生育期水分调控对河西地区滴灌春小麦生长和水分利用的影响

张雨新，张富仓，邹海洋，陈东峰

（1.西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室，陕西杨凌712100；2.西北农林科技大学中国旱区节水农业研究院，陕西杨凌712100）

生育期水分调控对河西地区滴灌春小麦生长和水分利用的影响

张雨新1，2，张富仓1，2，邹海洋1，2，陈东峰1，2

（1.西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室，陕西杨凌712100；2.西北农林科技大学中国旱区节水农业研究院，陕西杨凌712100）

为探索干旱地区有利于春小麦生长和提高产量的大田滴灌灌水模式，以春小麦永良4号为试验材料，在不同生育期（苗期～分蘖，拔节～孕穗，抽穗～开花，灌浆～成熟）设置5个土壤水分下限W1（55%、60%、55%、50%），W2（60%、65%、60%、55%），W3（65%、70%、65%、60%），W4（70%、75%、70%、65%）和充分灌溉（CK）（75%、80%、75%、70%），研究了不同生育期土壤水分调控对河西地区滴灌春小麦生长、产量和水分利用效率的影响。结果表明：一定施肥水平下，随着土壤水分下限的提高，各处理株高、叶面积指数均不断增大，在成熟期充分灌溉（CK）处理分别比W4处理高2.19%和7.93%；不同水分下限处理条件下，春小麦干物质的总积累量和成熟期干物质向籽粒的分配量均为W4处理最大，比CK分别显著高5.63%和17.14%；各处理春小麦产量和水分利用效率随着土壤水分下限的增加均呈先增加后减小的变化趋势，其中W4处理的水分利用效率比W3处理降低2.82%，但其产量分别比W3、CK处理增加7.53%和4.07%。从节水增产的角度考虑，W4处理可作为基于本试验条件下较适宜的水分处理。

滴灌；春小麦；土壤水分；产量；水分利用效率

水分供应不足会对干旱半干旱地区植被的生长产生严重的影响［1］。甘肃河西地区属于典型的大陆干旱荒漠气候，大部分处于干旱或极度干旱区，多年平均降水量为139.2 mm，远小于多年平均蒸发量（1 614.6mm）。除此之外，由于水资源分配的不均衡以及上游过度利用水资源，引起地下水位的大幅度下降，加剧了该地区水资源的紧缺［2］。由于河西地区土壤瘠薄、干旱少雨，抗旱能力较强的春小麦在该区占有较大的比例。但与此同时该地区小麦也存在着春季低温和干旱使得播种困难，后期高温导致产量低等诸多问题。因此改善灌溉条件、提高小麦抗旱保墒能力成为春小麦节水增产的关键［3－4］。

调亏灌溉于20世纪70年代中期，被澳大利亚持续灌溉农业研究所提出，它是通过人为主动的，在作物生长的某一适当阶段，对其施加水分胁迫，以影响作物的生理和生化过程，进而提高作物的水分利用效率［5］。近年来国内外学者从灌水方式［6］、灌水频数［7］以及灌水定额［8］等方面对作物调亏灌溉做了大量研究。杜太生等［9］研究分析了分根交替灌溉和调亏灌溉对谷类作物土壤水分利用效率的影响，结果表明两种灌水方式下作物的产量均没有显著降低，但是水分利用效率有了很大的提高；分根交替灌溉灌水方式适用于干旱地区宽行谷类作物，而调亏灌溉适用于窄行谷类作物的灌溉。蒋桂英等［10］研究了不同灌水方式对小麦生长发育的影响，结果表明与漫灌相比，滴灌条件下小麦的灌水量有所下降；同时由于滴灌条件下小麦营养器官中的干物质分配量减少，有利于同化物质在籽粒中的积累，提高了粒重，增加了产量，水分生产效率也有所提高。党根有等［11］对春小麦进行了灌水时期和灌水次数的组合处理，研究发现各生育期灌水次数的增加明显促进春小麦叶干物质积累，缓解穗干物质积累量增加速率的降低，降低茎鞘干物质比例。管建慧等［12］通过研究不同灌水量对春小麦耗水特性和产量的影响发现，麦田总的耗水量会随着灌水次数和灌水量的增加而增大，而减少了对土壤水的消耗量。王红光等［13］通过在冬小麦不同生育期设置不同的灌水下限，研究了测墒补灌对小麦干物质积累的影响，结果表明冬小麦营养器官贮藏干物质向籽粒的分配量并未随着补灌水平的提高持续增加。王国栋等［14］研究了测墒补灌条件下北疆绿洲区春小麦的滴灌制度，研究表明灌水下限提高会导致灌溉频率和总灌水量的最终增加，但灌水效益和水分利用效率（WUE）并不随灌水量的增加而提高。

