旱地冬小麦抗旱节水技术综述

贾亮　王素萍　胡兆平等

摘要：总结了当前旱区小麦生产中存在的主要问题，提出提高小麦产量的有效抗旱节水措施，包括选择适宜类型的品种，适期、适量播种，合理施肥，发展调亏灌溉，推广小麦地膜栽培和秸秆覆盖栽培技术。

关键词：冬小麦；旱区；水资源；节水农业

中图分类号： S512.107 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2014）07-0077-03

收稿日期：2013-10-16

基金项目：国家科技支撑计划（编号：2011BAD11B02）；山东省自主创新专项（编号：2012CX90202）。

作者简介：贾亮，男，山东临沂人，硕士，研究方向为旱地水肥管理与植物营养调控。E-mail：jialiang624@foxmail.com。我国水资源严重缺乏，虽然水资源总量约有2.8万亿m3，居世界第6位，但人均占有量仅有2 240 m3（按照国际公认的标准，人均水资源占有量低于3 000 m3为轻度缺水），居世界第88位，我国是全球13个人均水资源最贫乏的国家之一[1]。同时，我国作为一个缺水的农业大国，农业用水量占总用水量的60%～70%[1]，水资源利用效率仅为30%～40%，远低于发达国家的70%～80%[2]。水资源的缺乏和利用率低下已成为影响我国农业发展和粮食生产的重要问题。据报道，我国的粮食生产主要依赖于占国土总面积40%的半干旱区[3]。因此，半干旱区农业生产状况不仅直接影响我国的农村经济发展，还影响我国的粮食安全乃至社会安定。为解决该问题，有关研究领域不断向节水、高效、环保的领域扩展，以保证农业和水资源的可持续发展。

小麦是我国北方地区主要粮食作物，也是种植面积仅次于水稻的粮食作物，在国家粮食安全中起着至关重要的作用。小麦种植范围广且分布相对集中，但水资源缺乏的旱地小麦种植面积占全国小麦总种植面积的1/4。据报道，旱地小麦的产量仅为全国小麦平均产量的48.2%，是我国小麦生产的“拖腿田”，也是提高我国小麦产量潜力最大的地区[4]。大量研究表明，旱地小麦种植区造成小麦减产的主要原因是干旱胁迫[5-9]。因此，旱地农业发展的出路在于发展节水农业，充分利用水分和养分之间的关系，在不增加施肥量的前提下，使水分和养分发挥最大的增产效果。本文总结了当前旱区小麦生产中存在的主要问题，提出提高小麦产量的有效抗旱节水措施，旨在为发展节水农业和保障粮食安全提供参考。

1旱区小麦生产现状及存在问题

1.1旱区降水量少而集中，蒸发量大

旱区平均年降水量约250～600 mm，降水量少且季节分配不均，其中70%的降水集中在6—9月，且多以暴雨形式出现，蒸发量很大，水面蒸发量为降水量的2倍以上。如黄土高原旱地降水较少，降水季节分配不均，与小麦生长季节错位，并且由于灌溉条件受限，小麦产量低而不稳[10]。

1.2干旱地区土壤瘠薄

旱地麦区除少数地方土壤肥力较好，大部分地区干旱贫瘠，水资源短缺直接影响了植物生长和土壤养分积累。而且，严重的风蚀和水蚀又进一步导致土壤流失，土壤养分减少，土壤结构和理化性状差，蓄水保水能力差，土壤肥力退化[11]。经过长期耕作，天然肥力耗竭也会导致土壤有效养分减少，尤其是氮素缺乏；我国40%的旱地土壤全氮含量低于 0.75 g/kg[12]。土壤贫瘠制约了作物对水分的吸收利用，也限制了作物产量的增加。因此，养分缺乏也是制约旱地小麦产量提高的主要因素之一[5]。

1.3播种期偏早，播种质量不高

近年来由于全球气候变暖以及小麦品种特性的变化，小麦冬前幼苗旺长，冬季、春季冻害的现象较为普遍[13]。有研究表明，干旱且没有灌水条件的地区偏早播种会使小麦冻害发生概率大幅提高，如果冬小麦播种过早，其发育进程提前，冬前旺长，抗寒力削弱，一旦遇上低温、霜冻极易受冻害，将严重影响小麦生产[14]。

