生育期水分調控對河西地區滴灌春小麥生長和水分利用的影響

張雨新，張富倉，鄒海洋，陳東峰

（1.西北農林科技大學旱區農業水土工程教育部重點實驗室，陜西楊凌712100；2.西北農林科技大學中國旱區節水農業研究院，陜西楊凌712100）

生育期水分調控對河西地區滴灌春小麥生長和水分利用的影響

張雨新1，2，張富倉1，2，鄒海洋1，2，陳東峰1，2

（1.西北農林科技大學旱區農業水土工程教育部重點實驗室，陜西楊凌712100；2.西北農林科技大學中國旱區節水農業研究院，陜西楊凌712100）

為探索干旱地區有利于春小麥生長和提高產量的大田滴灌灌水模式，以春小麥永良4號為試驗材料，在不同生育期（苗期～分蘗，拔節～孕穗，抽穗～開花，灌漿～成熟）設置5個土壤水分下限W1（55%、60%、55%、50%），W2（60%、65%、60%、55%），W3（65%、70%、65%、60%），W4（70%、75%、70%、65%）和充分灌溉（CK）（75%、80%、75%、70%），研究了不同生育期土壤水分調控對河西地區滴灌春小麥生長、產量和水分利用效率的影響。結果表明：一定施肥水平下，隨著土壤水分下限的提高，各處理株高、葉面積指數均不斷增大，在成熟期充分灌溉（CK）處理分別比W4處理高2.19%和7.93%；不同水分下限處理條件下，春小麥干物質的總積累量和成熟期干物質向籽粒的分配量均為W4處理最大，比CK分別顯著高5.63%和17.14%；各處理春小麥產量和水分利用效率隨著土壤水分下限的增加均呈先增加后減小的變化趨勢，其中W4處理的水分利用效率比W3處理降低2.82%，但其產量分別比W3、CK處理增加7.53%和4.07%。從節水增產的角度考慮，W4處理可作為基于本試驗條件下較適宜的水分處理。

滴灌；春小麥；土壤水分；產量；水分利用效率

水分供應不足會對干旱半干旱地區植被的生長產生嚴重的影響［1］。甘肅河西地區屬于典型的大陸干旱荒漠氣候，大部分處于干旱或極度干旱區，多年平均降水量為139.2 mm，遠小于多年平均蒸發量（1 614.6mm）。除此之外，由于水資源分配的不均衡以及上游過度利用水資源，引起地下水位的大幅度下降，加劇了該地區水資源的緊缺［2］。由于河西地區土壤瘠薄、干旱少雨，抗旱能力較強的春小麥在該區占有較大的比例。但與此同時該地區小麥也存在著春季低溫和干旱使得播種困難，后期高溫導致產量低等諸多問題。因此改善灌溉條件、提高小麥抗旱保墑能力成為春小麥節水增產的關鍵［3－4］。

調虧灌溉于20世紀70年代中期，被澳大利亞持續灌溉農業研究所提出，它是通過人為主動的，在作物生長的某一適當階段，對其施加水分脅迫，以影響作物的生理和生化過程，進而提高作物的水分利用效率［5］。近年來國內外學者從灌水方式［6］、灌水頻數［7］以及灌水定額［8］等方面對作物調虧灌溉做了大量研究。杜太生等［9］研究分析了分根交替灌溉和調虧灌溉對谷類作物土壤水分利用效率的影響，結果表明兩種灌水方式下作物的產量均沒有顯著降低，但是水分利用效率有了很大的提高；分根交替灌溉灌水方式適用于干旱地區寬行谷類作物，而調虧灌溉適用于窄行谷類作物的灌溉。蔣桂英等［10］研究了不同灌水方式對小麥生長發育的影響，結果表明與漫灌相比，滴灌條件下小麥的灌水量有所下降；同時由于滴灌條件下小麥營養器官中的干物質分配量減少，有利于同化物質在籽粒中的積累，提高了粒重，增加了產量，水分生產效率也有所提高。黨根有等［11］對春小麥進行了灌水時期和灌水次數的組合處理，研究發現各生育期灌水次數的增加明顯促進春小麥葉干物質積累，緩解穗干物質積累量增加速率的降低，降低莖鞘干物質比例。管建慧等［12］通過研究不同灌水量對春小麥耗水特性和產量的影響發現，麥田總的耗水量會隨著灌水次數和灌水量的增加而增大，而減少了對土壤水的消耗量。王紅光等［13］通過在冬小麥不同生育期設置不同的灌水下限，研究了測墑補灌對小麥干物質積累的影響，結果表明冬小麥營養器官貯藏干物質向籽粒的分配量并未隨著補灌水平的提高持續增加。王國棟等［14］研究了測墑補灌條件下北疆綠洲區春小麥的滴灌制度，研究表明灌水下限提高會導致灌溉頻率和總灌水量的最終增加，但灌水效益和水分利用效率（WUE）并不隨灌水量的增加而提高。