本研究采用滴灌施肥技术，根据各个生育期土壤墒情计算得到的水量对小麦进行灌水，研究不同生育期水分调控对河西地区滴灌春小麦的生长和水分利用效率的影响，以期探索出春小麦不同生育期的需水规律，为河西地区春小麦节水增产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验在甘肃省武威市中国农业大学石羊河流域农业与生态节水试验站进行，该地区地处腾格里沙漠边缘（37°50′49″N，102°51′01″E）。海拔高度1 500 m，大陆性温带干旱气候，年平均气温8℃，年均日照时数3 000 h以上，年均降水量不足200 mm，年均水面蒸发量2 000 mm以上。试验地土质为灰钙质轻砂壤土，根层土壤干容重为1.32 g·cm－3，田间持水量为（体积含水率）21.3%，灌溉水埋深25～30m。

1.2 试验设计

试验分别在不同生育期设置5个土壤水分灌溉下限处理，分别记为W1、W2、W3、W4和充分灌溉（CK），每个处理以控制土壤含水量占田间含水量的百分数表示（表1）。

表1 不同生育期灌溉土壤水分下限处理（田间持水量的%）Table 1 Lower limit of soilmoisture at different growth stages for various treatments（%of field capacity）

每个处理3次重复，共计15个小区，小区面积为50 m2（5 m×10 m）。供试春小麦品种永良4号，15 cm等行距播种，1带4行，第2～3行铺设滴灌带，各滴头流量相同。各处理施肥量均在同一水平并随水施肥。试验中氮肥用尿素（含N 46%），钾肥用硫酸钾镁（含K2O 52%），磷肥用磷酸二铵（含P2O546%），各处理施肥量均在同一水平并随水施肥。按照当地大田施肥标准，分别在苗期施N 18 kg ·hm－2，P2O59 kg·hm－2，K2O 9 kg·hm－2；在拔节期共施N 54 kg·hm－2，P2O527 kg·hm－2，K2O 27 kg·hm－2，分三次施入，抽穗期和灌浆期同拔节期；生育期内共施N 180 kg·hm－2，P2O590 kg·hm－2，K2O 90 kg· hm－2。

1.3 测定指标与方法

1.3.1 土壤含水量的测定及灌水量计算土壤含水量采用传统的土钻取土烘干法测定，取样深度40 cm；各处理土壤含水量小于设置下限即进行灌溉，灌至田间持水量的100%，计划湿润层深度为60 cm。灌水量的计算公式［14］如下：

式中，M为灌水量（mm）；γ为土壤容重（g·cm－3）；H为计划湿润层深度（cm）；θi为田间持水量；θj为测定的土壤含水量。

1.3.2 生长指标的测定株高：在分蘖、孕穗、开花、灌浆4个生育期，每小区连续选取5株小麦植株，测定小麦株高。

叶面积指数（LAI）：在分蘖、孕穗、开花、灌浆4个生育期，每个小区随机选取3个点，利用SUNSAN冠层分析仪对每个小区的叶面积指数进行测定。

干物质积累与分配：在分蘖、孕穗、灌浆3个生育期每小区连续选取20株小麦完整植株；开花期和成熟期按茎叶鞘、颖壳＋穗轴和籽粒分别取样，放入105℃烘箱中杀青15 min，80℃烘48 h至恒重，称干重。花前与花后的同化物转运量和转运率，计算公式［22］如下：

