羅四維 石秀楠 賈永紅 張金汕 王凱 李丹丹 王潤琪 董艷雪 石書兵

（1 新疆農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院，830052，新疆烏魯木齊；2 新疆農(nóng)業(yè)科學院奇臺麥類試驗站，831800，新疆奇臺）

新疆作為我國主要的糧食產(chǎn)區(qū)之一，是國家糧食安全的后備基地。2017 年新疆小麥種植面積為117.33 萬hm2，占全疆糧食作物總播種面積52%[1]。水源是農(nóng)業(yè)發(fā)展的命脈，在農(nóng)業(yè)發(fā)展中起著不可替代的重要作用[2]，而新疆氣候干燥，降雨量少，蒸發(fā)量大，是以農(nóng)業(yè)為第一產(chǎn)業(yè)的內(nèi)陸干旱半干旱地區(qū)，其農(nóng)業(yè)用水占總用水量的96.64%[3]。滴灌技術(shù)作為近年來一種農(nóng)業(yè)用水上先進的節(jié)水灌溉技術(shù)，目前主要應用在蔬菜、棉花和瓜果等作物上[4-9]。有大量研究[10]表明，它比地面灌溉節(jié)水70%～80%，比噴灌節(jié)水40%，水分利用率較高，對提高作物產(chǎn)量有顯著影響。另外，在滴灌條件下，土壤中養(yǎng)分與水分分布密切相關(guān)，從而影響小麥的生長發(fā)育。適當縮短滴灌帶的供水距離能保持水肥供應充足，減小小麥植株群體的行間長勢差異[11]。滴灌量一定時，增大滴灌帶間距會出現(xiàn)土壤水分虧缺，不利于遠行小麥水分的供應，隨著灌漿后期耗水和株間蒸騰的加劇，導致冬小麥光合速率和葉片葉綠素相對含量（SPAD 值）顯著下降[12]。在“1 管4 行”和“1 管6 行”滴灌帶配置方式發(fā)現(xiàn)，隨著滴灌帶間距的增加，植株干物質(zhì)積累量和籽粒產(chǎn)量均呈下降趨勢[13]。張娜等[14]研究表明，“1 管4 行”分別較“1管5行”和“1 管6行”增產(chǎn)10.97%和37.71%，但“1 管5 行”滴灌帶配置方式較“1 管4 行”模式節(jié)水450m3/hm2，滴灌帶用量減少3334m/hm2，純利潤增加約694 元/hm2，因此“1 管5 行”在農(nóng)田用水上更具有應用價值。目前，我國通常采用的滴灌帶配置方式有3 種，分別是1 管4 行、5 行和6 行，其中，1 管5 行表現(xiàn)最優(yōu)。袁昌富[15]研究表明，滴頭間距越大時，滴頭正下方，沙土濕潤度不隨滴頭間距而變化，而滴頭連線方向和交匯區(qū)的土壤濕潤均勻度減小?；诖耍P(guān)于小麥滴灌帶配置的研究，前人研究主要在常規(guī)條播種植方式下進行，以滴頭間距20cm、毛管間距50cm 鋪管方式為主，而關(guān)于冬小麥立體勻播種植的滴灌帶配置方式鮮有研究。立體勻播能夠充分利用有效土地面積和空間，增加苗期的地表覆蓋度，相對減少了土壤水分的蒸發(fā)，并使單株均勻接受光照，增加了小麥群體的均勻度，從而促進小麥群體光合作用[16]。因此，為進一步探究在立體勻播方式下不同毛管間距和滴頭間距對冬小麥光合特性、土壤水分空間分布、干物質(zhì)積累和產(chǎn)量的影響，本試驗設(shè)置了2 種滴頭間距和5 種毛管間距的配置方式，為新疆勻播冬小麥高產(chǎn)栽培中滴灌帶合理配置提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2020-2021 年在新疆農(nóng)業(yè)科學院奇臺麥類試驗站（89°13'～91°22'E，42°45'～45°29'N）進行，該地為溫帶大陸性氣候，全年平均氣溫5.5°C，無霜期153d，前茬作物為玉米（一年兩熟制），土壤為沙壤土，pH 8.25，供試土壤基本理化性質(zhì)為全氮2.24g/kg、全磷1.28g/kg、全鉀18.08g/kg、有機質(zhì)含量42.88g/kg、堿解氮128.70mg/kg、有效磷11.40mg/kg、速效鉀417mg/kg。

