灌水时期对冬小麦个体、群体结构和冠层光合作用的影响

来源：核心期刊咨询网时间：2022-07-18 09:0412

摘要：来源：江苏农业学报 2022年3期 作者：韩东伟;何建宁;李浩然;房琴;王红光;李瑞奇 摘要： 為了明确灌水时期对冬小麦群体个体结构特征和光合能力的影响，于2020-2021年开展田间试验，设置5个灌水处理，分别在拔节初期(T2 W1 )、孕穗期(T3 W1 )、起身中期+开花期(T1 W2 )、

　　来源：江苏农业学报 2022年3期

　　作者：韩东伟;何建宁;李浩然;房琴;王红光;李瑞奇

　　摘要： 為了明确灌水时期对冬小麦群体个体结构特征和光合能力的影响，于2020-2021年开展田间试验，设置5个灌水处理，分别在拔节初期(T2 W1 )、孕穗期(T3 W1 )、起身中期+开花期(T1 W2 )、拔节初期+开花期(T2 W2 )、孕穗期+开花期(T3 W2 )灌水，研究灌水时期对冬小麦个体结构、群体大小、冠层光分布、群体光合能力、花后各叶层衰老以及产量的影响。结果表明，在相同灌水次数下，随着春季第一水灌溉时期的推迟，上三叶(旗叶、倒二叶和倒三叶)的长度、面积、旗叶层光能截获率和灌浆前期(开花当天、花后16 d)的叶面积指数都呈降低趋势;旗叶叶耳层至倒三叶叶耳层的光合有效辐射截获率显著提高，花后16～ 30 d叶面积指数和叶绿素相对含量衰退减缓，单叶和群体光合速率、花后干物质积累量明显提高，但花前干物质转运量降低。结果显示，T2 W2 、T3 W2 处理籽粒产量无显著差异，但都显著高于T1 W2 处理;T2 W1 、T3 W1 处理的籽粒产量也无显著差异，但显著低于T1 W2 、T2 W2 、T3 W2 处理。综上，在本试验条件下，于拔节初期或孕穗期灌溉春季第一水加灌开花水有利于优化群体结构，从而实现增产，不灌开花水，会使产量显著减少。

　　关键词： 冬小麦; 灌水时期; 个体结构; 群体结构; 群体光合能力; 产量

　　河北省是中國小麦生产大省，2019年小麦收获面积达2.203 5× 106 hm 2 ，居全国第5位，但是冬小麦生长季降水量仅为100 mm左右 [1] ，只能满足冬小麦生育期需水量的25%。灌溉是河北省冬小麦高产的必需条件 [2] ，但是河北省灌溉水资源极度匮乏，地下水严重超采 [3] ，因此在河北省开展冬小麦节水高产灌溉理论与技术研究具有重要意义。

　　株高和叶片大小是小麦个体重要的结构特征，二者都受到灌水的影响 [4-7] 。有研究发现，拔节前期灌水比拔节后期灌水对小麦株高的促进作用更大 [8] ，在灌溉拔节水的基础上增灌孕穗水，对冬小麦株高仍有明显的促进效果 [9] 。杨思等 [10] 研究发现，灌水越早、叶面积越大，越冬水对冬小麦倒二叶叶面积的促进效果越明显大于拔节水、孕穗水。Zhao等 [11] 研究发现，在同样灌拔节水的条件下，前期增灌返青水会使旗叶、倒二叶和倒三叶的叶面积显著增加。

　　构建高质量的群体结构是实现作物高产的根本途径，灌水对冬小麦群体结构大小和分布都有影响。党建友等 [12] 研究发现，拔节期灌水所得小麦穗数要高于返青期灌水;刘丽平等 [13] 研究发现，拔节期灌水比孕穗期灌水得到的小麦穗数更多，成穗率更高。还有研究发现，随着冬小麦春季第一水灌溉时间的推迟，最大叶面积指数表现为起身水>拔节水>孕穗水 [14] 。在灌溉拔节水前增灌返青水，对最大叶面积指数具有明显的促进效果 [15] 。随着叶面积指数的升高，冬小麦冠层的光截获率也会变大 [11] ，但陈雨海等 [16] 指出，冠层光合有效辐射截获率并不是越高越好，当冠层光合有效辐射截获率达到一定值后，继续提高光截获率反而使群体的光能利用率降低，这是因为叶面积指数过大会造成花后群体早衰 [13] 。Zhang等 [17] 研究发现，在灌溉拔节水的基础上增灌开花水能够提高花后旗叶的净光合速率，进而提高产量。Fan等 [18] 研究发现，拔节期后推迟10 d灌溉比拔节期灌溉可使花后叶片衰老减缓，有利于延缓旗叶叶绿素的降解，提高净光合速率，从而进一步提高产量。但过度推迟也不利于增产，杨思等 [10] 、张晓琪等 [19] 的研究结果表明，在拔节期灌溉比在孕穗期灌溉所得小麦产量更高。

