不同灌水量對滴灌春小麥根系時空分布、水分利用率及產量的影響

張　偉，李魯華，呂　新

(1．石河子大學 農學院 農學系耕作教研室，新疆石河子　832003；2．新疆生產建設兵團綠洲生態農業重點實驗室，新疆石河子　832003)

?

不同灌水量對滴灌春小麥根系時空分布、水分利用率及產量的影響

張偉1，2，李魯華1，2，呂新2

(1．石河子大學 農學院 農學系耕作教研室，新疆石河子832003；2．新疆生產建設兵團綠洲生態農業重點實驗室，新疆石河子832003)

摘要為明確新疆干旱區滴灌春小麥不同灌水量對小麥根系時空分布、水分利用率及產量的影響，以‘新春19號’為材料，利用田間定位試驗研究4個灌水量處理(W0：0 m3/hm2、W1：1 500 m3/hm2、W2：4 500 m3/hm2、Wck：對照3 750 m3/hm2)于拔節期、抽穗期、開花期及成熟期對小麥根系根長密度、根體積、根質量等在0～100 cm土層的垂直分布、動態變化及對產量構成因素和產量的影響。結果表明：開花期土壤含水量最低，小麥耗水量最大；0～20 cm是各處理根量值(根質量、根體積、根長密度)的最大層，也是根系活動最為旺盛的區域；土壤水分適宜(Wck)時，表層根量增加；水分過多會導致根系生長受抑(W2)，促使根系活力下降，根系衰亡提前，影響水分的吸收，最終導致水分利用率最低且產量下降；水分虧缺(W1)雖然在一定程度上促進深層根量的增加，有助于干旱條件下小麥根系利用深層土壤的水分和提高水分利用效率，但卻造成較低的產量；土壤水分嚴重缺乏(W0)，根系吸水困難，對表層土壤根系數量的增加不利，也會導致減產。可見，在水資源相對充沛條件下滴灌小麥采用Wck處理更有利于實現節水和高產的統一。

關鍵詞不同灌水量；春小麥；根系時空分布；水分利用率；產量

小麥是新疆的主要糧食作物，播種面積占糧食作物的61%以上[1]。但氣候特征造就新疆的干旱少雨現狀，水資源嚴重缺乏，制約著農業的發展，成為新疆小麥生產發展的最大障礙[2]。新疆是中國典型的灌溉農業區，農業用水占總用水量90%以上。農業節水意義重大，滴灌技術應用普遍，截止2013年底，新疆滴灌面積達到200×104hm2，成為世界上連片滴灌面積最大的區域[3]。隨著滴灌技術的進一步發展，小麥生產對節約用水、提高水分利用效率的迫切要求，滴灌技術在新疆部分地區的麥類密植作物上推廣應用，近幾年在新疆大力推廣[4-5]，目前全疆滴灌小麥應用種植面積已近100萬hm2[6]。傳統的地面灌溉小麥造成灌水不均勻，出苗不一致，長勢不整齊和產量不穩定等現象[7]，不利于大田全面均衡增產。滴灌技術便于管理和人工控制，用水量少且停灌自如，在春小麥增產、節水方面效果顯著，是新疆荒漠綠洲灌溉農業糧食生產發展的必然趨勢[8]。

根系是小麥吸水的重要器官，作物對土壤水肥的利用狀況主要取決于不同土層中的根系分布，根系與土壤水肥的吸收和消耗有著密切的關系。深層土壤中根量不足限制著土壤有效水肥的充分吸收。研究表明，小麥根系的生長、空間分布、根系構型和地上部生長發育以及產量形成密切相關[9]，而灌水量也明顯影響著小麥根系的生長發育和空間分布[10-11]。王淑芬等[12]發現，小麥根系主要分布在0～80 cm土層，表層土壤根系密度的最大值出現在拔節-孕穗期。Lü等[13]對冬小麥分別進行了畦灌、噴灌和滴灌3種處理，認為滴灌條件下小麥根系的主要分布區域相對畦灌上移，土壤剖面的根系分布模式也發生了變化。劉坤等[14]研究少量多次和少次多量灌溉方式下冬小麥根系分布和根系對土壤水分和養分吸收之間的關系。薛麗華等[15]研究表明，小麥根系的垂直分布很大程度上受根系建成期間的土壤水分影響，正常供水，根系生物量集中在淺土層，干旱時土壤深層的根系分布明顯增多。然而，不同灌溉方式下作物根系分布和產量、水分利用率等之間的關系是目前更多學者關注的熱點[16-18]，研究者希望通過探索不同灌溉方式下作物根系的空間分布與產量間的關系來尋找灌水方式優劣的真正原因。

