严美玲 ，赵 明，崔明灼，辛庆国，孙晓辉，王江春，殷 岩

（1山东省烟台市农业科学研究院，山东烟台 265500；2莱西市农业农村局，山东莱西2 666032）

0 引言

中国水资源紧缺，人均占有水资源2627 m3，每公顷占有水资源20670 m3，分别为世界平均水平的1/5和2/3。黄淮麦区灌溉面积占全国的42%，而水资源仅占全国的8%，因而水资源严重短缺[1]。小麦用水约占北方农业总用水量70%以上，水资源短缺已成为小麦生产发展最大限制因素之一。因此研究小麦节水栽培技术是小麦获得高产稳产的关键。

前人对小麦的灌溉关键时期、灌溉量和灌水次数研究较多[2-4]。研究表明，在底墒充足的前提下，小麦的需水关键期为拔节期和开花期[5]，此时期缺水对产量影响较大。在底墒充足的条件下，拔节水和开花水分别灌溉即可实现冬小麦高产与水分高效利用的统一，拔节至抽穗期是冬小麦需水关键期，水分胁迫显著降低籽粒产量[6]。研究认为，冬小麦灌水2～3次有利于作物产量的提高同时有利于水分利用效率的提高。土壤水分状况对小麦干物质积累、旗叶光合特性及籽粒产量影响显著[7-8]。旗叶是冬小麦进行光合作用的主要器官，前人研究指出，在干旱年份灌水处理比不灌水处理显著提高籽粒产量、蛋白质含量以及蛋白质产量，适量灌溉能够提高小麦籽粒产量和蛋白质产量。倪永静[9]认为，拔节期补灌后叶面积指数显著增加，补灌灌浆水在小麦生长后期叶面积指数增加。前人对超高产品种研究的较少，前人研究灌溉制度方面的问题多采用定量灌溉的方法，因此，本试验选用超高产小麦品种‘烟农999’。2014年农业部专家对种植于招远的‘烟农999’高产攻关田进行实打平均每公顷产量12255 kg，创全国小麦单产最高纪录；2019 年‘烟农999’在安徽农业部专家实打，‘烟农999’安徽实打平均每公顷产量12279 kg，说明‘烟农999’是一个超高产品种。当地定量灌溉的基础上，设置在播种期、拔节期和开花期依据不同的土壤目标含水量进行补充灌溉，研究其对冬小麦的籽粒产量、产量结构、光合速率及水分利用效率的影响，深入研究超高产品种的节水灌溉方案，以期为超高产小麦新品种的高产高效栽培技术及示范推广提供一定的理论依据，促进农业的绿色可持续发展，保障国家粮食安全。

1 试验方案

1.1 试验设计

试验于2016年在烟台农科院试验农场进行。选用试验地前茬为夏玉米，0～20 cm耕层土壤有机质、全氮、水解氮、速效磷、速效钾含量分别为12.08 g/kg、0.87 g/kg、61.54 mg/kg、37.48 mg/kg和73.84 mg/kg。试验材料为烟台农科院提供高产优质小麦‘烟农999’，基本苗225万/hm2，每小区6行，小区面积12 m2，3次重复。施用氮肥180 kg/hm2，氮肥底施50%，追施50%。其他管理同大田。试验设置5个水分处理，每个处理重复3次。W0全生育期不灌水，Wck为传统灌溉，W70、W75和W80为测墒补灌的水分处理。各水分处理的补灌方法、补灌时期及补灌的土壤目标相对含水量如表1所示。

表1 各水分处理的补灌方法、补灌时期和土壤目标相对含水量

1.2 测定方法

1.2.1 产量测定方法 于小麦蜡熟期收获，每个处理收获6 m2，重复3次，调查穗数、穗粒数和千粒重。人工收割，用脱粒机脱粒后自然晒干，称重，计算单位面积产量。

1.2.2 干物质测定 于小麦拔节期、开花期、成熟期进行取样，每处理取20个单茎，重复3次.开花期和成熟期样品分为籽粒、穗轴+颖壳、叶片、茎秆、叶鞘等。样品于105℃杀青30 min，70℃烘至恒量，测定干物质量。计算开花期干物质转移率和各营养器官对籽粒的贡献率，分别见公式(1)和(2)。

