豫北地区不同灌水处理对冬小麦生长发育与产量形成的影响

郝 超，郭乙霏，王文婷，郭二旺

(1.中科华水工程管理有限公司，郑州 450000；2.东北农业大学水利与土木工程学院，哈尔滨 150030；3.河南省焦作市防汛抗旱通讯站，河南 焦作 454150；4.河南省焦作市水利勘测设计院，河南 焦作 454003)

河南省是我国小麦生产的主产区，约占我国小麦总产量的1/4，这对我国粮食安全提供了重要的保障[1]。在河南省内，高产灌区小麦产量达到9 000 kg/hm2以上的水平，但是长年来平均产量较少，突破12 000 kg/hm2的更少。另一方面，即使小麦产量超过7 500或9 000 kg/hm2，多数情况是通过大量的物化投入实现或以牺牲环境资源为代价。因此如何通过制定合理的灌溉制度，实现河南小麦高产、优质、高效的目标，仍然尚待解决。目前，区域供水矛盾日益突出，严重影响了农业生产。而灌溉设施落后造成灌溉水利用系数低和水资源大量浪费也加大了水资源供需矛盾[2]。牟洪臣[3]和杨静敬[4]分别在商丘和其他地区开展了相关试验研究，在豫北地区主要粮食作物是冬小麦，但在该地区这方面研究较少。冬小麦干物质积累离不开适宜的土壤水分。因此，研究冬小麦不同灌水条件下的生长发育特征对豫北地区冬小麦的高产、稳产有重要的现实意义，并且研究冬小麦在不同灌水条件下的生育进程、形态指标及产量构成因素差异，可为确定冬小麦的节水高产灌溉制度及水资源高效利用提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 灌区概况

试验于2015-2016年在河南省新乡市人民胜利渠灌区开展。试区多年平均气温14.9℃，无霜期220 d，日照时数1 928.5 h，多年平均降水量为656.3 mm，且降水量年内季节分配不均，降水量较多的月份为每年的6-9月，这4个月的降雨量约占全年降水量的70%以上。多年平均蒸发量为1 748.4 mm(水面蒸发皿直径为20 cm)[5]。试验地的土壤类型属粉沙质黏土，土质分布均匀，0～100 cm平均土壤干容重1.36 g/cm3，田间持水率为24%。

1.2 试验处理

供试品种为周麦22，底肥施用900 kg/hm2复合肥。条状试验小区规格15 m×5 m，行距25 cm，播种日期为2015年10月5日，播量142.5 kg/hm2。以土壤水分下限占田间持水量的80%、70%、60%和50%作为控制灌水的标准(见表1)，安排4个不同的水分处理，各个试验处理均重复3次。当土壤水分到田间持水量的控制标准时，开始灌溉。在各处理中设置保护小区，灌溉采用易于水表计量的管道供水灌溉方式。各处理采用相同的栽培、种植、管理模式，各处理在收获前，随机取样考种和测产。

表1 灌溉制度试验设计 %

注：表中的数值为土壤含水率下限占田间持水量的百分比，%。

1.3 观测项目及方法

气象资料的获得是通过自动气象站自动测定，包括蒸发量和降雨量，以及太阳辐射、气温、空气湿度、风速、日照时数等。每隔10 d采用取土烘干法测定土壤含水量，播种前和收获后及灌溉降雨前后都进行加测，测定分5层，20 cm一层。定期调查作物生长发育状况，株高、叶面积指数每隔10～15 d取样15株采用量测法测定，地上部干物质积累采用称重法测定；测定生物产量和经济产量收获各处理的中间2行进行，在收获前，各处理随机取样15穗测定穗长、穗粗、有效穗数、穗粒数、千粒重[6]。

2 结果与分析

2.1 各处理对冬小麦生育阶段天数的影响

表2为不同灌水下限对生育进程的影响结果。从表2可知：随着土壤水分下限的降低，冬小麦的孕穗期和抽穗期提前，使得冬小麦提前早熟，土壤水分过高就会造成冬小麦贪青晚熟；土壤水分主要影响拔节-抽穗这一生育阶段的长短，而对其他生育阶段的生长天数影响很小。

