王林华，张 敏，吕淑敏，侯红琴

(1.河南省镇平县农业技术信息推广中心，河南 镇平474250； 2.河南省镇平县农村能源环境保护站，河南 镇平474250；3.平顶山市农业干校，河南 平顶山467000； 4.河南省唐河县农业综合执法大队，河南 唐河473000)

0 引言

小麦是我国主要的粮食作物，该作物产量的持续增长对于我国粮食供应充足与安全有重要意义，而保证小麦高产的重要条件之一便是水分充足[1]。近年来，由于人类活动排放过量的二氧化碳等温室气体到大气中，使大气中温室气体浓度过高，从而引发以增温为主要特征的全球气候变化现象，气候变暖对整个水循环过程造成影响，加剧了水资源的不稳定性和供需矛盾[2-3]。水资源的严重不足对农业用水的影响不可避免，农业用水比例的降低给小麦灌溉带来极不利的影响[4]。因此，进行小麦节水抗旱相关理论和技术的研究，对于增强小麦对抗干旱环境、提高水分利用率有积极的现实意义。

水分利用率是对植物产量和消耗水量两者间关系进行衡量后的所得结果，具体而言是指消耗单位水量所能得到生产单位的面积产量，用以直观代表不同作物或者是相同作物在不同条件下的用水率[5]。在农业节水措施中，生物节水便是指通过提高作物自身的水分利用率的途径来实现有效的节水，其中的关键又在于对节水抗旱作物品种的选育和利用[6]。据统计，河南省小麦种植面积约占全国小麦耕种总面积的1/4左右，年产量约占全国总产量的24%左右[7]。而河南降水时间主要在7—10月，小麦生育期的降水反而较少，再加上气候变暖影响，小麦生长季中的干旱时间愈渐有延长趋势，对小麦生产造成严重影响。因此，本文选取3个小麦品种，通过室内培养箱与田间试验研究其水分利用率差异，以期对河南省小麦抗旱品种的筛选和农业栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验品种选用3个小麦品种：衡观35、开麦21、郑麦366。

1.2 处理方法

1.2.1室内处理

小麦选择完整且均匀性一致的种子，用自来水浸泡10 h左右，用0.1%氯化汞消毒10 min，再用蒸馏水冲洗干净。用镊子把浸泡催芽后的种子整齐放在3层浸湿滤纸上，置入25℃黑暗培养箱，待种子萌发，期间每天以喷壶喷水的方式来维持滤纸湿润度。3 d后，转入人工气候室，每天持续12 h以强度300 μmol/(m·s)的日光灯进行光照干预，日间温度25 ℃、夜间温度20 ℃。至幼苗长到两叶一心期，选择长势相近的幼苗移栽到深18 cm、直径20 cm的盆中。盆内装有营养液，营养液成分：Ca(NO3)22 mmol/L，KH2PO40.25 mmol/L，K2SO40.75 mmol/L，MgSO40.65 mmol/L，FeCL330 μmol/L，MnCL22 μmol/L，H3BO325 μmol/L，CuSO40.5 μmol/L，ZnSO42 μmol/L，(NH4)6Mo7O240.1 μmol/L。

1.2.2田间处理

田间试验于2019—2020年在河南某试验地进行，试验地土质为壤土，前茬作物是玉米，播种前将全部玉米秸秆粉碎后翻压还田，施入氮肥(N)180 kg/hm2、磷肥(P2O5)120 kg/hm2、钾肥(K20)120 kg/hm2，试验田按照当地高产栽培麦田管理要求进行。

1.3 试验设计

1.3.1室内试验

小麦幼苗在营养液中的第4天开始使用聚乙二醇(PEG)处理。分成3个处理组：对照组、轻度胁迫组(PEG质量浓度150 g/L，溶液水势-0.4 MPa，15%)、重度胁迫组(PEG质量浓度为300 g/L，溶液水势-1.2 MPa，30%)，经过5 d的处理后，取3个小麦品种长势相同的幼苗，测量有关指标。各处理组均重复测量3次，取平均值。

1.3.2田间试验

使用品种与水分2因素随机区组设计方法。冬小麦品种衡观35、开麦21、郑麦366，于2019年10月13日播种、2020年6月收获。播种量均为165 kg/hm2，行间距0.2 m。播种前各区统一灌等量水，确保可正常出苗。灌浆期设定3个不同的水分处理组，灌浆前期灌水：对照组(保证土壤含水量达到田间最大持水量的85%)、中度干旱组(达到最大持水量的65%)、重度干旱组(达到最大持水量的45%)。分别在水分处理前，处理后5、10和15 d进行各处理组小麦旗叶的采集，使用液氮速度10 min，置入-80 ℃冰箱待用。各处理组重复取样3次。

