胡宏遠(yuǎn)，南學(xué)軍，馬國(guó)飛*

(1.中國(guó)氣象局 旱區(qū)特色農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警與風(fēng)險(xiǎn)管理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，寧夏 銀川 750002；2.寧夏氣象科研所，寧夏 銀川 750002)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，糧食安全問(wèn)題已成為21世紀(jì)人類面臨最嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)之一，充足的糧食供應(yīng)是保障和諧社會(huì)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，而區(qū)域糧食供需平衡是確保國(guó)家糧食安全的重要前提[1]。2021年6月1日，《中華人民共和國(guó)鄉(xiāng)村振興促進(jìn)法》正式施行，將“糧食安全戰(zhàn)略”寫進(jìn)法律，用法律武器保障國(guó)家糧食安全。小麥作為世界最重要的糧食作物之一，其總面積、產(chǎn)量及貿(mào)易額均居糧食作物之首，是世界35%人口的主要糧食作物。在我國(guó)，小麥?zhǔn)堑谌蠹Z食作物，僅次于水稻和玉米，常年種植面積在2400萬(wàn)hm2以上，總產(chǎn)量超過(guò)1.15億t，約占糧食作物產(chǎn)量的20%，有超過(guò)50%的人口以小麥為主要糧食，小麥生產(chǎn)的穩(wěn)定發(fā)展、產(chǎn)量高低及品質(zhì)優(yōu)劣對(duì)保障糧食安全和人民生活水平的提高具有極其重要的意義[2-3]。因此，在新時(shí)代新發(fā)展環(huán)境條件下，探究小麥生產(chǎn)安全、提質(zhì)增產(chǎn)具有重要意義。

中國(guó)北方特別是西北地區(qū)水資源嚴(yán)重短缺，加之灌溉用水利用率低，干旱缺水問(wèn)題已成為制約當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要瓶頸[4]。小麥作為我國(guó)北方地區(qū)的重要糧食作物，雖然具有較強(qiáng)的抗旱能力，但區(qū)域干旱缺水已成為該地區(qū)小麥生產(chǎn)的主要因素之一[5]。寧夏地處我國(guó)西北內(nèi)陸，降水稀少且時(shí)空分布不均，有“十年九旱”之說(shuō)，而北部引黃灌區(qū)位于黃河中上游，具有地勢(shì)平坦、土壤肥沃、有效積溫高等得天獨(dú)厚的地理和氣候條件優(yōu)勢(shì)，歷來(lái)自流灌溉、取水便利、有天下黃河富寧夏之“塞上江南”之美譽(yù)[6]，該區(qū)域農(nóng)作物病蟲害輕，又有豐富的黃河水資源，為無(wú)公害、優(yōu)質(zhì)糧食生產(chǎn)奠定了良好的基礎(chǔ)條件[7]。近年來(lái)，寧夏自治區(qū)政府將優(yōu)質(zhì)糧食作為全區(qū)13個(gè)優(yōu)勢(shì)特色產(chǎn)業(yè)之一[8]，又通過(guò)實(shí)施“優(yōu)質(zhì)糧食工程”，保障全區(qū)優(yōu)質(zhì)糧食生產(chǎn)[9]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2019年寧夏小麥種植面積達(dá)107773 hm2，占糧食作物播種面積的15.91%，產(chǎn)量34.6145萬(wàn)t，占糧食總產(chǎn)的9.28%，單位面積產(chǎn)量3212.0 kg/hm2，占糧食單位面積產(chǎn)量的58.30%，灌區(qū)已成為主要的糧食生產(chǎn)基地，對(duì)寧夏糧食生產(chǎn)作出了重大貢獻(xiàn)[10]。

寧夏頭水灌溉一般在4月中下旬，灌區(qū)春小麥正值3葉期到分蘗期，也是幼穗分化的關(guān)鍵期，對(duì)水分極其敏感，此期水分缺乏會(huì)造成分蘗和穗粒數(shù)減少而影響小麥的產(chǎn)量。針對(duì)頭水灌溉前人也開(kāi)展了相關(guān)研究，馬金虎等[11]研究表明，在4月25日前后進(jìn)行頭水灌溉試驗(yàn)，常規(guī)4次灌水能滿足小麥各時(shí)期正常生長(zhǎng)發(fā)育而獲得高產(chǎn)。馬文禮等[12]將寧夏灌區(qū)頭水灌溉時(shí)間提早2周，在對(duì)株高無(wú)影響的前提下，延長(zhǎng)了小麥生育期，促進(jìn)了分蘗，增加了小麥的穗數(shù)。

