崔 帥，王紅光，李東曉，馬伯威，李瑞奇

(河北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/河北省作物生長(zhǎng)調(diào)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北保定 071000)

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限水減氮對(duì)高產(chǎn)麥田群體動(dòng)態(tài)和產(chǎn)量形成的影響

崔 帥，王紅光，李東曉，馬伯威，李瑞奇

(河北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/河北省作物生長(zhǎng)調(diào)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北保定 071000)

為解決河北省水資源匱乏和麥田施氮量偏多問(wèn)題，于2013-2014和2014-2015年度，在河北省石家莊市藁城區(qū)分別設(shè)置限水灌溉的單因素試驗(yàn)和限水減氮的二因素裂區(qū)試驗(yàn)，研究了限水減氮對(duì)河北省高產(chǎn)麥田群體動(dòng)態(tài)和產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，在2013-2014年度，限水灌溉處理(拔節(jié)期45 mm、開花期30 mm、灌漿期30 mm，春季總灌水量105 mm)與節(jié)水灌溉對(duì)照(拔節(jié)期60 mm、開花期60 mm，春季總灌水量120 mm)間小麥葉面積指數(shù)、光能截獲率、生物產(chǎn)量、穗數(shù)和穗粒數(shù)差異均不顯著；限水灌溉的千粒重顯著增加，籽粒產(chǎn)量為10 081.08 kg·hm-2，水分利用效率為27.98 kg·hm-2·mm-1。在2014-2015年度，限水灌溉處理中W3處理(拔節(jié)期37.5 mm、開花期15 mm、灌漿期15 mm，春季總灌水量67.5mm)的葉面積指數(shù)、光能截獲率與節(jié)水灌溉對(duì)照(拔節(jié)期67.5 mm、開花期67.5 mm，春季總灌水量135 mm)無(wú)顯著差異，穗數(shù)和穗粒數(shù)有所降低，但千粒重顯著增加，籽粒產(chǎn)量8 903.70 kg·hm-2，比節(jié)水灌溉對(duì)照減產(chǎn)7.95%，生物產(chǎn)量降低7.15%，但水分利用效率和灌水利用效率分別提高9.28%和84.10%，且未顯著增加0～140 cm和0～200 cm土層貯水的消耗，是本試驗(yàn)條件下保證高產(chǎn)高效的最佳限水灌溉模式。120、180和240 kg·hm-2的3個(gè)施氮水平間各指標(biāo)差異均不顯著。綜合節(jié)水高產(chǎn)和減氮增效的現(xiàn)狀，以小麥拔節(jié)期灌水37.5 mm、開花期15 mm、灌漿期15 mm的灌溉模式結(jié)合生育期施N 120 kg·hm-2為本試驗(yàn)條件下的最優(yōu)限水減氮組合。

高產(chǎn)麥田；限量灌水；施氮量；群體動(dòng)態(tài)；產(chǎn)量；水分利用效率

小麥?zhǔn)俏覈?guó)重要的糧食作物之一。水、氮是影響小麥產(chǎn)量形成的兩個(gè)主要因素。適當(dāng)降低小麥的水氮投入，在保障植株物質(zhì)正常生產(chǎn)的同時(shí)，可促進(jìn)其向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)，是同步實(shí)現(xiàn)小麥高產(chǎn)和水氮高效利用的必然途徑[1-4]。河北省是我國(guó)冬小麥主產(chǎn)省之一，但由于水資源匱乏，小麥生產(chǎn)潛力受到限制[5-6]。為了阻止地下水資源的持續(xù)減少，河北省從2014年開始在部分地區(qū)減少小麥種植面積，但卻面臨著更加嚴(yán)峻的糧食安全問(wèn)題。故在保證高產(chǎn)的前提下，急需進(jìn)一步減少河北省小麥的灌水量。前人研究表明，河北省高產(chǎn)麥區(qū)適宜的節(jié)水灌溉模式為在適墑播種條件下，小麥全生育期灌拔節(jié)水和抽穗揚(yáng)花水兩水，每次灌水量60～75 mm[7-9]。但小麥全生育期僅灌1水，灌水量為70 mm左右時(shí)，籽粒產(chǎn)量降幅可達(dá)3.85%～23.47%[10-11]。目前關(guān)于麥田灌漿水效應(yīng)的研究結(jié)論不盡一致。王小燕等[12]和孟維偉等[13]研究認(rèn)為，小麥灌漿期灌水60 mm的籽粒產(chǎn)量和水分利用效率顯著降低。王晨陽(yáng)等[14]研究發(fā)現(xiàn)，小麥花后14 d灌水45 mm，可顯著提高籽粒產(chǎn)量和蛋白質(zhì)產(chǎn)量。楊曉亞等[15]則認(rèn)為，小麥灌漿水降至30 mm時(shí)，籽粒產(chǎn)量和蛋白質(zhì)產(chǎn)量顯著增加，水分利用效率亦顯著提高；高于30 mm時(shí)，籽粒產(chǎn)量和水分利用效率顯著降低。但上述研究試驗(yàn)多是在常規(guī)畦灌條件下進(jìn)行的。微噴帶灌溉能準(zhǔn)確控制灌水定額，降低灌水量[16-17]，是實(shí)現(xiàn)低水量均勻灌溉的有效技術(shù)。滿建國(guó)等[18]的研究結(jié)果顯示，利用微噴帶灌溉，灌水量為21.29 mm時(shí)，灌溉均勻系數(shù)可達(dá)91.28%。史宏志等[19]亦指出，微噴定額控制在24～36 mm，能有效補(bǔ)充土壤水分，使土壤濕潤(rùn)層保持在耕層范圍內(nèi)。

