rùn)層深度增加, 兩種質(zhì)地土壤地塊小麥拔節(jié)期補(bǔ)灌水量均明顯增加, 開(kāi)花期補(bǔ)灌水量變化較小。隨拔節(jié)期灌水量的增大, 開(kāi)花后小麥旗葉可溶性蛋白含量、超氧化物歧化酶活性、過(guò)氧化氫酶活性、旗葉光合速率均呈升高趨勢(shì), 丙二醛含量呈下降趨勢(shì); 粉壤土條件下D3與D4無(wú)顯著差異, 沙壤土條件下D2、D3和D4處理間無(wú)顯著差異。隨著拔節(jié)期目標(biāo)濕潤(rùn)層深度的增加, 兩種土壤質(zhì)地的麥田耗水量和籽粒產(chǎn)量均呈增加趨勢(shì), D4與D3處理間籽粒產(chǎn)量無(wú)顯著差異; 而水分利用效率則呈先升后降趨勢(shì), D4顯著低于D3或D2處理。在本試驗(yàn)條件下, 根據(jù)某一深度土層土壤飽和水虧缺量進(jìn)行補(bǔ)灌, 無(wú)論是粉壤土還是沙壤土, 拔節(jié)期均以補(bǔ)灌至0～30 cm土層相對(duì)含水量達(dá)100%為最佳, 有利于延緩旗葉衰老, 提高光合速率, 并可獲得較高的籽粒產(chǎn)量和水分利用效率。

冬小麥; 土壤質(zhì)地; 補(bǔ)灌; 旗葉; 籽粒產(chǎn)量; 水分利用效率

我國(guó)農(nóng)業(yè)用水約占全國(guó)總用水量的 70%以上,灌區(qū)灌溉用水占農(nóng)業(yè)用水量的90%。隨著工業(yè)化和城市化進(jìn)程的加快, 部分農(nóng)業(yè)灌溉用水將會(huì)被擠占[1]。當(dāng)前小麥生產(chǎn)中仍以傳統(tǒng)的大水漫灌和畦灌為主,水資源浪費(fèi)較重, 灌溉水有效利用率低[2]。在河南新鄉(xiāng)采用定額灌溉方法研究表明, 小麥拔節(jié)期、抽穗期和灌漿期每次灌水量由 90 mm減少至 45.0～67.5 mm, 不會(huì)對(duì)產(chǎn)量造成很大影響[3]。在華北平原, 小麥全生育期總灌水量為120 mm的條件下, 2次灌溉處理(拔節(jié)期和抽穗期各 60 mm)的籽粒產(chǎn)量和水分利用效率明顯高于一次性灌溉(拔節(jié)期或抽穗期)和分3次等量灌溉處理(拔節(jié)期、抽穗期和灌漿期各40 mm)處理[4]; 孫宏勇等[5]和秦欣等[6]針對(duì)不同降水年型, 提出干旱年灌3次水, 平水年灌2次水, 豐水年灌1水, 每次60～70 mm是華北平原優(yōu)化的冬小麥灌溉制度?？梢?jiàn), 小麥生育期內(nèi)補(bǔ)灌頻次和灌水量與年度自然降水條件、大田土壤水分狀況等有密切關(guān)系, 在不同年份、不同生態(tài)區(qū)和地塊存在較大差異。