1.4管理简单粗放，病虫草害防治不及时

近年来城镇化高速发展，农村劳动力不断减少，而留守劳动力多为弱势群体，文化素质不高，造成农田管理简单粗放。施肥“一炮轰”、重氮轻磷；灌溉“一窝蜂”，有水就灌，没水也不管[13]。不科学的田间管理也会直接导致小麦减产。

1.5经济基础较差

旱地小麦产区多为农村经济贫困地区，农业结构单一，农民文化素质较低，农业机械化水平低，作物布局不合理，品种选用不当，这也是影响旱地小麦产量提高的重要因素之一[15]。

2旱区小麦抗旱节水的主要方式

2.1因地制宜，科学规划，改进灌溉技术

随着农业和科学技术的进步，农田节水措施也越来越多样化，因地制宜的田间节水工程，小畦灌、沟灌、膜下灌以及喷灌、滴灌等高效节水技术已快速发展，这对旱区作物可持续发展有重要意义[16]。随着2013年中央一号文件的出台，专业大户、家庭农场、农民合作社等农业规模经营不断扩大，这更有利于促进田间节水工程设施充分利用，提高水资源利用效率。

2.2选择适宜类型的品种，并适期适量播种

由于旱地缺乏水资源，旱地冬小麦品种多以抗旱性为主。各地水资源不平衡，有季节性差异，因此要选择适合本地区的抗旱小麦品种[17]。与一般小麦品种相比，抗旱小麦品种根系发达，可以吸收深层土壤水分，干旱时小麦有较强的水分补偿能力。适期、适量播种同样重要，大量研究表明，小麦适期、适量播种可以充分利用冬前的热量资源，培育壮苗，增强抗逆力，为提高成穗率和小麦高产奠定基础[18-19]。

2.3结合小麦养分需求规律和测土配方技术进行平衡施肥，重视有机肥配施

施肥是提高小麦等作物产量的关键技术措施，而且施肥与作物的抗旱性的关系极其密切。合理施肥是调节作物水分利用状况，降低水分胁迫造成危害的有效途径[20]。

大量研究表明，通过合理施肥不仅可以显著提高旱区作物的经济产量，也有利于提高作物水分利用效率[21-26]。因为施肥促进了作物根系的生长，从而增加了作物对土壤深层水分的利用，起到“以肥调水”作用。也有研究表明，氮肥、磷肥、钾肥的合理配施可以有效促进植株的生理抗旱性，尤其是磷素营养具有提高耐旱能力和御旱能力的双重功能[27]。旱地作物生产中，有机肥配施对提高土壤肥力和作物产量也有重要意义[28]。有机肥与化肥配施不仅可以显著增加土壤养分，还可以明显增强土壤酶活性，促进土壤有机养分转化，从而促进作物对养分的生长和利用，提高作物产量[29-30]。

2.4调亏灌溉，补充灌溉

调亏灌溉是指从作物自身的水分利用特点出发，在作物生长的某一阶段，主动施加一定程度的水分胁迫，提高其抗旱能力，从而达到有效利用光合产物，提高水分利用效率和产量，提高作物经济产量和经济价值的目的[31-32]。补充灌溉又称有限灌溉，是指在水资源短缺的状况下，降低作物整个生育期的供水量，将有限的水资源分配利用到作物对水分的敏感时期或作物生长关键期，而满足作物的生长需要和降低作物因干旱造成减产的可能，最终提高旱地农业生产的作物产量以及水分利用效率。

已有研究表明，拔节期为小麦千粒重、穗粒数的水分亏缺敏感期[33]，在拔节期供水供肥可以显著地提高小麦产量，同时增加穗粒数和千粒质量[34-35]。适时适量的灌水，可以有效促进小麦根系生长和水分的利用，提高小麦产量和水分利用效率[36]。而在高产范围内适当减少供水量，也可保证作物产量和水分利用效率同时稳定在较高的水平上，并获得最佳的经济效益[37]。因此，在旱地降水资源稀少的条件下，根据作物对水分的生理需求特性，发展调亏灌溉和补充灌溉的节水灌溉技术，对提高水资源利用率，增加旱地小麦产量和实现旱地农业可持续发展有重要意义。

