吳海旭， 閆博文， 薛麗華， 章建新

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，新疆烏魯木齊 830052； 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)

新疆維吾爾自治區(qū)位于我國西北部，氣候干旱，全年降水量少且蒸發(fā)量大[1]，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不依靠降水，完全依賴灌溉，灌溉水資源十分短缺。提高農(nóng)業(yè)用水效率、減少灌溉用水的使用是新疆農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重大目標(biāo)[2]。在新疆地區(qū)小麥?zhǔn)亲钪饕募Z食作物，常年種植小麥導(dǎo)致灌溉用水供不應(yīng)求，因此高效節(jié)水才能滿足該地區(qū)的供水需求。前人對小麥節(jié)水高產(chǎn)理論和技術(shù)做了大量研究[3-4]，雖然已經(jīng)大幅度提高了小麥產(chǎn)量和水分利用效率[5-6]，但是小麥產(chǎn)量和水分利用效率的提高仍有較大潛力。春麥冬播是將春小麥品種臨冬前播種，以發(fā)芽(或種子萌動)狀態(tài)在積雪覆蓋土壤中越冬，俗稱“包蛋麥”[7]，用于棉花、玉米、復(fù)播大豆和油葵晚收地倒茬小麥[8]。與冬小麥相比，春麥冬播在次年早春利用冬季積雪融水早出苗，可節(jié)約出苗水和越冬水；比春小麥節(jié)約出苗水和最后1水，早成熟7～9 d左右[9]，降低后期出現(xiàn)干熱風(fēng)危害的風(fēng)險[10]，有利于高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。在北疆地區(qū)冬播春小麥?zhǔn)切←湽?jié)水高產(chǎn)的新方式，有著巨大的節(jié)水增產(chǎn)潛力，目前僅對適宜品種[11]、播期播量[12]以及生育規(guī)律[9]等方面存在少量研究。滴灌小麥灌水研究都是冬小麥和春小麥的研究結(jié)果[13-19]。北疆冬播春小麥高產(chǎn)耗水規(guī)律和節(jié)水灌溉定額不清楚，制約了春麥冬播技術(shù)的節(jié)水增產(chǎn)潛力的發(fā)揮。本試驗在田間系統(tǒng)地研究了不同滴水量下春麥冬播土壤含水量、干物質(zhì)積累與分配、產(chǎn)量及水分利用效率的變化規(guī)律，為春麥冬播節(jié)水高產(chǎn)栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2020—2021年在新疆烏魯木齊市頭屯河區(qū)三坪農(nóng)場(43°56′N，87°20′E)進(jìn)行，試驗地為壤土，前茬作物是玉米，0～20 cm土層理化性質(zhì)：有機(jī)質(zhì)含量10.91 g/kg，堿解氮含量59 mg/kg，速效磷含量18.2 mg/kg，速效鉀含量219.3 mg/kg，pH值8.26。

1.2 試驗設(shè)計

試驗品種為新春48號，翻地一并施入磷酸氫二銨300 kg/hm2，于2020年10月28日播種前耙地整地，進(jìn)行人工播種，播種量為750萬粒/hm2，行距 20 cm，播種深度3～4 cm。冬前不澆水。各小區(qū)設(shè)置3次重復(fù)，長6 m，寬4 m，面積24 m2。各處理采用水肥一體化，在拔節(jié)期和孕穗期施入尿素，累積尿素375 kg/hm2，生育期降水量見表1，總滴水量和時間見表2。滴灌帶間距為60 cm，1管4行鋪設(shè)。各小區(qū)間避免滲水設(shè)置1.5 m寬的隔離帶，試驗地措施與田間管理相同。

表1 生育期內(nèi)降水量

表2 滴水日期及其相應(yīng)滴水量 m3/hm2

1.3 測定指標(biāo)與方法

1.3.1 土壤含水量的測定 用烘干法測定，每層取20 cm，分為5層，用鋁盒裝土樣。播種前取土，之后

每次滴水前后12 h內(nèi)取土，每隔10 d左右取土1次，重復(fù)2次，計算各處理各層土壤含水量。

1.3.2 葉面積指數(shù)(LAI)及光合勢(LAD)、干物質(zhì)積累量的測定 每10 d左右測定1次，取30莖，將植株洗凈除去根系后，按葉、莖、鞘、穗分別裝袋，放入烘箱中，105 ℃殺青后80 ℃烘干至恒質(zhì)量，稱量各部分器官干物質(zhì)量，重復(fù)3次。采用比重法測定各處理小麥植株葉面積，并計算葉面積指數(shù)及光合勢。

