干旱區(qū)春小麥產(chǎn)量對(duì)溝壟參數(shù)和灌水技術(shù)的響應(yīng)

孫克翠，張新民，2，金建新，王文娟，蘇向榮

（1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 工學(xué)院，蘭州730070；2.甘肅省水土保持科學(xué)研究所，蘭州730020；3.甘肅省水利科學(xué)研究院，蘭州730000；4.華南理工大學(xué) 輕工與食品學(xué)院，廣州510640）

水資源短缺已經(jīng)成了制約西北內(nèi)陸地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素，但同時(shí)在西北糧食主產(chǎn)區(qū)也存在著灌溉水量浪費(fèi)、管理粗放、灌溉方法不恰當(dāng)?shù)痊F(xiàn)象。因此，制定合理的溝灌灌水技術(shù)參數(shù)勢(shì)在必行。小麥產(chǎn)量的90%～95%來自“光合作用”過程中形成的光合物質(zhì)，小麥葉片是光合作用的主要器官，對(duì)籽粒產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率很大，葉面積對(duì)作物生長和產(chǎn)量的影響很早就被人們所認(rèn)識(shí)［1－3］。目前，小麥壟作技術(shù)的應(yīng)用主要局限在冬小麥區(qū)，研究工作集中于壟作小麥的節(jié)水效應(yīng)、田間小氣候的變化及其對(duì)小麥生理生態(tài)效應(yīng)的影響［4］。鄧斌［5］研究了甘肅河西內(nèi)陸區(qū)壟作春小麥各生育階段生理性狀、產(chǎn)量構(gòu)成因子及水分利用率。張永久［6］研究提出張掖地區(qū)合理壟寬為60cm，溝寬15cm。張新民［7］等提出了在干旱地區(qū)粉砂質(zhì)粘壤土和黏土宜采用合理的壟寬為20～50cm和20～35cm。但研究方法上未將壟溝參數(shù)與灌水技術(shù)參數(shù)結(jié)合，推廣應(yīng)用缺少理論支撐。本文重點(diǎn)研究了不同的壟溝參數(shù)（壟坡、壟寬、溝深、溝寬）、灌水技術(shù)參數(shù)（溝長、溝坡、入溝流量）之間的組合對(duì)春小麥生長指標(biāo)、產(chǎn)量和水分利用率的影響，以期為干旱區(qū)春小麥壟作溝灌生產(chǎn)實(shí)踐，大面積推廣應(yīng)用與發(fā)展提供技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)在甘肅省水利科學(xué)研究院民勤節(jié)水農(nóng)業(yè)生態(tài)建設(shè)試驗(yàn)示范基地進(jìn)行。試驗(yàn)區(qū)位于民勤縣城以北約13.5km處的大灘鄉(xiāng)東大村，地理位置東經(jīng)130°05′10″，北緯38°37′18″，海拔1 250m 左右，處于綠洲和騰格里沙漠交界地帶，屬典型的荒漠氣候，降雨稀少，蒸發(fā)量大，風(fēng)沙多，自然災(zāi)害頻繁。該地區(qū)多年平均氣溫7.8°C，極端最高氣溫39.5℃，極端最低氣溫－27.3℃，多年平均降雨量110mm，多年平均蒸發(fā)量2 644mm，日照時(shí)效3 028h，≥10℃，積溫3 145℃，＞0℃，積溫3 550℃，無霜期150d，最大凍土深115 cm，地下水埋深18—25m。試驗(yàn)區(qū)土質(zhì)為沙質(zhì)黏壤土，0—60cm平均土壤容重為1.46g/cm3，田間持水量為22.27%，速效鉀177mg/kg，速效磷74mg/kg，有機(jī)質(zhì)13%，液態(tài)氮含量12mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試品種為永良4號(hào)春小麥。小麥生育期劃分為出苗分蘗期（4月1日—4月20日）、拔節(jié)期（4月21—5月8日）、抽穗期（5月9日—5月27日）、開花期（5月28日—6月13日）、灌漿期（6月14日—7月1日）、成熟期（7月2日—7月20日）。本試驗(yàn)采用機(jī)械播種，起壟、播種、整形、鎮(zhèn)壓一次性完成，于三月下旬播種，統(tǒng)一施肥，播種量為1 050kg/hm2。以壟溝參數(shù)（壟坡、壟寬、溝深、溝寬）與灌水技術(shù)參數(shù)（溝長、溝坡、入溝流量）為處理因子，進(jìn)行對(duì)比設(shè)計(jì)，將試驗(yàn)設(shè)5個(gè)處理，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)，共15個(gè)小區(qū)。具體試驗(yàn)設(shè)計(jì)如表1所示。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案