隨著生態(tài)環(huán)境的日益惡化，關(guān)于農(nóng)田減氮增效的研究愈發(fā)重要[20-21]。高產(chǎn)、超高產(chǎn)麥田的土壤全氮含量多在1.30 g·kg-1以上，堿解氮含量在130 mg·kg-1以上，小麥生育期施氮量一般不低于240 kg·hm-2，在保證小麥高產(chǎn)、超高產(chǎn)的前提下能否降低麥田施氮量，需要大量試驗(yàn)來(lái)探討。面對(duì)河北省水資源日益緊缺和減氮增效需求日益強(qiáng)烈的現(xiàn)狀，本試驗(yàn)利用微噴灌技術(shù)節(jié)水且灌溉均勻度好的優(yōu)勢(shì)，設(shè)置不同的超低水量限水灌溉和減氮處理，研究限量水氮供給條件下小麥產(chǎn)量形成規(guī)律和麥田土壤貯水量的變化特征，以期為小麥高產(chǎn)高效的可持續(xù)性生產(chǎn)提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)基本情況

試驗(yàn)分別于2013-2014和2014-2015年度在河北省石家莊市藁城區(qū)梅花鎮(zhèn)劉家莊村大田進(jìn)行，種植品種為石麥18。試驗(yàn)田為壤質(zhì)褐土，土壤容重為1.4 g·cm-3，前茬作物均為夏玉米，收獲后秸稈粉碎2遍還田。播種前0～20 cm土層基礎(chǔ)養(yǎng)分含量見表1，0～200 cm各土層的土壤含水量見表2，播種至成熟降水情況見表3。

表1　試驗(yàn)地土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分含量

表2　試驗(yàn)地播種前0～200 cm土層土壤的質(zhì)量含水量

表3　小麥生育期內(nèi)降水量

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)施

2013-2014年度試驗(yàn)采用單因素設(shè)計(jì)，設(shè)置兩個(gè)灌水處理，分別為節(jié)水灌溉(WS：拔節(jié)期和開花期各灌水60 mm)和限水灌溉(WL：拔節(jié)期、開花期和花后12 d分別灌水45、30和30 mm)。全生育期施N 195 kg·hm-2。每處理3次重復(fù)，總計(jì)6個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積160 m2。在2013-2014年度小麥生育期降水量?jī)H為53.2 mm的欠水年型下，WL仍獲得稍高于WS的產(chǎn)量。

為繼續(xù)探索小麥限水灌溉的下限，2014-2015年度設(shè)置更低的灌水量。試驗(yàn)采用雙因素裂區(qū)設(shè)計(jì)，灌水為主區(qū)，設(shè)3個(gè)限量灌溉水平(W1、W2、W3)和1個(gè)節(jié)水灌溉水平(WCK)，具體灌水時(shí)期和灌水量如表4；施氮量為副區(qū)，設(shè)全生育期施N 120、180和240 kg·hm-23個(gè)水平，分別用N120、N180、N240表示。每處理3次重復(fù)，總計(jì)36個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積75 m2。

