小麦高产优质需水需氮特性的研究

1灌水量对小麦需水特性和品质与产量的影响 供试材料为强筋小麦济麦20（J20）和中筋小麦泰山22（T22）。设置4个灌水量:全生育期不浇水（W0）、冬水+拔节水（W1）、冬水+拔节水+开花水（W2）、冬水+拔节水+开花水+灌浆水（W3）,每次灌水60mm。采用植物生理生化分析方法,研究了灌水量对小麦水分利用特性和品质与产量形成机制的影响,主要结果如下: 1.1高产麦田不同层次土壤水分含量变化动态 根据小麦根系的生长及吸收规律,将0～200cm土层分为0～20cm、20～60cm、60～100cm、100～140cm、140～200cm五个层次。试验结果表明,灌水量对产量的影响主要是通过影响0～140cm土层的土壤水分含量来实现的,在播种前0～20cm、20～60cm、60～100cm、100～140cm土层土壤含水量分别为25.21%、23.11%、25.23%、24.63%的条件下,J20品种和T22品种获得高产的处理在不同生育时期上述土层的适宜土壤含水量如下:冬前期20.2%～21.1%、21.3%～21.5%、23.9%～24.1%、24%～24%;拔节期16.9%～17.4%、17.1%～17.5%、21.7%～21.7%、23.1%～23.5% ;开花期15.4%～15.8%、18.4%～18.7%、22%～22.1%、23.4%～23.7% ;成熟期12.93%～14.03%、13.47%～15.28%、15.51%～17.04%、23.11%～23.92%。拔节至开花期0～20cm、20～60cm土层维持较高的土壤含水量,开花至成熟期20～60cm、60～100cm土层维持较高的土壤含水量是高产的保证。 1.2灌水量对小麦水分利用率的影响 小麦高产的耗水量为451.31mm～459.19mm,其中来源于灌溉水的占总耗水量的26.59%～39.20%,来源于降水的占28.05%～28.54%,来源于土壤贮水的占32.75%～44.87%。小麦的水分利用率表现为W0>W1>W2、W3,W2和W3处理之间差异不显著。两个品种之间比较,T22品种产量水分利用率高于J20品种。在W0和W1条件下,J20土壤耗水量显著大于T22,说明J20在干旱及少水条件下具有较高的土壤水分利用能力。 1.3灌水量对小麦—土壤氮素循环的影响 W0处理在拔节期之前土壤硝态氮主要存留在0～40cm土层,开花至成熟期主要存留在0～60cm土层。W1、W2、W3处理加剧了土壤硝态氮向0～60cm土层以外的土壤运移。 与W0处理比较,灌水提高了开花期氮素积累量,增加了营养器官贮存氮素向籽粒的转运量。W0、W1、W2处理间比较,灌水增加了小麦对土壤氮和追肥氮量的吸收,降低了成熟期籽粒中来自肥料氮的量,W1处理提高了植株对土壤氮的吸收和籽粒氮素的积累量。 1.4灌水量对籽粒蛋白质组分含量和品质的影响 随灌水量增加,小麦籽粒α-醇溶蛋白、γ-醇溶蛋白和LMW-GS含量呈先增加后降低的趋势,以W2处理最高;ω5和ω1,2醇溶蛋白和HMW-GS含量受水分影响不显著;籽粒蛋白质含量、湿面筋含量呈先降低后增加的趋势,面团稳定时间及沉降值呈先增加后降低的趋势,W2处理最高。品种间比较,J20品种的ω5-醇溶蛋白、α-醇溶蛋白、HMW-GS、LMW-GS、麦谷蛋白含量和谷/醇比、沉降值、面团稳定时间显著高于T22品种。 1.5灌水量对小麦氮代谢及其相关酶活性的影响 W2处理与W0和W1处理比较,提高了J20灌浆中后期小麦旗叶的GS活性和开花后旗叶EP活性,增加了旗叶游离氨基酸含量;W3处理降低了灌浆后期小麦旗叶GS和EP活性,不利于旗叶中蛋白质的水解。 1.6灌水量对籽粒淀粉品质的影响 J20品种W1处理提高了支链淀粉含量,降低了直链淀粉含量,支/直比值高,淀粉品质优。T22品种随灌水量增加提高了直链淀粉含量,降低了支链淀粉含量,支/直比降低,淀粉品质变劣。品种间比较,J20品种支/直比值显著高于T22品种。 1.7灌水量对小麦碳素代谢及其相关酶活性的影响 J20和T22两品种的旗叶光合速率,均为W1、W2、W3处理显著高于W0处理,延长了光合高值持续期;T22品种W2和W3处理的旗叶光合速率高于W1处理,而对J20无显著影响。灌水提高了J20旗叶的SPS活性,但过多灌水抑制了旗叶蔗糖向籽粒的转运。 W1处理降低了灌浆中后期的籽粒GBSS活性,提高了灌浆中后期的籽粒SSS活性,灌水有利于籽粒灌浆后期直链淀粉的积累,不利于支链淀粉的积累。 1.8灌水量对小麦籽粒产量的影响 小麦籽粒产量随灌水量的增加呈先升高后降低趋势,J20品种以W1处理最高,T22品种以W2处理最高。在W2、W3条件下,T22品种的籽粒产量高于J20品种,在W0、W1条件下,J20品种的籽粒产量高于T22品种。 2施氮量对小麦籽粒蛋白质和淀粉品质的影响 供试品种为强筋小麦济麦20,设置4个施氮量（N）处理:0kg·hm-2、96kg·hm-2、168kg·hm-2、240kg·hm-2,分别以CK、N1、N2、N3表示,研究了施氮量对小麦蛋白质品质和淀粉品质与产量形成机制的影响,主要结果如下: 2.1施氮量对小麦籽粒蛋白质组分含量的影响 在施氮量0～168 kg·hm-2的范围内,增施氮肥对麦谷蛋白含量影响较小,增至240kg·hm-2时麦谷蛋白含量增幅较大;0～168kg·hm-2范围内,醇溶蛋白含量增幅较大,而240kg·hm-2处理的醇溶蛋白含量与168kg·hm-2处理的差异不显著;清蛋白和球蛋白含量受氮肥影响较小。麦谷蛋白/醇溶蛋白含量比值随施氮量的增加先降后增。说明适当增施氮肥有利于小麦籽粒品质的提高。 2.2施氮量对小麦籽粒淀粉组分含量的影响 施氮处理的支链淀粉、直链淀粉及总淀粉含量显著低于不施氮的处理;施氮量处理之间比较,随施氮量的增加籽粒支链淀粉和总淀粉含量降低,但差异不显著;施氮量之间直链淀粉含量差异不显著。适当增加施氮量有利于提高支/直比值,但过多施氮支/直比值降低,以N2处理最高。 2.3施氮量对小麦籽粒产量的影响 N2处理提高了每公顷穗数和每穗粒数,千粒重高,获得最高产量,是本试验条件下优质、高产、高效的最佳施氮量。