不同滴灌量下冬小麦耗水特性及干物质积累分配研究

孙乾坤，章建新，赵连佳，薛丽华，段丽娜

(1.新疆农业大学农学院， 新疆 乌鲁木齐 830052； 2.新疆农业科学院粮食作物研究所， 新疆 乌鲁木齐 830091)

不同滴灌量下冬小麦耗水特性及干物质积累分配研究

孙乾坤1，章建新1，赵连佳1，薛丽华2，段丽娜1

(1.新疆农业大学农学院， 新疆 乌鲁木齐 830052； 2.新疆农业科学院粮食作物研究所， 新疆 乌鲁木齐 830091)

在2013—2014年、2014—2015年田间试验研究了W1(2 550、2 325 m3·hm-2)，W2(3 450、3 000 m3·hm-2)，W3(4 350、3 675 m3·hm-2)，W4(5 250、4 350 m3·hm-2)4种滴水量处理对0～140 cm土层含水量及小麦叶面积指数、光合势、干物质积累分配、水分利用效率及产量等的影响。结果表明，拔节至灌浆期间，在每次滴水225～900 m3·hm-2的范围内，增加滴水量主要直接增加0～60 cm土层含水量，间接减少60～140 cm土层储水消耗量，W4土壤储水消耗较W1减少50%左右；增加拔节至成熟期间冬小麦群体叶面积指数、光合势；增加干物质积累量和花后光合产物对子粒的贡献率，降低花前营养器官贮藏物向子粒的转移量、转移率和其对子粒的贡献率，增加产量、降低灌溉水利用效率。总滴水量大于3 675 m3·hm-2(其中，拔节至灌浆期间的滴水量大于2 700 m3·hm-2)增产不显著，并且大幅度降低灌溉水利用效率。降水量对冬小麦产量形成影响很小，灌水量对小麦产量和水分利用效率起决定性作用；北疆冬小麦全生育期适宜总滴水量为3 450～3 675 m3·hm-2(其中，拔节期、孕穗期、开花期、灌浆期各450～675 m3·hm-2)，可以获得的产量是6 737.4～8 604.1 kg·hm-2。

冬小麦；滴灌量；耗水量；干物质积累；产量；水分利用效率

新疆作物生产必需依靠灌溉，灌溉水资源匮乏是限制新疆农作物生产发展的重要因素。冬小麦是新疆种植面积最大的粮食作物。目前，仍然主要采用漫灌方式，灌溉水利用效率不高，节水潜力很大，节水高产是新疆小麦生产发展的必然趋势。目前，滴灌技术已在新疆小麦生产上大面积应用，节水、增产效果显著[1]，且应用面积逐步增大。滴灌技术不仅能通过局部湿润的方式将水肥控制在根区内促进作物对水分和养分的吸收利用,还能减少地表径流、棵间蒸发和深层渗漏[2]。滴灌条件下的水分利用效率显著高于漫灌[3-4]。Arafa等[5]小麦滴灌研究表明，产量比喷灌少16%～27%, 但可节水43%～76%。谢小清等[6-7]管栽试验认为增加滴灌量，增加土层湿润深度，促进深层根系生长，并延缓衰老。田间试验认为随着每次滴灌量增加，水分在水平方向的扩散距离增大，避免远离毛管处小麦受旱[8]。滴灌量特别是春季滴灌量对冬小麦产量和灌溉水利用效率影响很大。有关滴灌量对冬小麦耗水特性和产量及水分利用效率的影响缺乏系统研究[7，9-10]。本文研究了高产麦田拔节期至成熟期间不同滴灌量对冬小麦耗水特性、干物质积累分配及产量的影响规律，为冬小麦节水高产栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区基本概况

试验于2013—2014、2014—2015年在新疆农业科学院玛纳斯实验站进行，实验站降水资源见表1。参试品种为新冬18号。

2013—2014年施基肥前取土样测定0～20 cm土壤养分，有机质为2.49%，碱解氮51.03 mg·kg-1、速效磷为21.46 mg·kg-1，速效钾为217.0 mg·kg-1。基施尿素45 kg·hm-2，磷酸二铵375 kg·hm-2，2013年9月25日播种，行距15 cm，两毛管间距60 cm。在拔节期用环刀分别取(重复3次)0～20、20～40、40～60、60～80、80～100、100～120、120～140 cm土样测定容重，结果分别为1.6、1.7、1.6、1.6、1.6、1.6、1.6 g·cm-3。拔节期、孕穗期分别滴入尿素225 kg·hm-2。6月24日至29日成熟。

