不同種植方式對丘陵地小麥田土壤水分、產(chǎn)量及水分利用效率的影響

董　琦,馮變娥，喬俊芳，范晉波，張鳳潔，李莎莎，高志強，王愛萍

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院， 山西 太谷 030801)

不同種植方式對丘陵地小麥田土壤水分、產(chǎn)量及水分利用效率的影響

董琦,馮變娥，喬俊芳，范晉波，張鳳潔，李莎莎，高志強，王愛萍*

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院， 山西 太谷 030801)

摘要：目的：為研究不同種植方式對丘陵地小麥田土壤水分，產(chǎn)量及水分利用效率的影響。方法：以臨旱536小麥品種為供試材料，采用隨機區(qū)組方法，以常規(guī)種植方式為對照進行研究。結(jié)果：與常規(guī)播種(CK)相比，窄行稀條播(C1)、膜側(cè)條播(C2)、溝播(C3)播種0~240 cm土層的含水量在整個生育時期下降較大，對0~120 cm土壤含水率有明顯改善，同時提高了深層土壤水分的利用，C2有利于拔節(jié)期前中層土壤(80~220 cm)保墑。各處理間的總耗水量達極顯著差異，C2最大，C3、CK、C1依次降低，且在拔節(jié)期達到耗水量的最大值，占總耗水量27.58%~37.56%。C2、C3灌漿速率和地上生物量明顯高于C1、CK，千粒重、產(chǎn)量、降水利用效率表現(xiàn)為C2>C3>C1>CK。結(jié)論：C2顯著改善土壤水分，提高了小麥地上生物量、灌漿速率、降水利用率、千粒重，進而增加了產(chǎn)量。

關(guān)鍵詞：冬小麥；種植方式；土壤水分；生物產(chǎn)量；產(chǎn)量；水分利用效率

水分是一切植物賴以生存的基本條件，土壤水分含量直接影響植物全生育期的生長發(fā)育。晉城市主要為丘陵地，屬于半干旱半濕潤地區(qū)，降水量少，采用常規(guī)播種方式種植小麥。但常規(guī)種植存在產(chǎn)量低、土壤水分利用效率低、個體生長不良、病蟲害嚴(yán)重等問題[1, 2]。前人對不同種植方式下0~200 cm土壤水分以內(nèi)研究表明，覆膜種植能夠調(diào)節(jié)土壤水熱狀況，提高作物耗水量、水分利用效率[3]，調(diào)控土壤水分時空在分配，促進土壤-作物水分良性循環(huán)[4-7]，進而提高產(chǎn)量，但耗水深度會向下延伸[8-10]。

種植行距對小麥干物質(zhì)的積累和分配都有影響[11]。董琦[12]等人的研究表明窄行稀條播增加作物葉面積和冠層蓋度，調(diào)節(jié)群體性狀，減少了裸露的田面面積，減少土壤蒸發(fā)、耗水量、蒸散量以及土壤風(fēng)蝕量，進而獲得較高的產(chǎn)量。前人對土壤水分運動的研究多為0~200 cm以內(nèi)[9,13-16]，對更深層次土層的研究鮮有報道。

在丘陵地區(qū)，覆膜壟作、窄行稀條播及溝播對小麥產(chǎn)量、更深層的土壤水分調(diào)節(jié)、水分利用效率、降水利用效率以及相關(guān)生理指標(biāo)未見系統(tǒng)研究。本研究在前人研究的基礎(chǔ)上，探討不同種植方式下對小麥全生育時期各階段更深土壤層次的含水率進行測定及分析，并且計算水分利用效率，以及降水利用率。旨在揭示不同種植方式對更深土層水分運動的調(diào)節(jié)，分析其增產(chǎn)機制，為該地區(qū)小麥最佳種植方式、產(chǎn)量提高提供科學(xué)依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗時間、地點與土壤條件