　　综上所述，灌水时期对冬小麦个体生长和群体结构有显著影响。因此本试验在河北省春灌一水和二水的条件下，研究在不同灌水时期下冬小麦各叶层叶片大小、节间长度、茎蘖动态、叶面积指数、各叶层光合有效辐射截获率、单叶和群体光合速率、叶绿素相对含量、干物质积累转运和产量的差异，以期从灌水时期调控个体生长、改变群体结构，进而改善冠层光分布和光利用的角度系统阐明灌水时期影响冬小麦产量形成的过程，为河北省及其他地区冬小麦节水高产栽培研究提供理论依据。

　　1 材料与方法

　　1.1 试验地概况

　　本试验于2020-2021年在河北省石家庄市藁城区梅花镇刘家庄村(38°03′N， 114°53′E)进行，该地属暖温带半湿润大陆性季风气候，平均海拔130 m，年均温12.5 ℃，年均降水量494 mm。试验田土壤质地为壤质褐土，0～ 200 cm土层平均容质量为1.47 g/cm 3 ，最大田间持水量为28.0%，前茬作物为玉米，秸秆全部粉碎还田。播种前0～ 20 cm土层基础地力情况如下：速效磷含量20.2 mg/kg ，速效钾含量261.74 mg/kg ，碱解氮含量137.26 mg/kg ，有机质含量18.27 g/kg ，冬小麦生育期降水量为84.4 mm。图1为2020- 2021年冬小麦生长季的降水量和日平均气温。

　　1.2 试验设计

　　以多穗型小麦品种婴泊700为种植材料，在适墒播种条件下，设置5个灌水处理：分别在拔节初期(4月6日，春生叶龄3.5叶)灌水(T2 W1 )、孕穗期(4月19日，春生叶龄6.0叶)灌水(T3 W1 )、起身中期(3月22日，春生叶龄2.5叶)+开花期灌水(T1 W2 ) 、拔节初期+开花期灌水(T2 W2 )、孕穗期+开花期(5月5日)灌水(T3 W2 )，每次灌水60 mm，用水表控制灌水量。试验按随机区组排列，每个处理设3次重复。小区面积为54 m 2 (6 m× 9 m)。小区之间设置1 m宽的隔离带，在隔离带中种植与试验小区相同的品种，隔离带不灌水。

　　冬小麦于2020年10月7日播种，行距15 cm，基本苗数1 hm 2 2.10× 10 6 株，全生育期1 hm 2 施240 kg纯N、120 kg P2 O5 、150 kg K2 O，所用肥料为尿素(含46% N)、磷酸二铵(含18% N、46% P2 O5 )和氯化钾(含60% K2 O)，磷、钾肥全部底施，氮肥50%基施、50%随春季第1次灌溉追施。2021年6月7日收获，其他管理措施同一般高产田。

　　1.3 测定项目和方法

　　1.3.1 叶面积和株高 在挑旗期随机选取有代表性的植株20株，用直尺测量各叶位叶片的长和宽，在花后0 d、16 d和30 d测量绿色叶片的长和宽，在开花期测量各个植株的节间长度、穗长和株高，每个处理设3次重复，计算叶面积指数( LAI ) [11] ，相关公式：

　　叶面积=长×宽×0.83;

　　LAI =单株叶面积×单位面积总茎数。

　　1.3.2 群体茎蘖动态 于小麦3叶期在每个试验小区长势均匀的位置随机选取1 m双行定点标记，在越冬期、起身期、灌水处理前和成熟期调查定点的1 m双行总茎数和穗数，计算成穗率 [13] ：

　　成穗率=成熟期穗数/最高总茎数(起身期总茎数)×100%

　　1.3.3 叶绿素相对含量( SPAD 值) 于花后0 d、16 d和30 d随机选取有代表性植株20株，用SPAD-502叶绿素含量测定仪测定旗叶、倒二叶、倒三叶的 SPAD 值，重复3次 [20] 。

　　1.3.4 冠层光合有效辐射( PAR ) 于开花期用英国Delta公司生产的SNSCAN冠层分析系统(SUNSCAN Canopy Analysis System)分别测定冠层上方20 cm、旗叶叶耳、倒二叶叶耳、倒三叶叶耳、倒四叶叶耳处和冠层底部的光合有效辐射。测定时光传感器探头与小麦种植行向呈45°，观测时间为10∶30- 11∶30 。计算各层光截获率( C R )、透射率( P R )，根据透射率，按冠层上方光合有效辐射强度( PAR ′)为1 800 μmol/(m 2 ·s) 估算晴朗天气下冠层不同高度的光合有效辐射( DPAR )，相关计算公式如下 [21] ：

　　C R =( PARn -PARn-1 )/ PARt ×100%;

　　P R = PARn- 1 / PARn ×100%;

　　DPAR=PAR ′× P R 。

　　式中： PAR 为入射的光合有效辐射;当 n 为冠层顶部时， n -1为旗叶叶耳层;当 n 为旗叶叶耳层时， n -1为倒2叶叶耳层;当 n 为倒2叶叶耳层时， n -1为倒3叶叶耳层;当 n 为倒3叶叶耳层时， n- 1为倒4叶叶耳层;当 n 为倒4叶叶耳层时， n -1为地面层。

