覆蓋措施對(duì)冬小麥產(chǎn)量及水分利用效率的影響

張 廣 久

(河南省新鄉(xiāng)市原陽縣水利水電建筑安裝有限公司，河南 新鄉(xiāng) 453500)

有收無收在于水，收多收少在于肥。大量試驗(yàn)研究和生產(chǎn)實(shí)踐表明，由于自然降水不足或因自然降水分布與作物需水不同步，在很大程度上制約了作物的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)，特別是在無灌溉條件的雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)，干旱是造成冬小麥減產(chǎn)的主要?dú)夂驗(yàn)?zāi)害[1]，如何高效利于自然降水已成為旱區(qū)農(nóng)業(yè)研究的熱點(diǎn)問題之一。國內(nèi)外學(xué)者先后從耕作措施[2]、覆蓋措施[3]以及灌溉管理[4]等方面開展了大量研究，取得了豐碩成果，但這些研究大多集中于休閑期的雨水儲(chǔ)蓄[5]、生育期內(nèi)的水分高效利用[6]以及保護(hù)性耕作條件下的水肥高效利用[7]，而有關(guān)雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)旱地休閑期雨水資源化及生育期內(nèi)雨水高效利用的綜合研究還鮮有報(bào)道，為此，筆者在眾多學(xué)者已有研究基礎(chǔ)上，開展了全年不同覆蓋措施的田間試驗(yàn)，重點(diǎn)研究無灌溉條件下，覆蓋措施對(duì)休閑期農(nóng)田作物根區(qū)貯存自然降水以及冬小麥生育期內(nèi)對(duì)自然降水及農(nóng)田土壤貯水的利用過程的影響規(guī)律。以期為當(dāng)?shù)囟←渻?yōu)質(zhì)高產(chǎn)及自然降水高效利用提供技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2010年6月-2012年6月在河南省新鄉(xiāng)市原陽縣韓董莊灌區(qū)進(jìn)行。試驗(yàn)區(qū)屬季風(fēng)氣候區(qū)，光熱資源豐富，多年平均日照時(shí)數(shù)2 398.8 h，無霜期210 d，多年平均氣溫14.1 ℃；多年平均降雨量為582 mm，降雨主要集中于7-9月(占全年總降水的65%～75%)；多年平均蒸發(fā)量2 000 mm。試驗(yàn)地土質(zhì)為褐土類壤土，0～200 cm土層平均土壤干體積密度為1.36 g/cm3，田間持水率32.46%(體積含水率)，地下水埋深大于8 m。

田間試驗(yàn)設(shè)置地膜覆蓋FM、秸稈覆蓋SM和不覆蓋CK 3個(gè)處理。各處理重復(fù)3次，共9小區(qū)(小區(qū)長和寬分別為30和3 m)，處理之間設(shè)有3 m寬的保護(hù)區(qū)，試驗(yàn)區(qū)總面積約1 500 m2。休閑期前茬冬小麥?zhǔn)斋@后分別于2010年6月15日和2011年6月13日深耕滅茬，F(xiàn)M處理深耕后起壟，壟上覆膜，秸稈均勻覆蓋于壟底(覆蓋量為2 t/hm2)； SM處理深耕后不起壟，秸稈均勻覆蓋于地表(覆蓋量為4 t/hm2)；CK處理只深耕不覆蓋。冬小麥播種前各處理分別于2010年10月15日和2011年10月8日統(tǒng)一整地、施肥，并于2010年10月16日和2011年10月10日播種，整地施肥后FM處理整小區(qū)全膜覆蓋，膜間不留縫隙，不重疊，地膜連接處用土覆蓋，地膜全幅覆蓋后，膜上開孔播種；SM處理和CK處理采用常規(guī)條播；播種完成后SM處理按休閑期覆蓋模式利用冬小麥秸稈覆蓋，秸稈用量為4 t/hm2。各處理播量、施肥、除草、打藥等田間農(nóng)事活動(dòng)完全相同。為了確保地力均勻，前茬冬小麥?zhǔn)斋@后，各處理秸稈全部移出，深耕后按試驗(yàn)要求將FM處理和SM處理的秸稈覆蓋于試驗(yàn)田；播前各處理整地時(shí)，先將FM和SM處理地表的所有覆蓋物包括CK處理地表的雜草全部清理干凈后，進(jìn)行旋地，隨后按試驗(yàn)要求播種覆蓋。所有處理均為雨養(yǎng)種植，試驗(yàn)期間所有處理均不灌水。

