王永華，劉煥，辛明華,2，黃源，王壯壯，王金鳳，段劍釗，馮偉，康國章，郭天財

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耕作方式與灌水次數(shù)對砂姜黑土冬小麥水分利用及籽粒產(chǎn)量的影響

王永華1，劉煥1，辛明華1,2，黃源1，王壯壯1，王金鳳1，段劍釗1，馮偉1，康國章1，郭天財1

（1河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/省部共建小麥玉米作物學(xué)國家重點實驗室，鄭州 450046；2中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所，河南安陽 455000）

【目的】探討耕作方式與灌水次數(shù)對砂姜黑土冬小麥水分利用和籽粒產(chǎn)量的影響，明確適宜砂姜黑土區(qū)冬小麥產(chǎn)量和水分利用效率同步提高的耕作與灌水處理組合模式?！痉椒ā坑?015—2017年連續(xù)2個冬小麥生長季，在豫東南砂姜土區(qū)設(shè)置旋耕（RT）、深松（SS）2種耕作方式為主處理和拔節(jié)期+開花期灌2次水（W2）、拔節(jié)期灌1次水（W1）、全生育期不灌水（W0）3種灌水為副處理的二因素裂區(qū)試驗，深入研究耕作方式與灌水次數(shù)的主效應(yīng)及其互作效應(yīng)對砂姜黑土冬小麥水分利用和籽粒產(chǎn)量的影響。【結(jié)果】耕作與灌水對砂姜黑土麥田耗水特性、水分利用效率及籽粒產(chǎn)量均具有明顯的調(diào)控效應(yīng)。SS較RT處理可顯著增加土壤貯水消耗，有利于提高自然降水和灌溉水的利用效率，與RT相比，兩年度SS處理的土壤平均貯水消耗量、降水、灌水利用效率分別提高13.69%、7.03%、6.51%；增加灌溉雖可明顯增加冬小麥田間耗水量，但過多灌溉致使水分利用效率降低，兩年度W2較W1、W0的水分利用效率平均值分別下降18.85%、16.69%。SS處理的籽粒產(chǎn)量顯著高于RT處理，且以深松+拔節(jié)期灌1水處理組合SSW1的產(chǎn)量最高。相同耕作方式下，隨灌水次數(shù)的增加，千粒重呈降低趨勢，成穗數(shù)呈增加趨勢；兩年度穗粒數(shù)變化總體隨灌水次數(shù)的增加呈先升后降的變化規(guī)律。耕作方式主要通過調(diào)控千粒重影響產(chǎn)量，灌水次數(shù)則主要通過調(diào)控穗粒數(shù)和千粒重而影響產(chǎn)量，但灌水過多會抑制穗粒數(shù)和千粒重的提高?！窘Y(jié)論】綜合考慮耕作方式與灌水次數(shù)對冬小麥水分利用和籽粒產(chǎn)量的調(diào)控效應(yīng)，深松+拔節(jié)期灌1水處理組合SSW1可作為適宜豫東南砂姜黑土區(qū)冬小麥產(chǎn)量和水分利用效率同步提高的耕作與灌水處理組合模式。

