土壤水分下限對固定道壟作小麥生長及產量的影響

羅雙龍，馬忠明，，李玉斌，楊 釗，呂曉東

(1.甘肅農業大學農學院，甘肅蘭州 730070； 2.甘肅省農業科學院，甘肅蘭州 730070)

土壤水分下限對固定道壟作小麥生長及產量的影響

羅雙龍1，馬忠明1，2，李玉斌1，楊 釗1，呂曉東2

(1.甘肅農業大學農學院，甘肅蘭州 730070； 2.甘肅省農業科學院，甘肅蘭州 730070)

為確定固定道壟作小麥生長和高產的適宜土壤水分下限，通過田間裂區試驗，設置了4個土壤水分下限水平(分別為計劃濕潤層土壤田間持水量的40%、55%、70%和85%)，研究了傳統耕作和固定道壟作方式下土壤水分下限對小麥葉面積系數、干物質積累、產量和水分利用效率的影響。結果表明，固定道壟作栽培能夠明顯提高小麥的葉面積指數和促進干物質積累，增加產量和水分利用效率。在土壤水分下限為田間持水量的70%時，固定道壟作栽培的小麥葉面積指數和干物質積累量較大，穗數、穗粒數、千粒重和產量最大，水分利用效率也較高。綜合來看，在河西綠洲灌區，固定道壟作小麥的適宜土壤水分下限為田間持水量的70%。

小麥；土壤水分下限；固定道壟作；生長；產量；水分利用效率

固定道保護性耕作技術是壟作、溝灌、少免耕、秸稈覆蓋等技術集成的新型耕作技術[1]。它采用固定壟作和溝灌代替傳統平作和大水漫灌，并將作物生長帶和車輪行駛帶永久分離，作物只種植在壟溝之間凸起的壟床上，機器車輪只在壟溝內行駛，要求永久保持壟床形狀不變，在下茬作物播種前，只對壟床進行少量修整，并通過機械或化學除草、免耕和秸稈覆蓋，達到節水、減少耕作和管理作物殘茬的目的[2]。目前這一技術已經在在澳大利亞、美國、歐洲等國家和地區被采用，尤其是在干旱和水澇災害嚴重的發展中國家被廣泛的應用，我國這方面的研究工作才剛剛起步[3]。研究表明，固定道栽培條件下，免耕覆蓋不壓實與壓實之間玉米和小麥產量差異不明顯。但經過淺松之后，由于在土壤的表層形成了較好的種床，播種的質量提高，從而使作物產量有所增加，其效果在小麥上尤為明顯[4-5]。固定道耕作能夠改善土壤與作物生長環境，可更好地協調小麥個體與群體的矛盾，最大限度地發揮小麥的邊行優勢，使個體健壯、穗大、粒重、粒多，一般增產10%～15%[6]。因此，開展固定道保護性耕作研究對指導該技術在我國旱區的應用推廣具有重要意義。

前人對固定道壟作的土壤理化性狀、肥料利用和微生物方面做了大量的研究，認為固定道壟作栽培能有效地改善土壤理化性狀，提高土壤供肥、保肥能力，提高微生物數量[7-9]。但在固定道壟作條件下，有關土壤水分下限的研究非常少。土壤水分下限是指作物生長的最低土壤含水量，因土壤類型、作物種類和作物生育期的不同具有一定的差異。它決定了灌水的開始時間和灌水次數，進而影響灌水量。在一定的范圍內，適當控制土壤水分的供應可大幅度提高作物產量和水分利用效率[10]。本研究分析了固定道壟作下土壤水分下限對小麥生長和產量的影響，以期確定適合固定道壟作小麥生長的土壤水分下限，為該栽培條件下小麥合理灌溉提供理論依據和技術支持。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗于2016年3月至2016年8月在甘肅省農科院張掖節水農業試驗站進行。張掖是甘肅省河西綠洲灌區的中心腹地，屬無灌溉就無農業的典型灌溉農業區。該地區位于河西走廊中部，地處東經100°27′，北緯38°56′，是典型溫帶荒漠性氣候，地下水深100 m，光照充足，熱量豐富，晝夜溫差大；年平均氣溫7.3 ℃，海拔1 570 m，年日照時數3 085 h，>0 ℃的有效積溫3 388 ℃，年降雨量不足101.2 mm，小麥生育時期平均降雨量為40.5 mm，蒸發量為927.2 mm。該地區土壤為荒漠土；土壤容重1.389 g·cm-3，田間最大體積含水量38.5%。氣候干旱和水資源缺乏及供需錯位是當地小麥高產的制約因素。