前人的研究用科學(xué)的方法進(jìn)一步闡明了頭水灌溉對(duì)小麥生產(chǎn)的重要意義，但針對(duì)寧夏小麥頭水灌溉系統(tǒng)性的研究鮮為報(bào)道。因此，本文在前人研究的基礎(chǔ)上，探究不同頭水灌溉時(shí)間對(duì)寧夏灌區(qū)春小麥生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量的影響，旨在進(jìn)一步明確頭水灌溉的時(shí)間，為提高水分利用效率，提質(zhì)增效、提質(zhì)增產(chǎn)奠定理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)于2019年在寧夏銀川永寧縣望洪鎮(zhèn)西和村進(jìn)行，試驗(yàn)地處引黃灌區(qū)中部，屬中溫帶干旱氣候區(qū)，大陸性氣候特征明顯。年平均氣溫9.6 ℃，夏季各月平均氣溫在20 ℃以上，日較差13.6 ℃，≥10 ℃平均積溫3626.3 ℃·d，無(wú)霜期平均166 d，年日照時(shí)數(shù)2892.3 h。前茬作物為玉米，供試品種為永春4號(hào)，播量262.5 kg/hm2，行距10 cm，試驗(yàn)過(guò)程中田間管理保持與大田一致。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，小區(qū)面積24 m2(4 m×6 m)，3次重復(fù)，小區(qū)間及保護(hù)行間鋪設(shè)1.0 m深塑料膜，以防止水分下滲及徑流。試驗(yàn)于小麥分蘗期開(kāi)始處理，以大田常規(guī)灌溉為對(duì)照(CK)，按照不同灌水時(shí)間設(shè)置：提前1 d灌頭水(T1)、提前5 d灌頭水(T2)、提前10 d頭水(T3)、推遲11 d灌頭水(T4)4個(gè)處理，詳細(xì)設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 株高及密度測(cè)定 采用定點(diǎn)標(biāo)記法，每隔5 d，隨機(jī)選取10株小麥，3次重復(fù)，用直尺測(cè)定株高。

孕穗期前每隔5 d，每小區(qū)隨機(jī)選取3行，分別測(cè)定每平方米的分蘗數(shù)和行數(shù)，孕穗期后測(cè)定每行總莖數(shù)，3次重復(fù)，并計(jì)算密度(莖/m2)。

1.3.2 干物質(zhì)積累和灌漿速率測(cè)定 在關(guān)鍵生育時(shí)期隨機(jī)選取生長(zhǎng)一致的植株10株，重復(fù)3次，置于烘箱105 ℃殺青，隨后在75 ℃條件下烘至恒重，用電子天平稱取干重。

自花后10 d后開(kāi)始，每隔5 d，隨機(jī)選取10株麥穗，重復(fù)3次，待在實(shí)驗(yàn)室烘干后，測(cè)定穗粒數(shù)和穗粒重，計(jì)算千粒重。

灌漿速率/[g/(1000粒·d)]為該時(shí)段千粒重與前期千粒重差值，除以間隔天數(shù)。

1.3.3 測(cè)產(chǎn)及考種 小麥成熟后，隨機(jī)選取有代表性植株30株進(jìn)行考種，考種項(xiàng)目包括：穗長(zhǎng)、穗粒重、穗數(shù)、千粒重、莖稈重、小穗數(shù)、不孕小穗率等指標(biāo)，產(chǎn)量為各小區(qū)實(shí)測(cè)產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2003和SPSS 10.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及作圖，不同處理之間多重比較采用Duncan新復(fù)極差法。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同頭水灌溉時(shí)間對(duì)寧夏灌區(qū)春小麥株高的影響

由圖1表明，不同頭水灌溉時(shí)間處理下，灌區(qū)春小麥株高在18.00～86.26 cm，且在6月6日達(dá)到最大值。不同處理?xiàng)l件下小麥株高依次為T2>T3>T1>CK>T4，與CK相比，T1、T2、T3處理的株高分別增加了3.46%、9.58%、8.66%，T4處理的株高減少了19.55%，各處理與CK均存在顯著差異(P<0.05)。