2014—2015年施基肥前取土样测定0～20 cm土壤有机质含量为2.27%，碱解氮53.21 mg·kg-1、速效磷含量23.23 mg·kg-1，速效钾含量为231.3 mg·kg-1，0～140 cm拔节期测土壤容重同2014年。基肥和追肥同2013年，2014年9月25日播种，行距15 cm，两毛管间距60 cm。小麦生长期间各月累计降水量见表1。6月21日至29日成熟。

1.2 试验设计

2013—2014年、2014—2015年试验全生育期设W1(2 550、2 325 m3·hm-2)，W2(3 450、3 000 m3·hm-2)、W3(4 350、3 675 m3·hm-2)、W4(5 250、4 350 m3·hm-2)4种滴灌水处理，具体滴水时期和滴水量见表2。田间按滴水量从多到少的顺序排列，试验小区长7 m、宽4.2 m，面积29.4 m2，重复3次，各处理间设2 m宽隔离带。

表1 冬小麦生长期间各月的累计降水量/mm

表2 各滴水处理的滴水时期和滴水量/(m3·hm-2)

注：2014年春季灌水日期分别为：4月25日、5月9日、5月29日、6月11日；2015年春季灌水日期分别为：4月22日、5月4日、5月28日。

Note: The irrigation were performed on April 25th, May 9th, May 29th, and June 11th in 2014 and those for 2015 were April 22nd, May 4th, May 28th.

1.3 主要测定项目及方法

1.3.1 土壤含水量测定 播种前用铝盒烘干法测定0～140 cm土层含水量(每层20 cm，共分7层)。春季从滴头水前1天开始，每7 d左右测定一次0～140 cm土层含水量(在毛管间距1/2处取样，分层同上)，测至成熟期停止，在每次滴水前、后，各处理加测1次0～20、20～40、40～60 cm土层含水量，重复2次。

1.3.2 叶面积指数、光合势及干物质的测定 在2014、2015年分别于拔节期(04-20、04-25)、孕穗期(05-13、05-11)、开花期(06-02、05-20)、灌浆期(06-16、06-11)各处理选取具代表性30个茎，用长宽系数法测定叶面积，同时选样点0.3 m2测定单位面积总茎数，重复3次，计算各处理叶面积指数(LAI)和光合势；每次将各处理植株样在80℃下烘至恒重，分别称重计算干物质量。

叶面积指数(LAI)=绿叶面积/土地面积

光合势=(L2-L1)×(T2-T1)，式中L表示叶面积，T为时间。

1.3.3 花前营养器官贮藏物转移量、转移率及其对产量的贡献率测定 开花期各处理分别选取当天开花且大小相似的茎80个挂牌标记，开花当天各处理分别自茎基部取10个茎烘干称重，重复3次；成熟期各处理分别自茎基部取开花期挂牌茎10个，重复3次，烘干称总重后，脱粒称粒重，计算花前营养器官的物质转移量、转移率和贡献率。

营养器官开花前贮藏同化物转运量(kg·hm-2)=开花期总干重-成熟期营养器官干重

营养器官开花前贮藏同化物转运率(%)=营养器官开花前贮藏同化物转运量/开花期总干重×100%

开花后同化物输入子粒量(kg·hm-2)=成熟期子粒干重-营养器官花前贮藏物质转运量

营养器官开花前贮藏同化物对子粒产量的贡献率(%)=开花前营养器官贮藏物质转运量/成熟期子粒干重×100%

1.3.4 产量和水分利用效率的测定 各处理分别取3个具有代表性的样点(每点4.5 m2)实收、单脱，晒干后称重，以3个样点平均值计算折合产量。

水分利用效率(%)=经济产量/总耗水量

总耗水量=土壤贮水消耗量+小麦生长期总降水量+总灌水量

土壤贮水消耗量=140 cm土层播种时贮水量-成熟时140 cm土层贮水量

灌溉水利用效率(kg·m-3)=子粒产量/总灌水量

水分利用效率(kg·m-3)=子粒产量/总耗水量

1.4 数据处理

用Excel 2010进行数据处理，Sigmaplot-v10进行图表的绘制，用SAS8.0进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同滴灌量处理对0～140 cm土壤含水量的影响

