柳 娜，楊文雄，張雪婷，楊長剛，王世紅，王興榮

(1. 甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院小麥研究所，蘭州 730070；2. 甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所，蘭州 730070)

0 引 言

河西走廊氣候干旱，年蒸發(fā)量大[1]，水資源短缺[2,3]是限制當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)發(fā)展的主要因素之一。小麥作為河西走廊地區(qū)的主要糧食作物，其高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)對保障糧食安全和提高農(nóng)民生活質(zhì)量具有重要意義，因此一直備受關(guān)注。但在實際生產(chǎn)中，只追求高產(chǎn)的大水漫灌等不合理管理措施，導(dǎo)致水分利用效率低、水資源浪費[4]。同時，不同品種混雜也是造成資源不能高效利用的原因之一。因此，研究適于河西走廊綠洲灌區(qū)不同耐旱型小麥品種及其配套的灌水量，對提高該區(qū)小麥產(chǎn)量和資源利用效率具有重要意義。前人研究表明，適時適量的灌溉能緩解干旱脅迫，增大小麥群體光合面積和光合速率，促進干物質(zhì)積累和分配，調(diào)節(jié)源庫關(guān)系[5]，提高產(chǎn)量和水分利用效率[6]。王映紅[7]等在豫北地區(qū)研究發(fā)現(xiàn)，底墑水+拔節(jié)水+開花水灌水模式產(chǎn)量最高，但是水分利用效率分別較只灌底墑水和底墑水+拔節(jié)水模式降低37.97%和61.88%。Zhang等[8]研究指出，灌水量達到一定程度后小麥產(chǎn)量到達平臺期，繼續(xù)增加灌水量并不能提高小麥產(chǎn)量。除灌水模式對小麥產(chǎn)量和水分利用效率造成顯著影響外，在相同灌水模式下品種對小麥產(chǎn)量也具有顯著影響[5,7]；灌拔節(jié)水使小麥產(chǎn)量較對照增產(chǎn)13.57%～22.42%[9,10]。旗葉大小、株高、灌漿后期葉綠素含量在灌水模式下和產(chǎn)量存在顯著相關(guān)性，可以作為不同種植管理模式下輔助選擇節(jié)水高產(chǎn)小麥品種指標(biāo)[11]。劉志鵬等[12]研究表明，增加灌水次數(shù)能提高供試品種旗葉葉綠素含量、CAT活性，提高產(chǎn)量，減少MDA累積量。而在水分脅迫條件下，小麥旗葉細(xì)胞中活性氧數(shù)量增多，抗氧化酶活性降低，丙二醛含量顯著升高[13]。本試驗在前人研究的基礎(chǔ)上，進一步探索適于河西走廊綠洲灌區(qū)的小麥品種及適宜灌水量。篩選出節(jié)水小麥品種，并輔以合理的灌溉制度，為促進河西走廊綠洲灌區(qū)小麥高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)和綠色發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2018-2019年在甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院武威市黃羊鎮(zhèn)小麥試驗站進行。試驗地海拔1 643 m。年降水量220～230 mm，年蒸發(fā)量2 000～2 300 mm，全年日照3 000 h，屬溫帶干旱區(qū)。試驗站土壤為粉壤土。

1.2 試驗材料

選取甘肅西部地區(qū)實際生產(chǎn)中表現(xiàn)較好的5個小麥品種(甘春24號、武春8號、隴春41號、隴春33號、寧春33號)為試驗材料。所有供試品種均由甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院小麥研究所春小麥課題組提供。

1.3 試驗設(shè)計

采用隨機區(qū)組設(shè)計，灌水為主處理，品種為副處理。設(shè)置整個生育期無灌水W0、灌一水W1(拔節(jié)期)、灌兩水W2(拔節(jié)期和灌漿期)3個水分處理，每次灌水量為1 500 m3/hm2。5個供試小麥品種為甘春24號(GC24)、武春8號(WC8)、隴春41號(LC41)、隴春33號(LC33)、寧春33號(NC33)。每個小區(qū)面積24.48 m2，長7.2 m，行距0.17 m，20行，播量為750 萬粒/hm2，每行918粒，重復(fù)3次，共45個小區(qū)。不同灌水處理間設(shè)置2 m深的防滲帶，防治水分漏滲。播種時一次性施入磷酸二銨180 kg/hm2(整個生育期施純P 172.5 kg/hm2)，尿素300 kg/hm2作種肥，5月份拔節(jié)期追肥尿素75 kg/hm2(整個生育期施純N 240 kg/hm2)。

