邱新強，路振廣，張玉順，和 剛，秦海霞，王艷平，王 敏(河南省水利科學(xué)研究院，河南省節(jié)水灌溉工程技術(shù)研究中心，鄭州 450003)

0 引 言

冬小麥?zhǔn)呛幽系貐^(qū)的主要糧食作物，同樣也是需水較多的作物，其生育期內(nèi)降水相對較少，每年至少需要進(jìn)行2～3次灌溉，具有較強的灌溉依賴性[1,2]。由于生產(chǎn)中按作物需水適時灌溉的操作難度極大，在冬小麥生育期間發(fā)生水分虧缺的現(xiàn)象亦不可避免。大量研究表明，水分脅迫直接影響小麥的生理生態(tài)指標(biāo)和形態(tài)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響其生長狀況和產(chǎn)量[3-6]，但特定生育階段的適度水分虧缺并不完全對冬小麥生長不利，復(fù)水后可對其生理、生長和產(chǎn)量形成產(chǎn)生補償效應(yīng)，在保證產(chǎn)量的基礎(chǔ)上實現(xiàn)節(jié)水，提高其水分利用效率[6-8]。近年來，國內(nèi)相關(guān)研究多側(cè)重于冬小麥特定生育階段的水分虧缺及旱后補償機制[8-10]，針對不同生育階段受旱對作物的影響差異的研究較少。本研究通過防雨棚下測坑試驗，對比分析不同生育階段、不同程度的水分虧缺對冬小麥生長發(fā)育、耗水特性及產(chǎn)量形成的影響，探明適用于河南地區(qū)冬小麥的調(diào)虧灌溉控制指標(biāo)，以期為實現(xiàn)冬小麥節(jié)水高效灌溉提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗在河南省灌溉試驗中心站毛莊試驗基地內(nèi)進(jìn)行。試驗基地位于北緯34°16′，東經(jīng)112°42′，海拔85.0 m，屬于北溫帶大陸性季風(fēng)氣候；多年平均氣溫和降雨量分別為14～14.3 ℃和640.9 mm，無霜期220 d，全年日照時間約2 400 h。試驗區(qū)土壤為中壤土，1 m土層的平均田間持水量為23%，容重為1.42 g/cm3。耕層有機質(zhì)含量為5.62 g/kg，全磷為0.44 g/kg，全鉀為15.12 g/kg，全氮為0.37 g/kg，堿解氮為24.91 mg/kg，速效磷為23.89 mg/kg，速效鉀為75 mg/kg。

1.2 試驗設(shè)計與方法

本試驗在帶有電動遮雨棚的非稱重式蒸滲儀(測坑)內(nèi)進(jìn)行，測坑尺寸為3 m×2.2 m×2 m(長×寬×高)。試驗材料為周麥22，兩季試驗分別于2012年10月17日和2013年10月12日播種，2013年5月30日和2014年5月30日收獲。人工開溝撒播，每坑播9行，播量為150 kg/hm2。播前深翻整地，基施復(fù)合肥750 kg/km2(N∶P∶K=15∶15∶15)，干雞糞10 t/hm2；其余農(nóng)事管理同一般高產(chǎn)田。

試驗共設(shè)置18個水分處理，分別在苗期、拔節(jié)期、抽穗期和灌漿期各設(shè)置3個土壤水分控制下限(占田持百分比)水平，同時設(shè)置生育前期(苗期+拔節(jié)期)連旱、生育中期(拔節(jié)期+抽穗期)連旱、生育后期(抽穗期+灌漿期)連旱，以及全生育期適宜水分、全生育期中水分、全生育期低水分處理，以全生育期適宜水分處理作為對照(CK)。當(dāng)土壤含水率達(dá)到本試驗設(shè)置的控制下限時即灌水90 mm，具體試驗處理見表1。