春小麥根系分布狀況與其生長發育、產量、水分利用率等關系密切，探索新疆春小麥根系分布及生長狀況，對提高春小麥水分利用和促進環境與農業協調發展具有重要意義。然而，滴灌小麥節水增產技術有別于常規漫灌方式，小定額的麥田根區連續供水和植物根系的向水性特征使小麥的根系分布發生一定變化。因此，深入研究滴灌方式對春小麥各土層內根系分布動態的影響，探討小麥根系分布與深層土壤水分利用、抗旱節水的關系十分必要。為此，本試驗通過連續2 a的滴灌小麥試驗，探索不同灌水量條件下小麥根系的空間分布特征和產量構成因素，為進一步研究滴灌節水條件下春小麥的水分吸收和高產形成機制奠定基礎，以期為滴灌小麥合理的灌溉制度和改進措施提供理論依據。

1材料與方法

1.1試驗概況

試驗于2012-2013年在石河子大學農學院試驗站(44°18′N，86°00′E)進行。試驗站位于準噶爾盆地西南緣，海拔412 m，年平均日照時間2 865 h，大于10 ℃積溫為3 463.5 ℃，多年平均降雨量207 mm，平均蒸發量1 600 mm，屬中溫帶大陸性干旱區氣候。供試小麥品種選用‘新春19號’。

1.2試驗地基本條件

地下水埋深大于8 m，土壤質地為中壤土，0～30 cm土層平均體積質量1.295 g/cm3，田間持水率21.6%(質量百分比)，前茬為小麥。施用尿素420 kg/hm2，磷酸二氫鉀120 kg/hm2，均隨水滴施。滴灌帶選用新疆天業集團生產的單翼迷宮式滴灌帶，滴灌帶間距90 cm，滴頭間距30 cm，滴頭設計流量2.1 L/h，采用1管6行布置，小麥行距15 cm，常規栽培管理。全生育期內共滴水10次。2012-2013年春小麥生育期內降雨量見表1。

表1　2012-2013年春小麥生長季節降雨量

1.3灌水處理

設置無灌水(W0，嚴重缺水)，1 500 m3/hm2(W1，水分虧缺)，4 500 m3/hm2(W2，過量灌水)為3個灌量處理，同時設置3 750 m3/hm2(Wck，常規灌水)作為對照試驗。小區長和寬為20 m×10 m，田間隨機排列，各重復3次，其他管理措施同一般滴灌麥田，收獲期進行測產、實收。

1.4取根樣及測定方法

不同灌溉量條件下在拔節、抽穗、開花、成熟4個生育時期分別利用根鉆法在小麥行內取根，觀測小麥根系的分布特征，確定兩滴灌帶之間主要根系活動層的根系動態分布規律。根鉆法水平方向每隔15 cm取1鉆，取6個點，水平方向每個點的下方(垂直方向)每隔20 cm取1層，直至100 cm深(圖1)，根鉆直徑5.5 cm。對田間根鉆法取回的根系進行洗根、分根(分離出雜草根系、過去的死根等)，后將根置入根盒，在專用掃描儀下進行掃描，掃描后的根系圖片用Win-RHIZO分析軟件進行解讀，即得到單位容積內小麥根系的根長密度、根體積、根表面積、根直徑等相關參數，用以研究根系在土壤中的分布[10]。分析不同生育階段滴灌小麥根系形態(根質量、根長密度、根體積等相關參數)在土壤剖面上的分布。

1.5植株干物質測定

分別在拔節、抽穗、開花、成熟4個生育時期將麥株整株剪下，將麥株分成葉片、莖桿、穎殼和籽粒(成熟期)4部分在烘箱內烘至恒質量，分別稱量。

1.6土壤含水量測定

分別在拔節、抽穗、開花、成熟4個生育時期用土鉆對各小區0～100 cm土層分層取樣，每20 cm為1層，重復3次。取樣后將土樣裝入鋁盒，120 ℃烘干至恒質量計算土壤含水量。

土壤含水量=[(土樣質量-土樣干質量)/土樣干質量]×100%

1.7產量和水分利用效率

小麥成熟期考察各產量構成因素，同時每小區進行實收，均以3次重復的平均產量計產。水分利用率按下式計算。

水分利用率=小麥經濟產量/全生育期總耗水量

總耗水量=全生育期內1 m土壤貯水消耗量+灌溉量+降水量

式中:i為土層編號，n為總土層數，γi為第i 層土壤體積質量(g/cm3)，Hi為第i層土壤厚度(cm)， θi1和θi2分別為全生育期階段初和全生育期階段末第i層的土壤含水量[19]。

