春小麦耗水特征对播种方式及播种量的响应

张廷龙，陈建平，陈桂平，胡发龙，殷文，赵财，樊志龙*

春小麦耗水特征对播种方式及播种量的响应

张廷龙1，陈建平1，陈桂平2，胡发龙2，殷文2，赵财2，樊志龙2*

（1.永昌县农业技术推广服务中心，甘肃 金昌 737200；2.甘肃省干旱生境作物学重点实验室/甘肃农业大学 农学院，兰州 730070）

【】探究不同播种方式和播种量对春小麦耗水特征及水分利用效率的影响。采用裂区试验，主区为播种方式：设宽幅匀播和传统条播2种模式；副区为不同播种量：设D1：390 kg/hm2、D2：420 kg/hm2、D3：450 kg/hm2、D4：480 kg/hm2和D5：510 kg/hm2共计5个水平，研究了不同播种方式和播种量下的春小麦耗水量、产量和水分利用效率。播种量是春小麦各阶段耗水量的主要影响因子，播种方式与播种量对春小麦拔节—乳熟、乳熟—完熟阶段的耗水量具有显著交互作用。宽幅匀播春小麦耗水量在D4处理时达到最大值，而传统条播春小麦耗水量最大值出现在D3处理；宽幅匀播D2、D4、D5处理较传统条播春小麦籽粒产量分别增加5.3%、21.0%和28.3%；宽幅匀播D4处理产量最高，较传统条播最高产量D3处理增加8.8%；播种量每增加30 kg/hm2，宽幅匀播春小麦的平均增产率为8.4%，较传统条播增大133.2%；宽幅匀播D4处理可使春小麦获得最大水分利用效率，较传统条播最大水分利用效率的D3处理提高6.6%。播种量是春小麦各阶段耗水量及全生育期总耗水量的主要影响因子，宽幅匀播可在耗水不增加的情况下提高春小麦增密的产量效益，从而提高水分利用效率；宽幅匀播结合播种量480 kg/hm2可作为试验区春小麦高产和水分高效利用的参考播种方式和播种量。

宽幅匀播；播种量；耗水特征；水分利用效率；春小麦

0 引言

【研究意义】水资源是限制我国西北干旱地区作物生产的关键因素，如何在有限水资源供给条件下提高粮食产量，是区域农业发展必须解决的核心问题[1-2]。通过密植成穗是提高分蘖力弱的小麦群体产量和资源利用效率的有效途径[3-4]。在水资源有限的条件下，群体结构是否合理对通风透光、土壤水分、养分资源等内生境的影响巨大，最终对产量及水分利用具有决定性作用[5]。能否利用有效的农艺措施构建合理的群体结构，利用有限水资源获得更高的产量，尚需深入研究。

【研究进展】宽幅匀播较传统条播增加了小麦行距，可改善群体空间布局，促进地上部和根系生长，从而增强小麦密植增效潜力[6]。宽幅匀播较传统条播能够协调小麦冠层结构、根系生长、干物质累积，具有增产及提高氮肥利用率等方面的效应[6-8]。同时，播种量大小是影响作物群体大小及其资源利用效率的有效农艺措施，在一定范围内，小麦耗水量随播种量的增加而增大，但当超过播种量阈值时，其耗水量反而因作物生长受限呈降低趋势[3-5]。【切入点】河西绿洲灌区是传统的春小麦高产区，水资源匮乏是其生产的主要限制因子。宽幅匀播能够使小麦在密植条件下协调个体生长并提高群体产量，明确宽幅匀播密植对春小麦耗水特征的影响如何，是否会增加春小麦耗水并影响其水分利用效率，可丰富宽幅匀播春小麦水资源高效利用的相关理论。

【拟解决的关键问题】本研究以传统条播为对照，研究宽幅匀播春小麦在不同播种量下各阶段及总耗水量，揭示密植对宽幅匀播春小麦产量和水分利用效率的影响，为西北干旱灌区及相似生态区春小麦水资源高效利用提供理论和实践依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

