楊傳邦 于振文 張永麗 石 玉

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測墑補灌深度對濟麥22冠層光截獲和熒光特性及籽粒產(chǎn)量的影響

楊傳邦 于振文 張永麗*石 玉

山東農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院/ 農(nóng)業(yè)部作物生理生態(tài)與耕作重點實驗室, 山東泰安 271018

測墑補灌是近年開發(fā)的一種小麥節(jié)水栽培新技術, 水分管理的土層深度是該技術的關鍵因素之一。本研究以濟麥22為試驗品種, 于2013—2014和2014—2015年度在山東兗州進行大田試驗, 設置4個測墑補灌土層深度, 補灌至目標土層拔節(jié)期相對含水量70%和開花期相對含水量75%, 以定量灌溉(拔節(jié)期和開花期各灌水60 mm)和全生育期不灌水處理為對照, 通過測定花后0~30 d灌漿階段小麥冠層光截獲特性、群體光合速率、旗葉熒光特性, 以及最終籽粒產(chǎn)量和水分利用效率, 以明確測墑補灌達到增產(chǎn)的光合基礎及最佳土層。當補灌土層為0~20 cm時, 灌水量為50.1~51.2 mm, 小麥葉面積指數(shù)、冠層光合有效輻射截獲量、冠層光截獲率和群體光合速率, 以及旗葉實際光化學效率(PSII)和最大光化學效率(v/m)在各灌水處理中最低; 補灌土層為0~40 cm時, 灌水量為73.1~93.1 mm, 上述前4項指標比補灌深度20 cm時依次提高6.0%~42.4%、8.5%~27.9%、6.7%~14.5%、11.0%~14.6%, 同時旗葉PSII和v/m亦顯著提高; 補灌深度加大至60 cm (灌水量87.5~105.4 cm)和80 cm (灌水量101.8~115.0 cm)時, 這些指標無顯著增加。與光合特性相關指標一致, 籽粒產(chǎn)量也表現(xiàn)為補灌深度大于40 cm的3個處理間無顯著差異, 且與定量灌溉對照無顯著差異, 但都顯著高于補灌深度20 cm處理。在本試驗條件下, 對0~40 cm土層實施測墑補灌, 較定量灌溉減少用水26.9~46.9 mm, 水分利用效率提高16.2%~16.7%, 灌溉效益增加34.0%~68.1%, 說明在類似生態(tài)條件下, 中穗型小麥品種濟麥22測墑補灌節(jié)水栽培技術的目標土層為0~40 cm。

小麥; 冠層光截獲; 熒光特性; 測墑補灌; 土層深度

土壤水分對小麥產(chǎn)量有重要影響。土壤水分虧缺會影響小麥正常生長發(fā)育, 降低籽粒產(chǎn)量[1-2]; 與充分灌溉相比, 連續(xù)受旱、早期受旱、雨養(yǎng)及后期受旱的小麥產(chǎn)量分別下降65.5%、40.6%、30.5%和24.0%[3]。黃淮冬麥區(qū)小麥全生育期降水量不足200 mm, 僅占小麥需水量的25%~40%[4-5], 降水不足是該區(qū)小麥生產(chǎn)的主要限制因子。為了充分利用自然降水, 在控制灌水量條件下, 實現(xiàn)小麥高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)生產(chǎn), 提高水分利用效率, 很多研究團隊開展了系列研究, 均認為在小麥關鍵生育期適量灌水對提高產(chǎn)量有重要作用[6-8], 例如, 張勝全等[8]于2004—2008年度在河北吳橋進行了3種節(jié)水灌溉模式的大田試驗, 結果表明, 在播種前灌底墑水75 mm條件下, 全生育期不灌水、拔節(jié)期灌水75 mm、拔節(jié)期和開花期各灌水75 mm平均產(chǎn)量分別為6134、7515和8134 kg hm–2, 處理間水分利用效率無顯著差異。本課題組經(jīng)多年試驗研究建立了一種根據(jù)土壤墑情適量灌溉的“測墑補灌”技術體系, 通過大量試驗, 發(fā)現(xiàn)拔節(jié)期和開花期依據(jù)0~40土層深度的土壤含水量來設計補灌量, 是一種高產(chǎn)高水分利用效率的節(jié)水灌溉模式, 并研究明確了該模式下小麥的耗水特性和旗葉光合特性[9-10]。目前, 本課題組對不同測墑補灌土層下小麥增產(chǎn)機制還在細化和深入研究。