1.2 試驗設(shè)計

供試小麥品種為新冬22 號，采用雙因素試驗設(shè)計，主區(qū)為滴頭間距，設(shè)置20cm（T1）和30cm（T2）2 個間距，副區(qū)為毛管間距，設(shè)30cm（D1）、40cm（D2）、50cm（D3）、60cm（D4）和70cm（D5）5 個水平。2020 年9 月30 日播種，2021 年6 月28 日收獲，小麥株距為6.67cm。播種方式為人工勻播（采用打孔勻播板固定株距），且按立體勻播機技術(shù)原理設(shè)計，在前期預試驗中，人工勻播和立體勻播機播種得出的效果基本一致。小區(qū)面積10m2(2m×5m)，3 次重復?；久鐢?shù)225 萬株/hm2，全生育期滴水量4650m3/hm2，冬前滴水900m3/hm2，剩余水量于春季后滴施8 次，每10d 滴1 次水，各處理滴水量相等，并設(shè)置水表和球閥控水，試驗地四周設(shè)置保護行。播前結(jié)合整地深施尿素225kg/hm2和磷酸二銨300kg/hm2，其他田間管理措施同大田。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 葉面積指數(shù)（LAI） 于冬小麥拔節(jié)期、孕穗期、開花期和灌漿期，各小區(qū)選取長勢一致小麥15 株，選取毛管帶正下方（0）處、兩毛管帶間距R/4 處（毛管間距1/4 處）和R/2（毛管間距1/2 處）處進行葉面積測定，重復3 次，采用長寬系數(shù)法測量綠葉面積，系數(shù)為0.83，換算為LAI，取平均值。

1.3.2 SPAD 值 開花期各小區(qū)選長勢基本一致、同天開花的小麥30 株，選取位置同1.3.1，掛牌標記。使用SPAD-502 型葉綠素儀測定花后0、7、14、21、28d 旗葉SPAD 值，測定時避開葉脈，重復3次，取平均值。

1.3.3 葉片凈光合速率（Pn） 選擇晴朗無風無云天氣在11:00-14:00 對開花期同天開花的小麥30株掛牌標記，各小區(qū)選取位置同1.3.1，選用儀器為TPS-2 光合測定儀，在花后0、7、14、21、28d 測定小麥旗葉的Pn，重復3 次，取平均值。

1.3.4 土壤含水量空間分布 采用烘干稱重法進行測定，于開花期滴水前和滴水后24h，取樣位置同1.3.1，取樣分為0～20、20～40、40～60、60～80cm土層，重復3 次，將不同土層土壤迅速裝入鋁盒稱重，記作W1，然后將其放入烘箱80℃烘干至恒重，記W2，鋁盒重為W0，土壤含水量W（%）=(W1-W2)/(W2-W0)×100。

1.3.5 干物質(zhì)積累與分配 于成熟期，各小區(qū)小麥植株取樣位置同1.3.1。取15 株小麥，將植株分為葉片、莖+葉鞘、穎殼+穗軸和籽粒4 部分，重復3次，放入105℃烘箱中殺青30min，80℃烘干至恒重后稱其干重，分別測定各部分的干物質(zhì)重量。

1.3.6 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素 收獲前，各小區(qū)選有代表性的1m2測定有效穗數(shù)，分別取15 株小麥進行室內(nèi)考種，取樣位置同1.3.1，測定穗粒數(shù)和千粒重。各小區(qū)實收測產(chǎn)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

用Excel 2013、SigmaPlot 12.5 和SPSS 21.0 統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 滴頭間距和毛管間距對冬小麥LAI 的影響

