冀南地区中低肥力下灌溉方式对冬小麦农艺性状及产量的影响

温国昌，李保军，杨璞，贾建彬，刘庆芳，贺维昭

（邯郸市农业科学院，河北 邯郸 056001）

华北平原是我国小麦主产区之一，同时也是我国水资源严重短缺地区之一，该地区由于年降水分布不均，降水量不能满足冬小麦生育期需求，因此冬小麦生产上仍需要大量灌溉。目前，该地区农业、工业和城市用水过度依赖地下水，导致地下水严重超采，到2018 年地下水超采已累计1 400 亿m3，地下水漏斗面积达9 万km2[1，2]。该地区用水中，农业用水占70%以上，其中小麦灌溉用水占农业用水的70%左右，因此小麦节水已成为华北地区农业节水的重中之重[3～5]。

合理灌溉是小麦节水的一项重要措施，目前针对冬小麦灌溉的研究较多，大多认为冬小麦需水的关键时期是拔节期和孕穗期[6～11]。张喜英[12]研究表明，在限水灌溉条件下，冬小麦拔节期1 次灌溉可显著促进营养生长和根系生长，有利于后期土壤水分的高效利用。武继承等[13]研究表明，起身期灌水主要是增加单位面积穗数，拔节期灌水能显著增加穗粒数，孕穗扬花期灌水能明显提高千粒重。马瑞昆等[14]研究认为，起身期较拔节期灌水可增加单位面积穗数，降低千粒重。方保停等[15]研究认为，起身期与拔节期春灌第1水处理的小麦产量及其构成因素均差异不显著。李月华等[16]研究表明，丰水年份春灌1 水也能亩产千斤，取得较高的水分利用率，实现丰产与节水的统一。因此，通过合理的灌水模式，适度减少灌溉量，发挥土壤贮存水的作用，提高水分利用效率，是实现小麦节水栽培的重要途径[17，18]。

谭凯炎等[19]研究表明，近30 a 来华北平原冬小麦生长季气候变暖明显，10 月、12 月和2～6 月增温趋势显著，冬小麦生长期间冬春季干旱发生概率大、持续时间增长，加上生产上秸秆还田、抢墒播种、地块肥力不均等，导致春季肥水被迫前移的年份和地块常常发生，以往的水肥后移灌溉模式可能不再适合该地区的一些地块。为此，选取冀南地区大面积推广的冬小麦品种邯6172 为试材，研究中低肥力下不同灌溉方式对冬小麦生长发育和产量的影响，旨为该地区中低肥力地块小麦节水稳产栽培提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2018 年10 月～2019 年6 月在邯郸市农业科学院试验地进行。该区域地处东经114°52′、北纬36°56′，海拔59.4 m；多年平均气温14.7 ℃，无霜期193 d，日照时数2 359.2 h，降水量350 mm。试验地土壤为潮褐土，肥力中下等，0～20 cm 耕层土壤pH 值8.65，基础养分含量为有机质14.31 g/kg、水解氮45.94 mg/kg、有效磷11.49 mg/kg、速效钾109.88 mg/kg。前茬作物为玉米，收获后全部秸秆还田。2018 年10 月11 日～2019 年6 月5 日小麦季降水量为75 mm。

1.2 试验材料

供试冬小麦品种为冀南地区大面积推广的邯6172，由邯郸市农业科学院小麦研究室提供。

1.3 试验方法

1.3.1 试验设计 试验设4 个灌溉方式处理，其中，T1处理为未灌越冬水+灌起身水（2019 年3 月13 日，下同），T2处理为灌越冬水（2018 年12 月5 日，下同） +灌起身水，T3处理为未灌越冬水+灌拔节水（2019 年 3 月 28 日，下同），T4处理为灌越冬水+灌拔节水。小区面积30 m2，随机区组排列，3 次重复，每次灌水量均为750 m3/hm2。

小麦播种前，整地时基施云天化复合肥（N、P2O5、K2O 含量均为15%） 750 kg/hm2，并灌足底墒水。2018 年10 月11 日播种，播种量207.75 kg/hm2，基本苗数量400 万株/hm2；2019 年春季随水追施尿素（N 含量46%）1 次，施肥量245 kg/hm2；其他管理措施同大田常规。2019 年6 月5 日收获。

1.3.2 测定项目及方法

1.3.2.1 株高。小麦收获前，每小区随机选取10 株，测量株高。

1.3.2.2 旗叶叶面积及干重。小麦灌浆初期，每小区随机选取10 株，用叶面积测量仪（YMJ-A）测量旗叶叶面积；然后将旗叶剪下，80 ℃杀青后烘干至恒重，称量干物质重。