1.2 試驗設計

試驗采用裂區設計。主區為栽培方式，設平作(F1)和固定道壟作(F2)兩種；副區為土壤水分下限，設4個水平，分別為計劃層土壤田間持水量的40%、55%、70%和85%，用W1、W2、W3和W4表示，灌水上限均為田間持水量。各處理施肥量均為純氮180 kg·hm-2和P2O5120 kg·hm-2，其中氮肥40%做基肥，60%結合第1次灌水和第2次灌水追施，磷肥全部基施。小區面積為18 m2(3.6 m×5 m)，各處理重復三次。

固定道壟作：前茬小麥收割后留茬，茬高20 cm，將收后的剩余秸稈全部覆蓋在壟面和壟溝，壟面寬70 cm，壟溝寬30 cm，壟高20 cm。壟上種植小麥，行距為15 cm，每播5行留30 cm作為機具在田間行走的固定道；平作播種方式同大田播種。播種量為450 kg·hm-2

傳統耕作：前茬收后對耕地進行了犁、耙、耱，翌年播種，播種量與固定道壟作相同。

計劃濕潤層深度在出苗期至拔節期為0～40 cm，在拔節期至抽穗期為0～60 cm，在抽穗期至灌漿中期為0～80 cm，在灌漿中期至成熟期為0～80 cm。隨時監測土壤水分下限，當計劃濕潤層平均土壤含水量達到灌水控水下限時開始灌水，灌至田間持水量，用水表量水灌溉。依據田間計劃濕潤層含水量計算灌水定額。灌水定額=(最大田間持水量-計劃灌溉土層平均體積含水量)×計劃濕潤層深度×小區面積。

交通安全設施的設置與道路的線形組合有直接的關系。當平曲線半徑較小時，尤其視距受限時，為保證行車安全，需增設較多的警告、禁令標志，在靠近懸崖一側增設相應的防護措施，縱坡太大時，在起點位置會增設長陡坡路段的警告標志。在轉彎半徑較小的情況下，為了保證行車安全，路線一般會在道路外側增設超高加寬段，標線相應也需要按照路線進行過渡，如果縱坡較陡，還需要在陡坡相應位置設置不同的震蕩標線，以降低車速，減少冬雨期由于道路濕滑引起的安全事故[3]。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 土壤含水量測定

在小麥苗期、拔節期、抽穗期、灌漿中期和成熟期用土鉆取樣，每20 cm為一層，深度為1 m，固定道壟作小區分別在壟上和壟溝各取一點，平作小麥在小區中間取一點。采用烘干法測定土壤質量含水量。固定道壟作土壤含水量取壟溝測定的平均值。

1.3.2 作物耗水量的計算

作物耗水量用水量平衡法來計算：

式中，ET1-2為階段耗水量；i為土層編號；n為總土層數；γi為第i層土壤容重；Hi為第i層土壤厚度；θi1和θi2分別為第i層土壤時段初和時段末的質量含水量；M為時段內的灌水量；Pr為有效降水量；K為時段內的地下水補給量，當地下水埋深大于2.5 m時，K值可以忽略不計，本試驗的地下水埋深在2.5 m以下，故K值為 0。

1.3.3 葉面積的測定

分別在小麥苗期、拔節期、抽穗期、灌漿中期各取15株測定綠葉的長和寬，用系數法計算葉面積。葉面積=葉長×葉寬×0.8。

1.3.4 干物質積累量的測定

1.3.5 產量及構成因素的測定

在小麥成熟后，除去邊行，每小區取20株進行考種，分別測其穗長、穗粒數和千粒重。平作小區隨機取3個1 m2樣區進行測產。固定道壟作小麥除去兩邊的壟，在中間的壟上隨機取3個1 m2樣區進行測產。曬干至籽粒含水量為13%時測定籽粒產量。水分利用效率=產量/耗水量。

1.4 數據處理

試驗數據采用SPASS 13.0和EXCEL2007軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1土壤水分下限對小麥葉面積指數(LAI)的影響

經方差分析，土壤水分下限和耕作方式對小麥苗期、拔節期、抽穗期和灌漿中期的LAI均有顯著的影響(F值分別為6.91～50.19和24.86～99.23)，土壤水分下限和耕作方式之間的交互作用微弱(F值為0.29～3.40)。由圖1可知，隨著生育期的推進,小麥LAI呈先增后減的趨勢，在抽穗期LAI達到了最大值。同一耕作方式下，在苗期，W1、W2、W3處理間LAI差異不顯著，W4處理顯著高于其他處理；在拔節期和抽穗期，W3和W4處理間LAI差異不顯著，但均顯著高W1和W2處理；在灌漿中期，小麥LAI隨著土壤水分下限的提高而增大，不同處理間差異顯著。在同一土壤水分條件下，與傳統平作相比，固定道壟作栽培小麥LAI較高。

2.2 土壤水分下限對小麥干物質積累的影響

隨著生育期的推進，春小麥干物質積累均呈典型的“S”型曲線變化,在拔節期以前，小麥干物質積累速度慢，處理間差異不明顯，拔節期以后，干物質積累加快，處理間差異逐漸明顯(圖2)。在同一耕作方式下，從總體來看，小麥干物質的積累量隨著土壤水分下限的增加而增加，W3和W4處理間差異不顯著。在同一土壤水分條件下，與傳統平作相比，固定道壟作栽培小麥的干物質積累量在拔節前較低，拔節期以后較高，說明固定道壟作栽培對小麥干物質積累在生育中后期又明顯促進作用。

圖柱上的不同字母表示同一時期不同處理間存在顯著差異(P<0.05)。

Different letters above the columns are significantly different among the treatments at the same stage at 0.05 level.