冬小麥；耕作方式；灌水次數(shù)；水分利用效率；籽粒產(chǎn)量

0 引言

【研究意義】砂姜黑土是豫東南糧食主產(chǎn)區(qū)最大的中低產(chǎn)土壤類型，其土質(zhì)黏重、干縮濕脹、土壤結(jié)構(gòu)性差、適耕期短等不良屬性已成為該區(qū)冬小麥產(chǎn)量進(jìn)一步提高的重要限制因素。近年來，隨著農(nóng)村勞動力結(jié)構(gòu)變化和生產(chǎn)成本持續(xù)增高，該區(qū)域農(nóng)戶習(xí)慣于旋耕整地但不重視土壤耙耱鎮(zhèn)壓，不僅造成田間出苗質(zhì)量差，冬前壯苗難以形成，還導(dǎo)致土壤容重增大，緊實度變大，耕作層變淺，犁底層增厚上移，根系下扎受阻，水肥利用效率不高等實際生產(chǎn)問題；受區(qū)域降水時空分配不均和砂姜黑土麥田下層土壤水向上運移較慢的水分物理性狀以及小麥需水特性的影響，黃淮平原砂姜黑土區(qū)小麥生長季常出現(xiàn)階段性干旱，加之該區(qū)田間灌溉設(shè)施條件相對較差，多數(shù)農(nóng)戶疏于小麥灌溉，“非旱死不澆、只澆救命水、不澆豐產(chǎn)水”等現(xiàn)象較多，致使小麥產(chǎn)量難以較大幅度提高。詹其厚等[1]在淮北砂姜黑土區(qū)的研究結(jié)果表明，小麥生長季有效降水只能滿足小麥需水量的61.4%，及時補充灌溉后，小麥產(chǎn)量提高11.2%，水分利用率增加0.16 kg·hm-2·mm-1。因此，通過耕作與灌水等農(nóng)藝措施改善砂姜黑土物理性狀，調(diào)節(jié)土壤蓄水保水與供水矛盾，創(chuàng)建有利于小麥生長的土壤環(huán)境和水分空間，進(jìn)而實現(xiàn)小麥籽粒產(chǎn)量與水分利用效率同步提高，是提高砂姜黑土冬小麥綜合生產(chǎn)性能的關(guān)鍵所在。【前人研究進(jìn)展】有研究表明，常規(guī)旋耕深度一般為14—16 cm，翻耕深度一般達(dá)16—30 cm[2]，因旋耕刀和犁鏵對土壤的擠壓與打擊作用，連年采用常規(guī)耕作會使30 cm以下土層變硬變緊，形成犁底層，土壤通透性和孔隙度降低，土壤儲水能力下降，不利于作物根系生長和對水分的吸收利用，致使作物產(chǎn)量和水分利用效率下降[3]。而深松耕作加深了耕層，打破了堅硬的犁底層，改善了30—40 cm的土層結(jié)構(gòu)，增大了土壤孔隙度[4]，相比常規(guī)耕作能顯著降低土壤容重6.6%[5]，降低土壤緊實度25%左右[6]，增強土壤水分入滲能力和蓄水能力，土壤蓄水量和水分利用效率得以提高，從而促進(jìn)作物生長，提高籽粒產(chǎn)量[7]。Huang等[8]、Xue等[9]的研究表明，灌水可顯著提高小麥產(chǎn)量，但灌水量超過一定范圍不僅對提高籽粒產(chǎn)量無益，還會降低水分利用效率。張永麗等[10]研究表明，灌水時期和灌水量對小麥的籽粒產(chǎn)量和水分利用效率均具有明顯的調(diào)控效應(yīng)。另有大量研究認(rèn)為，在小麥適宜生育時期進(jìn)行適當(dāng)灌溉和水分虧缺，能顯著提高小麥水分利用效率，增強小麥抗旱能力[11-13]，并認(rèn)為調(diào)虧灌溉可以提高水分利用效率，從而實現(xiàn)小麥節(jié)水增產(chǎn)增效[14]。易立攀等[15]不同土層測墑補灌試驗研究認(rèn)為，在確定小麥關(guān)鍵生育時期需水量的基礎(chǔ)上，同時考慮不同深度土壤的含水量、降水量和蓄水量來確定田間實際灌溉量，可實現(xiàn)水分利用效率和籽粒產(chǎn)量的同步提高。另有研究表明，即使總灌水量相同，亦會因不同生育期灌溉和灌水量分配的不同致使作物水分利用效率和產(chǎn)量有所差異[16-17]。【本研究切入點】前人研究多集中于耕作方式[18-19]、灌水模式[20-21]及灌水量[22-23]等單一因子對小麥水分利用效率及產(chǎn)量形成的調(diào)控效應(yīng)，而耕作方式與灌水次數(shù)對砂姜黑土冬小麥水分利用和籽粒產(chǎn)量的互作調(diào)控效應(yīng)報道較少?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究針對砂姜黑土固有不良屬性和該區(qū)域小麥生產(chǎn)存在的“淺旋耕不耙實、灌溉不合理”等突出生產(chǎn)問題，通過改變耕作方式與優(yōu)化灌水處理，深入研究耕作與灌水的主效應(yīng)及其互作效應(yīng)對冬小麥水分利用和籽粒產(chǎn)量的影響，探尋適宜豫東南砂姜黑土區(qū)冬小麥產(chǎn)量和水分利用效率同步提高的耕作與灌水處理組合模式，為該區(qū)冬小麥高產(chǎn)高效栽培提供理論與技術(shù)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