針對(duì)復(fù)雜環(huán)境條件, 充分考慮自然降水和土壤蓄水狀況, 以及小麥生育期需水特性, 我們采用測(cè)墑補(bǔ)灌策略實(shí)施冬小麥關(guān)鍵生育期水分管理, 充分利用土壤貯水和自然降水, 達(dá)到小麥高產(chǎn)和高水分利用效率的目標(biāo), 即在補(bǔ)灌前先測(cè)定一定深度土層含水量, 根據(jù)土壤水的虧缺程度, 利用灌水定額公式計(jì)算需補(bǔ)灌水量。前期研究發(fā)現(xiàn), 將擬濕潤(rùn)層深度設(shè)定為0～140 cm, 拔節(jié)期和開(kāi)花期補(bǔ)灌的目標(biāo)土壤相對(duì)含水量為 75%, 或者將擬濕潤(rùn)層深度設(shè)定為0～40 cm, 拔節(jié)期和開(kāi)花期補(bǔ)灌的目標(biāo)土壤相對(duì)含水量為 70%, 均獲得了較高的籽粒產(chǎn)量和水分利用效率[7-8]。然而, 土壤質(zhì)地對(duì)田間持水率的大小、水分入滲過(guò)程等影響很大[9-10], 因而在不同土壤質(zhì)地麥田適宜補(bǔ)灌參數(shù)也應(yīng)存在差異。迄今, 這方面的試驗(yàn)研究還很少, 不同土壤質(zhì)地的適宜補(bǔ)灌量, 以及補(bǔ)灌后對(duì)冬小麥產(chǎn)量的調(diào)控效果有待進(jìn)一步分析。我國(guó)黃淮海地區(qū)土壤質(zhì)地多屬壤土, 其中以沙粉土最多, 而黏土所占比例很小[11]。本試驗(yàn)選擇粉壤土和沙壤土地塊, 在拔節(jié)期設(shè)置不同的擬濕潤(rùn)層深度, 探索補(bǔ)灌對(duì)冬小麥旗葉衰老的調(diào)節(jié)作用及其與籽粒產(chǎn)量的關(guān)系, 為冬小麥節(jié)水高產(chǎn)栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2013—2014和2014—2015年冬小麥生長(zhǎng)季分別在山東省濟(jì)寧市小孟鎮(zhèn)史家王子村(35°40′N, 116°41′E)和泰安市道朗鎮(zhèn)玄莊村(36°12′N, 116°54′ E)大田進(jìn)行。供試冬小麥品種為濟(jì)麥22。在兩試驗(yàn)點(diǎn)均選擇粉壤土和沙壤土地塊, 以全生育期不灌水處理為對(duì)照(D0), 設(shè)置4個(gè)補(bǔ)灌水處理, 于拔節(jié)期和開(kāi)花期補(bǔ)灌。設(shè)置拔節(jié)期補(bǔ)灌的擬濕潤(rùn)層深度為0～10 cm (D1)、0～20 cm (D2)、0～30 cm (D3)和0～40 cm (D4), 目標(biāo)相對(duì)含水量均為100%, 開(kāi)花期各補(bǔ)灌水處理均以0～20 cm土層相對(duì)含水量達(dá)到100%為目標(biāo)進(jìn)行補(bǔ)灌。依據(jù)灌水定額公式計(jì)算補(bǔ)灌量。

式中, Dh為擬濕潤(rùn)層深度(cm), γbd為該擬濕潤(rùn)層土壤容重(g cm-3), θt為目標(biāo)土壤質(zhì)量含水量(mg g-1), 即田間持水量乘以目標(biāo)土壤相對(duì)含水量, θn為灌水前擬濕潤(rùn)層土壤質(zhì)量含水量(mg g-1)。以井水為水源,灌溉時(shí)采用輸水帶供水, 通過(guò)小麥專用微噴帶(ZL201220356553.7)[12]均勻噴灑在試驗(yàn)小區(qū)內(nèi), 微噴帶進(jìn)水端裝有水表和閘閥, 用以計(jì)量和控制灌水量。

播種前測(cè)定試驗(yàn)地0～200 cm土壤質(zhì)地(表1)和耕層基礎(chǔ)肥力(表2), 0～200 cm各土層分別測(cè)定土壤容重、田間持水量, 以及播種前和拔節(jié)期補(bǔ)灌前土壤相對(duì)含水量(表3)。不同處理冬小麥生育期內(nèi)補(bǔ)灌水量如表 4所示。冬小麥生長(zhǎng)季總降水量 2013—2014年度為155.0 mm, 2014—2015年度為161.2 mm,降水量分布如圖1。