1.8數據統計分析

采用Excel2003、SPSS15.0對數據進行分析，制圖使用Surfer8.0軟件。

圖1　兩滴灌帶之間主要根系活動層

2結果與分析

2.1不同生育時期各土層土壤含水量變化

不同生育時期各土層土壤含水量垂直分布動態變化見圖2。4個生育時期的土層含水量最大值均出現在80～100 cm處，表明該土壤層次的水滲透量最大；拔節期0～100 cm土層含水量表現為W2(15.8%)>Wck(14.6%)>W1(14.4%)>W0(11.2%)，W2、Wck和W1處理間差異不顯著(P=0.067)，但這3個處理與W0間差異顯著(P=0.044)；抽穗期0～100 cm土層含水量表現為W2(16.6%)>Wck(15.2%)>W1(14.8%)>W0(11.6%)，各處理間差異顯著(P=0.048)；開花期0～100 cm土層含水量表現為W2(16.4%)>Wck(14.4%)>W1(13.8%)>W0(10.4%)，各處理間差異顯著(P=0.039)；成熟期0～100 cm土層含水量表現為W2(17.8%)>Wck(15.8%)>W1(15.2%)>W0(11.3%)，W2分別與Wck、W1和W0間差異顯著(P=0.023，P<0.01)；4個生育時期的土層含水量均呈現W2>Wck>W1>W0，說明滴水量越大，各土壤層次含水量越高，兩者呈正相關性，土層含水量與灌水定額具有一致性；不同生育時期內各土層土壤含水量相比，開花期內含水量最低，表明開花期小麥耗水量最大，該階段小麥生長旺盛，需水量大，而成熟期土壤含水量最高，表明該階段根系吸水緩慢，需水量減少。2.2不同生育時期0～100 cm土層總根質量變化

不同生育時期不同灌水量處理下0～100 cm土層內總根質量變化見表2。各處理根質量自拔節期逐漸增加，至開花期達到最大值。各灌水處理中，開花期土層內根質量與拔節、抽穗期之間差異顯著(P<0.05)，但與成熟期之間的顯著差異只存在W2和Wck2個灌水處理(P=0.033，P=0.040)。開花期4個灌水處理的根質量分別占各自總根質量的26.5%(W0)、26.3%(W1)、29.2%(W2)、30.7%(Wck)，開花期后根質量逐漸下降。各灌水處理中總根質量呈現W2>Wck>W1>W0的規律，但W1與W0處理間、Wck與W2處理間沒有差異。上述規律同時說明，灌水量越大，0～100 cm土層內小麥根系生長越旺盛，總根質量越大。4個生育時期內各灌水量處理以開花期內根質量最大，拔節期根質量最小。

2.3不同生育時期不同灌水量處理下0～100 cm土層根長密度變化

根長密度是表示植物根系長度在單位土體中分布特征的重要參數[12]。不同生育時期不同灌水量處理下0～100 cm土層內根長密度變化見圖3。4個生育時期相比，開花期內各灌水處理的根長密度值最大(W0占35.12%，W1占34.69%，W2占35.07%，Wck占34.43%)，表明此時小麥根系生長旺盛，吸水能力也最強；各處理中80～100 cm土層內的根長密度值均最小(W0占0.11%，W1占0.06%，W2占0.05%，Wck占0.08%)，說明根系在這個層面分布也最少。隨著土層的加深，W0處理的根長密度漸漸顯示出優勢，根長密度均大于其他處理，表明干旱無灌溉條件下，小麥自身向深層扎根并增加深層根量和根系活力尋找水分，以利于地上部分的生長。0～40 cm是各處理根長密度值的最大層次，該土層容納小麥的大部分根系，也是吸收水分的主要區域。灌水量越大，該層根系生長越旺盛，但Wck、W2處理間、W1、W0處理間差異并不顯著(P>0.05)，而Wck、W2處理與W1、W0處理間存在差異(P=0.014)。W2處理灌水量最高，但根長密度值在各土層并不是最高，說明水分過多抑制該處理根系的活力，反而對根系生長不利。

圖2　不同生育時期各土層土壤含水量垂直分布

g

注：不同小寫字母(橫向比較)和大寫字母(縱向比較)分別表示相同生育時期內不同灌水處理間、相同灌水處理在不同生育時期間在0.05水平的差異顯著。

Note: Treatment values followed by the different lowercase letter (within line) and the different capital letter (within column)refers to significant difference among different irrigation treatments in different growth period and different growth period in different irrigation treatments at the 0.05 level by pairedt-test, respectively.