1.3.2.3 旗叶叶绿素含量。用SPAD 值表示叶片叶绿素相对含量。分别于小麦灌浆初期、中期和后期，每小区随机选取10 株，用SPAD-502plus 叶绿素测定仪（日本产）测定旗叶的SPAD 值。

1.3.2.4 小麦冠层截获有效辐射（PAR）。小麦孕穗期，每小区随机选取5 个点，11：30～13：00 用植物冠层仪（TOP-1000 型）垂直测定每个样点冠层顶部入射和底部透射的PAR。参照史泽燕等[20]方法，折算小麦冠层截获的PAR。

1.3.2.5 单位面积穗数。小麦收获前，每小区随机选取1 m×1 m 的样方，统计样方内的穗数，折算单位面积穗数。

1.3.2.6 产量和千粒重。小麦成熟后，每小区随机选取1 m×1 m 的样方进行收获，子粒风干后称重计产，并测定千粒重。

1.3.3 数据统计分析 利用Microsoft Excel 软件进行数据处理；利用SPSS 19.0 软件进行数据统计分析，采用LSD 法进行数据的差异显著性检验（显著性水平为 0.05）。

2 结果与分析

2.1 灌溉方式对冬小麦植物性状的影响

2.1.1 株高及旗叶性状 灌溉方式对冬小麦株高、旗叶面积和旗叶干重影响显著，其中T2处理的指标值均最大且显著＞其他处理（表1）。进一步对同一时期灌水条件相同的2 个处理进行株高、旗叶面积和旗叶干重比较发现，T2处理的指标值均显著＞T1处理，T4处理的指标值均显著＞T3处理，表明春季灌水条件相同时，越冬水对小麦株高和灌浆初期旗叶生长有显著影响，其中灌越冬水的促长效果明显优于未灌越冬水；T1处理的指标值均显著＞T3处理，T2处理的指标值均显著＞T4处理，表明冬季灌水条件相同时，春一水灌溉时间对小麦株高和灌浆初期旗叶生长有显著影响，其中灌起身水的促长效果明显优于灌拔节水。

表1 灌溉方式对冬小麦株高及灌浆初期旗叶性状的影响Table 1 Effects of irrigation methods on plant height and flag leaf characters at the early filling stage of winter wheat

不同灌溉方式处理的小麦旗叶SPAD 值均随灌浆时间的延长呈先上升后降低的变化，但指标值在灌浆初期和中期均差异很小，在灌浆后期顺序为T1处理＞T2处理＞T4处理＞T3处理（图1）。进一步对同一时期灌水条件相同的2 个处理进行SPAD 值比较发现，灌浆后期T1处理的旗叶SPAD 值＞T2处理，T4处理的旗叶SPAD 值＞T3处理，表明春季灌水条件相同时，越冬水对小麦灌浆后期旗叶SPAD 值影响不显著；T1处理的旗叶 SPAD 值显著＞T3处理，T2处理的旗叶 SPAD 值＞T4处理，表明冬季灌水条件相同时，春一水灌溉时间对小麦灌浆后期旗叶SPAD 值有显著影响，其中灌起身水的效果明显优于灌拔节水。

图1 灌溉方式对灌浆期冬小麦旗叶SPAD 值的影响Fig.1 Effects of irrigation methods on flag leaf SAPD of winter wheat at filling stage

综上分析可以看出，在冀南地区中低肥力条件下，采用T2处理灌溉方式（灌越冬水+灌起身水）有利于冬小麦的个体发育。

2.1.2 冠层截获PAR 灌溉方式对冬小麦冠层顶部PAR 影响很小，对底部PAR 影响较大，最终对小麦冠层截获PAR 影响显著，其中T2处理的小麦冠层截获PAR 最大且显著＞其他处理（表2）。进一步对同一时期灌水条件相同的2 个处理进行小麦冠层截获PAR比较发现，T2处理的指标值显著＞T1处理，T4处理的指标值显著＞T3处理，表明春季灌水条件相同时，越冬水对小麦群体数量有显著影响，其中灌越冬水的小麦冠层截获PAR 明显多于未灌越冬水；T1处理的指标值显著＞T3处理，T2处理的指标值显著＞T4处理，表明冬季灌水条件相同时，春一水灌溉时间对小麦群体数量有显著影响，其中灌起身水的小麦冠层截获PAR明显多于灌拔节水。

表2 灌溉方式对冬小麦冠层截获PAR 的影响Table 2 Effects of irrigation methods on canopy interception PAR of winter wheat 〔μmol/（m2·s）〕

