干旱區春小麥產量對溝壟參數和灌水技術的響應

孫克翠，張新民，2，金建新，王文娟，蘇向榮

（1.甘肅農業大學 工學院，蘭州730070；2.甘肅省水土保持科學研究所，蘭州730020；3.甘肅省水利科學研究院，蘭州730000；4.華南理工大學 輕工與食品學院，廣州510640）

水資源短缺已經成了制約西北內陸地區農業發展的關鍵因素，但同時在西北糧食主產區也存在著灌溉水量浪費、管理粗放、灌溉方法不恰當等現象。因此，制定合理的溝灌灌水技術參數勢在必行。小麥產量的90%～95%來自“光合作用”過程中形成的光合物質，小麥葉片是光合作用的主要器官，對籽粒產量的貢獻率很大，葉面積對作物生長和產量的影響很早就被人們所認識［1－3］。目前，小麥壟作技術的應用主要局限在冬小麥區，研究工作集中于壟作小麥的節水效應、田間小氣候的變化及其對小麥生理生態效應的影響［4］。鄧斌［5］研究了甘肅河西內陸區壟作春小麥各生育階段生理性狀、產量構成因子及水分利用率。張永久［6］研究提出張掖地區合理壟寬為60cm，溝寬15cm。張新民［7］等提出了在干旱地區粉砂質粘壤土和黏土宜采用合理的壟寬為20～50cm和20～35cm。但研究方法上未將壟溝參數與灌水技術參數結合，推廣應用缺少理論支撐。本文重點研究了不同的壟溝參數（壟坡、壟寬、溝深、溝寬）、灌水技術參數（溝長、溝坡、入溝流量）之間的組合對春小麥生長指標、產量和水分利用率的影響，以期為干旱區春小麥壟作溝灌生產實踐，大面積推廣應用與發展提供技術指導。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗在甘肅省水利科學研究院民勤節水農業生態建設試驗示范基地進行。試驗區位于民勤縣城以北約13.5km處的大灘鄉東大村，地理位置東經130°05′10″，北緯38°37′18″，海拔1 250m 左右，處于綠洲和騰格里沙漠交界地帶，屬典型的荒漠氣候，降雨稀少，蒸發量大，風沙多，自然災害頻繁。該地區多年平均氣溫7.8°C，極端最高氣溫39.5℃，極端最低氣溫－27.3℃，多年平均降雨量110mm，多年平均蒸發量2 644mm，日照時效3 028h，≥10℃，積溫3 145℃，＞0℃，積溫3 550℃，無霜期150d，最大凍土深115 cm，地下水埋深18—25m。試驗區土質為沙質黏壤土，0—60cm平均土壤容重為1.46g/cm3，田間持水量為22.27%，速效鉀177mg/kg，速效磷74mg/kg，有機質13%，液態氮含量12mg/kg。

1.2 試驗設計

供試品種為永良4號春小麥。小麥生育期劃分為出苗分蘗期（4月1日—4月20日）、拔節期（4月21—5月8日）、抽穗期（5月9日—5月27日）、開花期（5月28日—6月13日）、灌漿期（6月14日—7月1日）、成熟期（7月2日—7月20日）。本試驗采用機械播種，起壟、播種、整形、鎮壓一次性完成，于三月下旬播種，統一施肥，播種量為1 050kg/hm2。以壟溝參數（壟坡、壟寬、溝深、溝寬）與灌水技術參數（溝長、溝坡、入溝流量）為處理因子，進行對比設計，將試驗設5個處理，每個處理3個重復，共15個小區。具體試驗設計如表1所示。

表1 試驗設計方案

試驗區灌水方法為溝灌，利用水表嚴格控制水量。根據民勤春小麥的灌溉制度全生育期灌水5次，出苗分蘗期、拔節期、抽穗期、開花期和灌漿期灌水定額均為 600m3/hm2，成熟期灌水定額為 375m3/hm2。壟作溝灌栽培技術，開溝起壟，壟寬為40cm，種植3行小麥，壟寬為50cm，種植4行小麥，行距均為10cm，小區總面積1 072m2，機械起壟播種。各處理鋤草、施肥、松土等田間管理均保持一致。

1.3 測定項目及方法

（1）生物量的測定：小麥生育期間按不同處理分別在出苗期、拔節期、抽穗期、開花期和灌漿期各取樣1次，每處理固定取20株小麥，用鋼尺測量小麥的株高，用尺子測量計算葉面積。