試驗于2013~2014小麥生長季在山西省晉城市澤州縣高都鎮(zhèn)進行。該區(qū)屬于屬暖溫帶大陸性氣候，海拔882米，年平均氣溫10 ℃，無霜期192.6天，年降水量為573.3 mm，主要分布在6~9月份，為半干旱半濕潤地區(qū)。2013~2014小麥生育期降水量為180.3 mm，試驗地為壤土，播種前0~20 cm土層的養(yǎng)分含量為：有機質(zhì)18.35 g·kg-1，全氮1.05 g·kg-1，堿解氮95.89 mg·kg-1，速效磷40.65 mg·kg-1，速效鉀110.32 mg·kg-1。

1.2實驗設(shè)計和試驗方法

試驗供試品種為臨旱536。設(shè)置常規(guī)播種(CK：行距為20 cm)、窄行稀條播(C1：行距為10 cm)、膜側(cè)條播(C2：行距為20 cm)、溝播(C3行距為20 cm)播種4種種植方式，覆膜播種為覆壟之間20 cm，壟寬為20 cm,并壟上覆膜，兩側(cè)播種；溝播為起壟15 cm高，壟寬20 cm，壟的1/2處播種。采用隨機區(qū)組設(shè)計，小區(qū)面積為6 m×6 m=36 m2，實驗小區(qū)之間設(shè)計1 m寬保護行，3次試驗重復(fù)。播前底施P2O5170.0 kg·hm-2，K2O 178.0 kg·hm-2，基施氮肥與底施磷肥、鉀肥均勻撒入小區(qū)后翻于地下，拔節(jié)期追施氮肥300 kg·hm-2，其他田間管理與當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)管理相同，6月12日收割。

1.3田間取樣和測定項目、方法

1.3.1土壤含水量的測定

在播前和主要的生育時期用土鉆取0~300 cm土層的土樣，20 cm為一個土層，樣品取后立即裝入鋁盒，稱鮮重后放置于烘箱中，105 ℃烘20~24 h，至恒重，稱量干土重量，計算含水量。

土壤含水量=(土壤鮮重-土壤干重)/土壤干重×100%

1.3.2農(nóng)田耗水量的計算

農(nóng)田耗水量的公式為ET1-2=10∑γiHi(θi1-θi2)+M+P0+K，i(1,n)式中 ET1-2-階段耗水量，mm；i-土壤層次號數(shù)；n-土壤層次總數(shù)；γi-第 i 層土壤干容重，g·cm-3；Hi-第 i 層土壤厚度，cm；θi1-第 i 層土壤時段初的含水率，以占干土重的百分?jǐn)?shù)計；Hi2-第 i 層土壤時段末的含水率，以占干土重的百分?jǐn)?shù)計；M-時段內(nèi)的灌水量，mm；K-時段內(nèi)的地下水補給量，mm[17]。

CA:耗水量 Water consumption amount；PE:百分比percentage；TWCA:總耗水量Total water consumption amount

1.3.3水分利用效率與降水利用率

WUE= Y/ETi[17,18]

式中: WUE為水分利用效率(kg·hm-2·mm-1)，Y 為籽粒產(chǎn)量, ETi為小麥生育期間耗水量;降水利用率(kg·hm-2·mm-1)=籽粒產(chǎn)量/降水量

1.3.4地上生物產(chǎn)量與灌漿速率的測定

于拔節(jié)期前期開始間隔一定時間，取長勢一致的麥苗(包含分蘗)進行地上生物量的測定；

開花后每隔五天每個處理選取10個長勢一致的主穗，每穗取中部籽粒100個，置于105 ℃烘15 min，殺青后于80 ℃烘干直至恒重，直至成熟。

灌漿速率(g/d)=籽粒干物質(zhì)增重(g)/測定間隔的天數(shù)(d)。

1.3.5籽粒產(chǎn)量測定

千粒重：晾干后數(shù)500粒稱重，換算成千粒重，5次重復(fù)(重復(fù)問相差≤0.5 g)[19]

