灌水次数对冀中北麦区冬性中筋和强筋小麦光合特性和产量的影响

摘要 ［目的］  探究灌水次数对冀中北麦区冬性中、强筋小麦光合特性和产量的影响。［方法］ 选用当前冀中北麦区生产中推广的强筋小麦品种农优3号和中筋小麦品种中麦1062为试验材料，大田条件下设置3种灌水模式（W3处理本地生产中灌溉模式为冬水＋拔节水＋开花水；W2处理为冬水＋拔节水；W1处理为冬水），研究不同的灌水模式下小麦籽粒产量、光合生理特性、干物质积累和加工品质的变化。［结果］ 随灌水次数减少，中强筋小麦品种的叶面积指数、干物质积累明显降低；籽粒容重、蛋白质、湿面筋含量升高，稳定时间延长；有效穗数、穗粒数和千粒重均呈显著性降低，产量显著下降，水分利用效率升高。［结论］ 在河北省北部冬性强筋小麦种植区，实行限水灌溉可以有效协调小麦籽粒产量和品质，同时协同提高水分利用效率。

关键词 灌水次数；中强筋小麦；光合生理特性；产量；加工品质

中图分类号 S512.1  文献标识码 A   文章编号 0517-6611（2024）15-0034-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.15.007

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Effects of Irrigation Frequency on Photosynthetic Characteristics and Yield of Winter Wheat with Medium and Strong Gluten in Central and Northern Hebei

AN Xue-jun1， LI Xiao-jing2， AN Hao-jun2 et al

（1.Yimuquan Township Government， Baoding， Hebei 071051;2. Baoding Academy of Agricultural Sciences， Baoding， Hebei 071000）

Abstract ［Objective］To explore the effect of irrigation frequency on photosynthetic characteristics and yield of winter wheat with medium and strong gluten in central and northern Hebei. ［Method］The strong gluten wheat variety Nongyou 3 and the medium gluten wheat variety Zhongmai 1062 were selected as the experimental materials， which were popularized in the production of the central and northern wheat areas of Hebei Province. Three water regimes were set up to explore the changes of grain yield， photosynthetic physiological characteristics， dry matter accumulation and processing quality of moderate-strong-gluten wheat under different irrigation modes in Hebei Province under field conditions.［Result］With the decrease of irrigation times， the leaf area index and dry matter accumulation of moderate-strong-gluten wheat varieties decreased significantly. The grain bulk density， protein and wet gluten content increased， and the stability time was prolonged. The effective panicle number， grain number per panicle and 1 000-grain weight were significantly decreased. The yield decreased significantly and the water use efficiency increased. ［Conclusion］In the winter strong gluten wheat planting area in northern Hebei Province， the implementation of limited water irrigation could effectively coordinate wheat grain yield and quality，and synergistically improved water use efficiency at the same time.

Key words Frequency of irrigation;Moderate-strong-gluten wheat;Photosynthetic physiological characteristics;Yield;Processing quality

冀中北是河北省冬性强筋小麦适宜种植区［1］，随着社会发展，小麦生产要求产量和品质同步提高，强筋小麦成为近年来研究的热点。河北省小麦生态区多样、环境复杂，小麦生育期内降水分布不均匀且降水量小，自然降水不能满足生产需求，地下水短缺已成为限制小麦生产的重要因素，开展小麦节水灌溉措施、提高水分利用效率是当前该区小麦生产迫切需求。强筋小麦的产量和品质受生态环境、栽培技术和基因型等因素的共同影响［2］，灌水对小麦籽粒产量和品质起着重要作用，适宜的灌水次数可提高水分利用效率［3］。孟兆江等［4-5］研究表明，小麦拔节前轻度降低灌水量，叶片光合速率无明显下降，而扬花期降低灌水量则直接影响小麦花后旗叶净光合速率，且拔节期灌水的超补偿效应使得产量和水分利用效率均有所增加。小麦花后14 d灌水45 mm能够显著提高籽粒产量和蛋白质产量［6］，但随着灌水次数的增加，籽粒品质明显下降［7］。在有限灌溉下，拔节水和开花水有机组合是高产和高水分利用效率相统一的灌溉模式［8］，合理的灌水模式不仅能够提高小麦水分利用效率和籽粒产量［9］，而且能同步提高湿面筋含量、容重和蛋白质含量等品质指标［10］。前人研究结果有力保障了我国小麦生产持续增长，但灌水次数对河北冬性强筋小麦产量和品质特性及光合调控效应的影响鲜见报道。面对冀中北水资源日益紧缺和强筋小麦品质不稳定的现状，笔者选用冀中北种植面积较大的2个中、强筋小麦品种，以本地生产中灌溉模式为对照，探讨了灌水次数对其干物质积转运、产量、光合特性的影响，以期为冀中北麦区中、强筋小麦的节水高产优质栽培提供理论依据和技术参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

2019—2020年在高碑店市科研基地进行，试验地前茬作物为绿豆，表层（0～20 cm）土壤养分含量如下：有机质19.9 g/kg，全N 1.35 g/kg，有效P 63.30 mg/kg，速效K 187.0 mg/kg， pH 8.1。降雨量见图1。