（2）干物質的測定：在出苗期、拔節期、抽穗期、開花期和灌漿期5個生育階段每個處理各取20株小麥，將去掉根部（從地表外剪斷）的地上部分全部有機物質裝入牛皮紙信封，放入烘箱中，95°C殺青20 min，80°C恒溫下烘干至恒重，用電子秤稱其重量。

（3）光合勢的測定：每個處理固定選取5株小麥，在主要生育階段用葉面積儀測定小麥的葉面積。光合勢（LAD）是單位土地面積上葉面積持續時間。LAD＝（LA2－LA1）·（t2－t1），其中LA1，LA2分別為時間t1，t2時單位土地面積上的葉面積。

（4）土壤含水率。小麥播種前、主要生育階段灌水前后和收獲前一天每個重復沿著溝長方向分別在10，30，50m位置選擇三個取樣點，每個取樣點分別在壟坡、溝底中部、壟背中心處垂直向下每隔10cm取樣測定土壤含水率，取樣最大深度為80cm。采用烘干法測定土壤含水率。

（5）產量測定。成熟后，各處理分別選取1m測產，統計各小區的穗數，穗長，單穗顆粒數，樣本籽粒晾曬達到通常的標準后，除去空、秕粒，采用隨機選取1 000粒小麥籽粒，稱重，3次重復（組內差值不大于3%）取均值，為千粒重。

1.4 數據處理

試驗數據采用 Excel 2003和SPSS 19.0統計分析軟件進行數據分析。

2 結果與分析

2.1 不同壟溝參數對小麥干物質的影響

干物質是作物光合作用的最終形態，其積累及分配與經濟產量的形成密切相關［8］，由圖1可知，春小麥各生育期地上部分干物質累積量近似呈現出慢—快—慢的S形曲線，即苗期增長緩慢，拔節期后迅速增長，接近成熟期又增長緩慢的變化趨勢。不同的壟溝參數對干物質的影響變化規律基本一致，都在拔節期以后迅速增長。由表2分析可得，不同壟溝參數在小麥出苗期對干物質累積量的影響不顯著（p＜0.05），在拔節期T4處理的干物質累積量最高，達4.42g，比T1，T2，T3和T5分別高出30.3%，45.9%，1.81%和6.1%。抽穗期的情況與拔節期的類似；在開花期T3處理的干物質累積量最高，為55.4g，分別較 T1，T2，T4和T5增加了6.81%，18.57%，6.0%和15.88%，T4處理與T3處理差異不顯著（p＜0.01）；在灌漿期T4處理干物質累積量最高，為67.74g，與其他處理顯著性差異；在整個生育期內T4處理的干物質累積量基本都高于其他處理。

圖1 小麥各生育期地上部分干物質累計量的變化趨勢

表2 不同處理模式下小麥干物質的對比

2.2 不同壟溝參數對小麥株高的影響

株高是衡量作物生長發育狀況的一個有效指標，表3反映不同壟溝參數對小麥株高的影響，結果表明：出苗期T5處理株高最低為2.79cm，與其他處理差異性顯著（p＜0.05）；拔節期T1處理株高最高，為10.9cm，分別較 T2，T3，T4和 T5增加了7.52%，9.91%，6.97%和9.63%。抽穗開花期T3處理的株高較高，與其他處理差異性顯著；灌漿期T1處理的株高達到峰值為62.36 cm，與其他處理差異性顯著，較T2，T3，T4和T5處理分別增加了3.32%，2.26%，1.43%和3.27%。由表3整體分析看出，在其他參數不變的情況下，壟寬與小麥株高呈負增長的變化趨勢，由于灌水定額，入溝流量等相同的條件下，壟溝的側向入滲范圍是有限的，壟寬的加大，使小麥對溝中水分和土壤養分的競爭力加大，從而限制了小麥的生長發育；田面坡度，入溝流量和溝長對小麥株高的影響有待進一步研究。