由圖1 可知，隨著生育進程的推進，LAI 呈先升后降的變化趨勢，在孕穗期達到最大，灌漿期達到最低。相同毛管間距下，不同生育時期T1 各處理LAI 均高于T2。在孕穗期，T1 隨著毛管間距的增大表現(xiàn)為先升后降的趨勢，以T1D2 處理最高，較其他處理高0.81%～14.48%，且與T1D3、T1D4和T1D5 處理差異達到顯著性水平；T2 隨著毛管間距的增大表現(xiàn)為逐漸降低的趨勢，以T2D1 處理最高，分別較其他處理高2.12%～13.30%，且與T2D3、T2D4 和T2D5 處理差異達到顯著性水平。在灌漿期，T1 與T2 表現(xiàn)規(guī)律相同，隨著毛管間距的增大均呈先升后降的趨勢，以T1D2 和T2D2 處理最高，其中，在T1 下，T1D2 處理分別較其他處理高0.97%～18.02%，且與T1D4 和T1D5 處理差異達到顯著性水平；T2 條件下，T2D2 處理較其他處理高1.41%～18.04%，且與T2D3、T2D4 和T2D5 處理差異達到顯著性水平。結(jié)果表明，縮短毛管間距和滴頭間距有利于小麥葉面積的增大。

圖1 滴頭間距和毛管間距對冬小麥LAI 的影響Fig.1 Effects of dripper spacing and drip irrigation capillary spacing on LAI of winter wheat

2.2 滴頭間距和毛管間距對冬小麥SPAD 值的影響

由圖2 可知，在不同處理下，隨著生育進程的推進，冬小麥旗葉SPAD 值呈先升后降的趨勢，在花后第7 天達到最大，花后21d 下降明顯。在花后28d，相同毛管間距下，均表現(xiàn)為T1 高于T2。在相同滴頭間距下，隨著毛管間距的增大，T1 和T2 SPAD 均表現(xiàn)為先升后降的趨勢，分別以T1D2 和T2D2 最高，其中，在T1 下，T1D2 處理較其他處理高1.30%～15.66%，且與T1D4 和T1D5 處理差異達顯著水平；T2 下，T2D2 處理較其他處理高2.95%～15.49%，且與T2D1、T2D3、T2D4 和T2D5處理差異達到顯著性水平。結(jié)果表明適當縮短滴頭間距和毛管間距能保持小麥花后較高的SPAD 值和減緩灌漿后期SPAD 值下降幅度。

圖2 滴頭間距和毛管間距對冬小麥SPAD 值的影響Fig.2 Effects of dripper spacing and drip irrigation capillary spacing on SPAD value of winter wheat

2.3 滴頭間距和毛管間距對冬小麥Pn 的影響

由圖3 可知，隨著生育進程的推進，冬小麥旗葉Pn呈逐漸下降趨勢。在花后28d，相同毛管間距下，表現(xiàn)為T1 高于T2。在相同滴頭間距下，隨著毛管間距的增大，T1 和T2 均呈先升后降的趨勢，以T1D2 和T2D2 處理最高，其中，T1D2 處理分別較其他處理高5.51%～20.74%，且與T1D1、T1D3、T1D4 和T1D5 處理差異達顯著水平；T2D2 處理分別較其他處理高4.16%～19.99%，且與T2D3、T2D4和T2D5 處理差異達到顯著水平。說明適當縮短滴頭間距和毛管間距有利于小麥花后Pn的提高，延長光合作用的時間。

圖3 滴頭間距和毛管間距對冬小麥Pn 的影響Fig.3 Effects of dripper spacing and drip irrigation capillary spacing on Pn of winter wheat