兩年試驗(yàn)均采用微噴帶灌溉，灌水量用水表計(jì)量。氮肥50%底施，50%拔節(jié)期追施。全生育期底施P2O5135 kg·hm-2和K2O 150 kg·hm-2。分別于10月8日和10月9日15 cm等行距播種，播種量150 kg·hm-2，播后鎮(zhèn)壓。實(shí)際基本苗分別為300萬(wàn)和317萬(wàn)株·hm-2。其他田間管理同一般高產(chǎn)麥田。

表4　2014-2015年度試驗(yàn)灌水處理方案

1.3測(cè)定項(xiàng)目和方法

1.3.1群體性狀測(cè)定

在小麥3葉期按1 m雙行定點(diǎn)調(diào)查基本苗數(shù)，并于定點(diǎn)處調(diào)查各時(shí)期的總莖數(shù)，計(jì)算成穗率。每個(gè)生育時(shí)期在各小區(qū)多點(diǎn)取樣30株，選取3株代表植株測(cè)量綠葉面積，并按比葉重法計(jì)算葉面積指數(shù)。把測(cè)算葉面積后的植株根系剪掉，置于烘箱中105 ℃殺青30 min，于70 ℃烘干至恒重，稱干重[22]。

1.3.2冠層光合有效輻射(PAR)測(cè)定

用英國(guó)產(chǎn)SUNSCAN冠層分析儀，于小麥開花后8、22 d的10:30-11:30測(cè)定冠層中部(上3葉位)和冠層頂部(穗部以上)的光合有效輻射。冠層光截獲率=(I0-I)/I0[23]。式中，I0為冠層上方的輻射強(qiáng)度，I為通過(guò)一定葉層后的輻射強(qiáng)度。

1.3.3土壤水分測(cè)定

成熟期采用土鉆烘干法取0～200 cm土樣，每20 cm為一個(gè)土層，測(cè)定土壤含水量。

E=C×ρ×H×10[24]式中，E為貯水量，C為土壤水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)，ρ為土壤容重，H為土層深度。

WUE=Y1/ET[25]和IWUE=Y2/I[26]式中，WUE為水分利用效率，IWUE為灌水利用效率，Y1為籽粒產(chǎn)量，Y2為生物產(chǎn)量或籽粒產(chǎn)量，ET為農(nóng)田耗水量，I為實(shí)際灌水量。

1.3.4產(chǎn)量及其構(gòu)成因素測(cè)定

成熟期于定點(diǎn)處調(diào)查單位面積穗數(shù)，選取代表性麥穗20個(gè)調(diào)查穗粒數(shù)。每小區(qū)實(shí)收3 m2脫粒，風(fēng)干后稱重計(jì)算實(shí)際產(chǎn)量。從測(cè)產(chǎn)籽粒中取樣測(cè)定千粒重[9]。

1.4數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2003和IBM SPSS Statistics 19.0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，用Duncan法進(jìn)行多重比較。2014-2015年度由于灌水和施氮量對(duì)各指標(biāo)的互作效應(yīng)均未達(dá)到0.05顯著水平，因而僅對(duì)這兩個(gè)因素的主效應(yīng)進(jìn)行了分析。

2　結(jié)果與分析

2.1限水減氮對(duì)小麥莖蘗消長(zhǎng)動(dòng)態(tài)和穗數(shù)的影響

由表5可知，2個(gè)年度中各處理的群體總莖數(shù)均在起身期達(dá)到最大，之后隨分蘗兩極分化而下降。在2013-2014年度，2個(gè)處理的成穗數(shù)差異不顯著。在2014-2015年度，不同灌水處理間孕穗期和開花期的總莖數(shù)差異不顯著。成穗數(shù)表現(xiàn)為拔節(jié)期灌水37.5 mm的W2和W3處理顯著低于節(jié)水對(duì)照WCK，拔節(jié)期灌水67.5 mm的W1處理與WCK差異不顯著，但限水灌溉處理每公頃成穗數(shù)均達(dá)到了750萬(wàn)以上。2014-2015年度拔節(jié)期限水處理的成穗數(shù)和分蘗成穗率顯著降低，這可能與本生長(zhǎng)季小麥播前底墑?shì)^差(表2)，導(dǎo)致植株分蘗能力和抗旱能力較差有關(guān)。

表5　灌水和施氮量對(duì)小麥群體總莖數(shù)的主效應(yīng)

同列數(shù)字后無(wú)相同的字母表示同一年度不同灌水處理間或不同施氮水平間差異顯著(P<0.5)。下同。

The different small letters following the values in a column mean significant differences among different irrigation treatments or nitrogen levels at 0.05 level (P<0.5).The same as in the following tables.

