旱地冬小麥抗旱節水技術綜述

摘要：總結了當前旱區小麥生產中存在的主要問題，提出提高小麥產量的有效抗旱節水措施，包括選擇適宜類型的品種，適期、適量播種，合理施肥，發展調虧灌溉，推廣小麥地膜栽培和秸稈覆蓋栽培技術。

關鍵詞：冬小麥；旱區；水資源；節水農業

中圖分類號： S512.107 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2014）07-0077-03

收稿日期：2013-10-16

基金項目：國家科技支撐計劃（編號：2011BAD11B02）；山東省自主創新專項（編號：2012CX90202）。

作者簡介：賈亮，男，山東臨沂人，碩士，研究方向為旱地水肥管理與植物營養調控。E-mail：jialiang624@foxmail.com。我國水資源嚴重缺乏，雖然水資源總量約有2.8萬億m3，居世界第6位，但人均占有量僅有2 240 m3（按照國際公認的標準，人均水資源占有量低于3 000 m3為輕度缺水），居世界第88位，我國是全球13個人均水資源最貧乏的國家之一[1]。同時，我國作為一個缺水的農業大國，農業用水量占總用水量的60%～70%[1]，水資源利用效率僅為30%～40%，遠低于發達國家的70%～80%[2]。水資源的缺乏和利用率低下已成為影響我國農業發展和糧食生產的重要問題。據報道，我國的糧食生產主要依賴于占國土總面積40%的半干旱區[3]。因此，半干旱區農業生產狀況不僅直接影響我國的農村經濟發展，還影響我國的糧食安全乃至社會安定。為解決該問題，有關研究領域不斷向節水、高效、環保的領域擴展，以保證農業和水資源的可持續發展。

小麥是我國北方地區主要糧食作物，也是種植面積僅次于水稻的糧食作物，在國家糧食安全中起著至關重要的作用。小麥種植范圍廣且分布相對集中，但水資源缺乏的旱地小麥種植面積占全國小麥總種植面積的1/4。據報道，旱地小麥的產量僅為全國小麥平均產量的48.2%，是我國小麥生產的“拖腿田”，也是提高我國小麥產量潛力最大的地區[4]。大量研究表明，旱地小麥種植區造成小麥減產的主要原因是干旱脅迫[5-9]。因此，旱地農業發展的出路在于發展節水農業，充分利用水分和養分之間的關系，在不增加施肥量的前提下，使水分和養分發揮最大的增產效果。本文總結了當前旱區小麥生產中存在的主要問題，提出提高小麥產量的有效抗旱節水措施，旨在為發展節水農業和保障糧食安全提供參考。

1旱區小麥生產現狀及存在問題

1.1旱區降水量少而集中，蒸發量大

旱區平均年降水量約250～600 mm，降水量少且季節分配不均，其中70%的降水集中在6—9月，且多以暴雨形式出現，蒸發量很大，水面蒸發量為降水量的2倍以上。如黃土高原旱地降水較少，降水季節分配不均，與小麥生長季節錯位，并且由于灌溉條件受限，小麥產量低而不穩[10]。

1.2干旱地區土壤瘠薄

旱地麥區除少數地方土壤肥力較好，大部分地區干旱貧瘠，水資源短缺直接影響了植物生長和土壤養分積累。而且，嚴重的風蝕和水蝕又進一步導致土壤流失，土壤養分減少，土壤結構和理化性狀差，蓄水保水能力差，土壤肥力退化[11]。經過長期耕作，天然肥力耗竭也會導致土壤有效養分減少，尤其是氮素缺乏；我國40%的旱地土壤全氮含量低于 0.75 g/kg[12]。土壤貧瘠制約了作物對水分的吸收利用，也限制了作物產量的增加。因此，養分缺乏也是制約旱地小麥產量提高的主要因素之一[5]。

1.3播種期偏早，播種質量不高

近年來由于全球氣候變暖以及小麥品種特性的變化，小麥冬前幼苗旺長，冬季、春季凍害的現象較為普遍[13]。有研究表明，干旱且沒有灌水條件的地區偏早播種會使小麥凍害發生概率大幅提高，如果冬小麥播種過早，其發育進程提前，冬前旺長，抗寒力削弱，一旦遇上低溫、霜凍極易受凍害，將嚴重影響小麥生產[14]。

