高产小麦耗水特性和产量形成生理基础的研究

摘要

1灌水量和灌水时期对济麦20耗水特性和产量及品质的影响
　　 2005～2006生长季试验，以高产强筋小麦济麦20为材料，设置6个灌水处理：不灌水（W0）、拔节水（W1）、冬水+拔节水（W2）、拔节水+开花水（W3）、冬水+拔节水+开花水（W4）、冬水+拔节水+开花水+灌浆水（W5）；每次灌水均为60 mm。研究了灌水量和灌水时期对济麦20耗水特性和产量及品质的影响。
　　 1.1灌水量和灌水时期对济麦20耗水特性的影响
　　 随灌水量的增加，总耗水量及灌水量占总耗水量的百分率均增加。土壤贮水消耗量占总耗水量百分率的变异系数显著高于降水量占总耗水量百分率的变异系数，表明土壤贮水利用率的可调控幅度较大；适量灌溉的W3处理的灌水量、降水量和土壤贮水消耗量占总耗水量的百分率分别为31.0％、38.9％、30.1％，灌水量多的W5处理的分别为51.7％、32.4％、15.9％，与W5处理相比，W3显著提高了土壤贮水消耗量占总耗水量的百分率。
　　 1.2灌水量和灌水时期对济麦20干物质转运和氮素积累的影响
　　 随灌水量增加，开花后营养器官贮藏干物质向籽粒的转运量、转运率及其对籽粒的贡献率逐渐降低，开花后干物质积累量及其对籽粒干物质积累的贡献率逐渐升高，但W4与W5处理无显著差异；同一灌水量条件下，W3处理开花后籽粒中的干物质积累量显著高于W2处理。
　　 1.3灌水量和灌水时期对济麦20籽粒产量、品质和水分利用效率的影响
　　 籽粒产量以W3处理最高，显著高于灌水量240 mm的W5处理：灌水量超过180 mm和低于120 mm的处理对籽粒产量产生负效应；在灌水量均为120mm的条件下，W3处理的籽粒产量较W2处理高303.3 kg·hm-2。随灌水量的增加，湿面筋含量逐渐升高，吸水率无显著变化，面团形成时间逐渐降低，面团稳定时间和蛋白质含量先升高后降低；同一灌水量条件下，W3处理的湿面筋含量和面团形成时间显著高于W2处理，吸水率、面团稳定时间和蛋白质含量两处理间无显著差异。
　　 2高产条件下不同小麦品种耗水特性和产量的差异
　　 2006～2007生长季试验，供试品种为济南17（J17）、泰山23（T23）、济麦22（J22）、淄麦12（Z12）、山农12（S12）、潍麦8号（W8）、山农664（S664）。设置3个灌水处理：全生育期不灌水（W0）、底墒水+拔节水（W1）、底墒水+拔节水+开花水（W2）；每次灌水60mm。研究了不同品种耗水特性和产量的差异，并利用15N示踪技术研究了不同灌水处理条件下不同品种在不同来源氮素积累、分配和转运方面的差异。
　　 2.1不同品种耗水特性的差异
　　 依据籽粒产量和水分利用效率2个因子，采用聚类分析的方法，将供试品种分为高水分利用效率组（Ⅰ组）、中水分利用效率组（Ⅱ组）和低水分利用效率组（Ⅲ组）。同一灌水条件下的籽粒产量，Ⅰ组显著高于Ⅱ组和Ⅲ组；Ⅱ组和Ⅲ组在W0条件下无显著差异，在W1和W2条件下Ⅱ组显著高于Ⅲ组。
　　 同一灌水条件下，泰山23品种100～200 cm土层的土壤贮水消耗量高于潍麦8号，棵间蒸发量低于潍麦8号，表明该品种能充分利用深层土壤水，且棵间蒸发量较低，利于保蓄土壤水分；山农12品种在W0和W2条件下，100～200 cm土层的土壤贮水消耗量高于泰山23和潍麦8号，棵间蒸发量亦最高，但其籽粒产量和水分利用效率显著低于上述两品种。
　　 2.2不同品种旗叶光合特性和干物质积累与转运的差异
　　 W0条件下，泰山23和潍麦8号灌浆后期的旗叶初始荧光强度（Fo）和实际光化学效率（φPSⅡ）高于山农12，表明缺水对泰山23、潍麦8号光系统Ⅱ的影响小于山农12。随灌水量增加泰山23的旗叶光合速率、Fo、Fv/Fm和Fv/Fo的变化幅度较小，表明泰山23的旗叶光合性能较其他品种稳定。
　　 成熟期干物质积累量在W0条件下潍麦8号最高，其次为泰山23；开花后营养器官贮藏干物质向籽粒的转运量、转运率及其对籽粒的贡献率泰山23显著高于潍麦8号和山农12，表明干旱条件下，泰山23花后干物质转运能力高于其他品种。
　　 2.3不同品种氮素积累、分配和转运的差异
　　 同一灌水条件下，泰山23植株氮素总积累量、来自肥料氮的量、来自土壤氮的量、肥料氮和土壤氮开花期在营养器官中的总积累量及成熟期在籽粒中的积累量均显著高于山农664。泰山23底墒水+拔节水处理（W1）营养器官中积累的肥料氮向籽粒的转移量显著高于底墒水+拔节水+开花水处理（W2），土壤氮的转移量W1与W2处理无显著差异；山农664营养器官中积累肥料氮和土壤氮的转移量均为W2显著高于W1处理。