圖3　不同生育時期不同灌水量處理下0～100 cm土層小麥根長密度(cm/cm3)變化

2.4不同生育時期不同灌水量處理下0～100 cm土層根體積變化

圖4　不同生育時期不同灌水量處理下0～100 cm土層小麥根體積(cm3)變化

2.5不同灌水量處理對小麥產量構成因素、產量及水分利用的影響

不同灌水量處理對小麥產量構成因素、產量及水分利用的影響見表3。Wck的產量最高，達到6 689.7 kg/hm2，其次分別為W2、W1、W0。其中W0與Wck分別與另3個處理間差異顯著(P=0.026，P=0.042)。W2處理雖然株高和地上部干質量都最高，但在生長后期出現倒伏且貪青晚熟，所以產量較低。單株穗數、平均穗質量、穗粒數、千粒質量4個產量構成因素均呈現Wck>W2>W1>W0的趨勢，且Wck與W2處理間、W1與W0處理間差異不顯著。隨著灌水量的增加，小麥的總耗水量明顯增加(W2>Wck>W1，3個處理間差異顯著，P=0.022)，而從水分利用率(WUE)來看，依次為Wck>W2>W1，Wck、W2與W1間差異顯著(P=0.037)。灌水量最高的W2處理水分利用率相對較低(只高于W1)，說明滴灌供水過高并不利于水分的高效利用和高產。

表3　各處理產量構成因素、產量及水分利用特征

注：不同小寫字母(橫向比較)表示不同灌水處理間在0.05水平差異顯著。

Note: Treatment values followed by the different lower case letter (within line) refers to significant difference among different irrigation treatments at the 0.05 level by paired t-test.

3討 論

3.1不同灌水量對春小麥根系時空分布的影響

植物根系的生長與分布與土壤的水分條件密切相關，小麥根系的生長會受到土壤水分環境和栽培水平的影響而發生適應性變化，不同水分條件下小麥根系存在明顯差異[18]，水分管理對小麥根系產生間接甚至直接的影響，是調節根系空間構型和分布的主要手段[19]；土壤水分正常條件下，植物根系將主要集中在淺土層，土壤水分虧缺條件下根系會增加在深層的分布[20]。合理的供水能夠改變作物根系的生長發育，促進根系合理分布，提高水分利用率和產量[21]。薛麗華等[22]發現水分虧缺雖然減少淺土層的根體積密度，但增加80 cm以下深土層的根體積密度。李魯華等[23]認為在嚴重缺水條件下(土壤相對含水量40% )，小麥根系生長嚴重受阻，根系干物質明顯降低。本研究中，總根質量、根長密度和根體積均隨生育時期的推進呈先增后降的變化趨勢，且隨土層深度的增加而減少。隨著土層的加深(尤其80～100 cm)，不同灌水量處理中，W1處理的根長密度和根體積逐漸大于其他處理，表明缺水條件促使小麥自身向深層扎根尋找水分，增強抵御干旱的能力，以利于地上部分的生長，但W0處理因為嚴重缺水而縮短根系生長發育時間，降低根系生物量，形成地上部的早衰而使產量低于另3個處理。 Kaul[24]和Cammue 等[25]認為干旱導致根系呼吸速率下降，加速根系的衰老，從而導致低產。王冀川等[26]認為根系處在過高的水分環境里會引起根內細胞分裂素的減少，引起根系生長緩慢和生物量積累下降。本試驗中，W2處理的過量水分造成土壤空氣缺乏，土壤通透性下降，影響根系的呼吸，致使小麥根系衰亡過快，加之倒伏等因素都使小麥產量降低。另外，研究發現滴灌小麥的根系主要分布于40 cm以上的土層，較常規灌溉根系分布淺[27]，加之灌溉次數較常規灌溉多，濕潤的土壤環境導致小麥根系的抗旱性下降，所以滴灌小麥比常規灌溉小麥更要注意水分的及時供給。