　　1.3.5 单叶光合速率( P n ) 分别于花后10 d、20 d和30 d 9∶00- 11∶00 用便携式光合仪LI-6400(LI-COR，USA)，在仪器光源模式下测定不同处理旗叶、倒二叶、倒三叶的净光合速率，每个处理3次重复 [11] 。

　　1.3.6 群体光合速率( CAP ) 分别于开花当天与开花后16 d、30 d的10∶30- 11∶30 测定小麦群体的净光合速率。用LI-840A CO2 /H2 O非色散红外气体分析仪(LI-COR，USA)和透光率较好的同化箱(长× 宽× 高：0.45 m× 0.35 m× 0.9 m，透光率达95%以上)组成1个密闭整体，箱内安装2个风扇，在测定过程中对箱内气体进行混匀。在原测定位点拔除植株后测定土壤呼吸速率，群体总光合速率=拔除植株前群体光合速率+土壤呼吸抵消的光合速率。通过计算得出群体光合速率( CAP )，公式如下：

　　CAP =d c ′× V × P av ×(1 000 -W av )/[d t × S × R ×( T av + 273)] [22]

　　式中： c ′为经过水汽校正的CO2 浓度;d c/ d t 为经水汽校正后的CO2 浓度变化速率; W av 为测量期间箱内的水汽分压; P av 为测量期间箱内的平均大气压强; T av 为测量期间同化箱内的平均温度 ;V =同化箱长×宽×高; S =同化箱长×宽; R 为理想气体常数(8.314)。

　　1.3.7 干物质积累与转运 于开花期和成熟期取样，每个处理设3次重复，每个重复取100个单茎，分穗、茎、叶3个部分，先于105 ℃烘箱中杀青30 min，而后于75 ℃烘干至恒质量。相关计算公式如下 [13] ：

　　花后干物质积累量=成熟期干物质积累量-开花期干物质积累量;

　　花前干物质转运量=开花期干物质积累量-成熟期营养器官干物质积累量。

　　1.3.8 产量 在收获前每个处理随机选取3 m 2 ，人工收割、晒干脱粒并称质量，每个处理设3次重复，按13%含水量折算籽粒产量。

　　1.4 数据处理与分析

　　用Excel 2003整理数据，用SPSS 24.0进行数据统计分析。

　　2 结果与分析

　　2.1 灌水处理对冬小麦个体结构特征的影响

　　2.1.1 叶片长、宽和叶面积 由于灌溉开花水对叶片和节间的建成无明显影响，故在本研究中沒有列出W1 处理。从表1可以看出，T1 W2 处理的旗叶、倒二叶和倒三叶长度分别比T3 W2 处理增加41.33%、43.79%和11.22%，T2 W2 处理的旗叶、倒二叶和倒三叶长度分别较T3 W2 处理增加30.10%、16.28%和1.52%。不同处理间的叶片宽度差异较小，与T3 W2 处理相比，仅T1 W2 处理显著增加了倒三叶的宽度。旗叶、倒二叶和倒三叶面积都表现为T1 W2 处理>T2 W2 处理>T3 W2 处理，倒四叶面积在不同处理间的差异很小，说明在起身中期灌水有利于促进旗叶、倒二叶和倒三叶的生长，在拔节初期灌水对旗叶和倒二叶生长有较好的促进效果。

　　2.1.2 株高和节间长度 由表2可以看出，倒五节间长度、倒三节间长度、穗下节间长度、穗长和株高在不同处理间的差异均不显著，但T2 W2 处理的倒四节间长度分别比T1 W2 、T3 W2 处理高10.82%、16.10%，T3 W2 处理的倒二节间长度比T1 W2 处理高8.31%，且差异达到显著水平，说明在拔节初期+开花期灌水和在孕穗期+开花期灌水分别对倒四节间、倒二节间的伸长有明显的促进效果。在起身中期+开花期灌水对基部节间长度未表现出显著的促进效果，可能与灌水前3～ 5 d发生14.3 mm的降水有关。

　　2.2 灌水处理对冬小麦群体结构的影响

　　2.2.1 田间茎蘖数和成穗率 由表3可见，T1 W2 处理在起身中期灌水前田间总茎蘖数与最大茎蘖数相比少10.07%，这是因为本试验年度的冬前积温高，导致群体偏大，春生分蘖发生较少，在起身初期已有较多分蘖并且数值高于常年，分蘖退化亦较常年偏早。与T1 W2 处理相比，T2 W2 、T3 W2 处理灌水前总茎蘖数分别降低了21.81%和37.90%。在成熟期，T2 W2 处理与T1 W2 处理间的穗数差异不显著，T3 W2 比T1 W2 处理低4.07%。与T1 W2 处理相比，T3 W2 处理的成穗率显著降低，表明推迟春季第一水灌溉至拔节初期对成穗率无明显影响，而推迟春季第一水灌溉至孕穗期会显著降低成穗率。

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