1.2.3 光合速率 于开花期、花后10天、花后20天、花后30天，选择晴天10:00—14:00用Li-6400光合仪测定光合速率。

1.2.4 水分利用效率 水分利用效率指大田每消耗1 mm水生产的作物籽粒产量，表示水分利用程度高低。水分利用效率的计算见公式(3)。

1.3 统计析

数据采用DPS统计软件处理。

2 结果与分析

2.1 同测墒补灌处理对冬小麦产量结构的影响

由表2 可以看出，不同测墒补灌处理对产量结构三因素影响显著。与W0 相比较，灌溉处理公顷穗数显著高于不灌水处理。各处理之间相比较，W75＞W80＞Wck＞W70＞W0，测墒补灌处理W75最高。灌水可以显著提高穗粒数。与传统灌溉即对照相比较，W75 和W80 穗粒数较高，分别较对照提高9.7%、2.16%。灌溉可以显著提高千粒重。测墒补灌处理W70、W75、W80 分别较对照传统灌溉高出11.56%、7.16%、5.56%。总之，测墒补灌各处理的公顷穗数、穗粒数和千粒重较高。

表2 不同测墒补灌处理对产量结构的影响

2.2 不同测墒补灌处理对产量、水分利用效率因素的影响

传统灌溉(Wck)和测墒补灌各处理产量显著高于不灌溉处理(W0)。实收籽粒产量相比较，各处理由高到低的顺序为W75、W80、W70、Wck、W0（表3），产量分别为 11438.85、11021.7、10956.45、10202.70、9246.75 kg/hm2。测墒补灌处理w70、W75、W80 籽粒产量较传统灌溉提高7.38%、12.12%、8.02%。水分利用效率由高到低的处理分别是W75、W70、W0、W80、Wck，说明测墒补灌处理W75 既保证了‘烟农999’的丰产性，又提高了水分利用效率。

2.3 不同测墒补灌处理的叶面积指数的动态变化

合理的叶面积指数是保证小麦高产的基础。从图1可以看出，从拔节期至灌浆期，叶面积指数先升高后降低。处理之间相比较，拔节期叶面积指数灌溉差异不显著。拔节期各水分处理的叶面积指数差异较大，测墒补灌处理W75 叶面积指数为7.5，显著高于其他处理，较不灌溉处理和传统灌溉处理提高了22.9%和8.7%，说明在合理的水分处理下，可以显著提高‘烟农999’的叶面积指数，有利于光合同化物的积累和转运。

表3 不同测墒补灌处理对水分利用效率的影响

2.4 不同测墒补灌处理对旗叶净光合速率的影响

净光合速率是衡量作物光合作用的重要指标之一。小麦开花期至花后30天，烟农999光合速率逐渐降低（图2）。开花期灌溉处理的净光合速率显著高于干旱处理。测墒补灌处理W75 与其他水分处理相比较最高，开花期差异不显著。花后10天处理W75净光合速率显著高于其他处理，较干旱处理和传统灌溉处理提高了34.7%和22.6%，说明在合理的测墒补灌处理下，‘烟农999’在灌浆中后期仍然保持较高的光合速率，抗衰老性较好，能够保持较长时间的绿叶面积，灌浆时间长，灌浆速率高，花后籽粒积累干物质较多。

2.5 不同测墒补灌处理对不同生育时期对干物质积累的影响

由表4 可以看出，各个时期冬小麦干物质积累总量，不灌水处理显著低于灌溉处理。拔节期各灌溉处理之间差异不显著。开花期测墒补灌处理W75 干物质积累总量最高，测墒补灌处理W75 较其他处理W70、W80、Wck、W0提高了1.7%、2.4%、9.3%、38.3%，说明灌溉可以显著提高开花期‘烟农999’的生物产量。成熟期各灌溉处理之间干物质积累量差异不显著。成熟期测墒补灌处理W75干物质积累总量最高，分别比传统灌溉和干旱处理提高了9.6%、18.2%，说明测墒补灌处理W75 有利于干物质的积累和转运。收获指数各处理之间差异不显著。

2.6 不同测墒补灌处理对开花期干物质转移率的影响

由图3可以看出，处理之间相比较，开花期叶片干物质转移率由高到低的顺序是W70、W75、W80、Wck、W0，灌溉处理显著高于干旱处理，测墒补灌处理W75较传统灌溉和干旱处理提高了22.5%、49.7%。开花期茎杆干物质转移率由高到低的顺序是W75、W80、W70、Wck、W0，灌溉处理显著高于干旱处理，测墒补灌处理W75 较传统灌溉和干旱处理提高了53.6%、23.0%。叶鞘转移效率灌溉处理高于干旱处理，灌溉处理之间差异不显著。穗轴+颖壳转移效率灌溉处理高于干旱处理，灌溉处理之间差异不显著。说明测墒补灌处理W75 有利于开花期叶片和茎杆转移效率的提高，从而提高籽粒产量。