小區(qū)面積4 m × 10 m = 40 m2, 隨機(jī)區(qū)組排列, 3次重復(fù)。小區(qū)間設(shè) 1.0 m隔離帶, 防止水分側(cè)滲影響。播種前底肥施純氮105 kg hm-2、P2O5150 kg hm-2、K2O 150 kg hm-2, 拔節(jié)期追施純氮 135 kg hm-2。使用的肥料為尿素(含N 46%)、磷酸二銨(含

P2O546%, 含N 18%)和氯化鉀(含K2O 60%)。播種期為2013年10月10日和2014年10月6日; 四葉期定苗, 基本苗為 180株 m-2; 收獲期為2014年5月31日和2015年6月10日。其他管理措施同一般高產(chǎn)田。

表1 試驗(yàn)田0～200 cm各土層土壤質(zhì)地Table 1 Soil texture in 0-200 cm depth of experimental plot (%)

表2 試驗(yàn)田0～20 cm土層播種前土壤養(yǎng)分含量Table 2 Soil nutrient contents in 0-20 cm soil layer of experimental field before sowing

表3 試驗(yàn)田0～200 cm各土層土壤容重、田間持水量和土壤相對(duì)含水量Table 3 Soil bulk density, field capacity, soil relative water content in 0-200 cm soil layers of experimental plots

表4 拔節(jié)和開(kāi)花期不同處理的補(bǔ)灌水量Table 4 Irrigation amounts at jointing and anthesis stage in different treatments (mm)

圖1 2013-2014和2014-2015年小麥生長(zhǎng)季降水量Fig. 1 Precipitations in the 2013-2014 and 2014-2015 wheat growing seasons

1.2 土壤含水量和農(nóng)田耗水量的測(cè)定方法

于小麥播種和補(bǔ)灌(拔節(jié)期或開(kāi)花期)前1 d, 分別用土鉆取0～10、10～20、20～30、30～40、40～60、60～80、80～100、100～120、120～140、140～160、160～180和180～200 cm土層土樣, 裝入鋁盒; 稱鮮重后置于烘箱中, 110℃烘至恒重; 然后稱干土重, 計(jì)算土壤質(zhì)量含水量和土壤相對(duì)含水量。每小區(qū)取1個(gè)點(diǎn), 每處理3次重復(fù)。

土壤質(zhì)量含水量(%) = (鮮土質(zhì)量 - 干土質(zhì)量)/干土質(zhì)量 × 100;

土壤相對(duì)含水量(%) = 土壤質(zhì)量含水量 / 田間持水量 × 100。

根據(jù)水分平衡法[14]計(jì)算小麥生育期農(nóng)田耗水量。

式中, ETc為農(nóng)田耗水量(mm), ΔS為0～200 cm土層土壤貯水消耗量(mm), M為灌水量(mm), P為降水量(mm), K為地下水補(bǔ)給量(mm)。本試驗(yàn)田地下水埋深在6 m以下, 當(dāng)?shù)叵滤裆畲笥?.5 m時(shí), K值可以不計(jì)。

1.3 小麥旗葉光合速率和抗衰老生理指標(biāo)測(cè)定方法

1.3.1 旗葉光合速率 于小麥開(kāi)花后0、9、18、27 d, 9：00—11：00, 用CIRAS-2型光合作用測(cè)定系統(tǒng)(PP Systems, Amesbury, MA, USA), 在自然光照下測(cè)定旗葉光合速率。

1.3.2 旗葉抗衰老生理指標(biāo) 于小麥開(kāi)花后 0、7、14、21、28 d, 每小區(qū)隨機(jī)取15個(gè)旗葉葉片, 立即裝入自封袋并用膠帶密封, 放入液氮罐中速凍后取出, 置于-20℃冷柜中保存。每處理3次重復(fù)。

稱取0.5 g旗葉樣品放入研缽中, 加5 mL磷酸緩沖液(含0.2 mol L-1KH2PO4和0.2 mol L-1K2HPO4, pH 7.8), 冰浴研磨, 勻漿冷凍離心20 min (10 000× g), 上清液(酶液)倒入試管中, 置于0～4℃下保存。

