水分调亏对冬小麦生理生态的影响

通过冬小麦盆栽试验，在不同时期给以不同的调亏灌溉处理，以研究不同生长时期水分亏缺和亏缺程度对冬小麦生理及生长特性的影响，为农田节水提供指导。冬小麦生长发育过程划分为4个阶段：返青—拔节初期，拔节—孕穗，孕穗—抽穗，开花—灌浆成熟。每个生育时期设置4个水分水平，结果表明：土壤水分调控对株高、叶面积、叶绿素含量、光合、蒸腾、水分利用效率等指标均有影响；水分胁迫使作物光合速率的峰值提前出现，这有助于胁迫处理的作物利用有限的土壤水分；蒸腾速率比光合速率对水分胁迫的反应更为敏感，更易受气孔调节的影响。     

开花期复水对受旱冬小麦叶片状态和产量结构的补偿效应

以冬小麦"济麦22"为供试品种,于拔节-开花期设置4个水平的水分控制试验:在拔节前将各小区20cm土层土壤湿度控制在60%左右,拔节期(4月2日)按照正常补水量(75mm)的80%(W1)、50%(W2)、25%(W3)和0%(W4)进行一次性灌溉,之后不再补水,使各处理植株在不同时段受到不同程度的干旱胁迫;以正常灌溉管理的大田为对照(CK,土壤湿度保持在65%～75%)。然后于开花期(4月26日)统一复水至土壤湿度达90%,直至冬小麦成熟土壤湿度与CK保持一致。分别观测干旱胁迫和复水条件下冬小麦单株叶面积、叶片含水率、叶绿素含量、产量及产量结构等数据,研究复水对不同强度干旱胁迫下冬小麦生长发育的补偿效应。结果表明:拔节-开花期干旱处理后,冬小麦叶片含水率、叶面积和叶绿素含量均有不同程度的降低,干旱程度越重,降低幅度越大。复水后,W1、W2和W3处理叶片含水率和叶面积均能恢复至CK水平,恢复所需时间与胁迫程度正相关;叶绿素含量的恢复程度随胁迫程度的升高而降低。W4处理的复水补偿效应最弱,叶片含水率、叶面积和叶绿素含量均显著低于CK,降幅分别为8.7%、21.2%和32.3%。控水末期,4个干旱处理组中仅W4处理达特旱水平,可见,特旱水平下的胁迫将引起冬小麦叶片不可逆损伤,复水后仍无法恢复。干旱胁迫导致冬小麦产量和穗粒数呈减少趋势,不孕小穗率呈增加趋势,其变化幅度与干旱胁迫程度有关。与CK相比,各处理组冬小麦产量及不孕小穗率均有显著差异;对穗粒数而言,仅W3、W4处理达显著水平,降幅为20.0%和23.3%。花后复水各处理组的千粒重均能达到CK水平,表现出明显的补偿效应。由此可知,产量及产量构成要素中千粒重的复水补偿效应最明显,其次是穗粒数,产量和不孕小穗率最弱。     

水分胁迫后复水冬小麦根系吸水的恢复

温室盆栽试验结果表明，水分胁迫使冬小麦根系吸水功能受到抑制，复水不能使之恢复到对照水平。水分胁迫后复水根系吸水功能的恢复与胁迫时期、胁迫持续时间及胁迫程度有关，在相同水分胁迫程度下早期比中后期水分胁迫后复水根系吸水功能恢复的程度低；水分胁迫持续时间的延长使根系吸水功能恢复程度进一步降低。水分胁迫程度的加重在不同水分胁迫时期对根系吸水的影响不同，起始于三叶期的重度水分胁迫后复水其根系吸水恢复程度可超过相应中度水分胁迫，说明早期水分胁迫程度的加重不会加剧对根系功能的不利影响。其他时期水分胁迫后复水，胁迫程度的加重对根系吸水恢复有负面影响。冬小麦最大根重与最大根系吸水强度的对比显示，中度水分胁迫下根系吸水功能的恢复主要依赖于复水对原有根系活性的激发，而重度水分胁迫下主要取决于新根的增加，胁迫后复水根系吸水功能的不可恢复是冬小麦产量降低的重要因素。     

