柴達(dá)木盆地春小麥產(chǎn)量與水分利用效率的差異

連利葉，賀康寧，李潤杰，溫 軍，張金旭

(1.北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院， 北京 100083； 2.青海省水利水電科技發(fā)展有限公司(青海省水利水電科學(xué)研究所)，青海省流域水循環(huán)與生態(tài)重點實驗室， 西寧 810001)

柴達(dá)木盆地位于高原，深居內(nèi)陸，屬大陸性氣候，其特點是：降水稀少，空氣干燥，光照充足，輻射強(qiáng)烈，氣候溫和，熱量條件好；日溫差較大，作物果實積累快，適宜農(nóng)作物和林草生長與高產(chǎn)。這些得天獨厚的資源優(yōu)勢使柴達(dá)木盆地成為春小麥高產(chǎn)區(qū)[1]，但水資源匱缺仍然是影響該區(qū)春小麥產(chǎn)量的一個重要因素。

許多研究表明[2-5]，肥和水是旱地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的兩大限制因子, 有效地協(xié)調(diào)水分和養(yǎng)分可以提高作物產(chǎn)量和水分利用效率。目前，根據(jù)土壤水分合理施肥,以肥調(diào)水,以水促肥,促進(jìn)作物生長發(fā)育和提高作物產(chǎn)量和水分利用效率已成為農(nóng)業(yè)綜合發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)[6-9]。而在青海地區(qū)研究水分和施肥提高水分利用效率和產(chǎn)量的較少，因此，本試驗以柴達(dá)木盆地香日德農(nóng)場為依托，通過研究不同春小麥品種在不同水肥組合下作物產(chǎn)量，水分利用效率的差異，選出最優(yōu)組合，為研究春小麥節(jié)水高產(chǎn)技術(shù)、制定灌溉制度等提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗在青海省都蘭縣香日德灌溉試驗中心站進(jìn)行，該地區(qū)海拔2 973～3 045 m，年降水量66.8～248.3 mm，年蒸發(fā)量(20 cm蒸發(fā)器)2 285.4 mm，屬于干旱地區(qū)。土質(zhì)以沙壤土為主，質(zhì)地為壤質(zhì)，土質(zhì)宜于種植。田間持水量為25%，土壤容重為1.50 g/cm3。

1.2 春小麥品種

旱地品種：阿勃、高原602；水旱地皆宜品種：高原437；水地品種：高原448。除高原602為早期推廣品種外，其他品種均為目前大面積推廣品種。所有種子由中國科學(xué)院西北高原生物研究所農(nóng)業(yè)中心提供。

1.3 試驗設(shè)計

設(shè)4個春小麥品種：阿勃、高原602、高原437、高原448。4個水分下限：相對于田間持水量的50%、60%、70%和CK(參照當(dāng)?shù)毓嗨畷r間，次灌水量900 m3/hm2)。4個尿素水平0、105、210、315 kg/hm2。利用sharetop software studio公司的正交分析助手Ⅱ(v3.0)進(jìn)行L16(43) 正交設(shè)計，共16處理(見表1)，設(shè)4次重復(fù)，合計64個小區(qū)，各小區(qū)隨機(jī)排列。

表1 處理水平Tab.1 Treatments

1.4 小區(qū)試驗

試驗地前茬作物為紫花苜蓿，播種前，施農(nóng)家肥45 m3/hm2，深耕、灌水后劃區(qū)打梗，小區(qū)長4 m，寬2 m，四周梗寬0.5 m，高0.2 m，每個重復(fù)小區(qū)間田埂間距0.5 m。試驗地周圍保護(hù)行寬2 m。施入磷酸二氫銨225 kg/hm2和相應(yīng)水平的尿素、人工翻地，按基本苗675 萬株/hm2，行距0.2 m，行數(shù)11，人工手鋤開溝溜種。每隔10 d(生育期前后，降雨前后進(jìn)行加測)，按0～10、10～20、20～30、30～40、40～60、60～100 cm 分層取土樣，采用烘干法測定土壤含水率。當(dāng)土壤含水率接近水分控制下限時進(jìn)行灌溉，至土壤含水量達(dá)到田間持水量的80%停止灌溉。生育期間中耕鋤草，成熟后各小區(qū)隨機(jī)取小麥植株30株進(jìn)行考種，單打單收計算產(chǎn)量。

1.5 數(shù)據(jù)整理分析

采用Excel2007、SPSS17進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和分析[10]。

2 結(jié)果與分析

2.1 產(chǎn)量分析

2.1.1 不同處理對小麥的產(chǎn)量的影響

試驗結(jié)果表明(見表2)，不同處理條件下，春小麥產(chǎn)量有顯著差異，其中處理9，即春小麥高原448、常規(guī)灌溉和210 kg/hm2尿素試驗組合產(chǎn)量最高，為1.10 萬kg/hm2。除處理12、13外，與其他處理組合產(chǎn)量差異顯著。處理6，即春小麥阿勃在水分下限50%和播種前不施尿素的情況下產(chǎn)量最低，為7 562.50 kg/hm2，與處理1、2、5、7、8差異不顯著，與其他組合差異顯著。產(chǎn)量最高者比最低高3 437.50 kg/hm2,增幅45%。

表2 不同處理條件下產(chǎn)量和水分利用效率Tab.2 Yield and water use efficiency of spring wheatin diffident treatments

