不同灌水定額對北疆小麥生長和產量的影響

陳凱麗，趙經華，馬 亮，馬英杰

(新疆農業大學水利與土木工程學院，烏魯木齊 830052)

新疆地處干旱半干旱地區，是我國典型的灌溉農業區，農業用水占總用水量的96%[1,2]。依據2011年全國農田灌溉用水有效利用系數表明，新疆農田灌溉用水的有效利用系數為0.491，顯著低于全國平均水平[3]。因此，提高農業水資源利用率，擴大節水灌溉應用面積便顯得尤為重要。滴灌是一種先進的現代化節水灌溉技術，與傳統節水灌溉技術相比，節水效率約提高70%～80%[4]。正確的系統設計和高水平的田間作物水分管理條件下，滴灌能夠適時適量地進行灌溉，在作物的根區創造出適宜的水、肥、氣、熱等條件，從而獲得節水、高產、優質的效果[5]。目前，新疆大部分地區已采用滴灌技術，己成為世界上應用滴灌技術面積最大的地區[6]，并產生了巨大的經濟效益。但對于種植的作物而言，大部分都應用在果樹、蔬菜、棉花等經濟價值較高的作物上[7-9]，對于小麥、玉米等經濟價值較低的糧食作物上應用滴灌灌溉的相對較少。新疆的第1大糧食作物是小麥，其種植面積占糧食作物的65%以上[10]。因此，探究滴灌小麥的合理灌溉制度，對于進一步發展新疆節水灌溉就顯得尤為重要。

1 實驗區概況和試驗方法

1.1 試驗區概況

試驗于2015年4-8月在阿爾泰地區福海縣闊克阿尕什鄉渾沃爾海進行(東經87°35′56″- 87°36′01″，北緯47°00′56″- 47°01′56″)。實驗站地勢平坦，坡度較小。此處稱為“臺地”，戈壁荒灘，與縣城高差約30～50 m，海拔平均高度445 m，多年平均氣溫為4.20 ℃，極端最高氣溫為39.30 ℃，極端最低氣溫為-41.20 ℃，多年平均降水量為121.90 mm，多年平均蒸發量為1 820.10 mm。土壤質地定為多礫石沙土，保水保肥性差，土壤肥力低下。土壤干密度1.56～1.70 g/cm3，田間持水率(體積比)12%～26%。

1.2 供試材料

供試品種為新春11號，4月20日播種，4月30日進入出苗期，8月5日收割。施肥和其他管理措施與當地大田一致。

1.3 試驗方法

本試驗采用不同灌水定額作為試驗自變量，用以探究滴灌下不同灌水定額對小麥生長和產量的影響。春小麥作物共設6個試驗處理(T1:225 m3/hm2；T2:300 m3/hm2；T3:375 m3/hm2； T4:450 m3/hm2；T5:525 m3/hm2；T6:600 m3/hm2)。每個處理設置3個重復試驗，即春小麥作物種植區共設置18個灌水小區。小區排列采取隨機區組設計，每小區長42 m，寬7.2 m，小區面積302.4m2，折合0.030 24 hm2。

春小麥灌溉方式采用滴灌系統，滴管帶為北屯雨潤節水設備公司出產的單翼迷宮式滴灌帶，毛管間距0.6 m，滴頭間距0.2 m，壓力0.1 MPa時滴頭流量3.6 L/h。春小麥全生育期共澆水11次，分別為4月24日，5月15日，5月22日，6月1日，6月8日，6月15日，6月20日，6月25日，7月1日，7月9日，7月14日。

1.4 測試項目及方法

(1)株高。自出苗后，每隔15 d用米尺測量一次株高。測量方法為：每小區取25 cm行長的樣本，剪去根部，留下地面以上部分，量取其長度，并取每小區平均值為該小區株高。

(2)葉面積指數。測定方法為長寬系數法，校正系數取0.75[11]。在每個生育時段初期，各小區的分別取25 cm行長的樣本，確定其分蘗數，從中選取5個分蘗并用直尺測量小麥分蘗上葉片的最大長、寬。

(3)考種。在收獲前按小區選取典型樣品，進行室內考種。考種指標有效穗數、每穗粒數、千粒重。

(4)產量。成熟后按小區收獲，單打單收，并計產。

2 實驗結果與分析

2.1 不同灌水處理對小麥生長指標的影響

2.1.1不同灌水處理對株高的影響

由圖1可知，灌水定額的大小直接影響小麥的株高，在一定范圍內，小麥的平均株高隨著灌水定額的增大而增大，且在15 d(分蘗期)后株高因灌水定額不同而差異顯著。這是因為小麥在生長初期，植株矮小，蒸騰作用較小，對水分需求量較低。但隨著小麥植株生長發育增快，出苗15 d后，需水強度逐漸增大，植株對水分需求量逐漸變大，故株高會隨著灌水定額的增加而增大。在各生育期內小麥生長速度也有差異，在15～30 d的折線斜率最大，說明小麥這一時期株高生長最快，平均日增長量達到1.3 cm，其次是30～45 d，但其增長量比15～30 d少69%，而后生長緩慢。灌水定額低處理(T1、T2)的小麥出現了水分嚴重虧缺，達到了對小麥生長不利的程度，因此株高相對其他處理，明顯較低。在T6和T5處理下的小麥株高差異不顯著，在出苗后60 d以內，T6處理的小麥株高均大于T5處理，60 d以后，株高都略小于T5處理，且差幅都在1 cm以內，說明在灌水定額在T5處理以上的水分不再是影響小麥株高的主要因素，過多的灌水量反而會抑制小麥株高生長。但是T5，T6與其他灌水定額處理的小麥株高差異顯著，說明在一定范圍內水分是影響春小麥的株高增長的主要因素，且T5，T6是最適宜小麥株高增長的灌水定額。