參照Beauchamp和Fridovich[15]的方法測(cè)定超氧化物歧化酶(SOD)活性。用0.5 mol L-1磷酸緩沖液、130 mmol L-1Met、750 μmol L-1NBT、100 μmol L-1EDTA-Na2、20 μmol L-1FD與H2O按15.0∶3.0∶3.0∶3.0∶3.0∶2.5的比例配制反應(yīng)液。取型號(hào)相同的試管, 加入30 μL酶液和3 mL反應(yīng)液; 同時(shí)設(shè)兩管對(duì)照, 對(duì)照1加3 mL反應(yīng)液和30 μL磷酸緩沖液(pH 7.0), 對(duì)照2只加磷酸緩沖液(pH 7.0)。測(cè)試樣品試管和對(duì)照1置RXZ型智能人工氣候箱(寧波江南儀器廠)中, 100 μmol m-2s-1光量子密度下照光30 min (要求各管受光情況一致), 然后用T6新悅型可見(jiàn)分光光度計(jì)(北京普析通用儀器有限責(zé)任公司)測(cè)定 560 nm波長(zhǎng)下的吸光度, 對(duì)照 1為最大光還原;對(duì)照2置于暗處, 測(cè)定時(shí)用于調(diào)零。

參照Tan等[16]描述的方法測(cè)定過(guò)氧化氫酶(CAT)活性。用0.1 mol L-1H2O2與0.1 mol L-1磷酸緩沖液(pH 7.0)按1∶4的比例配制反應(yīng)液。取反應(yīng)液2.5 mL加酶液 0.1 mL, 測(cè)定 240 nm下的吸光度, 每隔 1 min讀取一次數(shù)據(jù), 共讀數(shù)3次。

參照 Quan等[17]描述的方法測(cè)定丙二醛(MDA)含量。在1 mL酶液中加入2 mL 0.6%硫代巴比妥酸(TBA)溶液, 封口沸水浴 15 min, 迅速冷卻后離心15 min (3000× g), 取上清液分別在600、532、450 nm波長(zhǎng)下測(cè)定吸光度。

采用考馬斯亮藍(lán)比色法[18]測(cè)定可溶性蛋白含量。

1.4 小麥產(chǎn)量及水分利用效率的測(cè)定方法

小麥成熟期, 每小區(qū)收獲 3 m2, 脫粒, 自然風(fēng)干至籽粒含水量為 12.5%左右, 稱重, 折算成公頃產(chǎn)量。每處理3次重復(fù)。水分利用效率(kg hm-2mm-1) = 籽粒產(chǎn)量(kg hm-2) / 農(nóng)田耗水量(mm)[19]。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用 Microsoft Excel整理和計(jì)算數(shù)據(jù); 用SigmaPlot 17.0軟件作圖; 用DPS 7.05軟件進(jìn)行方差分析, 用LSD法進(jìn)行處理間多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 冬小麥生育期內(nèi)補(bǔ)灌量

同一土壤質(zhì)地條件下, 拔節(jié)期補(bǔ)灌量和總補(bǔ)灌量隨著目標(biāo)濕潤(rùn)層的加深而逐漸增加, 但開(kāi)花期的補(bǔ)灌量在年度間和土壤質(zhì)地間表現(xiàn)不盡相同(表4)。2013—2014年度, 粉壤土地塊開(kāi)花期補(bǔ)灌水量表現(xiàn)為D1和D2處理明顯高于D3和D4處理(＞8 mm), 而在沙壤土中各處理開(kāi)花期的補(bǔ)灌量差別不大(≤3 mm); 2014—2015年度, 粉壤土(≤3.3 mm)和沙壤土(≤5.6 mm)各處理開(kāi)花期的補(bǔ)灌量相差不大。

