呂麗華，王學(xué)清，黃冀楠，張經(jīng)廷，董志強(qiáng)，賈秀領(lǐng)

(農(nóng)業(yè)部華北地區(qū)作物栽培科學(xué)觀測實驗站，河北省農(nóng)林科學(xué)院 糧油作物研究所，河北 石家莊 050035)

冬小麥作為河北平原主要糧食作物，生育期耗水量為370～450 mm[1-2]，而同期降水量僅為60～150 mm[3]，必須進(jìn)行補(bǔ)充灌溉才能滿足其生長發(fā)育的水分需要[4]。而當(dāng)前河北平原存在水資源緊缺和農(nóng)業(yè)用水浪費(fèi)并存的現(xiàn)狀，因此，采用節(jié)水灌溉技術(shù)，是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必要保證。

有學(xué)者認(rèn)為[5]，集成單項技術(shù)是農(nóng)業(yè)科技革命的一個新的重要特點(diǎn)，對現(xiàn)有技術(shù)的集成，有利于技術(shù)的進(jìn)步。河北省農(nóng)林科學(xué)院糧油作物研究所耕作栽培研究室自20世紀(jì)70年代開始進(jìn)行小麥節(jié)水灌溉技術(shù)的研究，形成了河北山前平原小麥畦灌節(jié)水集成模式[6]，并且自2012年開始又進(jìn)行了微灌溉技術(shù)的研究，設(shè)置了冬小麥畦灌和微灌水分運(yùn)籌、播期搭配、高效施肥等試驗的對比研究，集成了小麥微灌水肥一體化節(jié)水技術(shù)模式。與傳統(tǒng)畦灌相比，微灌能有效控制灌水定額，降低淺層土壤容重，控制土壤養(yǎng)分下滲，改善作物的生長發(fā)育環(huán)境[7]；還可以提高葉面積指數(shù)[8]、葉片葉綠素含量[9]，降低水資源耗損率[8]，從而提高作物產(chǎn)量和水分利用效率[10-11]。

目前，針對畦灌[12-13]和微灌[8，14-15]及這2種灌溉方式下不同灌溉量[16-18]的研究較多，但在當(dāng)前河北平原冬小麥一直提倡適期晚播的環(huán)境下[19]，灌溉方式搭配晚播，即把2種集成節(jié)水灌溉模式綜合分析的報道較少。本研究重點(diǎn)分析了冬小麥在微灌和畦灌2種集成節(jié)水模式下產(chǎn)量的形成特點(diǎn)，以期明確微灌技術(shù)模式小麥增產(chǎn)效果及有關(guān)生理特性，為小麥節(jié)水高產(chǎn)栽培實踐提供技術(shù)支撐。

1 材料和方法

1.1 試驗地點(diǎn)

2015年10月至2017年6月在河北省農(nóng)林科學(xué)院糧油作物研究所藁城堤上試驗站進(jìn)行田間試驗。該區(qū)屬華北太行山山前平原區(qū)(38°41′N，116°85′E)，年均降雨量484 mm。試驗地0～20 cm土壤含有機(jī)質(zhì)14.5 g/kg、全氮0.98 g/kg、全磷2.0 g/kg、堿解氮70.5 mg/kg、有效磷20.4 mg/kg和有效鉀95.0 mg/kg。

1.2 試驗設(shè)計

本試驗設(shè)置了微噴灌(簡稱微灌)和畦灌2種集成節(jié)水灌溉模式，集成模式的主體技術(shù)包括節(jié)水灌溉方式和播期。采用灌溉施肥方式、播期兩因子裂區(qū)設(shè)計，灌溉方式為主區(qū)，播期為副區(qū)，4次重復(fù)，隨機(jī)排列，小區(qū)面積7.0 m × 5.4 m，行距15 cm，處理間設(shè)1 m隔離區(qū)。設(shè)置2種灌溉方式：微灌和畦灌，微噴帶為并列斜5孔、孔徑0.8 mm、帶寬40 mm、噴射角45°～70°，微噴帶鋪設(shè)間距1.8 m；畦灌模式采用PE軟管灌溉，即每個小區(qū)用2根直徑為63 mm軟管(軟管間距2.5 m)輸送至小區(qū)中部。出水井口安裝變頻柜，供水水壓控制在0.1 MPa，微灌模式灌水定額可控，畦灌模式灌水量以畦(小區(qū))自然灌滿為標(biāo)準(zhǔn)。每個灌溉方式設(shè)置2個播期：10月10，15日，播種基本苗分別為360，420萬株/hm2。每個灌溉方式和播期均設(shè)置2個冬小麥品種：金禾9123和衡4399。玉米機(jī)械化收獲后，粉碎秸稈1遍，確保還田質(zhì)量，旋耕機(jī)整地1遍，深度達(dá)到15 cm。微噴灌和畦灌處理總施肥量一致，均為N-P2O5-K2O=14.9-10.4-3.2，底施史丹利復(fù)合肥600 kg/hm2(含N 20%、P2O526%、K2O 8%)，追施尿素(含N 46%) 225 kg/hm2，畦灌處理尿素于拔節(jié)前一次性施入，微灌處理于拔節(jié)前和開花前分別按70%和30%分次施入。播前土壤儲水量(底墑)、生育期灌水量、灌水時期如表1所示， 2015-2016年小麥季屬于底墑充足的年份，而2016-2017年屬于底墑不足的年份。生育期降水量如表2所示，2015-2016年屬于平水年型，而2016-2017年屬于枯水年型。病蟲草采用常規(guī)管理方法。6月4-11日收獲。