1.4 測定項目與方法

在小麥開花期選取長勢一致，具有代表性的植株200株予以標(biāo)記， 從開花期開始每隔7 d從標(biāo)記小麥中取小麥植株， 在實驗室對小麥進行分解， 保留擦拭干凈的小麥旗葉20～25片，經(jīng)液氮處理放入超低溫冰箱中保存， 用于測定小麥生理指標(biāo)。

葉片葉綠素含量的測定：用日本產(chǎn)Mini型葉綠素測定儀測定，以SPAD值表示葉綠素含量；采用陳禹興等[14]的方法測定MDA含量；采用高錳酸鉀滴定法測定CAT活性[15]；成熟期各小區(qū)選取樣點1 m2，測量干物質(zhì)積累量；全區(qū)收獲測定籽粒產(chǎn)量。

水分利用效率(Water use efficiency，WUE，kg/hm2· mm)=產(chǎn)量/生育期耗水量

抗旱系數(shù)(Drought coefficient，DC)=干旱脅迫產(chǎn)量值/充分灌溉處理產(chǎn)量值

其中：干旱脅迫產(chǎn)量值為整個生育期無灌水(W0)處理下產(chǎn)量，充分灌溉處理產(chǎn)量值為灌兩水W2(拔節(jié)期和灌漿期)處理下產(chǎn)量。

干旱產(chǎn)量指數(shù)(Drought yield index，DYI)=干旱脅迫產(chǎn)量值/干旱脅迫產(chǎn)量平均值

其中：干旱脅迫產(chǎn)量值為整個生育期無灌水(W0)處理下產(chǎn)量，干旱脅迫產(chǎn)量平均值為整個生育期無灌水(W0)處理下五個品種產(chǎn)量平均值。

抗旱指數(shù)(Drought resistance index，DI)=抗旱系數(shù)×(干旱脅迫產(chǎn)量值/干旱脅迫產(chǎn)量平均值)

1.5 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)輸入與處理采用 Microsoft Excel 2013、Origin 2015作圖，數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析使用SPASS19軟件，進行方差分析(ANOVA)和相關(guān)性分析。

2 結(jié)果分析

2.1 不同灌水下小麥旗葉SPAD、 CAT活性及MDA含量變化

2018-2019年小麥旗葉SPAD值變化如圖1所示，從灌水來看，兩年規(guī)律均表現(xiàn)為W1>W2>W0。2018年，W1處理下小麥旗葉SPAD較W0、W2分別提高16.3%、10.2%；2019年分別提高15.1%、9.8%，說明在無灌水條件下，小麥旗葉過早衰老，而在W2處理下，小麥群體密度過大，葉片互相遮擋，不利于其源葉的光合作用。從品種看，兩年小麥旗葉SPAD均在隴春41號品種表現(xiàn)最優(yōu)。W0處理下，LC41旗葉SPAD較其他的品種兩年平均值增幅為16.8%～26.9%；W1處理下增幅為15.1%～26.3%；W2處理下增幅為2.8%～14.3%。綜合各處理，在W1處理下LC41旗葉的SPAD值達到最大，2018年較其他處理增幅為9.2%～31.6%；2019年增幅為8.3%～55.2%。

注：不同小寫字母表示在同一灌水下0.05水平差異顯著。下同。圖1 不同灌水下小麥開花期旗葉SPADFig.1 SPAD of flag leaf during flowering stage of wheat under different irrigation treatments

