關中地區秸稈還田冬小麥節水灌溉制度試驗研究

李巧魚 馬龍 李振全

摘 要：通過試驗分析關中地區秸稈還田條件下不同生育期灌水處理對冬小麥植株生理指標、水分利用效率和產量的影響，確定兩個連續年份秸稈還田條件下冬小麥適宜的灌溉制度。結果表明：在一定灌溉定額內，返青期和拔節期灌水有利于作物株高生長和地上部分干物質的積累，拔節期和抽穗期灌水促進根系生長發育。返青期、拔節期、抽穗期是影響穗粒數和千粒重的重要需水期，拔節期和抽穗期是影響冬小麥產量的水分敏感期。秸稈還田處理對冬小麥植株的生長發育影響顯著，并且可以一定程度上提高產量和水分利用效率。2016—2017年度最優灌溉制度是全生育期灌水4次，越冬期+返青期+拔節期+抽穗期每期900 m3/hm2，灌溉定額3 600 m3/hm2;2017—2018年度最優灌溉制度是全生育期灌水3次，越冬期+拔節期+抽穗期每期900 m3/hm2，灌溉定額2 700 m3/hm2。

關鍵詞：冬小麥;秸稈還田;灌溉制度;水分利用效率;產量;關中地區

中圖分類號：S274.1 ? 文獻標志碼：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2020.11.033

Abstract：Field and plot experiments were conducted at Guanzhong Irrigation Test Station in Shaanxi Province.The results indicate that under the same irrigation ration，different irrigation periods have significant effects on agronomic traits and yield of winter wheat. Returning green irrigation and jointing irrigation are beneficial to growth and development. Joint irrigation and male pumping irrigation are water sensitive stages affecting yield of winter wheat.The optimum irrigation system from 2016 to 2017 is winter irrigation + greening irrigation + jointing irrigation + heading irrigation 4 times during the whole growth period， irrigation quota is 3 600 m3/hm2. The optimum irrigation system from 2017 to 2018 is winter irrigation + jointing irrigation + heading irrigation for three times during the whole growth period， irrigation quota is 2 700 m3/hm2.

Key words： winter wheat; straw returning; irrigation system; water use efficiency; yield; Guanzhong area

陜西關中地區是我國工農業和文化發達地區之一，面積占陜西省土地總面積的15%，為陜西主要的糧棉生產基地。小麥是中國最重要的口糧之一和戰略物資，直接關系到國家糧食安全和社會穩定。在很多地區仍采取大水漫灌方式灌溉農田，沒有形成高效節水灌溉體系，不僅沒有使作物高產，而且造成灌水過量的情況導致了水資源的浪費[1]。目前我國每年秸稈總量約為7億t，但利用率不足四成[2]。秸稈還田作為農業生產中普遍采用的一項培肥地力、蓄水保墑的增產措施，是今后作物二次資源利用的主要方式[3]。因此，在秸稈還田措施下研究作物的非充分灌溉技術非常必要。

目前，對秸稈還田的研究主要集中在改善土壤結構、保墑蓄水、增加作物產量和不同覆蓋程度對作物的影響等方面[4-6]，灌溉制度研究多限于滴灌[7]，對大田試驗的灌溉制度研究較少。因此，本試驗采用大田和小區相結合的方式，研究關中地區秸稈還田方式下冬小麥不同生育期灌水和不同灌水次數對其生長發育狀況、產量構成和水分利用效率等方面的影響，提出不同年份秸稈還田條件下冬小麥非充分灌溉方式，以期為關中地區農田灌溉用水合理配置和秸稈還田條件下作物灌溉制度研究提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗區概況

本試驗經歷2016—2018兩個種植年度（每年10月至次年6月）在陜西關中地區某農業灌溉試驗區進行。試驗區前茬作物為夏玉米，分別于2016年10月5日、2017年10月11日用玉米收割機收割，并用秸稈粉碎還田機進行秸稈還田。冬小麥于2016年10月12日、2017年10月15日采用小麥播種機進行播種，供試品種為“鄭麥366”，播種量為370 kg/hm2，伴施種肥腐殖酸三安復混肥600 kg/hm2。試驗區多年平均降水量為544.2 mm，蒸發量為1 218.9 mm，研究期冬小麥生育期內降水量和蒸發量見表1。

1.2 試驗設計

根據關中地區冬小麥的種植經驗和灌溉試驗規范，將冬小麥的生育期劃分為越冬期、返青期、拔節期、抽穗期、灌漿期5個生育階段。試驗采用隨機區組設計，小區面積60 m2（3 m×20 m），水分處理用W表示（分別選取越冬期、返青期、拔節期、抽穗期、灌漿期5個灌水時期），采用畦灌方式，灌水定額均為900 m3/hm2;不灌水處理為對照組，隨機選取生育期灌2水1組、灌3水4組、灌4水3組、灌5水1組，共10組處理，秸稈還田處理用B表示，與不還田處理A形成對照，共計20個處理，每個處理作3次重復，共60個試驗區，試驗設計詳見表2。

