旱地冬小麥抗旱節(jié)水技術(shù)綜述

賈亮　王素萍　胡兆平等

摘要：總結(jié)了當(dāng)前旱區(qū)小麥生產(chǎn)中存在的主要問題，提出提高小麥產(chǎn)量的有效抗旱節(jié)水措施，包括選擇適宜類型的品種，適期、適量播種，合理施肥，發(fā)展調(diào)虧灌溉，推廣小麥地膜栽培和秸稈覆蓋栽培技術(shù)。

關(guān)鍵詞：冬小麥；旱區(qū)；水資源；節(jié)水農(nóng)業(yè)

中圖分類號(hào)： S512.107 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)：1002-1302（2014）07-0077-03

收稿日期：2013-10-16

基金項(xiàng)目：國家科技支撐計(jì)劃（編號(hào)：2011BAD11B02）；山東省自主創(chuàng)新專項(xiàng)（編號(hào)：2012CX90202）。

作者簡介：賈亮，男，山東臨沂人，碩士，研究方向?yàn)楹档厮使芾砼c植物營養(yǎng)調(diào)控。E-mail：jialiang624@foxmail.com。我國水資源嚴(yán)重缺乏，雖然水資源總量約有2.8萬億m3，居世界第6位，但人均占有量僅有2 240 m3（按照國際公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)，人均水資源占有量低于3 000 m3為輕度缺水），居世界第88位，我國是全球13個(gè)人均水資源最貧乏的國家之一[1]。同時(shí)，我國作為一個(gè)缺水的農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)用水量占總用水量的60%～70%[1]，水資源利用效率僅為30%～40%，遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國家的70%～80%[2]。水資源的缺乏和利用率低下已成為影響我國農(nóng)業(yè)發(fā)展和糧食生產(chǎn)的重要問題。據(jù)報(bào)道，我國的糧食生產(chǎn)主要依賴于占國土總面積40%的半干旱區(qū)[3]。因此，半干旱區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)狀況不僅直接影響我國的農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展，還影響我國的糧食安全乃至社會(huì)安定。為解決該問題，有關(guān)研究領(lǐng)域不斷向節(jié)水、高效、環(huán)保的領(lǐng)域擴(kuò)展，以保證農(nóng)業(yè)和水資源的可持續(xù)發(fā)展。

小麥?zhǔn)俏覈狈降貐^(qū)主要糧食作物，也是種植面積僅次于水稻的糧食作物，在國家糧食安全中起著至關(guān)重要的作用。小麥種植范圍廣且分布相對(duì)集中，但水資源缺乏的旱地小麥種植面積占全國小麥總種植面積的1/4。據(jù)報(bào)道，旱地小麥的產(chǎn)量僅為全國小麥平均產(chǎn)量的48.2%，是我國小麥生產(chǎn)的“拖腿田”，也是提高我國小麥產(chǎn)量潛力最大的地區(qū)[4]。大量研究表明，旱地小麥種植區(qū)造成小麥減產(chǎn)的主要原因是干旱脅迫[5-9]。因此，旱地農(nóng)業(yè)發(fā)展的出路在于發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)，充分利用水分和養(yǎng)分之間的關(guān)系，在不增加施肥量的前提下，使水分和養(yǎng)分發(fā)揮最大的增產(chǎn)效果。本文總結(jié)了當(dāng)前旱區(qū)小麥生產(chǎn)中存在的主要問題，提出提高小麥產(chǎn)量的有效抗旱節(jié)水措施，旨在為發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)和保障糧食安全提供參考。

1旱區(qū)小麥生產(chǎn)現(xiàn)狀及存在問題

1.1旱區(qū)降水量少而集中，蒸發(fā)量大

旱區(qū)平均年降水量約250～600 mm，降水量少且季節(jié)分配不均，其中70%的降水集中在6—9月，且多以暴雨形式出現(xiàn)，蒸發(fā)量很大，水面蒸發(fā)量為降水量的2倍以上。如黃土高原旱地降水較少，降水季節(jié)分配不均，與小麥生長季節(jié)錯(cuò)位，并且由于灌溉條件受限，小麥產(chǎn)量低而不穩(wěn)[10]。