1.2 觀測項(xiàng)目

(1)土壤含水率。試驗(yàn)期間采用烘干法分層(每20 cm)測定地表0～200 cm深度的土壤含水率。休閑期(6月中旬至10月中旬)每30 d測定1次，冬小麥生育期內(nèi)(10月中旬至翌年6月中旬)分別在播種、越冬、返青、抽穗、灌漿以及成熟收獲等生育關(guān)鍵期利用土鉆采樣，烘干法測定農(nóng)田墑情，其中，F(xiàn)M處理的取樣點(diǎn)選壟上和壟底2個(gè)位置；CK和SM處理取樣點(diǎn)選在小區(qū)中間，各處理重復(fù)3次。

(2)產(chǎn)量構(gòu)成。收獲期各小區(qū)分別選具有代表性的植株進(jìn)行考種，通過群體密度、單株穗粒數(shù)、千粒重指標(biāo)計(jì)算不同處理的理論產(chǎn)量。

(3)水分利用效率WUE。收獲期分小區(qū)單打單收，以實(shí)際產(chǎn)量折合成公頃產(chǎn)量。利用公式(1)計(jì)算不同處理的水分利用效率。

WUE=Y/M

(1)

式中：WUE為作物水分利用效率，kg/m3；Y為實(shí)測產(chǎn)量，kg/hm2；M為農(nóng)田耗水量，m3/hm2。

1.3 數(shù)據(jù)分析

用Excel 2016進(jìn)行數(shù)據(jù)整理分析計(jì)算，利用SPSS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 試驗(yàn)期的氣象條件

根據(jù)氣象站試驗(yàn)數(shù)據(jù)利用P-M公式計(jì)算試驗(yàn)期間的潛在蒸散量，通過對(duì)計(jì)算結(jié)果及降雨量的整理分析發(fā)現(xiàn)(見圖1)試驗(yàn)區(qū)內(nèi)降水主要集中在休閑期的6月份到10月份，在冬小麥生長的10月份到6月份降水量較少，進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，2010-2011年休閑期累計(jì)降水533.1 mm，冬小麥生長季累計(jì)降水96.1 mm；2011-2012年休閑期累計(jì)降水366.8 mm，冬小麥生長季累計(jì)降水178.3 mm。試驗(yàn)期間2個(gè)生長季的累積潛在蒸發(fā)量分別為1 192.83和1 050.07 mm。

圖1 試驗(yàn)期間的ET0及降水情況

2.2 覆蓋措施對(duì)播前土壤含水率的影響

前茬冬小麥?zhǔn)斋@后，根據(jù)試驗(yàn)要求清理地表殘茬。利用深耕機(jī)對(duì)試驗(yàn)田進(jìn)行深翻后，地膜覆蓋處理FM起壟覆膜，壟的高度和寬度分別為15和40 cm，壟上覆膜，壟底覆蓋收獲時(shí)預(yù)存的冬小麥秸稈；秸稈覆蓋處理SM深翻后直接按試驗(yàn)要求將秸稈均勻覆蓋在地表；對(duì)照處理CK深翻后不做處理。

根據(jù)休閑期農(nóng)田墑情監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，隨著降水量的增多，各處理的根系層土壤含水率均有不同程度增加，播前試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析結(jié)果(見圖2)表明，F(xiàn)M處理各層的土壤含水率均明顯高于SM處理和CK處理。與對(duì)照CK處理相比，F(xiàn)M處理0～100 cm各層的土壤質(zhì)量含水率增加了1.9%～4.4%(2010-2011年)和3.7%～4.9%(2011-2012年)；100～200 cm各層的土壤質(zhì)量含水率增加了5.3%～5.8%(2010-2011年)和5.5%～6.2%(2011-2012年)。SM也取得了類似的結(jié)果，但增加量較小。從圖2還可以看出，2010-2011年休閑期降水豐沛(533.1 mm)，處理之間的差異較小，而2011-2012年休閑期降水較少(366.8 mm)，F(xiàn)M處理，地膜覆蓋最大限度的收集了自然降水，不同程度地補(bǔ)充了農(nóng)田深層土壤水分，加上地膜和秸稈覆蓋有效阻止了土壤水分的蒸發(fā)，保墑貯水的效果更明顯。