小麥冠層截獲的光合有效輻射對產(chǎn)量有重要影響[11-13]。土壤水分可通過改變?nèi)后w內(nèi)光合有效輻射的垂直分布及轉化效率影響產(chǎn)量和光能利用效率[14]。在一定灌溉總量范圍內(nèi), 灌溉次數(shù)與群體光合速率呈拋物線型關系, 較多的灌溉次數(shù)下群體光合速率的提高歸因于葉面積指數(shù)增大和群體光截獲的增加; 群體光合速率與冠層透光率呈極顯著的負相關, 灌漿期群體光合速率與花后干物質(zhì)積累量和產(chǎn)量呈極顯著的正相關[15]。呂麗華等[16]研究表明, 灌水1200 m3hm–2(分4次灌溉)的處理冠層結構適宜、光能截獲率較高, 是其籽粒產(chǎn)量和水分利用效率較高的主要原因。旗葉是小麥生育后期冠層的主要構成者, 成熟時籽粒干物質(zhì)的30%來自旗葉光合碳同化底物的供應[17], 葉綠素熒光參數(shù)可快速檢測旗葉光合作用能力[18]。據(jù)Yao等[19]報道, 拔節(jié)期和孕穗期各灌水60 mm的處理旗葉最大光化學效率顯著高于僅在拔節(jié)期灌水60 mm的處理, 并且千粒重和籽粒產(chǎn)量顯著提高。本研究利用黃淮地區(qū)中穗型冬小麥主栽品種濟麥22, 設計不同土層深度測墑補灌處理, 觀測小麥群體冠層光截獲和旗葉熒光特性, 旨在從群體光合和單葉熒光相結合的角度闡明測墑補灌條件下小麥產(chǎn)量形成機制, 為該技術體系的推廣和應用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與試驗設計

于2013—2014和2014—2015年度, 在山東省濟寧市兗州區(qū)小孟鎮(zhèn)史家王子村(35°41′ N, 116°41′ E)進行大田試驗, 試驗田土壤質(zhì)地為壤土, 播種前測定0~20 cm土層養(yǎng)分含量(表1)和0~80 cm各土層質(zhì)量含水量(表2)。小麥生育階段降水量見表3。

表1 播種前0~20 cm土層土壤養(yǎng)分含量

表2 播種前各土層土壤質(zhì)量含水量

表3 小麥各生育階段降水量

數(shù)據(jù)來自兗州區(qū)氣象局。Data were provided by the Yanzhou Meteorological Bureau.

設置4個測墑補灌土層深度, 分別為0~20 cm (T20)、0~40 cm (T40)、0~60 cm (T60)、0~80 cm (T80), 各處理土層土壤平均相對含水量拔節(jié)期均補灌至70%, 開花期均補灌至75%, 以當?shù)厣a(chǎn)實踐的定量灌溉(拔節(jié)期和開花期各灌水60 mm)和全生育期不灌水處理作為對照。小區(qū)面積4 m × 4 m = 16 m2, 3次重復, 隨機區(qū)組排列, 小區(qū)間設1 m隔離區(qū)。

于拔節(jié)期和開花期灌水前2 d測定土壤質(zhì)量含水量和相對含水量, 根據(jù)公式= 10(ββ)[20]計算補灌水量。式中,為補灌水量(mm),為補灌土層深度(cm),為補灌土層的土壤容重(g m–3),β為目標相對含水量,β為灌溉前的土壤相對含水量。補灌時用水龍帶從輸水管道出水口引水至小區(qū), 水龍帶出水口安裝水表計量灌水量。于補灌后3 d待水分平衡后測定各土層土壤含水量以驗證。

小麥播種前底施純氮105 kg hm–2、P2O5和K2O各150 kg hm–2, 拔節(jié)期開溝追施純氮135 kg hm–2。肥料為尿素、磷酸二銨和氯化鉀。試驗品種為中穗型小麥品種濟麥22, 于2013年10月10日和2014年10月13日用小麥寬幅精量播種機播種, 行距0.225 m。四葉期定苗, 基本苗225株 m-2。2014年6月5日和2015年6月13日收獲。其他管理措施同一般高產(chǎn)田。