1.2干旱地區(qū)土壤瘠薄

旱地麥區(qū)除少數(shù)地方土壤肥力較好，大部分地區(qū)干旱貧瘠，水資源短缺直接影響了植物生長和土壤養(yǎng)分積累。而且，嚴(yán)重的風(fēng)蝕和水蝕又進(jìn)一步導(dǎo)致土壤流失，土壤養(yǎng)分減少，土壤結(jié)構(gòu)和理化性狀差，蓄水保水能力差，土壤肥力退化[11]。經(jīng)過長期耕作，天然肥力耗竭也會(huì)導(dǎo)致土壤有效養(yǎng)分減少，尤其是氮素缺乏；我國40%的旱地土壤全氮含量低于 0.75 g/kg[12]。土壤貧瘠制約了作物對(duì)水分的吸收利用，也限制了作物產(chǎn)量的增加。因此，養(yǎng)分缺乏也是制約旱地小麥產(chǎn)量提高的主要因素之一[5]。

1.3播種期偏早，播種質(zhì)量不高

近年來由于全球氣候變暖以及小麥品種特性的變化，小麥冬前幼苗旺長，冬季、春季凍害的現(xiàn)象較為普遍[13]。有研究表明，干旱且沒有灌水條件的地區(qū)偏早播種會(huì)使小麥凍害發(fā)生概率大幅提高，如果冬小麥播種過早，其發(fā)育進(jìn)程提前，冬前旺長，抗寒力削弱，一旦遇上低溫、霜凍極易受凍害，將嚴(yán)重影響小麥生產(chǎn)[14]。

1.4管理簡單粗放，病蟲草害防治不及時(shí)

近年來城鎮(zhèn)化高速發(fā)展，農(nóng)村勞動(dòng)力不斷減少，而留守勞動(dòng)力多為弱勢(shì)群體，文化素質(zhì)不高，造成農(nóng)田管理簡單粗放。施肥“一炮轟”、重氮輕磷；灌溉“一窩蜂”，有水就灌，沒水也不管[13]。不科學(xué)的田間管理也會(huì)直接導(dǎo)致小麥減產(chǎn)。

1.5經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)較差

旱地小麥產(chǎn)區(qū)多為農(nóng)村經(jīng)濟(jì)貧困地區(qū)，農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)單一，農(nóng)民文化素質(zhì)較低，農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平低，作物布局不合理，品種選用不當(dāng)，這也是影響旱地小麥產(chǎn)量提高的重要因素之一[15]。

2旱區(qū)小麥抗旱節(jié)水的主要方式

2.1因地制宜，科學(xué)規(guī)劃，改進(jìn)灌溉技術(shù)

隨著農(nóng)業(yè)和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，農(nóng)田節(jié)水措施也越來越多樣化，因地制宜的田間節(jié)水工程，小畦灌、溝灌、膜下灌以及噴灌、滴灌等高效節(jié)水技術(shù)已快速發(fā)展，這對(duì)旱區(qū)作物可持續(xù)發(fā)展有重要意義[16]。隨著2013年中央一號(hào)文件的出臺(tái)，專業(yè)大戶、家庭農(nóng)場(chǎng)、農(nóng)民合作社等農(nóng)業(yè)規(guī)模經(jīng)營不斷擴(kuò)大，這更有利于促進(jìn)田間節(jié)水工程設(shè)施充分利用，提高水資源利用效率。

2.2選擇適宜類型的品種，并適期適量播種

由于旱地缺乏水資源，旱地冬小麥品種多以抗旱性為主。各地水資源不平衡，有季節(jié)性差異，因此要選擇適合本地區(qū)的抗旱小麥品種[17]。與一般小麥品種相比，抗旱小麥品種根系發(fā)達(dá)，可以吸收深層土壤水分，干旱時(shí)小麥有較強(qiáng)的水分補(bǔ)償能力。適期、適量播種同樣重要，大量研究表明，小麥適期、適量播種可以充分利用冬前的熱量資源，培育壯苗，增強(qiáng)抗逆力，為提高成穗率和小麥高產(chǎn)奠定基礎(chǔ)[18-19]。

2.3結(jié)合小麥養(yǎng)分需求規(guī)律和測(cè)土配方技術(shù)進(jìn)行平衡施肥，重視有機(jī)肥配施

施肥是提高小麥等作物產(chǎn)量的關(guān)鍵技術(shù)措施，而且施肥與作物的抗旱性的關(guān)系極其密切。合理施肥是調(diào)節(jié)作物水分利用狀況，降低水分脅迫造成危害的有效途徑[20]。