营养器官开花前贮藏干物质转运量＝开花期干重－成熟期干重；

营养器官开花前贮藏干物质转运率（%）＝（开花期干重－成熟期干重）／开花期干重×100；

开花后干物质输入籽粒量＝成熟期籽粒干重－营养器官花前贮藏干物质转运量；

对籽粒产量的贡献率（%）＝开花前营养器官贮藏干物质转运量／成熟期籽粒干重×100。

1.3.3 籽粒产量成熟期每个小区选取代表性样点1m2，脱粒考种测产，然后烘干重，折算成公顷产量。

1.3.4 水分利用效率（WUE）

式中，Y为作物产量（kg·hm－2），ET为全生育期内累积作物耗水量（mm）。

作物耗水量［14］通过水量平衡法得到，计算如式（3）：

式中，ET1－2为阶段耗水量（mm）；i为土壤层数；n为总土层数；γi为第i层土壤干容重（g·cm－3）；Hi为第i层土壤厚度（mm）；θi1和θi2为第i层土壤时段初和时段末的含水率；I为时段内的灌水量（mm）；P为有效降水量（mm）；K为地下水补给量（mm），由于该地区地下水埋深在25～30 m，故K＝0。有效降雨量P0计算如式（4）

式中，P0为有效降水量（mm）；TP为总的降雨量（mm）。

1.4 数据分析

采用SPSS22.0统计分析软件对试验数据进行显著性方差分析；采用Microsoft Excel 2007进行数据处理；采用Origin 9.3软件绘图。

2 结果与分析

2.1 生育期水分调控对春小麦生长的影响

2.1.1 株高由图1可以看出，随着小麦的生长，不同处理条件下的小麦株高变化趋势相同，均表现为开花期前增长迅速，开花期后由于小麦由营养生长进入生殖生长，小麦株高增长缓慢或停止生长。但各处理对小麦株高的影响不同，在分蘖期，不同水分处理对株高影响不显著；孕穗期株高迅速增加，其中W4株高增长速率最大（2.44 cm·d－1），分别比W1、W2、W3、CK高53.40%、39.52%、5.02%和9.74%，这说明灌水量的增加会增大小麦株高的增长速率，但水分过高增长速率有所下降；开花期与灌浆期处理间株高差异性相同，在灌浆期，充分灌溉（CK）处理株高最大（84 cm），分别比W1、W2、W3、W4高22.27%、18.81%、7.42%和2.19%，其中W4与CK差异不显著（P＞0.05）。以上结果表明，小麦株高随着灌水量的增加而增大，但是充分灌溉对小麦株高的影响不显著（P＞0.05）。

2.1.2 叶面积指数（LAI）由图2可以看出，不同水分处理下的LAI生长变化均表现为先增后减的趋势，各处理的LAI最大值均出现在孕穗期。孕穗期CK的LAI最大，分别比W1、W2、W3、W4高94.74%、76.19%、25.42%和2.78%，CK与W4没有显著性差异（P＞0.05）；分蘖～孕穗期，各处理的LAI随着小麦植株的生长逐渐增大，其中W4的LAI增长量最大（0.9），这表明灌水量的增加有利于植株叶片的生长，但是充分灌溉对小麦叶面积的影响不显著（P＞0.05）；开花～灌浆期W1、W2、W3、W4、CK的LAI减小速率分别比孕穗～开花期的减小速率高60.00%、49.33%、42.22%、33.33%和6.67%，其中充分灌溉（CK）处理的减小速率变化量最小。这说明各处理的LAI在开花～灌浆期减小速率较大，同时充分灌溉能够延缓叶片衰老。

图1 不同生育期水分调控对春小麦株高的影响Fig.1 Effects ofwater regulation on plant height of spring wheat at different stages

图2 不同生育期土壤水分调控对春小麦叶面积指数（LAI）的影响Fig.2 Effects of soilwater regulation on LAIof spring wheat at different stages