表2 土壤水分对冬小麦生育进程的影响 d

2.2 不同灌水处理对冬小麦植株表观形态的影响

图1为不同灌水处理冬小麦株高变化规律。由图1可知，不同灌水处理对冬小麦生长前期的株高影响较小，低水分处理(T-50)影响到该处理的株高出现在拔节孕穗期。许多研究资料表明冬小麦正常生长的土壤水分为田间持水量的60%～80%，由此看来，T-80、T-70、T-60处理的株高差异大，而T-50的处理，其株高的生长明显受到抑制。从不同处理冬小麦中后期的生长情况来看，株高有随着土壤水分的降低而下降的趋势。

图1 不同灌水处理冬小麦株高变化规律

图2为不同灌水处理冬小麦叶面积指数变化规律。从图2可以看出：返青前由于气温较低，叶面积指数在各处理中增加缓慢，返青后气温逐渐升高，叶面积指数增加较快，从4月份起叶面积指数有一个快速增长阶段，直到5月上旬(抽穗时)达到高峰，5月下旬叶面积指数随着冬小麦下部叶片枯萎，下降速度加快；对比各处理的差异可以看出，土壤水分对冬小麦生育前期和后期植株的叶面积指数影响不大，在生育中期几个处理中，T-50受旱处理与其他几个处理差异明显。

图2 不同灌水处理冬小麦叶面积指数变化规律

2.3 不同灌水处理对冬小麦穗部性状的影响

通过收获时对各处理随机取样进行的室内考种分析可看出(见表3)：穗部性状(穗长、小穗数、穗粒数)与土壤水分状况呈正相关关系，低水分处理最低，高水分处理最高，但无效小穗数受土壤水分变化影响不明显。

表3 不同土壤水分处理下的穗部性状

2.4 不同灌水处理对冬小麦地上部生物量累积过程的影响

冬小麦出苗后，通过吸收土壤中的水分、养分以及空气中的CO2和太阳能，在光合作用下形成有机物，逐渐累积干物质，如果作物生长的某些环境因子受到限制，将影响作物干物质累积量。由图3可看出：冬小麦生长前期(3月底前)地上部干物质积累较慢，4月初开始地上部干物质累积量迅速增加，在适宜水分条件下，几乎呈直线增加，受旱处理T-50干物质的累积量明显低于其他处理，T-80、T-70、T-60处理之间干物质的累积量差异不大，到6月初各处理干物质的累积速度有减缓的趋势；从全生长期来看，在适宜土壤水分范围内冬小麦各处理间的干物质积累量差异较小，但如果受旱(T-50)，干物质积累量就会显著降低，最终显著影响经济产量。

图3 不同灌水处理冬小麦干物质累积变化规律

2.5 不同灌水处理对冬小麦产量形成的影响

冬小麦产量的3个构成因素是有效穗数、穗粒数和千粒重。由表4可知：高水分处理的有效穗数和穗粒数较多，低水分处理的有效穗数和穗粒数较少，有效穗数和穗粒数与土壤水分呈正相关关系，千粒重与土壤水分的关系刚好相反，即千粒重与土壤水分呈负相关关系。从产量关系来看，T-60处理产量最高，T-50产量达到最低值，说明土壤水分过高或过低都不利于产量的形成，土壤水分过高，小麦作物根系长期处于通气不良的状态，不利于根系的生长，从而影响营养物质的吸收；土壤水分过低，根系不能充分吸收土壤中的水分和养分，从而也会影响小麦的产量。

表4 各水分处理的产量及产量构成

3 结 语

土壤水分状况直接影响到冬小麦生长发育，水分不足时会影响到冬小麦生长，这与姚宁[7]得出的结论一致，低水分处理叶面积指数、植株高度、干物质积累及产量构成因素等明显低于适宜水分处理，随着水分亏缺程度增加，叶面积越小，株高越低，干物质累积量越小。土壤水分的降低会减少冬小麦有效穗数、穗长、穗粒数，但无效小穗数受土壤水分变化影响不明显，这与张寄阳[8]得出的结果相同。土壤适宜水分状况有利于冬小麦的生长，在试验处理中，穗粒重较低的情况出现在T-80处理中，穗粒重及产量最高出现在T-60处理中，穗粒数最少、产量最低出现在处理T-50处理中。