本試驗于2015—2017連續(xù)2年在豫東南典型砂姜黑土區(qū)的商水縣農(nóng)場14分場（33°32'N，114°29'E）進(jìn)行。該試驗點屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫14.5℃，全年累計日照時數(shù)達(dá)2 072.3 h，平均無霜期為223 d，常年平均降雨量784.1 mm（數(shù)據(jù)由1997—2017年連續(xù)20年的商水縣氣象資料統(tǒng)計所得）。2015年于小麥播種前取耕作層土壤，對其養(yǎng)分狀況進(jìn)行化驗分析，0—20 cm土層有機質(zhì)含量為21.32 g·kg-1、全氮含量1.36 g·kg-1、有效磷16.83 mg·kg-1、速效鉀214.61 mg·kg-1，pH為7.23；20—40 cm有機質(zhì)含量為16.06 g·kg-1、全氮含量1.23 g·kg-1、有效磷8.58 mg·kg-1、速效鉀163.26 mg·kg-1。耕作前后土壤容重數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 耕作前后不同土層土壤容重

兩年度試驗期間小麥生長季降雨量如下：2015—2016年度小麥生長季總降水量為281.3 mm，其中，播種至越冬期99.3 mm，越冬至拔節(jié)期37.3 mm，拔節(jié)至開花期43.4 mm，開花至成熟期101.3 mm。2016—2017年度小麥生長季總降水量為360.9 mm，其中，播種至越冬期136.65 mm，越冬至拔節(jié)期63.55 mm，拔節(jié)至開花期63.1 mm，開花至成熟期97.6 mm。田間持水量如表2所示。

表2 兩年度試驗點不同土層田間持水量

1.2 試驗設(shè)計

試驗地前茬為玉米，秸稈全部粉碎還田，供試小麥品種為周麥27。由于兩年度小麥秋播前均遭受連續(xù)陰雨而誤期耕作和播種，兩年度耕作、播種日期分別為10月27日、10月30日（2015—2016）和11月1日、11月04日（2016—2017），播種量均為217.50 kg·hm-2；兩年度試驗各處理田間出苗情況及播種前土壤含水量如表3所示。采用農(nóng)哈哈2BXF-12小麥播種機播種，行距20 cm。田間筑畦，裂區(qū)設(shè)計，主區(qū)為耕作處理，分別為深松（SS）和旋耕（RT）。具體操作為深松（SS）處理用深松機深松1遍（深度30 cm以上，深松機為豪豐牌1S-200，耕作幅寬200 cm，其功率為44.1馬力，深松鏟間距為40 cm）→旋耕機旋耕2遍（豪豐1GQN-230懸掛式旋耕機，耕作幅寬230 cm，配套功率75馬力）→耙地2遍（采用1BQ-3.6對置輕耙，幅寬3.6 m，耙深8—15 cm；配套動力90馬力）→筑畦（長10 m×寬6 m）→寬幅播種機播種；旋耕（RT）處理則用旋耕犁旋耕2遍（深度15 cm）→耙地2遍→筑畦→寬幅播種機播種。副區(qū)為灌水處理，設(shè)3個水平，即全生育期不灌水（W0）、拔節(jié)期灌1次水（W1）、拔節(jié)期+開花期灌2次水（W2），每次灌水量均控制在750 m3·hm-2，采用水表計量。灌水處理小區(qū)間設(shè)置間隔2 m的不灌水防滲種植區(qū)。小麥全生育期施純N 240 kg·hm-2，P2O5120 kg·hm-2、K2O 90 kg·hm-2，磷鉀肥一次性全部底施，50%氮肥于機械整地時底施，其余50%于拔節(jié)期結(jié)合澆水追施。大區(qū)對比，3次重復(fù)，每小區(qū)面積60 m2（10 m×6 m）。病蟲草害防治按一般大田進(jìn)行。

