试验于2013-2014和2014-2015年度两个小麦生长季分别在山东省兖州市小孟镇史家王子村和肥城市边家院镇南仇村大田进行,供试品种为高产冬小麦济麦22。同一年度在同一地块不同底墒条件下,设置不同补灌时期和补灌水平处理,研究补灌时期和水平对冬小麦耗水特性、碳氮代谢和籽粒产量的影响。底墒A、B(2013-2014年度)和C、D(2014-2015年度)播种期0-100 cm土层土壤相对含水量分别为52.2%、68.7%和82.1%、85.1%(土壤贮水量分别为201.5 mm、266.3 mm和317.0 mm、328.7mm),0-20 cm土层土壤相对含水量分别为32.5%、51.7%、69.4%、71.3%。2013-2014年度,以0-20 cm为拟湿润土层,在底墒A条件下,设置A1为播种期补灌至60%;A2为播种期补灌至60%,拔节期和开花期均补灌至100%;A3为播种期补灌至60%,越冬期、拔节期和开花期均补灌至100%;A4为播种期、拔节期和开花期均补灌至100%。在底墒B条件下,设置B1为播种期补灌至80%;B2为播种期补灌至80%,拔节期和开花期均补灌至100%;B3为播种期补灌至80%,越冬期、拔节期和开花期均补灌至100%;B4为播种期、拔节期和开花期均补灌至100%。2014-2015年度,以0-20 cm为拟湿润土层,在底墒C和D条件下,均设置T1为全生育期不灌水;T2为拔节期和开花期补灌至100%;T3为越冬期、拔节期和开花期均补灌至100%;T4为播种期、拔节期和开花期均补灌至100%。同时,于2013-2014年度,在底墒A条件下设置AS1-AS8共8个播种期补灌处理,其中AS1~AS7处理的计划湿润层深度均设为0-20 cm,土壤目标相对含水量依次设为40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%;AS8处理的计划湿润层深度设为0~30 cm,土壤目标相对含水量设为100%。在底墒B条件下设置BS1-BS6共6个播种期补灌处理,其中BS1-BS5处理的计划湿润层深度均设为0-20 cm,土壤目标相对含水量依次设为60%、70%、80%、90%、100%;BS6处理的计划湿润层深度设为0-30cm;各处理拔节期和开花期均以0-20 cm土层土壤相对含水量达到100%为目标进行补灌。1不同底墒条件下补灌时期对冬小麦籽粒产量和水分利用效率的影响1.1补灌时期对冬小麦耗水特性的影响在底墒a条件下,a3和a4处理与a2处理比较,补灌水量显著增加,促进了冬小麦对20-140cm土层土壤贮水的消耗,小麦全生育期土壤贮水消耗量和总耗水量显著增加,其中a4处理的增幅最大。在底墒b条件下,b3和b4处理与b2处理比较,冬小麦生育前期补灌水量增加,但对土壤贮水的消耗量减少,以b3处理的土壤贮水消耗量最低,总耗水量无显著差异。在底墒c、d条件下,拔节期和开花期补灌的基础上,于冬小麦播种期或越冬期补灌,显著增加全生育期灌水量和总耗水量,但对土壤贮水消耗量无显著影响。1.2补灌时期对冬小麦衰老特性的影响在底墒a条件下,a4处理与a2和a3处理相比,灌浆中后期旗叶超氧化物歧化酶(sod)、过氧化氢酶(cat)活性和可溶性蛋白含量高,丙二醛(mda)含量低,有利于延缓灌浆中后期旗叶衰老,延长光合功能期;在底墒b条件下,b3处理与b4处理之间无显著差异,其sod和cat活性均高于b2处理;在底墒c、d条件下,拔节期和开花期补灌的基础上,于冬小麦播种期或越冬期补灌,对旗叶sod、cat活性和mda含量无显著影响。1.3补灌时期对冬小麦碳代谢的影响在底墒a条件下,a4处理与a2和a3处理相比,花后旗叶净光合速率(pn)和气孔导度(gs)显著提高,细胞间隙二氧化碳浓度(ci)降低,灌浆期psⅡ实际光化学量子产量(Φpsii)和表观电子传递效率(etr)均提高;在底墒b条件下,b3和b4处理开花后旗叶pn、gs、Φpsii和etr均较b2处理高;在底墒c、d条件下,于拔节期和开花期补灌的基础上,增加播种期或越冬期补灌,对小麦旗叶叶绿素荧光参数和光合同化能力无显著影响。