不同灌溉条件下不同类型冬小麦产量水分利用效率差异原因分析

以旱地品种"西峰20"和"晋麦47"、水旱兼用型品种"石家庄8 号"、高水肥地品种"石4185"和"科农9204"5 个冬小麦品种为材料, 通过田间不同灌溉处理试验研究了不同抗旱类型冬小麦品种收获指数和群体水分利用效率对产量水分利用效率的影响差异。结果表明: 不同抗旱类型的小麦在不同灌溉处理下, 产量水分利用效率(WUE_y)以及变化趋势存在显著差异。旱地冬小麦品种WUE_y 和收获指数(HI)显著低于水地品种和水旱兼用型品种。不同品种间WUE_y 最大相差42.01%, HI 相差25.91%。HI 和群体水分利用效率(WUE_bm)与WUE_y 呈显著正相关关系。株高与HI 呈显著负相关关系(R²=0.574)。在不灌溉条件下, 品种间WUE_y 差异源自HI 的差异; 而在补充灌溉条件下, 品种间WUE_y 的差异源自WUE_bm 和HI 的共同作用。说明不同抗旱类型的小麦对不同灌溉处理的响应方式和适应策略不同。旱地品种在干旱胁迫条件下, 主要靠增加WUE_bm 来提高WUE_y; 而水地品种和水旱兼用型品种在补充灌溉中凭借较高的WUE_bm 和HI 共同作用提高WUE_y。     

水分胁迫条件下绿洲农田冬小麦水分运移规律研究

以干旱区绿洲农田冬小麦水分胁迫试验为基础,研究了不同水分胁迫条件下的冬小麦生长发育、水分利用以及土壤水分运动特征,建立了含有根系吸水项的一维土壤水动力学模型,模拟了不同水分胁迫条件下冬小麦蒸腾、棵间蒸发、根系吸水、根系生长以及田间土壤水分运移过程。结果表明:在冬小麦生育前期、中期根系吸水主要在80cm以上,生育后期根系对下层土壤水分吸收量增加,但所占比例很小。根据实测根系生长资料分析水分胁迫下生育中期根系受到水分胁迫,在生育后期恢复灌水后根系早衰,生长缓慢;从胁迫程度上来说中度胁迫复水后的后效影响要大于重度胁迫处理。     

河西绿洲灌区春小麦调亏灌溉试验研究

试验对北方干旱内陆河流域(张掖)春小麦调亏灌溉进行研究,设计了8个不同土壤水分亏缺处理,以探索调亏灌溉对该区春小麦耗水特征、地上部生物量、收获指数、供水效率等指标的影响.结果表明:在调亏灌溉条件下,不同水分调亏处理、不同产量水平下春小麦0～120 cm土层阶段耗水量和日耗水强度差异较小,小麦耗水模系数全生育期变化趋势也较为一致,且在播种～分蘖期和分蘖～拔节期最小,而拔节～孕穗期和抽穗～灌浆期最大;与未调亏的对照(全生育期充分供水,FFF)相比,干旱环境下调亏灌溉能显著提高春小麦地上部生物量和供水效率,而收获指数除2004年LLM(拔节、孕穗和抽穗轻度水分亏缺而灌浆～生理成熟中度亏缺)和MFL(拔节中度水分亏缺、孕穗和抽穗充分供水而灌浆～生理成熟轻度亏缺)调亏处理与未调亏的对照无显著差异外,其他调亏处理收获指数均比对照显著降低.小麦地上部生物量和供水效率分析表明,全生育期最优水分调亏模式为HFF(拔节重度水分亏缺、孕穗和抽穗及灌浆～生理成熟充分供水)处理,即春小麦孕穗和抽穗期及灌浆～生理成熟期均高水分处理(65%～70%田间持水量)而拔节期重度水分调亏(45%～50%田间持水量),灌溉定额为440 mm左右(包括晚秋季储水灌100 mm).     

微咸水非充分灌溉对土壤水盐分布与冬小麦产量的影响

为了实现高效用水,缓解北方地区水资源紧缺的状况,根据河北省中科院南皮生态农业试验站2003－2005年的冬小麦微咸水非充分灌溉田间试验资料,研究了微咸水非充分灌溉对土壤含盐量、冬小麦产量和产量构成因素以及水分利用效率的影响。结果表明,从拔节前到麦收后的冬小麦主根区土壤含盐量随着生育期的发展呈明显升高趋势;随着缺水阶段的后移,0～100 cm深度土壤积盐程度逐渐增大;穗粒数对缺拔节水敏感程度最高,缺抽穗水对单位面积穗数的影响最大,缺灌浆水对千粒重的负效应最大;总的来说产量随着缺水阶段的后移,水分胁迫的负效应逐渐减小,水分利用效率随着缺水阶段的后移有所提高,微咸水非充分灌溉的灌水优先顺序应为拔节水、抽穗水和灌浆水。该研究为黄淮海地区冬小麦在微咸水非充分灌溉下的适宜灌溉次数和灌溉水量的确定提供了科学依据,有利于合理开发利用当地微咸水资源。     