　　 3拔节期土壤含水量对小麦耗水特性和产量的影响及其生理基础
　　 2007～2009生长季试验，以高产中筋小麦济麦22为材料，灌水时期组合为拔节水+开花水，拔节水设置0～140 cm土层土壤平均相对含水量为：70％（W1）、75％（W2）、80％（W3）3个水平，开花水0～140 cm土层土壤平均相对含水量均为70％，以全生育期不灌水的处理为对照W0，采用随机区组排列，研究了拔节期土壤相对含水量对小麦耗水特性和产量的影响及其生理基础。
　　 3.1拔节期土壤含水量对小麦耗水特性的影响
　　 随拔节期土壤相对含水量的提高，总耗水量显著增加，但达到一定值后，再提高土壤相对含水量总耗水量不再增加；拔节至开花期间的土壤贮水消耗量随拔节期土壤相对含水量的提高而降低，开花至成熟期间的土壤贮水消耗量在处理间的差异，年季间变化较大。
　　 3.2拔节期土壤含水量对旗叶光合特性和水分生理特性的影响
　　 灌浆中后期的旗叶光合速率和气孔导度，2007～2008和2008～2009生长季W2处理均较高；实际光化学效率（φPSⅡ），2007～2008生长季W2显著高于W1处理，2008～2009生长季W2显著高于W3处理；表明W2处理有利于气孔开张，并保持较高的光合速率和实际光化学效率，促进光合产物合成。
　　 4土壤含水量和灌水时期对小麦耗水特性和产量的影响及其生理基础
　　 2008～2009生长季试验，以济麦22为材料，设置3个灌水时期处理：拔节期+开花期（S1），拔节后8天+开花期（S2），拔节后8天+开花后8天（S3），每个灌水时期处理下设置7个不同的土壤含水量组合，以全生育期不灌水的处理为对照。采用随机区组排列，研究了土壤含水量和灌水时期对小麦耗水特性和产量的影响及其生理基础。
　　 4.1土壤含水量和灌水时期对小麦耗水特性的影响
　　 开花至成熟阶段的耗水模系数为38.30％～47.44％，高于播种至拔节和拔节至开花阶段的。灌水时期间比较，开花至成熟阶段的耗水模系数S2低于S3、S1处理；S2处理的总耗水量、灌水量及其占总耗水量的百分率低于S3处理，土壤贮水消耗量及其占总耗水量的百分率反之；灌浆后期的棵间蒸发量S2低于S3处理；80～120cm各土层的土壤贮水消耗量S2最高。表明S2有利于提高小麦对土壤水的消耗量，减少灌溉水的投入量，降低棵间蒸发水分损失。
　　 4.2土壤含水量和灌水时期对旗叶生理特性和籽粒淀粉积累的影响
　　 灌水时期间比较，灌浆初期的旗叶光合速率S2显著高于S1、S3处理，灌浆中后期的S2亦较高；灌浆后期的旗叶相对含水量、叶片水分利用效率均以S2处理最高；花后7天的旗叶SPS活性S1、S2高于S3处理，花后21天为S2高于S1、S3处理；花后28至35天的支链淀粉含量及其积累速率和总淀粉含量及其积累速率均以S2处理最高。表明S2处理有利于延长旗叶光合速率和SPS活性高值持续期，延缓旗叶衰老，促进了光合产物的形成和籽粒淀粉的积累；该条件下，W9灌浆后期的旗叶光合速率、实际光化学效率（φPSⅡ）和相对含水量显著高于其他处理，SPS活性与W14处理无显著差异，高于其他处理；总淀粉含量与W8和W10处理无显著差异，高于其他处理。以上结果表明拔节后8天70％+开花期75％（S2W9）的处理有利于提高灌浆后期的旗叶光合速率、SPS活性、相对含水量和籽粒淀粉含量，延缓了旗叶衰老，促进光合产物的积累和转运。
　　 4.3土壤含水量和灌水时期对籽粒产量、水分利用效率和灌溉效益的影响
　　 灌水时期间比较，籽粒产量为S2、S3显著高于S1处理，水分利用效率和灌溉效益为S1、S2显著高于S3处理；表明S2处理有利于提高籽粒产量、水分利用效率和灌溉效益，是高产高效的最佳灌水时期。
　　 S1条件下，W3的籽粒产量高于W1、W2、W5处理，与其他处理无显著差异；水分利用效率高于其他处理，但与W4、W2处理无显著差异；灌溉效益显著高于其他处理。S2条件下，W9的籽粒产量显著高于其他处理，但与W11、W14处理无显著差异；水分利用效率显著高于其他处理；灌溉效益显著高于其他处理，但与W10处理无显著差异。S3条件下，W18的籽粒产量、水分利用效率和灌溉效益均最高。综合籽粒产量、水分利用效率和灌溉效益的结果，W3、W9、W18分别是S1、S2、S3条件下高产高效的灌水处理；其中W9处理的籽粒产量和水分利用效率高于W3、W18处理，灌溉效益W9高于W18处理，表明拔节后8天70％+开花期75％（S2W9）处理是本试验条件下获得高产高效的最佳灌水处理。