產(chǎn)量測定：取測產(chǎn)行單打單收計算單位面積產(chǎn)量。

1.4數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)結(jié)果采用Excel 2010及DPS7.05系統(tǒng)軟件進行數(shù)據(jù)處理s與方差分析，并采用LSD法進行差異顯著性分析。

2結(jié)果與分析

2.1不同種植方式對小麥各個生育時期土壤含水率的影響

表1小麥生育期降水量

Tab.1Wheat grouth period precipitation

年份2013-102013-112013-122014-012014-022014-032014-042014-052014-06降雨量(mm)19.626.40.2032.83.561.436.177.1

CK：常規(guī)播種，normal drilling seeding technique；C1：窄行稀條播，narrow row sparse drilling technique；C2：膜側(cè)條播，drilling beside plastic film；C3：溝播，ridge sowing圖1　不同種植方式對小麥各個生育期土壤含水量的影響Fig.1　The effects of different planting manners on soil water in each period of wheat

小麥土壤層次的含水率在不同種植方式下差異很大，圖1看出隨土壤深度的增加，各生育期小麥的含水量均表現(xiàn)為先增加再減小再增加的規(guī)律，分別在160 cm附近及300 cm附近達到極值。返青期處理間0~80 cm土層的水分含量差異明顯，80~300 cm各個處理變化趨勢基本一致，整體呈先升后降再迅速上升。上層土壤中(0-80 cm)，各處理的含水量明顯高于CK對照，且C1處理含水量最多，C2僅次于C1，說明種植方式能夠促進淺土層的保墑，且窄行稀條播的保墑作用較為明顯。中層土壤(80-220 cm)各種植方式下含水量差異不大，整體看來含水量排序為：C2>C1>C3，此階段覆膜有利于保墑。深層土壤(220-300 cm)C1含水量較高，C3較低，C2在300 cm處達到極值，推測C1、C2均能起到深層土壤保墑的作用。

拔節(jié)期整體變化趨勢為先上升再下降再上升，0~80 cm各處理含水量呈C1>C2>C3>CK。80~220 cm各處理均為先上升后下降，CK在80~160 cm上升幅度最大，160 cm~220 cm下降最小，C3整體上升幅度最小，CK、C2、C3達到最大值后保持平穩(wěn)。C2平均水平比C1、C3高，推測覆膜對中層土壤能有效保墑，CK比其他處理含水量高，可能是由于前期根系生長緩慢，對中層土壤的耗水量較低。220 cm~300 cm土層CK、C1、C2迅速上升達到最大值，且處理間明顯差異，C3緩慢上升，與其他處理間有明顯差異。抽穗期0~300 cm土層含水量C3均保持在處理中最低，C2僅次于C3，推測是由于C3地表蒸發(fā)較大，促進深層水分上移。0~80 cm土層C1含水量最大，C3最小。160~220 cm土層C1、C2、C3與CK相比有明顯差異，160~300 cm土層各處理均上升直至最大值，呈現(xiàn)CK>C1>C2>C3,且各處理間差異明顯。說明與CK相比，C1、C2、C3均在抽穗期充分利用深層土壤水分，以保證植物生長所需水分。

灌漿期各處理土層含水量表現(xiàn)為先緩慢下降再上升，保持平穩(wěn)變化后迅速上升至最大。除C1外，其余各處理在0~80 cm土層變化差異不大。80~220 cm土層含水量均以CK最大，100~160 cm土層C3與其他處理間差異較大。C1、C2、C3與CK在160~220 cm土層間有明顯差異。220~300 cm土層中，CK土壤含水量最大，C3含水量最小，C1、C2處理間含水量相近，分別與其他兩種處理有明顯差異?？梢姡cCK相比，其他三種處理處理均提高了根系對深層土壤水分的利用，為增產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

