不同灌溉策略和灌溉方式對小麥生長特性、產量及水分利用的影響

吳明偉

（煙臺市蓬萊區農業技術推廣中心 山東煙臺 265600）

小麥（Triticum aestivum L）作為我國主要糧食作物之一， 對于保障我國糧食安全和社會穩定發展具有重要意義[1-2]。 水分是影響小麥生長發育和產量形成的重要因素，小麥作為典型的需水作物，充足和適宜的水分對于提升產量和品質意義重大[3]。 但由于一些地區的小麥生長季節降水不足以滿足小麥生長發育的需要， 因此灌溉成為近年來保障干旱年份糧食安全的重要技術手段。 大水漫灌作為主要的灌溉措施在農業生產上由來已久， 但是近年來隨著科學技術的發展和節水增效措施的提出， 在保證作物增產增收的前提實現水資源的高效利用成為當前主要的研究重點[2-3]。

微噴灌和滴灌作為主要的節水灌溉技術措施均可實現水資源的高效利用， 近年來逐漸應用到農業生產中。 前人研究發現，與大水漫灌相比，噴灌、微噴灌和滴灌等灌溉措施均可減少田間作物非生產性耗水，促進作物發育及提升產量[4,6]。 但是前人研究主要集中在與大水漫灌相比較方面，在農業生產中，噴灌和微噴灌相比最適宜小麥的灌溉方式、不同灌溉策略對小麥生長特性、產量及水分利用效果、最適宜的灌溉策略和灌溉方式相結合的灌溉模式還有待進一步探究。 基于此，本研究于2021 年10 月至2022 年6 月在膠州市膠萊鎮青島農業大學現代農業科技示范園開展田間試驗， 研究不同灌溉策略和灌溉方式對小麥生長特性、產量及水分利用的影響，以期為實現水資源高效利用和改善農業生態環境提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

本研究于2021 年10 月至2022 年6 月在膠州市膠萊鎮青島農業大學現代農業科技示范園（北緯36°33′24″、東經120°41′33″）開展田間試驗，試驗地塊土壤類型為砂姜黑土，土壤肥沃，基礎地力較好。 試驗地塊0～20 cm 土層土壤基礎肥力見表1。種植制度為一年兩熟制，前茬作物為玉米。

表1 供試土壤0～20 cm 土層基本理化性狀

1.2 試驗設計

本研究采用二因素裂區設計，主區為灌溉策略，共設計3 種灌溉策略，以田間持水量（FC，土壤達到飽合狀態的含水量）為基準，分別為充分灌溉（FI，即當農田60 cm 處土壤含水量降至40%FC 時，灌水至60 cm 土層土壤含水量達到80%FC）； 限量灌溉（LI，即當農田60 cm 處土壤含水量降至40%FC 時，灌水至60 cm 土層土壤含水量達到60%FC）； 虧缺灌溉（DI，即當農田60 cm 處土壤含水量降到40%FC 時，灌水至40 cm 土層土壤含水量達到60%FC）。副區為灌溉方式，共設計2 種灌溉方式，分別為設滴灌（D）、微噴灌（P），共計6 個處理，每個處理3 次重復，每個小區面積為40 m2（4 m×10 m），共計18 個小區。

供試小麥品種為當地主推小麥品種魯麥21，播種量為180 kg/hm2，小麥行距為20 cm。 供試氮肥為尿素 （含純N 46%）， 磷肥為重過磷酸鈣 （含P2O516%），鉀肥為硫酸鉀（含K2O 50%）；氮肥施用量為96 kg/hm2， 磷肥施用量為72 kg/hm2， 鉀肥施用量為48 kg/hm2。 在小麥播種的同時將磷肥和鉀肥作為基肥一次性施入，40%的氮肥作為基肥于播種前通過表層撒施翻耕法施入土壤， 剩余60%的氮肥分2 次分別在返青至拔節期（30%）、孕穗至揚花期（30%）采用溝施法追肥。 其他田間施藥、除草等管理措施同當地常規管理措施。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 土壤樣品采集與測定 采用五點取樣法，在小麥播種前、拔節期、開花期和成熟期用土鉆采集0～60 cm 的土層土壤，除播前將0～20 cm 土層土壤分成2 份， 一份風干后過篩用于測定土壤基礎理化性質，另一份用于測定土壤含水量外， 其他生育時期均只測定土壤含水量，土壤含水量采用干燥法測定。