田间试验于2019年在甘肃省河西走廊东部永昌县朱王堡镇（38o2′N，102o6′E）进行。试验区2010—2019年平均气温7.8 ℃，平均降水量179 mm，年平均蒸发量2 000.6 mm、无霜期145 d、日照时间2 884.2 h。2019年降水量和平均气温如图1所示，春小麦全生育期降水量为183.9 mm。

图1 2019年平均气温及降水量

1.2 试验设计

小麦参试品种为“陇春30号”。采用裂区试验设计，主区为播种方式，设宽幅匀播（W）和传统条播（C）2种方式；副区为5个播种量水平，分别为D1：390 kg/hm2，D2：420 kg/hm2，D3：450 kg/hm2，D4：480 kg/hm2和D5：510 kg/hm2，每处理重复3次，共30个小区，小区长宽为8 m×5 m。

宽幅匀播处理使用宽幅匀播机播种，幅宽为12 cm，行距为22 cm；传统条播行距为15 cm。小麦在3月22日播种，7月18日收获。全生育期施纯氮180 kg/hm2，P2O5150 kg/hm2，氮肥和磷肥均作为基肥施用。全生育期灌水量为240 mm，在苗期、孕穗期、灌浆期分别灌水75、90、75 mm，冬储灌为120 mm。

1.3 测定指标与计算方法

1）土壤含水率：在每个小区中间，按0～10、10～20、20～30、30～60、60～90、90～120 cm分6个层次取土，应用烘干法测定土壤含水率（%）。

2）土壤贮水量（）：

式中：W为第层的质量土壤含水率（%）；C为第层的土壤体积质量（g/cm3）；H为第层的土层深度（cm）；土壤贮水量单位为（mm）。

3）阶段耗水量（stage）：

stage=++t1-t2， （2）

式中：为1至2生育阶段降水量（mm）；为1至2生育阶段灌溉量（mm）；t1为1时土壤贮水量（mm）；t2为2时土壤贮水量（mm）。

4）全生育期总耗水量（total）：

total=++s-h， （3）

式中：为小麦播种至收获期间的降水量（mm）；为小麦全生育期灌水量（mm）；s为小麦播种时的土壤贮水量（mm）；h为收获时的土壤贮水量（mm）。

5）籽粒产量测定按小区进行。在距离边界1 m的小区中间随机选取4 m×2 m的样方，收获后采用单打单收的方法脱粒，晒干后折合为单位面积籽粒产量（kg/hm2）。

6）春小麦增密的产量效益（）：

Dn=(Dn-Dn-1)/Dn-1， （4）

式中：Dn为n播种量处理春小麦的籽粒产量；Dn-1为n-1播种量处理春小麦的籽粒产量。

7）水分利用效率（）：

=/total， （5）

式中：为小麦籽粒产量（kg/hm2）；total为小麦全生育期总耗水量（mm）。

1.4 数据统计分析

采用Excel 2016进行数据整理汇总和制图，应用SPSS17.0软件进行主效应分析和多重比较。

2 结果与分析

2.1 播种方式和播种量对春小麦耗水量的影响

2.1.1 不同播种方式及播种量下春小麦阶段耗水量

在播种—出苗、出苗—拔节阶段，春小麦耗水量受播种方式的影响不显著，但播种量对其影响显著，播种方式与播种量之间交互作用不显著（表1）。随着播种量的增加，宽幅匀播和传统条播春小麦在播种至出苗期的耗水量均呈增大趋势。其中，就2种播种方式平均值而言，在播种—出苗阶段，D2处理较D1处理春小麦耗水量平均增加6.8%，D3处理较D2处理春小麦耗水量增加7.9%，D4处理较D3处理春小麦耗水量增加6.4%，D5处理较D4处理春小麦耗水量增加9.6%，差异均显著；在出苗—拔节阶段，D2处理较D1处理春小麦耗水量平均增加14.7%，D3处理较D2处理春小麦耗水量平均增加12.8%，D4处理较D3处理春小麦耗水量平均增加8.1%，D5处理较D4处理耗水量平均增加4.1%，差异均显著。