2.2 冬小麥開(kāi)花后旗葉可溶性蛋白含量

開(kāi)花后旗葉可溶性蛋白含量在兩種土質(zhì)下均表現(xiàn)D4和D3處理最高, 二者差異不顯著, 但都顯著高于D1處理; 不灌水的D0處理, 旗葉可溶性蛋白含量最低, 且與4個(gè)補(bǔ)灌處理有顯著差異(圖2)。說(shuō)明通過(guò)拔節(jié)期適當(dāng)加大灌水量, 以達(dá)到提高較深層土壤濕度的目的, 有利于增加開(kāi)花后旗葉可溶性蛋白含量; 拔節(jié)期對(duì)30 cm以內(nèi)的土壤深度進(jìn)行含水量控制較為適宜, 補(bǔ)灌水量過(guò)大雖然可以使更深層土壤增加含水量, 但不能進(jìn)一步提高旗葉可溶性蛋白含量。

圖2 不同處理小麥開(kāi)花后旗葉可溶性蛋白含量(2013-2014)Fig. 2 Soluble protein content of flag leaf after wheat flowering in different treatments (2013-2014)*表示處理間差異顯著(P ＜ 0.05)。*Significant among treatments at P ＜ 0.05.

2.3 冬小麥開(kāi)花后旗葉SOD活性、CAT活性和MDA含量

各處理花后旗葉SOD和CAT活性的變化規(guī)律與旗葉可溶性蛋白含量相似, 即D4與D3處理差異不顯著, 但顯著高于D1和D0處理, 且兩種土質(zhì)條件下表現(xiàn)一致(圖3)。各處理花后0～7 d的旗葉MDA含量無(wú)顯著差異, 但開(kāi)花后14～28 d的旗葉MDA含量隨土壤濕潤(rùn)層的加深而呈降低趨勢(shì), D4與D3處理無(wú)顯著差異, 2種質(zhì)地土壤表現(xiàn)一致(圖3)。進(jìn)一步說(shuō)明對(duì)補(bǔ)灌水量的控制, 以保證拔節(jié)期0～30 cm土層達(dá)到100%含水量為宜。

2.4 冬小麥開(kāi)花后旗葉光合速率

同一土壤質(zhì)地條件下, 小麥開(kāi)花后各處理的旗葉光合速率均表現(xiàn)隨濕潤(rùn)層深度增加而升高的趨勢(shì),但D4與D3處理之間無(wú)顯著差異(圖4)。說(shuō)明拔節(jié)期灌水量使0～30 cm土層相對(duì)含水量達(dá)到100%, 無(wú)論在粉壤土還是在沙壤土中均可獲得花后較高的旗葉光合速率; 拔節(jié)期灌水量繼續(xù)加大, 可以提高更深層土壤的含水量, 但無(wú)益于小麥旗葉光合同化能力的進(jìn)一步提高。

2.5 冬小麥耗水量、籽粒產(chǎn)量和水分利用效率

同一土壤質(zhì)地條件下, 拔節(jié)期灌水量越大, 濕潤(rùn)層越深, 同時(shí)小麥耗水量越大, 籽粒產(chǎn)量也越高,但D4與D3處理無(wú)顯著差異。粉壤土的耗水量和籽粒產(chǎn)量高于沙壤土。然而, 水分利用效率并不隨濕潤(rùn)土層深度加大而持續(xù)升高, 表現(xiàn)為 D4處理顯著低于D3或D2處理(表5)。說(shuō)明D4處理在本試驗(yàn)條件下是過(guò)度灌水, 雖然保證了較高產(chǎn)量, 但降低了水分利用效率。綜合評(píng)價(jià), 在本試驗(yàn)條件下的粉壤土和沙壤土地塊, 小麥拔節(jié)期補(bǔ)灌的適宜擬濕潤(rùn)層深度均以0～30 cm最佳。

