賽力汗·賽，薛麗華，張永強(qiáng)，雷鈞杰，陳興武，王志敏

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，北京100193；2.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所，新疆烏魯木齊 830091)

新疆是我國(guó)11個(gè)小麥主產(chǎn)省區(qū)之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2014年新疆地區(qū)小麥單產(chǎn)為5 622.4 kg ·hm-2，高于全國(guó)平均水平[1]。近年來(lái)，新疆小麥產(chǎn)量逐年攀升，這不僅得益于小麥性狀的不斷遺傳改良，還有賴于栽培技術(shù)的持續(xù)優(yōu)化，其中滴灌技術(shù)的應(yīng)用發(fā)揮了重要作用。這項(xiàng)技術(shù)具有節(jié)水、省工、增產(chǎn)、保持土壤結(jié)構(gòu)等諸多優(yōu)點(diǎn)，已在新疆麥區(qū)大面積推廣[2]。然而，在滴灌技術(shù)推廣過(guò)程中，一些諸如滴灌方式不規(guī)范、滴水量過(guò)大、滴水次數(shù)偏多等問(wèn)題隨之產(chǎn)生，從而使滴灌小麥產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效益潛力未能充分挖掘。因此，如何進(jìn)一步優(yōu)化滴灌小麥灌溉制度，明確其高產(chǎn)高效的適宜灌水限額就顯得十分重要。目前，關(guān)于滴灌小麥合理灌溉方面的研究已有一些報(bào)道。研究表明，小麥越冬期、拔節(jié)期和開(kāi)花期定量灌溉可有效增加小麥開(kāi)花后冠層光合有效輻射截獲率及干物質(zhì)積累量，但三個(gè)時(shí)期分別補(bǔ)灌至土壤相對(duì)含水量為70%、65%和70%時(shí)，灌溉水分利用效率和灌溉效益表現(xiàn)更優(yōu)[3]；不同灌溉模式下，不灌水處理雖然有利于花前干物質(zhì)向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)，但不利于花后干物質(zhì)積累，對(duì)籽粒產(chǎn)量形成不利，而灌水處理則能顯著提高開(kāi)花后干物質(zhì)對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率[4]。相比于冬水+拔節(jié)水+開(kāi)花水+灌漿水(灌水量240 mm)的灌水模式，拔節(jié)水+開(kāi)花水(灌水量120 mm)處理的灌水模式與小麥需水規(guī)律更相吻合[5]。灌溉量的增加在一定程度上提高了小麥葉片的凈光合速率、蒸騰速率以及氣孔導(dǎo)度[6]，增大了群體葉面積指數(shù)及干物質(zhì)積累量[7]。不同灌溉調(diào)控措施不僅影響小麥地上部分生長(zhǎng)，也顯著影響了小麥根系的生長(zhǎng)及分布。研究發(fā)現(xiàn)，增加小麥滴灌次數(shù)及總滴灌量提高了0～40 cm 土層的含水量，并延緩了該土層的初生根干重和根長(zhǎng)的衰減，增加次生根干重和根長(zhǎng)；反之，當(dāng)灌溉次數(shù)減少、滴灌量小時(shí)，小麥深層初、次生根生長(zhǎng)受到嚴(yán)重抑制，根系分布淺，初生根提前衰老，千粒重及籽粒產(chǎn)量均降低[8]。滴灌小麥依靠滴管供應(yīng)水分，水分的分布與滴管密度及離管距離密切相關(guān)，但目前的研究鮮有分析滴灌小麥植株距離滴管遠(yuǎn)近對(duì)產(chǎn)量的影響，而了解行間差異對(duì)于科學(xué)配置滴管間距、優(yōu)化調(diào)控群體性能具有重要意義。本研究在北疆麥區(qū)開(kāi)展了滴灌小麥不同滴灌量試驗(yàn)，重點(diǎn)考察不同供水條件下距離滴管不同位置小麥干物質(zhì)積累、灌漿及產(chǎn)量形成特點(diǎn)，以期為滴灌小麥生產(chǎn)技術(shù)提升提供理論指導(dǎo)。