1.2 光合特性相關性狀和參數(shù)測定方法

1.2.1 葉面積指數(shù)(LAI)、冠層截獲的光合有效輻射(IPAR)和光截獲率 開花期當天及開花后10、20和30 d的晴朗天氣, 用LP-80植物冠層分析儀(美國)分別測定小麥LAI以及冠層上部(麥穗上方10 cm處)的光合有效輻射(PAR)和小麥底部(貼近地面)的光合有效輻射(TPAR)[21]。IPAR = PAR-TPAR, 光截獲率 = IPAR / PAR。

1.2.2 小麥群體光合速率 采用董樹亭等[22]的方法并略有改進, 同化箱改為長和寬各1.0 m、高1.2 m。于開花后100 d和20 d的晴朗天氣用同化箱和CO2分析儀測定小麥群體光合速率。

1.2.3 葉綠素熒光參數(shù) 選擇開花期標記的同一天開花的小麥單莖, 用FMS-2型葉綠素熒光儀(Hansatech, 英國), 于開花后10、20和30 d的晴天9:00—11:00測定自然光照下的旗葉葉綠素熒光參數(shù)。

1.3 土壤含水量和耗水量測定方法

于播種前和成熟期用土鉆取0~200 cm土層的土壤, 每20 cm為一層土樣, 取土后立即裝入鋁盒, 用烘干(105℃至恒重)稱重法(鮮重和干重)測定土壤質(zhì)量含水量和土壤相對含水量。用環(huán)刀法[23]測定田間持水量。土壤質(zhì)量含水量(%) = (土壤鮮重－土壤干重) / 土壤干重 × 100%; 土壤相對含水量(%) = 土壤質(zhì)量含水量 / 田間持水量 × 100%。

本試驗的地下水深在5 m以下, 故可以忽略地下水補給[24]。因此, 小麥生育期的耗水量(ETα, mm)可用如下公式計算。

ETαγH(θ1-θ2) ++

式中,為土層編號,為總土層數(shù),為土壤容重(g cm–3),為土壤厚度(cm), 本研究中測定的土層總厚度為200 cm,1和2分別為播種前和成熟期的土壤質(zhì)量含水量,為全生育期灌水量(mm),為有效降水量(mm)。

1.4 產(chǎn)量和水分利用效率測定方法

于小麥成熟期從每小區(qū)收獲2 m2, 脫粒后自然風干(含水量12.5%)并稱重, 折算成每公頃產(chǎn)量, 3次重復。

根據(jù)小麥產(chǎn)量(Y, kg hm–2)、生育期耗水量(ETα, mm)、補灌導致的產(chǎn)量增加(ΔY, kg hm–2)和補灌水量(I, mm)計算水分利用率(WUE)和灌溉效益(IB)。

WUE = Y / ETα[25]; IB=ΔY/I[26]。

1.5 統(tǒng)計分析

采用Microsoft Excel 2007軟件處理數(shù)據(jù)和繪圖, DPS7.05統(tǒng)計分析軟件檢驗差異顯著性 (LSD法)。

2 結果與分析

2.1 不同處理的葉面積指數(shù)

T20處理開花后0、10、20和30 d的LAI比不灌水對照明顯提高(表4), 2013—2014年度分別高17.9%、3.7%、20.8%和20.4%, 2014–2015年度分別高18.3%、11.1%、21.5%和16.9%。表明適量補灌比不灌水提高了小麥開花后的葉面積指數(shù)。T40處理的LAI在開花后0、10、20和30 d顯著高于T20處理, 2013—2014年度分別高6.0%、14.6%、37.4%和42.4%, 2014—2015年度分別高11.4%、14.2%、12.8%和28.9%。補灌深度由40 cm增至60 cm和80 cm時, 小麥開花后0、10、20和30 d的LAI均無顯著變化(表4)。表明依據(jù)0~40 cm土層測墑補灌比依據(jù)0~20 cm土層測墑補灌提高了小麥開花后的LAI, 有利于截獲較多的光合有效輻射, 促進群體光合物質(zhì)生產(chǎn); 測墑補灌深度超過40 cm時, 操作難度增加, 且對提高LAI無益。與定量灌溉處理相比, T40處理開花后0、10、20和30的LAI亦無顯著變化。

表4 不同處理的葉面積指數(shù)

T20~T80為測墑補灌處理, 目標土層深度分別為20、40、60和80 cm; CK1和CK2分別為全生育期無灌水對照和定量灌溉對照。數(shù)據(jù)后不同字母表示同一生育期處理間差異顯著(< 0.05)。DAA: 開花后天數(shù)。

T20 to T80 refer to supplemental irrigation treatments with target soil layer depth of 20, 40, 60, and 80 cm, respectively. CK1 and CK2 refer to no irrigation and fixed irrigation controls, respectively. Values followed by different letters are significantly different among treatments at the same stage (< 0.05). DAA: days after anthesis.