不同滴水处理0～140 cm土层含水量变化见图1。各滴水处理0～20 cm土层含水量在灌水前、后连续呈现明显的“谷”、“峰”变化，20～40 cm土层含水量除W1处理外，其余处理在灌水前、后仍连续呈现明显的“谷”、“峰”变化，40～60 cm土层含水量仅W2、W4连续呈现明显的“谷”、“峰”变化，增加每次滴水量，增大0～60 cm土层含水量，以0～20 cm土层增幅最大，其次是20～40 cm土层，40～60 cm土层最小；随着滴水量的增加，开花后60～140 cm土层含水量降幅明显减少；两年结果相似，同一处理(如W1)2014—2015年较2013—2014年少灌最后1次水，灌浆期各土层含水量明显低于2013—2014年。随滴水量增加，湿润土层深度增加，在每次225～900 m3·hm-2滴水范围内，主要直接增加0～60 cm土层含水量，间接减少生育中、后期麦田60～140 cm土层储水耗水量和耗水深度。

2.2 不同滴灌量处理对冬小麦叶面积指数和光合势的影响

由图2可见，不同滴水处理叶面积指数在拔节期后迅速增加，孕穗期达峰值后缓慢下降。并随着滴水量的增加，显著增加冬小麦拔节至成熟期间叶面积指数，2014年、2015年孕穗期叶面积指数分别由W1的3.83、4.18增加到W4的6.42、6.45，分别增加67.6%、54.3%；增加滴水量，显著增加春季各生育阶段光合势和春季总光合势(见图3)，2014年、2015年开花至花后20 d的光合势分别由W1的51.57、27.1 m2·d·m-2增加到W4的90.61、83.70 m2·d·m-2，2014年、2015年W4处理的春季总光合势分别比W1增加50.0%、76.4%，W3与W4的总光合势差异不显著，两年结果一致。增加滴水量，增加冬小麦拔节至成熟期间各生育阶段的叶面积指数和光合势，以W3和W4拔节后的总光合势较高。

2.3 不同滴灌量处理对小麦干物质积累及分配的影响

由表3可见，随着拔节后滴水量的增加，拔节至成熟期间干物质积累量增加，2013—2014年、2014—2015年 W4成熟期干物质量分别较W1增加16.9%、16.5%，W3与W4的总干物质积累量差异不显著；随着滴水量的增加，2014年花前营养器官贮藏物转移量、转移率、对子粒贡献率分别由W1的2 725.8 kg·hm-2、20.8%、26.1%下降为W3的2 512.3 kg·hm-2、15.8%、20.5%，花后光合产物对子粒的贡献率由W1的73.9%上升为W3的79.5%；2015年花前营养器官贮藏物转移量、转移率、对子粒的贡献率分别由W1的1 832.8 kg·hm-2、16.8%、27.7%下降为W3的1 281.2 kg·hm-2、6.8%、9.8%，花后光合产物对子粒的贡献率由W1的72.3%上升到W3的92.8%(见表4)。2015年W2、W3、W4各处理的花前营养器官贮藏物转移量、转移率、对子粒的贡献率明显低于2014年，是由于2015年灌浆前期发生严重倒伏，导致营养器官储存物质向子粒转移受阻造成的。增加拔节后滴水量，增加拔节至成熟期的干物质积累量和花后光合产物对子粒的贡献率，降低花前营养器官贮藏物对子粒的贡献率；灌浆前期倒伏严重抑制花前营养器官贮藏物质向子粒的转移。

