蒙 強(qiáng)，劉靜霞，李玉慶，張文賢，潘蘇向，李敏杰，尼瑪次仁

(西藏農(nóng)牧學(xué)院水利土木工程學(xué)院,西藏 林芝 860000)

青稞是青藏高原地區(qū)傳統(tǒng)灌溉類農(nóng)作物之一，營(yíng)養(yǎng)豐富、種植面積大，是牧民主要食物來源，同時(shí)也是高原牲畜冬季重要的飼草料[1-8]。其中，春青稞由于生長(zhǎng)期較短，被廣泛種植于藏區(qū)干旱及半干旱地區(qū)。然而，與同緯度其他地區(qū)相比，藏區(qū)耕作土層淺薄貧瘠，氣候干濕季分明、水熱資源時(shí)空分布不均等自然條件嚴(yán)重制約著青稞產(chǎn)量提高與品質(zhì)的提升。受全球氣候變化影響，旱作農(nóng)業(yè)受旱頻率呈增加趨勢(shì)，已成為影響西藏地區(qū)青稞穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)的主要因素之一[9-11]。就旱田而言，開展以保護(hù)生態(tài)、提高水資源利用率為宗旨的農(nóng)田水利灌溉是十分必要及迫切的。但特殊的地理環(huán)境、氣候條件以及經(jīng)濟(jì)問題使得藏區(qū)農(nóng)田水利灌溉基礎(chǔ)建設(shè)相對(duì)落后，灌溉水利用率低于30%[9]。因此，如何有效解決水資源供需矛盾，提高作物水分利用效率是當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)研究的重點(diǎn)。

田德龍等[12-13]開展的相關(guān)灌溉試驗(yàn)研究為西藏旱作農(nóng)業(yè)提供了基礎(chǔ)理論依據(jù)。一些學(xué)者根據(jù)氣象資料利用FAO-56 Penman法對(duì)參考作物需水量(ET0)進(jìn)行了分析。例如，羅紅英等[14-15]通過研究藏區(qū)ET0分布變化，認(rèn)為作物灌溉定額隨海拔的上升而增加，林芝地區(qū)青稞灌溉定額介于130～475 mm之間。張娜等[16]通過趨勢(shì)分析認(rèn)為從西藏西部到東部地區(qū)，年際ET0逐漸減小。目前，對(duì)青稞需水規(guī)律的研究多為模型的對(duì)比分析，同時(shí)關(guān)于作物耗水規(guī)律的研究也較為普遍，尹志芳等[17]基于SHAW模型模擬分析得出拉薩河谷地區(qū)春青稞耗水約450 mm。徐冰等[9]通過試驗(yàn)分析了西藏高寒牧區(qū)青稞需水耗水規(guī)律，認(rèn)為全生育期青稞需水量為445 mm，且出苗前、抽雄期、灌漿期干旱均會(huì)導(dǎo)致青稞減產(chǎn)。而時(shí)學(xué)雙等[18]認(rèn)為青稞苗期、拔節(jié)期、分蘗期和灌漿期實(shí)施水分輕度脅迫、成熟期實(shí)施重度脅迫可獲得較高的產(chǎn)量。Piotr Ogrodowicz等[19]認(rèn)為旗葉階段干旱對(duì)青稞產(chǎn)量會(huì)產(chǎn)生不利影響，而Calvo O C等[20]研究大麥發(fā)現(xiàn)水分利用效率的提高能部分補(bǔ)償干旱的負(fù)面影響。

整體上，前人盡管對(duì)青稞需水規(guī)律的研究較多，但大多研究集中于模型和單一耗水規(guī)律的研究。而關(guān)于不同水分脅迫程度對(duì)青稞產(chǎn)量、水分利用效率的影響研究較少，成熟的灌溉制度尚未確定。灌溉試驗(yàn)是得到作物灌水參數(shù)最直接的方法，但林芝地區(qū)目前尚未完整地開展過青稞灌溉試驗(yàn)，相關(guān)研究也未見報(bào)道。為此，本研究以春青稞生長(zhǎng)、耗水及產(chǎn)量為主要研究?jī)?nèi)容，探究調(diào)控灌溉對(duì)林芝河谷地區(qū)農(nóng)田生產(chǎn)力的影響，旨在掌握春青稞耗水、產(chǎn)量及水分生產(chǎn)率對(duì)不同水分調(diào)控下限的響應(yīng)能力，以期為最大限度提高有限水資源承載力下藏區(qū)高原農(nóng)田生產(chǎn)力提供科學(xué)依據(jù)，同時(shí)為該區(qū)域春青稞地面灌溉參數(shù)的確定及節(jié)水灌溉制度建立提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 供試材料與試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2018年4—7月在西藏農(nóng)牧學(xué)院農(nóng)水綜合試驗(yàn)場(chǎng)(29 ° 40 ′N，94 ° 20 ′E)進(jìn)行。試驗(yàn)區(qū)位于尼洋河下游河谷，地勢(shì)平坦，土壤肥力均勻，海拔2 980 m，全年無(wú)霜期172 d，年平均溫度8.8 ℃，年日照時(shí)數(shù)2 000 h，≥10 ℃的有效積溫2 150℃～2 200℃，年平均降雨量650～750 mm，主要集中在6—9月。試驗(yàn)區(qū)土壤類型為沙質(zhì)壤土，土質(zhì)分布均勻，平均土層深度為40 cm(以下為砂礫石層)。其中，0～40 cm土層田間持水量為27.6%(重量含水率)，平均土壤容重為1.37 g·cm-3。試驗(yàn)區(qū)前茬為春青稞，具備灌溉條件。試驗(yàn)?zāi)甓冉邓?、氣溫和相?duì)濕度見圖1。