圖1土壤水分下限對小麥葉面積指數的影響

Fig.1Influenceoflowerlimitofsoilmoistureonleafareaindex

土壤水分下限對小麥相對生長率的影響在各時期都比較明顯，而耕作方式效應只在拔節期至抽穗期和灌漿中期至成熟期達到顯著水平(表1)。在相同的耕作方式下，小麥各生育期的相對生長率總體上隨著土壤水分下限的提高而增加。在同一土壤水分條件下，與傳統平作相比，固定道壟作栽培小麥的相對生長率較高，表明固定道壟作栽培有利于小麥生長。

圖2 不同土壤水分下限對小麥干物質積累量的影響

表1 不同處理下小麥各生育時期的相對生長率Table 1 Relative growth rate of wheat under different treatments at different stages g·d-1

數據為3次重復平均值，同列數值后不同字母表示同一時期不同處理間存在顯著差異(P<0.05)。下表同。

Data are the means of three plots. Values followed by different letters within the same columns are significantly different among the treatments at the same stage at 0.05 level. The same in the following tables.

2.3土壤水分下限對小麥成熟期干物質分配的影響

在不同處理條件下，成熟期干物質在不同器官中的分配(數量和比例)基本一致，均表現為籽粒>莖稈+葉鞘+葉片>穗軸+穎殼(表2)。在同一耕作方式下，隨著土壤水分下限的提高，小麥籽粒及穗軸+穎殼的干物質積累量和所占的比例呈先增后減的趨勢，均以W3處理最大。在W4處理下，莖稈+葉鞘+葉片的干物質積累量和比例均最大，說明在此水分條件下干物質不利于向籽粒的分配。在同一土壤水分下限條件下，固定道壟作栽培下小麥的各器官干物質分配量總體上高于傳統平作，但分配比例差異很小。

2.4 土壤水分下限對小麥產量及其構成的影響

土壤水分下限對小麥穗數、穗粒數、千粒重和產量均有顯著的影響(F值分別為29.88、11.3、9.8、和140.83)，耕作方式對小麥穗粒數、千粒重及產量也有明顯的影響(F值分別為9.27、6.24和7.33)，耕作方式與土壤水分下限的交互作用只在穗數上達到顯著水平(F值為3.80)。在同一耕作方式下，隨著土壤水分下限的提高，穗數、穗粒數、千粒重和產量均表現為W3>W4>W2>W1。在同一土壤水分條件下，穗數、穗粒數、千粒重和產量基本上表現為壟作高于平作。在所有處理中F2W3處理的產量最高(表3)。

2.5土壤水分下限對小麥耗水量和水分利用效率的影響

由表4可以看出，小麥的耗水量和水分利用效率受耕作方式和土壤水分下限的影響均達到顯著水平(F值為28.18～263.25)，耕作方式和土壤水分下限的交互作用只在耗水量上顯著(F值為4.86)。在相同耕作方式下，隨土壤水分下限的提高，耗水量呈增加趨勢；水分利用效率在傳統平作下對土壤水分反應不明顯，而在固定道壟作栽培下W1～W3處理間差異不明顯，但均顯著高于W4處理。在相同的土壤水分條件下，與傳統平作相比，固定道壟作栽培的耗水量顯著降低，水分利用效率提高，說明固定道壟作栽培有明顯的節水效應。

表2 不同處理對成熟期干物質在不同器官中的分配的影響Table 2 Effects of different treatments on dry matter distribution in different organs at maturity

表3 不同土壤水分下限對小麥產量及其構成的影響Table 3 Influence of different lower limit of soil moisture on yield and yield components

表4 不同土壤水分下限對小麥灌水量、耗水量和水分利用效率的影Table 4 Influence of different lower limit of soil moisture on irrigation amount,water consumption and water use efficiency