1.3.2 小麥生長特性相關指標的測定 分別于小麥拔節期、 開花期和成熟期在各個小區采用五點取樣法選取10 株具有代表性的小麥植株， 用卷尺測定小麥株高， 測量部位為從小麥基部發根處至主莖頂端， 用游標卡尺測定小麥莖粗， 測量部位為小麥莖稈基部。

1.3.3 小麥產量及其構成因素的測定 在小麥成熟收獲時，每個處理選擇2 個40 m2（2 m×20 m）的小樣方，調查樣方內小麥穗數、穗粒數和千粒重等指標，并按照13%的含水量折算小麥產量。

1.3.4 生育階段耗水量和耗水強度的計算 耗水量和耗水強度的計算參考王培如等[7]的計算方法。

耗水量（WCF,單位：mm）=生育階段開始時土壤蓄水量（W1）-生育階段結束時土壤蓄水量（W2）；

土壤蓄水量（W,單位：mm）=土壤容重（g/cm3）×土層深度（cm）×土層含水量（%）×10-1；

耗水強度（WCD,單位：mm/d）=耗水量/生育階段持續天數（d）。

1.4 數據整理與分析

采用Excel 2016 進行數據整理工作、SPSS 軟件進行相關性分析， 采用Duncann 法進行處理間的多重比較，利用Origin 繪圖。

2 結果與分析

2.1 不同灌溉策略和灌溉方式對小麥株高和莖粗的影響

由圖1 可知， 不同灌溉策略和灌溉方式處理間小麥株高和莖粗存在差異， 滴灌處理下的小麥株高和莖粗要優于微噴灌處理。 不同灌溉策略和灌溉方式下小麥株高， 隨著生育進程的推進呈逐漸上升的趨勢，拔節期到開花期增幅最快，開花期到成熟期增幅不明顯。 對于不同灌溉策略和灌溉方式下的小麥莖粗而言， 隨著生育進程的推進呈先上升后下降的趨勢，在開花期出現最大值，開花期到成熟期小麥莖粗開始下降。 小麥各生育階段株高和莖粗均以微噴灌+限量灌溉和滴灌+限量灌溉模式下效果最優。

圖1 不同灌溉策略和灌溉方式下小麥株高和莖粗的變化特征

2.2 不同灌溉策略和灌溉方式對小麥水分利用的影響

由表2 可知， 不同灌溉策略和灌溉方式處理顯著影響小麥各生育階段耗水量和耗水強度。 不同灌溉策略和灌溉方式處理下小麥均在拔節期至開花期有最大耗水量和耗水強度， 不同灌溉策略和灌溉方式處理下小麥各生育階段均在滴灌+限量灌溉處理下有最大耗水量和耗水強度， 小麥生長季總耗水量為411.57 mm，平均耗水強度為2.191 mm/d。 相同灌溉策略下， 滴灌處理下的耗水量和耗水強度要高于微噴灌處理，而在相同灌溉方式下，小麥各生育階段耗水量和耗水強度均表現為限量灌溉＞虧缺灌溉＞充分灌溉。 這說明適量的灌溉量和適宜的灌溉方式均有利于小麥的生長發育。