大量研究表明，通過合理施肥不僅可以顯著提高旱區(qū)作物的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量，也有利于提高作物水分利用效率[21-26]。因?yàn)槭┓蚀龠M(jìn)了作物根系的生長，從而增加了作物對(duì)土壤深層水分的利用，起到“以肥調(diào)水”作用。也有研究表明，氮肥、磷肥、鉀肥的合理配施可以有效促進(jìn)植株的生理抗旱性，尤其是磷素營養(yǎng)具有提高耐旱能力和御旱能力的雙重功能[27]。旱地作物生產(chǎn)中，有機(jī)肥配施對(duì)提高土壤肥力和作物產(chǎn)量也有重要意義[28]。有機(jī)肥與化肥配施不僅可以顯著增加土壤養(yǎng)分，還可以明顯增強(qiáng)土壤酶活性，促進(jìn)土壤有機(jī)養(yǎng)分轉(zhuǎn)化，從而促進(jìn)作物對(duì)養(yǎng)分的生長和利用，提高作物產(chǎn)量[29-30]。

2.4調(diào)虧灌溉，補(bǔ)充灌溉

調(diào)虧灌溉是指從作物自身的水分利用特點(diǎn)出發(fā)，在作物生長的某一階段，主動(dòng)施加一定程度的水分脅迫，提高其抗旱能力，從而達(dá)到有效利用光合產(chǎn)物，提高水分利用效率和產(chǎn)量，提高作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)價(jià)值的目的[31-32]。補(bǔ)充灌溉又稱有限灌溉，是指在水資源短缺的狀況下，降低作物整個(gè)生育期的供水量，將有限的水資源分配利用到作物對(duì)水分的敏感時(shí)期或作物生長關(guān)鍵期，而滿足作物的生長需要和降低作物因干旱造成減產(chǎn)的可能，最終提高旱地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的作物產(chǎn)量以及水分利用效率。

已有研究表明，拔節(jié)期為小麥千粒重、穗粒數(shù)的水分虧缺敏感期[33]，在拔節(jié)期供水供肥可以顯著地提高小麥產(chǎn)量，同時(shí)增加穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量[34-35]。適時(shí)適量的灌水，可以有效促進(jìn)小麥根系生長和水分的利用，提高小麥產(chǎn)量和水分利用效率[36]。而在高產(chǎn)范圍內(nèi)適當(dāng)減少供水量，也可保證作物產(chǎn)量和水分利用效率同時(shí)穩(wěn)定在較高的水平上，并獲得最佳的經(jīng)濟(jì)效益[37]。因此，在旱地降水資源稀少的條件下，根據(jù)作物對(duì)水分的生理需求特性，發(fā)展調(diào)虧灌溉和補(bǔ)充灌溉的節(jié)水灌溉技術(shù)，對(duì)提高水資源利用率，增加旱地小麥產(chǎn)量和實(shí)現(xiàn)旱地農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展有重要意義。

2.5小麥秸稈覆蓋、覆膜栽培和壟溝栽培等栽培措施

秸稈覆蓋、地膜覆蓋及壟溝栽培等栽培措施被認(rèn)為是我國旱地農(nóng)業(yè)發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)的主要途徑[38-39]，對(duì)實(shí)現(xiàn)我國的旱地節(jié)水農(nóng)業(yè)和可持續(xù)發(fā)展農(nóng)業(yè)有重要意義[40]。

秸稈覆蓋是以作物莖稈、糠皮或綠肥為覆蓋物，將其粉碎后覆蓋于作物田間表面，具有改善生態(tài)環(huán)境、培肥地力、提高資源利用效率和增產(chǎn)增收的重要作用[41]。秸稈覆蓋不僅可以補(bǔ)充土壤養(yǎng)分，增加土壤有機(jī)質(zhì)和孔隙，還可以改變作物耗水規(guī)律，降低土壤水分的消耗和提高土壤水分利用，從而提高作物水分利用效率和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量[42-44]。

