不同滴灌量下冬小麥耗水特性及干物質積累分配研究

孫乾坤，章建新，趙連佳，薛麗華，段麗娜

(1.新疆農業大學農學院， 新疆 烏魯木齊 830052； 2.新疆農業科學院糧食作物研究所， 新疆 烏魯木齊 830091)

不同滴灌量下冬小麥耗水特性及干物質積累分配研究

孫乾坤1，章建新1，趙連佳1，薛麗華2，段麗娜1

(1.新疆農業大學農學院， 新疆 烏魯木齊 830052； 2.新疆農業科學院糧食作物研究所， 新疆 烏魯木齊 830091)

在2013—2014年、2014—2015年田間試驗研究了W1(2 550、2 325 m3·hm-2)，W2(3 450、3 000 m3·hm-2)，W3(4 350、3 675 m3·hm-2)，W4(5 250、4 350 m3·hm-2)4種滴水量處理對0～140 cm土層含水量及小麥葉面積指數、光合勢、干物質積累分配、水分利用效率及產量等的影響。結果表明，拔節至灌漿期間，在每次滴水225～900 m3·hm-2的范圍內，增加滴水量主要直接增加0～60 cm土層含水量，間接減少60～140 cm土層儲水消耗量，W4土壤儲水消耗較W1減少50%左右；增加拔節至成熟期間冬小麥群體葉面積指數、光合勢；增加干物質積累量和花后光合產物對子粒的貢獻率，降低花前營養器官貯藏物向子粒的轉移量、轉移率和其對子粒的貢獻率，增加產量、降低灌溉水利用效率。總滴水量大于3 675 m3·hm-2(其中，拔節至灌漿期間的滴水量大于2 700 m3·hm-2)增產不顯著，并且大幅度降低灌溉水利用效率。降水量對冬小麥產量形成影響很小，灌水量對小麥產量和水分利用效率起決定性作用；北疆冬小麥全生育期適宜總滴水量為3 450～3 675 m3·hm-2(其中，拔節期、孕穗期、開花期、灌漿期各450～675 m3·hm-2)，可以獲得的產量是6 737.4～8 604.1 kg·hm-2。

冬小麥；滴灌量；耗水量；干物質積累；產量；水分利用效率

新疆作物生產必需依靠灌溉，灌溉水資源匱乏是限制新疆農作物生產發展的重要因素。冬小麥是新疆種植面積最大的糧食作物。目前，仍然主要采用漫灌方式，灌溉水利用效率不高，節水潛力很大，節水高產是新疆小麥生產發展的必然趨勢。目前，滴灌技術已在新疆小麥生產上大面積應用，節水、增產效果顯著[1]，且應用面積逐步增大。滴灌技術不僅能通過局部濕潤的方式將水肥控制在根區內促進作物對水分和養分的吸收利用,還能減少地表徑流、棵間蒸發和深層滲漏[2]。滴灌條件下的水分利用效率顯著高于漫灌[3-4]。Arafa等[5]小麥滴灌研究表明，產量比噴灌少16%～27%, 但可節水43%～76%。謝小清等[6-7]管栽試驗認為增加滴灌量，增加土層濕潤深度，促進深層根系生長，并延緩衰老。田間試驗認為隨著每次滴灌量增加，水分在水平方向的擴散距離增大，避免遠離毛管處小麥受旱[8]。滴灌量特別是春季滴灌量對冬小麥產量和灌溉水利用效率影響很大。有關滴灌量對冬小麥耗水特性和產量及水分利用效率的影響缺乏系統研究[7，9-10]。本文研究了高產麥田拔節期至成熟期間不同滴灌量對冬小麥耗水特性、干物質積累分配及產量的影響規律，為冬小麥節水高產栽培提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區基本概況