小麦不同品种的水分利用特性及对灌溉制度的响应

为了研究不同小麦品种的水分利用特性和对灌溉制度的响应，该文于2003～2004年在中国科学院栾城农业生态试验站对19个抗旱节水性不同小麦品种进行了不同灌溉处理下，其生长发育特性、产量、耗水量和水分利用效率(WUE)的比较研究，结果表明不同小麦品种的水分利用特性有显著差异。不同小麦品种产量相差最大达44.86%，水分利用效率相差可达42.18%。根据系统聚类分析，把19个小麦品种分为高产高WUE型、中产高WUE型、中产中WUE型和低产低WUE型4种类型。不同类型的小麦，对灌溉制度的响应不同。高产高WUE类型在本试验年灌溉60 mm，产量可达到7415 kg/hm²，水分利用效率可达15.91 kg/(mm·hm²)。在华北平原适于种植石家庄8号等高产高WUE型小麦，其在不降低产量和水分利用效率的情况下，减少灌水60～120 mm，具有明显的节水增产效益。     

拔节期水分胁迫-复水对冬小麦干物质积累和水分利用效率的影响

选用华北地区冬小麦的代表品种——石家庄8号为供试品种,采用盆栽试验,按亏缺程度（轻度60%FC和重度40%FC）和胁迫历时（5d和10d）在冬小麦拔节期设置4个水分胁迫处理和1个对照（全生育期充分灌水）,研究拔节期水分胁迫-复水对冬小麦干物质积累、分配以及产量和水分利用效率的影响。结果表明,拔节期不同程度的水分胁迫均会造成根、茎、叶和整株干物质量的减少,而且胁迫程度越大、历时越长,影响越大;复水可对小麦不同器官干物质积累产生不同程度补偿效应,但程度有限,各处理最终的干物质量均低于对照;轻度历时5d的水分胁迫利于根系增长,根干物质分配指数和根冠比均高于对照,但任何程度和历时的水分胁迫均对叶干物质的积累和分配造成不利影响;所有胁迫-复水处理的产量均低于对照,但轻度历时5d的水分胁迫却可显著提高水分利用效率,相比对照水分利用效率提高了9.4%。总之,本试验研究表明在冬小麦拔节期适宜的轻度胁迫可以优化调控干物质的分配,有利于提高作物植株整体的抗旱能力,对冬小麦干物质积累和产量的影响很小,同时适度水分胁迫减少了冬小麦耗水量从而明显提高了水分利用效率。     

灌水控制下限对冬小麦产量和品质的影响

为制定冬小麦的优质高效灌溉指标,通过3个生长季（2005－2008年）的人工控水试验,研究了不同灌水控制下限对冬小麦生长、产量和品质的影响。结果表明,与对照相比,播种—拔节前期水分胁迫对冬小麦生长、产量及品质的负面影响不明显,且可节水11.68%～18.18%,水分利用效率提高8.33%～12.5%;拔节—抽穗前期水分胁迫对冬小麦生长的抑制作用最明显,使籽粒出粉率、蛋白质质量分数显著降低,面团形成时间和稳定时间显著缩短,产量降低6.56%～9.08%,但可节水24.29%～31.95%,水分利用效率提高6.19%～10.63%;抽穗扬花期水分胁迫对冬小麦生长没有明显影响,虽显著提高了籽粒蛋白质、湿面筋、氨基酸质量分数和出粉率,但减产9.96%～11.35%,水分利用效率仅提高了4.12%～5.62%;灌浆成熟期水分胁迫对冬小麦生长影响最小,籽粒蛋白质、湿面筋、氨基酸质量分数和出粉率均显著提高,但大幅度降低了产量,水分利用效率只提高了1.03%～5.95%。华北地区冬小麦优质高效节水灌溉指标是：播种—拔节前期、拔节—抽穗前期、抽穗扬花期和灌浆成熟期的灌水控制下限分别为50%、65%、70%和65%田间持水率。     