如圖2、3所示，2018-2019年，各處理小麥花后旗葉CAT活性均呈單峰曲線變化，先增加后降低。在花后第14天達到最大值。灌水可以顯著提高小麥旗葉CAT活性，具體表現(xiàn)為W1≈W2>W0。W1與W2處理花后14天CAT活性較W0處理兩年平均值分別提13.3%、10.2%。從品種看，隨著生育時期推進，隴春41號小麥旗葉CAT均呈較高的活性。

圖2 不同灌水小麥花后旗葉CAT活性Fig.2 CAT activity of flag leaves after anthesis of wheat under different irrigation treatments

各處理小麥花后旗葉MDA含量隨著生育期推進逐漸增加。從灌水看，旗葉MDA含量隨著灌水量的增多而降低，生育后期(花后14～28 d)不同品種間均表現(xiàn)為LC41旗葉MDA含量最低。綜合各處理，在W1處理下LC41旗葉CAT活性最高，MDA含量最低，說明其花后旗葉細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)受損程度較低，旗葉衰老速度較慢，有利于花后干物質(zhì)的積累和產(chǎn)量的形成。

圖3 不同灌水小麥花后旗葉MDA含量Fig.3 MDA content in flag leaves after anthesis of wheat under different irrigation treatments

2.2 不同灌水下干物質(zhì)變化

2018-2019小麥花前和成熟期干物質(zhì)如圖4所示。從灌水看，成熟期干物質(zhì)積累量在W1、W2處理差異不顯著，兩年平均較W0處理提高21.7%、23.3%?；ㄇ案晌镔|(zhì)積累量變化趨勢與成熟期干物質(zhì)積累量相似，W1、W2處理差異不顯著。小麥干物質(zhì)積累并未隨灌水量的增加而增加，這可能是由于灌水過多造成小麥田間倒伏等原因所致。從品種看，在各灌水梯度下，不同生育時期干物質(zhì)積累量均在LC41品種下達到最大值，兩年平均較其他品種增幅為17.1%～24.8%。

注：PM表示花前地上部干物質(zhì)積累總量；TM表示成熟期地上部干物質(zhì)總量。圖4 不同灌水下小麥干物質(zhì)積累Fig.4 Dry matter accumulation under different irrigation treatments

2.3 不同處理下小麥產(chǎn)量及構(gòu)成因素

2018-2019年小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素變化如圖5所示。千粒重隨灌水量的增加而增加，灌水處理W1、W2較不灌水處理W0增加6.7%和12.7%。灌水處理W1、W2兩年平均單位面積粒數(shù)較不灌水處理W0增加22.3%和17.2%，但單位面積粒數(shù)隨灌水量的增加而降低。春小麥產(chǎn)量變化規(guī)律與干物質(zhì)基本一致，在W1梯度下小麥產(chǎn)量達到最大，兩年平均W1、W2處理小麥產(chǎn)量較W0處理分別提高89.9%、75.1%，但兩個灌水處理之間差異不顯著，這可能與灌水處理之間單位面積粒數(shù)隨灌水量增加而降低有關(guān)。從品種看，不同處理之間千粒重、單位面積粒數(shù)和產(chǎn)量均達到顯著水平。不同年份各灌水處理均為LC41品種表現(xiàn)最優(yōu)。綜合各處理，LC41配合W1灌水可獲得較高的小麥產(chǎn)量，2018年較其他處理增幅為5.1%～131.5%；2019年增幅為2.5%～138.2%。

2018-2019年小麥?zhǔn)斋@指數(shù)變化如圖6所示。灌水處理W1、W2兩年平均收獲指數(shù)較不灌水處理W0增加6.8%和6.7%，但兩灌水處理之間差異不顯著。不同品種之間收貨指數(shù)差異顯著，LC41收獲指數(shù)顯著高于其他處理。

圖5 不同灌水小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素變化Fig.5 Yield and yield components of wheat under different treatments

圖6 不同灌水小麥?zhǔn)斋@指數(shù)變化Fig.6 Changes of harvest index of wheat under different treatments