圖2 播前不同處理0～200 cm土層不同層次土壤含水率

2.3 覆蓋措施對(duì)生育期內(nèi)農(nóng)田土壤水分的影響

圖3給出了冬小麥生育期內(nèi)不同生育時(shí)期農(nóng)田土壤貯水量，從圖3可以看到，土壤貯水量前期較高，但隨著冬小麥生育進(jìn)程的推進(jìn)呈下降趨勢(shì)，這是由于試驗(yàn)區(qū)無灌溉條件，在播種到越冬期，冬小麥植株較少，農(nóng)田水分消耗主要是棵間蒸發(fā)，進(jìn)入返青后，植株快速生長加之氣溫的回升增加了農(nóng)田水分的消耗，雖有一定的降水，但自然降水不能滿足冬小麥正常生長對(duì)水分需求，從而快速度消耗土壤貯水。但2011-2012年試驗(yàn)期間冬前土壤貯水量明顯高于播前土壤貯水量，這主要是由于這段時(shí)期氣溫快速下降，棵間蒸發(fā)較小，加之較多的降水(10月11日到11月28日次降水量大于5 mm累積降水量為108.5 mm)進(jìn)一步補(bǔ)充了農(nóng)田土壤水分。

圖3 冬小麥生育期內(nèi)不同處理200 cm土壤貯水量

從圖3還可以看到，不同階段不同處理的土壤貯水消耗存在不同程度差異，與CK處理相比，播種～拔節(jié)前FM和SM處理的土壤水分消耗分別減少了39.37、19.39 mm(2010-2011年)和27.08、8.43 mm(2011-2012年)；拔節(jié)期FM和SM處理的土壤水分消耗分別增加了59.35、31.03 mm(2010-2011年)和45.37、26.01 mm(2011-2012年)；抽穗期FM和SM處理的土壤水分消耗分別增加了27.76、21.00 mm(2010-2011年)和22.00、15.99 mm(2011-2012年)；灌漿成熟期FM和SM處理的土壤水分消耗分別增加了60.80、24.97 mm(2010-2011年)和58.74、23.99 mm(2011-2012年)；全生育期FM和SM處理的土壤水分消耗分別增加了108.54、57.61 mm(2010-2011年)和99.03、77.55 mm(2011-2012年)。進(jìn)一步說明，在冬小麥需水非關(guān)鍵期，覆蓋可以減小棵間無效蒸發(fā)，有效保存土壤貯水，在冬小麥生長的需水需肥關(guān)鍵期，由于土壤供水能力較強(qiáng)，植株生長較好，有利于理想經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的獲得。

2.4 覆蓋措施對(duì)冬小麥耗水量的影響

試驗(yàn)田無灌溉條件，冬小麥生育期耗水來源于農(nóng)田土壤水分消耗及自然降水。通過對(duì)試驗(yàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析(見表1)發(fā)現(xiàn)，各處理的耗水均呈現(xiàn)由大變小再變大最后變小的趨勢(shì)。這是由于冬小麥播種后土壤表層含水率較高，棵間蒸發(fā)量較大，農(nóng)田耗水強(qiáng)度較高；進(jìn)入越冬后，冬小麥停止生長，氣溫較低農(nóng)田耗水強(qiáng)度最低；返青后隨著氣溫回升，冬小麥進(jìn)入營養(yǎng)生長和生殖生長并進(jìn)階段，也是冬小麥需水需肥關(guān)鍵期，農(nóng)田耗水量最大；進(jìn)入成熟期后隨著葉片衰老以及根系死亡，加之農(nóng)田土壤貯水的減少，農(nóng)田耗水量逐漸降低。

從表1還可以看到，全生育期以FM處理耗水最多，平均耗水強(qiáng)度最高，CK處理耗水量少，平均耗水強(qiáng)度最低；與對(duì)照相比，F(xiàn)M和SM處理的耗水量增加了108.54、57.61 mm(2010-2011年)和99.03、57.55 mm(2011-2012年)，平均耗水強(qiáng)度提高了0.43、0.22 mm/d(2010-2011年)和0.39、0.22 mm/d(2011-2012年)。其中，與CK處理相比，播種～拔節(jié)期FM和SM處理的耗水量分別降低了27.89%、13.73%(2010-2011年)和20.68%、6.44%(2011-2012年)；拔節(jié)～灌漿FM和SM處理的耗水量分別增加了154.17%、90.07%(2010-2011年)和71.94%、44.85%(2011-2012年)；灌漿成熟期FM和SM處理的耗水量分別增加了132.48%、54.41%(2010-2011年)和114.48%、46.76%(2011-2012年)。這是因?yàn)?，拔?jié)前冬小麥植株較小，棵間蒸發(fā)是農(nóng)田耗水的重要組成部分，地膜覆蓋和秸稈覆蓋均有效降低了農(nóng)田棵間蒸發(fā)；進(jìn)入拔節(jié)期以后，冬小麥快速生長，冠層完全覆蓋地面，棵間蒸發(fā)在農(nóng)田耗水中所占的比重快速度下降，但由于地膜覆蓋的增溫提墑作用，有效促進(jìn)了冬小麥根系及地上部分的快速生長(2012年抽穗期調(diào)查結(jié)果表明，與CK處理相比，F(xiàn)M和SM處理地上部生物量分別增加了19.21%和11.06%)，植株蒸騰耗水較高。

