李翠平，秦保平，李亞靜，郭雙雙，付陳陳， 郭振清，張 敏，楊 敏，蔡瑞國

(河北科技師范學(xué)院農(nóng)學(xué)與生物科技學(xué)院，河北秦皇島 066004)

小麥?zhǔn)俏覈饕募Z食作物，其產(chǎn)量高低對(duì)國家糧食安全有重要意義[1]。我國北方地區(qū)水資源短缺，冬小麥生長關(guān)鍵期又處在干旱季節(jié)，降雨量較少，不能滿足其生長發(fā)育需要，需要人工補(bǔ)灌[2-4]。在如今高產(chǎn)栽培模式下，灌水次數(shù)已降至2～3次[5-6]，但受栽培條件限制，冬小麥生育期內(nèi)具體所需灌水量至今仍不明確。因此，在小麥關(guān)鍵生長期明確適宜生長的灌水量，減少水資源損失，成為當(dāng)下亟待解決的問題。

隨著生活水平的提高，人們對(duì)小麥品質(zhì)也有了更高的要求，因此小麥生產(chǎn)不僅需要維持較高的產(chǎn)量，也要提高蛋白質(zhì)的含量。而籽粒氮素的含量是決定蛋白質(zhì)產(chǎn)量的重要因素，氮素供應(yīng)不足，會(huì)延長營養(yǎng)物質(zhì)在植株內(nèi)部運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)間，造成蛋白質(zhì)含量下降[7-8]。

適時(shí)適量的灌溉能緩解小麥干旱脅迫，促進(jìn)干物質(zhì)積累[9-10]，同時(shí)影響土壤氮素的有效性，調(diào)控小麥對(duì)氮素的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和同化，最終影響蛋白質(zhì)含量和產(chǎn)量，減少多余水分的流失，提高水分利用效率[11]。因此，本試驗(yàn)選用中麥998和中麥1062為材料，在大田栽培條件下對(duì)試驗(yàn)田進(jìn)行遮雨處理，探討灌水量對(duì)強(qiáng)筋小麥花后干物質(zhì)積累、轉(zhuǎn)運(yùn)和產(chǎn)量的影響，以期為強(qiáng)筋小麥的節(jié)水高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)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2018年10月至2019年6月在河北省昌黎縣施各莊試驗(yàn)點(diǎn)(119.13°E，39.44°N)進(jìn)行。試驗(yàn)地表層(0～20 cm)土壤含全氮0.92 g·kg-1、速效氮0.13 mg·kg-1、速效磷16.66 mg·kg-1、速效鉀35.52 mg·kg-1、有機(jī)質(zhì) 17.87 g·kg-1。試驗(yàn)田共分為18個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積12.5 m2，有可移動(dòng)防雨棚，可控制降水量。本試驗(yàn)選用中麥998和中麥1062為材料，于2018年10月1日播種，行距20 cm，基本苗 450×104株·hm-2，年前統(tǒng)一灌冬水，春季于拔節(jié)期和開花期灌水，每時(shí)期設(shè)3個(gè)灌水量處理：600 (W600)、300(W300)和 0 m3·hm-2(W0)，3次重復(fù)，灌溉方式采用人工淋澆，水表嚴(yán)格控制水量，以保證淋澆均勻。播種前統(tǒng)一施用復(fù)合肥 (N∶P∶K=15∶15∶15)800 kg·hm-2，拔節(jié)前追施尿素(含N 46%)260 kg·hm-2，生育期間防病、防蟲、除草，于2019年6月16日收獲。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.2.1 干物質(zhì)含量的測(cè)定

各處理分別于返青期(RS)、拔節(jié)期(JS)、孕穗期(BS)和花后0、7、14、21、28、35 d選長勢(shì)一致的植株30株，取地上部，3次重復(fù)。返青期、拔節(jié)期和孕穗期將植株分為莖、葉、鞘3部分，花后分為莖、葉、鞘、穗軸+穎殼、籽粒5部分，于105 ℃殺青30 min后，置于60 ℃烘箱中烘至恒重，稱各器官干物重，并計(jì)算粒重比、葉重比。

粒重比=籽粒干物質(zhì)積累量/整株總干物質(zhì)積累量×100%；

葉重比=葉片干物質(zhì)積累量/整株總干物質(zhì)積累量×100%。

1.2.2 氮素積累和轉(zhuǎn)運(yùn)指標(biāo)的測(cè)定

樣品消煮后，利用半微量凱氏定氮法[12]測(cè)定各營養(yǎng)器官全氮含量，3次重復(fù)。計(jì)算氮素積累量、氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量和氮素轉(zhuǎn)運(yùn)效率[13]。

