不同灌溉策略和灌溉方式對小麥生長特性、產(chǎn)量及水分利用的影響

吳明偉

（煙臺市蓬萊區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心 山東煙臺 265600）

小麥（Triticum aestivum L）作為我國主要糧食作物之一， 對于保障我國糧食安全和社會(huì)穩(wěn)定發(fā)展具有重要意義[1-2]。 水分是影響小麥生長發(fā)育和產(chǎn)量形成的重要因素，小麥作為典型的需水作物，充足和適宜的水分對于提升產(chǎn)量和品質(zhì)意義重大[3]。 但由于一些地區(qū)的小麥生長季節(jié)降水不足以滿足小麥生長發(fā)育的需要， 因此灌溉成為近年來保障干旱年份糧食安全的重要技術(shù)手段。 大水漫灌作為主要的灌溉措施在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上由來已久， 但是近年來隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和節(jié)水增效措施的提出， 在保證作物增產(chǎn)增收的前提實(shí)現(xiàn)水資源的高效利用成為當(dāng)前主要的研究重點(diǎn)[2-3]。

微噴灌和滴灌作為主要的節(jié)水灌溉技術(shù)措施均可實(shí)現(xiàn)水資源的高效利用， 近年來逐漸應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。 前人研究發(fā)現(xiàn)，與大水漫灌相比，噴灌、微噴灌和滴灌等灌溉措施均可減少田間作物非生產(chǎn)性耗水，促進(jìn)作物發(fā)育及提升產(chǎn)量[4,6]。 但是前人研究主要集中在與大水漫灌相比較方面，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，噴灌和微噴灌相比最適宜小麥的灌溉方式、不同灌溉策略對小麥生長特性、產(chǎn)量及水分利用效果、最適宜的灌溉策略和灌溉方式相結(jié)合的灌溉模式還有待進(jìn)一步探究。 基于此，本研究于2021 年10 月至2022 年6 月在膠州市膠萊鎮(zhèn)青島農(nóng)業(yè)大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技示范園開展田間試驗(yàn)， 研究不同灌溉策略和灌溉方式對小麥生長特性、產(chǎn)量及水分利用的影響，以期為實(shí)現(xiàn)水資源高效利用和改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

本研究于2021 年10 月至2022 年6 月在膠州市膠萊鎮(zhèn)青島農(nóng)業(yè)大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技示范園（北緯36°33′24″、東經(jīng)120°41′33″）開展田間試驗(yàn)，試驗(yàn)地塊土壤類型為砂姜黑土，土壤肥沃，基礎(chǔ)地力較好。 試驗(yàn)地塊0～20 cm 土層土壤基礎(chǔ)肥力見表1。種植制度為一年兩熟制，前茬作物為玉米。

表1 供試土壤0～20 cm 土層基本理化性狀

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本研究采用二因素裂區(qū)設(shè)計(jì)，主區(qū)為灌溉策略，共設(shè)計(jì)3 種灌溉策略，以田間持水量（FC，土壤達(dá)到飽合狀態(tài)的含水量）為基準(zhǔn)，分別為充分灌溉（FI，即當(dāng)農(nóng)田60 cm 處土壤含水量降至40%FC 時(shí)，灌水至60 cm 土層土壤含水量達(dá)到80%FC）； 限量灌溉（LI，即當(dāng)農(nóng)田60 cm 處土壤含水量降至40%FC 時(shí)，灌水至60 cm 土層土壤含水量達(dá)到60%FC）； 虧缺灌溉（DI，即當(dāng)農(nóng)田60 cm 處土壤含水量降到40%FC 時(shí)，灌水至40 cm 土層土壤含水量達(dá)到60%FC）。副區(qū)為灌溉方式，共設(shè)計(jì)2 種灌溉方式，分別為設(shè)滴灌（D）、微噴灌（P），共計(jì)6 個(gè)處理，每個(gè)處理3 次重復(fù)，每個(gè)小區(qū)面積為40 m2（4 m×10 m），共計(jì)18 個(gè)小區(qū)。

供試小麥品種為當(dāng)?shù)刂魍菩←溒贩N魯麥21，播種量為180 kg/hm2，小麥行距為20 cm。 供試氮肥為尿素 （含純N 46%）， 磷肥為重過磷酸鈣 （含P2O516%），鉀肥為硫酸鉀（含K2O 50%）；氮肥施用量為96 kg/hm2， 磷肥施用量為72 kg/hm2， 鉀肥施用量為48 kg/hm2。 在小麥播種的同時(shí)將磷肥和鉀肥作為基肥一次性施入，40%的氮肥作為基肥于播種前通過表層撒施翻耕法施入土壤， 剩余60%的氮肥分2 次分別在返青至拔節(jié)期（30%）、孕穗至揚(yáng)花期（30%）采用溝施法追肥。 其他田間施藥、除草等管理措施同當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)管理措施。