2014年

2015年

2.4 不同滴灌量处理对小麦产量和水分利用效率的影响

由表5和表6可见，随着滴水量的增加，总耗水量增加，土壤贮水消耗量明显减少(2014年、2015年W3土壤耗水量分别仅为W1的69%、79.4%)，增加穗数和穗粒数，最终大幅度增加产量，两年的变化趋势一致；2014年W3较W1产量增加了15.9%，W2、W3、W4处理间产量差异不显著，故适宜的滴水量为3 450 m3·hm-2(W2)，其产量为8 604.13 kg·hm-2，灌溉水利用效率为2.49 kg·m-3、水分利用效率为1.18 kg·m-3；2015年W3(W4)产量较高，并与W1、W2间差异显著，故适宜滴水量为3 675 m3·hm-2(W3)，产量为6 737.37 kg·hm-2，灌溉水利用效率为1.83 kg·m-3、水分利用效率为0.97 kg·m-3。2015年产量较2014年明显降低是因W3、W4处理在灌浆初期发生严重倒伏，大幅度降低千粒重的结果。2015年千粒重若按2014年值计算，产量则接近2014年。因此，增加拔节至成熟期间滴水量，增加冬小麦产量，却降低水分利用效率，拔节至成熟期适宜为1 800～2 025 m3·hm-2(总滴水量为3 450～3 675 m3·hm-2)，可获得6 737.37～8 604.13 kg·hm-2的产量。

图2 各滴灌处理的叶面积指数(LAI)动态变化(2014—2015)

图3 各滴灌处理春季光合势(LAD)动态变化及总光合势(2014—2015)

表3 不同滴灌处理干物质积累/(kg·hm-2)

注：同列数据后不同大小写字母表示处理间差异达1%和5%极显著和显著水平，下同。

Note: Values with different upercase(lowercase) letters in a column are significantly different at the levels ofP≤ 1% and 5%. The same as below.

表4 不同滴灌处理对花前营养器官贮藏物向子粒运转率及贡献率的影响

表5 不同滴灌处理的耗水构成

表6 不同滴灌处理的产量和水分利用效率

注：2015年处理W3、W4发生严重倒伏。 Note: Serious lodging occurred for W3and W4treatments in 2015.

3 讨 论

已有试验结果表明，在一定的范围内，增加灌水量进而增加产量，但过量灌水反而会降低产量和水分利用效率[11]。高产条件下，冬小麦的产量与耗水量之间呈非线性关系[12]。增加冬小麦春季滴水量，增加总耗水量和产量，降低土壤贮水消耗量和水分利用效率[7]；在一定范围内，减少冬小麦滴灌量，产量下降不显著,水分利用效率显著提高[13]。本试验结果表明，滴灌冬小麦拔节至成熟期间每次滴水量在225～900 m3·hm-2的范围内，随着滴水量增加，增加总耗水量和土层湿润深度，主要直接增加0～60 cm土层含水量，间接减少60～140 cm土层储水消耗量；总滴水量为3 450～3 675 m3·hm-2(其中，拔节期、孕穗期、开花期、灌浆期各450～675 m3·hm-2)，获得产量6 737.4～8 604.1 kg·hm-2。

本研究2014—2015年试验因6月上旬降雨量大，与2013—2014年相比，各处理少灌灌浆水。W4、W3处理在灌浆初期发生严重倒伏、后期贪青，营养器官储存物质向子粒转移受阻，大幅度降低千粒重，产量和水分利用效率明显下降。可见，在选择抗倒伏性强的高产品种基础上，适时适量施氮肥和灌水是实现滴灌冬小麦节水高产的关键技术。

冬小麦总耗水由生育期间降水量、灌水量和土壤储水消耗量三部分组成。其中，2013—2014年、2014—2015年在产量形成关键期(4—6月)的降水量分别为71.6、62.5 mm，分别占小麦整个生育期间总降水量的50.8%、49.2%，加上每次降水量很少，湿润土层浅，小麦根系难于吸收利用。因此，降水量对新疆冬小麦产量形成作用很小。在土壤储水量一致的条件下，影响小麦产量形成主要是灌水量。而冬小麦总灌水量由冬前灌水(出苗水、越冬水)和春灌(拔节水、孕穗水、开花水、灌浆水)组成。本文仅研究了春季不同滴水量对冬小麦干物质积累、产量及水分利用效率的影响。有关减少出苗水和越冬水量对冬小麦产量和水分利用效率的影响有待进一步研究。

[1] 王荣栋,王新武,符 林,等.关于滴灌小麦栽培的几个问题[J].新疆农业科学,2010,47(7):1412-1415．

[2] 李久生,张建君,薛克宗,等.滴灌施肥灌溉原理与应用[M].北京：中国农业科技出版社：1-2.

[3] Wood M L, Finger L. Influence of irrigation method on water use and production of perennial pastures in northern Victoria[J]. Australian Journal of Experimental Agriculture, 2001,46:1605-1614.