表3 兩年度各處理田間基本苗及播前各土層土壤含水量

1.3 測定項目與方法

1.3.1 土壤水分測定 于冬小麥播種前、越冬、拔節(jié)、開花和成熟期在各處理種植小區(qū)內(nèi)隨機選取3個點，采用土鉆法以每隔20 cm為一層鉆取0—100 cm土層土壤，用烘干法進(jìn)行土壤含水量測定。土壤含水量計算方法如下：

土壤含水量（%）=（P1-P2）/（P1-P） （1）

式中，P為鋁盒質(zhì)量（g）；P1為鋁盒+濕土質(zhì)量（g）；P2為鋁盒+干土質(zhì)量（g）。

1.3.2 土壤貯水消耗量和農(nóng)田耗水量計算 依據(jù)土壤含水量，并參照楊曉亞[24]方法計算土壤貯水消耗量，其數(shù)值計算公式為：

式中，Δ為土壤貯水消耗量（mm）；為土層編號；為土層總數(shù)；γ為第層土壤干容重（g·cm-3）；H為第層土壤厚度（cm）；θl為第層時段初的土壤含水量，θ2為第層時段末的土壤含水量，均以占干土重的百分?jǐn)?shù)表示。

農(nóng)田耗水量的計算參照劉增進(jìn)等[25]的方法，階段耗水量計算公式為：

式中，1-2為階段耗水量（mm）；、、γ、H、θ1、θ2參數(shù)代表意義與公式（2）相同；為時段內(nèi)的灌水量（mm）；為降水量（mm）；為時段內(nèi)的地下水補給量（mm），當(dāng)?shù)叵滤裆畛^2.5 m時，值可忽略不計，但本試驗基點屬低洼典型砂姜黑土區(qū)，且兩年度小麥秋播時均遭連續(xù)陰雨，地下水埋深均有不足2.5 m的時段，兩年度地下水補給量由FR101A高精度蒸滲計測定獲?。ū?）。

表4 不同處理下地下水補給量

1.3.3 水分利用效率計算 產(chǎn)量水分利用效率WUEY、灌水利用效率WUEI、降水利用效率WUEP、土壤水利用效率WUES分別由公式（4）、（5）、（6）、（7）計算求得：

WUEY=Y/ET （4）

WUEI=Y/I （5）

WUEP=Y/P （6）

WUES=Y/ΔS （7）

式中，WUEY、WUEI、WUEP、WUES的單位均為kg·hm-2·mm-1，Y為籽粒產(chǎn)量（kg·hm-2），P為有效降水量（mm），ΔS為土壤貯水消耗量（mm），ET為小麥生育期間各階段農(nóng)田耗水量之和（mm），I為實際灌水量（mm）。

1.3.4 產(chǎn)量調(diào)查及測定 小麥成熟期各處理選取有代表性的一米雙行固定樣點并調(diào)查各處理小區(qū)穗數(shù)。收獲期每小區(qū)選取代表性植株50株，裝入紗網(wǎng)袋，做好標(biāo)記，帶回室內(nèi)風(fēng)干脫?？挤N，測定穗粒數(shù)和千粒重。各處理小區(qū)各重復(fù)種植區(qū)計產(chǎn)面積為6 m2，脫粒曬干，按含水量13%折算成實際產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)計算與分析

采用Excel2013進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和圖表繪制，通過SPSS23.0統(tǒng)計分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和差異顯著性檢驗（Duncan法）。

2 結(jié)果

2.1 耕作與灌水處理對冬小麥耗水及耗水組成的調(diào)控效應(yīng)