1.4 测定项目及方法

1.4.1田间产量

小麦成熟后，各区选择1 m2面积的小麦植株，统计有效穗数、穗粒数、千粒质量与籽粒产量，取样10株，结合样本估计每公顷有效穗数与产量。

1.4.2水分利用率

根据土壤水量平衡方程计算农田耗水量(地表径流和地下水的影响不纳入考量)

ET=△S+I+P

(1)

式中ET——农田耗水量，m3/hm2

△S——土壤蓄存水变化量，m3/hm2

I——灌溉量，m3/hm2

P——降雨量，m3/hm2

水分利用率为作物经济产量和耗水量之比，农田耗水量为作物种植到收获期间总耗水量

WUE0=Yd/ET

(2)

式中WUE0——水分利用效率，kg/m3

Yd——小麦籽粒产量，kg/hm2

1.4.3叶片水分利用率

WUE1=Pn/Tr

(3)

式中WUE1——叶片水分利用效率，kg/m3

Pn——叶片净光合速率，μmol/(m2·s)

Tr——蒸腾速率，μmol/(m2·s)

采用95%乙醇提取-分光光度法测定净光合速率和蒸腾速率，选择晴朗的上午，用光合仪(LI-6400型，美国)测定。

1.5 数据处理

采用Microsoft Excel 2013进行数据整理、作图，采用SPSS24.0进行统计检验，多重比较采用LSD法(P=0.05)。

2 结果与分析

2.1 小麦产量

灌浆期干旱胁迫条件下，不同品种小麦产量均有降低，由表1可知，不同干旱处理条件下，对千粒质量、穗粒数、产量的影响排序为对照组>中度干旱组>重度干旱组，对单位面积有效穗数的影响并不显著。各小麦品种在不同水分处理下的穗粒数差异性不大，在相同处理条件下：开麦21穗粒数高于衡观35、郑麦366，而重度干旱处理条件下，郑麦366降低最为显著。各小麦品种在不同水分处理下的千粒质量差异上，开麦21高于衡观35、郑麦366，同品种不同处理条件下，随着干旱程度加大有明显下降趋势，其中郑麦366降低最显著。不同品种小麦产量变化与千粒质量变化一致，随着干旱程度的加大而产量降低，不同品种间产量变化显著性为郑麦366>衡观35>开麦21。灌浆期干旱胁迫对郑麦366产量影响尤其显著，在中度干旱、重度干旱条件下分别降幅9.78%、17.16%；对衡观35产量降幅影响分别是3.75%、10.48%；对开麦21产量降幅影响分别是3.62%、6.82%。同一干旱胁迫下，不同品种小麦产量降低幅度为郑麦366>衡观35>开麦21。衡观35与开麦21抗旱性要比郑麦366高，只有在重度干旱胁迫下产量才有显著降低。

表1 灌浆期干旱胁迫对小麦产量的影响

2.2 水分利用率

不同品种冬小麦水分利用率皆于中度干旱胁迫下增加，在重度胁迫下降低，由表2可知，相同处理条件下，不同品种冬小麦水分利用率从高到低依次是衡观35>郑麦366>开麦21。在中度干旱处理条件下，衡观35、郑麦366、开麦21水分利用率分别增幅5.94%、3.01%、7.03%。在重度干旱处理条件下，衡观35、郑麦366、开麦21水分利用率分别降幅1.02%、5.26%、1.01%。3种冬小麦抗旱性排序为开麦21>衡观35>郑麦366。

表2 灌浆期干旱胁迫对水分利用率的影响

2.3 旗叶水分利用率

由表3可知，在采取水处理之后，郑麦366小麦旗叶水分的利用率先增加、后降低，处理10 d时有一高峰值；处理5 d时，重度干旱胁迫下郑麦366旗叶水分利用率较对照组降低；处理15 d时，重度干旱胁迫下的郑麦366旗叶水分利用率已经显著低于对照组。同样，在采取水处理之后、随着处理时间的延长，衡观35与开麦21小麦旗叶水分的利用率呈先降低、后增加的趋势；处理10 d时，重度干旱胁迫下衡观35与开麦21旗叶水分利用率逐渐降低；重度干旱胁迫，开麦21旗叶水分利用率较对照组有明显增加；衡观35则于处理10 d时在重度胁迫下的旗叶水分利用率有显著增加。不同水分处理措施对不同品种小麦旗叶水分利用率影响有所差异，影响时间从长到短依次是郑麦366、衡观35、开麦21。

