冬小麦种植中土壤水分利用问题的研究进展

【前言】冬小麦种植中土壤水分利用问题的研究进展由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。光合作用是作物最基本并且最重要的生理功能，因此，光合特性随土壤水分条件的变化情况是作物对水分状况反映的一个重要方面。土壤水分胁迫从3个方面影响光合作用：一方面认为土壤变干时，叶水势下降，膨压随之降低，从而引起气孔关闭[8]，切断外界CO2向叶绿体的供应，...

摘要：我国是农业用水大户，农业灌溉利用率远远低于发达国家水平。因此，在总结前人研究成果的基础上，本文详细论述了冬小麦生长发育过程中土壤水分的利用问题，以期为节水农业的深入研究提供理论基础。

关键词：冬小麦；土壤水分；节水农业

中图分类号：S512.1+10.61-1文献标识号：A文章编号：1001-4942（2013）04-0141-04

水作为物质运输、合成和转化的媒介物质参与作物的整个生长过程，直接参与作物的生长发育及生理代谢。水是贯穿土壤—植物—大气系统的动力因素，是作物生长发育过程中不可缺少的资源因子[1]。我国人均水资源量不足世界平均水平的1/4，居世界第121位[2]，水资源紧缺已严重制约着国民经济的可持续发展。我国农业用水占总用水量的70%以上，主要用于灌溉农田，而农业灌溉用水利用率仅40%左右[3]，灌溉水的生产效率（不足10 kg/m3）远远低于发达国家水平（20 kg/m3）[4]。因此，发展节水农业、提高农田水分利用效率[5，6]是缓解我国水资源紧缺，促进水资源有效利用和农业可持续发展的一项根本性措施[7]。本文围绕冬小麦生长发育过程土壤水分的利用问题概述了近年来冬小麦节水研究的许多新进展。

1冬小麦光合作用与土壤水分的关系

光合作用是作物最基本并且最重要的生理功能，因此，光合特性随土壤水分条件的变化情况是作物对水分状况反映的一个重要方面。土壤水分胁迫从3个方面影响光合作用：一方面认为土壤变干时，叶水势下降，膨压随之降低，从而引起气孔关闭[8]，切断外界CO2向叶绿体的供应，使光合作用受到明显抑制，光合速率降低[9]；第二方面，水分逆境使植株叶片中叶绿素含量减少，光系统活力明显降低，光合磷酸化和电子传递受到抑制[10]；第三方面，水分亏缺造成作物单株叶面积减少，光合能力受到抑制[11]。但也有人认为，轻度水分亏缺对光合速率无显著影响，严重水分亏缺条件下光合速率才显著降低[12]。关于灌水次数和时期对光合作用的影响情况，不同学者的研究结果不同，吴克宁等[13]指出全生育期不灌水，灌浆期冬小麦光合作用将受到气孔胁迫，光合速率下降，但水分利用效率提高；于振文等[14]研究表明，开花后各时期旗叶的光合速率与气孔导度均随灌水次数的增多而提高；王月福等[11]研究表明，小麦群体光合速率和旗叶光合速率均随土壤水分减少而降低。

2冬小麦干物质积累和转运与土壤水分的关系

作物在生长发育过程中，同化物在植株各器官不断地进行着转化与分配，并且受土壤水分状况的影响较大[9]。冬小麦籽粒干物质来源于开花后的光合产物和开花前储存在茎鞘的干物质，开花后叶片光合性能以及干物质的运输和分配状况决定了冬小麦的粒重。Yang等[15]指出，在小麦某些生育时期进行干旱处理，有利于同化物的转运，一定程度上提高了收获指数。陈晓远等[16]研究指出，小麦生长前期水分的相对不足或有限度的亏缺，有利于同化物向籽粒调运，并且提高了经济系数；而在小麦整个生育期都保持充足的水分，容易造成营养生长过盛，使经济系数降低。Virgona[17]认为花后土壤干旱会使冬小麦绿色器官光合产物下降，促进营养器官（根、叶、茎等）内储存物质向籽粒运输。Foulkes等[18]认为灌浆期水分亏缺显著增加了对花前积累碳库向籽粒的转运，植株在干旱胁迫下比灌溉条件下茎鞘储存碳库对籽粒产量的贡献大。郑成岩等[19]研究表明，在降水量为1280～2464 mm条件下，浇底水和拔节水处理的开花后干物质的积累量及其对籽粒的贡献率最高，灌水量过多显著减少了光合产物向籽粒的分配，产量降低。

3冬小麦氮素吸收和转运与土壤水分的关系

作物生产中水、肥之间存在着明显的交互作用，许多研究表明，水氮合理配合才能有效地提高作物产量[20]。水分不足会限制肥效的正常发挥，影响氮肥的作用[21]。小麦生育期水分胁迫影响其对氮素的吸收、运转及产量，拔节-抽穗期水分胁迫极显著地降低了冬小麦的氮素营养效率[22]。土壤水分亏缺使植株叶片等营养器官含氮量下降，将影响到光合作用、RuBP羧化酶的水平[23]。许振柱等[24]的研究结果表明，轻度土壤干旱并没有降低小麦叶片的氮素水平，这是由于轻度干旱限制了叶片早衰，促进了光合性能，形成了较高的产量；中度和严重干旱显著降低了氮素水平和作物产量；严重水分亏缺影响了植株对氮素的吸收，降低了营养器官在功能期的含氮量，进而影响到一系列的生理功能，使氮“源”减少，运输能力降低，同时，在小麦生育后期，随着土壤水分胁迫的进一步加剧，最后势必导致各营养器官氮素转移量和转移率的减少[24]。