在拔节—乳熟、乳熟—完熟阶段，播种方式对春小麦耗水量的影响不显著，播种量对其影响显著，且播种方式与播种量之间具有显著的交互作用。在宽幅匀播中，D4处理春小麦耗水量达到最大值，当播种量小于D4时春小麦耗水量随播种量的增加而增大，而播种量大于D4时耗水量随播种量的增大呈降低趋势，其中在拔节—乳熟阶段，D2处理较D1处理耗水量显著增加7.1%，D3处理较D2处理耗水量显著增加7.0%，D3、D4、D5处理之间差异不显著；在传统条播中，D3处理春小麦耗水量达到最大值，当播种量小于D3时春小麦耗水量随播种量的增加而增大，而播种量大于D3时耗水量随播种量的增大呈降低趋势，D5处理较D4处理春小麦耗水量显著降低6.2%。

表1 不同处理春小麦的阶段耗水量

注 不同字母表示同一列数据在0.05水平下差异显著。NS表示在0.05水平影响不显著。

2.1.2 不同播种方式春小麦全生育期总耗水量

播种方式对春小麦总耗水量的影响不显著（播种方式=0.168＞0.05），播种量对春小麦总耗水量具有显著影响（播种量=0.016＜0.05），且播种方式与播种量对春小麦总耗水量具有显著的交互作用（播种方式×播种量=0.042＜0.05）。在宽幅匀播中，D4处理春小麦总耗水量达到最大值（图2，图柱上方不同字母表示各处理数据在0.05水平下差异性显著；误差线表示各处理数据3次重复的标准误。下同。），其中D2处理较D1处理春小麦总耗水量显著增加11.0%，D3处理较D2处理总耗水量显著增加6.3%，D3、D4、D5处理之间差异不显著；在传统条播中，D3处理春小麦耗水量达到最大值，其中D2处理较D1处理春小麦总耗水量显著增加7.8%，D3处理较D2处理总耗水量显著增加8.8%，而D3处理与D4处理之间差异不显著，D4处理与D5处理之间差异不显著，D5处理较D3处理耗水量显著降低4.1%。

图2 不同处理春小麦的总耗水量

2.2 播种方式和播种量对春小麦籽粒产量的影响

2.2.1 籽粒产量

播种方式和播种量对春小麦籽粒产量均有显著影响（播种方式=0.027＜0.05，播种量=0.003＜0.05），且具有显著的交互作用（播种方式×播种量=0.039＜0.05）。就不同播种方式而言，尤其在较大播种量时，宽幅匀播较传统条播使春小麦获得较高籽粒产量（图3），在D2、D4、D5处理中分别较传统条播春小麦籽粒产量增加了5.3%、21.0%和28.3%，差异均显著，在D1和D3处理播种量下，宽幅匀播与传统条播春小麦籽粒产量之间无显著差异。不同播种量处理之间，其中D2处理春小麦籽粒产量较D1处理增加17.6%，D3处理较D2处理增加14.4%，D4处理较D3处理增加10.6%，差异均显著，D5处理较D4处理春小麦籽粒产量显著减少9.1%；在传统条播中，D2处理较D1处理春小麦籽粒产量增加16.2%，D3处理较D2处理增加22.5%，而D4处理较D3处理春小麦籽粒产量减少10.1%，D5处理较D4处理春小麦籽粒产量减少14.3%，差异均显著。在所有处理中，宽幅匀播D4处理可使春小麦获得最高籽粒产量。

图3 不同处理春小麦的籽粒产量

2.2.2 播种量增产率

在本试验播种量范围内，播种量每增加30 kg/hm2，宽幅匀播春小麦的平均增产率为8.4%，较传统条播高133.2%，差异显著（图4）。在宽幅匀播中，当播种量小于D4处理时，春小麦增产率随播种量的增大而降低，D5处理的播种量增产率反而为负值；在传统条播中，D3处理较D2处理春小麦的播种量增产率增大38.6%，差异显著，但D4、D5处理春小麦的播种量增产率为负值。