1.2.1 冬小麥生理指標測定

冬小麥的株高采用直尺測量，干物質量采用烘干法測定。每個生育期末在試驗區前、中、后各選取10株（3組）冬小麥具備代表性的完整植株，測量株高、地上部分和地下根系部分干物質量。待冬小麥成熟期后，每個試驗區選取1 m×1 m區域冬小麥植株，在室內進行脫粒考種，計算產量、千粒重和穗粒數等。

1.2.2 數據處理

試驗數據采用Excel 2013進行統計分析、Origin8.0軟件畫圖，采用Duncan新復極差法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 不同處理對冬小麥生長速度和發育進程的影響

2.1.1 不同處理對冬小麥株高的影響

作物的地上部分是對水分效應的直觀表現，主要體現在植株的冠層結構生長發育過程中。由圖1可以看出，冬小麥的株高隨生育期變化總體呈現出梯度增長的趨勢。2016—2017年度返青前期W1處理下的株高比其他9個處理平均減少22.26%，2017—2018年度減少了20.26%，說明越冬期灌水對冬小麥生育前期的株高影響較大[8]。2016—2017年度W2返青期的株高比W5增加12.86%，2017—2018年度增加11.68%，達到顯著差異水平，說明返青期是影響冬小麥生長發育的關鍵需水期[9-10]。2016—2017年度W3拔節期的株高比W7增加12.92%，2017—2018年度增加11.56%，兩處理間達到顯著差異水平，說明拔節期虧水處理對冬小麥生育期株高影響較大[10]。進入抽穗期后，冬小麥的株高開始定形，進入營養生長階段，對比W7～W10四種處理抽穗期和灌漿期的株高，平均株高差異在2.35%～3.24%范圍內，差異不顯著，說明抽穗期和灌漿期不是冬小麥植株必要需水期。

秸稈不還田和還田處理下冬小麥生育期內的株高增長趨勢相似。2016—2017年度返青期初期B處理下的平均株高比A處理增加12.82%，拔節期增加7.35%，2017—2018年度分別增加10.99%和6.73%，均達到顯著差異水平;2016—2017年度抽穗期和灌漿期平均增加3.18%和2.92%，2017—2018年度分別增加2.59%和2.73%，未達到顯著差異水平。說明秸稈還田處理有一定保墑作用，能夠促進冬小麥植株的生長發育，且抽穗期之前作用明顯。

2.1.2 不同處理對冬小麥根系及地上部分干物質量的影響

作物的根系是獲取水分的營養器官，根系的發育與作物從土壤中獲取水分和營養聯系較為緊密，根系越發達，作物吸收的養分和水分越豐富[11]。冬小麥地上冠層部分和地下根系部分是相互影響促進的共同體。不同土壤含水量影響地下部分根系的同時，地上部分冠層也受到影響。

由圖2可知，冬小麥根系干物質量隨生育期變化呈現先增加后減少的趨勢。返青期前溫度較低，同時冬小麥苗期根系營養源發育較慢，根系生長發育較緩。返青期起加速生長，拔節期進一步增加，抽穗期達到峰值，灌漿前期開始逐漸衰減。W1和W5處理下返青期根系干物質量比其他8個處理平均減少4.93%，差異不顯著，說明返青期不是冬小麥根系干物質量積累的重要需水階段。對比W7～W10四種處理可以看出，拔節和抽穗期虧水處理根系干物質量比未虧水處理分別平均減少21.7%和19.8%，而灌漿期虧水處理僅減少4.25%。

由圖3可知，冬小麥地上部分干物質累積量隨生育期變化呈逐漸增加的趨勢，前期增長緩慢，返青和拔節期逐漸增加并產生一定的差異，抽穗期再次增加，灌漿期達到峰值。返青期、拔節期灌水對冬小麥地上部分發育起著決定性作用;抽穗期、灌漿期灌水對地上干物質積累影響不顯著。

秸稈還田條件下冬小麥生育期內的根系及地上部分干物質量累積趨勢與秸稈不還田基本相同。2016—2017年度和2017—2018年度，冬小麥各生育期根系干物質量在秸稈還田處理下與不還田處理呈現出顯著性差異;返青期前B處理下的地上部分干物質量比A處理平均增加3.72%，沒有呈現出顯著差異;拔節期和抽穗期差異均較為顯著，分別增加12.51%和15.82%;灌漿期增加3.98%。說明秸稈還田處理下在生育期土壤蓄水保墑效果好，在關鍵需水期促進了冬小麥生長發育和干物質的累積，而對中后期冬小麥干物質累積影響較前期大。

