摘要：我國(guó)是農(nóng)業(yè)用水大戶，農(nóng)業(yè)灌溉利用率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家水平。因此，在總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上，本文詳細(xì)論述了冬小麥生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中土壤水分的利用問(wèn)題，以期為節(jié)水農(nóng)業(yè)的深入研究提供理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：冬小麥；土壤水分；節(jié)水農(nóng)業(yè)

中圖分類號(hào)：S512.1+10.61-1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A文章編號(hào)：1001-4942（2013）04-0141-04

水作為物質(zhì)運(yùn)輸、合成和轉(zhuǎn)化的媒介物質(zhì)參與作物的整個(gè)生長(zhǎng)過(guò)程，直接參與作物的生長(zhǎng)發(fā)育及生理代謝。水是貫穿土壤—植物—大氣系統(tǒng)的動(dòng)力因素，是作物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中不可缺少的資源因子[1]。我國(guó)人均水資源量不足世界平均水平的1/4，居世界第121位[2]，水資源緊缺已嚴(yán)重制約著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。我國(guó)農(nóng)業(yè)用水占總用水量的70%以上，主要用于灌溉農(nóng)田，而農(nóng)業(yè)灌溉用水利用率僅40%左右[3]，灌溉水的生產(chǎn)效率（不足10 kg/m3）遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家水平（20 kg/m3）[4]。因此，發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)、提高農(nóng)田水分利用效率[5，6]是緩解我國(guó)水資源緊缺，促進(jìn)水資源有效利用和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一項(xiàng)根本性措施[7]。本文圍繞冬小麥生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程土壤水分的利用問(wèn)題概述了近年來(lái)冬小麥節(jié)水研究的許多新進(jìn)展。

1冬小麥光合作用與土壤水分的關(guān)系

光合作用是作物最基本并且最重要的生理功能，因此，光合特性隨土壤水分條件的變化情況是作物對(duì)水分狀況反映的一個(gè)重要方面。土壤水分脅迫從3個(gè)方面影響光合作用：一方面認(rèn)為土壤變干時(shí)，葉水勢(shì)下降，膨壓隨之降低，從而引起氣孔關(guān)閉[8]，切斷外界CO2向葉綠體的供應(yīng)，使光合作用受到明顯抑制，光合速率降低[9]；第二方面，水分逆境使植株葉片中葉綠素含量減少，光系統(tǒng)活力明顯降低，光合磷酸化和電子傳遞受到抑制[10]；第三方面，水分虧缺造成作物單株葉面積減少，光合能力受到抑制[11]。但也有人認(rèn)為，輕度水分虧缺對(duì)光合速率無(wú)顯著影響，嚴(yán)重水分虧缺條件下光合速率才顯著降低[12]。關(guān)于灌水次數(shù)和時(shí)期對(duì)光合作用的影響情況，不同學(xué)者的研究結(jié)果不同，吳克寧等[13]指出全生育期不灌水，灌漿期冬小麥光合作用將受到氣孔脅迫，光合速率下降，但水分利用效率提高；于振文等[14]研究表明，開(kāi)花后各時(shí)期旗葉的光合速率與氣孔導(dǎo)度均隨灌水次數(shù)的增多而提高；王月福等[11]研究表明，小麥群體光合速率和旗葉光合速率均隨土壤水分減少而降低。

2冬小麥干物質(zhì)積累和轉(zhuǎn)運(yùn)與土壤水分的關(guān)系

作物在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，同化物在植株各器官不斷地進(jìn)行著轉(zhuǎn)化與分配，并且受土壤水分狀況的影響較大[9]。冬小麥籽粒干物質(zhì)來(lái)源于開(kāi)花后的光合產(chǎn)物和開(kāi)花前儲(chǔ)存在莖鞘的干物質(zhì)，開(kāi)花后葉片光合性能以及干物質(zhì)的運(yùn)輸和分配狀況決定了冬小麥的粒重。Yang等[15]指出，在小麥某些生育時(shí)期進(jìn)行干旱處理，有利于同化物的轉(zhuǎn)運(yùn)，一定程度上提高了收獲指數(shù)。陳曉遠(yuǎn)等[16]研究指出，小麥生長(zhǎng)前期水分的相對(duì)不足或有限度的虧缺，有利于同化物向籽粒調(diào)運(yùn)，并且提高了經(jīng)濟(jì)系數(shù)；而在小麥整個(gè)生育期都保持充足的水分，容易造成營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)過(guò)盛，使經(jīng)濟(jì)系數(shù)降低。Virgona[17]認(rèn)為花后土壤干旱會(huì)使冬小麥綠色器官光合產(chǎn)物下降，促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)器官（根、葉、莖等）內(nèi)儲(chǔ)存物質(zhì)向籽粒運(yùn)輸。Foulkes等[18]認(rèn)為灌漿期水分虧缺顯著增加了對(duì)花前積累碳庫(kù)向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)，植株在干旱脅迫下比灌溉條件下莖鞘儲(chǔ)存碳庫(kù)對(duì)籽粒產(chǎn)量的貢獻(xiàn)大。鄭成巖等[19]研究表明，在降水量為1280～2464 mm條件下，澆底水和拔節(jié)水處理的開(kāi)花后干物質(zhì)的積累量及其對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率最高，灌水量過(guò)多顯著減少了光合產(chǎn)物向籽粒的分配，產(chǎn)量降低。