2.5小麦秸秆覆盖、覆膜栽培和垄沟栽培等栽培措施

秸秆覆盖、地膜覆盖及垄沟栽培等栽培措施被认为是我国旱地农业发展节水农业的主要途径[38-39]，对实现我国的旱地节水农业和可持续发展农业有重要意义[40]。

秸秆覆盖是以作物茎秆、糠皮或绿肥为覆盖物，将其粉碎后覆盖于作物田间表面，具有改善生态环境、培肥地力、提高资源利用效率和增产增收的重要作用[41]。秸秆覆盖不仅可以补充土壤养分，增加土壤有机质和孔隙，还可以改变作物耗水规律，降低土壤水分的消耗和提高土壤水分利用，从而提高作物水分利用效率和经济产量[42-44]。

地膜覆盖也是作物节水的一项重要措施，并且在棉花、小麦、玉米等作物栽培上进行了大面积推广应用[45-46]。地膜覆盖有利于调节地温，改善农田水分供给，提高作物水分利用效率和产量[47]。有研究表明，覆膜结合垄沟栽培技术对旱地小麦也具有显著的增产作用[48-49]，垄沟和覆膜可以改善土壤表层的温度和土壤耕层水分环境，促进作物生育期的提前和土壤水分的利用[48]。也有研究表明，在旱地有限水资源条件下，垄沟覆膜技术与合理施肥相结合，可以明显提高水分利用效率和提高作物产量[49]。

2.6抗旱剂和缓控释肥、微生物肥料等新型肥料的应用

随着科学技术的不断进步，肥料向复合高效、缓释控释（长效）和环境友好等多方向发展。目前，新型肥料已得到快速发展和广泛应用，如缓释和控释肥料、水溶肥料、稳定性肥料、腐殖酸类肥料、多功能肥料、生物肥料等。它不但提高了作物的产量和肥料利用效率，还有助于改善环境质量[50-51]。

植物生长调节剂被用来调节和控制作物的生长发育，增强作物在水分胁迫下的适应能力，提高植株抗旱性，从而提高作物产量。施用保水剂等抗旱剂对于作物高效利用水资源、提高作物产量和经济效益有重要作用。大量研究表明，施用抗旱剂可以提高小麦植株抗旱能力，促进籽粒灌浆，改善营养品质，并防止后期病害，从而起到抗旱增产的作用[52-54]。也有研究表明，施用抗旱剂不仅有利于作物增强抗旱性和提高产量，还有利于改善土壤微生物环境，减缓传统农药及化肥对环境的污染[55-56]。

2.7科学田间管理

为提高旱地小麦产量，还须加大农技培训力度，指导农民做好科学田间管理。在病虫害防治上，要坚持“预防为主、综合防治”的原则，加强重点病虫害地区的监测，改善传统的防治手段，推广适时有效的防治措施。

3研究展望

干旱缺水和养分缺乏是旱区小麦生产的主要限制因素。科研工作者在促进旱地小麦生产的施肥种类、施肥方式、灌水以及栽培措施等方面已做了大量研究，但在生产实际应用中，一般仅应用单一或2种技术措施，多方面措施综合利用并未全面发展。因此当前抗旱节水农业应该向工程节水、农艺节水、生物节水、管理节水等技术有机结合与集成的方向发展，进一步提高农业的综合效益和促进可持续发展[57]。

随着小麦抗旱机理和抗旱基因研究的深入，通过分子生物技术培育抗旱作物品种已取得一些进展。已有研究表明，通过提高水分利用效率和收获指数来改善作物的各种性状，然后利用生物新技术可以培育出高水分利用效率的高产耐旱品种[58]。虽然通过基因工程手段改良小麦的抗旱性仍存在一些问题，但随着对小麦抗旱分子机理认识的不断深入和分子生物技术的不断发展，抗旱小麦育种的技术将更加成熟。而通过基因工程培育抗旱品种与小麦生产栽培等多项技术相结合，将成为促进旱地小麦稳产和旱地农业可持续发展的重要途径。

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