3 討論

入滲特性是土壤固有的屬性。土壤質(zhì)地通過(guò)對(duì)土粒的表面能、土壤孔隙尺度和分布的影響, 對(duì)土壤水分運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力和水力傳導(dǎo)度產(chǎn)生影響, 進(jìn)而影響土壤的入滲能力; 土壤質(zhì)地由輕變重, 土壤入滲能力減小[9]。另外, 土壤質(zhì)地對(duì)田間持水量也有重要影響, 黏粒含量越多, 田間持水量越大, 且兩者符合正對(duì)數(shù)關(guān)系; 沙粒含量越多, 田間持水量越小,兩者符合負(fù)對(duì)數(shù)關(guān)系[10]。本試驗(yàn)2014—2015年度(玄莊村)在兩種質(zhì)地土壤上得到基本一致的結(jié)果; 2013—2014年度(史家王子村)在粉壤土地塊上, 0～20 cm土層田間持水量較沙壤土地塊高, 而 20～160 cm土層田間持水量則偏低。相關(guān)分析顯示, 兩地塊田間持水量與土壤容重呈極顯著負(fù)相關(guān)(y = -37.488x + 82.615, r = -0.978, P ＜ 0.01, n = 24), 說(shuō)明不同質(zhì)地土壤田間持水量除受土壤顆粒結(jié)構(gòu)影響外, 還與土壤容重有密切關(guān)系。李潮海等[20]通過(guò)池栽試驗(yàn), 發(fā)現(xiàn)玉米根系全生育期平均生長(zhǎng)速率和根量最大值,在中壤土中顯著高于在輕壤土和輕黏土中。本試驗(yàn)粉壤土地塊小麥耗水量和產(chǎn)量均顯著高于沙壤土地塊(P ＜ 0.05), 而兩地塊小麥水分利用效率無(wú)顯著差異, 說(shuō)明粉壤土與沙壤土的土壤顆粒組成差異可引起小麥耗水量和產(chǎn)量的明顯變化, 但對(duì)水分利用效率影響較小。

圖3 不同處理小麥開(kāi)花后旗葉SOD活性、CAT活性和MDA含量(2013-2014)Fig. 3 SOD activity, CAT activity, and MDA content of flag leaf after wheat flowering in different treatments (2013-2014)*表示處理間差異顯著(P ＜ 0.05)。*Significant among treatments at P ＜ 0.05.

圖4 不同處理小麥開(kāi)花后旗葉光合速率(2013-2014)Fig. 4 Photosynthetic rate of flag leaf after wheat flowering in different treatments (2013-2014)

表5 不同處理冬小麥耗水量、籽粒產(chǎn)量和水分利用效率Table 5 Water consumption, grain yield, water use efficiency of winter wheat in different treatment