2.2 不同處理冠層截獲的光合有效輻射量和冠層光截獲率

與不灌水對照相比, T20處理冠層截獲的光合有效輻射量在開花后0、10、20和30 d明顯提高, 尤其在開花后20 d, 2013—2014年度分別提高4.7%、0.9%、39.7%和15.6%, 2014—2015年度分別提高5.9%、6.7%、9.6%和7.1%。表明適量補灌比不灌水提高了小麥開花后冠層截獲的光合有效輻射量。T40處理較T20進一步提高各灌漿期小麥冠層截獲的光合有效輻射量, 2013—2014年度比T20處理分別高9.2%、9.7%、27.9%和13.8%, 2014—2015年度分別高9.2%、13.1%、8.5%和10.3%, 但與T60、T80處理和定量灌溉對照均無顯著差異(表5)。

與冠層截獲光合有效輻射量的表現(xiàn)相似, T20處理比不灌水對照提高了小麥開花后0、10、20和30 d的冠層光截獲率, 2013—2014年度各灌漿期分別提高2.3%、4.8%、5.1%和17.1%, 2014—2015年度分別提高4.7%、6.0%、5.1%和6.0%; 而T40處理又比T20處理進一步提高各灌漿期的冠層光截獲率, 尤其是開花后10~30 d, T40處理比T20處理高11.5%~14.5% (2013—2014年度)和7.9%~11.3% (2014—2015年度); 同時, T40、T60、T80和定量灌溉對照之間無顯著差異(表5)。

從小麥冠層截獲的光合有效輻射量和光截獲率來看, 0~40 cm土層測墑補灌在各處理中最有利于濟麥22群體對光能的吸收和利用, 這是獲得高產(chǎn)的基礎; 而繼續(xù)增加補灌量, 使補灌深度達到60 cm和80 cm, 并不能持續(xù)提高小麥冠層對光能的有效利用。

2.3 不同處理的小麥群體光合速率

兩年度試驗一致表明, 與不灌水對照相比, 所有灌水處理均可顯著提高小麥群體的光合速率; T40處理開花后10 d和20 d的群體光合速率均顯著高于T20處理, 但與T60和定量灌溉對照無顯著差異(圖1)。

表5 不同處理小麥冠層截獲的光合有效輻射量和冠層光截獲率

T20~T80為測墑補灌處理, 目標土層深度分別為20、40、60和80 cm; CK1和CK2分別為全生育期無灌水對照和定量灌溉對照。數(shù)據(jù)后不同字母表示同一生育期處理間差異顯著(< 0.05)。DAA: 開花后天數(shù)。

T20 to T80 refer to supplemental irrigation treatments with target soil layer depth of 20, 40, 60, and 80 cm, respectively. CK1 and CK2 refer to no irrigation and fixed irrigation controls, respectively. Values followed by different letters are significantly different among treatments at the same stage (< 0.05). DAA: days after anthesis.

T20~T60為測墑補灌處理, 目標土層深度分別為20、40和60 cm; CK1和CK2分別為全生育期無灌水對照和定量灌溉對照。各處理誤差線上方不同字母表示同一生育期處理間差異顯著(< 0.05)。

T20 to T60 refer to supplemental irrigation treatments with target soil layer depth of 20, 40, and 60 cm, respectively. CK1 and CK2 refer to no irrigation and fixed irrigation controls, respectively. Different letters above error bars indicate significant difference among treatments at the same stage (< 0.05).