圖1 小麥株高生長變化

2.1.2不同水分對葉面積指數的影響

葉片是光合作用的主要器官，葉面積對小麥產量形成具有較大的影響，故葉面積指數是小麥生長狀況的重要指標[12]。由圖2可知，各處理間小麥葉面積指數變化趨勢相同，均為先增后減。不同灌水處理下的小麥在出苗15 d(分蘗期)內差異不顯著，說明此時小麥需水量較小。出苗15 d后，葉面積指數逐漸增長，在45 d左右達到最大值。此階段葉面積指數因灌水定額的不同而差異顯著，其中，葉面積指數最大為7.5，最小為3.72，差幅達到50.4%。在出苗60 d后，由于植株底部葉片干黃衰落，因此葉面積指數減小。在一定灌水定額范圍內(T1～T4)，葉面積指數都隨著灌水定額的增大而增大，但是T5處理除了在出苗90 d時略小T6處理，在整個生育期內都大于T6，說明過多的水分反而不利于葉片的伸展，養分的產生，進而影響產量。

圖2 小麥葉面積指數變化趨勢

2.2 不同水分處理對春小麥產量構成因素及產量的影響

2.2.1不同水分對春小麥產量構成因素的影響

表1為作物收割后統計出的千粒重、有效穗數、單穗粒數、產量，表2為千粒重、有效穗數、單穗粒數、產量的方差分析。由分析可得，不同灌水量對產量構成因素影響程度的大小依次為單穗粒數>有效穗數>千粒重。由表2可知，T1處理的小麥有效穗數和千粒重和其他處理差異顯著或者極顯著，但其他處理的小麥有效穗數和千粒重之間并無顯著差異。以T1作為對照，其他處理的小麥有效穗數增加了33.85%～42.06%，千粒重增加了25%～43.83%。說明在現有條件下，不同灌水量對小麥有效穗數和千粒重影響并不顯著，只有在灌水量非常低的情況下才會影響有效穗數、千粒重。不同灌水量對單穗粒數的影響最大，T1、T2、T3處理分別與T5、T6處理的小麥單穗粒數差異顯著或者極顯著，且單穗數最大為36.5粒，最小僅為19.5 粒，差幅達到87%。綜合比較下，T5、T6處理的灌水定額是最有利于小麥產量構成因素增長的灌溉制度。

表1 不同灌水定額處理下滴灌小麥產量指標

表3為產量與千粒重、有效穗數、單穗粒數的偏相關分析，經對比可得，單穗粒數對小麥的產量影響最大，在0.01水平上達到了顯著相關，這與張明響[13]研究的穗粒數對產量的直接作用最大，呈顯著正相關是一致的。傅兆麟[14]研究，小麥的有效穗數主要由孕穗期決定，單穗粒數主要由抽穗揚花期決定，千粒重主要由灌漿期決定。保證高產的關鍵得保證孕穗期到灌漿期適宜的灌水量，尤其要保證抽穗揚花期的灌水量，避免出現水分虧缺。

2.2.2不同水分對春小麥產量的影響

由表4可知，小麥的實際產量都未達到理論產量的85%，實際產量隨著灌水定額的增大呈現先增大后減小的趨勢，T5處理的小麥產量達到最大，且T5處理的理論產量和實際產量的誤差率達到了最小，僅為0.4%，水分生產率最高，達到2.8%，這是常規地面灌溉方式根本達不到的，充分體現了滴灌技術節水高產的優越性。由表2分析可知，處理T5、T6的實際產量之間差異不顯著，但它們都分別極顯著高于處理T1，T2，T3，說明灌溉量的多少對最終產量影響是顯著的。綜合比較T5、T6處理，T5處理是最有利于小麥節水增產的灌水定額，水分生產率在現有條件下已達到最大，在T5灌水處理的基礎上繼續增大灌水定額，不再有利于小麥產量的增長，且實際產量與理論產量的誤差率會越來越大，達不到節水灌溉增產的目的。

表2 不同灌水定額處理下滴灌小麥產量指標的方差分析

注:*為p<5%顯著水平，**為p<0.01顯著水平。

表3 產量與產量構成因素之間的偏相關分析

注:*為p<0.05顯著水平，**為p<0.01顯著水平。

表4 不同灌水定額處理下小麥的產量 kg/hm2

3 結 論

(1)小麥的生長指標(株高、葉面積指數)都隨著灌水定額的增大而增大， T1、T2處理的小麥因水分嚴重虧缺，顯著影響小麥的正常生長發育。T5和T6處理的小麥株高和葉面積指數差異不顯著，且當灌水定額在T5處理以上時，影響小麥生長發育的限制因素與灌水量的相關性大為減弱，同時過多灌水反而不利于小麥的生長。

(2)利用方差分析和偏相關分析等統計學方法可知，不同灌水量對產量構成因素影響程度的大小依次為單穗粒數>有效穗數>千粒重，且單穗粒數對產量影響最大，呈顯著正相關。經綜合分析可知：T5、T6處理的灌水定額是最有利于小麥產量構成因素增長的灌溉制度。

(3)經綜合比較，525 m3/(hm2·次)(T5)是最有利于節水增產的灌溉制度, 水分生產率在現有條件下已達到最大。在T5灌水處理的基礎上繼續增大灌水定額，不再有利于小麥產量的增長，達不到節水灌溉增產的目的。該試驗結果可為北疆地區滴灌小麥探究最優的灌溉制度提供合理的參考依據。

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