在底墒a条件下,a3和a4处理与a2处理相比,返青-成熟期的干物质积累量和开花后干物质在籽粒中的分配量均增加,a4处理成熟期的干物质积累量和开花后干物质在籽粒中的分配量增加的幅度显著大于a3处理。在底墒b条件下,b3和b4处理与b2处理相比,显著促进返青-成熟期干物质的积累及开花后干物质向籽粒中的分配量;在底墒c、d条件下,拔节期和开花期补灌的基础上,于冬小麦播种期或越冬期补灌,对冬小麦干物质积累与分配无显著影响。1.4补灌时期对冬小麦氮代谢的影响在底墒a条件下,a3和a4处理与a2处理比较,显著提高开花期营养器官氮素积累量、成熟期籽粒氮素积累量和营养器官氮素转移量,促进成熟期氮素向籽粒的分配,a4处理显著高于a3处理;在底墒b条件下,b3和b4处理均较b2处理有利于成熟期氮素向籽粒的分配,b3处理与b4处理之间无显著差异;在底墒c、d条件下,拔节期和开花期补灌的基础上,于冬小麦播种期或越冬期补灌,对小麦氮素吸收积累、分配和再分配无显著影响。1.5补灌时期对冬小麦籽粒产量和水分利用效率的影响在底墒a条件下,与a2处理相比,a3处理的穗数显著增加,千粒重和穗粒数无显著变化,a4处理的穗数和千粒重均显著提高;各处理籽粒产量表现为a4>a3>a2,但a4处理的水分利用效率显著低于a3处理;在底墒b条件下,b3和b4处理的千粒重和籽粒产量均显著高于b2处理,b3处理的水分利用效率显著高于b2处理。在底墒c、d条件下,拔节期和开花期补灌的基础上,于冬小麦播种期或越冬期补灌对籽粒产量无显著影响,但显著增加耗水量,降低水分利用效率。上述结果表明越冬期补灌效果受播种期土壤底墒和补灌水平的影响。(1)在播种期0-100cm和0-20cm土层土壤贮水量分别为201.5mm和13.7mm(土壤相对含水量分别为52.2%和32.5%)的条件下,冬小麦播种期、拔节期和开花期0-20cm补灌至100%的处理,籽粒产量显著高于播种期补灌至60%,越冬期、拔节期和开花期补灌至100%的处理,但水分利用效率显著降低。(2)在播种期0-100cm和0-20cm土层土壤贮水量分别为266.3mm和21.9mm(土壤相对含水量分别为68.7%和51.7%)的条件下,冬小麦播种期、拔节期和开花期0-20cm补灌至100%的处理,籽粒产量和水分利用效率与播种期补灌至80%,越冬期、拔节期和开花期补灌至100%的处理无显著差异。(3)在播种期0-100cm和0-20cm土层土壤贮水量分别为317.0-328.7mm和28.9-29.6mm(土壤相对含水量分别为82.1-85.1%和69.4-71.3%)的条件下,播种期和越冬期补灌均无益,只在拔节期和开花期补灌,即可获得高产和高水分利用效率。2不同底墒条件下播种期补灌对土壤含水量和小麦籽粒产量的影响在底墒a和b的0-100cm土层土壤贮水量分别为201.5和266.3mm,0-200cm土层土壤贮水量分别为554.2和586.4mm的条件下,播种期补灌,土壤水分平衡后,灌溉水在地块b下渗的深度较大,但主要集中在60cm以上土层,各处理0-10和0-20cm土层土壤含水量提高的幅度最大;小麦出苗率主要受播种期0-10cm土层土壤含水量的影响,而群体发育、干物质积累和产量形成则受播前土壤贮水量和播种期补灌水平的共同影响,播种期上部土层土壤含水量过低不利于幼苗发育,显著减少越冬至拔节期间的单位面积茎数,播种前0-100 cm土层土壤贮水量过低,即使播种期在一定范围内增加补灌水量,并于拔节期和开花期再行补灌,仍会制约小麦生育中后期的生长,导致成穗数和干物质积累量减少,产量降低。同一底墒条件下,小麦总耗水量和籽粒产量均随播种期补灌目标相对含水量的提高呈增加趋势,但补灌水量过多,籽粒产量不再增加,水分利用效率降低。