2.4 滴頭間距和毛管間距對開花期冬小麥滴水前后土壤水分空間分布的影響

由圖4 可知，不同毛管間距和滴頭間距處理隨著土壤深度的增加，滴水前后均呈先降后升的趨勢。在土壤深度0～40cm，滴水后各檢測點土壤含水量均高于滴水前。在T1 下，T1D1 和T1D2 處理滴水前后各測點土壤含水量差異較小，隨著毛管間距的增大，距毛管越遠，T1D3、T1D4 和T1D5 處理在滴水后距毛管帶R/2 處土壤含水量越?。辉赥2 下，T2D1 和T2D2 處理土壤各測點土壤含水量差異較小，而T2D3、T2D4 和T2D5 處理隨著毛管間距的增大，距毛管越遠，滴水后毛管帶R/2 處土壤各測點含水量越低。0～40cm 土層內(nèi)，T1D5 處理距毛管R/4 和R/2 處滴水后土壤含水量高于T2D5，而在40～60cm 土層內(nèi)恰好相反，T2D5 處理距毛管正下方（0）處高于T1D5。結(jié)果表明，毛管間距和滴頭間距越大，水分在土壤中的水平方向運移越小，毛管正下方垂向移動較大，不利于土壤中水分的均勻分布。

圖4 開花期不同處理滴水前后土壤含水量空間變化特征Fig.4 Variation characteristics of soil water contents in different treatments after drip irrigation during flowering period

2.5 滴頭間距和毛管間距對冬小麥干物質(zhì)積累與分配的影響

由表1 可見，成熟期小麥各器官干物質(zhì)占比表現(xiàn)為籽粒＞莖鞘＞穎殼+穗軸＞葉片。在相同毛管間距下，T1 處理小麥干物質(zhì)積累量和籽粒積累量較T2 分別高1.40%～3.77%和1.47%～3.88%，其中，在T1 下，T1D2 處理干物質(zhì)積累量最高，較其他處理高3.16%～12.14%，且與T1D1、T1D3、T1D4、T1D5 處理差異達顯著水平。在同一滴頭間距下，隨著毛管間距的增加，T1 與T2 冬小麥植株各營養(yǎng)器官和籽粒干物質(zhì)積累量均呈先升后降的趨勢，在T1 下，籽粒干物質(zhì)量以T1D2 處理最高，較其他處理高1.79%～9.86%，且與T1D3、T1D4、T1D5 處理差異達到顯著水平；T2 下，籽粒干物質(zhì)量以T2D2處理最高，分別較其他處理高0.34%～8.12%，且與T2D3、T2D4、T2D5 處理差異達到顯著水平。結(jié)果表明，適宜的毛管間距和滴頭間距有利于小麥干物質(zhì)向籽粒中分配。

表1 滴頭間距和毛管間距對冬小麥成熟期干物質(zhì)積累與分配的影響Table 1 Effects of dripper spacing and drip irrigation capillary spacing on dry matter accumulation and distribution of winter wheat in mature period

2.6 滴頭間距和毛管間距對冬小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表2 可知，在相同毛管間距下，T1 下冬小麥單位面積穗數(shù)與實際產(chǎn)量均高于T2，在相同滴頭間距下，T1 處理下隨著毛管間距的增大，冬小麥單位面積穗數(shù)呈先升后降趨勢，其中，以T1D2處理最高，較其他處理高0.61%～12.28%，且顯著高于T1D3、T1D4 和T1D5 處理；T2 下，隨著毛管間距的增大呈逐漸降低的趨勢，單位面積穗數(shù)以T2D1 處理最高，較其他處理高1.04%～5.52%，并顯著高于T2D3、T2D4 與T2D5 處理。穗粒數(shù)和千粒重在T1D4、T1D5、T2D4 和T2D5 處理中表現(xiàn)較低。T1 和T2 隨著毛管間距的增大，產(chǎn)量均呈現(xiàn)先升后降的趨勢，T1 下產(chǎn)量以T1D2 處理最高，為9247.95kg/hm2，較其他處理高2.36%～13.80%，且顯著高于T1D4 與T1D5 處理；T2 下產(chǎn)量以T2D2處理最高，為9140.87kg/hm2，較其他處理高2.45%～14.30%，且顯著高于T2D3、T2D4 與T2D5 處理。表明適當縮短毛管間距和滴頭間距可以增加穗數(shù)，從而達到小麥高產(chǎn)。