1.4管理簡單粗放，病蟲草害防治不及時

近年來城鎮化高速發展，農村勞動力不斷減少，而留守勞動力多為弱勢群體，文化素質不高，造成農田管理簡單粗放。施肥“一炮轟”、重氮輕磷；灌溉“一窩蜂”，有水就灌，沒水也不管[13]。不科學的田間管理也會直接導致小麥減產。

1.5經濟基礎較差

旱地小麥產區多為農村經濟貧困地區，農業結構單一，農民文化素質較低，農業機械化水平低，作物布局不合理，品種選用不當，這也是影響旱地小麥產量提高的重要因素之一[15]。

2旱區小麥抗旱節水的主要方式

2.1因地制宜，科學規劃，改進灌溉技術

隨著農業和科學技術的進步，農田節水措施也越來越多樣化，因地制宜的田間節水工程，小畦灌、溝灌、膜下灌以及噴灌、滴灌等高效節水技術已快速發展，這對旱區作物可持續發展有重要意義[16]。隨著2013年中央一號文件的出臺，專業大戶、家庭農場、農民合作社等農業規模經營不斷擴大，這更有利于促進田間節水工程設施充分利用，提高水資源利用效率。

2.2選擇適宜類型的品種，并適期適量播種

由于旱地缺乏水資源，旱地冬小麥品種多以抗旱性為主。各地水資源不平衡，有季節性差異，因此要選擇適合本地區的抗旱小麥品種[17]。與一般小麥品種相比，抗旱小麥品種根系發達，可以吸收深層土壤水分，干旱時小麥有較強的水分補償能力。適期、適量播種同樣重要，大量研究表明，小麥適期、適量播種可以充分利用冬前的熱量資源，培育壯苗，增強抗逆力，為提高成穗率和小麥高產奠定基礎[18-19]。

2.3結合小麥養分需求規律和測土配方技術進行平衡施肥，重視有機肥配施

施肥是提高小麥等作物產量的關鍵技術措施，而且施肥與作物的抗旱性的關系極其密切。合理施肥是調節作物水分利用狀況，降低水分脅迫造成危害的有效途徑[20]。

大量研究表明，通過合理施肥不僅可以顯著提高旱區作物的經濟產量，也有利于提高作物水分利用效率[21-26]。因為施肥促進了作物根系的生長，從而增加了作物對土壤深層水分的利用，起到“以肥調水”作用。也有研究表明，氮肥、磷肥、鉀肥的合理配施可以有效促進植株的生理抗旱性，尤其是磷素營養具有提高耐旱能力和御旱能力的雙重功能[27]。旱地作物生產中，有機肥配施對提高土壤肥力和作物產量也有重要意義[28]。有機肥與化肥配施不僅可以顯著增加土壤養分，還可以明顯增強土壤酶活性，促進土壤有機養分轉化，從而促進作物對養分的生長和利用，提高作物產量[29-30]。

2.4調虧灌溉，補充灌溉

調虧灌溉是指從作物自身的水分利用特點出發，在作物生長的某一階段，主動施加一定程度的水分脅迫，提高其抗旱能力，從而達到有效利用光合產物，提高水分利用效率和產量，提高作物經濟產量和經濟價值的目的[31-32]。補充灌溉又稱有限灌溉，是指在水資源短缺的狀況下，降低作物整個生育期的供水量，將有限的水資源分配利用到作物對水分的敏感時期或作物生長關鍵期，而滿足作物的生長需要和降低作物因干旱造成減產的可能，最終提高旱地農業生產的作物產量以及水分利用效率。

已有研究表明，拔節期為小麥千粒重、穗粒數的水分虧缺敏感期[33]，在拔節期供水供肥可以顯著地提高小麥產量，同時增加穗粒數和千粒質量[34-35]。適時適量的灌水，可以有效促進小麥根系生長和水分的利用，提高小麥產量和水分利用效率[36]。而在高產范圍內適當減少供水量，也可保證作物產量和水分利用效率同時穩定在較高的水平上，并獲得最佳的經濟效益[37]。因此，在旱地降水資源稀少的條件下，根據作物對水分的生理需求特性，發展調虧灌溉和補充灌溉的節水灌溉技術，對提高水資源利用率，增加旱地小麥產量和實現旱地農業可持續發展有重要意義。