图4 不同处理春小麦播种量增产率

2.3 不同播种方式春小麦水分利用效率对播种量的响应

播种方式、播种量均对春小麦水分利用效率（）有显著影响（播种方式=0.013＜0.05，播种量=0.002＜0.05），且对春小麦的交互作用显著（播种方式×播种量=0.027＜0.05）。不同播种方式之间相比较，宽幅匀播在D1、D4、D5处理播种量条件下，分别较传统条播春小麦提高6.6%、17.8%和23.7%，差异均显著（图5）。因存在交互作用，播种量处理对春小麦的影响在不同播种方式中表现不同。在宽幅匀播中，D4处理使春小麦获得最大值，其中D2处理较D1处理春小麦提高5.9%，D3处理较D2处理提高7.7%，D4处理较D3处理提高6.5%，而D5处理较D4处理春小麦降低6.8%，差异均显著。在传统条播中，D3处理使春小麦获得最大值，其中D2处理较D1处理春小麦提高7.9%，D3处理较D2处理提高12.7%，但是D4处理较D3处理春小麦降低9.5%，D5处理较D4处理春小麦降低11.2%，差异均显著。总体上，在所有处理中，宽幅匀播在D4播种量条件下可使春小麦获得最大值。

图5 不同处理春小麦的水分利用效率

3 讨论

3.1 不同密度下宽幅匀播春小麦的耗水特征

春小麦播种—出苗、出苗—拔节阶段的耗水量受播种方式的影响不显著，播种量对其影响显著，主要原因可能在于播种方式对小麦拔节期之前个体水分吸收消耗的影响不大，而群体耗水量的差异主要来源于种子吸胀、苗期个体水分消耗在数量上的累积效应。群体结构对春小麦全生育期耗水量具有显著影响，在一定密度范围内，春小麦耗水量随密度的增加而增大，但当超过密度阈值时，由于个体生长受限，耗水量随密度的增加反而呈降低趋势[9]。本研究中，在同一播种量处理中，播种方式对春小麦各阶段及总耗水量的影响不显著，春小麦耗水主要受播种量的影响，且播种方式和播种量对春小麦拔节—乳熟、乳熟—完熟的阶段耗水量及全生育期总耗水量的交互作用显著。因此，在宽幅匀播中，春小麦耗水量最大值出现在D4处理，继续增大播种量小麦耗水量反而降低；而传统条播春小麦耗水量最大值出现在D3处理中。主要原因在于宽幅匀播春小麦更合理的群体结构，使个体分布更加均匀，削弱了生长中后期个体之间对土壤水分的竞争，使其在密植条件下更有效地利用土壤水分[10-11]。

3.2 宽幅匀播春小麦增密的产量效益

种植密度是调控作物群体大小最直接有效的农艺措施[12-14]。当群体密度过小时，虽然有利于个体物质积累和生长发育，但群体产量不高；当群体密度过大时，会增强个体之间对资源的竞争，从而影响个体的生长发育，最终影响群体产量[15-18]。宽幅匀播能够改变小麦空间布局，缓解个体之间对生长资源的竞争，使冬小麦在较高密度时保持较高的穗质量和穗粒质量，从而提高冬小麦产量[8, 16-17]。本研究表明，宽幅匀播春小麦密植增产率较传统条播提高133.2%，具有更强的耐密能力；宽幅匀播春小麦在D4处理中可获得最高产量，较传统条播最高产量D3处理增产8.8%。因此，宽幅匀播较传统条播春小麦具有更大的密植增产潜力。

一般情况下，增密在提高作物产量的同时会增加水分消耗，密度过大会造成耗水量的增大，水分利用效率并未随产量的增加而提高，甚至呈降低趋势[19]。宽幅匀播能够为春小麦构建更为合理的群体结构，从而有利于个体在密植条件下对生长资源的吸收利用，从而获提高资源利用效率[10, 20]。本研究中，宽幅匀播春小麦在D4处理中可获得最大产量，但较D3处理并未显著增大耗水量，可显著提高春小麦。宽幅匀播D4处理春小麦较传统条播最大值（D3处理）提高6.6%。表明宽幅匀播合理密植较传统条播更有利于提高干旱灌区春小麦的水分利用效率。

