摘要
我国农业种植长期采用传统粗放型大水漫灌方式使得作物水分效率较低，目前水资源的浪费已成为制约西北灌溉农区产量最主要的问题之一，严重影响作物生产和农业上的可持续发展建设。沟垄种植是一种有效的集水方式，能减少冬小麦水分的蒸发量，测墒补灌是以冬小麦关键生育时期耕层土壤的含水量作为目标含水量，在关键生育时期测定土壤墒情，根据冬小麦关键生育时期下的目标土壤相对含水量和测定的土壤耕层含水量的差值进行补充灌溉，是一种合理有效的灌溉措施。沟垄种植和测墒补灌分别具有十分显著的集水和节水效应，两者的结合能否在西北灌溉农区充分发挥各自优势，充分利用降水的同时减少灌溉水用量，提高冬小麦水分利用效率，目前还需要进一步的研究。除此之外，对冬小麦的研究目前大多集中在水分对生长和产量的影响上，而淀粉作为谷类作物中最主要的组成部分，对冬小麦的品质至关重要。淀粉的分子多尺度结构、功能性决定了淀粉在食品方面等的重要作用，但水分对冬小麦品质尤其是对籽粒中淀粉结构和形成上的研究目前还较少。 基于此，本试验于2016～2018年两个生长季在西北农林科技大学农作物试验田进行，并以冬小麦作为研究目标，设定平作种植（FT）和沟垄种植（RF）两种种植方式，传统灌溉（TI）和测墒补灌（SI）两种灌溉方式，系统的研究了SI与RF下两种方式相结合的模式对冬小麦的生长、产量及淀粉品质的影响，利用田间农艺性状、光合作用、产量及产量构成等指标研究了冬小麦的生长和产量，同时利用了体积排阻色谱和广角X光衍射等技术，探究在SI和RF的条件下对籽粒中淀粉分子结构和晶体结构的影响。以揭示在RF的集水条件下和SI的节水效应下共同对冬小麦的生理指标、产量及品质的影响。为西北灌溉农区冬小麦的农业生产提供理论基础和技术支撑。本研究的主要结果如下： （1）在SI的条件下，冬小麦的生育进程中孕穗期和开花期提前了2～3天，因而影响到冬小麦的整个生育进程。RF+SI的处理下增加了冬小麦群体茎蘖数量，对冬小麦群体叶面积指数（LAI）、干物质量积累、净光合速率没有影响，显著降低了蒸腾作用，明确了RF+SI在减少灌溉水资源的情况下，能够保证冬小麦正常生长。在拔节期，四种处理的茎蘖数量为RF+SI＞RF+TI＞FT+TI＞FT+SI，RF+SI在各个时期的茎蘖数量与FT+TI相比高出24.3%～12.3%。RF+SI条件下在减少灌溉水的同时对LAI没有造成减少，和其他处理相比没有显著性差异。而RF与FT相比，在拔节期与开花期的干物质量积累分别提高了18%和23%，纵观冬小麦全生育期的干物质量积累，RF+SI的干物质量积累与其他三种处理相比没有显著性的差异。除此之外，RF+SI对光合参数也有一定影响，主要是降低了冬小麦在开花期的蒸腾作用，但对净光合速率和胞间CO2的值没有显著性的影响。 （2）在RF+SI的处理下，冬小麦在灌溉水减少的同时，保证了产量。在灌溉水利用效率方面，FT+TI、FT+RF、SI+TI和SI+RF四种处理分别为17.12%、16.44%、20.07%和18.87%（2016～2017）；17.89%、16.33%、21.83%、18.76%（2017～2018）。RF+SI的灌溉水利用效率相较于其他三种处理最多提高了9倍，水分利用效率与FT+TI相比分别提高了33.7%（2016～2017）和23.6%（2017～2018），与FT+SI相比提高了22.0%（2016～2017）和23.0%（2017～2018）。除此之外，RF+SI的处理下的冬小麦全生育期的总耗水量有显著的减少，虽然在SI的条件下会降低部分土层土壤水分含量，但在2016～2017降水较丰年，因为降雨量的补偿作用，SI对土壤含水量的影响作用有所降低，与其他三种处理相比没有显著性差异。 FT+TI、FT+RF、SI+TI和SI+RF四种处理的产量分别为6.4thm-2、6.9thm-2、7.3thm-2和7.6thm-2（2016～2017）；5.3thm-2、6.5thm-2、6.8thm-2和6.6thm-2（2017～2018），在FT处理下，SI的产量有所减少，主要是由于穗数的降低导致产量的下降，但是在RF+SI的处理下，对比FT+TI，产量分别高出5.8%（2016～2017）和4.6%（2017～2018）。在2016～2017年间，冬小麦产量RF+TI＞RF+SI＞FT+TI＞FT+SI，在2017～2018年间，冬小麦的产量RF+SI＞RF+TI＞FT+TI＞FT+SI，FI+TI的产量结果在两年间要显著高于FT+SI，反映了在FT条件下，TI因提供的水量较高导致产量更高。而RF的种植方式的确是能够提高产量的重要因素，因为在RF处理下的SI和TI的产量都要分别高于在FT下的SI和TI的产量。 （3）在对冬小麦加工品质的影响方面，RF条件下提高了冬小麦的粗蛋白和面筋湿基的含量，而RF+SI与其他三种处理相比减少了1.6%～2.0%的吸水率，在TI条件下，RF极显著的增加了沉降值，但在SI的条件下，沉降值结果恰巧相反。RF+TI与FT+TI相比，冬小麦的沉降值含量显著提高了8.5%～14.0%。RF+SI的面团稳定时间与FT+TI相比有所减少，但是与其他两种处理相比没有显著性差异。在对冬小麦外观品质影响方面，RF+SI的容重相对比于其他三种处理较高，四种处理的出粉率没有显著性差异。在对冬小麦淀粉影响方面，RF+SI处理对籽粒中淀粉结构和性质也有一定的影响，RF+SI条件下将支链淀粉（AP）峰值的位置从10.6mL右移到11.2mL，说明SI减少了支链淀粉分子量的大小。而在淀粉分子结构方面，SI主要将淀粉的直链淀粉含量（AM）下降了0.6%～0.7%，支链淀粉（AP）链DP13-24的含量下降了0.4%～0.5%。但其增加了支链淀粉链DP6-12（0.2%）和DP25-36的含量（0.3%）。SI对淀粉颗粒的相对结晶度略微有所降低，在两年内分别下降了0.6%和0.7%；同时也产生了更多的B型淀粉颗粒。RF+SI条件下降低了淀粉颗粒的比表面积（SSA）（0.2%），进而导致了淀粉（8%浓度条件下）粘度特性降低了30cP，抗性淀粉含量增加了3%，而FT+SI条件下则显示出对其相反的影响。 综上所述，沟垄种植和测墒补灌相结合处理对冬小麦生长有促进作用。对比平作传统灌溉，提高了产量，灌溉水利用效率和降雨利用效率远远高于其他三种处理，提高了冬小麦的籽粒品质，对西北旱作灌溉农区冬小麦高产高效、优质生产具有重要意义。
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