表1 兩個灌溉模式灌水量Tab.1 Irrigation amount of two irrigation modes mm

表2 冬小麥生育期間降水量Tab.2 Precipitation during winter wheat growing period mm

1.3 測定項目及方法

1.3.1 小麥耗水量和水分利用效率 播種前及成熟期用CNC503B型中子土壤水分儀(北京核子儀器公司)測定0～200 cm土層水分含量，以20 cm為一個土壤層次。作物生育期耗水量ETα=P+U-R-F+ΔW+I[18]，式中，ΔW為土壤貯水消耗量，P為該時段降水量(mm)，U為地下水通過毛管作用上移補(bǔ)給作物水量(mm)，R為地表徑流量(mm)，F(xiàn)為補(bǔ)給地下水量(mm)，I為灌水量(mm)。本試驗地塊地勢平坦，地下水埋深5 m以下，降水入滲深度不超過2 m，因此U、R、F均為0。

1.3.2 水分利用效率WUE=Y/ETa，式中，Y為籽粒產(chǎn)量(kg/hm2)，ETa為作物全生育期總耗水量(m3/ hm2)。

1.3.3 葉面積指數(shù)(LAI) 2015-2016年分別在12月8日、4月6，23日、5月3，8，18，28日取樣，2016-2017年分別在12月3日、4月19，29日、5月9，19，29日取樣，每處理取0.15 m2，重復(fù)2次，挑選長勢均勻的10株，測量葉長寬，LAI=單株葉面積×單位土地面積內(nèi)株數(shù)÷單位土地面積。

1.3.4 葉綠素相對含量(SPAD值) 2015-2016年分別在4月23日、5月8，23日、6月3日，2016-2017年分別在4月18日、5月23日測定，重復(fù)3次，采用日本柯尼卡美能達(dá)公司產(chǎn)手持式SPAD-502型葉綠素計測定旗葉SPAD值，每葉測定5點(diǎn)，取平均值，每個小區(qū)測定6個葉片。

1.3.5 灌漿速率 分別在花后7，14，21，28 d取樣穗30個，手工剝粒，計數(shù)，烘干至恒質(zhì)量，稱量并折算成百粒質(zhì)量。計算灌漿速率。灌漿速率=(粒質(zhì)量-前一時期粒質(zhì)量)/間隔天數(shù)。

1.3.6 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成 小麥?zhǔn)斋@時，去掉邊行，在小區(qū)中間選取8行，利用小區(qū)聯(lián)合收割機(jī)(CLASSIC)收獲，籽粒風(fēng)干后稱質(zhì)量，折算為含水量13%的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)量。

1.3.7 經(jīng)濟(jì)系數(shù) 在小麥成熟期，每小區(qū)選定麥田樣方0.333 m2，拔取所有植株，風(fēng)干，稱量生物產(chǎn)量，脫粒后稱量籽粒質(zhì)量，計算經(jīng)濟(jì)系數(shù)，經(jīng)濟(jì)系數(shù)=籽粒產(chǎn)量÷生物產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2003處理數(shù)據(jù)，在SAS v8e軟件包中運(yùn)行GLM (General Linear Model)程序進(jìn)行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同灌溉模式對開花和收獲時間的影響