3冬小麥氮素吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)與土壤水分的關(guān)系

作物生產(chǎn)中水、肥之間存在著明顯的交互作用，許多研究表明，水氮合理配合才能有效地提高作物產(chǎn)量[20]。水分不足會(huì)限制肥效的正常發(fā)揮，影響氮肥的作用[21]。小麥生育期水分脅迫影響其對(duì)氮素的吸收、運(yùn)轉(zhuǎn)及產(chǎn)量，拔節(jié)-抽穗期水分脅迫極顯著地降低了冬小麥的氮素營(yíng)養(yǎng)效率[22]。土壤水分虧缺使植株葉片等營(yíng)養(yǎng)器官含氮量下降，將影響到光合作用、RuBP羧化酶的水平[23]。許振柱等[24]的研究結(jié)果表明，輕度土壤干旱并沒(méi)有降低小麥葉片的氮素水平，這是由于輕度干旱限制了葉片早衰，促進(jìn)了光合性能，形成了較高的產(chǎn)量；中度和嚴(yán)重干旱顯著降低了氮素水平和作物產(chǎn)量；嚴(yán)重水分虧缺影響了植株對(duì)氮素的吸收，降低了營(yíng)養(yǎng)器官在功能期的含氮量，進(jìn)而影響到一系列的生理功能，使氮“源”減少，運(yùn)輸能力降低，同時(shí)，在小麥生育后期，隨著土壤水分脅迫的進(jìn)一步加劇，最后勢(shì)必導(dǎo)致各營(yíng)養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)移量和轉(zhuǎn)移率的減少[24]。

小麥從開(kāi)花至成熟，其根、莖和葉中的氮素在不斷地進(jìn)行著分配和再分配，主要是向穗部輸出，小麥籽粒氮素的來(lái)源包括兩個(gè)部分，一部分是花后直接吸收同化的氮素；二是開(kāi)花前植株貯存氮素的再運(yùn)轉(zhuǎn)。對(duì)于多數(shù)品種而言，開(kāi)花期營(yíng)養(yǎng)器官氮素的再運(yùn)轉(zhuǎn)是籽粒氮素的主要來(lái)源，籽粒中的氮約有60%來(lái)自莖和葉前期貯存的調(diào)運(yùn)[25]。許振柱等[26]的研究結(jié)果表明，小麥籽粒中的氮素來(lái)源于花前營(yíng)養(yǎng)器官的比例隨灌水處理的不同有很大差異，土壤水分嚴(yán)重虧缺時(shí)只有5565%，水分適宜時(shí)達(dá)9453%，后期過(guò)度灌水又降至7800%。而且嚴(yán)重土壤水分虧缺時(shí)，植株的總含氮量亦減少。

4冬小麥產(chǎn)量、水分利用效率與土壤水分的關(guān)系

在水資源日趨緊張的情況下，從優(yōu)化用水的角度出發(fā)，應(yīng)該首先考慮水分的利用率問(wèn)題，從而確定其供水原則。最早有關(guān)植物水分利用的研究是以需水量表示的，Briggs和Shantz[27]用盆栽方法研究多種作物需水量發(fā)現(xiàn)，品種間存在極大差異；De Wit[28]證實(shí)，半干旱條件下田間作物產(chǎn)量與蒸騰蒸發(fā)量存在顯著的線性關(guān)系，為作物水分生理研究奠定了基礎(chǔ)。王天鐸[29]將水分利用效率（water use efficiency，WUE）分為三個(gè)層次來(lái)考慮，即單葉水平、群體水平和產(chǎn)量水平的水分利用效率，其中產(chǎn)量水平的水分利用效率更接近農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際，研究的也最多。