2.4 不同灌水下小麥抗旱指標(biāo)與水分利用效率變化

各品種抗旱系數(shù)如表1所示，干旱脅迫產(chǎn)量較充分灌溉產(chǎn)量平均減少2 323 kg/hm2，降幅為32.5%；在干旱脅迫下，隴春41(LC41)較其他品種有較好的產(chǎn)量表現(xiàn)，較充分灌溉產(chǎn)量降低幅度為29.1%，其干旱產(chǎn)量指數(shù)高于其他各品種?？购迪禂?shù)與抗旱指數(shù)的變化趨勢大致相同，均在LC41下最優(yōu)，說明LC41在干旱條件下較其他品種具有更好的抗旱性。

表1 各品種下產(chǎn)量及抗旱指標(biāo) Tab.1 Yield and Drought resistance indicators of various varieties

2018-2019年兩年小麥水分利用效率如圖(7)所示，規(guī)律整體表現(xiàn)為隨著灌水量的增加，水分利用效率先增加后降低，均為W1>W2>W0，2018年在W1處理下的小麥水分利用效率較W0、W2處理分別提高11.8%、10.2%；2019年提高8.8%、5.7%，證明適宜的灌水量可以提高水資源的高效利用，從而減少水資源的浪費。從品種來看，兩個試驗?zāi)攴葜须]春41號(LC41)的水分利用效率均顯著地高于其他品種，兩年平均較其他品種增幅為14.8% ～ 21.9%。綜合各處理，在W1處理下LC41水分利用效率最高。兩年平均較其他處理增幅為8.8%～39.1。

圖7 不同灌水下小麥水分利用效率Fig.7 Water use efficiency of wheat under different irrigation

2.5 不同處理下小麥產(chǎn)量指標(biāo)相關(guān)性分析

相關(guān)性分析表明(表2)，千粒重與單位面積粒數(shù)、產(chǎn)量、收獲指數(shù)和干物質(zhì)積累量具有極顯著正相關(guān)關(guān)系(p<0.01)；單位面積粒數(shù)與產(chǎn)量、收獲指數(shù)和干物質(zhì)積累量具有極顯著正相關(guān)關(guān)系(p<0.01)；產(chǎn)量與收獲指數(shù)和干物質(zhì)積累量具有極顯著正相關(guān)關(guān)系(p<0.01)；收獲指數(shù)和干物質(zhì)積累與源庫比有顯著正相關(guān)關(guān)系(p<0.05)。產(chǎn)量與千粒重和單位面積粒數(shù)有極顯著正相關(guān)關(guān)系(p<0.01)，單位面積粒數(shù)對產(chǎn)量的影響更大。

表2 不同灌水下小麥產(chǎn)量指標(biāo)相關(guān)性分析Tab.2 Correlation analysis of wheat yield index under different irrigation

3 討 論

前人研究表明，灌漿期小麥光合性能對最終產(chǎn)量形成作用巨大[16,17]，增加灌水可以顯著的提高小麥旗葉SPAD值[18]，本研究也得到相似結(jié)論，小麥旗葉SPAD值在W1灌水處理下達到最大值。不同抗旱性品種之間小麥旗葉SPAD值差異較大[19]，這表明在保證適宜灌水量的同時科學(xué)的選取適宜品種，才能保證水資源高效利用，并最終實現(xiàn)小麥高產(chǎn)。前人研究發(fā)現(xiàn)，植物細(xì)胞酶促系統(tǒng)和非酶促系統(tǒng)在緩解由逆境脅迫誘發(fā)的活性氧對細(xì)胞的傷害中發(fā)揮著重要作用[20]。劉志鵬等[12]研究也表明，遭遇干旱脅迫時，小麥CAT活性和膜質(zhì)過氧化產(chǎn)物MDA含量和產(chǎn)量對水氮水平的響應(yīng)存在明顯差異。本試驗中，隨著灌水量的增多，小麥花后旗葉CAT活性隨之增加，過氧化物MDA含量則顯著降低，這與前人研究結(jié)果相同。不同抗旱性品種間CAT活性與MDA含量有顯著差異。LC41花后旗葉具有較好的CAT活性及較低的MDA含量，可以在生育后期延緩葉片衰老，有利于小麥花后干物質(zhì)的積累和產(chǎn)量的形成。