2.2 生育期水分调控对地上部干物质积累的影响

由图3可以看出，随着生育期的推进，不同土壤水分条件下春小麦干物质积累量变化趋势表现为：在孕穗期前积累缓慢，随后干物质积累迅速加快，至开花期各处理的地上部干物质积累速率均达到峰值，而后积累逐渐变缓，在成熟期各处理地上部干物质积累量达到最大值。孕穗期充分灌溉（CK）处理干物质累积最大，各处理出现显著差异；孕穗～开花期小麦的营养生长与生殖生长同时进行，前期以叶为主，后期小麦茎秆和穗也有显著增加；随着灌水量的增加，各处理的干物质积累速率也逐渐增大，其中W4的干物质积累速率最大，分别比W1、W2、W3和CK高22.76%、17.84%、12.00%和16.67%，其中充分灌溉（CK）处理的积累速率有所下降，这说明，水分过多使得营养生长过盛，营养生长与生殖生长失调，不利于小麦干物质的积累。开花～灌浆期W1、W2、W3、W4、CK的地上部干物质积累速率分别为128.32、139.90、200.50、229.91 kg·d－1·hm－2和214.76 kg·d－1·hm－2，分别比孕穗～开花期减少67.93%、66.44%、54.29%、53.20%和48.99%。这表明，开花期后小麦地上部干物质积累速率下降，同时高灌水量能够延缓干物质积累速率的下降。成熟期小麦地上部干物质最终积累量为W4＞CK＞W3＞W2＞W1，说明高灌水量并未使干物质积累量明显增加，而低灌水量会影响小麦个体的生长。

图3 不同生育期土壤水分调控对春小麦干物质积累量的影响Fig.3 Effects of soilwater regulation on drymatter amountof spring wheat at different stages

2.3 生育期水分调控对春小麦地上部干物质分配和同化物转运的影响

由表2可以看出，成熟期不同土壤水分调控条件下，春小麦干物质在各器官中的分配量和分配比例有所差异，可是均满足籽粒＞茎叶鞘＞穗轴＋颖壳。这是由于，各处理小麦茎叶鞘以及穗轴＋颖壳中的干物质大部分向籽粒中运输，故其分配量和分配比例较小。同时除籽粒外，春小麦的干物质分配量及分配比例均随着灌水量的增加不断增大。而不同处理条件下的小麦籽粒干物质中，W4分配量最大，分别比W1、W2、W3、CK高44.71%、30.85%、15.49%、17.14%。由此可以看出，土壤水分的增加有利于春小麦前期的营养生长，进而对成熟期营养器官中干物质的积累有促进作用；与此同时籽粒的干物质分配量并未随着灌水量的增加而持续增大，这表明灌水量过高不利于同化物向籽粒的分配，进而也会对小麦的产量产生影响。

表2 土壤水分调控对春小麦成熟期干物质分配的影响Table 2 Effects of soilwater regulation on drymatter distribution atmature stage of spring wheat

由表3可知，各处理营养器官开花前贮藏干物质转运率和贡献率均表现为W1＞W2＞W3＞W4＞CK，其中CK分别比W1减小56.98%、66.49%，W4分别比W1减小22.60%、39.77%；开花后贮藏干物质积累量随着灌水量的增加逐渐增大，充分灌溉（CK）处理最大，W1、W2、W3、W4分别比CK减小51.71%、44.46%、31.48%和2.10%，W4与CK无显著性差异。以上结果表明，与W1相反，充分灌溉（CK）处理更有利于促进营养器官开花后贮藏的同化物向籽粒的运输，W4则更有助于平衡花前与花后同化物向籽粒的再分配，进而有利于高产量的获得。

表3 土壤水分调控对春小麦营养器官贮藏干物质向籽粒的转运量和开花后干物质积累量的影响Table 3 Effects of soilwater regulation on translocation amountof vegetative organs to grains and accumulation amountafter anthesis in spring wheat