2.3 不同壟溝參數對春小麥葉面積和光合勢的影響

從圖2可見，壟作春小麥葉面積在整個生育期間均表現出相似的單峰曲線變化，即小麥出苗后，葉面積開始緩慢增長，拔節期之后由于小麥營養生長和生殖生長同時進行，葉面積指數迅速增大，抽穗期小麥主莖葉數一定，旗葉生出，此時小麥葉面積達到峰值，即整個生育期內的最大值，開花期保持一段相對穩定的時期后，由于群體內個體間營養、光照、水分等競爭加劇，小麥下部葉片開始衰亡，導致葉面積急劇下降。

表3 不同壟溝參數對小麥株高的影響

圖2 小麥各生育期葉面積的變化趨勢

由表4分析可得，T3處理在整個生育期的總光合勢最高，T2處理最低，而T4處理與T3處理差異不顯著（p＜0.05），T3處理較T1，T2和 T5處理分別增加了6.49%，11.56%和4.24%。在其他參數不變的情況下，隨著壟寬的增大，小麥在整個生育期的總光合勢降低；在其他參數一定的情況下，溝長與小麥的總光合勢呈負相關的關系；田面坡度與入溝流量對小麥光合勢的影響不顯著。

2.4 不同處理對小麥產量及水分利用效率的影響

不同的壟作技術參數對春小麥產量和水分利用效率的分析結果如表5所示。

表4 不同壟溝參數對春小麥光合勢的影響 （m2·d）/667m2

表5 不同處理模式下小麥產量和水分利用效率

結果表明：不同處理之間產量的性狀差異性明顯，T4處理產量最高，達到9 142.87kg/hm2，較 T5處理增產1.5%，但與T5無顯著差異，較T1和T3處理分別增產10.5%和10.2%；T2處理的產量最低，僅為7 282.37kg/hm2，較T4處理低了20.3%，T2處理壟寬過寬、溝長較長，對溝中水分的競爭力較強，因此水分的不足限制了植株的生長。T5處理的穗長與穗粒數均高于其他處理，但由于T5處理的畝穗數較低，因此T5的產量低于T4。說明適宜的壟寬可以最大限度的發揮壟上小麥的受光條件和邊行優勢，有利于改善群體的通風和透光條件，提高作物產量［9－10］。

由T1，T2處理和T4，T5處理對比分析可知：在溝長，入溝流量，坡降相同的條件下，壟寬與春小麥產量與水分利用效率呈現負增長的趨勢，T2處理的產量與水分利用效率分別較T1處理降低了10.97%與9.8%，差異性顯著（p＜0.05）；T5處理的產量與水分利用效率分別較T4處理降低了1.5%與1.88%，但無顯著差異。在其他參數一定的情況下，隨著溝長的增加，小麥產量與水分利用效率呈現遞減的趨勢；T4處理組合模式的產量和水分利用效率較高，蓄水、保墑效果好，有利于植株的生長。

3 討論與結論

光合勢是反應群體光合性能的重要指標之一，群體光合勢的大小與產量高低呈顯著的正相關［11］。適宜的株高有助于減少小麥的抗倒伏能力，壟作種植方式能夠降低小麥第一節間的高度，提高小麥抗伏倒能力［12］，建立合理的群體結構有助于提高作物的產量，小麥的高產取決于對光能利用率的提高，而葉面積指數是反映小麥群體光和性能的重要指標。馬林等［13］楊靜敬等［14］研究表明小麥全生育期的葉面積和光合勢呈單峰曲線變化，峰值在抽穗期，本試驗進一步驗證了此理論；由于不同的種植方式對小麥群體內部的通風、透光狀況和光和產物的分配產生影響，而壟作種植能夠將更多的光合產物分配到葉片中［15］，增加小麥群體光合能力，為獲得較高的生物產量及經濟產量打下了基礎。

通過研究壟溝參數（壟坡、壟寬、溝深、溝寬）、灌水技術參數（溝長、溝坡、入溝流量）之間的優化組合對壟作溝灌小麥生長指標和產量及水分利用效率的影響，得出結論：在其他參數一定的情況下，壟寬與小麥株高呈現負增長的趨勢；在其他參數不變的情況下，隨著壟寬的增大，小麥在整個生育期的總光合勢降低；在其他參數一定的情況下，溝長與小麥的總光合勢呈負相關的關系；溝長50m、壟寬40cm、入溝流量1.5L/s、田面坡度1/1 000的參數組合為壟作溝灌春小麥適應生長的最優組合，此組合下小麥產量最高，為9 142.87kg/hm2；同時水分利用效率亦最高為29.18kg/（hm2·mm）。

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