2.2不同種植方式對各階段耗水量及其比例的影響

對小麥各個生育階段耗水量的分析表明(表2)，各處理(除C1)在整個生育時期內(nèi)耗水量(CA)呈一定變化規(guī)律，即先升后降再升，C1表現(xiàn)為先升后降。總的耗水量為C2>C3>CK>C1，各處理間達極顯著差異。各處理拔節(jié)期至抽穗期耗水量最大，占總耗水量1/3以上，處理間CA均達極顯著差異，PE有顯著差異，最大值為C2，達238.13 mm，耗水量遠大于這階段的降雨量，說明膜側(cè)條播(C2)能充分調(diào)動各土層水分，保證作物需水量，促進作物形態(tài)建成。各處理(除C1外)CA在抽穗期至灌漿期為最低，PE在15%左右。灌漿期至成熟期C2耗水量最小與C1、C3間CA、PE值達顯著差異或極顯著差異，這可能是由于氣溫升高，覆膜處理與其他處理相比減少了地表水分蒸發(fā)。C1各個階段耗水量相對較小，可能是由于棵間蒸發(fā)量小的緣故。

2.3不同種植方式對小麥灌漿速率和地上生物量的影響

開花后各處理的灌漿速率隨小麥的生育進程整體趨勢基本一致，先上升后下降，且均在20天達到最大值，C2最大，C3次之，CK最小，且C2/CK接近1.5。開花10天內(nèi)各處理的灌漿速率基本一致，15~25天C2>C3>C1>CK，15~20天C2增長速率最大，20天后C1迅速下降，后期與CK相近，且與C2、C3相差較大。由此可知，覆膜，溝播種植提高了籽粒后期的灌漿速率，進而影響粒重。

表2不同種植方式對各階段耗水量及其比例的影響

Tab.2The effects of different planting manners on water consumption amount and percent in each period

處理播種至拔節(jié)期Sowingtojointing拔節(jié)期至抽穗期Jointingtoheading抽穗期至灌漿期Headingtofiling灌漿期至成熟期FillingtomaturityCA(mm)PE(%)CA(mm)PE(%)CA(mm)PE(%)CA(mm)PE(%)總耗水量TWCA(mm)CK146.31abAB29.27bA146.72cC29.73cB92.25bA18.56bB112.13aA21.86aA497.43cCC1109.62bB23.35cB130.51dD27.58dC121.82aA26.01aA106.30abA22.67aA468.61dDC2185.05aA30.87aA238.13aA39.56aA79.94cC13.34cC101.90bA16.74cC602.62aAC3168.27aAB29.31bA219.39bB38.12bA75.82cC13.49cC110.50aA19.58bB573.38bB

CA:耗水量 Water consumption amount PE:百分比percentage TWCA:總耗水量Total water consumption amount

注:同一處理欄中不同大、小字母分別表示差異達1%、5%顯著水平。

Note:Different capital, lowercase letters in the same treatment items mean significant at 1% ,5% level

圖2　不同種植方式對小麥灌漿速率和地上生物量的影響Fig.2　 The effects of different planting manners on grouting rate and aboveground biomass

地上生物量隨生育時期的變化關(guān)系圖表明，隨著小麥生長進程的推進，地上生物產(chǎn)量也隨之增加，各處理增長趨勢保持一致，即先增加至灌漿期達到最大，隨后減小。各個時期C2增加幅度比其他處理高，CK、C1、C3返青期至拔節(jié)期迅速增加，拔節(jié)后緩慢增加，可能因為小麥的形態(tài)建成基本完成，進入生殖生長階段。抽穗期至成熟期地上生物量表現(xiàn)為C2>C3>C1>CK，說明覆膜可顯著增加小麥生殖生長階段地上生物量，進而達到增產(chǎn)。由于小麥成熟部分葉片開始干枯，成熟期各處理均有所下降，CK降幅最大，其他為C1>C3>C2，推測C2處理可以延緩小麥葉片衰老，提高小麥平均灌漿速率和時間，為增產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