由表3可知，2015-2016年微灌模式與畦灌模式開花日期相當(dāng)，但成熟時間提早2 d，可見，該年份微灌模式灌漿時間短于畦灌。不同播期比較，僅衡4399 晚播處理開花日期延后1 d，其他開花和成熟時間在播期處理間均一致。2016-2017年與畦灌模式相比，微灌模式開花和成熟日期均提早1 d，灌漿持續(xù)時間未受影響。不同播期比較，開花日期晚播處理延后1 d，但成熟時間一致，可見，該年份晚播使灌漿期縮短1 d。且干旱年型(2016-2017年)小麥較平水年型(2015-2016年)成熟期提早5～6 d。

表3 不同灌溉方式對開花和收獲時間的影響Tab.3 Effects of different irrigation methods on flowering and mature time

2.2 不同灌溉方式對葉面積指數(shù)的影響(LAI)

圖1顯示，2015年10月10日播種的衡4399在拔節(jié)(4月6日)和孕穗期(4月23日)LAI為微灌顯著高于畦灌，平均高16.0%，而灌漿期(5月18，28日)則為微灌顯著低于畦灌，平均低17.6%，其他生育期差別不大。金禾9123在開花后(5月8日)-灌漿后期LAI均為微灌顯著低于畦灌，平均低17.6%，其他生育期差別不大。10月15日播種的衡4399和金禾9123變化趨勢一致，在拔節(jié)-灌漿后期LAI均為微灌顯著高于畦灌，兩品種較畦灌分別平均高17.5%和24.0%?？梢?，在底墑充足的平水年適播期下春季LAI為微灌低于畦灌，而在晚播條件下為微灌高于畦灌。2016年變化趨勢有所不同，2個播期條件下，衡4399 在4月29日之后、金禾9123在4月19日之后微灌LAI大多顯著低于畦灌，且隨生育進(jìn)展推進(jìn)差異變大(5月29日除外)。10月9日播種條件下衡4399和金禾9123較畦灌分別低4.1%～56.7%和10.7%～26.0%，10月15日播種條件下衡4399和金禾9123較畦灌分別低7.7%～50.3%和17.2%～43.4%。

同一時期標(biāo)記的小寫字母不同表示同一品種不同處理間差異顯著(P<0.05)。圖2-3同。The different small letters after the same time mean significant differences among the treatments of same cultivars at the 0.05 level. The same as Fig.2-3.

2.3 不同灌溉方式對旗葉SPAD的影響

由圖2可知，2015年10月10日播種，衡4399 4月23日至5月8日旗葉SPAD值均為微灌處理稍高，但差異不顯著，僅6月3日微灌顯著低于畦灌，低6.0%；金禾9123變化趨勢相同，僅6月3日微灌較畦灌低13.0%，其他測定時期差異不顯著。15日播期條件下，除5月23日外，其他測定時期衡4399旗葉SPAD值微灌均顯著高于畦灌，高4.3%～50.5%；金禾9123趨勢大體一致，但僅成熟期差異顯著，微灌較畦灌高65.0%?？梢?，在底墑充足的平水年份下微灌在晚播條件下具有優(yōu)勢，后期葉片光合性能較高。2016-2017年2個播期下旗葉SPAD值變化趨勢相同，4月18日和5月9日均為微灌高于畦灌，而5月23日為微灌低于畦灌，尤其15日播種條件下，處理間差異顯著，生育中期衡4399和金禾9123微灌較畦灌旗葉SPAD值分別高6.2%～6.4%和3.3%～6.8%；生育后期衡4399和金禾9123較畦灌分別低4.8%和5.1%。可見在底墑不足的干旱年，微灌在晚播條件下的優(yōu)勢僅表現(xiàn)在中期，后期光合性能較畦灌低。