[4] Alexiou I, Kalfountzos D, Kotsopoulos S, et al. Comparison of subsurface and surface drip irrigation of cotton crop[C]//Proceedings of the 9th National Congress of the Hellenic Hydrotechnical Association. The ssaloniki, Greece, 2003:199-206.

[5] Arafa Y E, Wasif E A, Mehawed H E. Maximizing use efficiency in wheat yields based on drip irrigation systems[J]. Aust J Basic Appl Sci, 2009,3:790-796.

[6] 谢小清,章建新,段丽娜,等.滴灌量对冬小麦根系时空分布及水分利用效率的影响[J].麦类作物学报,2015,35(7)：971-979.

[7] 薛丽华,陈兴武,胡 锐,等.不同滴水量对冬小麦根系时空分布及耗水特征的影响[J].华北农学报，2014,29(5):200-206.

[8] 薛丽华,谢小清,段丽娜,等.滴灌次数对冬小麦根系生长及时空分布的影响[J].干旱地区农业研究，2014,32(6)：1-9.

[9] 位国峰,刘义国，姜 雯,等.不同滴灌量对冬小麦干物重及产量的影响[J].灌溉排水学报,2013,32(5)：67-70，99.

[10] 刘义国,位国峰,商 健,等.不同滴灌量对冬小麦旗叶衰老及产量的影响[J].灌溉排水学报,2015,34(10):96-101.

[11] Sun H Y, Shen Y J, Yu Q, et al. Effect of precipitation change on water balance and WUE of the winter wheat-summer maize rotation in the North China Plain[J]. Agric Water Manag, 2010,97:1139-1145.

[12] 张胜全,方保停,王志敏,等.春灌模式对晚播冬小麦水分利用及产量形成的影响[J].生态学报,2009,29(4)：235-244.

[13] 聂紫瑾,陈源泉,张建省,等.黑龙巷流域不同滴灌制度下的冬小麦产量和水分利用效率[J].作物学报,2013,39(9):1687-1692.

Waterconsumptionanddrymatteraccumulationanddistributionofwinterwheatunderdifferentdripirrigationamount

SUN Qian-kun1, ZHANG Jian-xin1, ZHAO Lian-jia1, XUE Li-hua2, DUAN Li-na1

(1.CollegeofAgronomy,XinjiangAgriculturalUniversity,Urumqi,Xinjiang830052,China; 2.GraincropsResearchInstituteoftheXinjiangAcademyofAgriculturalSciences,Urumqi,Xinjiang830091,China)

To research water consumption characteristics and dry matter accumulation and distribution for high yielding winter wheat in North Xinjiang, four drip irrigation amount treatments, i.e. W1(2 550, 2 325 m3·hm-2), W2(3 450, 3 000 m3·hm-2), W3(4 350, 3 675 m3·hm-2), and W4(5 250, 4 350 m3·hm-2), were applied in 2013—2014 and 2014—2015 years. We measured the leaf area index, photosynthetic potential, dry matter accumulation, and moisture contents at 0～140 cm soil layers. The results showed that increase in drip water amount improved moisture contents mainly at the 0～60 cm soil layers, while reduced the storage consumption of 60～140 cm soil layers with a range of 225～900 m3·hm-2from booting and filling stage. The consumption of W4was reduced by about 50% compared with W1, from booting and maturity stages. Increase in yield was not significant when total drip water amount being above 3 675 m3·hm-2. The effect of precipitation was very small on winter wheat yield, but irrigation amount played a decisive role in the yield and WUE of winter wheat. The proposed drip water amount was 3 450～3 675 m3·hm-2for the whole growth period of winter wheat in North Xinjiang, with a yield level of 6 737.4～8 604.1 kg·hm-2.

winter wheat; drip irrigation amount; water consumption; dry matter accumulation; yield; WUE

1000-7601(2017)03-0066-08doi:10.7606/j.issn.1000-7601.2017.03.11

2016-04-01

：2016-11-07

：国家自然科学基金项目(31101121)；新疆农业大学产学研联合培养研究生示范基地项目(xjaucxy-yjs-20151009)

孙乾坤(1991—),男，硕士研究生，研究方向为滴灌小麦节水栽培。 E-mail:1228217534@qq.com。

薛丽华(1978—)，女，副研究员，研究方向为作物高产栽培研究。 E-mail:xuelihua521@126.com。

S275.6

： A