3.2不同灌水量對春小麥產量構成因素、產量及水分利用率的影響

Liu等[28]研究表明，作物的株高、干物質積累、產量等生理和產量構成指標會隨灌水量的增大而增加，但當灌水量超過一定值時產量反而會下降。高志紅等[9]研究發現，小麥株高對水分虧缺非常敏感。本研究中，W0、W1處理因為水分虧缺而對小麥生長不利，株高較低，Wck、W2處理間小麥的株高差異不顯著，但W2處理的株高和地上部干物質質量最大，單株穗數、平均穗質量、穗粒數、千粒質量也較高，卻因為后期倒伏和貪青晚熟而使產量比Wck低。該結果與王克全等[1]的研究結果較為一致。王冀川等[26]認為缺水對小麥地上部生物量等的影響大于過量灌水，而單株穗數、平均穗質量、穗粒數、千粒質量4項產量構成指標對最終產量的形成起到關鍵的作用，本試驗中W0、W1處理下較低的這4項指標是導致兩處理產量低的重要原因。高志紅等[9]認為過度缺水(如本研究中的W0處理)會顯著降低小麥產量和水分利用率；巨龍等[29]、張學忠等[30]研究表明，隨著總耗水量的增加，水分利用率呈現先增加后下降的趨勢，本研究中W2處理總耗水量最大，水分利用率卻較Wck低，說明過高的灌水定額既浪費水資源，還對產量形成負面影響。適量的灌水量保持土壤適宜的含水量，特別是在生長后期，合適的水分供應對延緩根系衰老，提高小麥穗粒數和千粒質量具有十分重要的意義。本試驗中，只有Wck(3 750 m3/hm2)這一灌水模式達到高產與節水的目的，體現滴灌技術節水高產的優越性。

4結 論

滴灌屬于小定額的連續供水，對表層小麥根系的生長影響很大。本研究認為0～20 cm是根系活動最為旺盛的區域。滴灌條件下，開花期內小麥根系的耗水量最大；土壤水分適宜，表層根量增加；水分過多會導致根系生長受抑，促使根系活力下降，根系衰亡提前，影響水分和養分的吸收，最終導致水分利用率和產量下降。水分過少在一定程度上促進了深層根量的增加，有助于干旱條件下小麥根系利用深層土壤的水分和提高水分利用效率，卻造成較低的產量。土壤水分嚴重缺乏致使根系吸水困難，對表層土壤根系數量的增加不利，也會導致減產，由此建議在水資源相對充沛條件下滴灌小麥采用Wck處理。隨著生產實踐中滴灌小麥灌水定額的不斷修訂，相關科學問題需要進一步的深入研究。

參考文獻Reference：

[1]王克全,王振華,何新林,等.不同灌水處理對滴灌春小麥生長及產量的影響研究[J].節水灌溉,2010,29(9):41,47.

WANG K Q,WANG ZH H,HE X L,etal.Effect of different drip irrigation treatments on growth and yield of spring wheat[J].WaterSavingIrrigation,2010,29(9):41,47(in Chinese with English abstract).

[2]王振華,王克全,葛宇,等.新疆滴灌春小麥需水規律初步研究[J].灌溉排水學報,2010,29(2):61-64.

WANG ZH H,WANG K Q,GE Y,etal.Preliminary study on water demand rules of spring wheat under drip irrigation[J].JournalofIrrigationandDrainage,2010,29(2):61-64(in Chinese with English abstract).

實驗組部分章節采用病例討論教學法。教學過程：（1）病例準備：課程講授結束后安排1次病例討論（3學時），提前2周將病例發給每位學生，提出需要討論的內容。（2）分組討論：將學生分組進行討論，每組6～8人。（3）匯報結果：課堂上每組安排1名學生代表發言，匯報該組觀點，然后由組內其他成員作補充，對發言進行糾正及點評。（4）教師點評：教師對病例分析的全過程進行總結歸納，對教學目標、重點、難點進行補充。（5）課后總結：要求學生根據病例中患兒的臨床表現完成一份護理計劃書。

[3]王振華,楊培嶺,鄭旭榮,等.膜下滴灌系統不同應用年限棉田根區鹽分變化及適耕性[J].農業工程學報,2014,30(4):90-99.

WANG ZH H,YANG P L,ZHENG X R,etal.Soil salinity changes of root zone and arable in cotton field with drip irrigation under mulch for different years[J].TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering,2014,30(4):90-99(in Chinese with English abstract).

[4]王榮棟,王新武,符林,等.關于滴灌小麥栽培的幾個問題[J].新疆農業科學,2010,47(7):1412-1415.

WANG R D,WANG X W,FU L,etal.Several problems about wheat cultivation by drip irrigation[J].XinjiangAgriculturalSciences,2010,47(7):1412-1415(in Chinese with English abstract).