試驗于2013—2014、2014—2015年在新疆農業科學院瑪納斯實驗站進行，實驗站降水資源見表1。參試品種為新冬18號。

2013—2014年施基肥前取土樣測定0～20 cm土壤養分，有機質為2.49%，堿解氮51.03 mg·kg-1、速效磷為21.46 mg·kg-1，速效鉀為217.0 mg·kg-1。基施尿素45 kg·hm-2，磷酸二銨375 kg·hm-2，2013年9月25日播種，行距15 cm，兩毛管間距60 cm。在拔節期用環刀分別取(重復3次)0～20、20～40、40～60、60～80、80～100、100～120、120～140 cm土樣測定容重，結果分別為1.6、1.7、1.6、1.6、1.6、1.6、1.6 g·cm-3。拔節期、孕穗期分別滴入尿素225 kg·hm-2。6月24日至29日成熟。

2014—2015年施基肥前取土樣測定0～20 cm土壤有機質含量為2.27%，堿解氮53.21 mg·kg-1、速效磷含量23.23 mg·kg-1，速效鉀含量為231.3 mg·kg-1，0～140 cm拔節期測土壤容重同2014年。基肥和追肥同2013年，2014年9月25日播種，行距15 cm，兩毛管間距60 cm。小麥生長期間各月累計降水量見表1。6月21日至29日成熟。

1.2 試驗設計

2013—2014年、2014—2015年試驗全生育期設W1(2 550、2 325 m3·hm-2)，W2(3 450、3 000 m3·hm-2)、W3(4 350、3 675 m3·hm-2)、W4(5 250、4 350 m3·hm-2)4種滴灌水處理，具體滴水時期和滴水量見表2。田間按滴水量從多到少的順序排列，試驗小區長7 m、寬4.2 m，面積29.4 m2，重復3次，各處理間設2 m寬隔離帶。

表1 冬小麥生長期間各月的累計降水量/mm

表2 各滴水處理的滴水時期和滴水量/(m3·hm-2)

注：2014年春季灌水日期分別為：4月25日、5月9日、5月29日、6月11日；2015年春季灌水日期分別為：4月22日、5月4日、5月28日。

Note: The irrigation were performed on April 25th, May 9th, May 29th, and June 11th in 2014 and those for 2015 were April 22nd, May 4th, May 28th.

1.3 主要測定項目及方法

1.3.1 土壤含水量測定 播種前用鋁盒烘干法測定0～140 cm土層含水量(每層20 cm，共分7層)。春季從滴頭水前1天開始，每7 d左右測定一次0～140 cm土層含水量(在毛管間距1/2處取樣，分層同上)，測至成熟期停止，在每次滴水前、后，各處理加測1次0～20、20～40、40～60 cm土層含水量，重復2次。

1.3.2 葉面積指數、光合勢及干物質的測定 在2014、2015年分別于拔節期(04-20、04-25)、孕穗期(05-13、05-11)、開花期(06-02、05-20)、灌漿期(06-16、06-11)各處理選取具代表性30個莖，用長寬系數法測定葉面積，同時選樣點0.3 m2測定單位面積總莖數，重復3次，計算各處理葉面積指數(LAI)和光合勢；每次將各處理植株樣在80℃下烘至恒重，分別稱重計算干物質量。

葉面積指數(LAI)=綠葉面積/土地面積

光合勢=(L2-L1)×(T2-T1)，式中L表示葉面積，T為時間。

1.3.3 花前營養器官貯藏物轉移量、轉移率及其對產量的貢獻率測定 開花期各處理分別選取當天開花且大小相似的莖80個掛牌標記，開花當天各處理分別自莖基部取10個莖烘干稱重，重復3次；成熟期各處理分別自莖基部取開花期掛牌莖10個，重復3次，烘干稱總重后，脫粒稱粒重，計算花前營養器官的物質轉移量、轉移率和貢獻率。