圖2 不同灌溉方式對旗葉SPAD值的影響Fig.2 Effects of different irrigation methods on flag SPAD

2.4 不同灌溉方式對籽粒灌漿速率的影響

圖3顯示，2015年10月10日，衡4399花后7 d以及金禾9123花后7，14，28 d，灌漿速率均為微灌顯著高于畦灌，衡4399較畦灌高13.1%，金禾9123較畦灌高5.2%～20.1%；花后28 d衡4399籽粒灌漿速率微灌顯著低于畦灌，其他時間差異不顯著。10月15日播種，衡4399和金禾9123花后7，28 d，籽粒灌漿速率均為微灌低于畦灌，但僅金禾9123花后28 d差異達(dá)顯著水平，較畦灌低7.6%；而其他大多測定時期為微灌顯著高于畦灌，衡4399高35.8%，金禾9123高8.1%～38.6%，晚播條件下微灌籽粒灌漿速率增加幅度較大。并且晚播條件下其最大籽粒灌漿速率明顯高于畦灌，平均灌漿速率稍高于畦灌或與畦灌相當(dāng)?？梢?，該年型多數(shù)情況下微灌籽粒灌漿速率高于畦灌，這是其粒質(zhì)量較高的主要原因。2016年趨勢不同，10月9日播種，僅花后7 d籽粒灌漿速率微灌顯著高于畦灌，衡4399和金禾9123分別高17.2%和27.6%，其他時期灌漿速率大多為微灌低于畦灌，衡4399花后21～28 d較畦灌低17.8%～18.4%，金禾9123花后14～21 d較畦灌低6.9%～33.2%。10月15日播種，花后7 d金禾9123微灌灌漿速率顯著高于畦灌，而花后28 d衡4399和金禾9123微灌灌漿速率顯著低于畦灌，較畦灌分別低38.3%和9.9%，其他測定時間灌漿速率差別不明顯。但無論哪個播期，微灌籽粒平均灌漿速率均低于畦灌，這是該年型畦灌處理粒重稍高的主要原因。

2.5 不同灌溉方式對產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

2015-2016年，2個冬小麥品種受灌溉方式影響產(chǎn)量變化趨勢一致，10月10日播種時微灌和畦灌產(chǎn)量差異不顯著。15日播種時微灌產(chǎn)量顯著高于畦灌，衡4399和金禾9123分別高3.5%和3.4%，產(chǎn)量較高主要由于千粒質(zhì)量較高，衡4399和金禾9123千粒質(zhì)量較畦灌分別高5.2%和8.8%。2015-2016年底墑充足的平水年份，采用水肥一體化灌溉+推遲播種技術(shù)措施對小麥有明顯的增產(chǎn)效果，即晚播微灌產(chǎn)量顯著高于適播畦灌產(chǎn)量，2種技術(shù)綜合應(yīng)用可實現(xiàn)增產(chǎn)4.1%。經(jīng)濟(jì)系數(shù)處理間差異不顯著。2016-2017年變化趨勢不同，產(chǎn)量均為微灌顯著低于畦灌，10月9日播種時衡4399和金禾9123產(chǎn)量較畦灌分別低9.9%和6.6%，衡4399產(chǎn)量較低主要由于穗數(shù)低13.0%，金禾9123產(chǎn)量較低主要由于千粒質(zhì)量低1.4 g。10月15日播種時衡4399和金禾9123產(chǎn)量較畦灌分別低13.0%和9.4%，產(chǎn)量較低主要由于穗數(shù)和千粒質(zhì)量較低，兩品種穗數(shù)較畦灌分別低4.4%和2.8%，千粒質(zhì)量分別低0.6，0.5 g。經(jīng)濟(jì)系數(shù)微灌明顯低于畦灌(表4)。

圖3 不同灌溉方式對籽粒灌漿速率的影響Fig.3 Effects of different irrigation methods on grain filling rate

表4 不同灌溉方式下產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素Tab.4 Effects of different irrigation modes on yield and yield components

注：同列數(shù)字后面的小寫字母不同表示同一品種不同處理間差異顯著(P<0.05)。表6同。

Note：The different small letters after the values in a column mean significant differences among the treatments of same cultivars at the 0.05 level. The same as Tab.6.

通過對灌溉方式(x1)、播期(x2)與2015-2016年的產(chǎn)量(y)進(jìn)行逐步回歸分析，得到回歸方程y=-1 745 026.396+183.290x1+41.485x2(R=0.876 2，P=0.026)，表明小麥產(chǎn)量與2種栽培方式顯著相關(guān)，且該栽培方式均對產(chǎn)量影響明顯。通徑分析結(jié)果表明(表5)，采用微灌方式與晚播增產(chǎn)效應(yīng)均較大，直接系數(shù)分別為0.580 2與0.656 5，推遲播期對產(chǎn)量貢獻(xiàn)相對高一些。