[5]程裕偉,任輝,馬富裕,等.北疆地區滴灌春小麥干物質積累、分配與轉運特征研究[J].石河子大學學報(自然科學版),2011,29(2):133-139.

CHENG Y W,REN H,MA F Y.etal.Characteristics of accumulation,allocation and transaction of dry matter in spring wheat under drip irrigation in northern Xinjiang[J].JournalofShiheziUniversity(NaturalScienceEdition),2011,29(2):133-139(in Chinese with English abstract).

[6]呂廷波,楊海梅,辛明亮.土壤水分下限對滴灌春小麥生長和產量的影響研究[J].節水灌溉,2013,32(6):43-47.

Lü T B,YANG H M,XIN M L.Influence of low limit of soil moisture on growth and yield of wheat under drip irrigation[J].WaterSavingIrrigation,2013,32(6):43-47(in Chinese with English abstract).

[7]高楊,任志斌,段瑞萍,等.春小麥滴灌節水高產高效栽培技術研究[J].新疆農業科學,2010,47(2):281-284.

GAO Y,REN ZH B,DUAN R P,etal.Planting technique for spring wheat with saving water,high yield and high efficiency under drip irrigation system[J].XinjiangAgriculturalSciences,2010,47(2):281-284(in Chinese with English abstract).

[8]周萍,陳志國,莊麗,等.水氮互作對滴灌春小麥滲透調節物及產量的影響[J].石河子大學學報(自然科學版),2013,31(4):425-429.

ZHOU P,CHEN ZH G,ZHUANG L,etal.Effect of irrigation and nitrogen interaction on osmoregulation substances content and yield of drip irrigation wheat[J].JournalofShiheziUniversity(NaturalScienceEdition),2013,31(4):425-429(in Chinese with English abstract).

[9]高志紅,陳曉遠,劉曉英.土壤水變動對冬小麥生長產量及水分利用效率的影響[J].農業工程學報,2007,23(8):52-58.

GAO ZH H,CHEN X Y,LIU X Y.Effects of fluctuated soil moisture on the growth,yield and water use efficiency of winter wheat[J].TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering,2007,23(8):52-58(in Chinese with English abstract).

[10]車京玉,時家寧,邵立剛,等.春小麥根系變化與地上部相關關系的研究[J].河南科技學院學報(自然科學版),2008,36(2):12-14.

CHE J Y,SHI J N,SHAO L G,etal.Studies on the correlation between root system and top growth of spring wheat[J].JournalofHenanInstituteofScienceandTechnology(NaturalScienceEdition),2008,36(2):12-14(in Chinese with English abstract).

[11]王晨陽,馬喜元.不同土壤水分條件下小麥根系生態生理效應的研究[J].華北農學報,1992,7(4):1-8.

WANG CH Y,MA X Y.Ecological and physiological effects on root systems of wheat under different soil water conditions[J].ActaAgriculturaeBoreali-Sinica,1992,7(4):1-8(in Chinese with English abstract).

[12]王淑芬,張喜英,裴冬.不同供水條件對冬小麥根系分布、產量及水分利用效率的影響[J].農業工程學報,2006,22(2):27-32.

WANG SH F,ZHANG X Y,PEI D.Impacts of different water supplied conditions on root distribution,yield and water utilization efficiency of winter wheat[J].TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering,2006,22(2):27-32(in Chinese with English abstract).

[13]Lü G H,KANG Y H,LI L,etal,Effect of irrigation methods on root development and prole soil water uptake in winter wheat [J].IrrigationScience,2010,28:387-398.

[14]劉坤,陳新平,張福鎖.不同灌溉策略下冬小麥根系的分布與水分養分的空間有效性[J].土壤學報,2003,40(5):697-703.

LIU K,CHEN X P,ZHANG F S.Winter wheat root distribution and soil water and nutrient availability [J].ActaPedologicaSinica,2003,40(5):697-703(in Chinese with English abstract).

[15]薛麗華,張英華,段俊杰,等.調虧灌溉下冬小麥根系分布與耗水的關系[J].麥類作物學報,2010,30(4):693-697.

XUE L H,ZHANG Y H,DUAN J J,etal.Relationship between root distribution and water consumption of winter wheat under regulated deficit irrigation[J].JournalofTriticeaeCrops,2010,30(4):693-697(in Chinese with English abstract).

[16]王冀川,徐翠蓮,韓秀鋒,等.不同土壤水分對滴灌春小麥生長、產量及水分利用效率的影響[J].農業現代化研究,2011,32(1):115-119.