營養器官開花前貯藏同化物轉運量(kg·hm-2)=開花期總干重-成熟期營養器官干重

營養器官開花前貯藏同化物轉運率(%)=營養器官開花前貯藏同化物轉運量/開花期總干重×100%

開花后同化物輸入子粒量(kg·hm-2)=成熟期子粒干重-營養器官花前貯藏物質轉運量

營養器官開花前貯藏同化物對子粒產量的貢獻率(%)=開花前營養器官貯藏物質轉運量/成熟期子粒干重×100%

1.3.4 產量和水分利用效率的測定 各處理分別取3個具有代表性的樣點(每點4.5 m2)實收、單脫，曬干后稱重，以3個樣點平均值計算折合產量。

水分利用效率(%)=經濟產量/總耗水量

總耗水量=土壤貯水消耗量+小麥生長期總降水量+總灌水量

土壤貯水消耗量=140 cm土層播種時貯水量-成熟時140 cm土層貯水量

灌溉水利用效率(kg·m-3)=子粒產量/總灌水量

水分利用效率(kg·m-3)=子粒產量/總耗水量

1.4 數據處理

用Excel 2010進行數據處理，Sigmaplot-v10進行圖表的繪制，用SAS8.0進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同滴灌量處理對0～140 cm土壤含水量的影響

不同滴水處理0～140 cm土層含水量變化見圖1。各滴水處理0～20 cm土層含水量在灌水前、后連續呈現明顯的“谷”、“峰”變化，20～40 cm土層含水量除W1處理外，其余處理在灌水前、后仍連續呈現明顯的“谷”、“峰”變化，40～60 cm土層含水量僅W2、W4連續呈現明顯的“谷”、“峰”變化，增加每次滴水量，增大0～60 cm土層含水量，以0～20 cm土層增幅最大，其次是20～40 cm土層，40～60 cm土層最小；隨著滴水量的增加，開花后60～140 cm土層含水量降幅明顯減少；兩年結果相似，同一處理(如W1)2014—2015年較2013—2014年少灌最后1次水，灌漿期各土層含水量明顯低于2013—2014年。隨滴水量增加，濕潤土層深度增加，在每次225～900 m3·hm-2滴水范圍內，主要直接增加0～60 cm土層含水量，間接減少生育中、后期麥田60～140 cm土層儲水耗水量和耗水深度。

2.2 不同滴灌量處理對冬小麥葉面積指數和光合勢的影響

由圖2可見，不同滴水處理葉面積指數在拔節期后迅速增加，孕穗期達峰值后緩慢下降。并隨著滴水量的增加，顯著增加冬小麥拔節至成熟期間葉面積指數，2014年、2015年孕穗期葉面積指數分別由W1的3.83、4.18增加到W4的6.42、6.45，分別增加67.6%、54.3%；增加滴水量，顯著增加春季各生育階段光合勢和春季總光合勢(見圖3)，2014年、2015年開花至花后20 d的光合勢分別由W1的51.57、27.1 m2·d·m-2增加到W4的90.61、83.70 m2·d·m-2，2014年、2015年W4處理的春季總光合勢分別比W1增加50.0%、76.4%，W3與W4的總光合勢差異不顯著，兩年結果一致。增加滴水量，增加冬小麥拔節至成熟期間各生育階段的葉面積指數和光合勢，以W3和W4拔節后的總光合勢較高。