試驗(yàn)區(qū)灌水方法為溝灌，利用水表嚴(yán)格控制水量。根據(jù)民勤春小麥的灌溉制度全生育期灌水5次，出苗分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期、開花期和灌漿期灌水定額均為 600m3/hm2，成熟期灌水定額為 375m3/hm2。壟作溝灌栽培技術(shù)，開溝起壟，壟寬為40cm，種植3行小麥，壟寬為50cm，種植4行小麥，行距均為10cm，小區(qū)總面積1 072m2，機(jī)械起壟播種。各處理鋤草、施肥、松土等田間管理均保持一致。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

（1）生物量的測(cè)定：小麥生育期間按不同處理分別在出苗期、拔節(jié)期、抽穗期、開花期和灌漿期各取樣1次，每處理固定取20株小麥，用鋼尺測(cè)量小麥的株高，用尺子測(cè)量計(jì)算葉面積。

（2）干物質(zhì)的測(cè)定：在出苗期、拔節(jié)期、抽穗期、開花期和灌漿期5個(gè)生育階段每個(gè)處理各取20株小麥，將去掉根部（從地表外剪斷）的地上部分全部有機(jī)物質(zhì)裝入牛皮紙信封，放入烘箱中，95°C殺青20 min，80°C恒溫下烘干至恒重，用電子秤稱其重量。

（3）光合勢(shì)的測(cè)定：每個(gè)處理固定選取5株小麥，在主要生育階段用葉面積儀測(cè)定小麥的葉面積。光合勢(shì)（LAD）是單位土地面積上葉面積持續(xù)時(shí)間。LAD＝（LA2－LA1）·（t2－t1），其中LA1，LA2分別為時(shí)間t1，t2時(shí)單位土地面積上的葉面積。

（4）土壤含水率。小麥播種前、主要生育階段灌水前后和收獲前一天每個(gè)重復(fù)沿著溝長方向分別在10，30，50m位置選擇三個(gè)取樣點(diǎn)，每個(gè)取樣點(diǎn)分別在壟坡、溝底中部、壟背中心處垂直向下每隔10cm取樣測(cè)定土壤含水率，取樣最大深度為80cm。采用烘干法測(cè)定土壤含水率。

（5）產(chǎn)量測(cè)定。成熟后，各處理分別選取1m測(cè)產(chǎn)，統(tǒng)計(jì)各小區(qū)的穗數(shù)，穗長，單穗顆粒數(shù)，樣本籽粒晾曬達(dá)到通常的標(biāo)準(zhǔn)后，除去空、秕粒，采用隨機(jī)選取1 000粒小麥籽粒，稱重，3次重復(fù)（組內(nèi)差值不大于3%）取均值，為千粒重。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用 Excel 2003和SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同壟溝參數(shù)對(duì)小麥干物質(zhì)的影響

干物質(zhì)是作物光合作用的最終形態(tài)，其積累及分配與經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的形成密切相關(guān)［8］，由圖1可知，春小麥各生育期地上部分干物質(zhì)累積量近似呈現(xiàn)出慢—快—慢的S形曲線，即苗期增長緩慢，拔節(jié)期后迅速增長，接近成熟期又增長緩慢的變化趨勢(shì)。不同的壟溝參數(shù)對(duì)干物質(zhì)的影響變化規(guī)律基本一致，都在拔節(jié)期以后迅速增長。由表2分析可得，不同壟溝參數(shù)在小麥出苗期對(duì)干物質(zhì)累積量的影響不顯著（p＜0.05），在拔節(jié)期T4處理的干物質(zhì)累積量最高，達(dá)4.42g，比T1，T2，T3和T5分別高出30.3%，45.9%，1.81%和6.1%。抽穗期的情況與拔節(jié)期的類似；在開花期T3處理的干物質(zhì)累積量最高，為55.4g，分別較 T1，T2，T4和T5增加了6.81%，18.57%，6.0%和15.88%，T4處理與T3處理差異不顯著（p＜0.01）；在灌漿期T4處理干物質(zhì)累積量最高，為67.74g，與其他處理顯著性差異；在整個(gè)生育期內(nèi)T4處理的干物質(zhì)累積量基本都高于其他處理。