WANG J CH,XU C L,HAN X F,etal.Effects of different soil moisture on growth,grain yield and water use efficiency of spring wheat under drip irrigation[J].ResearchofAgriculturalModernization,2011,32(1):115-119(in Chinese with English abstract).

[17]劉榮花,朱自璽,方文松,等.冬小麥根系分布規律[J].生態學雜志,2008,27(11):2024-2027.

LIU R H,ZHU Z X,FANG W S,etal.Distribution pattern of winter wheat root system[J].ChineseJournalofEcology,2008,27(11):2024-2027(in Chinese with English abstract).

[18]孫書孌,陳秀敏,喬文臣,等.冬小麥干旱脅迫下不同土層根量分布與產量的關系[J].西北農業學報,2008,12(5):6-8.

SUN SH L,CHEN X M,QIAO W CH,etal.Relationship between root distribution in different soil layer and yield of winter wheat under drought stress[J].ActaAgriculturaeBoreali-occidentalisSinica,2008,12(5):6-8(in Chinese with English abstract).

[19]滿建國,王東,于振文,等.不同帶長微噴帶灌溉對土壤水分布與冬小麥耗水特性及產量的影響[J].應用生態學報,2013,24(8):2186-2196.

MAN J G,WANG D,YU ZH W,etal.Effects of irrigation with different length micro-sprinkling hoses on soil water distribution,water consumption characteristics of winter wheat,and its grain yield[J].ChineseJournalofAppliedEcology,2013,24(8):2186-2196(in Chinese with English abstract).

[20]王建東,龔時紅,許迪,等.灌水模式對冬小麥根系空間分布及多年產量的影響[J].西北農業學報,2011,42(10):1239-1246.

WANG J D,GONG SH H,XU D,etal.Effects of irrigation models on the space distribution of root system and yield of winter wheat[J].ActaAgriculturaeBoreali-occidentalisSinica,2011,42(10):1239-1246(in Chinese with English abstract).

[21]王永華,王玉杰,馮偉,等.兩種氣候年型下不同栽培模式對冬小麥根系時空分布及產量的影響[J].中國農業科學,2012,45(14):2826-2837.

WANG Y H,WANG Y J,FENG W,etal.Effects of different cultivation patterns on the spatial-temporal distribution characteristics of roots and grain yield of winter wheat in two climatic years[J].ScientiaAgriculturaSinica,2012,45(14):2826-2837(in Chinese with English abstract).

[22]薛麗華,段俊杰,王志敏,等.不同水分條件對冬小麥根系時空分布、土壤水利用和產量的影響[J].生態學報,2010,30(19):5296-5305 .

XUE L H,DUAN J J,WANG ZH M,etal.Effects of different irrigation regimes on spatial-temporal distribution of roots,soil water use and yield in winter wheat[J].ActaEcologicaSinica,2010,30(19):5296-5305(in Chinese with English abstract).

[23]李魯華,李世清,翟軍海,等.小麥根系與土壤水分脅迫關系的研究進展[J].西北植物學報,2001,21(1):1-7.

LI L H,LI SH Q,ZHAI J H,etal.Review of the relationship between wheat roots and water stress[J].ActaBotanicaBoreali-OccidentaliaSinica,2001,21(1):1-7(in Chinese with English abstract).

[24]KAUL R.Effect of water stress on respiration of wheat[J].CanadianJournalofBotany,1966,44:623-632.

[25]CAMMUE B,BROEKAETW W,KELLENS J,etal.Stress-induced accumulation of wheat germ agglutinin and abscisic acid in roots of wheat seedlings[J].PlantPhysiology,1989,91:1432-1435.

[26]王冀川,徐雅麗,高山,等.滴灌條件下根區水分對春小麥根系分布特征及產量的影響[J].干旱地區農業研究,2011,29(2):21-26.

WANG J CH,XU Y L,GAO SH,etal.Effects of soil moisture of root zone on root growth and yield of spring wheat under drip irrigation[J].AgriculturalResearchintheAridAreas,2011,29(2):21-26(in Chinese with English abstract).

[27]黃學文,何宗穎,趙愛芬.水分對春小麥根系生長動態的影響[J].西北農業學報,1995,4(4):21-24.

HUANG X W,HE Z Y,ZHAO A F.Effects of water on the growth dynamics of spring wheat[J].ActaAgriculturaeBoreali-occidentalisSinica,1995,4(4):21-24(in Chinese with English abstract).