本研究采用滴灌施肥技術，根據各個生育期土壤墑情計算得到的水量對小麥進行灌水，研究不同生育期水分調控對河西地區滴灌春小麥的生長和水分利用效率的影響，以期探索出春小麥不同生育期的需水規律，為河西地區春小麥節水增產提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗在甘肅省武威市中國農業大學石羊河流域農業與生態節水試驗站進行，該地區地處騰格里沙漠邊緣（37°50′49″N，102°51′01″E）。海拔高度1 500 m，大陸性溫帶干旱氣候，年平均氣溫8℃，年均日照時數3 000 h以上，年均降水量不足200 mm，年均水面蒸發量2 000 mm以上。試驗地土質為灰鈣質輕砂壤土，根層土壤干容重為1.32 g·cm－3，田間持水量為（體積含水率）21.3%，灌溉水埋深25～30m。

1.2 試驗設計

試驗分別在不同生育期設置5個土壤水分灌溉下限處理，分別記為W1、W2、W3、W4和充分灌溉（CK），每個處理以控制土壤含水量占田間含水量的百分數表示（表1）。

表1 不同生育期灌溉土壤水分下限處理（田間持水量的%）Table 1 Lower limit of soilmoisture at different growth stages for various treatments（%of field capacity）

每個處理3次重復，共計15個小區，小區面積為50 m2（5 m×10 m）。供試春小麥品種永良4號，15 cm等行距播種，1帶4行，第2～3行鋪設滴灌帶，各滴頭流量相同。各處理施肥量均在同一水平并隨水施肥。試驗中氮肥用尿素（含N 46%），鉀肥用硫酸鉀鎂（含K2O 52%），磷肥用磷酸二銨（含P2O546%），各處理施肥量均在同一水平并隨水施肥。按照當地大田施肥標準，分別在苗期施N 18 kg ·hm－2，P2O59 kg·hm－2，K2O 9 kg·hm－2；在拔節期共施N 54 kg·hm－2，P2O527 kg·hm－2，K2O 27 kg·hm－2，分三次施入，抽穗期和灌漿期同拔節期；生育期內共施N 180 kg·hm－2，P2O590 kg·hm－2，K2O 90 kg· hm－2。

1.3 測定指標與方法

1.3.1 土壤含水量的測定及灌水量計算土壤含水量采用傳統的土鉆取土烘干法測定，取樣深度40 cm；各處理土壤含水量小于設置下限即進行灌溉，灌至田間持水量的100%，計劃濕潤層深度為60 cm。灌水量的計算公式［14］如下：

式中，M為灌水量（mm）；γ為土壤容重（g·cm－3）；H為計劃濕潤層深度（cm）；θi為田間持水量；θj為測定的土壤含水量。

1.3.2 生長指標的測定株高：在分蘗、孕穗、開花、灌漿4個生育期，每小區連續選取5株小麥植株，測定小麥株高。

葉面積指數（LAI）：在分蘗、孕穗、開花、灌漿4個生育期，每個小區隨機選取3個點，利用SUNSAN冠層分析儀對每個小區的葉面積指數進行測定。

干物質積累與分配：在分蘗、孕穗、灌漿3個生育期每小區連續選取20株小麥完整植株；開花期和成熟期按莖葉鞘、穎殼＋穗軸和籽粒分別取樣，放入105℃烘箱中殺青15 min，80℃烘48 h至恒重，稱干重。花前與花后的同化物轉運量和轉運率，計算公式［22］如下：