综上分析可以看出，在冀南地区中低肥力条件下，采用T2处理灌溉方式（灌越冬水+灌起身水）有利于冬小麦的群体发育。

2.2 灌溉方式对冬小麦产量及其构成的影响

灌溉方式对冬小麦单位面积穗数、千粒重和产量影响显著，其中T2处理的产量最高，与T4处理差异不显著，但显著＞其他2 个处理（表3）。

表3 灌溉方式对冬小麦产量及其构成的影响Table 3 Effects of irrigation methods on yield and yield components of winter wheat

进一步对同一时期灌水条件相同的2 个处理进行单位面积穗数比较发现，T2处理的指标值＞T1处理，T4处理的指标值＜T3处理，但差异均不显著，表明春季灌水条件相同时，越冬水对小麦单位面积穗数影响不大；T1处理的指标值显著＜T3处理，T2处理的指标值显著＜T4处理，表明冬季灌水条件相同时，春一水灌溉时间对小麦群体穗数有显著影响，其中灌起身水的单位面积穗数明显少于灌拔节水。

进一步对同一时期灌水条件相同的2 个处理进行千粒重比较发现，T2处理的指标值显著＜T1处理，T4处理的指标值显著＜T3处理，表明春季灌水条件相同时，越冬水对小麦千粒重有显著影响，其中灌越冬水时不利于千粒重的提高；T1处理的指标值显著＞T3处理，T2处理的指标值显著＞T4处理，表明冬季灌水条件相同时，春一水灌溉时间对小麦千粒重有显著影响，其中灌起身水的增重效果明显优于灌拔节水。

进一步对同一时期灌水条件相同的2 个处理进行产量比较发现，T2处理的指标值显著＞T1处理，T4处理的指标值显著＞T3处理，表明春季灌水条件相同时，越冬水对小麦产量有显著影响，其中灌越冬水的产量明显高于未灌越冬水；T1处理的产量显著＞T3处理，T2处理的产量＞T4处理但差异不显著，表明冬季灌水条件相同时，春一水灌溉时间对小麦产量有一定影响，其中灌起身水的产量高于灌拔节水。

综上分析可以看出，在冀南地区中低肥力条件下，采用T2处理灌溉方式（灌越冬水+灌起身水）有利于冬小麦产量的提高。

3 结论与讨论

灌越冬水有利于冬小麦安全越冬，促进小麦苗期生长发育。张瑞等[21]研究表明，越冬期测墒补灌处理的小麦子粒产量、水分利用效率和灌溉效益均高于未测墒补灌处理；如果冬小麦生长前期长期受旱，会对地上部生长造成较大损失，生长后期灌水并不能弥补这种损失[22]。本研究条件下，越冬水对小麦株高、旗叶性状（面积、干重）、群体数量和产量有显著影响，灌越冬水可以明显促进小麦个体生长和群体发育，提高产量。本研究结果与前人研究结果一致。

在冬小麦生产实践中春季第1 次灌水时间至关重要，大多数研究认为，春季第一水的最佳灌溉时期是拔节期[6～11]，因为冬小麦返青后生长加快，拔节水不仅可补充上层土壤水的消耗，还可在此关键期为作物提供足够的水分，有利于地上和地下部生长发育，而较大的冠层和根系系统又能促进作物对土壤贮存水的利用，增加抽穗后作物的耗水量，有利于作物产量的形成。而孙明清等[23]研究表明，起身前期灌水对冬小麦群体有明显的调控作用，拔节期后灌水则调控作用不明显，当冬小麦起身期茎数少于1 200 万个/hm2时，春季第1 次肥水应在起身中后期（春四叶前）进行。姚宁等[22]在控水条件下的研究表明，小麦春季第1 次灌水的关键时期为返青期。本研究条件下，春季灌起身水有利于冬小麦株高和旗叶生长以及群体发育，提高子粒产量，研究结果与姚宁等[22]的研究结果相近。本试验是在中低肥力地块上进行的，而对于高肥力地块春季第一水的灌水时期还需进一步验证。

近年来，作物用水已逐渐从传统的“丰水高产型”转向“节水优产型”的非充分灌溉[24，25]。研究显示，与充分灌溉（生育期灌3 次水）相比，冬小麦实施亏缺灌溉策略（足墒播种条件下，结合追肥只灌1次拔节水）虽然产量平均减少13.5%，但农田耗水量可降低70～90 mm，水分利用效率提高19%，能实现真正意义上的节水，并使冬小麦单产稳定在6 400 kg/hm2左右[12，26，27]。本研究结果表明，越冬水和春一水灌溉时间均对冬小麦生长发育及产量有显著影响，其中灌越冬水+灌起身水（T2处理）效果最好，不仅可显著促进冬小麦个体和群体生长发育，还可明显提高子粒产量，可以作为冀南地区中低肥力条件下冬小麦节水稳产的栽培参考方案。