水分利用效率指植物消耗單位水量所產(chǎn)出的同化量[5，6]，反映植物生產(chǎn)過(guò)程中的能量轉(zhuǎn)化效率，也是評(píng)價(jià)水分虧缺下植物生長(zhǎng)適宜度的綜合指標(biāo)之一[3，30]。Wayne[31]認(rèn)為作物在有限水分條件下的產(chǎn)量取決于作物對(duì)水分的獲取、水分利用效率和收獲指數(shù)，特別是在干旱半干旱地區(qū)，提高水分利用效率是提高作物產(chǎn)量的主要途徑之一[32]。研究表明，小麥耗水量與WUE之間呈二次曲線關(guān)系[33]。王淑芬等[34]研究說(shuō)明在平水和枯水年份，當(dāng)灌水量較少時(shí)，產(chǎn)量和水分利用效率均隨灌水量的增加而增加，當(dāng)灌水量增加到一定程度時(shí)，再增加灌水量產(chǎn)量和水分利用效率反而下降。張歲歧等[35]研究指出，在水分有限的情況下，春小麥WUE隨耗水量的增加而減少。劉文兆等[36]的試驗(yàn)表明，在適合的養(yǎng)分條件下，將小麥的灌水量由2 160 m3/hm2降到1 200 m3/hm2，比充分灌溉用水量減少約45%，水分利用效率提高了587%，產(chǎn)量卻相差不大。賈秀領(lǐng)等[37]得出相似的結(jié)論。大量試驗(yàn)表明，WUE最高值一般不是在供水充足、產(chǎn)量最高時(shí)獲得，蒸散量或耗水量的增加，又往往引起WUE的下降[38]。

作物不同發(fā)育階段對(duì)水分虧缺的敏感性不同，即作物具有水分臨界期或敏感期。關(guān)于冬小麥需水臨界期的研究結(jié)果不很一致[39]，從拔節(jié)到成熟期都有報(bào)道[40，41]。一般認(rèn)為拔節(jié)、開(kāi)花期是冬小麥產(chǎn)量對(duì)水分較為敏感的兩個(gè)時(shí)期[9]。有研究表明，冬小麥在孕穗期澆1水，在拔節(jié)期和開(kāi)花期澆2水，在拔節(jié)期、開(kāi)花期和灌漿期澆3水的灌溉效果較好[42，43]。劉彥軍[44]認(rèn)為，拔節(jié)、揚(yáng)花和灌漿期灌水為最佳處理，而于振文等[14]提出的高產(chǎn)麥田的高產(chǎn)低定額灌溉方案是底水+拔節(jié)水+孕穗水。張忠學(xué)等[45]指出，在一定范圍內(nèi)，隨灌水量增大，小麥生物產(chǎn)量提高，但是總灌水定額最大的處理并未獲得最高籽粒產(chǎn)量，適度的限量灌溉可以降低麥田耗水量，提高水分利用率。Panda等[46]指出，在一定的水分脅迫下，小麥可以獲得較高的水分利用率；在中等干旱條件下小麥耗水量大幅下降，而產(chǎn)量的降幅較小，有利于水分利用效率的提高。王德梅等[47]通過(guò)兩年的試驗(yàn)研究也得出了相似的結(jié)論。可見(jiàn)，灌水對(duì)作物產(chǎn)量和水分利用效率的影響是復(fù)雜的。

5展望

目前關(guān)于冬小麥土壤水分利用的研究取得了較大進(jìn)展，為節(jié)水農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供了一定的理論基礎(chǔ)和參考依據(jù)。但由于冬小麥大田生長(zhǎng)過(guò)程中外界環(huán)境的復(fù)雜性，很難去精確掌握土壤水分利用效率等問(wèn)題，對(duì)大面積生產(chǎn)的指導(dǎo)意義也有待加強(qiáng)?？傊?，節(jié)約灌溉用水、充分利用降水，尋求以有限用水量獲得最大或最佳產(chǎn)量水平，即作物產(chǎn)量與水分利用效率的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，成為節(jié)水農(nóng)業(yè)需要探索解決的中心問(wèn)題。對(duì)于研究者，研究符合冬小麥耗水規(guī)律的灌溉制度，找到最適的灌溉時(shí)期和灌溉量，對(duì)節(jié)水農(nóng)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

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