目录

文摘

英文文摘

1 前言

1.1 研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 水资源现状及农业用水状况

1.2.2 小麦的耗水特性

1.2.3 土壤水分影响小麦产量、品质形成的生理基础

1.2.4 我国现有节水栽培理论与技术体系

2 材料与方法

2.1 试验材料与设计

2.2 测定项目与方法

3 结果与分析

3.1 灌水量和灌水时期对济麦20耗水特性和产量及品质的影响

3.1.1 灌水量和灌水时期对济麦20耗水特性的影响

3.1.2 灌水量和灌水时期对济麦20干物质积累、分配与转运及籽粒灌浆速率的影响

3.1.3 灌水量和灌水时期对济麦20植株氮素积累、分配与转运的影响

3.1.4 灌水量和灌水时期对济麦20籽粒产量、水分利用效率和品质的影响

3.1.5 小结

3.2 高产条件下不同小麦品种耗水特性和产量的差异

3.2.1 不同品种耗水特性类型的划分

3.2.2 不同小麦品种耗水特性的差异

3.2.3 不同品种碳代谢的差异

3.2.4 不同品种氮代谢的差异

3.2.5 不同品种籽粒产量、水分利用效率和品质的差异

3.2.6 小结

3.3 拔节期土壤含水量对小麦耗水特性和产量的影响及其生理基础

3.3.1 拔节期土壤含水量对小麦耗水特性的影响

3.3.2 拔节期土壤含水量对小麦碳代谢的影响

3.3.3 拔节期土壤含水量对小麦氮代谢的影响

3.3.4 拔节期土壤含水量对小麦籽粒产量、水分利用效率和品质的影响

3.3.5 不同生育时期不同土层适宜的土壤相对含水量

3.3.6 小结

3.4 土壤含水量和灌水时期对小麦耗水特性和产量的影响及其生理基础

3.4.1 土壤含水量和灌水时期对小麦耗水特性的影响

3.4.2 土壤含水量和灌水时期对小麦生理特性的影响

3.4.3 土壤含水量和灌水时期对籽粒产量、水分利用效率和灌浆速率的影响

3.4.4 不同生育时期不同土层适宜的土壤相对含水量

3.4.5 小结

4 讨论

5 结论

6 参考文献

7 致谢

8 攻读学位期间发表论文情况