4 结论

①相对于播种方式，播种量是春小麦耗水量的主要影响因子。②宽幅匀播因改变群体结构较传统条播增强了耐密能力，在耗水不增加的情况下增强了春小麦增密的产量效益，从而提高产量和水分利用效率。③宽幅匀播结合播种量480 kg/hm2可作为试区春小麦增产和水分高效利用的参考。

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Planting Pattern and Seeding Rate Combine to Affect Water Consumption of Spring Wheat

ZHANG Tinglong1, CHEN Jianping1, CHEN Guiping2, HU Falong2, YIN Wen2, ZHAO Cai2, FAN Zhilong2*

(1. Agricultural Technology Extension Service Center of Yongchang, Jinchang 737200, China; 2.Gansu Provincial Key Laboratory of Arid Land Crop Science/College of Agronomy, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, China)

【】Water consumption by crops depends on many abiotic and biotic factors. The purpose of this paper is to investigate how planting pattern and seeding rate affect water uptake by crops and its consequence for water use efficiency. 【】The experiment was conducted in a field with spring wheat used as the model plant. It consisted two planting patterns: Traditional strip planting, and widen strip planting. For each planting pattern, there are five seeding rates: 390 kg/hm2(D1), 420 kg/hm2(D2), 450 kg/hm2(D3), 480 kg/hm2(D4) and 510 kg/hm2(D5). During the experiment, we measured and calculated water consumption, grain yield and water use efficiency of the wheat.【】Seeding rate affected water consumption the most in all growing stages. In the jointing-milk ripe stage and milk ripe-complete ripeness stage, the planting pattern and seeding rate combined to affect water consumption at significant level. When drilling the seeds in the widen strip, water consumption of the wheat increased with seeding rate peaking in D4 treatment, while when sowing the seeds in traditional strip, water consumption of the wheat maximized in D3 treatment. Widening the sowing strip increased the wheat yield of D2, D4 and D5 by 5.3%, 21.0% and 28.3%, respectively, compared their associated seeding rate in traditional planting pattern. The highest grain yield was D4 drilled in the widen planting pattern, increasing by 8.8% compared with D3 planted in traditional strip. On average, increasing seed rate by each 30 kg/hm2in the widen strip planting pattern led to a 8.4% increase in grain yield, equivalent to 133.2% of the yield of traditional planting strip. The maximal water use efficiency () was in D4 sowed in the widen strip, which was 6.6% higher than the maximalachieved in D3 planted in traditional strip.【】Seeding rate was the factor affecting water consumption of spring wheat the most; widening sowing strip combined with increasing seeding rate can improve grain yield andof the wheat. In our experiment, widening the sowing strip combined with 480 kg/hm2of seeding rate were most effective in simultaneously improving wheat yield and water use efficiency.

widen sowing pattern; seeding rate; water consumption; water use efficiency; spring wheat

S512.11

A

10.13522/j.cnki.ggps.2021107

1672 – 3317（2021）09 - 0011 - 06

张廷龙, 陈建平, 陈桂平, 等. 春小麦耗水特征对播种方式及播种量的响应[J]. 灌溉排水学报, 2021, 40(9): 11-16.

ZHANG Tinglong, CHEN Jianping, CHEN Guiping, et al. Planting Pattern and Seeding Rate Combine to Affect Water Consumption of Spring Wheat [J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2021, 40(9): 11-16.

2021-03-27

国家自然科学基金项目（31771738）；国家公益性行业（农业）科研专项（201503125-3）；甘肃农业大学人才引进专项（GAU-RCZX-201705）；甘肃农业大学盛彤笙科技创新基金项目（GSAU-STS-1439）

张廷龙（1966-），男。高级农艺师，主要从事作物水肥高效利用技术研究。E-mail：350179131@qq.com

樊志龙（1987-），男。副教授，博士，主要从事多熟种植水肥高效利用、旱地绿肥栽培理论与技术研究。E-mail: fanzl@gsau.edu.cn

责任编辑：赵宇龙