拔節(jié)前N240總莖數(shù)顯著高于N180和N120，拔節(jié)后不同施氮水平之間總莖數(shù)差異不顯著，說(shuō)明減少高產(chǎn)麥田施氮量不影響小麥成穗數(shù)。

2.2限水減氮對(duì)小麥葉面積指數(shù)(LAI)的影響

由表6可知，2個(gè)生長(zhǎng)季各處理的LAI均在孕穗期達(dá)到最高，不同灌水處理間孕穗期和開花期的LAI差異不顯著。在2013-2014年度，WL花后20 d的LAI略高于WS；在2014-2015年度，W3處理花后20 d的LAI略低于節(jié)水對(duì)照WCK，但顯著高于W1和W2。這說(shuō)明在限水灌溉條件下，灌漿期灌水量減少至15 mm仍具有延緩葉片衰老的作用，在灌漿中后期保持較高的LAI。

不同施氮水平間開花期的LAI差異不顯著，其余時(shí)期均表現(xiàn)為N240顯著高于N120，但花后20 d N120的LAI僅比N240低0.29，說(shuō)明減少施氮量不會(huì)導(dǎo)致小麥灌漿后期的LAI大幅下降。

表6　灌水和施氮量對(duì)小麥LAI的主效應(yīng)

2.3限水減氮對(duì)小麥群體上三葉光能截獲率的影響

由于2013-2014年度2個(gè)處理間總灌水量?jī)H差15 mm，冠層光能截獲率的差異未達(dá)顯著水平，故數(shù)據(jù)未列出。在2014-2015年度，在同一施氮水平下，小麥開花后8 d限水處理W1、W2和W3的冠層光能截獲率與WCK無(wú)顯著差異，3個(gè)限水處理之間差異亦很小(圖1)，說(shuō)明限水措施不影響小麥灌漿前期冠層的光能截獲能力。花后22 d W3處理的截獲率明顯高于W1和W2，與WCK僅差0.56%～1.62%，未達(dá)顯著水平，說(shuō)明限水前提下噴灌少量灌漿水，有利于彌補(bǔ)總灌水量的不足，延緩功能葉片的衰老，在灌漿中后期能維持群體較高的光能截獲量。

同一灌水處理下，不同施氮水平間在花后8 d、22 d均表現(xiàn)為N240>N180>N120。在花后22 d，同一限水處理下不同施氮水平間光能截獲率的差值明顯小于WCK，說(shuō)明限水條件下減少施氮量對(duì)群體光能截獲能力的負(fù)效應(yīng)更小。

2.4限水減氮對(duì)小麥干物質(zhì)積累的影響

2個(gè)生長(zhǎng)季不同灌水處理間孕穗期和開花期的干物質(zhì)積累量差異不顯著(表7)。在2013-2014年度，2個(gè)處理間花后20 d和成熟期干物質(zhì)積累量差異不顯著；在2014-2015年度，限水處理W1、W2和W3顯著低于WCK，說(shuō)明總灌水量降至67.5 mm的限水處理抑制了小麥花后干物質(zhì)的積累。但與WCK相比，3個(gè)限水處理的總灌水量減少50%，成熟期的干物質(zhì)積累量?jī)H下降7.15%～8.68%，生物產(chǎn)量灌水利用效率卻提高了82.64%～85.69%。2個(gè)生長(zhǎng)季不同灌水處理間經(jīng)濟(jì)系數(shù)均以增加灌漿水的處理最高，證明有限灌水量下增加灌漿水有利于干物質(zhì)向籽粒分配。

不同施氮水平間冬前至孕穗期的干物質(zhì)積累量差異顯著，表現(xiàn)為N240>N180>N120，開花至成熟期3個(gè)施氮水平間差異不顯著，說(shuō)明減少高產(chǎn)麥田施氮量不會(huì)造成小麥生物產(chǎn)量顯著變化。