1.3 測定項(xiàng)目及方法

1.3.1 土壤樣品采集與測定 采用五點(diǎn)取樣法，在小麥播種前、拔節(jié)期、開花期和成熟期用土鉆采集0～60 cm 的土層土壤，除播前將0～20 cm 土層土壤分成2 份， 一份風(fēng)干后過篩用于測定土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)，另一份用于測定土壤含水量外， 其他生育時(shí)期均只測定土壤含水量，土壤含水量采用干燥法測定。

1.3.2 小麥生長特性相關(guān)指標(biāo)的測定 分別于小麥拔節(jié)期、 開花期和成熟期在各個(gè)小區(qū)采用五點(diǎn)取樣法選取10 株具有代表性的小麥植株， 用卷尺測定小麥株高， 測量部位為從小麥基部發(fā)根處至主莖頂端， 用游標(biāo)卡尺測定小麥莖粗， 測量部位為小麥莖稈基部。

1.3.3 小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的測定 在小麥成熟收獲時(shí)，每個(gè)處理選擇2 個(gè)40 m2（2 m×20 m）的小樣方，調(diào)查樣方內(nèi)小麥穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重等指標(biāo)，并按照13%的含水量折算小麥產(chǎn)量。

1.3.4 生育階段耗水量和耗水強(qiáng)度的計(jì)算 耗水量和耗水強(qiáng)度的計(jì)算參考王培如等[7]的計(jì)算方法。

耗水量（WCF,單位：mm）=生育階段開始時(shí)土壤蓄水量（W1）-生育階段結(jié)束時(shí)土壤蓄水量（W2）；

土壤蓄水量（W,單位：mm）=土壤容重（g/cm3）×土層深度（cm）×土層含水量（%）×10-1；

耗水強(qiáng)度（WCD,單位：mm/d）=耗水量/生育階段持續(xù)天數(shù)（d）。

1.4 數(shù)據(jù)整理與分析

采用Excel 2016 進(jìn)行數(shù)據(jù)整理工作、SPSS 軟件進(jìn)行相關(guān)性分析， 采用Duncann 法進(jìn)行處理間的多重比較，利用Origin 繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同灌溉策略和灌溉方式對小麥株高和莖粗的影響

由圖1 可知， 不同灌溉策略和灌溉方式處理間小麥株高和莖粗存在差異， 滴灌處理下的小麥株高和莖粗要優(yōu)于微噴灌處理。 不同灌溉策略和灌溉方式下小麥株高， 隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)呈逐漸上升的趨勢，拔節(jié)期到開花期增幅最快，開花期到成熟期增幅不明顯。 對于不同灌溉策略和灌溉方式下的小麥莖粗而言， 隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)呈先上升后下降的趨勢，在開花期出現(xiàn)最大值，開花期到成熟期小麥莖粗開始下降。 小麥各生育階段株高和莖粗均以微噴灌+限量灌溉和滴灌+限量灌溉模式下效果最優(yōu)。

圖1 不同灌溉策略和灌溉方式下小麥株高和莖粗的變化特征

2.2 不同灌溉策略和灌溉方式對小麥水分利用的影響

由表2 可知， 不同灌溉策略和灌溉方式處理顯著影響小麥各生育階段耗水量和耗水強(qiáng)度。 不同灌溉策略和灌溉方式處理下小麥均在拔節(jié)期至開花期有最大耗水量和耗水強(qiáng)度， 不同灌溉策略和灌溉方式處理下小麥各生育階段均在滴灌+限量灌溉處理下有最大耗水量和耗水強(qiáng)度， 小麥生長季總耗水量為411.57 mm，平均耗水強(qiáng)度為2.191 mm/d。 相同灌溉策略下， 滴灌處理下的耗水量和耗水強(qiáng)度要高于微噴灌處理，而在相同灌溉方式下，小麥各生育階段耗水量和耗水強(qiáng)度均表現(xiàn)為限量灌溉＞虧缺灌溉＞充分灌溉。 這說明適量的灌溉量和適宜的灌溉方式均有利于小麥的生長發(fā)育。