1.2 试验材料 强筋小麦品种采用农优3号，中筋小麦品种采用中麦1062。

1.3 试验方法 试验采用裂区试验设计，2个品种（强筋小麦品种农优3号，中筋小麦品种中麦1062）为主处理，3个灌水（W3处理为冬水+拔节水+开花水；W2处理为冬水+拔节水；W1处理为冬水）为副处理。2019年10月5日播种，播种前底施纯N、P2O5、K2O各120 kg/hm2，播种后镇压，小区面积28 m2（7 m×4 m），15 cm等行距，基本苗375万株/hm2。拔节期随灌水追施N肥120 kg/hm2，每次灌溉量600 m3/hm2。2020年6月16日收获。

1.4 测定项目与方法

1.4.1 产量及其构成因素测定。每小区选取1 m双行测定穗数，选取有代表性的20个麦穗测定穗粒数，每小区实收测定产量，测产籽粒中取样测定千粒重。

1.4.2 植株干物质积累量测定。分别于小麦抽穗期、灌浆期和成熟期每小区选取1 m双行地上部分带回实验室，105 ℃杀青15 min后 80 ℃烘至恒重，测定植株干物重和籽粒重，3次重复。

1.4.3 叶面积指数。拔节期、孕穗期、开花期、灌浆期及成熟期每小区内取10株，测量全部叶面积，3个重复取平均值，测定植株叶面积指数。

1.4.4 光合速率、叶绿素含量及蒸腾速率测定。旗叶完全

展开后，选长势基本一致的10片旗叶标记，用SPAD-502型便携式叶绿素仪测定旗叶中部叶绿素相对含量；采用LI-6400便携式光合测定系统（美国LI-COR公司）于10：00—12：00测定挑旗前最上部展开叶或旗叶净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、水分利用率等光合参数。每处理测定5株。

1.4.5 籽粒品质测定。 依据GB/T 15685—1995测定沉降值；采用半微量凯氏定氮法测定籽粒蛋白质含量；依据GB/T 14603—1993采用瑞典波通2200面筋仪测定湿面筋含量；按AACC56-21方法，采用德国Brabender公司的粉质仪测定稳定时间；按国家粮食标准（GB 1351—78），采用上海东方衡器有限公司产的HGT-1000 型容重器测量籽粒容重。

1.5 数据处理

采用统计软件Excel 2010进行试验数据计算及绘图；采用SPSS 22.0分析软件Duncan’s新复极差法对有关数据进行统计分析和差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同处理对小麦产量及其构成因素的影响

由表1可知，该试验条件下，2个品种的产量及其构成因素均随着灌水次数的减少而降低，且同一小麦品种不同处理间差异均达到显著水平，表明灌水次数对2个小麦品种产量及构成因素有显著影响。与本地灌水模式（W3处理）相比，减少开花水后W2处理农优3号的穗数并无极显著差异，而2个处理穗粒数和千粒重间有极显著差异，造成极显著减产；中麦1062穗数、穗粒数、千粒重降低是其产量降低的主要原因。减少开花水和拔节水后，W1处理的产量及其构成三要素均较W3处理极显著降低。结果显示，中麦1062产量水平较农优3号的产量水平高，W2处理中麦1062虽然籽粒产量较本地灌水模式降低7.25%，但仍能达到8 000.00 kg/hm2的高产水平，产量极显著高于农优3号的同一减水处理，且同一灌水处理品种间比较，中麦1062的籽粒产量均高于农优3号。

2.2 不同处理对小麦干物质积累量的影响

由图2可知，不同灌水模式下2个小麦品种干物质积累量的变化趋势一致，随着灌水次数增加，2个小麦品种在各个生育时期生物量均呈增加趋势，3个不同灌水模式间差异均明显；相同生育时期2个小麦品种W1处理的干物质积累量均低于W2、W3处理。

2.3 不同处理对小麦叶面积指数的影响

由表2可知，灌水次数对供试小麦的叶面积指数影响较大，随着生育进程的推进，相同灌水处理下2个小麦品种的叶面积指数均呈先上升后下降的变化趋势。从灌水次数来看，与当地常规灌溉模式W3处理相比，W1处理下叶面积指数极显著降低；W2处理下叶面积指数中麦1062孕穗期、开花期、灌浆期以及农优3号拔节期、孕穗期、开花期与W3处理间无显著差异，说明W2处理能够有效调控叶面积指数。在生育前期，自返青到孕穗期，2个中、强筋小麦叶面积指数增长速度较快，在孕穗期达到最大值，叶面积指数表现为农优3号高于中麦1062；而在生育后期随着花后时间的推移，叶面积指数均呈不断下降的趋势，农优3号叶面积指数下降速率明显高于中麦1062，而中麦1062的叶面积指数下降较缓慢，在整个灌浆期维持较高水平，这可能是其在3种灌水处理下较农优3号增产的原因之一。

2.4 不同处理对小麦叶绿素含量及光合特性影响

2.4.1 对小麦叶绿素含量的影响。由表3可知，除中麦1062 W3处理外，2种品质类型的小麦品种SPAD值随生育时期推进均呈“低-高-低”的变化趋势，成熟期较W3处理，W1、W2处理SPAD值急速下降，因此W3处理可使小麦在整个生育时期保持较高的叶绿素含量。农优3号拔节期W2与W3间、W1与W2间差异未达显著水平，自孕穗期开始，农优3号SPAD值随均时间推移逐渐下降，孕穗期3个处理间SPAD值无极显著差异，但开花期后，不同生育时期3个处理间均呈现极显著差异，W1，W2处理成熟期SPAD值迅速下降，叶绿素活性近乎消失。中麦1062的SPAD值自孕穗期或开花期后开始呈现不同下降趋势，至成熟期W1、W2处理SPAD值迅速下降。