圖1　2014-2015年度不同水氮處理對(duì)小麥花后冠層光截獲率的影響

年度Year因素水平Factorlevel干物質(zhì)積累量 Drymatteraccumulation/(kg·hm-2)冬前Pre-winter起身期Erecting拔節(jié)期Jointing孕穗期Booting開花期Anthesis花后20d20dafteranthesis成熟期Maturity經(jīng)濟(jì)系數(shù)HarvestIndexIWUE1/(kg·hm-2·mm-1)2013-2014WS954a2151a5539a11634a16346a20864a22797a0.436b189.97aWL954a2151a5539a11346a15814a21225a22393a0.450a213.27a2014-2015W11269a1683a3158a8388a10798a16236b18382b0.477b272.33aW21269a1683a3158a8220a10692a15992b18143b0.484ab268.78aW31269a1683a3158a8220a10692a16027b18445b0.494a273.26aWCK1269a1683a3158a8388a10798a17556a19866a0.493a147.16bN1201241b1608c3098b8100b10638a16494a18822a0.491a243.33aN1801273ab1677b3162ab8324ab10756a16461a18417a0.486a237.73aN2401294a1765a3212a8488a10841a16403a18689a0.488a240.08a

IWUE1：生物產(chǎn)量灌溉水利用效率。IWUE1: IWUE of biological yield.

2.5限水減氮對(duì)小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

在2013-2014年度，2個(gè)處理間穗數(shù)和穗粒數(shù)無(wú)顯著差異，WL的千粒重顯著高于WS，籽粒產(chǎn)量差異不顯著(表8)。在2014-2015年度，3個(gè)限水處理之間穗數(shù)和穗粒數(shù)表現(xiàn)為W1>W2>W3，千粒重和籽粒產(chǎn)量則表現(xiàn)為W3>W2>W1。與WCK相比，W3處理千粒重顯著升高，穗數(shù)和穗粒數(shù)顯著降低，籽粒產(chǎn)量比WCK降低7.95%，但仍接近9 000 kg·hm-2的超高產(chǎn)水平，說(shuō)明在底墑?shì)^差的年型下拔節(jié)期限水對(duì)穗分化不利，但補(bǔ)充灌漿水后顯著促進(jìn)了籽粒灌漿，最終實(shí)現(xiàn)了較高的籽粒產(chǎn)量。

2個(gè)生長(zhǎng)季限水處理的水分利用效率和灌水利用效率均顯著提高，2013-2014年度WL處理比WS分別提高9.17%和16.00%，2014-2015年度W3處理比WCK分別提高9.28%和84.10%，說(shuō)明在水資源日益緊缺的河北省高產(chǎn)麥區(qū)，實(shí)行限水灌溉可以保證小麥高產(chǎn)高效。限水處理成熟期0～140 cm和0～200 cm土層貯水量未顯著降低，W3處理0～140 cm土層貯水量比WCK僅減少11.69 mm，0～200 cm土層貯水量與WCK差異更小，說(shuō)明這一限水灌溉方案并不會(huì)大幅增加小麥根系主要吸收層的土壤貯水消耗量，土壤供水具有可持續(xù)性。

不同施氮水平之間穗數(shù)、穗粒數(shù)和籽粒產(chǎn)量的差異均不顯著，說(shuō)明減少高產(chǎn)麥田施氮量不會(huì)顯著降低籽粒產(chǎn)量，但其可持續(xù)年限有待進(jìn)一步研究。

表8　灌水和施氮量對(duì)小麥產(chǎn)量構(gòu)成、水分利用效率及成熟期0～140 cm和0～200 cm土層貯水量的主效應(yīng)

TWUE2：籽粒產(chǎn)量灌溉水利用效率；SWS1和SWS2分別代表0～140和0～200 cm土層貯水量。

TWUE2：IWUE of grain yield;SWS1 and SWS2 represent water storages of 0-140 and 0-200 cm soil layers,respectively.