2.2 不同處理對冬小麥產量及其構成因素的效應

不同時期的灌水處理導致的土壤水分條件的不同，對產量構成因素也會產生差異。如圖4所示，冬小麥的穗粒數和千粒重隨著灌水次數的增加呈現增長趨勢，說明在生育期內充足的水分是冬小麥穗粒數和千粒重的根本保障[12]。不同處理下穗粒數，W1比W2減少18.42%，W3比W2增加了15.23%，說明返青期和拔節期灌水對穗粒數影響較大。對比W7～W10四種處理可以看出，抽穗期灌水比不灌水處理穗粒數增加8.15%，對穗粒數影響顯著。不同處理下的千粒重，W6處理比W5和W4平均增加了9.82%和7.34%，說明抽穗期是影響冬小麥千粒重的水分敏感期。對比W7～W10四種處理，千粒重平均差異為4.98%，各處理間差異不顯著。

通過對不同處理下產量進行分析，灌水次數相同，不同生育期灌水對產量影響不同，水分敏感期灌水處理下的產量增加明顯。2016—2017年度，灌3水的產量W5>W4>W3>W6，灌4的水產量W9>W8>W7。2017—2018年度基本得出和上一年一致的結果，由于返青期后期降水量較大，灌3水的產量W5>W6>W3>W4;灌4水的產量W9>W8>W7。結果表明：一定灌水范圍內，冬小麥的產量隨著生育期灌水量的增加而增加，拔節期和抽穗期是影響冬小麥產量的關鍵需水期。在一般水平年，灌漿期適當虧水處理不會顯著影響冬小麥的產量;在生育前期降水量較大的年份，越冬期和灌漿期的適當虧水處理不會嚴重影響冬小麥的產量，可以達到節水增產的目的。2016—2017和2017—2018兩個不同水平年度試驗結果表明，秸稈還田可以明顯增加冬小麥的穗粒數、千粒重和產量。

2.3 不同處理對冬小麥水分利用效率的影響

不同處理下冬小麥平均水分利用效率見圖5。根據2016—2017年度和2017—2018年度試驗結果，全生育期灌5次水的W10處理下的水分利用效率低于灌3次和4次水的處理，比生育期不灌水處理的W1平均提高12.87%。2016—2017年度試驗中，相同灌溉次數下，灌4水的W9的水分利用效率是各處理中最高的。在生育期內灌4次水的處理下，水分利用效率W9處理>W8處理>W7處理，各處理之間平均差異為27.61%;灌3次水的處理下，水分利用效率W5處理>W3處理>W4處理>W6處理，各處理之間平均差異為18.82%。2017—2018年度試驗結果與前一年度試驗有所不同，生育期中期降水量較大，相同灌溉次數下，灌3次水處理的水分利用效率W5處理>W6處理>W4處理>W3處理，各處理之間平均差異為20.53%;灌4次水的處理下，水分利用效率W9處理>W8處理>W7處理，各處理之間平均差異為24.55%。說明冬小麥在整個生育期內，拔節期和抽穗期是冬小麥生長發育且提高產量的重要需水生育期[13]。針對不同年度應當采用不同的灌溉制度，適當的灌水時期和灌溉次數可以提高作物的水分利用效率、增加產量，是冬小麥節水增產的必要條件。2016—2017和2017—2018兩年度試驗結果表明，秸稈還田處理可以顯著提高冬小麥的水分利用效率;秸稈還田處理下冬小麥的平均水分利用效率與不還田處理相比顯著提高，分別提高14.72%和13.23%。

3 結 論

試驗結果表明，冬小麥株高總體隨著灌溉次數和灌水量的增加呈增加趨勢，返青期和拔節期是株高增長的關鍵需水期，也對植株地上部分干物質積累起著決定性作用。拔節期、抽穗期灌水有利于根系干物質積累。秸稈還田處理可以有效促進冬小麥生長發育和地上、根系干物質的積累，一方面秸稈還田進入土壤分解后增加許多微量元素，是作物生長發育的重要有機肥源[14];另一方面秸稈還田可以顯著提高土壤保墑蓄水能力[15]。

一般情況下，冬小麥產量及其構成因素值均隨著灌水次數的增多而增大。返青期、拔節期、抽穗期是穗粒數和千粒重的水分敏感期。灌水次數相同，灌水期不同，在非關鍵需水期適當虧水處理不會顯著影響產量，而且能提高水分利用效率。在前期冬灌條件下，返青期、拔節期和抽穗期灌水均能提高產量和水分利用效率。秸稈還田處理可以明顯增加冬小麥的穗粒數、千粒重、產量和提高水分利用效率。

綜合兩年度試驗數據可以得出：秸稈還田條件下，2016—2017年度最優灌溉制度是全生育期灌水4次，越冬期+返青期+拔節期+抽穗期每期灌900 m3/hm2，灌溉定額3 600 m3/hm2;2017—2018年度最優灌溉制度是全生育期灌水3次，越冬期+拔節期+抽穗期每期灌900 m3/hm2，灌溉定額2 700 m3/hm2。此外，本試驗僅是在兩個連續年度進行，需要利用連續多個年度進一步論證;同時，秸稈還田的方式、數量等均對作物生長發育產生影響，對土壤特性的改善、養分釋放的規律和產量的影響也較為復雜，需要進一步研究。

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【責任編輯 許立新】