從表5可知，無論是旋耕還是深松處理，兩年度麥田總耗水量均隨灌水次數(shù)和灌水量的增加而增大。與W1和W0處理相比，兩年度W2處理的麥田總耗水量平均增幅分別達(dá)11.86%和53.23%，表明增加灌溉可明顯促進(jìn)冬小麥田間耗水量，這可能與田間無效蒸散有關(guān)。但灌水次數(shù)和灌水量的增加致使水分利用效率降低，兩年度W2處理較W1、W0處理的水分利用效率平均值分別下降18.85%、16.69%。兩種耕作方式下均以W1處理的土壤貯水消耗量、降水利用效率和灌水利用效率最大，其土壤貯水消耗量分別較W2、W0處理平均提高3.08%和10.29%；降水利用效率分別提高8.41%和23.06%；其灌水利用效率較W2處理的平均增幅達(dá)1.17倍。從表5還可以看出，SS處理較RT處理可顯著增加土壤貯水消耗，有利于提高降水和灌溉水的利用效率，與RT相比，兩年度SS處理的土壤貯水消耗量、降水利用效率、灌水利用效率分別提高13.69%、7.03%、6.51%。因此，深松有利于小麥合理利用土壤貯水，充分利用自然降水，可作為砂姜黑土區(qū)冬小麥水分高效利用的主要耕作技術(shù)措施。

2.2 耕作與灌水對砂姜黑土麥田階段耗水特性的影響

從表6可以看出，相同灌水處理下，各階段耗水量整體呈現(xiàn)先降后升的特點。不同耕作方式相比，在相同灌水處理下，各階段耗水量表現(xiàn)為SS＞RT；與RT處理相比，SS處理的播種至拔節(jié)、拔節(jié)至開花、開花至成熟的階段耗水量均是增加的，兩年度平均增幅分別為4.77%、2.91%、1.33%，致使SS處理的田間耗水量增大，較RT處理兩年度平均增幅分別為2.82%。不同灌水處理相比，相同耕作方式下播種-拔節(jié)、開花-成熟兩階段耗水量隨灌水次數(shù)和灌水量的增加而增加，尤其是W2處理較W1、W0處理開花至成熟階段耗水量兩年度平均增幅分別達(dá)31.73%、101.81%，但拔節(jié)-開花階段耗水量卻呈現(xiàn)先增后減的變化趨勢。從所占耗水比例來看，生育前期以W0處理較高，兩年度播種至拔節(jié)階段W0較W1、W2的平均所占耗水比例分別提高10.59、13.60個百分點，生育中期以W1處理較高，拔節(jié)至開花階段W1處理較W0、W2處理分別提高6.56、3.88個百分點，而生育后期以W2處理較高，開花至成熟階段W2處理較W0、W1處理分別提高10.92、6.88個百分點，這可能是灌水量與灌水次數(shù)增加，生育后期高溫加劇植株蒸騰所致。

表5 耕作與灌水處理對砂姜黑土冬小麥水分效率的影響

WUE：水分利用效率；WUES：土壤水分利用效率；WUEP：降水水分利用效率；WUEI：灌水利用效率。不同字母表示各處理間差異顯著（＜0.05）。***，**和*分別代表各處理間達(dá)到差異在0.0001、0.01、0.05水平顯著水平。下同

WUE: water use efficiency; WUES: soil water use efficiency; WUEP: precipitation water use efficiency; WUEI: irrigation water use efficiency。Different letters represent significantly different at＜0.05. ***, ** and * indicate significantly different at＜0.001,＜0.01 and＜0.05. The same as below

