豫北地區(qū)不同灌水處理對冬小麥生長發(fā)育與產(chǎn)量形成的影響

郝 超，郭乙霏，王文婷，郭二旺

(1.中科華水工程管理有限公司，鄭州 450000；2.東北農(nóng)業(yè)大學水利與土木工程學院，哈爾濱 150030；3.河南省焦作市防汛抗旱通訊站，河南 焦作 454150；4.河南省焦作市水利勘測設計院，河南 焦作 454003)

河南省是我國小麥生產(chǎn)的主產(chǎn)區(qū)，約占我國小麥總產(chǎn)量的1/4，這對我國糧食安全提供了重要的保障[1]。在河南省內(nèi)，高產(chǎn)灌區(qū)小麥產(chǎn)量達到9 000 kg/hm2以上的水平，但是長年來平均產(chǎn)量較少，突破12 000 kg/hm2的更少。另一方面，即使小麥產(chǎn)量超過7 500或9 000 kg/hm2，多數(shù)情況是通過大量的物化投入實現(xiàn)或以犧牲環(huán)境資源為代價。因此如何通過制定合理的灌溉制度，實現(xiàn)河南小麥高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效的目標，仍然尚待解決。目前，區(qū)域供水矛盾日益突出，嚴重影響了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。而灌溉設施落后造成灌溉水利用系數(shù)低和水資源大量浪費也加大了水資源供需矛盾[2]。牟洪臣[3]和楊靜敬[4]分別在商丘和其他地區(qū)開展了相關試驗研究，在豫北地區(qū)主要糧食作物是冬小麥，但在該地區(qū)這方面研究較少。冬小麥干物質(zhì)積累離不開適宜的土壤水分。因此，研究冬小麥不同灌水條件下的生長發(fā)育特征對豫北地區(qū)冬小麥的高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)有重要的現(xiàn)實意義，并且研究冬小麥在不同灌水條件下的生育進程、形態(tài)指標及產(chǎn)量構成因素差異，可為確定冬小麥的節(jié)水高產(chǎn)灌溉制度及水資源高效利用提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 灌區(qū)概況

試驗于2015-2016年在河南省新鄉(xiāng)市人民勝利渠灌區(qū)開展。試區(qū)多年平均氣溫14.9℃，無霜期220 d，日照時數(shù)1 928.5 h，多年平均降水量為656.3 mm，且降水量年內(nèi)季節(jié)分配不均，降水量較多的月份為每年的6-9月，這4個月的降雨量約占全年降水量的70%以上。多年平均蒸發(fā)量為1 748.4 mm(水面蒸發(fā)皿直徑為20 cm)[5]。試驗地的土壤類型屬粉沙質(zhì)黏土，土質(zhì)分布均勻，0～100 cm平均土壤干容重1.36 g/cm3，田間持水率為24%。

1.2 試驗處理

供試品種為周麥22，底肥施用900 kg/hm2復合肥。條狀試驗小區(qū)規(guī)格15 m×5 m，行距25 cm，播種日期為2015年10月5日，播量142.5 kg/hm2。以土壤水分下限占田間持水量的80%、70%、60%和50%作為控制灌水的標準(見表1)，安排4個不同的水分處理，各個試驗處理均重復3次。當土壤水分到田間持水量的控制標準時，開始灌溉。在各處理中設置保護小區(qū)，灌溉采用易于水表計量的管道供水灌溉方式。各處理采用相同的栽培、種植、管理模式，各處理在收獲前，隨機取樣考種和測產(chǎn)。

表1 灌溉制度試驗設計 %

注：表中的數(shù)值為土壤含水率下限占田間持水量的百分比，%。

1.3 觀測項目及方法

氣象資料的獲得是通過自動氣象站自動測定，包括蒸發(fā)量和降雨量，以及太陽輻射、氣溫、空氣濕度、風速、日照時數(shù)等。每隔10 d采用取土烘干法測定土壤含水量，播種前和收獲后及灌溉降雨前后都進行加測，測定分5層，20 cm一層。定期調(diào)查作物生長發(fā)育狀況，株高、葉面積指數(shù)每隔10～15 d取樣15株采用量測法測定，地上部干物質(zhì)積累采用稱重法測定；測定生物產(chǎn)量和經(jīng)濟產(chǎn)量收獲各處理的中間2行進行，在收獲前，各處理隨機取樣15穗測定穗長、穗粗、有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重[6]。

2 結(jié)果與分析

2.1 各處理對冬小麥生育階段天數(shù)的影響

表2為不同灌水下限對生育進程的影響結(jié)果。從表2可知：隨著土壤水分下限的降低，冬小麥的孕穗期和抽穗期提前，使得冬小麥提前早熟，土壤水分過高就會造成冬小麥貪青晚熟；土壤水分主要影響拔節(jié)-抽穗這一生育階段的長短，而對其他生育階段的生長天數(shù)影響很小。