2.4 不同處理的旗葉實際光化學效率和最大光化學效率

對旗葉PSII和v/m連續(xù)兩年的觀測表明, 開花后10、20和30 d各處理均呈現(xiàn)不灌水對照

2.5 不同處理的籽粒產(chǎn)量、水分利用效率和灌溉效益

兩年度籽粒產(chǎn)量和水分利用效率(WUE)均以不灌水對照最低, T40處理最高(2013—2014年度產(chǎn)量為9397.3 kg hm–2, WUE為25.1 kg hm–2 mm–1; 2014—2015年度產(chǎn)量為9543.1 kg hm–2, WUE為18.2 kg hm–2 mm–1)。T40處理顯著優(yōu)于T20處理, 其中兩年度產(chǎn)量分別提高13.4%和14.3%, WUE分別提高10.1%和10.3%; T40的籽粒產(chǎn)量與T60、T80和定量灌溉對照均無顯著差異, 但T40的WUE顯著高于T80和定量灌溉對照(表6)。

T20~T80為測墑補灌處理, 目標土層深度分別為20、40、60和80 cm; CK1和CK2分別為全生育期無灌水對照和定量灌溉對照。各處理誤差線上方不同字母表示同一生育期處理間差異顯著(< 0.05)。

T20 to T80 refer to supplymental irrigation treatments with target soil layer depth of 20, 40, 60, and 80 cm, respectively. CK1 and CK2 refer to no irrigation and fixed irrigation controls, respectively. Different letters above error bars indicate significant difference among treatments at the same stage (< 0.05).

2013—2014年度, T40的灌水量比T60和T80分別減少14.4 mm和28.7 mm, 耗水量減少22.1 mm和50.8 mm, 但水分利用效率分別增加8.7%和14.6%, 灌溉效益增加31.8%和43.2%; 2014—2015年度, T40的灌水量比T60和T80分別減少12.3 mm和21.9 mm, 耗水量減少15.1 mm和30.7 mm, 水分利用效率分別增加3.4%和7.7%, 灌溉效益增加15.2%和31.5%。

與定量灌溉對照相比, 2013—2014年度, T40的灌水量和耗水量分別減少46.9 mm和57.9 mm, 水分利用效率和灌溉效益分別增加16.2%和68.1%; 2014—2015年度, T40的灌水量和耗水量分別減少26.9 mm和81.4 mm, 水分利用效率和灌溉效益分別增加16.7%和34.0%。

上述結果表明, 依據(jù)0~40 cm土層測墑補灌比依據(jù)0~20 cm土層測墑補灌和不灌水處理顯著提高了籽粒產(chǎn)量和水分利用效率, 測墑補灌土層加深至60 cm和80 cm, 籽粒產(chǎn)量無顯著增加, 水分利用效率和灌溉效益顯著降低。定量灌溉處理比依據(jù)0~40 cm土層測墑補灌處理的灌水量和耗水量均顯著增加, 但水分利用效率和灌溉效益顯著降低。

3 討論

小麥栽培技術中對水分管理的研究已有很多報道, 大多是不同研究團隊在不同地區(qū), 采用當?shù)刂饕贩N, 按定量灌溉的試驗設計, 探討各種灌溉模式, 以及小麥關鍵生育期的適當灌水量, 而對自然降水和分布, 及其對小麥生育期內(nèi)土壤墑情的影響考慮較少。本研究采用測墑補灌技術, 依據(jù)不同土層的墑情確定灌水量, 不僅可以充分利用自然降水、節(jié)約灌溉用水, 而且還對不同深度土層實施目標管理, 促進小麥對土壤深層水分的利用。本研究中兩年度降水量分別為156 mm和220 mm, 在各生育階段的分配不均, 其中2013—2014年度播種至開花期為79 mm、開花至成熟期為77 mm, 而2014—2015年度播種至開花期為210 mm、開花至成熟期僅10 mm; 但在補灌前充分考慮了降水和土壤水因素, 依據(jù)土壤墑情確定補灌水量, 在降水量不同的年份均滿足了小麥對水分的需求, 未見田間異常生長, 均取得了較高產(chǎn)量。

表6 不同處理的籽粒產(chǎn)量、灌水量、水分利用效率和灌溉效益

T20~T80為測墑補灌處理, 目標土層深度分別為20、40、60和80 cm; CK1和CK2分別為全生育期無灌水對照和定量灌溉對照。數(shù)據(jù)后不同字母表示同一年度中不同處理差異顯著(< 0.05)。

T20 to T80 refer to supplemental irrigation treatments with target soil layer depth of 20, 40, 60, and 80 cm, respectively. CK1 and CK2 refer to no irrigation and fixed irrigation controls, respectively. Values followed by different letters are significantly different among treatments in the same year (< 0.05).