營養器官開花前貯藏干物質轉運量＝開花期干重－成熟期干重；

營養器官開花前貯藏干物質轉運率（%）＝（開花期干重－成熟期干重）／開花期干重×100；

開花后干物質輸入籽粒量＝成熟期籽粒干重－營養器官花前貯藏干物質轉運量；

對籽粒產量的貢獻率（%）＝開花前營養器官貯藏干物質轉運量／成熟期籽粒干重×100。

1.3.3 籽粒產量成熟期每個小區選取代表性樣點1m2，脫粒考種測產，然后烘干重，折算成公頃產量。

1.3.4 水分利用效率（WUE）

式中，Y為作物產量（kg·hm－2），ET為全生育期內累積作物耗水量（mm）。

作物耗水量［14］通過水量平衡法得到，計算如式（3）：

式中，ET1－2為階段耗水量（mm）；i為土壤層數；n為總土層數；γi為第i層土壤干容重（g·cm－3）；Hi為第i層土壤厚度（mm）；θi1和θi2為第i層土壤時段初和時段末的含水率；I為時段內的灌水量（mm）；P為有效降水量（mm）；K為地下水補給量（mm），由于該地區地下水埋深在25～30 m，故K＝0。有效降雨量P0計算如式（4）

式中，P0為有效降水量（mm）；TP為總的降雨量（mm）。

1.4 數據分析

采用SPSS22.0統計分析軟件對試驗數據進行顯著性方差分析；采用Microsoft Excel 2007進行數據處理；采用Origin 9.3軟件繪圖。

2 結果與分析

2.1 生育期水分調控對春小麥生長的影響

2.1.1 株高由圖1可以看出，隨著小麥的生長，不同處理條件下的小麥株高變化趨勢相同，均表現為開花期前增長迅速，開花期后由于小麥由營養生長進入生殖生長，小麥株高增長緩慢或停止生長。但各處理對小麥株高的影響不同，在分蘗期，不同水分處理對株高影響不顯著；孕穗期株高迅速增加，其中W4株高增長速率最大（2.44 cm·d－1），分別比W1、W2、W3、CK高53.40%、39.52%、5.02%和9.74%，這說明灌水量的增加會增大小麥株高的增長速率，但水分過高增長速率有所下降；開花期與灌漿期處理間株高差異性相同，在灌漿期，充分灌溉（CK）處理株高最大（84 cm），分別比W1、W2、W3、W4高22.27%、18.81%、7.42%和2.19%，其中W4與CK差異不顯著（P＞0.05）。以上結果表明，小麥株高隨著灌水量的增加而增大，但是充分灌溉對小麥株高的影響不顯著（P＞0.05）。

2.1.2 葉面積指數（LAI）由圖2可以看出，不同水分處理下的LAI生長變化均表現為先增后減的趨勢，各處理的LAI最大值均出現在孕穗期。孕穗期CK的LAI最大，分別比W1、W2、W3、W4高94.74%、76.19%、25.42%和2.78%，CK與W4沒有顯著性差異（P＞0.05）；分蘗～孕穗期，各處理的LAI隨著小麥植株的生長逐漸增大，其中W4的LAI增長量最大（0.9），這表明灌水量的增加有利于植株葉片的生長，但是充分灌溉對小麥葉面積的影響不顯著（P＞0.05）；開花～灌漿期W1、W2、W3、W4、CK的LAI減小速率分別比孕穗～開花期的減小速率高60.00%、49.33%、42.22%、33.33%和6.67%，其中充分灌溉（CK）處理的減小速率變化量最小。這說明各處理的LAI在開花～灌漿期減小速率較大，同時充分灌溉能夠延緩葉片衰老。

圖1 不同生育期水分調控對春小麥株高的影響Fig.1 Effects ofwater regulation on plant height of spring wheat at different stages

圖2 不同生育期土壤水分調控對春小麥葉面積指數（LAI）的影響Fig.2 Effects of soilwater regulation on LAIof spring wheat at different stages