2.4 生育期水分调控对春小麦产量、水分利用效率（WUE）的影响

由图4可以看出，土壤水分调控下春小麦产量和水分利用效率均满足先增加后减小的变化趋势，但是产量和水分利用效率的最大值并不出现在同一处理。不同处理春小麦最终产量为W4＞CK＞W3＞W2＞W1。其中，W4产量达到7 476.04 kg·hm－2，分别比W1、W2、W3、CK显著增加73.86%、40.58%、7.53%和4.07%，W3与充分灌溉（CK）没有显著性差异（P＞0.05）。由此可知，随着灌水量的增加，春小麦的籽粒产量也在增大，但水分过多会导致小麦产量的下降，这也说明过量灌水不利于小麦的节水增产。不同土壤水分调控处理下，小麦水分利用率并未随着灌水量的增加持续增大。其中W1的水分利用效率最低，仅为13.33 kg·mm－1·hm－2，这是由于灌水量过低，抑制了小麦的生殖生长，进而影响小麦的水分利用效率。W3的水分利用效率最高，为17.36 kg·mm－1·hm－2，分别比W4、充分灌溉（CK）增加2.90%和12.44%，W3与W4没有显著性差异（P＞0.05）。综上所述可知，随着灌水量的增加，小麦的产量和水分利用效率均呈先增大后减小的变化趋势，因此对小麦进行适宜水分调控对其节水增产起到积极的作用。

图4 土壤水分调控对春小麦产量和水分利用效率的影响Fig.4 Effects of soilwater regulation on yield and water use efficiency of springwheat

3 讨论

本研究发现，各个生育期不同程度的土壤水分亏缺对于春小麦株高有显著性影响。适宜的水分胁迫不利于株高的增长，但同时也增加了小麦的抗倒伏能力，提高了小麦的产量。在各个生育期内充分灌溉（CK）处理都要显著高于水分胁迫处理（W1），这是由于高水有利于小麦株高的生长，这与王振华等［15］研究结果一致。在本研究中，小麦株高分蘖～孕穗期的增长速率显著大于其他生育期，这与王冀川等［16］认为的拔节～扬花期土壤水分对株高生长影响最大有差异。随着小麦的生长，小麦叶片也在不断变化。本研究中发现，不同水分条件下的春小麦叶面积指数均呈先增大后减小的变化趋势，在孕穗期达到峰值。但是在各生育期内，W1的叶面积指数始终最小，这说明高灌水量会使春小麦的叶面积显著增加［14］。

有研究表明［17－18］不同水分处理下，适宜的水分亏缺更有利于小麦干物质积累。在本研究中，各处理春小麦干物质积累量变化趋势相同，其中W4、CK始终高于W1、W2、W3，在开花期各处理干物质积累速率达到峰值，其中W4、CK始终高于W1、W2、W3处理；在开花期各处理干物质积累速率均达到最大值，这与前人［19］研究结果一致。董剑等［20］研究发现高灌水量有利于干物质向营养器官的分配积累，不利于籽粒干物质的积累。本研究表明，成熟期春小麦干物质在营养器官中的分配量及分配比，均随着灌水量的增加不断增大。而不同处理条件下的小麦籽粒干物质中，W4分配量最大，这是由于适度的水分胁迫在复水后，可以加快贮存在营养器官中的物质向籽粒中转移［21］。在本研究中，与充分灌溉（CK）相反，水分胁迫（W1）更有利于营养器官开花前贮藏的同化物向籽粒的运输，这与前人［22］研究结果一致。

徐翠莲等［23］研究发现产量的提高必然需要消耗大量的水分，即高产建立在高耗水量的基础之上。本研究中，各处理的产量W4＞CK＞W3＞W2＞W1，这说明灌水量过高使小麦产量有下降趋势。水分利用效率能综合反映耗水量与籽粒产量的相互关系［24］。张忠学等［25］认为供水量越多，耗水量越大，水分利用效率随着灌水次数和灌水量的增多逐渐降低。Panda R K等［26］连续三年研究了水分亏缺对小麦生长的影响，结果表明与充分灌溉相比，水分亏缺条件下的小麦产量和水分利用效率较高。本研究表明，随着灌水下限的提高，水分利用效率呈先增加后减少的变化趋势。其中W3最大，W4与CK没有显著性差异，这说明较高的灌水下限并不能保证高产量和水分利用效率。因此为使不同土壤水分调控下滴灌春小麦的高产与节水达到统一，还需要进一步的研究和验证。