表6 耕作與灌水對砂姜黑土冬小麥不同生育階段水分消耗的影響

2.3 耕作與灌水對砂姜黑土冬小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

從表7可以看出，兩年度小麥生長季試驗結(jié)果基本一致，即耕作與灌水處理對冬小麥籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成因素具有明顯的調(diào)控效應(yīng)，兩種耕作措施下均以W1處理的籽粒產(chǎn)量較高，且以深松+拔節(jié)期灌1次水SSW1處理組合的產(chǎn)量最高，其最終產(chǎn)量較最低的旋耕+不灌水處理組合RTW0平均增幅為31.88%。相同耕作方式下，隨灌水次數(shù)和灌水量的增加，千粒重呈降低趨勢，成穗數(shù)總體呈增加趨勢；兩年度穗粒數(shù)變化不盡一致，除2015—2016年度RT處理外，總體隨灌水次數(shù)和灌水量的增加，千粒重呈降低趨勢，成穗數(shù)呈增加趨勢，穗粒數(shù)變化規(guī)律性不一。從方差分析結(jié)果來看，耕作對產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的調(diào)控效應(yīng)均顯著，灌水處理可明顯調(diào)控成穗數(shù)和千粒重，進(jìn)而影響產(chǎn)量，但耕作與灌水之間的互作效應(yīng)不明顯。

3 討論

3.1 耕作與灌水處理對砂姜黑土冬小麥水分利用效率的影響

有學(xué)者認(rèn)為，水分利用效率受年降水量、作物類型、土壤、氣候、地區(qū)等因素的影響[26-27]。也有研究表明，在土壤水分供應(yīng)不足時灌溉，水分利用效率隨著灌水量的增加呈線性增加，而灌水量達(dá)到一定量時，水分利用效率和灌水利用效率隨著灌水量的增加會下降[28-29]。本文結(jié)果表明，W2處理下麥田總耗水量較W1、W0平均增幅為11.86%和53.23%，但灌水利用效率和水分利用效率以W1處理最大，這說明過量灌水會造成小麥生長后期無效蒸散過大，降低小麥的水分利用效率。這與前人研究結(jié)果相一致。另有研究表明，深松能使土壤硬度降低，犁底層被打破，進(jìn)而提高土壤滲透性，促進(jìn)水分向更深層入滲，減少土面蒸發(fā)量，增強蓄水保墑性能和提高水分利用效率[30-32]，促進(jìn)小麥對水分的吸收與利用。本文研究表明，深松能夠增加土壤貯水消耗量，提高自然降水和灌水利用效率，表明深松能增大土壤庫容，增強土壤蓄水能力，提高自然降水利用效率，從而顯著提高小麥水分利用效率，是增加小麥產(chǎn)量的有效耕作方式[31]。本試驗結(jié)果表明，深松+拔節(jié)期灌1次水處理有利于合理利用土壤貯水，充分利用自然降水，進(jìn)而提高水分利用率。

表7 耕作與灌水對砂姜黑土冬小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的調(diào)控效應(yīng)

3.2 耕作與灌水處理對砂姜黑土麥田階段耗水特性的影響

已有研究表明，不同生育階段灌水量和自然降水量可直接影響小麥的階段耗水量和耗水組成[33]，不同階段灌溉和降雨的分配比例可造成小麥對土壤水的消耗比例不同，不灌水條件下，小麥以消耗土壤水為主，而灌水條件下，則以消耗灌溉水為主[34]。本文小麥生長季兩年度播種至拔節(jié)期的降雨量分別為136.6 mm和200.2 mm，分別占到全生育期降雨總量的48.56%和55.47%，此階段小麥需水主要依靠自然降水，對土壤水的利用較少；因兩年度拔節(jié)到開花期階段降雨量較少，小麥轉(zhuǎn)向以消耗土壤水為主，此階段W1耗水量最多，占比最大；開花至成熟階段的兩年度降雨量接近，但W2處理的耗水量最多，占比最大；由此說明小麥耗水特性及其耗水組成與階段水分供應(yīng)有很大關(guān)系。本文研究結(jié)果表明，麥田總耗水量隨灌水次數(shù)和灌水量的增加而增加，關(guān)鍵生育時期進(jìn)行灌水可優(yōu)化小麥耗水組成，既能充分利用土壤貯水和自然降水，還有利于灌溉水的吸收利用，進(jìn)而實現(xiàn)產(chǎn)量和水分利用效率的同步提高。深松能改善土壤結(jié)構(gòu)，增強土壤通透性，有利于增強小麥對深層土壤水分的利用，同時深松提高土壤對自然降水的儲蓄能力，提高了作物對水分的吸收利用[35]，而且增強了作物在干旱年份對深層水分的吸收利用。另有研究表明，深松可增加小麥在拔節(jié)至開花階段對土壤貯水的消耗量，促進(jìn)小麥在該階段對水分的吸收利用[36]，為生育后期籽粒灌漿和產(chǎn)量提高奠定了土壤水分基礎(chǔ)。本文研究表明，深松處理的各對應(yīng)灌水處理的田間總耗水量均小于對應(yīng)的旋耕灌水處理；兩年度耕作與灌水各處理組合的階段耗水量及其所占比例的變化表現(xiàn)不盡相同，2015—2016年度無論旋耕還是深耕，拔節(jié)至開花階段的耗水量及所占比例均隨灌水次數(shù)和灌水量的增加呈先升后降的變化趨勢；開花至成熟階段的耗水量隨灌水次數(shù)和灌水量的增加均呈增大趨勢，而其耗水量所占比例則呈先降后升的變化趨勢；2016—2017年度無論旋耕還是深耕，拔節(jié)至開花階段的耗水量隨灌水次數(shù)和灌水量的增加呈先升后降的變化，其所占比例則呈一直降低趨勢；開花至成熟階段的耗水量及其所占比例隨灌水次數(shù)和灌水量的增加均呈增大趨勢（表6）。這與前人研究結(jié)果有所差異，究其原因可能是本試驗大田定位研究耕作措施的時間較短或砂姜黑土屬性等造成。由此說明，本試驗中耕作與灌水的處理組合設(shè)置有待于進(jìn)一步優(yōu)化，耕作與灌水的單一主效應(yīng)及其互作調(diào)控效應(yīng)需進(jìn)行更深入研究。