表1 冬小麥生育期內(nèi)耗水量及耗水來源 mm

2.5 覆蓋措施對(duì)冬小麥產(chǎn)量及WUE的影響

收獲考種結(jié)果(見表2)表明，F(xiàn)M和SM處理均能有效提高有效穗數(shù)、穗粒數(shù)及粒籽產(chǎn)量。與CK處理相比，F(xiàn)M和SM處理有效穗數(shù)分別提高了2.24%～4.86%(2010-2011年)和5.16%～9.77%(2011-2012年)；穗粒數(shù)分別提高了10.95%～13.57%(2010-2011年)和5.77%～6.25%(2011-2012年)；千粒重分別提高了8.49%～9.04%(2010-2011年)和2.29%～3.18%(2011-2012年)；實(shí)收籽粒產(chǎn)量分別提高了33.13%～35.10%(2010-2011年)和18.46%～27.88%(2011-2012年)。這是由于抽穗揚(yáng)花期是冬小麥需水需肥關(guān)鍵期，無覆蓋的對(duì)照處理土壤水分不足(2011年孕穗期農(nóng)田墑情監(jiān)測結(jié)果表明，F(xiàn)M、SM和CK處理0～200 cm平均土壤含水率分別為73.16%、69.89%和65.59% FC；而0～100 cm平均土壤含水率分別為79.75%、72.30%和53.10% FC)，限制了冬小麥對(duì)水分和養(yǎng)分的吸收利用，最終影響了收獲時(shí)穗粒數(shù)；由于無灌溉補(bǔ)充，F(xiàn)M處理在地膜增溫提墑的作用下，利用了0～200 cm深層土壤的水分[成熟期水分監(jiān)測結(jié)果表明，F(xiàn)M、SM和CK處理0～200 cm平均土壤含水率分別為49.75%、50.18%、48.62% FC(2010-2011年)和47.72%、45.17%、41.82%(2011-2012年)]，保證了冬小麥灌漿期對(duì)水分的需求。

表2 不同處理對(duì)冬小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響

從表2還可以看到，水分利用效率和有效降水利用效率也存在一定差異，其中FM處理對(duì)有效降水的利用效率最高，與CK處理相比，F(xiàn)M和SM處理水分利用效率均有不同程度下降，但全年有效降水利用效率提高了33.13%～35.10%(2010-2011年)和18.46%～27.88%(2011-2012年)。說明覆蓋措施不但提高了降水的利用效率，而且提高了產(chǎn)量，但在提高產(chǎn)量的同時(shí)并沒有降低植株耗水，只是減少了無效的棵間蒸發(fā)。

3 結(jié) 語

休閑期地膜+秸稈覆蓋或秸稈覆蓋均能有效增加農(nóng)田土壤對(duì)休閑期自然降水的貯存，進(jìn)而提高播前土壤貯水量，不僅有利于冬小麥的適墑適時(shí)播種，同時(shí)有效的土壤貯水有利于后期冬小麥的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)；生育期內(nèi)地膜覆蓋可以促進(jìn)冬小麥植株生長，為理想籽粒產(chǎn)量的獲得提供了保障，試驗(yàn)結(jié)果表明，與對(duì)照處理相比籽粒產(chǎn)量提高33.13%～35.10%，降水利用效率提高了0.30～0.35 kg/m3；秸稈覆蓋增產(chǎn)幅度(18.46%～27.88%)較小，但有效降水利用效率也增加了0.17～0.28 kg/m3。

綜合考慮產(chǎn)量和自然降水利用效率，本試驗(yàn)條件下，休閑期壟上覆膜+溝底覆蓋秸稈，生育期內(nèi)地膜覆蓋平作穴播的栽培管理模式，在提高籽粒產(chǎn)量的同時(shí)，提高了自然降水的利用效率，可以作為當(dāng)?shù)赜牮B(yǎng)農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)模式。

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