圖1 不同頭水灌溉時(shí)間對(duì)寧夏灌區(qū)春小麥株高的影響

2.2 不同頭水灌溉時(shí)間對(duì)寧夏灌區(qū)春小麥密度的影響

由圖2表明，各處理春小麥的密度變化均呈現(xiàn)先升高后下降趨勢(shì)，前期增加較快，后期趨于平緩。不同處理?xiàng)l件下，小麥密度由大到小依次為T3>CK>T2>T1>T4，與CK相比，T3處理的密度增加了52.60%，T1、T2、T4處理的密度依次減少了15.33%、0.37%、47.18%，各處理與CK差異均達(dá)顯著差異(P<0.05)水平。

圖2 不同頭水灌溉時(shí)間對(duì)寧夏灌區(qū)春小麥密度的影響

2.3 不同頭水灌溉時(shí)間對(duì)寧夏灌區(qū)春小麥干物質(zhì)積累的影響

由圖3表明，不同處理?xiàng)l件下春小麥地上部干重、鮮重變化整體呈現(xiàn)先升高后下降趨勢(shì)，6月21日(乳熟期)均達(dá)到最大值。與CK相比，T1、T2、T3處理的鮮重分別增加了1.18%、5.44%和12.05%，T4處理減少37.93%；T1、T2、T3處理的干重分別增加了5.94%、12.70%和29.32%，T4處理干重減少18.53%。T3處理的地上部鮮重和干重均顯著高于CK(P<0.05)，且增速最快，T4處理的地上部鮮重和干重最低，且與CK差異顯著(P<0.05)，增速最慢，其他處理間差異不顯著(P<0.05)。

圖3 不同頭水灌溉時(shí)間對(duì)寧夏灌區(qū)春小麥地上部干重、鮮重的影響

2.4 不同頭水灌溉時(shí)間對(duì)寧夏灌區(qū)春小麥灌漿速率的影響

由圖4表明，不同處理間寧夏灌區(qū)春小麥灌漿速率呈現(xiàn)“降-升-降”變化趨勢(shì)，且在6月26日(乳熟后期)達(dá)到最大值。與CK相比，T1、T2、T3、T4處理的灌漿速率分別下降0.29%、11.74%、7.48%、4.12%。不同處理間的灌漿速率存在明顯差異，其中，T4處理在花后10～15 d的灌漿速率維持在較高水平，且顯著(P<0.05)高于其他處理，其次為CK和T2處理。隨后三者灌漿速率均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。處理開(kāi)始時(shí)T1和T3處理的灌漿速率較低，隨著生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)程的推進(jìn)，其灌漿速率開(kāi)始持續(xù)增加，于6月26日(乳熟后期)灌漿速率達(dá)最大，且與其他處理差異達(dá)到顯著水平(P<0.05)。各處理在花后15～20 d，其灌漿速率迅速下降，其中T4處理下降最明顯，其次為T1處理，二者差異顯著(P<0.05)，其他處理間差異不顯著(P<0.05)。

圖4 不同頭水灌溉時(shí)間對(duì)寧夏灌區(qū)春小麥灌漿速率的影響

2.5 不同頭水灌溉時(shí)間對(duì)寧夏灌區(qū)春小麥產(chǎn)量的影響

2.5.1 不同頭水灌溉時(shí)間對(duì)寧夏灌區(qū)春小麥產(chǎn)量構(gòu)成要素的影響 由表1表明，T2和T3處理的穗長(zhǎng)、穗重、莖稈重、小穗數(shù)、穗粒數(shù)、穗粒重均顯著(P<0.05)高于CK。與相比CK，T2處理分別增加了11.90%、14.62%、32.44%、5.94%、22.85%、20.05%，T3處理分別增加了12.70%、25.09%、39.19%、14.18%、26.89%、32.64%。其中，穗重、小穗數(shù)、穗粒重以T3處理顯著(P<0.05)高于T2。相比于CK，T4處理的穗長(zhǎng)、穗重、莖稈重、小穗數(shù)、穗粒數(shù)、穗粒重分別減少了24.60%、30.99%、28.53%、12.84%、41.18%、27.71%，且與CK達(dá)到顯著(P<0.05)差異水平。T1處理的小穗數(shù)、穗粒數(shù)、穗粒重與CK之間達(dá)到差異顯著(P<0.05)水平。不孕小穗數(shù)、不孕小穗率以T4處理最大，且顯著(P<0.05)高于其他處理，T2、T3處理則顯著(P<0.05)低于CK，T1處理的不孕小穗率與CK差異不顯著(P<0.05)。T4處理的千粒重最大，且顯著(P<0.05)高于其他處理，T1、T2、T3處理則顯著(P<0.05)低于CK，各處理間均達(dá)到顯著差異(P<0.05)。T2、T3處理的穗稈比顯著(P<0.05)低于其他處理，其他處理間的差異不顯著(P<0.05)。