2.3 不同滴灌量處理對小麥干物質積累及分配的影響

由表3可見，隨著拔節后滴水量的增加，拔節至成熟期間干物質積累量增加，2013—2014年、2014—2015年 W4成熟期干物質量分別較W1增加16.9%、16.5%，W3與W4的總干物質積累量差異不顯著；隨著滴水量的增加，2014年花前營養器官貯藏物轉移量、轉移率、對子粒貢獻率分別由W1的2 725.8 kg·hm-2、20.8%、26.1%下降為W3的2 512.3 kg·hm-2、15.8%、20.5%，花后光合產物對子粒的貢獻率由W1的73.9%上升為W3的79.5%；2015年花前營養器官貯藏物轉移量、轉移率、對子粒的貢獻率分別由W1的1 832.8 kg·hm-2、16.8%、27.7%下降為W3的1 281.2 kg·hm-2、6.8%、9.8%，花后光合產物對子粒的貢獻率由W1的72.3%上升到W3的92.8%(見表4)。2015年W2、W3、W4各處理的花前營養器官貯藏物轉移量、轉移率、對子粒的貢獻率明顯低于2014年，是由于2015年灌漿前期發生嚴重倒伏，導致營養器官儲存物質向子粒轉移受阻造成的。增加拔節后滴水量，增加拔節至成熟期的干物質積累量和花后光合產物對子粒的貢獻率，降低花前營養器官貯藏物對子粒的貢獻率；灌漿前期倒伏嚴重抑制花前營養器官貯藏物質向子粒的轉移。

2014年

2015年

2.4 不同滴灌量處理對小麥產量和水分利用效率的影響

由表5和表6可見，隨著滴水量的增加，總耗水量增加，土壤貯水消耗量明顯減少(2014年、2015年W3土壤耗水量分別僅為W1的69%、79.4%)，增加穗數和穗粒數，最終大幅度增加產量，兩年的變化趨勢一致；2014年W3較W1產量增加了15.9%，W2、W3、W4處理間產量差異不顯著，故適宜的滴水量為3 450 m3·hm-2(W2)，其產量為8 604.13 kg·hm-2，灌溉水利用效率為2.49 kg·m-3、水分利用效率為1.18 kg·m-3；2015年W3(W4)產量較高，并與W1、W2間差異顯著，故適宜滴水量為3 675 m3·hm-2(W3)，產量為6 737.37 kg·hm-2，灌溉水利用效率為1.83 kg·m-3、水分利用效率為0.97 kg·m-3。2015年產量較2014年明顯降低是因W3、W4處理在灌漿初期發生嚴重倒伏，大幅度降低千粒重的結果。2015年千粒重若按2014年值計算，產量則接近2014年。因此，增加拔節至成熟期間滴水量，增加冬小麥產量，卻降低水分利用效率，拔節至成熟期適宜為1 800～2 025 m3·hm-2(總滴水量為3 450～3 675 m3·hm-2)，可獲得6 737.37～8 604.13 kg·hm-2的產量。

圖2 各滴灌處理的葉面積指數(LAI)動態變化(2014—2015)

圖3 各滴灌處理春季光合勢(LAD)動態變化及總光合勢(2014—2015)

表3 不同滴灌處理干物質積累/(kg·hm-2)

注：同列數據后不同大小寫字母表示處理間差異達1%和5%極顯著和顯著水平，下同。

Note: Values with different upercase(lowercase) letters in a column are significantly different at the levels ofP≤ 1% and 5%. The same as below.

表4 不同滴灌處理對花前營養器官貯藏物向子粒運轉率及貢獻率的影響

表5 不同滴灌處理的耗水構成

表6 不同滴灌處理的產量和水分利用效率

注：2015年處理W3、W4發生嚴重倒伏。 Note: Serious lodging occurred for W3and W4treatments in 2015.

3 討 論

已有試驗結果表明，在一定的范圍內，增加灌水量進而增加產量，但過量灌水反而會降低產量和水分利用效率[11]。高產條件下，冬小麥的產量與耗水量之間呈非線性關系[12]。增加冬小麥春季滴水量，增加總耗水量和產量，降低土壤貯水消耗量和水分利用效率[7]；在一定范圍內，減少冬小麥滴灌量，產量下降不顯著,水分利用效率顯著提高[13]。本試驗結果表明，滴灌冬小麥拔節至成熟期間每次滴水量在225～900 m3·hm-2的范圍內，隨著滴水量增加，增加總耗水量和土層濕潤深度，主要直接增加0～60 cm土層含水量，間接減少60～140 cm土層儲水消耗量；總滴水量為3 450～3 675 m3·hm-2(其中，拔節期、孕穗期、開花期、灌漿期各450～675 m3·hm-2)，獲得產量6 737.4～8 604.1 kg·hm-2。