表2 滴頭間距和毛管間距對冬小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響Table 2 Effects of dripper spacing and drip irrigation capillary spacing on winter wheat yield and its components

2.7 滴頭間距和毛管間距對滴灌冬小麥經(jīng)濟效益的影響

由表3 可知，在相同滴頭間距下，隨著毛管間距的增大，小麥的經(jīng)濟效益均呈先增后減的趨勢。在相同毛管間距下，2 種滴頭間距經(jīng)濟效益均表現(xiàn)為T1 高于T2，其中，T1D3 處理經(jīng)濟效益最高，為18 582.10 元/hm2，分別高于T1D1、T1D2、T1D4和T1D5 處理1518.21、135.21、1271.76 和2166.13元/hm2，從毛管帶成本看，T1D3 處理較T1D1 和T1D2 分別減少1280 和480 元/hm2。綜合考慮投入與產(chǎn)出，雖然T1D3 處理產(chǎn)量低于T1D1 和T1D2，但其在實現(xiàn)節(jié)水和減少毛管用量的同時，經(jīng)濟效益最高。因此，在本試驗條件下冬小麥滴頭間距和毛管間距以T1D3 的滴灌帶配置表現(xiàn)最優(yōu)。

表3 滴頭間距和毛管間距模式下滴灌小麥的經(jīng)濟效益Table 3 Economic profit of dripper spacing and drip irrigation capillary spacing modes元/hm2 yuan/hm2

3 討論

光合作用是植物產(chǎn)量形成的生理基礎(chǔ)[17]，小麥開花期到成熟期是籽粒產(chǎn)量形成的關(guān)鍵時期，光合作用的強弱對產(chǎn)量的形成影響很大[18]。而不同滴灌帶鋪管方式下水分分布均勻性也不同，適宜的滴灌帶間距有利于作物的光合作用和生長發(fā)育[19]。有研究[12]表明，適宜的滴灌帶配置能增加群體小麥的LAI 和SPAD 值，促進并延長功能葉的光合作用。本研究結(jié)果表明，隨著毛管間距的增大，T1 下，冬小麥灌漿期和花后28d LAI、SPAD 值和Pn均較高于T2，可能是因為相同毛管間距下滴灌量一定，土壤中獲得的水分大致相同，各生育時期LAI、花后SPAD 值和Pn影響不顯著，這與前人[20]研究結(jié)果相似。在相同灌水量下，T1D1 處理土壤表面水分累積過快，可能是由于干熱風、天氣炎熱等影響，使得小麥株間土壤表面水分部分蒸發(fā)，導致T1D1 處理花后SPAD 值、Pn低于T1D2。滴水后土壤水分含量在T1D1、TID2 和T2D1、T2D2 處理分布較均勻，而隨著毛管間距的增加，毛管間距60cm 和70cm 距管帶最遠端的位置由于無法供應充足水分，導致T1D5 和T2D5 處理距毛管R/2 處，土壤水分相對虧缺，進入抽穗期后冬小麥由營養(yǎng)生長逐漸轉(zhuǎn)化為生殖生長，尤其在灌漿期以后，植株吸收水分增加，干旱脅迫加重，葉片中葉綠素的合成受到抑制，導致葉片早衰加速，旗葉的光合性能、花后SPAD 值和Pn下降，這與前人[12,14,21]研究結(jié)果一致。另外，還有研究[22]結(jié)果表明，條播下小麥根系存在土壤水分和土壤營養(yǎng)競爭，造成水分過?；蛭闯浞掷茫绊懜岛粑?，進而影響植株生長。本研究根據(jù)前人在條播種植方式下的滴灌帶配置方式，結(jié)合勻播冬小麥單株營養(yǎng)均衡的特點，使土壤水分在滴頭間距和毛管間距的作用下，均勻地分布到每一株小麥的根系周圍，達到地下部分土壤水分分布均勻和地上部分植株生長均勻的目的，可使麥株營養(yǎng)吸收均衡和土壤水分利用的效果達到最大化。