2.2 生育期水分調控對地上部干物質積累的影響

由圖3可以看出，隨著生育期的推進，不同土壤水分條件下春小麥干物質積累量變化趨勢表現為：在孕穗期前積累緩慢，隨后干物質積累迅速加快，至開花期各處理的地上部干物質積累速率均達到峰值，而后積累逐漸變緩，在成熟期各處理地上部干物質積累量達到最大值。孕穗期充分灌溉（CK）處理干物質累積最大，各處理出現顯著差異；孕穗～開花期小麥的營養生長與生殖生長同時進行，前期以葉為主，后期小麥莖稈和穗也有顯著增加；隨著灌水量的增加，各處理的干物質積累速率也逐漸增大，其中W4的干物質積累速率最大，分別比W1、W2、W3和CK高22.76%、17.84%、12.00%和16.67%，其中充分灌溉（CK）處理的積累速率有所下降，這說明，水分過多使得營養生長過盛，營養生長與生殖生長失調，不利于小麥干物質的積累。開花～灌漿期W1、W2、W3、W4、CK的地上部干物質積累速率分別為128.32、139.90、200.50、229.91 kg·d－1·hm－2和214.76 kg·d－1·hm－2，分別比孕穗～開花期減少67.93%、66.44%、54.29%、53.20%和48.99%。這表明，開花期后小麥地上部干物質積累速率下降，同時高灌水量能夠延緩干物質積累速率的下降。成熟期小麥地上部干物質最終積累量為W4＞CK＞W3＞W2＞W1，說明高灌水量并未使干物質積累量明顯增加，而低灌水量會影響小麥個體的生長。

圖3 不同生育期土壤水分調控對春小麥干物質積累量的影響Fig.3 Effects of soilwater regulation on drymatter amountof spring wheat at different stages

2.3 生育期水分調控對春小麥地上部干物質分配和同化物轉運的影響

由表2可以看出，成熟期不同土壤水分調控條件下，春小麥干物質在各器官中的分配量和分配比例有所差異，可是均滿足籽粒＞莖葉鞘＞穗軸＋穎殼。這是由于，各處理小麥莖葉鞘以及穗軸＋穎殼中的干物質大部分向籽粒中運輸，故其分配量和分配比例較小。同時除籽粒外，春小麥的干物質分配量及分配比例均隨著灌水量的增加不斷增大。而不同處理條件下的小麥籽粒干物質中，W4分配量最大，分別比W1、W2、W3、CK高44.71%、30.85%、15.49%、17.14%。由此可以看出，土壤水分的增加有利于春小麥前期的營養生長，進而對成熟期營養器官中干物質的積累有促進作用；與此同時籽粒的干物質分配量并未隨著灌水量的增加而持續增大，這表明灌水量過高不利于同化物向籽粒的分配，進而也會對小麥的產量產生影響。

表2 土壤水分調控對春小麥成熟期干物質分配的影響Table 2 Effects of soilwater regulation on drymatter distribution atmature stage of spring wheat

由表3可知，各處理營養器官開花前貯藏干物質轉運率和貢獻率均表現為W1＞W2＞W3＞W4＞CK，其中CK分別比W1減小56.98%、66.49%，W4分別比W1減小22.60%、39.77%；開花后貯藏干物質積累量隨著灌水量的增加逐漸增大，充分灌溉（CK）處理最大，W1、W2、W3、W4分別比CK減小51.71%、44.46%、31.48%和2.10%，W4與CK無顯著性差異。以上結果表明，與W1相反，充分灌溉（CK）處理更有利于促進營養器官開花后貯藏的同化物向籽粒的運輸，W4則更有助于平衡花前與花后同化物向籽粒的再分配，進而有利于高產量的獲得。

表3 土壤水分調控對春小麥營養器官貯藏干物質向籽粒的轉運量和開花后干物質積累量的影響Table 3 Effects of soilwater regulation on translocation amountof vegetative organs to grains and accumulation amountafter anthesis in spring wheat