花前氮素積累量=花前營養(yǎng)器官氮含量×花前營養(yǎng)器官干物質(zhì)積累量；

氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量=開花期營養(yǎng)器官氮素積累量-成熟期營養(yǎng)器官氮素積累量；

氮素轉(zhuǎn)運(yùn)效率=氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量/花前氮素積累量×100%。

1.2.3 產(chǎn)量及其構(gòu)成的測(cè)定

于完熟期，每小區(qū)取1 m2，3次重復(fù)，測(cè)穗數(shù)和穗粒數(shù)，收獲籽粒，曬干后測(cè)千粒重和產(chǎn)量。

1.2.4 水分利用效率的測(cè)定

采用德國IMKO HD2便攜式土壤水分測(cè)定儀分層測(cè)定土壤含水量，共分成0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm、80～100 cm、100～120 cm、120～140 cm、140～160 cm、160～180 cm九層。灌水前和灌水后第2 d測(cè)定土壤含水量，整個(gè)生育期每7 d測(cè)定一次。

生育期耗水量=∑H(βi-βj)+M+P+K，式中，H為土層厚度(mm)；βi和βj分別代表相鄰兩次生育期測(cè)定的土壤體積含水量(%)；M為該生育期內(nèi)的灌水量(mm)；P為有效降水量(mm)；K為該生育期內(nèi)的地下水補(bǔ)給量(mm)。由于本試驗(yàn)設(shè)置防雨棚處理，P計(jì)為0，地下水埋深>4 m，K計(jì)為0[14]。

水分利用效率=籽粒產(chǎn)量/生育期耗水量

1.2.5 籽粒蛋白質(zhì)含量和蛋白質(zhì)產(chǎn)量的測(cè)定

樣品消煮完成后，利用半微量凱氏定氮法測(cè)定籽粒全氮含量[12]，3次重復(fù)。

蛋白質(zhì)含量=氮含量×5.7；

蛋白質(zhì)產(chǎn)量=蛋白質(zhì)含量×籽粒產(chǎn)量。

1.2.6 數(shù)據(jù)處理與分析

用Excel 2007整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)并繪圖，用DPS 7.05軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 灌水量對(duì)強(qiáng)筋小麥發(fā)育過程中干物質(zhì)積累量的影響

由表1可知，灌水量對(duì)干物質(zhì)積累有顯著影響。除返青期之外的各個(gè)發(fā)育階段，干物質(zhì)積累量均隨灌水量的減少而降低，且各階段三個(gè)處理之間的差異均達(dá)到顯著水平?；ê?5 d，中麥998的干物質(zhì)積累量在W600、W300和W0處理下分別為19.35×103、17.78×103和16.20×103kg·hm-2，W600和W300處理分別比W0提高19.44%和9.75%；中麥1062的干物質(zhì)積累量在W600、W300和W0處理下分別為20.05×103、 17.89×103和15.98×103kg·hm-2，W600和W300處理分別比W0處理提高25.47%和11.95%。

表1 灌水量對(duì)強(qiáng)筋小麥干物質(zhì)積累量的影響Table 1 Effect of irrigation amount on dry matter accumulation of strong gluten wheat ×103 kg·hm-2

2.2 灌水量對(duì)強(qiáng)筋小麥粒重比和葉重比的影響

粒、葉重比分別代表小麥開花后籽粒、葉片干物質(zhì)積累量與植株總干物質(zhì)積累量的比值，這兩個(gè)比值能更好地說明灌水量對(duì)花后籽粒干物質(zhì)積累和葉片干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的影響。從表2和表3可以看出，花后14～21 d，中麥998和中麥1062的粒重比變化最明顯；花后7～14 d，中麥998和中麥1062的葉重比變化最明顯。灌水量對(duì)兩個(gè)小麥品種花后粒重比的增加和葉重比的下降均有顯著影響。與W0處理相比，花后35 d，中麥998的粒重比在W600和W300處理下分別增加14.24%和7.41%；中麥1062的粒重比在W600處理下增加10.49%，而W300與W0處理之間差異不顯著；花后35 d，中麥998的葉重比在W600和W300處理下分別增加40.58%和26.95%，而中麥1062的葉重比在W600和W300處理下與W0處理之間差異均不顯著。