2.7 不同测墒补灌处理对各营养器官对籽粒贡献率的影响

由图4 可以看出，对籽粒的贡献率由高到低的顺序为茎杆、叶片、叶鞘、穗轴+颖壳。叶鞘对籽粒的贡献率灌溉处理高于干旱处理，灌溉处理之间差异不显著。穗轴+颖壳对籽粒的贡献率灌溉处理高于不灌水处理，灌溉处理之间差异不显著。处理之间相比较，茎杆对籽粒的贡献率由高到低的顺序是W75、W80、W70、Wck、W0，灌溉处理显著高于不灌水处理，测墒补灌处理W75 较传统灌溉和干旱处理提高了36.1%、10.9%。说明测墒补灌处理W75有利于灌浆期营养器官中干物质向籽粒的转移，从而提高籽粒产量。

3 讨论与结论

前人研究认为，土壤水分胁迫对冬小麦产量及产量结构和水分利用效率有显著影响[10-12]。拔节期和开花期灌水可以提高小麦对深层土壤水分的利用，有利于籽粒产量、水分利用效率的提高[13]。与干旱处理相比，中度水分能够增加小麦的公顷穗数、穗粒数和千粒重，延长灌浆时间，提高小麦产量。本试验结果表明，与干旱处理相比较，传统灌溉和测墒补灌处理提高了‘烟农999’的公顷穗数、穗粒数和千粒重。测墒补灌处理W70、W75、W80 分别较对照传统灌溉高出11.56%、7.16%、5.56%，说明测墒灌溉处理能够提高产量三因素公顷穗数、穗粒数和千粒重。W75测墒补灌各处理籽粒产量和水分利用效率较高，分别达到11438.85 kg/hm2、25.78 kg/(hm2·mm)，较传统灌溉提高了12.12%、21.1%，说明测墒补灌处理W75 既保证了‘烟农999’的丰产性，又提高了水分利用效率。因此，采用测墒补灌技术，‘烟农999’的关键生育时期拔节期和开花期的目标土壤相对含水量为75%，然后根据土壤实际含水量进行补充灌溉，有利于提高‘烟农999’的籽粒产量和水分利用效率。

土壤水分含量对冬小麦光合特性和干物质积累和转运有重要影响[14-16]。王淑英等[14]认为中度水分胁迫降低了细胞间的二氧化碳浓度和蒸腾速率，从而导致光合速率降低。石珊珊[17]研究认为随灌水次数的增加，冬小麦干物质积累量以生育中期最高，后期次之，前期最低；在一定范围内，灌水次数的增加能促进干物质的积累。本试验研究结果表明，‘烟农999’在开花期和成熟期叶面积指数测墒补灌处理W75 干物质积累总量均最高，分别比传统灌溉提高了9.6%、9.3%，说明测墒补灌处理W75 有利于干物质的积累和转运。‘烟农999’在花后10 天测墒补灌处理W75 净光合速率显著高于其他处理，比传统灌溉处理提高了22.6%，说明在合理的测墒补灌处理下，‘烟农999’在灌浆期仍能保持较高的光合速率，抗衰老性较好，积累干物质较多，籽粒产量较高，与前人研究结果基本一致[18]。

小麦测墒补灌节水栽培技术是根据小麦关键生育时期的需水特点，设定关键生育时期的目标土壤相对含水量，根据目标土壤相对含水量和实测的土壤含水量，利用公式计算需要补充的灌水量[19-20]。本试验设计了5 个水分处理，包括3 个测墒补灌处理，1 个传统灌溉处理和1 个干旱处理，传统灌溉处理不考虑灌水前土壤含水量，采用大水漫灌，因此造成水资源的浪费，水分利用效率较低。测墒补灌处理是按需进行补充灌溉，因而既保证了籽粒产量又可以提高水分利用效率。本试验的不足之处在于，个别水分处理会出现灌溉不均匀的现象，本试验材料仅选用了一个超高产品种，在今后的试验中应该选用多个超高产小麦品种来进行多方面的研究和探索。

超高产小麦新品种‘烟农999’适宜的灌溉方案是W75，即拔节期和开花期补灌至土壤相对含水量的75%。各水分处理相比较，W75 水分处理籽粒产量和水分利用效率最高，分别为11438.85 kg/hm2、25.78 kg/(hm2·mm)，比传统灌溉处理提高了12.12%、21.2%。与传统灌溉相比较，W75 处理的单位面积穗数、穗粒数和千粒重分别提高了0.8%、9.7%和7.2%。与传统灌溉相比较，W75处理的净光合速率在灌浆前期、中期和后期分别提高了22.6%、26.0%和23.5%。各处理拔节期叶面积指数差异不显著，W75处理开花期和灌浆期的叶面积指数最高，分别为7.5和6.8，较传统灌溉处理提高了8.7%和15.2%。说明在适宜的灌溉条件下，‘烟农999’在灌浆前期、中期和后期均可以保持较高的光合速率，光能利用效率较高。开花期和灌浆期的叶面积指数较高，说明‘烟农999’抗衰老性较好，能够较长时间保持较高的光合面积。