試驗(yàn)前茬作物為春青稞，采用等行距條播種植模式，行距為25 cm。試材“喜馬拉22號(hào)”由林芝市農(nóng)牧局提供，為西藏農(nóng)區(qū)主栽春青稞品種。試驗(yàn)小區(qū)播前灌水，待足墑后翻耕播種，人工除草，并及時(shí)防治病蟲害。播前底肥施磷酸二氫銨(18% N、46% P2O5)150 kg·hm-2、尿素(46% N)150 kg·hm-2，拔節(jié)期追施40%氮肥和磷肥，其他田間管理措施按常規(guī)方法進(jìn)行。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用等行距條播種植模式，行距為25 cm,人工播種量為300 kg·hm-2,試驗(yàn)小區(qū)面積72 m2(12 m×6 m)，四周設(shè)保護(hù)行，各小區(qū)間用混凝土筑埂相互隔離，混凝土埂埋深55 cm。試驗(yàn)設(shè)5個(gè)土壤水分調(diào)控下限和1個(gè)雨養(yǎng)灌溉(旱作)處理，分別記為W1、W2、W3、W4、W5、CK，采用隨機(jī)區(qū)組布置，每個(gè)處理重復(fù)3次。春青稞全生育期內(nèi)，當(dāng)試驗(yàn)小區(qū)土壤含水率達(dá)到或接近表1中所示土壤含水率下限時(shí)進(jìn)行灌水，灌水上限均為田間持水率，依據(jù)土壤容重、計(jì)劃濕潤(rùn)層深度(0.4 m)和土壤含水量計(jì)算每次灌水量。灌水方式為畦灌，用水表進(jìn)行精量控制。

圖1 試驗(yàn)?zāi)甓仍囼?yàn)地降水量、相對(duì)濕度和氣溫Fig.1 The precipitation, relative humidity and surface temperature

表1 全生育期不同灌溉處理土壤水分下限

注：θf(wàn)為田間持水率。

Note:θf(wàn)is the field capacity.

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 土壤水分 土鉆法取0～40 cm土層土樣，分0～10、10～20、20～30、30～40 cm 4個(gè)土層，播前1 d及播后全生育期內(nèi)每隔7 d取土，采用烘干法測(cè)土壤水分，最后取各土層含水量的加權(quán)平均值為0～40 cm土層土壤含水率。

1.3.2 耗水量、日耗水強(qiáng)度及耗水模系數(shù)

(1)耗水量采用水量平衡法計(jì)算，計(jì)算公式為：

(1)

式中,ETⅠ﹣Ⅱ?yàn)榇呵囡A段耗水量(mm)；i為土層序號(hào)；n為土層總數(shù)；ri為第i層土壤干容重(g·cm-3)；Hi為第i層土壤厚度(cm)；WiⅠ、WiⅡ分別為第i層土壤在階段始、末的質(zhì)量含水量(%)；M、P分別為階段內(nèi)灌水量和降雨量(mm)；K為階段內(nèi)地下水補(bǔ)給量(mm)，試驗(yàn)區(qū)地下水埋深大于10 m，故K=0；D為階段內(nèi)排水量(mm)，本試驗(yàn)灌水量小，灌水后經(jīng)測(cè)算土壤貯水量，發(fā)現(xiàn)無(wú)滲漏產(chǎn)生，故D=0。

(2)日耗水強(qiáng)度是表征植株群體在單位時(shí)間內(nèi)的耗水量，反映生育階段灌水、氣象對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育的綜合影響。日耗水強(qiáng)度為某一階段耗水量除以該階段持續(xù)的天數(shù)(mm·d-1)。

(3)耗水模系數(shù)為某一生育階段耗水量占全生育期總耗水量的比重，與生育階段持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)度及日耗水強(qiáng)度大小有關(guān)。

1.3.3 產(chǎn)量 收獲期在每小區(qū)選擇長(zhǎng)勢(shì)均勻的1 m×1 m樣方，單獨(dú)脫粒測(cè)產(chǎn)；每小區(qū)采樣20株，統(tǒng)計(jì)穗長(zhǎng)、單穗重、百粒重等產(chǎn)量構(gòu)成因素。

1.3.4 生長(zhǎng)指標(biāo) 在苗期、分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期、乳熟期、成熟期于每小區(qū)選取10株春青稞，利用直尺分別測(cè)定株高、葉面積(長(zhǎng)×寬×0.72)，其中葉面積相對(duì)增長(zhǎng)率為單位時(shí)間內(nèi)葉片面積的增長(zhǎng)速度(cm2·cm-2·d-1)。