表1 不同頭水灌溉時(shí)間對(duì)寧夏灌區(qū)春小麥產(chǎn)量構(gòu)成要素的影響

2.5.2 不同頭水灌溉時(shí)間對(duì)寧夏灌區(qū)春小麥產(chǎn)量的影響 由表2可知，在不同處理?xiàng)l件下小麥理論產(chǎn)量和實(shí)際產(chǎn)量差異較大。其中，理論產(chǎn)量由高到低依次為T2>T3>T1>CK>T4，與CK相比，T1、T2、T3分別增產(chǎn)2.27%、31.39%、21.83%，T4處理則減產(chǎn)41.54%。方差分析結(jié)果表明：T1與CK處理差異不顯著(P<0.05)，二者與其他處理均達(dá)到差異顯著(P<0.05)水平，T4處理的理論產(chǎn)量則顯著(P<0.05)低于其他處理。實(shí)際產(chǎn)量由高到低依次為T3>T2>T1>CK>T4，與CK相比，T1、T2、T3分別增產(chǎn)0.23%、11.46%、18.75%，T4處理則減產(chǎn)21.98%。T1與CK差異不顯著(P<0.05)，其他各處理間均達(dá)到差異顯著(P<0.05)水平。

表2 不同頭水灌溉時(shí)間對(duì)寧夏灌區(qū)春小麥產(chǎn)量的影響

2.5.3 不同頭水灌溉時(shí)間對(duì)寧夏灌區(qū)春小麥產(chǎn)量結(jié)構(gòu)及產(chǎn)量相關(guān)性分析 由表3可知，除小麥千粒重與其他產(chǎn)量結(jié)構(gòu)要素、莖稈重和小穗數(shù)二者與穗稈比之間相關(guān)性不顯著(P<0.05)，穗稈比與穗長(zhǎng)相關(guān)性顯著(P<0.05)外，其他產(chǎn)量結(jié)構(gòu)之間均呈現(xiàn)極顯著(P<0.01)相關(guān)關(guān)系。產(chǎn)量相關(guān)性分析表明，穗稈比、千粒重與產(chǎn)量之間呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系，且差異不顯著(P<0.05)，其他產(chǎn)量結(jié)構(gòu)要素與產(chǎn)量間相關(guān)性均達(dá)到極顯著水平(P<0.01)，其中，不孕小穗率與產(chǎn)量之間存在極顯著(P<0.01)負(fù)相關(guān)，其他指標(biāo)與產(chǎn)量間均存在極顯著(P<0.01)正相關(guān)。

表3 不同頭水灌溉時(shí)間對(duì)寧夏灌區(qū)小麥產(chǎn)量結(jié)構(gòu)及產(chǎn)量相關(guān)性分析

3 討論

小麥灌頭水后，開(kāi)始進(jìn)入旺盛生長(zhǎng)階段，該時(shí)期作為營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)與生殖生長(zhǎng)的并進(jìn)期，也是幼穗分化時(shí)期，對(duì)水分的需求量急劇增加，土壤水分直接影響有效小穗數(shù)和穗粒數(shù)的分化[13-14]。研究表明，分蘗期、拔節(jié)期適當(dāng)灌溉，能促進(jìn)小麥葉片早發(fā)、早分蘗、生根，提高水分利用效率，增加光合作用和光合產(chǎn)物積累和轉(zhuǎn)運(yùn)，群體光合能力的大小反映了干物質(zhì)積累多少及供給籽粒實(shí)體的營(yíng)養(yǎng)高低，最終決定了產(chǎn)量的高低。在干物質(zhì)積累量的大小受群體結(jié)構(gòu)、密度、葉面積和土壤水分等諸多制約因子中，仍以水分占主導(dǎo)作用[15]。而缺灌頭水導(dǎo)致減產(chǎn)幅度最大達(dá)13.48%，缺灌拔節(jié)水減產(chǎn)幅度較小為4.35%[16]，試驗(yàn)研究表明：不同處理?xiàng)l件下，小麥株高均在6月6日達(dá)到最大值，提前灌頭水均能顯著提高小麥株高，而推遲灌水能顯著降低小麥株高。提前10 d灌頭水能顯著提高小麥密度，且密度最先達(dá)到最大值，提前1 d、5 d灌頭水均能顯著降低小麥密度。提前灌頭水均能顯著增加小麥鮮重、干重，且隨著提前時(shí)間的增加而增加。不同處理灌漿速率在6月26日均達(dá)到最大值，隨后開(kāi)始下降，但各處理的灌漿速率變化程度不同。其中T3和T1處理的小麥灌漿速率整體呈上升趨勢(shì)，達(dá)到極值后，T1處理下降幅度較大，而T3處理在下降的同時(shí)維持在較高水平，且變化平緩。T2處理灌漿速率在前期有下降趨勢(shì)，達(dá)到極值后，開(kāi)始下降且維持在較高水平。T4處理的灌漿速率波動(dòng)最大，前期較好，達(dá)到極值后，速率最低。