3.3 耕作與灌水對砂姜黑土冬小麥籽粒產(chǎn)量的影響

研究表明，隨灌水次數(shù)的增加，千粒重逐漸下降，成穗數(shù)逐漸增加[37]。趙廣才等[38]試驗表明，隨灌水次數(shù)的增加，少灌多次，可以及時滿足小麥水分需求，有利于產(chǎn)量構(gòu)成因素協(xié)調(diào)一致，更利于產(chǎn)量極顯著提高。本文研究結(jié)果表明，相同耕作方式下，隨灌水量和灌水次數(shù)的增加，千粒重呈降低趨勢，成穗數(shù)呈增加趨勢；兩年度穗粒數(shù)變化不盡一致，除2015—2016年度RT處理外，總體隨灌水次數(shù)和灌水量的增加呈先升后降的變化規(guī)律。這與前人研究結(jié)果一致。深松不但能夠調(diào)控穗數(shù)形成，對增加粒數(shù)與粒重也有明顯的調(diào)控作用，從而提高小麥的籽粒產(chǎn)量和水分利用率[39]。本文研究結(jié)果表明，深耕可以提高冬小麥水分利用率，從而能夠促進(jìn)成穗數(shù)與千粒重的提高，使小麥獲得高產(chǎn)。耕作方式主要通過調(diào)控千粒重影響最終產(chǎn)量，而灌水處理主要通過調(diào)控穗粒數(shù)和千粒重，進(jìn)而影響產(chǎn)量，但灌水過多會抑制穗粒數(shù)和千粒重的提高。耕作與灌水處理對冬小麥籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成因素具有明顯的調(diào)控效應(yīng)，兩種耕作方式下均以W1處理的產(chǎn)量較高，且以SSW1處理組合產(chǎn)量最高，其最終產(chǎn)量較最低的RTW0處理組合平均增幅為31.88%。

4 結(jié)論

相同灌水處理條件下，與旋耕RT處理相比，深松SS處理可顯著增加冬小麥田間耗水量和土壤貯水消耗量，有利于合理利用灌溉水和自然降水，SS處理的產(chǎn)量顯著高于RT處理的產(chǎn)量；相同耕作方式下全生育期不灌水（W0）處理較拔節(jié)期灌1次水（W1）、拔節(jié)期+開花期灌2次水（W2）處理的水分利用效率顯著提高，而過多灌溉則不利于豫南砂姜黑土區(qū)冬小麥水分的高效利用，且隨灌水量增加，千粒重降低，穗粒數(shù)增加，W2處理灌水過高反而不利于穗粒數(shù)和千粒重的形成。綜合考慮耕作與灌水對冬小麥水分利用效率、耗水特性和籽粒產(chǎn)量的調(diào)控效應(yīng)，深松拔節(jié)期灌1水處理SSW1可作為豫南砂姜黑土區(qū)冬小麥產(chǎn)量和水分利用效率同步提高的耕作與灌水處理組合模式。