拔節(jié)期至灌漿期是冬小麥需水的重要時(shí)期, 需水量占全生育期總需水量的 60%～70%[21]。孫旭生等[22]試驗(yàn)表明, 拔節(jié)期和灌漿期分別灌水 60 mm,冬小麥產(chǎn)量提高, 繼續(xù)增加灌溉次數(shù), 灌溉越冬水+拔節(jié)水+灌漿水或越冬水+起身水+拔節(jié)水+灌漿水,則產(chǎn)量下降。據(jù)戴忠民等[23]報(bào)道, 在耕層土壤堿解氮、有效磷、速效鉀含量分別為87.9、22.3和101.5 mg kg-1的條件下, 于拔節(jié)期和開(kāi)花期各灌水75 mm,冬小麥產(chǎn)量可達(dá)7782～8155 kg hm-2; 王德梅和于振文[24]在相近土壤肥力和生態(tài)條件下, 于拔節(jié)期和開(kāi)花期各灌水 60 mm, 兩年度冬小麥產(chǎn)量分別為7411.6 kg hm-2和7565.7 kg hm-2。Wang等[7]基于測(cè)墑補(bǔ)灌策略, 采用動(dòng)態(tài)補(bǔ)灌的方法, 以拔節(jié)期和開(kāi)花期土壤相對(duì)含水量 75%為目標(biāo), 擬濕潤(rùn)層深度設(shè)為 0～140 cm, 結(jié)果全生育期僅灌水 47.2～81.3 mm,產(chǎn)量達(dá)到9371～9536 kg hm-2, 水分利用效率為23.7 kg hm-2mm-1。同樣采用測(cè)墑補(bǔ)灌方法, Guo等[8]將擬濕潤(rùn)層深度設(shè)為 0～40 cm, 拔節(jié)期和開(kāi)花期補(bǔ)灌的目標(biāo)土壤相對(duì)含水量設(shè)為 70%, 全生育期灌水62.4～118.2 mm, 產(chǎn)量達(dá)到9648.4～10 032.2 kg hm-2,水分利用效率達(dá)到20.7～22.2 kg hm-2mm-1?？梢?jiàn),在本試驗(yàn)生態(tài)區(qū)為獲得小麥高產(chǎn), 拔節(jié)期和開(kāi)花期灌水很關(guān)鍵, 采用定量灌水模式, 適宜灌水量為每次60～75 mm, 全生育期120～150 mm; 而采用測(cè)墑補(bǔ)灌模式, 總灌水量明顯減少, 而且可獲得較高的產(chǎn)量和水分利用效率; 同時(shí)目標(biāo)濕潤(rùn)層的設(shè)定應(yīng)與其相對(duì)含水量相匹配, 二者結(jié)合才能確定適宜的補(bǔ)灌水量。本試驗(yàn)依據(jù)灌溉水在土壤中入滲的特點(diǎn)[25],在小麥拔節(jié)期和開(kāi)花期均以一定深度土層土壤飽和水的虧缺程度確定補(bǔ)灌水量, 將補(bǔ)灌的目標(biāo)土壤相對(duì)含水量設(shè)定為 100%。在開(kāi)花期擬濕潤(rùn)層為 0～20 cm的條件下, 拔節(jié)期擬濕潤(rùn)層為0～30 cm時(shí), 在粉壤土和沙壤土麥田均獲得了較高的籽粒產(chǎn)量和水分利用效率。

小麥籽粒中超過(guò) 30%的碳水化合物來(lái)源于花后旗葉的光合同化[26-27], 而旗葉的光合功能在籽粒灌漿中后期逐漸衰退, 維持旗葉較高的光合速率和功能期對(duì)提高籽粒產(chǎn)量非常重要。土壤水分狀況對(duì)小麥開(kāi)花后的干物質(zhì)同化、積累與分配有顯著影響[28]。趙長(zhǎng)星等[29]在防雨池栽培條件下, 土壤相對(duì)含水量60%～70%處理的小麥旗葉SPAD值、可溶性蛋白含量、SOD活性、過(guò)氧化氫酶活性和光合速率均高于其他處理; 土壤含水量過(guò)高或過(guò)低均導(dǎo)致旗葉早衰,影響籽粒灌漿, 降低粒重。本試驗(yàn)在田間自然降水條件下, 在兩個(gè)小麥需水關(guān)鍵生育期通過(guò)補(bǔ)灌來(lái)調(diào)控目標(biāo)濕潤(rùn)層的相對(duì)含水量(100%), 發(fā)現(xiàn)目標(biāo)濕潤(rùn)層深度不同導(dǎo)致的補(bǔ)灌水量差異亦對(duì)小麥旗葉衰老特性有顯著調(diào)節(jié)作用, 表現(xiàn)為開(kāi)花后旗葉 SOD和CAT活性隨濕潤(rùn)層深度的增加呈增大趨勢(shì)。然而,無(wú)論是在粉壤土還是在沙壤土地塊, 擬濕潤(rùn)層設(shè)定過(guò)深, 補(bǔ)灌水量過(guò)多, 均無(wú)益于進(jìn)一步延緩旗葉衰老、提高其光合同化能力。