1.3.5 地上干物重 在苗期、分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期、乳熟期、成熟期，每小區(qū)選取15株春青稞地上部分，并裝入牛皮袋于105℃的烘箱中殺青30 min，后調(diào)至80℃烘8 h后(干物質(zhì)量恒定后)測(cè)定干物重。

1.3.6 水分利用效率 水分利用效率是表征作物對(duì)水分利用程度的指標(biāo)，計(jì)算公式為：

WUE=Ya/ETa

(2)

式中，WUE表示作物水分利用效率(kg·m-3)；Ya為籽粒產(chǎn)量(kg·hm-2)；ETa為生育期耗水量(m3·hm-2)。

1.3.7 收獲指數(shù) 作物收獲指數(shù)是作物收獲時(shí)籽粒產(chǎn)量與生物產(chǎn)量的比值，能反映出作物品種產(chǎn)量水平和栽培成效，計(jì)算公式為：

HI=Ya/Sa

(3)

式中,HI表示作物收獲指數(shù)；Ya為籽粒產(chǎn)量(kg·hm-2)；Sa為地上干物重(kg· hm-2)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Office Excel 2010處理數(shù)據(jù)并作圖；用軟件SPSS 19.0進(jìn)行相關(guān)性分析，并用 LSD法進(jìn)行差異顯著性分析(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同土壤水分下限調(diào)控灌溉對(duì)春青稞生長(zhǎng)特性的影響

2.1.1 株高 由圖2可知，不同水分調(diào)控下限處理的春青稞株高變化趨勢(shì)一致，均表現(xiàn)為前期緩慢增長(zhǎng)、中期快速生長(zhǎng)、后期緩慢降低的趨勢(shì)。拔節(jié)期前各處理株高差異不顯著，之后迅速增長(zhǎng)；抽穗期W3、W4、W5處理的株高明顯大于W1、W2，說明抽穗期低水分調(diào)控下限對(duì)株高的促進(jìn)作用更顯著。至乳熟期，各處理株高達(dá)到峰值，以W1最大、CK最小，其他處理介于76.8～115.1 cm之間。成熟期，作物植株衰老，營(yíng)養(yǎng)器官生殖生長(zhǎng)加快，引起各處理的株高較乳熟期均有所降低，降幅分別為4.25%(W1)、7.05%(W2)、4.29%(W3)、1.77%(W4)、0.49%(W5)和18.49%(CK)。整體上，灌水處理促進(jìn)了春青稞株高生長(zhǎng)，其中抽穗期、乳熟期的株高較CK平均提高了37.28%和44.33%。此外，分析不同生育時(shí)期株高變化對(duì)水分下限的響應(yīng)發(fā)現(xiàn)，抽穗期、乳熟期較其他生育時(shí)期對(duì)水分變化響應(yīng)敏感。

注：SS：苗期；TS：分蘗期；JS：拔節(jié)期；HS：抽穗期；MS：乳熟期；RS：成熟期。誤差線表示平均值的標(biāo)準(zhǔn)誤(n=3)。不同字母表示同一生育期各處理在P<0.05水平上差異顯著,下同。Note: SS: seedling stage; TS: tillering stage; JS: jointing stage; HS: heading stage; MS: milky stage; RS: ripening stage. Error bars indicate the standard error for each date point (n=3). Different letters indicate significant difference in the same growth period among different treatments at P<0.05 level, the same below.圖2 不同水分處理對(duì)春青稞株高的影響Fig.2 Effects of water treatments on plant heightof spring highland barley

2.1.2 單株葉面積 由圖3可知，各處理的單株葉面積變化為先升高再降低。拔節(jié)期前各處理單株葉面積差異不顯著；抽穗期W1、W2及CK的葉面積達(dá)到生育期峰值，而W3、W4、W5葉面積峰值出現(xiàn)在乳熟期，但該時(shí)期W1、W2葉面積呈降低趨勢(shì)；乳熟期各處理葉面積變化表現(xiàn)出明顯的層次性，即隨著灌水下限的降低，單株葉面積逐漸增大。在抽穗～成熟期階段，W3處理的單株葉面積變化較為穩(wěn)定，且較其他處理葉面積衰減緩慢，利于光合產(chǎn)物積累。此外，該階段各處理的單株葉面積由大到小排序?yàn)椋篧5>W4>W3>CK>W2>W1，說明低水分調(diào)控下限能使春青稞葉片在生長(zhǎng)后期保持較高的發(fā)展水平，利于提高春青稞群體生產(chǎn)力。春青稞葉面積相對(duì)增長(zhǎng)變化如圖3所示。苗期～抽穗期各處理的葉面積相對(duì)增長(zhǎng)率逐漸增大，至抽穗期達(dá)到最大，其峰值介于0.75～1.13 cm2·cm-2·d-1之間，說明該階段春青稞營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)旺盛，各營(yíng)養(yǎng)器官增長(zhǎng)較快；抽穗期后W1、W2及CK葉面積相對(duì)生長(zhǎng)率率先出現(xiàn)負(fù)值，為-0.20 cm2·cm-2·d-1，而W3、W4、W5的葉片仍保持相對(duì)正增長(zhǎng)，其中以W4的相對(duì)生長(zhǎng)率最高。與拔節(jié)～抽穗階段相比，葉片相對(duì)生長(zhǎng)率顯著降低，以W3降幅最為明顯，為96.21%，W4次之(92.07%)。乳熟～成熟期所有處理的葉面積相對(duì)生長(zhǎng)率均為負(fù)值且負(fù)增長(zhǎng)顯著，表明抽穗期以后各灌水處理及對(duì)照(CK)的春青稞葉面積開始衰減，致使光合同化作用減弱。