光合作用同化產(chǎn)物的最終形式是干物質(zhì)，而干物質(zhì)是農(nóng)作物產(chǎn)量形成的根本[23-24]。植株干物質(zhì)的積累及營養(yǎng)器官中貯存同化物對籽粒的分配及粒重的增加有重大意義[25]。有研究[11]表明，同一滴灌量不同滴灌配置方式下，毛管帶間距會引起土壤間水分時空分布的差異，從而對小麥生長發(fā)育產(chǎn)生不同的影響。還有研究[26]表明，由于滴灌配置方式的不同，從而對冬小麥干物質(zhì)積累和籽粒灌漿有不同影響，干物質(zhì)積累量表現(xiàn)為毛管間距距離滴灌帶7.5cm 大于距離滴灌帶22.5cm 和37.5cm，且隨著灌漿的進行，表現(xiàn)為近行大于中遠行和遠行，距毛管帶最遠處行間差異最大，籽粒產(chǎn)量最低。本研究結(jié)果表明，滴頭間距和毛管間距對干物質(zhì)積累有顯著影響，當?shù)晤^間距相同時，隨著毛管間距的增加，籽粒產(chǎn)量呈先增后減趨勢，T1D2 和T2D2 處理表現(xiàn)較優(yōu)。毛管間距過大時，小麥籽粒產(chǎn)量的下降可能是因為灌漿期植株葉片由于土壤水分虧缺而提前進入衰老期，導致灌漿速率和光合速率降低，這與前人[27]研究結(jié)果一致。本研究結(jié)果還表明，穗粒數(shù)和千粒重在T1D4、TID5、T2D4 和T2D5 處理均表現(xiàn)較低，可能是因為從拔節(jié)期開始，小花進入分化階段，T1D5和T2D5 處理處理距毛管帶最遠端小麥葉片光合作用受水分脅迫較敏感，不利于小花的成熟發(fā)育，為防止小花退化，這一階段的水分脅迫導致生育進程加快，灌漿時間縮短，最終使得穗粒數(shù)和千粒重下降，這與前人研究[28-29]結(jié)果一致；而在生育后期特別是灌漿期，滴頭間距和毛管間距越大，滴灌時間越長，水分在土壤中的垂向運移增大，水平方向運移減小，T1D5 和T2D5 處理距毛管R/2 處，土壤水分吸收不及時，使小麥植株生長出現(xiàn)局部干旱脅迫，不利于小麥植株生長發(fā)育和灌漿期籽粒干物質(zhì)的積累，這與前人[30-32]研究結(jié)果相似。因此，本試驗結(jié)果表明，合理的滴頭間距和毛管間距能延長籽粒灌漿時間，促進干物質(zhì)積累與分配，為勻播小麥高產(chǎn)奠定基礎(chǔ)，實現(xiàn)勻播冬小麥節(jié)水、節(jié)本、增效和高產(chǎn)的目標。然而，滴灌帶配置方案需要進一步研究和優(yōu)化，本研究僅分析了新疆奇臺地區(qū)勻播冬小麥滴頭間距和毛管間距的滴灌帶配置組合方式對光合特性、土壤水分空間分布、干物質(zhì)積累與產(chǎn)量的影響，今后可結(jié)合氣候、土壤、水肥一體化和生態(tài)地區(qū)等因素對立體勻播冬小麥滴灌帶配置組合方式做進一步研究。

4 結(jié)論

T1D2 滴灌帶配置方式達到勻播冬小麥最高產(chǎn)量，其LAI、SPAD 值、Pn、植株干物質(zhì)積累和穗數(shù)均表現(xiàn)最優(yōu)。從最終經(jīng)濟效益考慮，雖然T1D3 處理較T1D2 減產(chǎn)126.30kg/hm2，但綜合其投入和產(chǎn)出，T1D3 處理毛管成本較低，獲利表現(xiàn)最優(yōu)，更具應用價值。綜上所述，T1D3（滴頭間距20cm，毛管間距50cm）在相同灌水定額（全生育期4650m3/hm2）下是最佳的滴灌帶配置方式。