地膜覆蓋也是作物節(jié)水的一項(xiàng)重要措施，并且在棉花、小麥、玉米等作物栽培上進(jìn)行了大面積推廣應(yīng)用[45-46]。地膜覆蓋有利于調(diào)節(jié)地溫，改善農(nóng)田水分供給，提高作物水分利用效率和產(chǎn)量[47]。有研究表明，覆膜結(jié)合壟溝栽培技術(shù)對(duì)旱地小麥也具有顯著的增產(chǎn)作用[48-49]，壟溝和覆膜可以改善土壤表層的溫度和土壤耕層水分環(huán)境，促進(jìn)作物生育期的提前和土壤水分的利用[48]。也有研究表明，在旱地有限水資源條件下，壟溝覆膜技術(shù)與合理施肥相結(jié)合，可以明顯提高水分利用效率和提高作物產(chǎn)量[49]。

2.6抗旱劑和緩控釋肥、微生物肥料等新型肥料的應(yīng)用

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，肥料向復(fù)合高效、緩釋控釋（長效）和環(huán)境友好等多方向發(fā)展。目前，新型肥料已得到快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，如緩釋和控釋肥料、水溶肥料、穩(wěn)定性肥料、腐殖酸類肥料、多功能肥料、生物肥料等。它不但提高了作物的產(chǎn)量和肥料利用效率，還有助于改善環(huán)境質(zhì)量[50-51]。

植物生長調(diào)節(jié)劑被用來調(diào)節(jié)和控制作物的生長發(fā)育，增強(qiáng)作物在水分脅迫下的適應(yīng)能力，提高植株抗旱性，從而提高作物產(chǎn)量。施用保水劑等抗旱劑對(duì)于作物高效利用水資源、提高作物產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益有重要作用。大量研究表明，施用抗旱劑可以提高小麥植株抗旱能力，促進(jìn)籽粒灌漿，改善營養(yǎng)品質(zhì)，并防止后期病害，從而起到抗旱增產(chǎn)的作用[52-54]。也有研究表明，施用抗旱劑不僅有利于作物增強(qiáng)抗旱性和提高產(chǎn)量，還有利于改善土壤微生物環(huán)境，減緩傳統(tǒng)農(nóng)藥及化肥對(duì)環(huán)境的污染[55-56]。

2.7科學(xué)田間管理

為提高旱地小麥產(chǎn)量，還須加大農(nóng)技培訓(xùn)力度，指導(dǎo)農(nóng)民做好科學(xué)田間管理。在病蟲害防治上，要堅(jiān)持“預(yù)防為主、綜合防治”的原則，加強(qiáng)重點(diǎn)病蟲害地區(qū)的監(jiān)測(cè)，改善傳統(tǒng)的防治手段，推廣適時(shí)有效的防治措施。

3研究展望

干旱缺水和養(yǎng)分缺乏是旱區(qū)小麥生產(chǎn)的主要限制因素。科研工作者在促進(jìn)旱地小麥生產(chǎn)的施肥種類、施肥方式、灌水以及栽培措施等方面已做了大量研究，但在生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用中，一般僅應(yīng)用單一或2種技術(shù)措施，多方面措施綜合利用并未全面發(fā)展。因此當(dāng)前抗旱節(jié)水農(nóng)業(yè)應(yīng)該向工程節(jié)水、農(nóng)藝節(jié)水、生物節(jié)水、管理節(jié)水等技術(shù)有機(jī)結(jié)合與集成的方向發(fā)展，進(jìn)一步提高農(nóng)業(yè)的綜合效益和促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展[57]。

隨著小麥抗旱機(jī)理和抗旱基因研究的深入，通過分子生物技術(shù)培育抗旱作物品種已取得一些進(jìn)展。已有研究表明，通過提高水分利用效率和收獲指數(shù)來改善作物的各種性狀，然后利用生物新技術(shù)可以培育出高水分利用效率的高產(chǎn)耐旱品種[58]。雖然通過基因工程手段改良小麥的抗旱性仍存在一些問題，但隨著對(duì)小麥抗旱分子機(jī)理認(rèn)識(shí)的不斷深入和分子生物技術(shù)的不斷發(fā)展，抗旱小麥育種的技術(shù)將更加成熟。而通過基因工程培育抗旱品種與小麥生產(chǎn)栽培等多項(xiàng)技術(shù)相結(jié)合，將成為促進(jìn)旱地小麥穩(wěn)產(chǎn)和旱地農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。

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