夜间增温对小麦干物质积累、转运、分配及产量的影响

为明确夜间增温对小麦产量形成的影响,于2019—2020和2020—2021年两个小麦生长季,以苏麦188和安农0711为试验材料,采用被动式夜间增温方法,以不增温为对照,对小麦生育前期3个阶段(分蘖期至拔节期、拔节期至孕穗期、孕穗期至开花期)进行夜间增温处理,研究不同阶段夜间增温处理对小麦干物质积累、分配、转运以及产量的影响。结果表明,分蘖期至拔节期与拔节期至孕穗期夜间增温处理均能提高小麦孕穗期和开花期的旗叶叶面积,且分蘖期至拔节期夜间增温处理与对照差异显著,孕穗期至开花期夜间增温处理的旗叶叶面积较对照有所降低;在小麦拔节期和孕穗期时,分蘖期至拔节期与拔节期至孕穗期夜间增温处理较对照均提高了小麦的株高,开花期各增温处理的株高与对照无显著差异;分蘖期至拔节期与拔节期至孕穗期夜间增温处理均提高了小麦干物质的积累量和产量,在分蘖期至拔节期夜间增温处理下,苏麦188和安农0711的两年平均产量较对照分别提高了5.63%和6.77%。综上,分蘖期至拔节期夜间增温处理提高了小麦的叶面积和株高,使其获得更多的光能用于光合作用,最终增加了小麦的干物质积累量和产量。本研究结果为制定未来气候变化背景下的农业适应战略提供了理论依据。     

氮素对冬小麦生长发育及产量的亏缺和补偿效应

通过盆栽试验研究了正常灌水条件下不同生育阶段氮素亏缺对冬小麦生长发育及产量的影响。结果表明,越冬期不施氮能明显减少冬小麦的分蘖数和地上、地下部生物量,对地上部影响大于地下部,使根冠比增大;越冬期和拔节期不施氮能显著降低冬小麦的产量,而后期缺氮对产量的影响不大;越冬期不施氮能明显降低冬小麦的有效穗数,拔节期不施氮对千粒重影响较大;而抽穗期和成熟期不施氮则对穗粒数具有显著的影响。总的来看,冬小麦对氮素的亏缺敏感期在越冬期和拔节期,补偿有效期在拔节期。     

不同生育期复水对受旱冬小麦的补偿效应研究

试验研究分蘖期、拔节期和开花期复水对受旱冬小麦的补偿效应结果表明，各生育期复水对冬小麦的生长和产量均有不同程度的促进作用，复水处理的冬小麦株高、绿叶面积、干物质量及产量等均超过其干旱对照，表现出补偿生长效应，其中拔节期复水的补偿作用最大，增产效果最明显，开花期复水次之，分蘖期复水最小。苗期干旱拔节期复水可达到节水和提高产量的目的。     

水分胁迫对冬小麦光合及生物学特性的影响

利用阜康绿洲农田的田间灌水试验，研究了不同水分胁迫程度、不同水分胁迫时期对冬小麦光合，茎秆生长、地上和地下干物质累积以及籽粒产量的影响。结果表明；随着水分胁迫程度的加剧。冬小麦光合作用、株高、干物质累积、根系生长以及籽粒产量受到的抑制作用逐渐增强；灌水量为田间持水量40％的处理在成熟期时根干重要大于其它处理。是由于干旱胁迫促进了新生根的生长．从而可使根系充分吸收中下层土壤贮水。这是减少灌水次数和提高水分利用效率的一个有效途径，冬小麦灌浆期受到重度的水分胁迫，籽粒产量明显下降．而拔节期遭受轻度的水分胁迫在恢复灌水后产量反而要高于其它处理。     

耕作和保墒措施对冬小麦生育时期光合特征及水分利用的影响

为探明不同耕作保墒措施下冬小麦生育期间光合生理特征及其增产机理,采用田间试验,以常规耕作为对照,采用深松、秸秆覆盖、免耕、施用有机肥及保水剂等措施,研究了不同耕作和保墒措施对冬小麦生育期间光合作用、产量及水分利用效率的影响。结果表明:冬小麦光合速率和叶片水分利用效率均以孕穗期最高,而灌浆期最低。蒸腾速率和气孔导度均以扬花期最高。对不同处理而言,在各生育时期均以深松处理的光合速率和叶片水分利用效率最高,其次为秸秆覆盖处理。在拔节期、孕穗期和扬花期以有机肥处理的蒸腾速率最高,而灌浆期以秸秆覆盖的蒸腾速率较高,在全生育期对照的蒸腾速率均较低。气孔导度与蒸腾速率表现规律基本一致。不同耕作、保墒措施均提高了小麦的穗数、穗粒数及千粒重,以及小麦籽粒产量和水分生产效率,降低了小麦总耗水量;各处理中以深松处理的效果最佳,其产量和水分生产效率分别较对照提高19.6%和38.3%。相关分析表明:各时期的小麦光合速率及叶片水分利用效率均与小麦产量和水分生产效率呈正相关,且随生育期的推进,其相关性增强,特别在扬花期,光合速率对于小麦产量和水分生产效率的影响更显著。     