4 结论

生育期水分调控，对滴灌春小麦的生长、水分利用效率有显著性影响。各处理株高均随着灌水量的增加不断增大，但叶面积指数呈先增大后减小的变化趋势，在孕穗期达到最大值。其中充分灌溉条件下，春小麦的株高和叶面积均高于其他处理，但W4与其并没有显著性差异。小麦干物质的积累、分配是产量形成的基础，各处理的干物质积累量随着生育期的推进逐渐增大，其中W4干物质积累量和成熟期籽粒中干物质分配量均最大，比充分灌溉（CK）处理分别显著高5.63%和17.14%。与此同时，本研究中，W3处理的水分利用效率最高，但其产量却显著低于W4处理。W4处理作为产量最大的处理，比CK显著增加4.07%，灌水量却低了7.75%。综上可知，生育期适宜的水分调控更有利于春小麦的生长和高产的获得，从节水增产的角度考虑，W4可作为基于本试验条件下较适宜的水分处理。

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Effects of soilwater regulation in growing period on spring wheat grow th and water use in Hexi areas under drip irrigation

ZHANG Yu-xin1，2，ZHANG Fu-cang1，2，ZOU Hai-yang1，2，CHEN Dong-feng1，2
（1.Lɑborɑtory of Agriculturɑl Soilɑnd Wɑter Engineering in Aridɑnd Semiɑrid Areɑs ofMinistry of Educɑtion，Northwest A＆F University，Yɑngling，Shɑɑnxi 712100，Chinɑ；2.Institute ofWɑter-sɑving Agriculture in Arid Areɑs of Chinɑ，Northwest A＆F University，Yɑngling，Shɑɑnxi 712100，Chinɑ）

In order to explore the drip irrigationmode to improve the growth and yield of spring wheat in Arid Areas，field plotexperimentswere carried outwith the springwheat species of Yongliang 4.Five lower soilwater limits（i.e.W1（55%、60%、55%、50%），W2（60%、65%、60%、55%），W3（65%、70%、65%、60%），W4（70%、75%、70%、65%）and sufficient irrigation（CK）（75%、80%、75%、70%））were applied at different growing stages（emergence～tillering，jointing～booting，heading～anthesis，filling～maturity）to study the effects of soilwater regulation on spring wheat growth，yield and water use efficiency in Hexiareas.The results showed thatat the same fertilizer level，the increase in lower soilwater limits increased the plantheightand LAIof springwheat.Compared with theW4 treatments，the plant height and LAIof the sufficient irrigation treatment（CK）increased by 2.19%and 7.93%.However，compared with sufficient irrigation treatment（CK），total drymatter accumulation and its distribution amount to grain ofW4 treatment had significantly increased respectively by 5.63%and 17.14%.With the increase in lower soilwater limits，the field and water use efficiency（WUE）in all treatments increased first and then decreased.Compared with W3 treatments，thewater use efficiency（WUE）ofW4 treatmentwas reduced by 2.82%.However，the treatmentW4 showed the highest field，which was increased by 7.53%and 4.07%，compared with that of theW3 and CK treatments.In sum-mary，the appropriate soilwater regulation at growing stages is beneficial to the growth and high yield of spring wheat.Comprehensively considering thewater saving and high field，the treatmentW4 is selected as the optimalwater treatment under the present experimental conditions.

drip irrigation；spring wheat；soilwater；yield；water use efficiency

S275.6；S512.1＋2

：A

1000-7601（2017）01-0171-07

10.7606／j.issn.1000-7601.2017.01.26

2016-03-11

国家“十二五”863计划项目（2011AA100504）；农业部公益性行业科研专项（201503124）；教育部高等学校创新引智计划项目（B12007）

张雨新（1992—），女，辽宁北票人，硕士研究生，主要从事节水灌溉理论与技术研究。E-mail：772394594＠qq.com。

张富仓（1962—），男，陕西武功人，博士，教授，主要从事节水灌溉理论与技术研究。E-mail：zhangfc＠nwsuaf.edu.cn。