水資源缺乏是限制干旱和半干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要因素[21,22]。前人研究表明，通過施肥、交替灌溉等管理措施，可以優(yōu)化作物干物質(zhì)的積累與分配規(guī)律，提高作物產(chǎn)量[23,24]。本研究也得到相似結(jié)論，灌水可以增加開花前和成熟期干物質(zhì)積累量，但在本實驗條件下在拔節(jié)期灌水和拔節(jié)期+灌漿期灌水處理干物質(zhì)積累量差異不顯著，這可能與灌水量增加后導(dǎo)致春小麥田間倒伏有關(guān)。黨根友[19]研究表明，不同品種之間干物質(zhì)積累量差異顯著。本研究也得到相似結(jié)論，品種對成熟期和開花前期干物質(zhì)積累的影響達到顯著水平，且LC41在兩個生育時期干物質(zhì)積累量均顯著高于其他供試品種。

前人研究表明，灌水對小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素具有顯著影響[25,26]。拔節(jié)期灌水可以增加穗粒數(shù)，增加作物產(chǎn)量[27]。本研究表明，灌水可以顯著提高小麥籽粒千粒重，從而提高產(chǎn)量，但W1和W2處理之間產(chǎn)量差異不顯著。但單位面積粒數(shù)隨灌水量的增加而降低，這可能與灌水量增加導(dǎo)致田間倒伏有關(guān)。灌水可以改善小麥源庫關(guān)系，灌水處理源庫比較不灌水處理增加。但W2處理較W1處理源庫比降低，這主要與單位面積粒數(shù)在W2處理下較W1降低4.1%有關(guān)，進一步導(dǎo)致W1和W2處理之間產(chǎn)量差異不顯著。本研究結(jié)果表明，灌水顯著影響收獲指數(shù)，灌水處理W1、W2兩年平均收獲指數(shù)較不灌水處理W0增加6.8%和6.7%，但兩灌水處理之間差異不顯著。黃玲[5]也研究表明，千粒重大幅度增加和收獲指數(shù)增加是籽粒產(chǎn)量提高的主要原因，本研究中相關(guān)性分析結(jié)果也得到相似結(jié)論。品種對產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素和收貨指數(shù)的影響也達到顯著水平。不同品種之間穗數(shù)也差異顯著，從而影響小麥籽粒產(chǎn)量，這可能與不同品種之間分蘗能力及成穗率有關(guān)[19]。

水分利用效率由品種和水分互作效應(yīng)決定，在拔節(jié)期和灌漿期灌水可明顯提高籽粒產(chǎn)量水平，進一步提高了水分利用效率，前人研究表明，強抗旱品種水分利用效率受灌水量的影響較弱抗旱品種小[28]， 只有在適宜的灌水條件下，各因素對小麥產(chǎn)量及水分利用效率的影響作用才能表現(xiàn)出來[29]。本試驗研究表明，水分利用效率隨著灌水量的增加呈現(xiàn)先增高后降低的趨勢，在W1處理下表現(xiàn)最優(yōu)，這與前人研究相同。從品種看，LC41較其他的品種具有較高的水分利用效率，證明LC41為該地區(qū)適宜的小麥栽培品種。

4 結(jié) 論

在河西走廊綠洲灌區(qū)，灌水可以提高小麥SPAD值、CAT活性；降低MDA含量，調(diào)節(jié)小麥源庫關(guān)系和干物質(zhì)積累與分配，提高千粒重和單位面積粒數(shù)，進而提高籽粒產(chǎn)量和收獲指數(shù)，但W1和W2處理之間產(chǎn)量差異不顯著。隴春41號在不同灌水條件下各指標(biāo)均具有最優(yōu)值，顯著高于其他供試品種。因此，隴春41號(LC41)配合W1灌水(拔節(jié)期)處理，為該地區(qū)適宜推廣的小麥種植品種及灌溉模式。