不同时期水分处理对水稻生长及产量的影响

为了研究水分胁迫处理对水稻生长及产量的影响,采用盆栽试验方法,在水稻分蘖期、孕穗期、开花期和灌浆期进行水分胁迫处理,设3个处理水平,处理H 1土壤水势为0（土壤饱和含水量90%-100%）,处理H2土壤水势-30 kPa,处理H3土壤水势-50 kPa,保水层作对照（CK）。结果表明,分蘖期水分胁迫影响水稻分蘖数、LA I和株高,导致单位面积有效穗数不足而严重影响产量,处理平均产量比对照低29.5%;孕穗期水分胁迫影响水稻库容的建立,穗小、穗粒数少、千粒重低而严重影响产量,处理平均有效穗数比对照少26.7%,处理平均产量比对照低63.8%;开花期千粒重处理H 1比CK高12.9%,差异极显著（P〈0.01）,产量处理H1高于CK,处理H2和处理H3产量均低于CK,差异极显著（P〈0.01）;灌浆期处理H1千粒重比CK高11.2%,差异极显著（P〈0.01）,产量处理H1比CK高12.76%,差异显著（P〈0.05）。     

不同水氮条件下冬小麦生育期NDVI和光合速率的变化

在不同水氮条件下,分析了冬小麦生育期归一化植被指数(Normalized difference vegetable index:NDVI)和光合速率的变化及两者和籽粒产量的关系,结果表明:(1)灌水对拔节期与孕穗期的NDVI值以及扬花期与灌浆期的光合速率有显著影响(p<0.05);起身水+孕穗水+灌浆水处理(I3)的孕穗期NDVI值和灌浆期光合速率平均比起身水处理(I1)分别显著增高6.7%和8.0%,起身水+扬花水处理(I2)的扬花期光合速率平均比起身水处理(I1)显著增高5.5%。(2)施氮对NDVI值和光合速率的影响均达到极显著水平;0～270 kg/hm2范围内,增加施氮能显著提高拔节期NDVI值以及灌浆期光合速率,但随着生育期的推进,增加施氮对NDVI值的提高作用逐渐下降。(3)拔节期NDVI值和光合速率与冬小麦籽粒产量相关性最高,相关系数分别达到0.968和0.864。     

氮肥追施时期及包膜控释氮肥对冬小麦产量和氮素吸收的影响

采用盆栽试验,研究了氮肥追施时期和包膜控释尿素对冬小麦产量、产量构成、氮肥利用率和土壤氮素表观损失等方面的影响。结果显示:冬小麦氮肥最佳追肥时期为拔节期;与40%普通尿素底施+60%普通尿素拔节期追施(F2)相比,30%普通尿素+35%控释期90d包膜尿素+35%控释期120d包膜尿素配合(F4、F6)一次性底施的氮素释放与冬小麦对氮素需求吻合较好,F4小麦植株总氮吸收量增加6.11%,减氮25%条件下(F6)增加8.48%;与F2相比,F4使冬小麦增产5.02%,经济系数提高6.43%,氮肥利用率提高10.22%,同时土壤氮素表观损失降低。F4通过提高千粒重和单穗重来提高产量,而F6通过维持穗粒数保证产量。     

拔节后水分调控对矮抗58氮素吸收利用特性和蛋白质产量的影响

为探讨拔节后不同水分调控下冬小麦氮素利用特性和蛋白质产量的变化规律,2013-2015年,防雨棚下以矮抗58为材料,在保证足墒播种、安全越冬的基础上,研究了拔节至成熟期持续干旱(W1)、拔节至孕穗期供水适宜+开花至成熟期干旱(W2)和拔节至成熟期供水适宜(W3)3个水分处理下冬小麦氮素积累转运特性、利用效率、籽粒产量和蛋白质产量的差异。结果表明,拔节后水分调控显著影响矮抗58氮素积累、转运、利用特性和籽粒氮素的累积,且2个生长季规律相似。在平均值方面,拔节至孕穗期供水适宜能显著提高矮抗58成熟期地上部氮素积累量、花后氮素积累量及其对籽粒氮素的贡献率。W2花前贮藏氮素转运量及其转运率较W1和W3分别提高12.0%和21.9%、2.6%和21.6%,且提高了成熟期籽粒氮素积累量和氮素在籽粒中的分配比例。W2氮素吸收效率、籽粒产量和蛋白质产量分别比W1提高了19.2%、21.9%和16.9%;W2蛋白质产量较W3提高了3.1%。综合考虑蛋白质含量、籽粒产量和蛋白质产量,拔节至孕穗期土壤含水量为田间最大持水量的70%~80%,开花期至成熟期为45%~55%,是矮抗58兼顾节水、高产、高效、优质的最优水分管理模式。本研究结果为以提高小麦籽粒蛋白质产量为目标的水分管理优化提供了理论依据。