表2 不同灌溉策略和灌溉方式下小麥耗水量和耗水強(qiáng)度分析

2.3 不同灌溉策略和灌溉方式對小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表3 可知， 不同灌溉策略和灌溉方式顯著影響小麥穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重和產(chǎn)量。 不同灌溉策略和灌溉方式下以滴灌+限量灌溉處理（D＋LI）產(chǎn)量最高，為9 374.65 kg/hm2，微噴灌+虧缺灌溉處理（P＋DI）產(chǎn)量最低，為8 836.82 kg/hm2，與微噴灌+虧缺灌溉處理相比，滴灌+限量灌溉處理產(chǎn)量增幅為6.08%。同時(shí)小麥穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重均在滴灌+限量灌溉處理下有最大值，分別為593.76 萬株/hm2、34.26 粒/株、45.38 g。 同時(shí)， 滴灌處理下不同灌溉策略的小麥穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重和產(chǎn)量要顯著高于微噴灌處理下的各灌溉策略， 平均增幅分別為1.26%、6.25%、2.38%和4.67%。

表3 不同灌溉策略和灌溉方式下小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素變化分析

3 討論與結(jié)論

小麥株高和莖粗可以直接反映小麥的生長狀況和生長特性， 合理的灌溉方式和灌溉策略可以減少田間干旱和高溫等脅迫對小麥生長過程的影響[2]。 本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)， 不同灌溉策略和灌溉方式處理間小麥株高和莖粗存在差異， 且滴灌處理下的小麥株高和莖粗要優(yōu)于微噴灌處理， 在小麥各生育階段均以微噴灌+限量灌溉和滴灌+限量灌溉下株高和莖粗最大。 這是由于充足灌溉導(dǎo)致小麥冗余生長，產(chǎn)生無效分蘗， 無效分蘗與主莖之間在生長中進(jìn)行養(yǎng)分和資源的競爭，不利于小麥株高和莖粗的形成。 而虧缺灌溉處理會(huì)導(dǎo)致小麥生長過程中水分供應(yīng)不足， 遭受高溫和干旱脅迫，使生長發(fā)育受阻[4,7]。

前人研究發(fā)現(xiàn)， 適宜的灌溉量可以有效提升作物產(chǎn)量和水分吸收利用率。 岳玲等[8]的研究發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)減少灌溉量更有利于小麥產(chǎn)量的形成和水分的吸收利用，這與本研究結(jié)果一致。 本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)限量灌溉處理下的小麥穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重、產(chǎn)量及小麥各生育階段耗水量和耗水強(qiáng)度要顯著高于虧缺灌溉和充分灌溉處理。 這是由于在小麥生長發(fā)育進(jìn)程中，過量的水分灌溉會(huì)導(dǎo)致小麥根際區(qū)域積水增加，抑制根系生長發(fā)育和建成， 進(jìn)而導(dǎo)致養(yǎng)分吸收利用過程受阻，影響地上部生長發(fā)育和籽粒建成，同時(shí)過量灌溉還會(huì)影響田間微生物群落的多樣性， 導(dǎo)致田間病蟲害加劇，不利于小麥養(yǎng)分吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)[2,8]。 虧缺灌溉下會(huì)導(dǎo)致小麥產(chǎn)生嚴(yán)重的水分脅迫和高溫脅迫，導(dǎo)致小麥生長發(fā)育、水分吸收利用和籽粒灌漿過程受阻，進(jìn)而影響小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素的發(fā)育，導(dǎo)致產(chǎn)量下降。 而限量灌溉下，小麥根系始終持續(xù)處于較好的供水環(huán)境下， 有利于根系的建成和深層養(yǎng)分的吸收利用[2]。 同時(shí)本研究還發(fā)現(xiàn)，滴灌處理下不同灌溉策略下的小麥穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重、產(chǎn)量及小麥各生育階段耗水量和耗水強(qiáng)度等均顯著高于微噴灌處理，這可能是由于在滴灌條件下，可以使得水分均勻而準(zhǔn)確地滴入作物根區(qū)附近的土壤表面或作物根系所在的土壤層， 土壤中養(yǎng)分和肥料始終分布在小麥根系附近，而微噴灌處理下的面積較大，水分施入使得土壤中養(yǎng)分和肥料分散在田間， 同時(shí)灌溉時(shí)間相對較長，土壤養(yǎng)分向深處轉(zhuǎn)移更加嚴(yán)重，導(dǎo)致小麥養(yǎng)分供應(yīng)不足[8]，其具體原因還有待進(jìn)一步研究探索。

綜上可知， 在山東省膠州市春小麥種植區(qū)采用滴灌+限量灌溉處理可以更好地促進(jìn)小麥株高和莖粗的形成，提升小麥各生育階段耗水量和耗水強(qiáng)度，進(jìn)而促進(jìn)產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的形成， 保證小麥增產(chǎn)增收， 對于實(shí)現(xiàn)水資源高效利用和改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境意義重大。