3　討 論

河北省冬小麥生產(chǎn)以種植多穗型品種為主。分蘗是影響小麥產(chǎn)量的重要因素，而穂數(shù)的多少直接受控于分蘗的發(fā)生量，對(duì)小麥的最終產(chǎn)量有很大影響。因此，合理的分蘗數(shù)及較高的成穗數(shù)是小麥高產(chǎn)的基礎(chǔ)。河北省實(shí)現(xiàn)小麥9 000 kg·hm-2以上超高產(chǎn)田的理想群體為每公頃最高分蘗數(shù)1 300萬(wàn)～2 000萬(wàn)，每公頃成穗數(shù)720萬(wàn)～840萬(wàn)[27]。灌水時(shí)期和灌水量對(duì)成穗數(shù)的影響較顯著，拔節(jié)期灌水是小麥獲得較高穗數(shù)的基礎(chǔ)[28]。趙雪飛等[10]研究指出拔節(jié)期不灌水比灌水處理的穗數(shù)降低14.60%。在本研究中，2個(gè)生長(zhǎng)季限水處理和節(jié)水處理的最高總莖數(shù)、穗數(shù)分別超過(guò)和達(dá)到孫亞輝等[27]提出的范圍。2013-2014年度2個(gè)處理間穗數(shù)差異不顯著；2014-2015年度拔節(jié)期灌水67.5 mm的W1處理的穗數(shù)與WCK差異不顯著，拔節(jié)期灌水37.5 mm的W2和W3處理穗數(shù)降低5.44%～7.26%，說(shuō)明在底墑?shì)^差年型下減少拔節(jié)期灌水量會(huì)降低成穗數(shù)，但限水處理的最終成穗數(shù)均達(dá)到750萬(wàn)·hm-2以上。

適宜的LAI是小麥高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的基礎(chǔ)，后期維持較高的LAI可提高籽粒灌漿強(qiáng)度。王紅光等[9]認(rèn)為，小麥花后20 d的LAI以保持在4以上為優(yōu)。本研究中，2013-2014年度2個(gè)處理花后20 d的LAI均在4以上，2014-2015年度W3處理花后20 d的LAI與WCK差異不顯著，也在4以上。說(shuō)明在限水灌溉條件下，灌漿水由30 mm降至15 mm仍能延緩葉片衰老，保持灌漿后期較高的LAI。前人研究表明，LAI的大小在一定程度上反映冠層對(duì)光的截獲能力[29]，而干物質(zhì)生產(chǎn)又與冠層光截獲密切相關(guān)。劉麗平等[30]認(rèn)為，增加灌水次數(shù)能通過(guò)增大葉面積來(lái)提高冠層光截獲率。本研究中，在2013-2014年度，2個(gè)處理間光能截獲率和干物質(zhì)積累量無(wú)顯著差異；在2014-2015年度，灌漿期灌溉的W3限水處理花后22 d 光能截獲率明顯高于W1和W2，與WCK僅差0.56%～1.62%，為其取得較高花后干物質(zhì)積累量奠定了基礎(chǔ)。限水處理的灌水量減少50%，成熟期干物質(zhì)積累量仍達(dá)18 000 kg·hm-2，較大地提高了生物產(chǎn)量的灌水利用效率。

圍繞降低麥田灌水次數(shù)和灌水量的研究已較多。Li等[2]研究指出，華北平原適宜的灌溉制度為灌水1～3次，每次灌水75 mm，最高產(chǎn)量可達(dá)7 423 kg·hm-2。董寶娣等[31]提出，采用高產(chǎn)高水分利用效率品種，在不降低產(chǎn)量和水分利用效率的情況下，可減少灌溉量60～120 mm。王紅光等[32]通過(guò)測(cè)墑補(bǔ)灌研究發(fā)現(xiàn)，小麥生育期降水量141.7 mm條件下，補(bǔ)灌水量為56.3～106.9 mm，籽粒產(chǎn)量可達(dá)8 750.4～9 400.8 kg·hm-2，這就為限水條件下獲得高產(chǎn)提供了可靠依據(jù)。在本研究中，2013-2014年生長(zhǎng)季，有效降水量為53.2 mm，灌水量為105 mm的WL處理，籽粒產(chǎn)量達(dá)到10 081.08 kg·hm-2；2014-2015年生長(zhǎng)季，有效降水量為102.2 mm，全生育期僅灌67.5 mm的W3處理籽粒產(chǎn)量為8 903.7 kg·hm-2，接近9 000 kg·hm-2的超高產(chǎn)水平，僅比灌水量多一倍的WCK降低7.95%，水分利用效率和灌水利用效率卻分別提高9.28%和84.10%，說(shuō)明在水資源日益緊缺的河北省高產(chǎn)麥區(qū)，實(shí)行限水灌溉可以實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效。與WCK相比，限水處理W3成熟期0～140 cm和0～200 cm土層土壤貯水量均未顯著降低，說(shuō)明這一限水灌溉方案并不會(huì)大幅增加小麥根系主要吸收層的土壤貯水消耗量，土壤水分供應(yīng)具有可持續(xù)性。