2.4不同種植方式產(chǎn)量籽粒產(chǎn)量和水分利用效率的差異

表3不同種植方式對籽粒產(chǎn)量和水分利用效率的影響

Tab.3The effects of different planting manners on yield and Water use efficiency

處理Treatments千粒重Thousandkernelweight(g)產(chǎn)量Yield(kg·hm-2)水分利用效率Wateruseefficiency(kg·hm-2·mm-1)降水利用效率Utilizationrateofrainfall(kg·hm-2.mm-1)CK39.25±1.12dC5470.83±203.01dD10.96±0.65bB30.39±0.69dCC140.81±0.89cC6019.15±196.69cC12.82±0.99aA33.44±1.36cBC246.82±1.06aA6994.05±269.68aA11.45±1.06bB38.75±1.03aAC344.70±0.79bB6588.33±298.36bB11.67±1.02bB37.33±0.99bA

注：同一處理欄中不同大、小字母分別表示差異達1%、5%顯著水平

Note:Different capital, lowercase letters in the same treatment items mean significant at 1% ,5% level

不同種植方式對小麥產(chǎn)量、千粒重、水分利用效率以及降水利用率有顯著影響(表3)。各指標(biāo)CK最低，除了水分利用效率C1最高外，其余均以C2最高：千粒重46.82 g，產(chǎn)量6994.05 kg·hm-2，降水利用效率38.75 kg·hm-2·mm-1，較CK分別增加19.29%、27.84%、27.51%。千粒重、產(chǎn)量各處理間達極顯著差異，C2、C3降水利用效率差異不顯著，但分別與C1、CK處理達極顯著差異，水分利用效率相對較低可能是因為營養(yǎng)生長耗水量大造成的。因此覆膜、溝播相對常規(guī)播種能有效提高水分利用效率及降水利用率，充分利用有限的水分促進作物生長，從而提高小麥產(chǎn)量。

3討論與結(jié)論

半干旱地區(qū)水分是抑制作物生長的主要因素，不同的種植方式可以通過改善田間溫度、濕度、蒸發(fā)速率、富集雨水強度等方式來保障作物各生育階段的需水量。國內(nèi)外研究表明，干旱環(huán)境下小麥根系有提水現(xiàn)象，而且根系可通過各種縱向和側(cè)向運輸進行水分再分配[5, 20, 21]。張淑芬[6]等人的研究表明，小麥的初生根可深扎到2米以下取水，覆膜改善了0~20 cm土層的水分，但全生育期內(nèi)2 m土層含水量不如露地。全膜覆土穴播較其他種植方式促進了小麥耗水，加強了對深層土壤水分的利用，但是連續(xù)2年的實驗證明耗水深度增加，不利于連續(xù)種植作物，需在休閑期補充水分[9]。本研究表明各個時期0~20 cm土層受降水影響較大，20~240 cm的水分除CK隨生長時期下降不明顯外，其余均有不同程度的下降。這與侯慧芝[22]在0~120 cm一致，但是240~300 cm土層含水量幾乎不變，這可能是因第一年種植耗水深度還未達到或是因土壤上層水分含量較高。返青期的C1、C2、C3在0~200 cm土層中含水量大于CK或與其相近，可見其他種植方式更有利于小麥需水較少時期的保墑。C2拔節(jié)期前80~220 cm土層的蓄水保墑，保障了小麥后期生長發(fā)育所需水分，且生育后期C2、C3深層土壤水分利用明顯優(yōu)于CK。C3的土壤含水量的下降幅度最大，可能是由于該處理小麥生長旺盛，加之地表無覆蓋物導(dǎo)致。

小麥全生育期中，拔節(jié)至抽穗期是小麥營養(yǎng)生長的關(guān)鍵時期，加之氣溫升高植物蒸騰作用，地表蒸發(fā)加劇，因此充足的水分有利于小麥形態(tài)建成。本研究表明，不同的種植方式下，均在拔節(jié)期耗水量達到最大。覆膜的總耗水量和拔節(jié)期耗水量均為最大，溝播次之，灌漿速率比C1、CK顯著提高，地上生物產(chǎn)量也隨之迅速上升，為高產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。常規(guī)種植拔節(jié)期耗水量小，營養(yǎng)生長較差，導(dǎo)致后期生殖生長階段耗水量遠小于C2、C3。