2.2 不同土壤水分下限調(diào)控灌溉對(duì)春青稞耗水規(guī)律的影響

階段耗水量、耗水模系數(shù)和日耗水強(qiáng)度是分別從不同視角對(duì)春青稞耗水規(guī)律的表達(dá)[21]。從表2、3和表4可看出，春青稞全生育期耗水量總體變化呈現(xiàn)先升高后降低再回升的變化趨勢(shì)。各處理間全生育期W1的耗水量最大，為572.25 mm；旱作處理CK最小，較其他處理平均降低了52.5%，差異顯著；其他處理全生育期耗水量介于534.26～559.15 mm之間。W3、W4、W5處理下的耗水量則隨土壤水分調(diào)控下限的降低而減小，這與時(shí)學(xué)雙等[18]的研究結(jié)論一致。此外，W3、W4、W5較W1和W2均降低了全生育期耗水量，但差異不顯著。

圖3 不同水分處理對(duì)春青稞葉面積及其相對(duì)生長(zhǎng)率的影響Fig.3 Effects of water treatments on leaf area and leaf area relative growth rate of spring highland barley

總體上，全生育期各處理下的春青稞耗水強(qiáng)度、耗水模系數(shù)與耗水量變化趨勢(shì)一致，均在拔節(jié)期或抽穗期達(dá)到峰值，最大耗水強(qiáng)度為7.18 mm·d-1。W3、W4、W5較W1和W2春青稞耗水強(qiáng)度降低，但差異不顯著，全生育期耗水強(qiáng)度基本在5 mm·d-1左右浮動(dòng)，但較CK差異顯著。W1處理下的春青稞全生育期耗水強(qiáng)度最大 (4.93 mm·d-1)，CK最低(2.26 mm·d-1)；W3、W4、W5處理下的春青稞全生育期耗水強(qiáng)度變化趨勢(shì)與耗水量一致，即隨水分調(diào)控下限的降低而降低，但降幅不明顯。

2.3 不同土壤水分下限調(diào)控灌溉對(duì)春青稞干物質(zhì)積累的影響

由圖4可知，全生育內(nèi)各處理春青稞干物質(zhì)積累呈“S”型增長(zhǎng)模式，即生育前期和后期積累緩慢、中期較快。整體上，各生育階段不同處理間干物質(zhì)積累無(wú)顯著差異。但各處理對(duì)干物質(zhì)積累的影響不同，處理W1、W2、W3、W4、W5較CK提高了干物質(zhì)積累量，平均增幅13.95%，以抽穗期增幅最大，說明灌溉提高了春青稞干物質(zhì)積累量。抽穗至成熟期，W3處理下的春青稞物質(zhì)積累量始終最大，較CK平均提高了37.47%。與W1、W2相比，W3、W4、W5均不同程度地降低了各生育期干物質(zhì)積累量，但降幅較小。此外，隨著水分調(diào)控下限的降低，春青稞生長(zhǎng)后期的干物質(zhì)積累量也逐漸降低。至成熟期，各處理的干物質(zhì)積累量表現(xiàn)為：W3>W2>W4>W5>W1>CK，表明適宜的水分調(diào)控下限利于春青稞地上干物質(zhì)的積累。

表2 不同水分處理下春青稞各生育期耗水量/mm

注：同列不同字母表示各處理的均值(n=3)在P<0.05水平上差異顯著，下同。

Note: Different letters in same column indicate the mean value (n=3) significant different at theP<0.05 level, the same below.

表3 不同水分處理下春青稞各生育期耗水模系數(shù)/%

表4 不同水分處理下春青稞各生育期耗水強(qiáng)度/(mm·d-1)

2.4 不同土壤水分下限調(diào)控灌溉對(duì)春青稞產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

不同處理下的春青稞產(chǎn)量及其構(gòu)成因素如表5所示。由表5可知，W1、W2、W3、W4、W5處理下的百粒重、穗長(zhǎng)、穗粒數(shù)、單穗重較CK差異不顯著，說明本試驗(yàn)中灌水量并非是影響春青稞產(chǎn)量構(gòu)成的主導(dǎo)因素。處理CK的春青稞籽粒產(chǎn)量最低，為4 064.27 kg·hm-2，其他處理的產(chǎn)量隨著水分調(diào)控下限的變化而變化。其中，W2較W1增產(chǎn)10.39%，初步認(rèn)為百粒重、穗粒數(shù)、單穗重增加是W2產(chǎn)量提高的原因，W1、W2的產(chǎn)量與CK相比差異不顯著。