1.3 試驗觀測項目

冬小麥于三葉期定苗后每7～10 d一次測定基本苗數(shù)(1 m行)，2次重復(fù)，葉面積測量同步進(jìn)行，10次重復(fù)；土壤水分測定采用取土烘干法，每10 d左右測定一次，測定深度為100 cm，每20 cn一層，共5層，播前及收獲后均加測；收獲時對小區(qū)內(nèi)中間3行(共9行)進(jìn)行測產(chǎn)，同時選擇小區(qū)1 m行內(nèi)有代表性的10株(10次重復(fù))冬小麥進(jìn)行考種，測量株高、莖粗、穗長、小穗數(shù)、無效小穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重等指標(biāo)。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel2003軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和圖表制作，使用DPS軟件進(jìn)行多重比較(Duncan新復(fù)極差法)。

表1 冬小麥不同生育階段的水分虧缺指標(biāo)(田持) %Tab.1 The low limits of soil moisture index of winter wheat.

2 試驗結(jié)果分析

2.1 不同水分處理下冬小麥的葉面積指數(shù)動態(tài)

2012-2013年度(S1)和2013-2014年度(S2)不同水分處理條件下冬小麥的葉面積指數(shù)LAI變化動態(tài)見圖1和圖2。由圖可知，返青前冬小麥的LAI值較低，處理間極差約為1.12 cm2/m2(播后89 d，S1)和1.02 cm2/m2(播后77 d，S2)；拔節(jié)后各處理的LAI值均快速增大，此期苗期受旱各處理的LAI值增速均低于CK，其LAI極值也低于CK，表現(xiàn)出一定的生長抑制效應(yīng)；兩季冬小麥的LAI值分別自播后176 d(S1)和播后162 d(S2)左右達(dá)到極值，而后均開始明顯降低；S2生長季播后198 d至播后222 d期間，各受旱處理的LAI值日均變化約為-0.18～-0.08 /d，同期CK的LAI值日均變化約為-0.04 /d。整體而言，CK處理的LAI值在全生育期內(nèi)總是保持高值，各重旱處理的LAI值則普遍較低。連旱處理條件下，S1生長季播后132 d至播后189 d期間，冬小麥各連旱處理的LAI值表現(xiàn)為：生育后期連旱>生育中期連旱>生育前期連旱，S1生長季冬小麥LAI值的處理間差異較小，存在一定的年季差異。

圖1 2012-2013年度冬小麥的葉面積指數(shù)變化Fig.1 Variation of LAI under different water deficit in 2012-2013

圖2 2013-2014年度冬小麥的葉面積指數(shù)(LAI)變化Fig.2 Variation of LAI under different water deficit in 2013-2014

2.2 不同水分處理下冬小麥的耗水量和日耗水強度

2012-2013年度(S1)和2013-2014年度(S2)不同干旱處理下冬小麥的耗水量見表2。由表2可知，兩季冬小麥不同水分處理的總耗水量分別為316.6～569.8 mm(S1)和390.3～559.7 mm(S2)，其日耗水強度的處理間極差分別為1.1 mm/d(S1)和0.73 mm/d(S2)。本試驗中，任一生育時期受旱均限制了冬小麥全生育期總耗水量和日耗水強度的增加，且其總耗水量和日耗水強度均隨干旱程度的加劇呈下降變化，各重旱處理的總耗水量和日耗水強度總是最低的；隨著連旱時段的后移，冬小麥的總耗水量呈上升變化，但其處理間差異較小，變異系數(shù)(CV)分別為2.4%(S1)和4.9%(S2)。