提高半干旱地區(qū)降水利用效率和水分利用效率是增產(chǎn)和抵抗干旱的有效方法。本研究表明，不同種植方式對小麥產(chǎn)量和水分利用效率影響極為顯著，覆膜千粒重、產(chǎn)量及降水利用率最高，分別達6 994.05 kg·hm-2和38.75%，C3、C1、CK依次降低。有研究表明[22]，覆膜種植能加快生育進程，延緩葉片衰老，提高籽粒平均灌漿速率以及維持天數(shù)，進而達到增產(chǎn)的目的。覆膜可增加拔節(jié)期耗水量，顯著提高各生育期的水分利用效率，增加穗粒數(shù)和產(chǎn)量[3]。也有研究表明[23]，適宜密度下適當(dāng)縮小行距、擴大株距，可增強作物生產(chǎn)能力和水分利用效率。

總之，與其他種植方式相比，覆膜種植小麥，可以改善土層水分，加深水分利用深度，增加地上生物量，提高灌漿速率、土壤水分利用效率和降水利用效率，從而達到增產(chǎn)，更加適用于丘陵地。但是鑒于前人的研究，連續(xù)種植小麥且達到高產(chǎn)需要補充土壤水分。

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Effects of Winter Wheat Planting Manners on Soil Water,Yield,and Water Use Efficiency in Hilly Land

DONGQi,FENGBian’e,QIAOJunfang,FANJinbo,ZHANGFengjie,LIShasha,GAOZhiqiang,WANGAiping*

(College of Agriculture, Shanxi Agricultural University, Taigu 030801, Shanxi, China)

Abstract：The aims of the research were to evaluate the effects of different planting manners in soil water, yield, and water usage efficiency(WUE) in hilly land. Experiments Using randomized block method were carried out by using Linhan 536 as material. The result shows narrow row sparse drilling technique(C1), drilling beside plastic film(C2),ridge sowing(C3) have reduced more significantly in the 0-240 cm layer in the whole growth period, compared with normal drilling seeding technique(CK), there were significant alter ations in 0-120 cm, enhancing the water usage efficiency. C2 was contributed to protecting middle soil water before jointing. There was a significant difference in the total water consumption among the three treatments in the sequence C2>C3>CK>C1. Jointing reached the maximum water consumption which is 27.58%~37.56% of the total water consumption. Grouting rate and aboveground biomass of C2,C3 were higher than C1,CK.Thousand kernel weight,yield,utilization rate of rainfall showed the trend of C2>C3>C1>CK. All of those analysis clarify C2 promote the change of soil water, enhance grouting rate, abovegroud biomass, utilization rate of rainfall, thousand kernel weight, which result in the increase of yield finally.

Key words：winter wheat(Triticum aestivum L.); planting manner; soil water; biomass;yield; water usage efficiency

文章編號：1007-7146(2015)06-0573-07

文獻標(biāo)志碼：A

中圖分類號：S512. 101

*通訊作者：王愛萍(1973-)，女，山西交城人，山西農(nóng)業(yè)大學(xué)副教授，博士，主要從事旱作栽培及分子生物學(xué)方面的研究。(電話)0354-6287260；(電子郵箱)wapdbn2001@163.com

基金項目：現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(CARS-03-01-24)；山西省科技攻關(guān)計劃項目(20140311011-7)
共同第一作者：董琦(1974-)，男，山西晉城人，山西農(nóng)業(yè)大學(xué)副教授，博士，主要從事旱作栽培及生理生態(tài)方面的研究。(電話)0354-6288344；(電子郵箱)dqwap110@163.com;馮變娥(1989-)，女，山西吉縣人，碩士研究生，主要從事旱作栽培及分子生物學(xué)方面的研究。(手機)13126761662；(電子郵箱)fengbiane@sina.com

收稿日期：2015-05-05;修回日期:2015-10-13

doi:10.3969/j.issn.1007-7146.2015.06.014