當(dāng)土壤水分調(diào)控下限介于45%～70%θf(wàn)之間時(shí)，春青稞籽粒產(chǎn)量隨水分調(diào)控下限的降低表現(xiàn)出先增加后減少的趨勢(shì)，且產(chǎn)量差異性由極顯著向無(wú)差異變化，說明水分調(diào)控下限降至70%θf(wàn)以下時(shí)，灌溉水量逐漸成為影響產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的主導(dǎo)因素之一[22]。W3、W4、W5分別較CK增產(chǎn)46.68%、53.46%、11.74%，平均增產(chǎn)率為37.29%。在W3、W4、W5三種處理中，W4的百粒重、穗長(zhǎng)、穗粒數(shù)、單穗重最高，且較W1、W2籽粒產(chǎn)量分別提高了34.68%、22.01%，說明全生育期55%～60%θf(wàn)水分調(diào)控下限并未給產(chǎn)量及其構(gòu)成因素產(chǎn)生負(fù)面影響。但當(dāng)水分調(diào)控下限降至45%～50%θf(wàn)時(shí)，產(chǎn)量及其構(gòu)成因素逐漸降低，這是由于土壤水分過度虧缺致使青稞生殖生長(zhǎng)出現(xiàn)不可逆危害，從而影響了籽粒產(chǎn)量。

圖4 不同水分處理對(duì)春青稞干物質(zhì)積累的影響Fig.4 Effects of water treatment on weight of dry matter of spring highland barley

表5 不同水分處理下春青稞產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

2.5 不同土壤水分下限調(diào)控灌溉對(duì)春青稞收獲指數(shù)和水分利用效率的影響

作物收獲指數(shù)是作物收獲時(shí)籽粒產(chǎn)量與生物產(chǎn)量的比值，能反映出作物品種特性和栽培成效。不同水分處理下的春青稞水分利用效率和收獲指數(shù)如表6所示。W1、W2處理下的水分利用效率較CK差異性極顯著，而收獲指數(shù)無(wú)差異。W2較W1提高了水分利用效率和收獲指數(shù)，但增幅不明顯。當(dāng)土壤水分調(diào)控下限由80%～85%θf(wàn)降至45%～50%θf(wàn)時(shí)，水分利用效率和收獲指數(shù)隨水分調(diào)控下限的降低而表現(xiàn)出先升高后降低的變化趨勢(shì)。其中，處理W4的水分利用效率最高，為1.15 kg·m-3，較W2、W1平均提高了32.95%。綜合試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，若灌水時(shí)期安排適當(dāng)，較低的灌水量條件下水分利用效率也會(huì)大幅提高[23]。

由表6可知，不同處理間的春青稞全生育期總灌水量差異不顯著。當(dāng)水分調(diào)控下限降至75%θf(wàn)以下時(shí)，全生育期總灌水量逐漸降低，但降幅不明顯。其中，W5的全生育期總灌水量最低，為 238.57 mm，較W1降低了47 mm。整體上，W3、W4、W5處理下的春青稞全生育期平均總灌水量為248.46 mm，較W1、W2平均降低了21 mm。試驗(yàn)表明，林芝河谷地區(qū)春青稞全生育期總灌水量約在238～285 mm之間，平均總灌水量為256.7 mm。

表6 不同水分處理?xiàng)l件下春青稞收獲指數(shù)及水分利用效率

3 討 論

3.1 春青稞生長(zhǎng)變化對(duì)土壤水分下限調(diào)控的響應(yīng)

作物株高、葉片生長(zhǎng)與土壤水分含量及生育階段相關(guān)，適宜的土壤水分對(duì)作物正常生長(zhǎng)及發(fā)育至關(guān)重要。作物對(duì)水分變化的長(zhǎng)期自我調(diào)控，將影響植株高度、葉面積、莖粗等[24]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，不同水分調(diào)控下限對(duì)春青稞株高、葉面積形成均有影響，尤其對(duì)中后期的生長(zhǎng)影響尤為顯著。各灌水處理較雨養(yǎng)灌溉顯著促進(jìn)了春青稞株高的生長(zhǎng)，其中抽穗期、乳熟期的株高較雨養(yǎng)灌溉平均提高了37.28%和44.33%。當(dāng)土壤水分脅迫下限由65%～70%θf(wàn)降至45%～50%θf(wàn)時(shí)，春青稞株高、葉面積未明顯表現(xiàn)出隨水分調(diào)控下限的降低而出現(xiàn)升高或減小的規(guī)律。時(shí)學(xué)雙等[18]研究認(rèn)為全生育期水分脅迫處理下的春青稞株高較充分灌溉處理的低，然而本試驗(yàn)抽穗期水分脅迫處理W3、W4、W5株高反而大于充分灌水處理W1、W2，并以W4處理最高(102.7 cm)，且較W1、W2分別提高了11.56%和4.31%，說明抽穗期土壤水分含量過高并不利于試驗(yàn)區(qū)春青稞株高增長(zhǎng)，同時(shí)也進(jìn)一步證明了春青稞株高變化除受水分影響外，還與生育階段有關(guān)。乳熟～成熟階段，各處理株高均呈下降趨勢(shì)，降幅以CK最大(18.49%)。其中，水分脅迫處理W4、W5降幅較充分灌水處理W1、W2小，說明45%～60%θf(wàn)的灌水下限處理的春青稞在生長(zhǎng)后期仍能保持較高的植株高度。