本研究2014—2015年試驗因6月上旬降雨量大，與2013—2014年相比，各處理少灌灌漿水。W4、W3處理在灌漿初期發生嚴重倒伏、后期貪青，營養器官儲存物質向子粒轉移受阻，大幅度降低千粒重，產量和水分利用效率明顯下降。可見，在選擇抗倒伏性強的高產品種基礎上，適時適量施氮肥和灌水是實現滴灌冬小麥節水高產的關鍵技術。

冬小麥總耗水由生育期間降水量、灌水量和土壤儲水消耗量三部分組成。其中，2013—2014年、2014—2015年在產量形成關鍵期(4—6月)的降水量分別為71.6、62.5 mm，分別占小麥整個生育期間總降水量的50.8%、49.2%，加上每次降水量很少，濕潤土層淺，小麥根系難于吸收利用。因此，降水量對新疆冬小麥產量形成作用很小。在土壤儲水量一致的條件下，影響小麥產量形成主要是灌水量。而冬小麥總灌水量由冬前灌水(出苗水、越冬水)和春灌(拔節水、孕穗水、開花水、灌漿水)組成。本文僅研究了春季不同滴水量對冬小麥干物質積累、產量及水分利用效率的影響。有關減少出苗水和越冬水量對冬小麥產量和水分利用效率的影響有待進一步研究。

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Waterconsumptionanddrymatteraccumulationanddistributionofwinterwheatunderdifferentdripirrigationamount

SUN Qian-kun1, ZHANG Jian-xin1, ZHAO Lian-jia1, XUE Li-hua2, DUAN Li-na1

(1.CollegeofAgronomy,XinjiangAgriculturalUniversity,Urumqi,Xinjiang830052,China; 2.GraincropsResearchInstituteoftheXinjiangAcademyofAgriculturalSciences,Urumqi,Xinjiang830091,China)

To research water consumption characteristics and dry matter accumulation and distribution for high yielding winter wheat in North Xinjiang, four drip irrigation amount treatments, i.e. W1(2 550, 2 325 m3·hm-2), W2(3 450, 3 000 m3·hm-2), W3(4 350, 3 675 m3·hm-2), and W4(5 250, 4 350 m3·hm-2), were applied in 2013—2014 and 2014—2015 years. We measured the leaf area index, photosynthetic potential, dry matter accumulation, and moisture contents at 0～140 cm soil layers. The results showed that increase in drip water amount improved moisture contents mainly at the 0～60 cm soil layers, while reduced the storage consumption of 60～140 cm soil layers with a range of 225～900 m3·hm-2from booting and filling stage. The consumption of W4was reduced by about 50% compared with W1, from booting and maturity stages. Increase in yield was not significant when total drip water amount being above 3 675 m3·hm-2. The effect of precipitation was very small on winter wheat yield, but irrigation amount played a decisive role in the yield and WUE of winter wheat. The proposed drip water amount was 3 450～3 675 m3·hm-2for the whole growth period of winter wheat in North Xinjiang, with a yield level of 6 737.4～8 604.1 kg·hm-2.

winter wheat; drip irrigation amount; water consumption; dry matter accumulation; yield; WUE

1000-7601(2017)03-0066-08doi:10.7606/j.issn.1000-7601.2017.03.11

2016-04-01

：2016-11-07

：國家自然科學基金項目(31101121)；新疆農業大學產學研聯合培養研究生示范基地項目(xjaucxy-yjs-20151009)

孫乾坤(1991—),男，碩士研究生，研究方向為滴灌小麥節水栽培。 E-mail:1228217534@qq.com。

薛麗華(1978—)，女，副研究員，研究方向為作物高產栽培研究。 E-mail:xuelihua521@126.com。

S275.6

： A