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Effects of Tillage Practices and Irrigation Times on Water Use Efficiency and Grain Yield of Winter Wheat in Lime Concretion Black Soil

WANG YongHua1, LIU Huan1, XIN MingHua1,2, HUANG Yuan1, WANG ZhuangZhuang1, WANG JinFeng1, DUAN JianZhao1, FENG Wei1, KANG GuoZhang1, GUO TianCai1

(1College of Agronomy, Henan Agricultural University/State Key Laboratory of Wheat and Maize Crop Science, Zhengzhou 450046;2Institute of Cotton Research of Chinese Academy of Agricultural Sciences, Anyang 455000, Henan)

【Objective】This research was conducted to explore the effects of tillage practices and irrigation times on water use efficiency and grain yield of winter wheat in lime concretion black soil, and to identify an optimal tillage and irrigation combination mode of winter wheat in lime concretion black soil with high yield and water use efficiency simultaneously. 【Method】The two-factor split plot experiment was persistently performed in the lime concretion black soil in the southeast area of Henan province during two continuous winter wheat growing seasons (2015-2017). In this experiment, the two tillage practice treatments, including rotary tillage (RT) and subsoiling (SS), were set as the main treatment. The three soil moisture treatments, including twice irrigation at jointing and anthesis, once irrigation at jointing, no irrigation, expressed as W2, W1, W0, respectively, were set as secondary treatment, deeply exploring the effects of tillage practices and irrigation times and their interaction effects on water use efficiency and grain yield of winter wheat in lime concretion black soil. 【Result】Tillage and irrigation had obvious regulation effects on water consumption characteristics, water use efficiency and grain yield of wheat in lime concretion black soil. Compared with RT, SS could significantly increase soil water storage consumption, which was beneficial to increase the utilization efficiency of precipitation and irrigation water, and the soil water storage consumption, precipitation and irrigation water use efficiency increased by 13.69%, 7.03%, 6.51% in two-year degrees, respectively. Although increasing irrigation could significantly promote water consumption in winter wheat fields, excessive irrigation resulted in lower water use efficiency. Compared with W1 and W0, the average soil water storage consumption and water use efficiency of W2 decreased by 18.85% and 16.69% in two-year degrees, respectively. The grain yield of SS treatment was significantly higher than that of RT treatment and the yield of the combination treatment subsoiling, and once irrigation at jointing (SSW1) was the highest. Under the same tillage practice, the 1000-grain weight decreased and the number of grains per spike increased with the increase of irrigation times. The variation of grain number per spike in the two years increased firstly and then decreased with the increase of irrigation times. The tillage practice mainly affected the final yield by regulating 1000-grain weight and the irrigation times mainly affected the yield by regulating the grain number per spike and 1000-grain weight, but excessive irrigation would resist the increase of grain number and 1000-grain weight. 【Conclusion】Based on the regulating effects of tillage practices and irrigation times on water use efficiency and grain yield, the SSW1 treatment could help synchronously to improve the grain yield and water use efficiency. This can be an optimal model of tillage and irrigation combination treatment of winter wheat in lime concretion black soil area of southeast Henan province.

winter wheat; tillage practice; irrigation times; water use efficiency; grain yield

10.3864/j.issn.0578-1752.2019.05.003

2018-09-26；

2019-01-21

國家自然科學(xué)基金（31471439）、國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項（CARS-03）、河南省重大科技專項（141100110300）

王永華，E-mail：wangyonghua88@126.com。通信作者郭天財，E-mail：gtcwheat@henau.edu.cn

（責(zé)任編輯 楊鑫浩）