1 試驗(yàn)材料

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2012-2013年在新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院瑪納斯農(nóng)業(yè)試驗(yàn)站進(jìn)行。試驗(yàn)區(qū)域?qū)贉貛Т箨懶愿珊蛋敫珊禋夂騾^(qū)，全年無(wú)霜期165～172 d; 小麥生育期平均降水量167.2 mm，試驗(yàn)?zāi)觊g小麥全生育期降雨量為166.8 mm。試驗(yàn)地土壤為沙壤土，0～20 cm耕層土壤全氮含量1.02 g·kg-1，堿解氮含量75.0 mg·kg-1，有效磷含量13.1 mg·kg-1，速效鉀含量135.0 mg·kg-1，有機(jī)質(zhì)含量15.6 g·kg-1，播種前試驗(yàn)地0～140 cm 土層平均田間持水量為25.57%，平均土壤容重為1.45 g·cm-3。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在大田滴灌條件下，設(shè)置3 750 m3·hm-2(高水量)、3 150 m3·hm-2(中水量)、2 475 m3·hm-2(低水量)共3個(gè)灌水量處理。分別于冬小麥拔節(jié)前(4 月 22 日)、孕穗期(5 月 11 日)、開(kāi)花期(5 月28 日)、灌漿前期( 6 月 7 日) 、灌漿中期(6 月 17 日)共滴水 5 次，三個(gè)處理每次的灌水定額分別為750、630和495 m3·hm-2。越冬前各處理統(tǒng)一灌水450 m3·hm-2。供試小麥品種為新冬33號(hào)，采用15 cm等行距機(jī)播，小區(qū)面積54 m2(5.4 m×10 m)，滴管鋪設(shè)方式為1管6行(即滴管間距90 cm，其間6行小麥)。為防止?jié)B漏，小區(qū)間留1.8 m防滲帶。播前結(jié)合整地基施純氮97.125 kg·hm-2和P2O5138.0 kg·hm-2，拔節(jié)期和孕穗期分別隨水滴施純氮58.275和38.85 kg·hm-2。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

滴管單側(cè)第1行定為近管行，第3行定為遠(yuǎn)管行，以下項(xiàng)目測(cè)定均分別于各處理遠(yuǎn)管行和近管行取樣。

1.3.1 干物質(zhì)積累量測(cè)定

于孕穗期、開(kāi)花期、灌漿期、成熟期，每小區(qū)取20株小麥鮮樣，剪去根，將植株分為葉片、莖鞘、穗3個(gè)部分，分別裝入牛皮紙袋，放入105 ℃烘箱中殺青15 min，80 ℃烘24 h后稱干重。

1.3.2 籽粒灌漿參數(shù)測(cè)定

于冬小麥開(kāi)花期選取在同一天開(kāi)花的株高、穗型大小基本一致的200個(gè)植株掛牌標(biāo)記。自花后10 d至花后40 d，每5 d取標(biāo)記穗10個(gè)，每穗從中部小穗摘下第1位籽粒。80 ℃條件下烘至恒重，用精度0.000 1天平稱量并折算成千粒重。用Logistic方程y=k/[1+e(a-bt)]擬合花后籽粒灌漿過(guò)程，t為花后天數(shù)(開(kāi)花日計(jì)t=0)；y為花后1 000個(gè)籽粒的質(zhì)量(g)；k為1 000個(gè)籽粒質(zhì)量理論最大值(g)；a和b為相關(guān)參數(shù)。

1.3.3 測(cè)產(chǎn)與考種

于冬小麥成熟期，分別從各小區(qū)選取具有代表性的樣點(diǎn)18 m2(3.6 m×5 m)，實(shí)收測(cè)產(chǎn)，同時(shí)每小區(qū)選取20株，用于室內(nèi)調(diào)查單莖生物產(chǎn)量、穗粒數(shù)和千粒重。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2013和Spss 16.0等統(tǒng)計(jì)軟件處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同滴灌量下小麥干物質(zhì)積累的行間差異

從抽穗至成熟，各處理冬小麥單莖及穗部干重均逐漸增加，莖鞘及葉片干重均逐漸降低。在同一生育時(shí)期，單莖及其各器官干物質(zhì)累積量均表現(xiàn)出隨滴灌量的增加而增加及近管行高于遠(yuǎn)管行的變化趨勢(shì)(圖1)。成熟期高水量處理單莖干物質(zhì)重較中、低水量處理分別高出18.15%和33.05%，其差異主要是穗重的差異引起，其次是莖鞘重的差異，葉重差異很小。近管行與遠(yuǎn)管行之間植株干重的差異隨灌水量的減少而增加，高、中、低水量處理的近管行與遠(yuǎn)管行間單莖干重差值范圍分別為0.03～0.19、0.09～0.21和0.09～0.28 g。