表2 土壤水分對冬小麥生育進程的影響 d

2.2 不同灌水處理對冬小麥植株表觀形態(tài)的影響

圖1為不同灌水處理冬小麥株高變化規(guī)律。由圖1可知，不同灌水處理對冬小麥生長前期的株高影響較小，低水分處理(T-50)影響到該處理的株高出現(xiàn)在拔節(jié)孕穗期。許多研究資料表明冬小麥正常生長的土壤水分為田間持水量的60%～80%，由此看來，T-80、T-70、T-60處理的株高差異大，而T-50的處理，其株高的生長明顯受到抑制。從不同處理冬小麥中后期的生長情況來看，株高有隨著土壤水分的降低而下降的趨勢。

圖1 不同灌水處理冬小麥株高變化規(guī)律

圖2為不同灌水處理冬小麥葉面積指數(shù)變化規(guī)律。從圖2可以看出：返青前由于氣溫較低，葉面積指數(shù)在各處理中增加緩慢，返青后氣溫逐漸升高，葉面積指數(shù)增加較快，從4月份起葉面積指數(shù)有一個快速增長階段，直到5月上旬(抽穗時)達到高峰，5月下旬葉面積指數(shù)隨著冬小麥下部葉片枯萎，下降速度加快；對比各處理的差異可以看出，土壤水分對冬小麥生育前期和后期植株的葉面積指數(shù)影響不大，在生育中期幾個處理中，T-50受旱處理與其他幾個處理差異明顯。

圖2 不同灌水處理冬小麥葉面積指數(shù)變化規(guī)律

2.3 不同灌水處理對冬小麥穗部性狀的影響

通過收獲時對各處理隨機取樣進行的室內(nèi)考種分析可看出(見表3)：穗部性狀(穗長、小穗數(shù)、穗粒數(shù))與土壤水分狀況呈正相關關系，低水分處理最低，高水分處理最高，但無效小穗數(shù)受土壤水分變化影響不明顯。

表3 不同土壤水分處理下的穗部性狀

2.4 不同灌水處理對冬小麥地上部生物量累積過程的影響

冬小麥出苗后，通過吸收土壤中的水分、養(yǎng)分以及空氣中的CO2和太陽能，在光合作用下形成有機物，逐漸累積干物質(zhì)，如果作物生長的某些環(huán)境因子受到限制，將影響作物干物質(zhì)累積量。由圖3可看出：冬小麥生長前期(3月底前)地上部干物質(zhì)積累較慢，4月初開始地上部干物質(zhì)累積量迅速增加，在適宜水分條件下，幾乎呈直線增加，受旱處理T-50干物質(zhì)的累積量明顯低于其他處理，T-80、T-70、T-60處理之間干物質(zhì)的累積量差異不大，到6月初各處理干物質(zhì)的累積速度有減緩的趨勢；從全生長期來看，在適宜土壤水分范圍內(nèi)冬小麥各處理間的干物質(zhì)積累量差異較小，但如果受旱(T-50)，干物質(zhì)積累量就會顯著降低，最終顯著影響經(jīng)濟產(chǎn)量。

圖3 不同灌水處理冬小麥干物質(zhì)累積變化規(guī)律

2.5 不同灌水處理對冬小麥產(chǎn)量形成的影響

冬小麥產(chǎn)量的3個構成因素是有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重。由表4可知：高水分處理的有效穗數(shù)和穗粒數(shù)較多，低水分處理的有效穗數(shù)和穗粒數(shù)較少，有效穗數(shù)和穗粒數(shù)與土壤水分呈正相關關系，千粒重與土壤水分的關系剛好相反，即千粒重與土壤水分呈負相關關系。從產(chǎn)量關系來看，T-60處理產(chǎn)量最高，T-50產(chǎn)量達到最低值，說明土壤水分過高或過低都不利于產(chǎn)量的形成，土壤水分過高，小麥作物根系長期處于通氣不良的狀態(tài)，不利于根系的生長，從而影響營養(yǎng)物質(zhì)的吸收；土壤水分過低，根系不能充分吸收土壤中的水分和養(yǎng)分，從而也會影響小麥的產(chǎn)量。

表4 各水分處理的產(chǎn)量及產(chǎn)量構成

3 結(jié) 語

土壤水分狀況直接影響到冬小麥生長發(fā)育，水分不足時會影響到冬小麥生長，這與姚寧[7]得出的結(jié)論一致，低水分處理葉面積指數(shù)、植株高度、干物質(zhì)積累及產(chǎn)量構成因素等明顯低于適宜水分處理，隨著水分虧缺程度增加，葉面積越小，株高越低，干物質(zhì)累積量越小。土壤水分的降低會減少冬小麥有效穗數(shù)、穗長、穗粒數(shù)，但無效小穗數(shù)受土壤水分變化影響不明顯，這與張寄陽[8]得出的結(jié)果相同。土壤適宜水分狀況有利于冬小麥的生長，在試驗處理中，穗粒重較低的情況出現(xiàn)在T-80處理中，穗粒重及產(chǎn)量最高出現(xiàn)在T-60處理中，穗粒數(shù)最少、產(chǎn)量最低出現(xiàn)在處理T-50處理中。