圖1 小麥各生育期地上部分干物質(zhì)累計(jì)量的變化趨勢(shì)

表2 不同處理模式下小麥干物質(zhì)的對(duì)比

2.2 不同壟溝參數(shù)對(duì)小麥株高的影響

株高是衡量作物生長發(fā)育狀況的一個(gè)有效指標(biāo)，表3反映不同壟溝參數(shù)對(duì)小麥株高的影響，結(jié)果表明：出苗期T5處理株高最低為2.79cm，與其他處理差異性顯著（p＜0.05）；拔節(jié)期T1處理株高最高，為10.9cm，分別較 T2，T3，T4和 T5增加了7.52%，9.91%，6.97%和9.63%。抽穗開花期T3處理的株高較高，與其他處理差異性顯著；灌漿期T1處理的株高達(dá)到峰值為62.36 cm，與其他處理差異性顯著，較T2，T3，T4和T5處理分別增加了3.32%，2.26%，1.43%和3.27%。由表3整體分析看出，在其他參數(shù)不變的情況下，壟寬與小麥株高呈負(fù)增長的變化趨勢(shì)，由于灌水定額，入溝流量等相同的條件下，壟溝的側(cè)向入滲范圍是有限的，壟寬的加大，使小麥對(duì)溝中水分和土壤養(yǎng)分的競(jìng)爭力加大，從而限制了小麥的生長發(fā)育；田面坡度，入溝流量和溝長對(duì)小麥株高的影響有待進(jìn)一步研究。

2.3 不同壟溝參數(shù)對(duì)春小麥葉面積和光合勢(shì)的影響

從圖2可見，壟作春小麥葉面積在整個(gè)生育期間均表現(xiàn)出相似的單峰曲線變化，即小麥出苗后，葉面積開始緩慢增長，拔節(jié)期之后由于小麥營養(yǎng)生長和生殖生長同時(shí)進(jìn)行，葉面積指數(shù)迅速增大，抽穗期小麥主莖葉數(shù)一定，旗葉生出，此時(shí)小麥葉面積達(dá)到峰值，即整個(gè)生育期內(nèi)的最大值，開花期保持一段相對(duì)穩(wěn)定的時(shí)期后，由于群體內(nèi)個(gè)體間營養(yǎng)、光照、水分等競(jìng)爭加劇，小麥下部葉片開始衰亡，導(dǎo)致葉面積急劇下降。

表3 不同壟溝參數(shù)對(duì)小麥株高的影響

圖2 小麥各生育期葉面積的變化趨勢(shì)

由表4分析可得，T3處理在整個(gè)生育期的總光合勢(shì)最高，T2處理最低，而T4處理與T3處理差異不顯著（p＜0.05），T3處理較T1，T2和 T5處理分別增加了6.49%，11.56%和4.24%。在其他參數(shù)不變的情況下，隨著壟寬的增大，小麥在整個(gè)生育期的總光合勢(shì)降低；在其他參數(shù)一定的情況下，溝長與小麥的總光合勢(shì)呈負(fù)相關(guān)的關(guān)系；田面坡度與入溝流量對(duì)小麥光合勢(shì)的影響不顯著。