2.3 灌水量對(duì)強(qiáng)筋小麥發(fā)育過程中氮素積累量的影響

由表4可知，返青期到拔節(jié)期是兩個(gè)品種氮素積累量增加最明顯的時(shí)期，各處理表現(xiàn)一致；灌水量對(duì)植株氮素積累有顯著影響。除返青期之外各時(shí)期的氮素積累量均隨灌水量的減少而降低，中麥998三個(gè)處理之間均差異顯著，中麥1062除花后21～35 d有些處理之間差異不顯著外，其余階段三個(gè)處理之間的差異也均達(dá)到了顯著水平。花后35 d，中麥998 的氮素積累量在W600、W300和W0處理下分別為346.15×103、291.82×103和249.21×103kg·hm-2，W600和W300處理分別比W0處理提高38.90%和 16.85%；中麥1062的氮素積累量在W600、W300和W0處理下分別為343.46×103、340.02×103和337.88×103kg·hm-2，W600處理比W0處理提高 1.65%，而W300與W0處理之間差異不顯著。

表2 灌水量對(duì)強(qiáng)筋小麥花后粒重比的影響Table 2 Effect of irrigation amount on grain to weight ratio after wheat flowering %

表3 灌水量對(duì)強(qiáng)筋小麥花后葉重比的影響Table 3 Effect of irrigation amount on leaf to weight ratio after wheat flowering %

表4 灌水量對(duì)強(qiáng)筋小麥各發(fā)育時(shí)期氮素積累量的影響Table 4 Effect of irrigation amount on the accumulation of nitrogen at the developmental stages of strong gluten wheat ×103 kg·hm-2

2.4 灌水量對(duì)強(qiáng)筋小麥各營養(yǎng)器官花后氮素轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

由表5可知，花后營養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量和轉(zhuǎn)運(yùn)效率表現(xiàn)為葉>穗軸+穎殼>鞘>莖，葉片是氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量和轉(zhuǎn)運(yùn)效率最大的營養(yǎng)器官，不同處理之間氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量差異顯著。中麥998在W600和W300處理下葉片氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量分別比W0處理增加3.51%和25.83%；中麥1062在W600和W300處理下的葉片氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量分別比W0處理增加26.73%和33.33%。中麥998在W600和W300處理下的葉片氮素轉(zhuǎn)運(yùn)效率分別比W0處理提高10.44%和13.43%；中麥1062在W600和W300處理下的葉片氮素轉(zhuǎn)運(yùn)效率分別比W0處理提高8.06%和11.29%。

2.5 灌水量對(duì)強(qiáng)筋小麥產(chǎn)量構(gòu)成和水分利用效率的影響

由表6可知，隨灌水量減少，強(qiáng)筋小麥產(chǎn)量逐漸下降，但水分利用效率提高。中麥998和中麥1062在W600處理下穗數(shù)和千粒重均最大，且產(chǎn)量均最高。與W0處理相比，中麥998在W600處理下產(chǎn)量提高11.90%，W300與W0處理間差異不顯著；W300和W600處理下產(chǎn)量分別提高 26.08%和48.05%。由此可見，中麥998、中麥1062產(chǎn)量的提高是由于穗數(shù)和千粒重的增加。2個(gè)品種水分利用效率均隨灌水量的減少逐漸提高，與W0處理相比，中麥998在W300和W600處理下水分利用效率分別下降12.96%和27.88%；中麥1062在W600處理下水分利用效率下降 14.33%，W300與W0處理間差異不顯著。

2.6 灌水量對(duì)強(qiáng)筋小麥蛋白質(zhì)含量和蛋白質(zhì)產(chǎn)量的影響

由圖1可知，隨著灌水量的減少，兩品種的蛋白質(zhì)含量逐漸升高，在W0處理下最高，且豐麥1062 W0與W300和W600處理之間的差異均達(dá)到顯著水平；隨著灌水量的減少，兩品種的蛋白質(zhì)產(chǎn)量逐漸降低，在W0處理下最低，且中麥998 的W0與W600處理之間差異顯著，中麥1062的W0、W300和W600處理之間均差異顯著。

表5 灌水量對(duì)強(qiáng)筋小麥各營養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量和轉(zhuǎn)運(yùn)效率的影響Table 5 Effect of irrigation amount on nitrogen transport and transportation rate in nutrient organs of strong gluten wheat

表6 灌水量對(duì)強(qiáng)筋小麥產(chǎn)量構(gòu)成和水分利用效率的影響Table 6 Effect of irrigation amount on yield composition and water use efficiency of strong gluten wheat