表3 不同冬小麦品种旗叶水分利用率变化

3 讨论

3.1 小麦产量

小麦产量是最直接且经济的评价指标，也是穗数、千粒质量和穗粒数的集中体现，水分是影响小麦产量提高的重要因素，干旱胁迫会逐渐降低农作物的水势，导致植物在形态和生理生化上发生改变[8]。不同作物种类或品种对于干旱胁迫的反应并不受遗传、环境因素影响，这也是作物抗旱性的根本差异所在。干旱胁迫对小麦穗粒数、千粒质量、有效穗数及产量有显著影响，且不同时期水分胁迫对小麦产量影响各有差异[9-10]。本研究结果表明，灌浆期干旱胁迫对选择的3个冬小麦品种有效穗数、穗粒数皆无明显影响，但是却会显著影响到冬小麦的千粒质量与产量，特别是在重度胁迫条件下，影响程度更显著。这与前人研究结果一致，灌浆期干旱胁迫主要是对冬小麦的千粒质量产生影响，继而降低冬小麦产量[11]。

衡观35与开麦21抗旱性比较强，但是在正常灌水条件下两者产量却较郑麦366低；郑麦366虽然在正常灌水条件下产量要高于其他两个品种，但是抗旱性却较弱；提示冬小麦产量降低幅度与干旱胁迫呈正相关关系，和自身抗旱性呈负相关关系，即抗旱性强的小麦品种受干旱胁迫产量降低幅度要小于抗旱性弱的品种。这可能与郑麦366是高水肥品种有关，在实际种植中，应结合本地实际生产情况与水肥条件合理选择适宜的小麦品种。

3.2 水分利用率

干旱胁迫对于冬小麦生理过程有复杂且多方面的影响。据相关报道表明，叶片相对含水量可以在一定程度上代表植物耐受干旱能力的强弱[12-13]。王天铎[14]就水分利用率的考量划分了3个层次，即光合蒸腾之比、群体水平上的水分利用率及产量水平上的水分利用率；其中，叶片水平上的水分利用率是基于光合速率与蒸腾速率比值所得到的结果，是植物消耗水分形成干物质的基本效率。本文研究结果表明，灌浆期干旱胁迫不同水分处理条件下，冬小麦旗叶水分利用率会随着灌浆期的进程而有显著增加的表现趋势，其中郑麦366在干旱胁迫处理10 d时达到旗叶水分利用率的高分值，并以此为界，随后开始降低；衡观35与开麦21则于重度干旱胁迫处理下才有旗叶水分利用率增高的趋势；在干旱胁迫5和10 d时，不同品种冬小麦之间的旗叶水分利用率增幅表现为开麦21>衡观35>郑麦366。

而产量水平上的水分利用率指的则是单位耗水量的产量，是对大田作物抗旱性进行鉴定的主要依据[15]。在灌浆期干旱胁迫下，不同冬小麦品种产量水分利用率皆有增加，并且随着干旱胁迫程度的增加、水分利用率反之降低；在灌浆期中度干旱胁迫下，能够提高冬小麦产量水分利用率，而在灌浆期重度干旱胁迫下，冬小麦产量水分利用率则会降低。

综合以上3种冬小麦品种的产量水利用率与旗叶水利用率增幅大小研究结果，其抗旱性最强的是开麦21，其次是衡观35，郑麦366抗旱性最弱。

4 结论

灌浆期相同干旱胁迫条件下，衡观35与开麦21抗旱性要比郑麦366高，只有在重度干旱胁迫下产量才有显著降低，不同品种冬小麦的产量降幅为郑麦366>衡观35>开麦21；不同品种冬小麦水分利用率皆于中度干旱胁迫下增加，在重度胁迫下降低，而衡观35、开麦21水分利用率在重度胁迫下降幅均较郑麦366小；不同水分处理措施对不同品种小麦旗叶水分利用率影响有所差异，影响时间从长到短依次是郑麦366、衡观35、开麦21；整体来看，衡观35、开麦21属于抗旱性较强的小麦品种；郑麦366虽是抗旱性较弱的品种，但在正常灌水条件下其产量最高。