葉面積指數(shù)是影響冠層光合有效輻射的重要因素[27-29], 小麥冠層截獲的光合有效輻射與葉面積指數(shù)呈顯著正相關[30]。小麥生育期實施補灌能明顯增加葉面積指數(shù)[31-32], 但是過多灌水會導致冠層葉面積過高, 降低冠層通風透光, 不利于高產(chǎn)[16]。本研究表明, 隨補灌深度增加, 灌水量增加; 針對0~40 cm土層測墑補灌的葉面積指數(shù)高于0~20 cm土層測墑補灌處理, 是其冠層截獲的光合有效輻射量和光截獲率較高的主要原因, 測墑補灌土層加深至60 cm和80 cm, 葉面積指數(shù)、冠層截獲的光合有效輻射量和光截獲率無顯著增加。定量灌溉比依據(jù)0~40 cm土層測墑補灌處理的灌水量兩年度分別增加46.9 mm和26.9 mm, 但葉面積指數(shù)、冠層截獲的光合有效輻射量和冠層光截獲率均無顯著增加。

在一定水分條件下, 小麥群體光合速率和旗葉葉綠素熒光特性均對產(chǎn)量有顯著影響。Ahmed等[33]試驗證實, 生育期不灌水處理的小麥葉片v/m顯著降低; 房全孝等[14]研究表明, 小麥群體光合速率與灌水量呈拋物線型關系, 在灌水量0~120 mm范圍內(nèi), 群體光合速率隨灌水量的增加而增大; 當灌水量超過120 mm時, 群體光合速率降低; 董浩等[34]試驗也得出類似結論, 在灌水0~180 mm范圍內(nèi), 小麥旗葉v/m和PSII隨灌水量的增加而增加。本研究團隊的前期試驗結果表明, 依據(jù)0~40 cm土層測墑補灌的旗葉光合速率和蒸騰速率最高是該處理產(chǎn)量較高的原因之一[10]。本文結果表明, 依據(jù)0~40 cm土層測墑補灌的群體光合速率高于依據(jù)0~20 cm土層測墑補灌的處理, 同時該處理的旗葉v/m和PSII亦顯著高于依據(jù)0~20 cm土層測墑補灌的處理, 是其籽粒產(chǎn)量較高的重要原因; 并且該處理與測墑補灌深度為60 cm處理和生產(chǎn)實踐的定量灌溉對照相比, 群體光合速率和實際光化學效率升高, 最大光化學效率降低, 但各處理間差異未達到顯著水平, 造成這種細微差異的原因與大田生產(chǎn)條件復雜多變, 光合速率和熒光參數(shù)受溫度、光照、濕度、CO2濃度等多種因素影響有關。

Dong等[35]利用石家莊8號的田間試驗表明, 灌水120 mm比不灌水處理在干旱年份、正常年份和濕潤年份分別增產(chǎn)3844.2、1611.3和597.2 kg hm–2。Li等[5]報道, 在總灌水量相同條件下, 小麥拔節(jié)期和抽穗期分別灌水60 mm較拔節(jié)、抽穗和灌漿期各灌水40 mm處理的籽粒產(chǎn)量高1662 kg hm–2。本研究通過連續(xù)測定灌漿期的小麥LAI、冠層光合有效輻射截獲量、冠層光截獲率和群體光合速率, 以及旗葉PSII和v/m, 發(fā)現(xiàn)籽粒各發(fā)育階段均以0~40 cm土層測墑補灌(T40處理)的參數(shù)及最終籽粒產(chǎn)量與0~60 cm和0~80 cm土層測墑補灌處理無顯著差異, 但總灌水量減少12.3~28.7 mm, 耗水量減少15.1~50.8 mm, 水分利用效率增加3.4%~14.6%, 灌溉效益增加15.2%~43.2%; T40處理與定量灌溉對照的籽粒產(chǎn)量無顯著差異, 但兩年度灌水量分別減少46.9 mm和26.9 mm, 耗水量分別減少57.9 mm和81.4 mm, 水分利用效率提高16.2%和16.7%, 灌溉效益顯著提高, 因此認為, 對0~40 cm土層測墑補灌是最佳選擇。本試驗是在壤土大田進行的, 小麥生長期間降水量為156~220 mm, 采用了中穗型小麥品種, 初步認為相似生態(tài)條件、同類型小麥品種也適用本研究的推薦技術。