圖柱上的不同字母表示處理間在0.05水平上差異達(dá)顯著。HW:高水量；MW:中水量；LW:低水量；NP:近管；FP：遠(yuǎn)管。下圖同。

Different letters above the columns mean significantly different among treatments at 0.05 probability level. HW:High water amount;MW:Middle water amount;; LW:Low water amount; NP:Near pipe; FP:Far away from pipe.The same in other figures.

圖1不同處理對(duì)冬小麥干物質(zhì)積累的影響

Fig.1Effectofdifferenttreatmentsondrymatteraccumulationinwinterwheat

2.2 不同滴灌量下小麥籽粒灌漿的行間差異

不同水分供給條件下，花后10 d至花后30 d小麥粒重均呈快速增長(zhǎng)趨勢(shì)，其后趨于平緩(圖2)，至成熟期高水量處理的千粒重較中、低水量處理分別高出1.87%(P>0.05)和7.92%(P<0.05)。不同處理下近管行的千粒重均高于遠(yuǎn)管行，且隨著灌水量的減少，行間差異更為明顯。

灌漿期各處理的籽粒逐日增重量均呈慢-快-慢的變化趨勢(shì)，但不同處理日增量峰值出現(xiàn)時(shí)間不同。高、中水量處理日增量峰值均出現(xiàn)在花后20～25 d，近、遠(yuǎn)管行日平均籽粒增重分別為2.55和2.59 g·千粒-1；低水量處理日增量峰值出現(xiàn)于花后15～20 d，近、遠(yuǎn)管行日平均籽粒增重均為2.48 g·千粒-1(圖3)。通過(guò)Logistic方程模擬，隨灌水量的減少，籽粒灌漿開(kāi)始時(shí)間提早，初期灌漿速率相對(duì)較大，灌漿持續(xù)時(shí)間縮短，粒重降低(表1、表2)。遠(yuǎn)管行籽粒灌漿始、末時(shí)間早于近管行，但灌漿速率卻普遍較低，故粒重仍表現(xiàn)為近管行高于遠(yuǎn)管行。

圖2 不同處理冬小麥粒重動(dòng)態(tài)變化

圖3 不同處理冬小麥籽粒灌漿速率動(dòng)態(tài)變化

2.3 不同滴灌量下小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素、收獲指數(shù)灌溉水分利用效率的行間差異

冬小麥產(chǎn)量隨灌水量的增加而提高，高水量處理較中、低水量處理分別增產(chǎn)8.14%和26.30%，但高水量與中水量處理之間產(chǎn)量構(gòu)成各因素均差異不顯著(表3)。隨灌水的減少，小麥生物產(chǎn)量降低，但收獲指數(shù)沒(méi)有顯著變化或呈現(xiàn)升高的趨勢(shì)。進(jìn)一步分析行間差異表明，在高、中水量處理下，近管行與遠(yuǎn)管行的產(chǎn)量沒(méi)有明顯差異，但在低水量條件下，近管行的生物產(chǎn)量、籽粒產(chǎn)量和收獲指數(shù)均顯著高于遠(yuǎn)管行，產(chǎn)量因素中穗粒數(shù)和千粒重顯著高于遠(yuǎn)管行。灌溉水分利用效率則以中水量處理最大，高水量處理最低。

表1 不同處理冬小麥籽粒灌漿進(jìn)程的Logistic方程參數(shù)估計(jì)值Table 1 Parameters of Logistic equation of grain filling process under different treatments

表2 不同處理對(duì)冬小麥籽粒灌漿階段特征參數(shù)的影響Table 1 Effects of different treatments on grain filling parameters of wheat

T：持續(xù)時(shí)間；△W：1 000個(gè)籽粒的增重量；R：灌漿速率Tmax：到達(dá)最大灌漿速率的時(shí)間；Rmax：最大灌漿速率；Rmean：平均灌漿速率。

T:Duration; △W:Increasing weight per 1 000 grains;R:Grain-filling rate;Tmax:Days reaching the maximum grain-filling rate;Rmax:Maximum grain-filling rate;Rmean:Mean grain-filling rate.