[28]LIU W ZH,LI Y SH.Crop yield response to water and fertilizer in loess tableland of China:a field research[J].Pedosphere,1995,5(3):259-266.

[29]巨龍,王全九,王琳芳,等.灌水量對半干旱區土壤水鹽分布特征及冬小麥產量的影響[J].農業工程學報,2007,23(1):86-90.

JU L,WANG Q J,WANG L F,etal.Effects of irrigation amounts on yield of winter wheat and distribution characteristics of soil water-salt in semi-arid region [J].TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering,2007,23(1):86-90(in Chinese with English abstract).

[30]張忠學,于貴瑞.不同灌水處理對冬小麥生長及水分利用效率的影響[J].灌溉排水學報,2003,22(2):1-4.

ZHANG ZH X,YU G R.Effects of irrigation scheduling on development and water use efficiency in winter wheat [J].JournalofIrrigationandDrainage,2003,22(2):1-4(in Chinese with English abstract).

Received 2015-01-07Returned2015-04-03

Foundation itemFund of Technological Innovation for Youth of Xinjiang Production and Construction Corps(No.2013CB013)；Development Plan of Science and Technology Research for Excellent Youth of Shihezi University(No.2012ZRKXYQ11)；National Natural Science Foundation of China(No.51169022)；the Key Sci-tech Project of the “11th 5-year-plan” of China(No.2011BAD29B06).

First authorZHANG Wei,male,Ph.D,associate professor.Research area:farming system and agricultural ecology.E-mail:bluesky2002040@163.com

(責任編輯：成敏Responsible editor:CHENG Min)

Effects of Drip Irrigation Amount on Root Spatial and Temporal Distribution, Water Use Efficiency and Yield in Spring Wheat

ZHANG Wei1，2, LI Luhua1，2and Lü Xin2

(1.Farming Staff Room, College of Agronomy, Shihezi University, Shihezi Xinjiang 832003, China;2.The Key Oasis Eco-agriculture Laboratory of Xinjiang Production and Construction Group, Shihezi Xinjiang 832003, China)

AbstractField experiment was conducted to explore the spatial and temporal distribution of wheat roots, water use efficiency and yield in spring wheat under drip irrigation in the arid region of Xinjiang. The spring wheat cultivar ‘Xinchun 19’ was used as test material. There were four irrigation amount treatments in the fixed field trail, including no irrigation(W0), 1 500(W1),4 500 (W2) and 3 750 m3/hm2(Wck). The experiment measured the vertical distribution and dynamic change of root length density, root volume, root mass of wheat in 0-100 cm soil depth at jointing stage, heading stage, flowering period and mature period. The result showed that there was the lowest soil moisture content and highest water consumption of wheat root during flowering period. The largest amount of roots (i.e., root mass,root length density and root volume) was detected at 0-20 cm depth range which was also the most active region for wheat root system. Total amount of root system in the surface layer was increased in the appropriate soil moisture (at Wcktreatment). But excessive water (at W2 treatment) inhibited the growth of root systems, reduced the root activity and the absorption amount of water, water use efficiency and yield for wheat. Although low irrigation amount (at W1 treatment) increased total amount of root at deep layer of soil and contributed to using deep soil moisture for wheat and enhancing water use efficiency under dry conditions, the wheat yield was lower. An acute shortage of water (at W0 treatment) caused hard water absorption, root number decreasing at surface layer of soil and resulted in yield loss. Therefore, it is better to use water applied at Wcktreatment under the condition of abundant water resources, considering the balance of water saving and high yield.

Key wordsDrip irrigation amount; Spring wheat; Root distribution; Water use efficiency; Yield

Corresponding authorLü Xin,male,professor,Ph.D tutor.Research area:agricultural ecology.E-mail:lxshz@126.com

中圖分類號S512.1+2

文獻標志碼A

文章編號1004-1389(2016)03-0361-11

通信作者：呂新，男，教授，博士生導師，主要從事農業生態學研究。E-mail:lxshz@126.com

基金項目：新疆生產建設兵團青年科技創新資金專項(2013CB013)；石河子大學科學技術研究發展計劃優秀青年項目(2012ZRKXYQ11)；國家自然科學基金(51169022)；國家科技支撐計劃項目(2011BAD29B06)。

收稿日期：2015-01-07修回日期：2015-04-03

網絡出版日期：2016-03-06

網絡出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1220.S.20160306.1610.014.html

第一作者：張偉，男，博士，副教授，從事耕作學與農業生態學研究。E-mail:bluesky2002040@163.com