與適宜水分處理(CK)相比，全生育期中水和低水處理的總耗水量較CK均明顯降低，其中S1生長季降幅分別為36.5%和44.4%，S2生長季則分別為15.0%和26.5%。苗期干旱條件下，冬小麥的各階段耗水量隨干旱程度加劇均呈下降變化，重旱處理的各階段耗水量總是低于同期均值，可見苗期重旱會明顯降低受旱該期冬小麥的階段耗水量，即使拔節(jié)期復(fù)水后其耗水量仍會在較長時期內(nèi)受到限制。拔節(jié)期干旱條件下，各受旱處理的拔節(jié)期階段耗水量和日耗水強度均低于對照，S1生長季的降幅在31.8%～54.7%之間，S2生長季重旱處理的降幅約為25.4%。抽穗期復(fù)水后，重旱處理的抽穗期階段耗水量仍保持較低水平，結(jié)合冬小麥農(nóng)藝指標(biāo)的表現(xiàn)不難看出，拔節(jié)期重旱會明顯抑制冬小麥植株的營養(yǎng)生長，不利于健壯植株的形成。S1生長季拔節(jié)期輕旱處理的耗水量在抽穗期復(fù)水后明顯提升至正常水平(接近CK)，拔節(jié)期中旱處理的在抽穗期階段的耗水量則高于CK，表現(xiàn)出一定的“補償效應(yīng)”，而此期重旱處理的階段耗水量仍顯著低于適宜水分處理，表現(xiàn)出較為明顯的長期干旱抑制。抽穗期干旱條件下，S1季度各處理的抽穗期階段耗水量表現(xiàn)為：CK>中旱處理>輕旱處理>重旱處理，其中重旱處理的降幅最大，約為50.8%；S2生長季則表現(xiàn)為中旱和重旱處理的抽穗期階段耗水量最低，二者較對照分別降低了約40.3%(52.1 mm)和35.7%(46.1 mm)。灌漿期干旱條件下，各受旱處理的總耗水量均低于對照，其中重旱處理的灌漿期階段耗水量總是最低。S2生長季冬小麥的灌漿期階段耗水量隨干旱程度加劇呈下降變化，輕旱、中旱和重旱處理的灌漿期階段耗水量較對照分別降低了約15.0、29.9、51.8 mm。

表2 2012-2013年度(S1)和2013-2014年度(S2)不同干旱處理下冬小麥的階段耗水量和總耗水量 mmTab.2 The stage water consumption and total water consumption of winter wheat in 2012-2013 (S1) and 2013-2014 (S2).

2.3 不同水分處理下冬小麥的產(chǎn)量及其產(chǎn)量構(gòu)成參數(shù)變化

兩季冬小麥?zhǔn)斋@時的籽粒產(chǎn)量及其產(chǎn)量構(gòu)成參數(shù)見表3和表4。由表可知，受旱條件下冬小麥的株高、小穗數(shù)、穗粒數(shù)和籽粒產(chǎn)量均低于適宜水分處理(CK)，其無效小穗數(shù)和千粒重則有所增大。2012-2013年度(S1)全生育期低水處理的株高、穗長、小穗數(shù)、穗粒數(shù)和籽粒產(chǎn)量均顯著小于CK，其千粒重則顯著高于CK；2013-2014年度(S2)其株高和籽粒產(chǎn)量均顯著小于CK和全生育期中水處理，其無效小穗數(shù)則顯著大于CK。

各受旱處理的籽粒產(chǎn)量較CK均出現(xiàn)不同程度的降低，其中各重旱處理的降幅總是最大。苗期干旱條件下，S1生長季各受旱處理的株高和穗長較CK均有所增加，其中苗期中旱處理較CK分別增加約2.21和0.71 cm，表現(xiàn)最優(yōu)，出現(xiàn)此類情況可能與播前土壤水分偏高，達(dá)到設(shè)計灌水控制下限的時間后延有關(guān)。苗期重旱處理的千粒重最低且與輕旱處理間差異顯著；S2生長季苗期干旱處理的冬小麥株高、莖粗和無效小穗數(shù)均隨干旱程度加劇呈下降變化，但其穗長和千粒重均表現(xiàn)為輕旱處理>重旱處理>中旱處理，其中輕旱和中旱處理的千粒重間存在顯著差異，其他各參數(shù)處理間差異均不顯著。拔節(jié)期干旱條件下，冬小麥的株高和籽粒產(chǎn)量均隨干旱程度的加劇呈下降變化，其穗粒數(shù)和千粒重則呈上升變化，其中拔節(jié)期重旱處理的株高和籽粒產(chǎn)量的降幅最大，分別較CK降低約8.72%和8.43%(S1)、9.89%和36.26%(S2)，其千粒重則顯著大于CK和其他兩處理。