表3 不同處理下冬小麥籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成、收獲指數(shù)和灌溉水分利用效率Table 3 Grain yield and its components, harvest index and irrigationwater use efficiency of winter wheat under different treatments

3 討 論

植物生長(zhǎng)所需要的水分主要是通過(guò)其根系從土壤中汲取，而灌水量的多少直接影響土壤水分含量，從而影響植物的生長(zhǎng)。研究表明，土壤水分狀況對(duì)小麥干物質(zhì)積累與分配有顯著影響[9]。小麥拔節(jié)期后保持適宜的土壤含水量有利于增加干物質(zhì)積累量和籽粒產(chǎn)量[10]；而開(kāi)花后漬水或干旱時(shí)，小麥植株干物質(zhì)積累量和產(chǎn)量均會(huì)顯著降低[11-12]。但也有學(xué)者認(rèn)為，在小麥的某些生育時(shí)期適度水分虧缺反而有利于同化物向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)，提高收獲指數(shù)[13]。本研究結(jié)果則表明，在滴灌條件下，小麥產(chǎn)量表現(xiàn)為高水量>中水量>低水量，隨灌水量的降低，小麥?zhǔn)斋@指數(shù)維持穩(wěn)定或呈升高趨勢(shì)，但生物產(chǎn)量顯著下降，說(shuō)明產(chǎn)量的降低主要是由于干物質(zhì)積累量的減少而引起的。中水量處理下由于其收獲指數(shù)較高，最終籽粒產(chǎn)量與高水量處理差異很小。

粒重是小麥重要產(chǎn)量因素，灌漿期是小麥粒重形成的關(guān)鍵時(shí)期，而水分對(duì)小麥灌漿進(jìn)程及粒重均有顯著影響[14]。前人在漫灌條件下的研究結(jié)果表明，冬小麥前期受到干旱或是孕穗期、抽穗期、灌漿期連續(xù)缺水時(shí)籽粒灌漿持續(xù)時(shí)間均會(huì)縮短，導(dǎo)致粒重降低[15]。冬小麥?zhǔn)芨珊得{迫時(shí)，籽粒灌漿時(shí)間雖然縮短，但灌漿速率卻可能相對(duì)增大；供水過(guò)量時(shí)，對(duì)灌漿也有不利影響，易引起貪青晚熟，粒重降低[16]。本研究結(jié)果表明，適當(dāng)增大灌水量對(duì)增加小麥粒重有促進(jìn)作用，但中水量處理與高水量處理間千粒重并無(wú)顯著差異，低水量處理降低了千粒重，主要是縮短了灌漿持續(xù)時(shí)間，但灌漿速率并沒(méi)有明顯降低。

滴灌條件下依靠滴水側(cè)滲供給各行小麥水分，因此麥行與滴管的距離影響小麥的吸水效率，進(jìn)而會(huì)影響小麥產(chǎn)量。在本試驗(yàn)中三個(gè)供水量處理下小麥產(chǎn)量均表現(xiàn)近管行高于遠(yuǎn)管行，但這種差異在高水量和中水量處理下并不顯著，只是在低水量下差異達(dá)顯著水平。由此可知，在滴管配置方式為1管6行條件下，適當(dāng)增加灌水量可消解遠(yuǎn)管行產(chǎn)量劣勢(shì)。

有研究表明，小麥籽粒產(chǎn)量隨著灌水量的不斷增大呈先升后降的拋物線變化趨勢(shì)[17]，灌水量過(guò)多會(huì)導(dǎo)致光合產(chǎn)物向籽粒的分配顯著降低，從而造成減產(chǎn)[18]。Panda等[19]指出, 適度的水分脅迫可促使小麥獲得較高的水分利用率，而中等干旱條件下，小麥產(chǎn)量雖有小幅降低, 但卻有利于水分利用效率的提高[20]。本試驗(yàn)條件下，灌溉水利用效率以中水量處理最高，低水量處理次之，兩者均顯著高于高水量處理。綜合本項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果，我們認(rèn)為，在現(xiàn)行滴管配置模式下，采用中水量灌溉可調(diào)控小麥群體均勻生長(zhǎng)，消減行間差異，并獲得高產(chǎn)和高水分利用效率。

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