河北平原的高產(chǎn)冬小麥?zhǔn)┑科毡闉?00 kg·hm-2左右，籽粒產(chǎn)量在550 kg·hm-2左右。本課題組前期研究結(jié)果表明，實(shí)現(xiàn)9 000 kg·hm-2以上籽粒產(chǎn)量水平的施氮量為240 kg·hm-2左右。本研究的120、180和240 kg·hm-2施氮水平間小麥成穗數(shù)、穗粒數(shù)、生物產(chǎn)量和籽粒產(chǎn)量差異都不顯著，120 kg·hm2是本試驗(yàn)條件下減氮增效的最佳施氮量，但其長(zhǎng)期可行性有待進(jìn)一步研究。雖然通過(guò)對(duì)產(chǎn)量形成和土壤貯水的分析表明了河北省高產(chǎn)麥區(qū)實(shí)施限水灌溉的可行性，但對(duì)這一限水灌溉方案進(jìn)行多年、多點(diǎn)的驗(yàn)證仍十分必要。

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Effect of Limited Irrigation and Reduced Nitrogen on Population Dynamics and Yield Formation in High-Yielding Wheat Field

CUI Shuai,WANG Hongguang,LI Dongxiao,MA Bowei,LI Ruiqi

(College of Agronomy,Agricultural University of Hebei/Key Laboratory of Crop Growth Regulation of Hebei Province,Baoding,Hebei 071000,China)

Because of serious water shortage and excessive nitrogen (N) applications in Hebei province,the effects of limited irrigation and reduced nitrogen on population dynamics and yield formation in high-yielding field have been studied to provide technical support for sustainable production,high yield and high water-nitrogen use efficiency of winter wheat.Field experiments were carried out during growing seasons in 2013-2014 and 2014-2015,at Gaocheng county in Hebei province,with a winter wheat variety Shimai 18 as material.In 2013-2014,single-factor experiment of limited water with two irrigation ways was designed,including water limited treatment(WL: irrigation of 45 mm at jointing stage,30 mm at anthesis stage,and 30 mm at grain filling stage) and water saving treatment(WS:irrigation of 60 mm at jointing stage,and 60 mm at anthesis stage).In 2014-2015,a split plot experiment with two factors was conducted including three water limited treatments (W1,W2,W3: total irrigation amount 67.5 mm),and one water saving treatment as control(WCK,irrigation 67.5 mm at jointing stage,and 67.5 mm at anthesis stage),and three nitrogen fertilization levels were 120 kg·hm-2,180 kg·hm-2and 240 kg·hm-2.The results showed that there were not significant difference in leaf area index,light energy interception rate,biological yield,spike number,and grain number per spike between WL and WS in 2013-2014.The 1 000-grain weight of WL increased significantly; the grain yield was 10 081.08 kg·hm-2;and the water use efficiency was 27.98 kg·hm-2·mm-1.In 2014-2015,there was not significant differences in leaf area index and light energy interception rate between W3 (50% reduction in irrigation amount) and WCK.The spike number and grain number of W3 were decreased,but the 1 000-grain weight was increased significantly.The grain yield of W3 was 8 903.70 kg·hm-2,which was 7.95% lower than that of WCK; meanwhile,the biological yield was 7.15% lower than that of WCK.However, the water use efficiency and irrigation use efficiency of W3 were increased by 9.28% and 84.10%,respectively; and this did not increase the consumption of soil water storage in 0-140 cm and 0-200 cm layers.Therefore,the best water limited irrigation model was W3,ensuring high yield and high efficiency under this experiment condition.There was not significant difference in all indices among three nitrogen application treatments.Above all,the optimal combination was the irrigation model(irrigation 37.5 mm at jointing stage,15 mm at anthesis stage,and 15 mm at grain filling stage) with 120 kg·hm-2N application during the whole wheat growth period.

Wheat field；Limited irrigation；Nitrogen application rate；Population dynamics；Grain yield；Water use efficiency

2016-03-10

2016-04-13

國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2013BAD07B05)

E-mail：cuishuai890@163.com(崔 帥)；jlwanghongguang@163.com(王紅光，與第一作者同等貢獻(xiàn))

李瑞奇(E-mail:li-rq69@163.com)

S512.1；S318

A

1009-1041(2016)08-1060-09

網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2016-08-01

網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20160801.1123.024.html