葉面積指數(shù)=單位面積內(nèi)總莖數(shù)×單莖葉面積/土地面積；

光合勢(m2·d/hm2)=0.5×(L1+L2)×(t1+t2)×104。

式中：L1、L2為相鄰2次檢測葉面積指數(shù)；t1、t2為相鄰2次取樣時間(d)。

1.3.3 花前花后干物質(zhì)轉(zhuǎn)運與分配的測定 開花期各處理標(biāo)記200莖長勢相同的主莖，在開花當(dāng)天和成熟期各處理分別取掛牌標(biāo)記的主莖20莖，洗凈，除去根系后裝袋，放入恒溫烘箱中，溫度先調(diào)至105 ℃殺青30 min，再降至80 ℃下烘至恒質(zhì)量，烘干稱總質(zhì)量和籽粒質(zhì)量，重復(fù)5次。

花前營養(yǎng)器官同化物向籽粒轉(zhuǎn)運量=開花期干質(zhì)量-成熟期營養(yǎng)器官干質(zhì)量，kg/hm2；

花前營養(yǎng)器官同化物轉(zhuǎn)運率=花前營養(yǎng)器官同化物向籽粒轉(zhuǎn)運量/開花期干質(zhì)量×100%；

花前營養(yǎng)器官同化物對籽粒貢獻(xiàn)率=開花前同化物轉(zhuǎn)運量/成熟期籽粒干質(zhì)量×100%；

花后營養(yǎng)器官同化物對籽粒貢獻(xiàn)率=100%-花前營養(yǎng)器官同化物對籽粒貢獻(xiàn)率。

1.3.4 成熟期籽粒產(chǎn)量和水分利用效率測定 成熟后在各處理去邊行，取12 m2(3 m×4 m)面積實收測產(chǎn)；選取1 m長單行考種，3次重復(fù)，并記錄穗粒數(shù)、穗數(shù)和千粒質(zhì)量。

生育期總耗水量(m3/hm2)=生育期土壤貯水消耗量+生育期總降水量+生育期總滴水量；

全生育期土壤貯水量(m3/hm2)=播種前土層貯水量-收獲時土層貯水量；

灌溉水利用效率(kg/hm2)=成熟收獲的小麥籽粒產(chǎn)量/全生育期內(nèi)總滴水量；

水分利用效率(kg/hm2)=成熟收獲的小麥籽粒產(chǎn)量/全生育期內(nèi)總耗水量。

1.3.5 數(shù)據(jù)分析 采用Excel 2019和SPSS 25.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同滴水量對冬播春小麥0～100 cm土層土壤含水量的影響

由圖1可知，各處理在0～100 cm土層的土壤含水量差異明顯。0～60 cm土層土壤含水量在小麥滴水前后出現(xiàn)高—低變化，因滴水量的增加而上升，表現(xiàn)為W4>W3>W2>W1，每次灌水后的增幅表現(xiàn)為0～20 cm土層>20～40 cm土層>40～60 cm 土層；各滴灌處理60～80、80～100 cm土層含水量均隨著生育期逐漸降低，多數(shù)表現(xiàn)為W4>W3>W2>W1。這說明滴水量的增加直接影響0～60 cm土層，該土層的土壤含水量直接上升；60～100 cm土層受滴水量的影響不大，主要減少該土層的貯水消耗量。

2.2 不同滴水量對冬播春小麥葉面積指數(shù)及光合勢的影響

由圖2-a可知，各滴水處理的LAI隨著生育時期推進(jìn)呈先升高后降低趨勢。LAI峰值出現(xiàn)在5月24日(孕穗—抽穗期)，其中W3處理LAI最大，為4.24，較W4、W2、W1處理分別提高了15.19%、21.66%、49.81%。隨著滴水量的增加和生育時期的推進(jìn)，5月15日孕穗前不同滴水處理的葉面積指數(shù)隨滴水量的增加而增大，表現(xiàn)為W4>W3>W2>W1，但孕穗后W3處理最大，多數(shù)為W3>W4>W2>W1。這說明增大滴水量有助于拔節(jié)—孕穗前LAI的增長，但對孕穗—成熟的LAI存在抑制作用，并不能隨滴水量增大而一直增加。

由圖2-b可知，隨著生育期的推進(jìn)，光合勢呈先增大再減少的趨勢，在抽穗—開花階段(5月24日至6月5日)達(dá)到峰值。增加滴水量，W3處理的總光合勢明顯高于其他處理，為190.04萬m2·d/hm2，較W4、W2、W1處理分別提高了8.55%，29.26%，57.02%。這說明增加滴水量能提高小麥各階段光合勢，從而增加總光合勢，但滴水量到達(dá)一定程度后，增加滴水量反而會降低光合勢。