提前灌頭水均能顯著提高小麥穗長(zhǎng)、穗重、莖稈重、小穗數(shù)、穗粒數(shù)、穗粒重，一定程度上能顯著降低不孕小穗數(shù)、不孕小穗率、穗稈比，延遲灌頭水不利于小麥生長(zhǎng)。其中，T3處理的效果最理想，均能顯著增加小麥穗長(zhǎng)、穗重、莖稈重、小穗數(shù)、穗粒數(shù)、穗粒重，能顯著降低不孕小穗數(shù)、不孕小穗率、穗稈比，千粒重顯著低于T4、CK，這可能與二者小穗數(shù)、穗粒數(shù)較少而導(dǎo)致千粒重增加有關(guān)。產(chǎn)量結(jié)構(gòu)、產(chǎn)量相關(guān)性分析表明，不同時(shí)間灌水通過(guò)影響穗長(zhǎng)、穗重、莖稈重、小穗數(shù)、穗粒數(shù)、穗粒重等產(chǎn)量結(jié)構(gòu)指標(biāo)，進(jìn)而影響到灌區(qū)小麥產(chǎn)量的形成。在本試驗(yàn)條件下，不同時(shí)間灌水方式使得千粒重與小麥產(chǎn)量呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系，這可能與頭水灌水時(shí)間推遲影響了春小麥單株分蘗數(shù)，導(dǎo)致春小麥單株分蘗率下降有關(guān)，而灌水時(shí)間提前，單株分蘗較多，小麥群體分蘗穗重量較小，受分蘗穗的影響，進(jìn)而導(dǎo)致千粒重下降，最終導(dǎo)致千粒重與產(chǎn)量之間呈現(xiàn)較弱的負(fù)相關(guān)關(guān)系。對(duì)理論產(chǎn)量、實(shí)際產(chǎn)量的分析表明，提前灌頭水均能顯著提高產(chǎn)量，其中，T3處理增產(chǎn)最顯著，T4處理不利于產(chǎn)量增加，說(shuō)明寧夏灌區(qū)春小麥在4月中旬灌頭水，能促進(jìn)群體構(gòu)成、單株發(fā)育，為高產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)，這與王巖萍[17]、王紅光[18]等研究結(jié)果相同。

4 結(jié)論

在目前小麥生產(chǎn)現(xiàn)行灌溉制度下，寧夏灌區(qū)春小麥提前灌頭水能不同程度提高產(chǎn)量，以4月中旬灌頭水的效果最理想，能顯著促進(jìn)群體構(gòu)成、單株發(fā)育，可以更大程度地提高小麥產(chǎn)量。

近年來(lái)，在全球氣候變暖大背景下，寧夏灌區(qū)春季回溫快，春小麥播種普遍開(kāi)始提前，而目前灌區(qū)春小麥生產(chǎn)多采用傳統(tǒng)的渠水漫灌方式，水利部門、農(nóng)戶應(yīng)更加認(rèn)識(shí)到早灌頭水的重要意義，敢于打破現(xiàn)行的春小麥灌溉制度，結(jié)合小麥需水規(guī)律、土壤水分狀況，為今后以水定地、以水定產(chǎn)、科學(xué)種田、科技養(yǎng)田，提高水分利用效率，增產(chǎn)體質(zhì)奠定實(shí)踐基礎(chǔ)。