柴達木盆地春小麥產量與水分利用效率的差異

連利葉，賀康寧，李潤杰，溫 軍，張金旭

(1.北京林業大學水土保持學院， 北京 100083； 2.青海省水利水電科技發展有限公司(青海省水利水電科學研究所)，青海省流域水循環與生態重點實驗室， 西寧 810001)

柴達木盆地位于高原，深居內陸，屬大陸性氣候，其特點是：降水稀少，空氣干燥，光照充足，輻射強烈，氣候溫和，熱量條件好；日溫差較大，作物果實積累快，適宜農作物和林草生長與高產。這些得天獨厚的資源優勢使柴達木盆地成為春小麥高產區[1]，但水資源匱缺仍然是影響該區春小麥產量的一個重要因素。

許多研究表明[2-5]，肥和水是旱地農業生產的兩大限制因子, 有效地協調水分和養分可以提高作物產量和水分利用效率。目前，根據土壤水分合理施肥,以肥調水,以水促肥,促進作物生長發育和提高作物產量和水分利用效率已成為農業綜合發展的關鍵技術[6-9]。而在青海地區研究水分和施肥提高水分利用效率和產量的較少，因此，本試驗以柴達木盆地香日德農場為依托，通過研究不同春小麥品種在不同水肥組合下作物產量，水分利用效率的差異，選出最優組合，為研究春小麥節水高產技術、制定灌溉制度等提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗在青海省都蘭縣香日德灌溉試驗中心站進行，該地區海拔2 973～3 045 m，年降水量66.8～248.3 mm，年蒸發量(20 cm蒸發器)2 285.4 mm，屬于干旱地區。土質以沙壤土為主，質地為壤質，土質宜于種植。田間持水量為25%，土壤容重為1.50 g/cm3。

1.2 春小麥品種

旱地品種：阿勃、高原602；水旱地皆宜品種：高原437；水地品種：高原448。除高原602為早期推廣品種外，其他品種均為目前大面積推廣品種。所有種子由中國科學院西北高原生物研究所農業中心提供。

1.3 試驗設計

設4個春小麥品種：阿勃、高原602、高原437、高原448。4個水分下限：相對于田間持水量的50%、60%、70%和CK(參照當地灌水時間，次灌水量900 m3/hm2)。4個尿素水平0、105、210、315 kg/hm2。利用sharetop software studio公司的正交分析助手Ⅱ(v3.0)進行L16(43) 正交設計，共16處理(見表1)，設4次重復，合計64個小區，各小區隨機排列。

表1 處理水平Tab.1 Treatments

1.4 小區試驗

試驗地前茬作物為紫花苜蓿，播種前，施農家肥45 m3/hm2，深耕、灌水后劃區打梗，小區長4 m，寬2 m，四周梗寬0.5 m，高0.2 m，每個重復小區間田埂間距0.5 m。試驗地周圍保護行寬2 m。施入磷酸二氫銨225 kg/hm2和相應水平的尿素、人工翻地，按基本苗675 萬株/hm2，行距0.2 m，行數11，人工手鋤開溝溜種。每隔10 d(生育期前后，降雨前后進行加測)，按0～10、10～20、20～30、30～40、40～60、60～100 cm 分層取土樣，采用烘干法測定土壤含水率。當土壤含水率接近水分控制下限時進行灌溉，至土壤含水量達到田間持水量的80%停止灌溉。生育期間中耕鋤草，成熟后各小區隨機取小麥植株30株進行考種，單打單收計算產量。

1.5 數據整理分析

采用Excel2007、SPSS17進行數據整理和分析[10]。

2 結果與分析

2.1 產量分析

2.1.1 不同處理對小麥的產量的影響

試驗結果表明(見表2)，不同處理條件下，春小麥產量有顯著差異，其中處理9，即春小麥高原448、常規灌溉和210 kg/hm2尿素試驗組合產量最高，為1.10 萬kg/hm2。除處理12、13外，與其他處理組合產量差異顯著。處理6，即春小麥阿勃在水分下限50%和播種前不施尿素的情況下產量最低，為7 562.50 kg/hm2，與處理1、2、5、7、8差異不顯著，與其他組合差異顯著。產量最高者比最低高3 437.50 kg/hm2,增幅45%。

表2 不同處理條件下產量和水分利用效率Tab.2 Yield and water use efficiency of spring wheatin diffident treatments

注：同列數值后不同字母表示在0.05水平差異顯著。

2.1.2 不同因素水平下的產量

本實驗采用了三因素四水平的試驗設計，各因素對小區產量的影響不盡相同(見表3)。

(1)春小麥品種高原437和高原448產量相對較高，阿勃和高原602產量較低，前者和后者差異達到顯著水平。

(2)隨著水分下限的提高，小區產量越來越大，常規灌溉產量最高，水分下限50%產量最低，兩者差異顯著。水分下限60%、70%產量次之，與CK相比差異不顯著。

(3)隨著施肥量增大，小麥產量越來越高，到達一定程度，產量又開始下降。本次試驗中施肥條件對產量的影響為210 kg/hm2≥105 kg/hm2、315 kg/hm2≥ 0 kg/hm2尿素。施肥210 kg/hm2尿素效果最好，與不施尿素產量差異顯著。