2.3 不同滴水量對冬播春小麥干物質(zhì)積累量與分配、轉(zhuǎn)運的影響

從表3可以看出，不同滴水處理間7月6日(成熟期)總干物質(zhì)積累量存在顯著差異(P<0.05)。干物質(zhì)積累量在5月2日(拔節(jié)期)前后增長較快，在5月15日(孕穗期)前后開始快速增加，在6月15日(花后15 d)開始緩慢增加，7月6日以W3處理的總干物質(zhì)積累量最高，比W4、W2、W1處理分別增加6.09%、12.40%、24.74%。7月6日W1處理的莖干物質(zhì)積累量與W3和W4處理差異顯著，與W2處理差異不顯著；不同處理的穗部位干物質(zhì)積累量于6月15日出現(xiàn)顯著差異，在7月6日(成熟期)W1處理顯著低于W3和W4處理，但與W2處理無顯著差異；不同時期各處理間鞘部位干物質(zhì)積累量均差異不顯著。這表明滴水量的變化和生育時期的推進(jìn)，主要影響莖、葉、穗3個部位的干物質(zhì)積累。從表4可以看出， 不同滴水量下花前同化物轉(zhuǎn)運量、轉(zhuǎn)運率、對籽粒貢獻(xiàn)率存在顯著差異。各處理花前同化物轉(zhuǎn)運量隨著滴水量增加呈現(xiàn)先增加后減少的變化趨勢，W2處理花前同化物轉(zhuǎn)運量最高，為1 940.32 kg/hm2，比W1、W3、W4處理分別增加22.65%、6.09%、35.18%，顯著高于W1、W4處理，與W3處理差異不顯著。這說明適宜的滴水量對小麥花前同化物的轉(zhuǎn)運有促進(jìn)作用，有利于增加干物質(zhì)積累量及花后同化物對粒質(zhì)量的貢獻(xiàn)率，有利于籽粒生長和產(chǎn)量增加。

表3 不同滴水量下冬播春小麥干物質(zhì)積累量動態(tài)變化

表4 不同滴水量下冬播春小麥花前同化物轉(zhuǎn)運

2.4 不同滴水量對冬播春小麥產(chǎn)量的影響

從表5可以看出，不同滴水量處理的穗數(shù)、千粒質(zhì)量、產(chǎn)量存在顯著差異，但穗粒數(shù)差異不顯著。增加滴水量會引起各處理穗數(shù)、穗粒數(shù)出現(xiàn)先增再降的變化，其中W3處理的穗數(shù)顯著高于W1處理，表現(xiàn)為W3>W4>W2>W1；各處理的千粒質(zhì)量與滴水量呈正相關(guān)，隨滴水量的增加而增加。W4、W2、W3處理的千粒質(zhì)量顯著高于W1處理。W3、W4處理的產(chǎn)量較高，與W1、W2處理差異顯著，其中W3處理產(chǎn)量為7 075.83 kg/hm2，較W1、W2、W4處理分別提高26.65%、9.37%、3.64%。這說明增大滴水量主要對穗數(shù)和千粒質(zhì)量有顯著影響，對穗粒數(shù)影響并不顯著。適宜的滴水量能促進(jìn)產(chǎn)量的增加，滴水過量產(chǎn)量不會持續(xù)增長，反而會引起穗數(shù)和穗粒數(shù)下降，導(dǎo)致產(chǎn)量降低。

表5 不同滴水量下冬播春小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成

2.5 不同滴水量對冬播春小麥水分利用效率的影響

從表6可以看出，隨著滴水量的增加，土壤耗水量減少，總耗水量增加，水分利用效率先增后降，灌溉水利用效率持續(xù)下降。W2、W3處理的水分利用效率較高，其中W3處理的水分利用效率最高，為 1.31 kg/m3，分別比W1、W2和W4處理高10.08%、3.15%和9.17%。W1、W2處理的灌溉水利用效率較高，其中W1處理的灌溉水利用效率最高，為 2.13 kg/m3。適宜的滴水量下小麥的水分利用效率和灌溉水利用效率均較高，過量滴水則兩者均下降。