全生育期各處理的春青稞單株葉面積變化與株高類似，總體均呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì)，且峰值均出現(xiàn)在抽穗～乳熟階段。然而，單株葉面積變化對(duì)不同水分處理的響應(yīng)存在差異，W1、W2及CK的葉面積峰值出現(xiàn)在抽穗期，水分脅迫處理W3、W4、W5出現(xiàn)在乳熟期。在抽穗～乳熟階段，W1、W2的單株葉面積顯著降低，且葉面積相對(duì)生長(zhǎng)率出現(xiàn)負(fù)值，為-0.20 cm2·cm-2·d-1；而W3、W4、W5總體呈上升趨勢(shì)，即葉片仍保持相對(duì)正增長(zhǎng)，表明水分脅迫處理W3、W4、W5較充分灌水處理W1、W2保持了較高的灌漿水平，光合同化作用較強(qiáng)，這與黃彩霞等[25]研究結(jié)論一致；乳熟期所有處理的葉片均表現(xiàn)出衰減跡象，葉面積相對(duì)生長(zhǎng)率呈顯著負(fù)增長(zhǎng)?？傮w上，生長(zhǎng)后期W3、W4、W5處理的單株葉面積大于W1、W2，表明水分脅迫在一定程度上能延緩葉片衰老，使春青稞葉面積在生長(zhǎng)后期仍保持較高的水平，利于積累光合產(chǎn)物。

3.2 春青稞耗水變化對(duì)土壤水分下限調(diào)控的響應(yīng)

作物生長(zhǎng)與水密切相關(guān)，其耗水途徑主要包括植株蒸騰、棵間蒸發(fā)。受作物種類、生長(zhǎng)發(fā)育階段、氣候條件及農(nóng)田水分狀況等影響，不同作物或同一作物不同階段的耗水規(guī)律存在差異。苗期春青稞株體小、地面覆蓋度低，空氣溫度不高、降水少(圖1)，故耗水量、耗水強(qiáng)度低；至拔節(jié)～抽穗階段，春青稞株高、葉片生長(zhǎng)活動(dòng)旺盛，同時(shí)氣溫升高、葉片氣孔開度大，加之降水增加，使春青稞蒸騰耗水增大；抽穗期后，春青稞生殖發(fā)育逐漸取代生長(zhǎng)發(fā)育，其生長(zhǎng)速率減緩，光合作用降低，進(jìn)而蒸騰耗水減少；成熟期，降雨量急劇增加使土壤長(zhǎng)期濕潤(rùn)，且空氣溫度升至生育期峰值，加之試驗(yàn)區(qū)土壤耕作層淺薄，致使土面蒸發(fā)強(qiáng)烈，進(jìn)而引起春青稞耗水量及耗水強(qiáng)度再次升高，這是引起本試驗(yàn)春青稞全生育期耗水量、耗水強(qiáng)度總體均呈現(xiàn)“先升高后降低再回升”的變化趨勢(shì)的主要原因。此外，田德龍等[12]、徐冰[13]也得出相似結(jié)論。

有研究認(rèn)為，在作物及其種植方式、氣候因素相同的條件下，灌水充分，則作物耗水量增加[17]。本試驗(yàn)結(jié)果表明：與旱作相比，灌溉條件下春青稞耗水量及耗水強(qiáng)度受灌水量影響較大，即隨著灌水量增大，作物耗水量增加。受階段性干旱影響，土壤相對(duì)干燥，棵間蒸發(fā)強(qiáng)度減弱，土壤毛管傳導(dǎo)度降低，致使雨養(yǎng)灌溉下春青稞根系吸水受阻[26]。此外，干旱加速了葉片衰老，引起葉片持綠性下降及葉面捕光能力降低，且使氣孔水分?jǐn)U散阻力增加，導(dǎo)致光合速率[11,27-28]減弱，進(jìn)而降低了作物蒸騰耗水，使CK處理的春青稞生育期耗水量、耗水強(qiáng)度最低，分別為262.50 mm、2.26 mm·d-1。W1處理的春青稞生育期總耗水量最大，主要原因?yàn)樵撎幚磔^其他處理灌水頻繁，田面時(shí)常濕潤(rùn)，受溫度和太陽(yáng)輻射影響，土壤無(wú)效蒸發(fā)相對(duì)增加，且該處理下的青稞株體較其他處理生長(zhǎng)旺盛，致使作物耗水量及耗水強(qiáng)度增大。當(dāng)土壤水分調(diào)控下限降至65%～70%θf(wàn)以下時(shí)[18]，作物微觀表現(xiàn)為水分脅迫抑制了細(xì)胞伸長(zhǎng)；宏觀表現(xiàn)為減緩了葉片伸展速率，致使葉片受光面積減小，光合勢(shì)下降，影響葉片蒸騰強(qiáng)度。同時(shí)，水分脅迫降低了植株群體蒸騰面積[22,29-31]。這些因素共同作用勢(shì)必會(huì)引起W3、W4、W5處理下的春青稞耗水量較W1的低。本研究發(fā)現(xiàn)，春青稞全生育期耗水量、耗水強(qiáng)度均隨水分調(diào)控下限的降低而降低，其中處理W5的耗水量、耗水強(qiáng)度最低。此外，不同生育期水分脅迫對(duì)春青稞生長(zhǎng)及產(chǎn)量會(huì)產(chǎn)生影響，但就試驗(yàn)區(qū)春青稞生長(zhǎng)對(duì)水分脅迫敏感的生育時(shí)期及其需水規(guī)律還需進(jìn)一步研究。