2.4 不同處理對(duì)小麥產(chǎn)量及水分利用效率的影響

不同的壟作技術(shù)參數(shù)對(duì)春小麥產(chǎn)量和水分利用效率的分析結(jié)果如表5所示。

表4 不同壟溝參數(shù)對(duì)春小麥光合勢(shì)的影響 （m2·d）/667m2

表5 不同處理模式下小麥產(chǎn)量和水分利用效率

結(jié)果表明：不同處理之間產(chǎn)量的性狀差異性明顯，T4處理產(chǎn)量最高，達(dá)到9 142.87kg/hm2，較 T5處理增產(chǎn)1.5%，但與T5無顯著差異，較T1和T3處理分別增產(chǎn)10.5%和10.2%；T2處理的產(chǎn)量最低，僅為7 282.37kg/hm2，較T4處理低了20.3%，T2處理壟寬過寬、溝長較長，對(duì)溝中水分的競(jìng)爭力較強(qiáng)，因此水分的不足限制了植株的生長。T5處理的穗長與穗粒數(shù)均高于其他處理，但由于T5處理的畝穗數(shù)較低，因此T5的產(chǎn)量低于T4。說明適宜的壟寬可以最大限度的發(fā)揮壟上小麥的受光條件和邊行優(yōu)勢(shì)，有利于改善群體的通風(fēng)和透光條件，提高作物產(chǎn)量［9－10］。

由T1，T2處理和T4，T5處理對(duì)比分析可知：在溝長，入溝流量，坡降相同的條件下，壟寬與春小麥產(chǎn)量與水分利用效率呈現(xiàn)負(fù)增長的趨勢(shì)，T2處理的產(chǎn)量與水分利用效率分別較T1處理降低了10.97%與9.8%，差異性顯著（p＜0.05）；T5處理的產(chǎn)量與水分利用效率分別較T4處理降低了1.5%與1.88%，但無顯著差異。在其他參數(shù)一定的情況下，隨著溝長的增加，小麥產(chǎn)量與水分利用效率呈現(xiàn)遞減的趨勢(shì)；T4處理組合模式的產(chǎn)量和水分利用效率較高，蓄水、保墑效果好，有利于植株的生長。

3 討論與結(jié)論

光合勢(shì)是反應(yīng)群體光合性能的重要指標(biāo)之一，群體光合勢(shì)的大小與產(chǎn)量高低呈顯著的正相關(guān)［11］。適宜的株高有助于減少小麥的抗倒伏能力，壟作種植方式能夠降低小麥第一節(jié)間的高度，提高小麥抗伏倒能力［12］，建立合理的群體結(jié)構(gòu)有助于提高作物的產(chǎn)量，小麥的高產(chǎn)取決于對(duì)光能利用率的提高，而葉面積指數(shù)是反映小麥群體光和性能的重要指標(biāo)。馬林等［13］楊靜敬等［14］研究表明小麥全生育期的葉面積和光合勢(shì)呈單峰曲線變化，峰值在抽穗期，本試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證了此理論；由于不同的種植方式對(duì)小麥群體內(nèi)部的通風(fēng)、透光狀況和光和產(chǎn)物的分配產(chǎn)生影響，而壟作種植能夠?qū)⒏嗟墓夂袭a(chǎn)物分配到葉片中［15］，增加小麥群體光合能力，為獲得較高的生物產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量打下了基礎(chǔ)。

通過研究壟溝參數(shù)（壟坡、壟寬、溝深、溝寬）、灌水技術(shù)參數(shù)（溝長、溝坡、入溝流量）之間的優(yōu)化組合對(duì)壟作溝灌小麥生長指標(biāo)和產(chǎn)量及水分利用效率的影響，得出結(jié)論：在其他參數(shù)一定的情況下，壟寬與小麥株高呈現(xiàn)負(fù)增長的趨勢(shì)；在其他參數(shù)不變的情況下，隨著壟寬的增大，小麥在整個(gè)生育期的總光合勢(shì)降低；在其他參數(shù)一定的情況下，溝長與小麥的總光合勢(shì)呈負(fù)相關(guān)的關(guān)系；溝長50m、壟寬40cm、入溝流量1.5L/s、田面坡度1/1 000的參數(shù)組合為壟作溝灌春小麥適應(yīng)生長的最優(yōu)組合，此組合下小麥產(chǎn)量最高，為9 142.87kg/hm2；同時(shí)水分利用效率亦最高為29.18kg/（hm2·mm）。

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