2.4 生育期水分調控對春小麥產量、水分利用效率（WUE）的影響

由圖4可以看出，土壤水分調控下春小麥產量和水分利用效率均滿足先增加后減小的變化趨勢，但是產量和水分利用效率的最大值并不出現在同一處理。不同處理春小麥最終產量為W4＞CK＞W3＞W2＞W1。其中，W4產量達到7 476.04 kg·hm－2，分別比W1、W2、W3、CK顯著增加73.86%、40.58%、7.53%和4.07%，W3與充分灌溉（CK）沒有顯著性差異（P＞0.05）。由此可知，隨著灌水量的增加，春小麥的籽粒產量也在增大，但水分過多會導致小麥產量的下降，這也說明過量灌水不利于小麥的節水增產。不同土壤水分調控處理下，小麥水分利用率并未隨著灌水量的增加持續增大。其中W1的水分利用效率最低，僅為13.33 kg·mm－1·hm－2，這是由于灌水量過低，抑制了小麥的生殖生長，進而影響小麥的水分利用效率。W3的水分利用效率最高，為17.36 kg·mm－1·hm－2，分別比W4、充分灌溉（CK）增加2.90%和12.44%，W3與W4沒有顯著性差異（P＞0.05）。綜上所述可知，隨著灌水量的增加，小麥的產量和水分利用效率均呈先增大后減小的變化趨勢，因此對小麥進行適宜水分調控對其節水增產起到積極的作用。

圖4 土壤水分調控對春小麥產量和水分利用效率的影響Fig.4 Effects of soilwater regulation on yield and water use efficiency of springwheat

3 討論

本研究發現，各個生育期不同程度的土壤水分虧缺對于春小麥株高有顯著性影響。適宜的水分脅迫不利于株高的增長，但同時也增加了小麥的抗倒伏能力，提高了小麥的產量。在各個生育期內充分灌溉（CK）處理都要顯著高于水分脅迫處理（W1），這是由于高水有利于小麥株高的生長，這與王振華等［15］研究結果一致。在本研究中，小麥株高分蘗～孕穗期的增長速率顯著大于其他生育期，這與王冀川等［16］認為的拔節～揚花期土壤水分對株高生長影響最大有差異。隨著小麥的生長，小麥葉片也在不斷變化。本研究中發現，不同水分條件下的春小麥葉面積指數均呈先增大后減小的變化趨勢，在孕穗期達到峰值。但是在各生育期內，W1的葉面積指數始終最小，這說明高灌水量會使春小麥的葉面積顯著增加［14］。

有研究表明［17－18］不同水分處理下，適宜的水分虧缺更有利于小麥干物質積累。在本研究中，各處理春小麥干物質積累量變化趨勢相同，其中W4、CK始終高于W1、W2、W3，在開花期各處理干物質積累速率達到峰值，其中W4、CK始終高于W1、W2、W3處理；在開花期各處理干物質積累速率均達到最大值，這與前人［19］研究結果一致。董劍等［20］研究發現高灌水量有利于干物質向營養器官的分配積累，不利于籽粒干物質的積累。本研究表明，成熟期春小麥干物質在營養器官中的分配量及分配比，均隨著灌水量的增加不斷增大。而不同處理條件下的小麥籽粒干物質中，W4分配量最大，這是由于適度的水分脅迫在復水后，可以加快貯存在營養器官中的物質向籽粒中轉移［21］。在本研究中，與充分灌溉（CK）相反，水分脅迫（W1）更有利于營養器官開花前貯藏的同化物向籽粒的運輸，這與前人［22］研究結果一致。

徐翠蓮等［23］研究發現產量的提高必然需要消耗大量的水分，即高產建立在高耗水量的基礎之上。本研究中，各處理的產量W4＞CK＞W3＞W2＞W1，這說明灌水量過高使小麥產量有下降趨勢。水分利用效率能綜合反映耗水量與籽粒產量的相互關系［24］。張忠學等［25］認為供水量越多，耗水量越大，水分利用效率隨著灌水次數和灌水量的增多逐漸降低。Panda R K等［26］連續三年研究了水分虧缺對小麥生長的影響，結果表明與充分灌溉相比，水分虧缺條件下的小麥產量和水分利用效率較高。本研究表明，隨著灌水下限的提高，水分利用效率呈先增加后減少的變化趨勢。其中W3最大，W4與CK沒有顯著性差異，這說明較高的灌水下限并不能保證高產量和水分利用效率。因此為使不同土壤水分調控下滴灌春小麥的高產與節水達到統一，還需要進一步的研究和驗證。