3.3 春青稞干物質(zhì)積累及產(chǎn)量對(duì)土壤水分下限調(diào)控的響應(yīng)

有研究認(rèn)為，水分是影響作物干物質(zhì)積累的重要因子[32]。宋霄君等[33]研究表明，水分脅迫下春小麥?zhǔn)斋@期的營(yíng)養(yǎng)器官干物重較大。張步翀[34]研究得出，適度適期的水分脅迫利于春小麥地上干物質(zhì)的積累。本研究結(jié)果表明，灌水處理較旱作處理顯著提高了春青稞干物質(zhì)積累量。抽穗至成熟期，W3處理下的春青稞干物質(zhì)積累量始終最大，其干物質(zhì)生長(zhǎng)速率分別較充分灌水(W1與W2的均值)處理及CK提高了14.83% 和35.53%。因全生育期土壤水分變化的累積效應(yīng)影響，成熟期各處理的干物質(zhì)積累量為W3>W2>W4>W5>W1>CK，表明水分脅迫處理的干物質(zhì)積累量及積累速率隨水分脅迫程度的加重而降低，這與張殿忠等[35]研究結(jié)論一致。而李玉慶等[36]利用青稞生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)模型模擬認(rèn)為土壤水分脅迫下的春青稞干物質(zhì)積累變化呈非線性，這可能與作物品種特性及生態(tài)條件的差異有關(guān)，而關(guān)于不同品種或不同生境下的春青稞干物質(zhì)積累動(dòng)態(tài)及其對(duì)水分脅迫的響應(yīng)，需進(jìn)一步定量研究。

適宜的水分調(diào)控下限能改善土壤水分生境，為青稞生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量形成創(chuàng)造良好的條件。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，CK處理的春青稞籽粒產(chǎn)量最低，僅為4 064.27 kg·hm-2；比較W1與W2，發(fā)現(xiàn)當(dāng)灌水下限降至75%～80%θf(wàn)時(shí)，全生育期耗水量、灌溉量分別降低了13.10 mm和33.32 mm，而春青稞籽粒產(chǎn)量顯著增加，增幅為10.39%。從產(chǎn)量構(gòu)成角度分析，灌水下限由80%～85%θf(wàn)降至75%～80%θf(wàn)時(shí)，青稞穗長(zhǎng)稍有縮短，但百粒重、穗粒數(shù)、單穗重均提高，這是處理W2籽粒產(chǎn)量提高的主要原因。

有研究表明，水分脅迫在一定程度上能增強(qiáng)作物的抗逆性[37-39]，誘發(fā)反沖機(jī)制，發(fā)揮增益作用，促進(jìn)群體生長(zhǎng)率和光合凈同化率，增加籽粒干物質(zhì)積累，從而提高作物籽粒產(chǎn)量[30-31]。本試驗(yàn)研究表明，W3、W4、W5較CK具有增產(chǎn)作用，且隨著土壤水分下限的降低，籽粒產(chǎn)量、百粒重、穗長(zhǎng)、穗粒數(shù)、單穗重均表現(xiàn)為先增加再降低的趨勢(shì)，但只有籽粒產(chǎn)量差異性顯著，說明灌水量是影響產(chǎn)量的主導(dǎo)因素之一，而非影響產(chǎn)量構(gòu)成的唯一主導(dǎo)因素。此外，水分脅迫處理減少了春青稞全生育期耗水和灌水量(表1、表6)以及灌水次數(shù)，這進(jìn)一步說明林芝河谷春青稞生產(chǎn)具有節(jié)水的潛力。其中，當(dāng)土壤水分調(diào)控下限降至55%～60%θf(wàn)時(shí)，春青稞籽粒產(chǎn)量最高，為6 237.05 kg·hm-2，較CK增產(chǎn)2 172.78 kg·hm-2，增產(chǎn)率達(dá)53.46%，主要原因?yàn)樵嚥钠贩N“喜馬拉22號(hào)”抗逆性及耐旱性強(qiáng)[40-44]，水分脅迫下的氣孔開度和光合速率能保持較高水平[22]，適當(dāng)水分脅迫后及時(shí)復(fù)水能促進(jìn)春青稞的生長(zhǎng)發(fā)育，并增強(qiáng)作物的抗逆性[18]及提高作物群體生長(zhǎng)率和光合凈同化率[21]，從而提高作物籽粒產(chǎn)量，說明作物補(bǔ)償生長(zhǎng)效應(yīng)顯著。當(dāng)土壤水分調(diào)控下限降至50%θf(wàn)以下時(shí)，春青稞產(chǎn)量及其構(gòu)成因素受水分虧缺影響開始下降。