表6 不同滴水量對冬播春小麥耗水構(gòu)成及水分利用效率的影響

3 討論與結(jié)論

增加滴水量能使土壤水分保持在較高的狀態(tài)，有利于小麥植株生長[20]。在本試驗條件下，全生育期共7次滴水，每次滴水量在375～600 m3/hm2之間，會提高各處理間0～60 cm土層土壤水分，其中0～20 cm土層土壤水分增幅最大，60～80 cm土層提升幅度不明顯，消耗了該土層的土壤貯水量，這與孫乾坤等的研究結(jié)果[21]基本一致。小麥營養(yǎng)生長階段水分虧缺，會影響植株的正常生長[22]，充足的水分供應(yīng)是高產(chǎn)的基礎(chǔ)[23]。本試驗發(fā)現(xiàn)，增大滴水量后冬播春小麥葉面積指數(shù)、光合勢、干物質(zhì)積累分配以及產(chǎn)量并沒有隨著滴水量的增大而持續(xù)增加，當(dāng)?shù)嗡窟_(dá)到一定程度時，各項生長指標(biāo)隨著滴水量的增加開始下降，這說明在合理的灌水條件下能有效增加葉面積指數(shù)、光合勢以及干物質(zhì)積累量，最終提高產(chǎn)量，灌水過少會影響小麥植株正常生長發(fā)育，而過量灌水使小麥植株生長過程受到抑制，從而使各項生長指標(biāo)降低，最終導(dǎo)致產(chǎn)量減少。這與有關(guān)春、冬小麥耗水規(guī)律的相關(guān)研究結(jié)果[14，16，19，24]大致相同，這表明造成小麥LAI、LAD、干物質(zhì)積累分配以及產(chǎn)量的差異主要是因為不同滴水量的影響，而正常春冬播種或春麥冬播的種植方式對其影響并不明顯。有研究認(rèn)為，增加灌溉量，小麥的千粒質(zhì)量、穗粒數(shù)、穗數(shù)變化趨勢均為先增加后減少[25]，本試驗研究表明，隨著滴水量增大，穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量明顯提高，但達(dá)到一定程度后持續(xù)增加滴水量，會導(dǎo)致穗數(shù)、穗粒數(shù)減少。滴灌供水過高并不能增產(chǎn)，還會浪費水資源[24]，灌水量在一定范圍內(nèi)增加，能使產(chǎn)量和水分利用效率增加[26]，本試驗中以W2、W3處理花前營養(yǎng)器官儲存同化物向籽粒轉(zhuǎn)運量較高，W3、W4處理產(chǎn)量較高，W2、W3處理的水分利用效率較高，從節(jié)水高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)角度考慮認(rèn)為W2、W3處理較為合理，因此適宜北疆地區(qū)的冬播春小麥滴水量為3 150～3 675 m3/hm2。

王振華等研究認(rèn)為，北疆地區(qū)適宜滴水春小麥的灌溉量為4 050 m3/hm2[14]。張偉等研究滴灌春小麥根系發(fā)現(xiàn)，滴灌量為3 750 m3/hm2時更有利于節(jié)水高產(chǎn)[24]。馮波等春小麥水氮耦合試驗中，認(rèn)為最佳滴灌量為3 940.80 m3/hm2[27]。蔣桂英等研究滴灌帶布置方式發(fā)現(xiàn)，春小麥采用一管4行，滴灌量為4 500 m3/hm2時在北疆地區(qū)增產(chǎn)效果明顯[13]。薛麗華等的研究表明，北疆滴灌冬麥區(qū)產(chǎn)量與水分利用效率的最佳滴灌量范圍為3 900～4 500 m3/hm2[15]。雷鈞杰等研究認(rèn)為，北疆冬小麥滴灌量在 4 650 m3/hm2時能夠?qū)崿F(xiàn)高產(chǎn)高品質(zhì)[28]。崔月等的研究表明，水肥交互作用下，冬小麥最優(yōu)滴灌量在 4 200 m3/hm2[29]。適宜北疆地區(qū)的春小麥滴水量范圍主要為3 750～4 500 m3/hm2，冬小麥滴水量范圍主要為3 900～4 650 m3/hm2。本試驗結(jié)果表明，春麥冬播適宜滴水量為3 150～3 675 m3/hm2，比春小麥節(jié)水75～1 050 m3/hm2，比冬小麥節(jié)水225～1 500 m3/hm2。冬播春小麥利用冬季積雪融水春季早出苗、早成熟，節(jié)約了出苗水和最后1水，表明冬播春小麥有利于節(jié)水。關(guān)于如何提升其節(jié)水潛力，需進(jìn)行更深入的研究。

綜上所述，增加滴水量直接提高0～60 cm土層土壤含水量，適宜的滴水量能增產(chǎn)的原因是提高冬播春小麥的LAI、LAD，增加干物質(zhì)積累量，促進(jìn)花前營養(yǎng)器官儲存同化物向籽粒轉(zhuǎn)運量。冬播春麥適宜的總滴水量為3 150～3 675 m3/hm2，產(chǎn)量可達(dá) 7 075.83 kg/hm2。