表5 通徑分析Tab.5 Path analysis

注：x1.灌溉方式；x2.播期。

Note：x1.Irrigation mode；x2.Sowing

2.6 不同灌溉方式下小麥耗水特性

微灌和畦灌比較，微灌灌水量較畦灌低57.7 mm，節(jié)約灌溉水37.2%。土壤供水量微灌大多高于畦灌，10月10日播種時衡4399和金禾9123土壤供水量較畦灌分別高3.0%和17.9%，10月15日播種時分別高20.0%和4.4%，可見，微灌由于灌水較少，對土壤水利用量較高。耗水量微灌大都顯著低于畦灌，10月10日播種時衡4399和金禾9123耗水量較畦灌分別低10.3%和7.6%，10月15日播種時分別低4.5%和3.8%。水分利用效率為微灌大都顯著高于畦灌，10月10日播種時衡4399和金禾9123微灌水分利用效率分別高12.5%和8.3%，10月15日播種時分別高8.5%和7.3%。采用水肥一體化灌溉施肥+推遲播種技術(shù)，兩品種可實現(xiàn)水分利用效率平均提高16.7%。并且晚播條件下微灌處理耗水量較適播期處理稍低或與之相當(dāng)，但產(chǎn)量和水分利用效率明顯高于適播期處理(表6)?？梢?，在該年型，晚播條件下冬小麥微灌更具有優(yōu)勢，推遲播期加上微灌可實現(xiàn)產(chǎn)量和水分利用效率協(xié)同提高。

表6 不同灌水模式耗水組成分析Tab.6 Water consumption composition in different irrigation treatments

3 討論與結(jié)論

近些年，微灌在小麥上的研究逐漸增多，與畦灌相比，微灌能有效控制單次灌水定額，灌水量從畦灌的90 mm左右降至微灌的30 mm左右，并將水均勻地噴灑在田間，可以做到定量地調(diào)虧灌溉。調(diào)虧灌溉使籽粒灌漿期顯著縮短，達(dá)到最大灌漿速度的時間提前，平均灌漿速率增加[20]；調(diào)虧灌溉使灌漿中期旗葉葉綠素含量、光合速率與正常供水接近[21]。在灌水量較小時(≤120 mm)微噴灌小麥 LAI大于畦灌，株型結(jié)構(gòu)更合理[8]，在土壤水分相近條件下，微灌小麥葉片的光合速率明顯高于畦灌，而蒸騰速率低于畦灌[22]，從而顯著提高小麥產(chǎn)量和 WUE[23-24]，產(chǎn)量增加的主要原因是千粒質(zhì)量增大[18]。本研究表明，底墑條件和播種日期對不同灌溉模式小麥生長發(fā)育和產(chǎn)量形成的影響存在差異，底墑不同微灌小麥產(chǎn)量形成特點(diǎn)不同，2015-2016年和2016-2017年分別屬于底墑充足的平水年和底墑不足的干旱年，底墑值分別為587.8，550.5 mm，降水量分別為112.4，78.0 mm。在底墑充足的平水年，適播期下(10月10日)微灌模式生長指標(biāo)和產(chǎn)量性狀與畦灌模式相當(dāng)或稍低于畦灌，而播期推遲(10月15日)微灌模式優(yōu)勢顯現(xiàn)出來。與畦灌相比，播期推遲微噴灌小麥生長更快，LAI、后期葉片SPAD值以及最大籽粒灌漿速率和平均灌漿速率均較高，因此，千粒質(zhì)量和產(chǎn)量也明顯較高。微灌對土壤水利用量更高，耗水量明顯低于畦灌、水分利用效率明顯高于畦灌。該結(jié)果與前人研究結(jié)果大體一致。但在底墑不足的干旱年，再加上微灌總灌水量較低，水肥一體多次灌溉的優(yōu)勢難發(fā)揮，無論適播期還是晚播，微灌LAI、后期旗葉SPAD值、灌漿中后期籽粒灌漿速率均低于畦灌，造成產(chǎn)量較低。因此，本研究得出，在底墑充足的平水年份，小麥可提倡晚播，在限水條件下(灌水量<100 mm)結(jié)合微灌同樣可以實現(xiàn)高產(chǎn)與高效的協(xié)同提高。

綜合集成單項技術(shù)是新的農(nóng)業(yè)科技革命的一個重要特點(diǎn)。本課題組形成的小麥微灌節(jié)水技術(shù)模式其主體技術(shù)包括兩部分，分別為微灌水肥一體化灌水施肥技術(shù)和晚播技術(shù)。在底墑充足的平水年型，該模式可實現(xiàn)節(jié)約灌溉用水57.7 mm，同時還可實現(xiàn)產(chǎn)量和水分利用效率協(xié)同提高，產(chǎn)量增加4.1%，WUE提高16.7%，與本課題組前幾年研究結(jié)果大體一致[8，18]。