小麦从开花至成熟，其根、茎和叶中的氮素在不断地进行着分配和再分配，主要是向穗部输出，小麦籽粒氮素的来源包括两个部分，一部分是花后直接吸收同化的氮素；二是开花前植株贮存氮素的再运转。对于多数品种而言，开花期营养器官氮素的再运转是籽粒氮素的主要来源，籽粒中的氮约有60%来自茎和叶前期贮存的调运[25]。许振柱等[26]的研究结果表明，小麦籽粒中的氮素来源于花前营养器官的比例随灌水处理的不同有很大差异，土壤水分严重亏缺时只有5565%，水分适宜时达9453%，后期过度灌水又降至7800%。而且严重土壤水分亏缺时，植株的总含氮量亦减少。

4冬小麦产量、水分利用效率与土壤水分的关系

在水资源日趋紧张的情况下，从优化用水的角度出发，应该首先考虑水分的利用率问题，从而确定其供水原则。最早有关植物水分利用的研究是以需水量表示的，Briggs和Shantz[27]用盆栽方法研究多种作物需水量发现，品种间存在极大差异；De Wit[28]证实，半干旱条件下田间作物产量与蒸腾蒸发量存在显著的线性关系，为作物水分生理研究奠定了基础。王天铎[29]将水分利用效率（water use efficiency，WUE）分为三个层次来考虑，即单叶水平、群体水平和产量水平的水分利用效率，其中产量水平的水分利用效率更接近农业生产实际，研究的也最多。

水分利用效率指植物消耗单位水量所产出的同化量[5，6]，反映植物生产过程中的能量转化效率，也是评价水分亏缺下植物生长适宜度的综合指标之一[3，30]。Wayne[31]认为作物在有限水分条件下的产量取决于作物对水分的获取、水分利用效率和收获指数，特别是在干旱半干旱地区，提高水分利用效率是提高作物产量的主要途径之一[32]。研究表明，小麦耗水量与WUE之间呈二次曲线关系[33]。王淑芬等[34]研究说明在平水和枯水年份，当灌水量较少时，产量和水分利用效率均随灌水量的增加而增加，当灌水量增加到一定程度时，再增加灌水量产量和水分利用效率反而下降。张岁歧等[35]研究指出，在水分有限的情况下，春小麦WUE随耗水量的增加而减少。刘文兆等[36]的试验表明，在适合的养分条件下，将小麦的灌水量由2 160 m3/hm2降到1 200 m3/hm2，比充分灌溉用水量减少约45%，水分利用效率提高了587%，产量却相差不大。贾秀领等[37]得出相似的结论。大量试验表明，WUE最高值一般不是在供水充足、产量最高时获得，蒸散量或耗水量的增加，又往往引起WUE的下降[38]。

作物不同发育阶段对水分亏缺的敏感性不同，即作物具有水分临界期或敏感期。关于冬小麦需水临界期的研究结果不很一致[39]，从拔节到成熟期都有报道[40，41]。一般认为拔节、开花期是冬小麦产量对水分较为敏感的两个时期[9]。有研究表明，冬小麦在孕穗期浇1水，在拔节期和开花期浇2水，在拔节期、开花期和灌浆期浇3水的灌溉效果较好[42，43]。刘彦军[44]认为，拔节、扬花和灌浆期灌水为最佳处理，而于振文等[14]提出的高产麦田的高产低定额灌溉方案是底水+拔节水+孕穗水。张忠学等[45]指出，在一定范围内，随灌水量增大，小麦生物产量提高，但是总灌水定额最大的处理并未获得最高籽粒产量，适度的限量灌溉可以降低麦田耗水量，提高水分利用率。Panda等[46]指出，在一定的水分胁迫下，小麦可以获得较高的水分利用率；在中等干旱条件下小麦耗水量大幅下降，而产量的降幅较小，有利于水分利用效率的提高。王德梅等[47]通过两年的试验研究也得出了相似的结论。可见，灌水对作物产量和水分利用效率的影响是复杂的。

5展望

目前关于冬小麦土壤水分利用的研究取得了较大进展，为节水农业的发展提供了一定的理论基础和参考依据。但由于冬小麦大田生长过程中外界环境的复杂性，很难去精确掌握土壤水分利用效率等问题，对大面积生产的指导意义也有待加强。总之，节约灌溉用水、充分利用降水，寻求以有限用水量获得最大或最佳产量水平，即作物产量与水分利用效率的协调统一，成为节水农业需要探索解决的中心问题。对于研究者，研究符合冬小麦耗水规律的灌溉制度，找到最适的灌溉时期和灌溉量，对节水农业的发展具有重要意义。

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