表2 不同灌溉策略和灌溉方式下小麥耗水量和耗水強度分析

2.3 不同灌溉策略和灌溉方式對小麥產量及其構成因素的影響

由表3 可知， 不同灌溉策略和灌溉方式顯著影響小麥穗數、穗粒數、千粒重和產量。 不同灌溉策略和灌溉方式下以滴灌+限量灌溉處理（D＋LI）產量最高，為9 374.65 kg/hm2，微噴灌+虧缺灌溉處理（P＋DI）產量最低，為8 836.82 kg/hm2，與微噴灌+虧缺灌溉處理相比，滴灌+限量灌溉處理產量增幅為6.08%。同時小麥穗數、穗粒數和千粒重均在滴灌+限量灌溉處理下有最大值，分別為593.76 萬株/hm2、34.26 粒/株、45.38 g。 同時， 滴灌處理下不同灌溉策略的小麥穗數、穗粒數、千粒重和產量要顯著高于微噴灌處理下的各灌溉策略， 平均增幅分別為1.26%、6.25%、2.38%和4.67%。

表3 不同灌溉策略和灌溉方式下小麥產量及其構成因素變化分析

3 討論與結論

小麥株高和莖粗可以直接反映小麥的生長狀況和生長特性， 合理的灌溉方式和灌溉策略可以減少田間干旱和高溫等脅迫對小麥生長過程的影響[2]。 本研究結果發現， 不同灌溉策略和灌溉方式處理間小麥株高和莖粗存在差異， 且滴灌處理下的小麥株高和莖粗要優于微噴灌處理， 在小麥各生育階段均以微噴灌+限量灌溉和滴灌+限量灌溉下株高和莖粗最大。 這是由于充足灌溉導致小麥冗余生長，產生無效分蘗， 無效分蘗與主莖之間在生長中進行養分和資源的競爭，不利于小麥株高和莖粗的形成。 而虧缺灌溉處理會導致小麥生長過程中水分供應不足， 遭受高溫和干旱脅迫，使生長發育受阻[4,7]。

前人研究發現， 適宜的灌溉量可以有效提升作物產量和水分吸收利用率。 岳玲等[8]的研究發現，適當減少灌溉量更有利于小麥產量的形成和水分的吸收利用，這與本研究結果一致。 本研究結果發現限量灌溉處理下的小麥穗數、穗粒數、千粒重、產量及小麥各生育階段耗水量和耗水強度要顯著高于虧缺灌溉和充分灌溉處理。 這是由于在小麥生長發育進程中，過量的水分灌溉會導致小麥根際區域積水增加，抑制根系生長發育和建成， 進而導致養分吸收利用過程受阻，影響地上部生長發育和籽粒建成，同時過量灌溉還會影響田間微生物群落的多樣性， 導致田間病蟲害加劇，不利于小麥養分吸收與轉運[2,8]。 虧缺灌溉下會導致小麥產生嚴重的水分脅迫和高溫脅迫，導致小麥生長發育、水分吸收利用和籽粒灌漿過程受阻，進而影響小麥產量構成因素的發育，導致產量下降。 而限量灌溉下，小麥根系始終持續處于較好的供水環境下， 有利于根系的建成和深層養分的吸收利用[2]。 同時本研究還發現，滴灌處理下不同灌溉策略下的小麥穗數、穗粒數、千粒重、產量及小麥各生育階段耗水量和耗水強度等均顯著高于微噴灌處理，這可能是由于在滴灌條件下，可以使得水分均勻而準確地滴入作物根區附近的土壤表面或作物根系所在的土壤層， 土壤中養分和肥料始終分布在小麥根系附近，而微噴灌處理下的面積較大，水分施入使得土壤中養分和肥料分散在田間， 同時灌溉時間相對較長，土壤養分向深處轉移更加嚴重，導致小麥養分供應不足[8]，其具體原因還有待進一步研究探索。

綜上可知， 在山東省膠州市春小麥種植區采用滴灌+限量灌溉處理可以更好地促進小麥株高和莖粗的形成，提升小麥各生育階段耗水量和耗水強度，進而促進產量及其構成因素的形成， 保證小麥增產增收， 對于實現水資源高效利用和改善農業生態環境意義重大。