3 討 論

3.1固定道壟作栽培下土壤水分下限與小麥生長的關系

土壤水分對小麥生長有顯著影響，土壤水分嚴重虧缺將會影響小麥的生長，會使小麥的莖、葉生長受到抑制，降低株高和葉面積系數[11]。本研究表明，在小麥生育期內重度水分虧缺(田間持水量的40%)下，小麥的葉面積指數和干物質積累明顯低于其他水分處理；在土壤水分下限為田間持水量的85%時，小麥干物質在籽粒中的分配比例并不是最高，莖稈+葉片+葉鞘的分配比例顯著高于其他處理，說明小麥生長過于旺盛，大量的營養物質不能及時地向籽粒供給，不利于高產。與傳統平作相比，固定道壟作栽培有利于增加小麥的葉面積和干物質積累量，同時固定道有利于提高于小麥籽粒干物質的分配比例。在苗期和拔節期，固定道壟作栽培小麥的葉面積、干物質積累量低于傳統平作，拔節期以后壟作高于傳統平作。這可能是因為固定道壟作春小麥從播種到出苗期的土壤升溫較慢[12]，從而降低了早期小麥的生長速率[13-14]。任德昌等[15]研究認為，壟作栽培小麥的旗葉葉綠素含量高于平作，并隨著生育進程的推進，生育后期的衰減速率明顯低于平作，說明壟作有利于提高小麥葉面積，延緩植株衰老，延長葉片功能期。這與本試驗結果相符。

3.2固定道壟作栽培有利于小麥產量、耗水量和水分利用效率的提高

土壤水分含量對小麥的產量和水分利用效率有顯著的影響，土壤水分含量較低時，小麥的生長被抑制，最終引起產量和收獲指數降低[16-17]。本研究中，隨著土壤水分的提高，小麥的產量和產量構成因子隨土壤水分下限的增加呈先增后減的趨勢，在土壤水分下限為田間持水量的70%時，小麥的產量及其構成因子均達到最大值，當土壤水分下限再提高時，小麥的產量及其構成因子下降或變化不明顯，這主要是因為較高的土壤水分容易產生“奢侈蒸騰”[18]，使小麥生長過于旺盛，貪青晚熟，造成收獲指數的下降。與傳統耕作相比，固定道壟作栽培提高了小麥產量和水分利用效率，同時減少了水分消耗，說明固定道壟作栽培具有增產和節水雙重效應。王旭清等研究發現，與傳統平作相比，壟作對優質小麥品種煙農19 和濟麥19的穗數無顯著影響，顯著或極顯著增加穗粒數、穗粒重及產量[19]。這與本試驗結果一致。1999年6月山東省農業科學院對小麥壟作高產試驗區進行實打驗收，壟作較平作增產8.8%，且差異顯著[20]。固定道壟作栽培的增產節水效應主要歸因于其可改善土壤與作物生長環境，可更好地協調小麥個體與群體的矛盾，最大限度地發揮小麥的邊行優勢，使得個體健壯、穗大、粒重、粒多，進而起到增產作用[21]。多數研究表明，保護性耕作能增加降雨入滲，減少水分蒸發，提高土壤水分含量及作物水分利用效率和產量[22-26]。

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InfluenceofLowerLimitofSoilMoistureonGrowthandYieldofWheatunderPermanentRaisedBedTillage

LUOShuanglong1,MAZhongming1，2,LIYubin1,YANGZhao1,LüXiaodong2

(1.Agronomy courtyard,Gansu Agricultural University,Lanzhou,Gansu 730070,China；2.Gansu academy of agricultural Sciences,Lanzhou,Gansu 730070,China)

The aim of this project was todeterminethe appropriate soil water threshold on the growth and yield of spring wheat(TriticumaestivumL.) under permanent raised bed tillage(PRB). A field experimentwas carried out to assess the effects of different soil water thresholdunder PRB and conventional farming systems(CF) on leaf area index(LAI),dry matter,yield and water use efficiency(WUE) of spring wheat. The experiment followed a completely randomized split-plot design,taking soil water threshold(T1: 40% of the field capacity,T2: 55% of the field capacity,T3: 70% of the field capacity,CK: 85% of the field capacity) as main plot treatments.The results show that PRB tillage could significantly increase LAI and dry matter accumulation of spring wheat,and it also increased yield and improvedWUE.When the threshold is 70% of the field capacity,it is conductive to the increase of the leaf area index and the accumulation of dry matter.The yield components,such asnumber of spikes,grain number per spike and 1 000-grain weight and yield are the highest,which was the same as WUE.Therefore,based on the growth and grain yield of spring wheat,PRB tillage under 70% field capacity would be the most appropriate soil water threshold for the growth and yield of spring wheat.

Wheat;Lowerlimit of soil moisture; Permanent raised bed tillage(PRB); Growth; Grain yield; Water use efficiency(WUE)

時間：2017-10-11

網絡出版地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20171011.1602.026.html

2017-01-19

2017-06-13

國家公益性行業(農業)科研專項(201503125-2)

E-mail：919671952@qq.com

馬忠明(E-mail: mazhming@163.com)

S512.1；S311

A

1009-1041(2017)10-1364-07