圖柱上不同字母表示在0.05水平差異顯著。

3 討 論

3.1 減少灌水量對(duì)強(qiáng)筋小麥花后干物質(zhì)和氮素積累、轉(zhuǎn)運(yùn)和產(chǎn)量的影響

小麥花后干物質(zhì)轉(zhuǎn)移和氮素向籽粒中的轉(zhuǎn)運(yùn)是決定產(chǎn)量和蛋白質(zhì)含量的關(guān)鍵因素[15]。有研究表明，干旱能加速植株早衰，引起植株對(duì)水分脅迫的適應(yīng)性降低，旗葉光合能力下降[16]，從而導(dǎo)致干物質(zhì)積累量減少，產(chǎn)量下降，同時(shí)水分不足會(huì)造成部分氮損失，降低籽粒氮含量，但適度土壤干旱則有利于加速葉片氮素向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)，提高氮素轉(zhuǎn)運(yùn)效率，提高蛋白質(zhì)含量[15]。本研究結(jié)果表明，減少灌水量會(huì)降低小麥干物質(zhì)和氮素積累量，以及籽粒灌漿后期粒、葉重比，同時(shí)導(dǎo)致葉片氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量和轉(zhuǎn)運(yùn)效率呈現(xiàn)先增后降的趨勢(shì)。盡管本試驗(yàn)選用強(qiáng)筋小麥品種作為試驗(yàn)材料，其氮素積累量與普通冬小麥存在差異，但變化趨勢(shì)與前人研究結(jié)果基本一致[17-18]。說明適度減少灌水量不僅能維持較高的粒重比，促進(jìn)葉片中干物質(zhì)向籽粒中的轉(zhuǎn)移，還能有效提高氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量，從而提高強(qiáng)筋小麥產(chǎn)量和品質(zhì)。

3.2 減少灌水量對(duì)強(qiáng)筋小麥蛋白質(zhì)含量和蛋白質(zhì)產(chǎn)量的影響

籽粒灌漿后期保持適度的土壤干旱能有效提高籽粒蛋白質(zhì)含量[19-20]，此時(shí)增加灌水，雖能有效提高籽粒產(chǎn)量但同時(shí)會(huì)造成蛋白質(zhì)含量的下降，影響小麥品質(zhì)[21-22]，并對(duì)小麥加工品質(zhì)也會(huì)造成一定的稀釋效應(yīng)[23-24]。本研究結(jié)果顯示，隨灌水量的減少，籽粒蛋白質(zhì)含量升高，蛋白質(zhì)產(chǎn)量明顯降低，這與前人研究結(jié)果一致。但由于本文選用強(qiáng)筋小麥的品種差異，隨著灌水量的減少，中麥998蛋白質(zhì)含量和蛋白質(zhì)產(chǎn)量在W300和W600處理間無顯著差異，且蛋白質(zhì)產(chǎn)量在W0和W300處理之間也無顯著差異；而中麥1062蛋白質(zhì)含量則顯著升高，蛋白質(zhì)產(chǎn)量則顯著降低。雖然研究表明灌水量的增加會(huì)導(dǎo)致籽粒蛋白質(zhì)含量減少，但品種之間可能會(huì)由于基因型不同以及水分對(duì)氮素的稀釋效果存在差異，導(dǎo)致氮素的積累轉(zhuǎn)移受到影響，最終導(dǎo)致籽粒蛋白質(zhì)的合成效果不同。

3.3 減少灌水量對(duì)強(qiáng)筋小麥產(chǎn)量和水分利用效率的影響

研究表明，耗水量與產(chǎn)量呈拋物線型關(guān)系，即在一定范圍內(nèi)，產(chǎn)量隨灌水量增加逐漸升高，但超過一定范圍后，產(chǎn)量不再增加或開始下降[25-26]。適宜的灌水量和土壤水分不僅能夠促進(jìn)強(qiáng)筋小麥生長，而且有利于小麥對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)的吸收，提高產(chǎn)量和水分利用效率，減少多余水分的流失[27-28]。本研究結(jié)果顯示，隨灌水量的減少，2個(gè)強(qiáng)筋小麥品種均出現(xiàn)產(chǎn)量下降，水分利用效率升高，但中麥1062的水分利用效率在W300與W0處理間無顯著差異。小麥產(chǎn)量的三個(gè)構(gòu)成因素之間有一定的制約關(guān)系，只有三者的乘積達(dá)到最佳時(shí)，才能有效提高小麥產(chǎn)量[29]。本研究結(jié)果顯示，中麥998的千粒重隨灌水量的增加逐漸升高，這與中麥998的產(chǎn)量隨灌水量的增加顯著提高相對(duì)應(yīng)；而中麥1062的穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重隨灌水量的增加均有不同程度的提高，說明灌水量對(duì)強(qiáng)筋小麥產(chǎn)量的影響也可能與品種差異有一定的關(guān)系。

綜上所述，充分了解不同栽培品種的生長特性，適當(dāng)減少灌水量，才能穩(wěn)定產(chǎn)量的基礎(chǔ)上，有效提高水分利用效率，增加強(qiáng)筋小麥籽粒蛋白質(zhì)含量，為強(qiáng)筋小麥節(jié)水高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的栽培模式提供理論依據(jù)。