3.4 春青稞水分利用效率、收獲指數(shù)對(duì)土壤水分下限調(diào)控的響應(yīng)

青稞具有一定抗旱性和節(jié)水潛力，而水分利用效率更是具有較大的提升空間[45]。研究發(fā)現(xiàn)，75%～80%θf(wàn)的水分調(diào)控下限較80%～85%θf(wàn)水分調(diào)控下限，春青稞節(jié)水率和水分利用效率分別提高了12%、11%。旱作處理下的春青稞收獲指數(shù)和水分利用效率要比80%～85%θf(wàn)、75%～80%θf(wàn)水分下限的高，但籽粒產(chǎn)量明顯降低，減產(chǎn)率分別為12.24%和20.50%，說明經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量與水分利用效率不具有同步性，較高的產(chǎn)量往往需要消耗更多的水分，而干旱可獲得較高的水分利用效率，但對(duì)產(chǎn)量提高不利。

當(dāng)灌水下限的降低使春青稞生長(zhǎng)因缺水而受不同程度的脅迫時(shí)，水分利用效率和收獲指數(shù)均隨土壤水分調(diào)控下限的降低表現(xiàn)出先升高后降低的變化特征。其中，當(dāng)土壤水分調(diào)控下限降至55%～60%θf(wàn)時(shí)，春青稞水分利用效率和作物收獲指數(shù)分別為1.15 kg·m-3和0.40，明顯高于灌水下限為75%～85%θf(wàn)時(shí)的0.82～0.91 kg·m-3和0.28～0.30；當(dāng)土壤水分調(diào)控下限降至50%θf(wàn)以下時(shí)，春青稞收獲指數(shù)顯著降低，但水分利用效率降幅不明顯。

本研究中，土壤水分調(diào)控水平的變化對(duì)春青稞全生育期總灌水量和耗水量影響不顯著，但水分利用效率對(duì)水分調(diào)控下限的響應(yīng)表現(xiàn)出一定的規(guī)律性：即隨土壤水分調(diào)控下限的降低，水分利用效率先緩慢升高后逐漸降低，主要原因?yàn)樵诤乃坎町惒伙@著的情況下，春青稞籽粒產(chǎn)量隨土壤水分調(diào)控下限的降低而逐漸上升，至55%～60%θf(wàn)水分調(diào)控下限時(shí)達(dá)到最大，此后又隨著水分調(diào)控下限的降低而降低。而時(shí)學(xué)雙等[18]在日喀則地區(qū)研究發(fā)現(xiàn)同樣的水分脅迫水平在重度水分脅迫向極度水分脅迫變化時(shí)，水分利用效率下降。綜上認(rèn)為，處理W4在較少的灌溉水量下，春青稞籽粒產(chǎn)量和水分利用效率最優(yōu)。從節(jié)水增產(chǎn)的角度出發(fā)，基于本試驗(yàn)環(huán)境下林芝河谷地區(qū)春青稞穩(wěn)產(chǎn)或增產(chǎn)的虧缺灌溉下限不應(yīng)低于55%～60%θf(wàn)。

4 結(jié) 論

本研究以林芝河谷春青稞為研究對(duì)象，主要探究了高原生境下全生育期不同土壤水分調(diào)控下限對(duì)春青稞生長(zhǎng)、耗水及產(chǎn)量的影響，主要結(jié)論如下：

1)全生育期土壤水分調(diào)控灌溉對(duì)林芝河谷春青稞中后期的株高、葉面積影響顯著。抽穗期水分脅迫處理的株高大于充分灌水處理，以處理W4最大，為102.7 cm。乳熟期春青稞單株葉面積隨灌水下限的降低而逐漸增大，即水分脅迫延緩了葉面積衰減速率。

2)春青稞生育期總耗水量隨土壤水分調(diào)控下限的降低直線下降，耗水強(qiáng)度在5 mm·d-1左右浮動(dòng)。與W1、W2處理相比，W3、W4、W5處理降低了春青稞耗水量和耗水強(qiáng)度。

3)成熟期各處理的春青稞干物質(zhì)積累量排序?yàn)椋篧3>W2>W4>W5>W1>CK，表明水分脅迫條件下的干物質(zhì)積累量隨水分脅迫程度的加重而減少。水分利用效率和收獲指數(shù)均隨土壤水分調(diào)控下限的降低而先升高后降低。綜合發(fā)現(xiàn)，55%～60%θf(wàn)的水分調(diào)控下限能在較小的灌水量下獲得最大的產(chǎn)量(6 237.05 kg·hm-2)和較高的水分利用效率(1.15 kg·m-3)。基于此，本試驗(yàn)條件下林芝河谷春青稞全生育期土壤水分調(diào)控下限為55%～60%θf(wàn)時(shí)節(jié)水增產(chǎn)效益顯著。