2.5小麥秸稈覆蓋、覆膜栽培和壟溝栽培等栽培措施

秸稈覆蓋、地膜覆蓋及壟溝栽培等栽培措施被認為是我國旱地農業發展節水農業的主要途徑[38-39]，對實現我國的旱地節水農業和可持續發展農業有重要意義[40]。

秸稈覆蓋是以作物莖稈、糠皮或綠肥為覆蓋物，將其粉碎后覆蓋于作物田間表面，具有改善生態環境、培肥地力、提高資源利用效率和增產增收的重要作用[41]。秸稈覆蓋不僅可以補充土壤養分，增加土壤有機質和孔隙，還可以改變作物耗水規律，降低土壤水分的消耗和提高土壤水分利用，從而提高作物水分利用效率和經濟產量[42-44]。

地膜覆蓋也是作物節水的一項重要措施，并且在棉花、小麥、玉米等作物栽培上進行了大面積推廣應用[45-46]。地膜覆蓋有利于調節地溫，改善農田水分供給，提高作物水分利用效率和產量[47]。有研究表明，覆膜結合壟溝栽培技術對旱地小麥也具有顯著的增產作用[48-49]，壟溝和覆膜可以改善土壤表層的溫度和土壤耕層水分環境，促進作物生育期的提前和土壤水分的利用[48]。也有研究表明，在旱地有限水資源條件下，壟溝覆膜技術與合理施肥相結合，可以明顯提高水分利用效率和提高作物產量[49]。

2.6抗旱劑和緩控釋肥、微生物肥料等新型肥料的應用

隨著科學技術的不斷進步，肥料向復合高效、緩釋控釋（長效）和環境友好等多方向發展。目前，新型肥料已得到快速發展和廣泛應用，如緩釋和控釋肥料、水溶肥料、穩定性肥料、腐殖酸類肥料、多功能肥料、生物肥料等。它不但提高了作物的產量和肥料利用效率，還有助于改善環境質量[50-51]。

植物生長調節劑被用來調節和控制作物的生長發育，增強作物在水分脅迫下的適應能力，提高植株抗旱性，從而提高作物產量。施用保水劑等抗旱劑對于作物高效利用水資源、提高作物產量和經濟效益有重要作用。大量研究表明，施用抗旱劑可以提高小麥植株抗旱能力，促進籽粒灌漿，改善營養品質，并防止后期病害，從而起到抗旱增產的作用[52-54]。也有研究表明，施用抗旱劑不僅有利于作物增強抗旱性和提高產量，還有利于改善土壤微生物環境，減緩傳統農藥及化肥對環境的污染[55-56]。

2.7科學田間管理

為提高旱地小麥產量，還須加大農技培訓力度，指導農民做好科學田間管理。在病蟲害防治上，要堅持“預防為主、綜合防治”的原則，加強重點病蟲害地區的監測，改善傳統的防治手段，推廣適時有效的防治措施。

3研究展望

干旱缺水和養分缺乏是旱區小麥生產的主要限制因素。科研工作者在促進旱地小麥生產的施肥種類、施肥方式、灌水以及栽培措施等方面已做了大量研究，但在生產實際應用中，一般僅應用單一或2種技術措施，多方面措施綜合利用并未全面發展。因此當前抗旱節水農業應該向工程節水、農藝節水、生物節水、管理節水等技術有機結合與集成的方向發展，進一步提高農業的綜合效益和促進可持續發展[57]。

隨著小麥抗旱機理和抗旱基因研究的深入，通過分子生物技術培育抗旱作物品種已取得一些進展。已有研究表明，通過提高水分利用效率和收獲指數來改善作物的各種性狀，然后利用生物新技術可以培育出高水分利用效率的高產耐旱品種[58]。雖然通過基因工程手段改良小麥的抗旱性仍存在一些問題，但隨著對小麥抗旱分子機理認識的不斷深入和分子生物技術的不斷發展，抗旱小麥育種的技術將更加成熟。而通過基因工程培育抗旱品種與小麥生產栽培等多項技術相結合，將成為促進旱地小麥穩產和旱地農業可持續發展的重要途徑。

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