4 結論

生育期水分調控，對滴灌春小麥的生長、水分利用效率有顯著性影響。各處理株高均隨著灌水量的增加不斷增大，但葉面積指數呈先增大后減小的變化趨勢，在孕穗期達到最大值。其中充分灌溉條件下，春小麥的株高和葉面積均高于其他處理，但W4與其并沒有顯著性差異。小麥干物質的積累、分配是產量形成的基礎，各處理的干物質積累量隨著生育期的推進逐漸增大，其中W4干物質積累量和成熟期籽粒中干物質分配量均最大，比充分灌溉（CK）處理分別顯著高5.63%和17.14%。與此同時，本研究中，W3處理的水分利用效率最高，但其產量卻顯著低于W4處理。W4處理作為產量最大的處理，比CK顯著增加4.07%，灌水量卻低了7.75%。綜上可知，生育期適宜的水分調控更有利于春小麥的生長和高產的獲得，從節水增產的角度考慮，W4可作為基于本試驗條件下較適宜的水分處理。

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Effects of soilwater regulation in growing period on spring wheat grow th and water use in Hexi areas under drip irrigation

ZHANG Yu-xin1，2，ZHANG Fu-cang1，2，ZOU Hai-yang1，2，CHEN Dong-feng1，2
（1.Lɑborɑtory of Agriculturɑl Soilɑnd Wɑter Engineering in Aridɑnd Semiɑrid Areɑs ofMinistry of Educɑtion，Northwest A＆F University，Yɑngling，Shɑɑnxi 712100，Chinɑ；2.Institute ofWɑter-sɑving Agriculture in Arid Areɑs of Chinɑ，Northwest A＆F University，Yɑngling，Shɑɑnxi 712100，Chinɑ）

In order to explore the drip irrigationmode to improve the growth and yield of spring wheat in Arid Areas，field plotexperimentswere carried outwith the springwheat species of Yongliang 4.Five lower soilwater limits（i.e.W1（55%、60%、55%、50%），W2（60%、65%、60%、55%），W3（65%、70%、65%、60%），W4（70%、75%、70%、65%）and sufficient irrigation（CK）（75%、80%、75%、70%））were applied at different growing stages（emergence～tillering，jointing～booting，heading～anthesis，filling～maturity）to study the effects of soilwater regulation on spring wheat growth，yield and water use efficiency in Hexiareas.The results showed thatat the same fertilizer level，the increase in lower soilwater limits increased the plantheightand LAIof springwheat.Compared with theW4 treatments，the plant height and LAIof the sufficient irrigation treatment（CK）increased by 2.19%and 7.93%.However，compared with sufficient irrigation treatment（CK），total drymatter accumulation and its distribution amount to grain ofW4 treatment had significantly increased respectively by 5.63%and 17.14%.With the increase in lower soilwater limits，the field and water use efficiency（WUE）in all treatments increased first and then decreased.Compared with W3 treatments，thewater use efficiency（WUE）ofW4 treatmentwas reduced by 2.82%.However，the treatmentW4 showed the highest field，which was increased by 7.53%and 4.07%，compared with that of theW3 and CK treatments.In sum-mary，the appropriate soilwater regulation at growing stages is beneficial to the growth and high yield of spring wheat.Comprehensively considering thewater saving and high field，the treatmentW4 is selected as the optimalwater treatment under the present experimental conditions.

drip irrigation；spring wheat；soilwater；yield；water use efficiency

S275.6；S512.1＋2

：A

1000-7601（2017）01-0171-07

10.7606／j.issn.1000-7601.2017.01.26

2016-03-11

國家“十二五”863計劃項目（2011AA100504）；農業部公益性行業科研專項（201503124）；教育部高等學校創新引智計劃項目（B12007）

張雨新（1992—），女，遼寧北票人，碩士研究生，主要從事節水灌溉理論與技術研究。E-mail：772394594＠qq.com。

張富倉（1962—），男，陜西武功人，博士，教授，主要從事節水灌溉理論與技術研究。E-mail：zhangfc＠nwsuaf.edu.cn。