4 結論

針對0~40 cm土層測墑補灌, 在小麥全生育期灌水量為73.1~93.1 mm, 籽粒產(chǎn)量達到9397.3~ 9543.1 kg hm-2。與針對0~20 cm土層測墑補灌和不灌水對照相比, 顯著提高了葉面積指數(shù)、冠層截獲的光合有效輻射量、冠層光截獲率、群體光合速率和旗葉vm、PSII, 為高產(chǎn)奠定了基礎。與測墑補灌土層加深至60 cm和80 cm兩處理, 以及當?shù)厣a(chǎn)中采用的定量灌溉相比, 針對0~40 cm土層測墑補灌, 灌水量減少12.3~46.9 mm, 耗水量減少15.1~ 81.4 mm, 水分利用效率增加3.4%~16.7%, 灌溉效益增加15.2%~68.1%。綜合考慮小麥產(chǎn)量、耗水量和水分利用效率, 建議在與本試驗條件相類似的地區(qū)采用測墑補灌技術時, 水分管理土層深度為40 cm。

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Effect of Soil Depth with Supplemental Irrigation on Canopy Photosynthe-tically Active Radiation Interception and Chlorophyll Fluorescence Parameters in Jimai 22

YANG Chuan-Bang, YU Zhen-Wen, ZHANG Yong-Li*, and SHI Yu

College of Agronomy, Shandong Agricultural University / Key Laboratory of Crop Eco-physiology and Cultivation, Ministry of Agriculture, Tai’an 271018, China

Supplemental irrigation based on moisture measurement of soil is a water-saving technology newly developed in wheat cultivation, in which soil depth is one of the key factors. In this study, we conducted a field experiment with the high-yield variety Jimai 22 in Yanzhou, Shandong province in 2013–2014 and 2014–2015 winter wheat seasons to unravel the photosynthetic basis of high yield by supplemental irrigation in the proper soil layer. Four supplemental irrigation treatments (relative soil water content of 70% and 75% at jointing and anthesis stage, respectively) were designed with the target soil depths of 20 cm (T20), 40 cm (T40), 60 cm (T60), and 80 cm (T80), and no irrigation and traditionally fixed irrigation (60 mm at jointing and anthesis each) were used as the controls. The indices measured were canopy photosynthetically active radiation (PAR) interception, canopy apparent photosynthesis (CAP), and chlorophyll fluorescence parameters of flag leaves from 0 to 30 days after anthesis, as well as grain yield and water use efficiency (WUE). The leaf area index, PAR interception, canopy light interception rate, CAP of treatment T40 were 6.0%–42.4%, 8.5%–27.9%, 6.7%–14.5%, and 11.0%–14.6% higher than those of treatment T20, respectively. At the same time, the maximal quantum yield of PSII (v/m), actual efficiency of PSII (PSII) of flag leaves also improved significantly. When making supplemental irrigation to 60 cm and 80 cm soil layers, the above parameters had no significant increase. The grain yield of treatment T40 was not significantly different from that of T60, T80 and fixed irrigation control. However, irrigation amount significantly decreased by 26.9–46.9 mm, water use efficiency and irrigation benefit significantly increased by 16.2%–16.7% and 34.0%–68.1% respectively during both wheat growing seasons as compared with those of fixed irrigation control. Supplemental irrigation based on soil moisture measurement in 0–40 cm soil layer is the most appropriate treatment in similar ecological conditions to this study for Jimai 22 wheat cultivar.

Wheat; Canopy photosynthetically active radiation interception; Chlorophyll fluorescence parameters; Supplemental irrigation based on soil moisture measurement; Soil layers

本研究由山東省自然科學基金項目(ZR2016CM34), 國家自然科學基金項目(31101115)和國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術體系專項(CARS-3- 1-19)資助。

This study was supported by the Natural Science Foundation of Shandong Province (ZR2016CM34), the National Natural Science Foundation of China (31101115), and China Agriculture Research System (CARS-3-1-19).

2016-03-12; Accepted(接受日期): 2016-07-27; Published online(網(wǎng)絡出版日期)：2016-11-28.

10.3724/SP.J.1006.2017.00253

張永麗, E-mail: zhangyl@sdau.edu.cn, Tel: 0538-8247828

E-mail: yangchuanbang@yeah.net

URL:http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20161128.0922.002.html