抽穗期干旱條件下，S1生長季各受旱處理的穗長間差異不顯著但均顯著大于CK，冬小麥的無效小穗數(shù)和千粒重隨著干旱程度加劇均呈增大變化，其籽粒產(chǎn)量則不斷降低；S2生長季冬小麥的穗長、小穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重均隨干旱程度加劇呈增大變化，其中中旱和重旱處理的籽粒產(chǎn)量均顯著低于CK，但與輕旱處理間差異均不顯著。

表3 2012-2013年度冬小麥的籽粒產(chǎn)量及其產(chǎn)量構(gòu)成參數(shù)Tab.3 The grain yield and yield components of winter wheat in 2012-2013

表4 2013-2014年度冬小麥的籽粒產(chǎn)量及其產(chǎn)量構(gòu)成參數(shù)Tab.4 The grain yield and yield components of winter wheat in 2013-2014

值得注意的是，S1生長季冬小麥的小穗數(shù)和穗粒數(shù)均呈下降變化，S2生長季則表現(xiàn)為持續(xù)上升，結(jié)合其千粒重和籽粒產(chǎn)量的對比結(jié)果不難看出，干旱條件下小穗數(shù)和穗粒數(shù)增加對產(chǎn)量降幅收窄有利。灌漿期干旱條件下，輕旱處理的果穗最長，其株高、莖粗、小穗數(shù)和穗粒數(shù)均隨干旱程度加劇呈下降變化；S1生長季輕旱處理的小穗數(shù)顯著大于中旱處理，S2生長季輕旱處理的穗粒數(shù)顯著大于重旱處理，此外上述各參數(shù)及其無效小穗數(shù)的處理間差異均不顯著。

S1生長季中旱處理的千粒重最大且與CK和其他兩處理間差異顯著，輕旱處理的千粒重最小且顯著低于CK及其他兩處理；S2生長季冬小麥的千粒重隨干旱程度加劇呈下降變化，重旱處理的千粒重最低且與CK及其他兩處理間差異顯著。灌漿期各受旱處理的籽粒產(chǎn)量均顯著低于CK，其中重旱處理的籽粒產(chǎn)量最低且顯著低于輕旱處理。連旱處理條件下，中期連旱處理的產(chǎn)量降幅(較CK)約為27.10%(S1)和50.14%(S2)，高于前期連旱和后期連旱處理的14.45%和14.45%、42.49%和25.22%。

2.4 不同水分處理下冬小麥的水分利用效率

不同干旱處理下冬小麥的籽粒產(chǎn)量、耗水量和水分利用效率WUE見表5。由表5可知，S1生長季不同干旱水平下冬小麥的平均減產(chǎn)率和平均耗水量變幅分別約為7.38%和6.63%(輕旱)、10.39%和7.94%(中旱)、15.36%和31.87%(重旱)，相應(yīng)地，S2生長季分別為12.39%和-0.86%、19.05%和6.97%、31.87%和11.83%。全生育期干旱條件下，冬小麥的WUE隨著干旱程度加劇呈下降變化，其中全生育期低水處理較CK下降約15.15%(S1)和15.57%(S2)。苗期輕旱和中旱處理的籽粒產(chǎn)量降幅均在5%以內(nèi)，其WUE則普遍較高，說明苗期適度干旱對提高冬小麥的WUE有利，且并不會導(dǎo)致明顯減產(chǎn)。抽穗期和灌漿期干旱各處理的WUE均低于CK，其降幅分別約為0.29%～3.36%和0.91%～9.89%(S1)、19.55～21.78%和10.96～27.54%(S2)。其中抽穗期干旱各處理的籽粒產(chǎn)量降幅約為9.64%～22.66%，其總耗水量(除S1生長季的重旱處理)降幅均低于9.09%；灌漿期干旱各處理的籽粒產(chǎn)量和總耗水量均隨干旱程度加劇呈下降變化，且其籽粒產(chǎn)量的降幅總是較大，并最終導(dǎo)致其WUE低于CK。連旱處理條件下，冬小麥的籽粒產(chǎn)量和總耗水量均明顯降低，中期連旱處理的WUE總是最低。