表3 因素水平對產量和水分利用效率的影響Tab.3 Effect of level of factor on yield and water use efficiency

注：同列數值后不同字母表示在0.05水平差異顯著。

2.2 水分利用效率分析

水分利用效率(Water Use Efficiency,WUE)也稱水分生產率,是表示作物水分吸收利用過程效率的一個指標。本試驗主要側重于籽粒的水分利用效率，即WUE=籽粒產量/耗水量。

(1)不同處理條件下小麥水分利用效率。實驗結果表明，處理1水分利用效率最低，為1.34 kg/m3，與處理5、6、13差異不顯著，與其他處理差異顯著。處理4、8、10、14、15水分利用效率最高，分別為2.06、2.03、2.11、2.09、2.01 kg/m3，與處理1、5、6、13達到了顯著水平，與其他不顯著。最高與最低相差0.77 kg/m3。

(2)因素水平對水分利用效率的影響。①品種對水分利用效率的影響近似于對產量的影響。高原448≥高原437≥高原602≥阿勃，阿勃的水分利用效率最低為1.71 kg/m3，高原448的水分利用效率最高為1.96 kg/m3，兩者相差0.25 kg/m3，差異達到顯著水平。②水分下限50%、60%、70%的水分利用效率較高，CK常規灌溉下的水分利用效益較低，前者和后者差異顯著。說明干旱脅迫情況下，一定的水分下限促進水分利用效率的提高，但是到一定程度就會抑制。③施肥量對水分利用效率的影響近似于水分下限對產量的影響，施肥量越高，籽粒水分利用效率越高。不施肥的情況下水分利用效率較低，與施肥情況差異顯著，施肥量由105 kg/hm2，升到315 kg/hm2相應水分生產率也增加，但增加程度不明顯。說明氮肥促進了春小麥對水分和養分的吸收,提高了水分利用效率，這與任書杰等人研究氮肥對水分利用效率的影響相符[11]。

3 討 論

柴達木盆地充足的光熱條件，使其成為我國農作物著名的高產地區之一，這里的農作物產量普遍高于國內同緯度地區，特別是春小麥適應性好，產量在9 000～9 750 kg/hm2的現象較為普遍[12]。但水資源緊缺是影響該區產量的一個重要因素。因此，如何利用有限的水資源，充分提高春小麥的產量成為節水農業研究的熱點。本論文從品種、水分下限、施肥量三因素出發對春小麥產量和水分利用效率差異進行了研究。結果顯示，不同組合水平下，春小麥的產量為7 562.50～11 000.00 kg/hm2，水分利用效率為1.34～2.11 kg/m3，最大已經超過國際先進水平2 kg/m3。可見，在不降低或提高春小麥產量的基礎上，使有限的水資源發揮最大的經濟效益是可能的。這為當地節水農業的發展提供了有效的技術支撐。

對于提高小麥產量和水分利用效率的因素很多。一方面，采用不同的農藝措施來控制土面蒸發量，減少作物耗水量，從而提高作物水分利用效率[13-15]；一方面，從遺傳角度分析小麥品種間產量和水分利用效率間遺傳差異[16-18]。一方面，從不同灌溉模式及灌水量對小麥的耗水特性及產量的影響進行研究[9,19-21]。樊廷錄[22]等研究表明限量灌水條件下，小麥品種籽粒產量和水分利用效率存在差異性。呂麗華[23]、王德梅[24]、褚鵬飛[25]等認為適當的水分脅迫和減少灌溉量，可提高灌水利用率。一方面，從水肥耦合角度研究作物的產量和水分利用效率。汪德水[4]、任書杰[11]、孫廣春[26]等認為，中度灌水和中度施肥的處理水分利用效率和產量最高。而對于品種、水分和施肥三因素方面的研究較少，因此，本論文的研究是對前人研究的有效補充。

4 結 語

(1)不同處理水平下，春小麥高原448、CK和210 kg/hm2尿素實驗組合產量最高，為1.1 萬kg/hm2。春小麥阿勃、水分下限50%和播種前不施尿素的情況下產量最低，為7 562.50 kg/hm2。

(2)因素水平對產量的影響表明，春小麥品種高原437和高原448產量相對較高；水分為CK小區產量最高，水分下限60%、70%產量次之；施肥條件為210 kg/hm2尿素時產量最高。

(3)不同處理下，處理4、8、10、14、15水分利用效率最高，分別為2.06、2.03、2.11、2.09、2.01 kg/m3，處理1水分利用效率最低，為1.34 kg/m3。

(4)因素水平對水分利用效率的影響為，春小麥品種阿勃的水分利用效率最低，高原448的最高，分別為1.71、1.96 kg/m3；水分下限50%、60%、70%與CK條件下比較水分利用效率較高，CK常規灌溉下的水分利用效益較低；施肥的情況與水分下限對產量影響類似，施肥的較未施肥水分利用效率高。

綜上所述，為了使有限的水資源高效利用，提高春小麥產量，達到即高產又節水的目的，本試驗的最優組合為春小麥品種高原448，控水水分下限在60%或70%，施肥條件210 kg/hm2。

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