4 結(jié)論

粉壤土與沙壤土土壤顆粒組成的差異能引起小麥耗水量和籽粒產(chǎn)量的明顯變化, 但對(duì)水分利用效率無(wú)顯著影響。在補(bǔ)灌的目標(biāo)土壤相對(duì)含水量設(shè)定為100%, 開(kāi)花期擬濕潤(rùn)層為0～20 cm的條件下, 拔節(jié)期擬濕潤(rùn)層深度不同導(dǎo)致的補(bǔ)灌水量的差異對(duì)小麥開(kāi)花后旗葉SOD、CAT活性和光合速率均有顯著調(diào)節(jié)作用。拔節(jié)期以 0～30 cm為擬濕潤(rùn)層, 粉壤土和沙壤土小麥旗葉可溶性蛋白含量、SOD和CAT活性、光合速率均保持較高水平, 獲得了較高的籽粒產(chǎn)量和水分利用效率。

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Effects of Supplemental Irrigation at Jointing on Flag Leaf Senescence Characteristics and Grain Yield of Winter Wheat Grown in Two Soil Textures

SONG Zhao-Yun, ZHAO Yang, WANG Dong*, and GU Shu-Bo

Shandong Agricultural University / State Key Laboratory of Crop Biology / Key Laboratory of Crop Ecophysiology and Farming System, Ministry of Agriculture, Tai’an 271018, China

The objective of this study was to understand supplemental irrigation on flag leaf senescence, photosynthetic rate, grain yield, and water use efficiency (WUE) of winter wheat in different soil-texture fields. The experiment was carried out in powderand sandy-loam plots in the 2013-2014 and 2014-2015 growing seasons. Four irrigation treatments and the zero-irrigation control (D0) were designed to determine the optimal wetting soil depth at jointing stage. Variant amounts of water were supplied at jointing stage for 100% relative water content in 0-10 (D1), 0-20 (D2), 0-30 (D3), and 0-40 cm (D4) soil layers. All irrigation treatments were watered again at anthesis stage for 100% relative water content in the 0-20 cm soil layer. In both powder-loam and sandy-loam plots, the irrigation amount at jointing stage increased obviously with the planed depth of wetting layer, whereas the irrigation amount at anthesis stage varied slightly among treatments. After flowering, the soluble protein content, superoxide dismutase activity, catalase activity, and photosynthetic rate of flag leaves showed an increasing trend in response to the increased irrigation amount at jointing stage, in contrast, the malondialdehyde content in flag leaves had a declined trend. In the powder-loam plot, there was no significant difference between D3 and D4. In the sand-loam plot, there was no significant difference among D2, D3, and D4 treatment. In both soil-texture plots, the deeper soil moisturized at jointing resulted in increased waterconsumption and grain yield of wheat, and no significant difference was found between D3 and D4. However, WUE in D4 treatment was significantly lower than that in D2 or D3 treatment. Our results suggest that the quantity of supplementary irrigation at jointing stage is determined by soil water condition, and 0-30 cm soil layer with 100% field capacity at jointing stage is the optimal standard under the experimental condition. Besides, keeping 0-20 cm soil layer with 100% field capacity at anthesis by a small amount irrigation is also important. This irrigation regime has the advantages of late senescence, enhanced photosynthesis, and finally increased yield and WUE in both powder-loam and sand-loam fields.

Winter wheat; Soil texture; Supplemental irrigation; Flag leaf; Grain yield; Water use efficiency

10.3724/SP.J.1006.2016.01834

本研究由國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31271660), 國(guó)家公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)(201503130)和山東省農(nóng)業(yè)重大應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目(2014-2016)資助。

This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (31271660), the Special Fund for Agro-scientific Research in the Public Interest of China (201503130), and the Key Innovation Project on Agriculture Applied Technology from Shandong Provincial Government (2014-2016).

*通訊作者(Corresponding author)： 王東, E-mail： wangd@sdau.edu.cn, Tel： 0538-8240096

聯(lián)系方式： E-mail： zhaoyuns2013@163.com

稿日期)： 2016-01-29; Accepted(接受日期)： 2016-07-27; Published online(

日期)： 2016-09-18.

URL： http：//www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20160918.1547.002.html