表5 2012-2013年度(S1)和2013-2014年度(S2)冬小麥的籽粒產(chǎn)量、耗水量及水分利用效率Tab.5 The grain yield, water consumption and water use efficiency of winter wheat in 2012-2013 (S1) and 2013-2014 (S2)

3 結(jié) 語

本試驗中，返青前冬小麥的LAI值較低，處理間差異較小，拔節(jié)期復(fù)水后苗期受旱各處理的LAI值增速均有所放緩。水分脅迫下冬小麥的最大減產(chǎn)率和耗水量最大變幅分別約為53.02%和44.44%(S1)、50.14%和26.52%(S2)；苗期輕度和中度水分脅迫對冬小麥籽粒產(chǎn)量的影響較小(減產(chǎn)5%以下)，且有利于其WUE提高；拔節(jié)期受旱和抽穗期受旱分別使冬小麥減產(chǎn)約6.02%～36.26%和9.64%～22.66%，其總耗水量降幅均普遍低于9.09%，可見拔節(jié)期干旱和抽穗期干旱均易導(dǎo)致冬小麥減產(chǎn)，在生產(chǎn)中應(yīng)盡量避免此期受旱。綜合考慮籽粒產(chǎn)量和WUE，本試驗推薦冬小麥苗期、拔節(jié)

[6] 丁 紅,張智猛,戴良香,等.干旱脅迫對花生生育后期根系生長特征的影響[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報, 2013,21(12):1 477-1 483.

[7] 王 瑾,李玉榮,張嘉楠,等.中國花生主載品種抗旱性鑒定及其遺傳多樣性分析[J].中國農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報,2015,17(1):57-64.

[8] 姜慧芳,任小平. 干旱脅迫對花生葉片HD活性和蛋白質(zhì)的影響[J].作物學(xué)報,2004,30(2):169-174.

[9] Kuldeepsingh A.Kalariya,Amrit Lal Sing,Nisha Goswami,etal. Photosynthetic characteristics of peanut genotypes under excess and deficit irrigation during summer[J].Physiol Mol Bio Plants,2015,21(3):317-327

[10] 鄭盛華.水分脅迫對玉米生理生態(tài)特性影響的研究.北京：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院，2007：2-10.

[11] 魏孝榮,郝明德,張春霞,等.土壤干旱條件下外源鋅、錳對夏玉米光合特性的影響[J].作物學(xué)報,2005,31(8)：1 101-1 104.

[12] L.Luo,Z.Yu,D.Wang,etal. Effects of planting density and soil moisture on flag leaf photosynthetic characteristics and dry matter accumulation and distribution in wheat[J].Agricultural Water Management,2015,31(148):123-129.

[13] Reza Nozari, Hamid Reza Tohidi Moghadam, Hossein Zahedi. Effect of cattle manure and zeolite applications on physiological and biochemical changes in soybean (Glycine max L. Merr.) grown under water deficit stress[J]. Revista Científica UDO Agrícola, 2013,13 (1).

[14] 魏江生,山本太平,董 智,等. 在干旱區(qū)農(nóng)業(yè)開發(fā)中對人工沸石作用的探討[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2005，19(3):151-152.

[15] 曹曉燕. 天然沸石在土地整理中的應(yīng)用[J].國土資源,2002,(6):35.

[16] Xiubin, H. and H. Zhanbin. Zeolite application for enhancing infiltration and retention in loess soil[J]. Resource, Conservation and Recycling, 2001,34(3): 45-52.

[17] He Z L. Clinoptilolite zeolite and cellulose amendments to reduce ammonia volatilization in a calcareous sandy soil[J]. Plant and Soil,2002,247(6):253-260.

[18] Zahedi H, H R Tohidi Moghadam. Effect of drought stress on antioxidant enzymes activities with zeolite and selenium application in canola cultivars. Research on crops, 2011,12(2):388-392.

[19] 于文穎,紀(jì)瑞鵬,馮 銳,等.不同生育期玉米葉片光合特性及水分利用效率對水分脅迫的響應(yīng)[J].生態(tài)學(xué)報,2015,35(9):2 902-2 909.