注：同列數(shù)值后不同字母表示在0.05水平差異顯著。

2.1.2 不同因素水平下的產(chǎn)量

本實驗采用了三因素四水平的試驗設(shè)計，各因素對小區(qū)產(chǎn)量的影響不盡相同(見表3)。

(1)春小麥品種高原437和高原448產(chǎn)量相對較高，阿勃和高原602產(chǎn)量較低，前者和后者差異達(dá)到顯著水平。

(2)隨著水分下限的提高，小區(qū)產(chǎn)量越來越大，常規(guī)灌溉產(chǎn)量最高，水分下限50%產(chǎn)量最低，兩者差異顯著。水分下限60%、70%產(chǎn)量次之，與CK相比差異不顯著。

(3)隨著施肥量增大，小麥產(chǎn)量越來越高，到達(dá)一定程度，產(chǎn)量又開始下降。本次試驗中施肥條件對產(chǎn)量的影響為210 kg/hm2≥105 kg/hm2、315 kg/hm2≥ 0 kg/hm2尿素。施肥210 kg/hm2尿素效果最好，與不施尿素產(chǎn)量差異顯著。

表3 因素水平對產(chǎn)量和水分利用效率的影響Tab.3 Effect of level of factor on yield and water use efficiency

注：同列數(shù)值后不同字母表示在0.05水平差異顯著。

2.2 水分利用效率分析

水分利用效率(Water Use Efficiency,WUE)也稱水分生產(chǎn)率,是表示作物水分吸收利用過程效率的一個指標(biāo)。本試驗主要側(cè)重于籽粒的水分利用效率，即WUE=籽粒產(chǎn)量/耗水量。

(1)不同處理條件下小麥水分利用效率。實驗結(jié)果表明，處理1水分利用效率最低，為1.34 kg/m3，與處理5、6、13差異不顯著，與其他處理差異顯著。處理4、8、10、14、15水分利用效率最高，分別為2.06、2.03、2.11、2.09、2.01 kg/m3，與處理1、5、6、13達(dá)到了顯著水平，與其他不顯著。最高與最低相差0.77 kg/m3。

(2)因素水平對水分利用效率的影響。①品種對水分利用效率的影響近似于對產(chǎn)量的影響。高原448≥高原437≥高原602≥阿勃，阿勃的水分利用效率最低為1.71 kg/m3，高原448的水分利用效率最高為1.96 kg/m3，兩者相差0.25 kg/m3，差異達(dá)到顯著水平。②水分下限50%、60%、70%的水分利用效率較高，CK常規(guī)灌溉下的水分利用效益較低，前者和后者差異顯著。說明干旱脅迫情況下，一定的水分下限促進(jìn)水分利用效率的提高，但是到一定程度就會抑制。③施肥量對水分利用效率的影響近似于水分下限對產(chǎn)量的影響，施肥量越高，籽粒水分利用效率越高。不施肥的情況下水分利用效率較低，與施肥情況差異顯著，施肥量由105 kg/hm2，升到315 kg/hm2相應(yīng)水分生產(chǎn)率也增加，但增加程度不明顯。說明氮肥促進(jìn)了春小麥對水分和養(yǎng)分的吸收,提高了水分利用效率，這與任書杰等人研究氮肥對水分利用效率的影響相符[11]。

3 討 論

柴達(dá)木盆地充足的光熱條件，使其成為我國農(nóng)作物著名的高產(chǎn)地區(qū)之一，這里的農(nóng)作物產(chǎn)量普遍高于國內(nèi)同緯度地區(qū)，特別是春小麥適應(yīng)性好，產(chǎn)量在9 000～9 750 kg/hm2的現(xiàn)象較為普遍[12]。但水資源緊缺是影響該區(qū)產(chǎn)量的一個重要因素。因此，如何利用有限的水資源，充分提高春小麥的產(chǎn)量成為節(jié)水農(nóng)業(yè)研究的熱點。本論文從品種、水分下限、施肥量三因素出發(fā)對春小麥產(chǎn)量和水分利用效率差異進(jìn)行了研究。結(jié)果顯示，不同組合水平下，春小麥的產(chǎn)量為7 562.50～11 000.00 kg/hm2，水分利用效率為1.34～2.11 kg/m3，最大已經(jīng)超過國際先進(jìn)水平2 kg/m3?？梢?，在不降低或提高春小麥產(chǎn)量的基礎(chǔ)上，使有限的水資源發(fā)揮最大的經(jīng)濟(jì)效益是可能的。這為當(dāng)?shù)毓?jié)水農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供了有效的技術(shù)支撐。

對于提高小麥產(chǎn)量和水分利用效率的因素很多。一方面，采用不同的農(nóng)藝措施來控制土面蒸發(fā)量，減少作物耗水量，從而提高作物水分利用效率[13-15]；一方面，從遺傳角度分析小麥品種間產(chǎn)量和水分利用效率間遺傳差異[16-18]。一方面，從不同灌溉模式及灌水量對小麥的耗水特性及產(chǎn)量的影響進(jìn)行研究[9,19-21]。樊廷錄[22]等研究表明限量灌水條件下，小麥品種籽粒產(chǎn)量和水分利用效率存在差異性。呂麗華[23]、王德梅[24]、褚鵬飛[25]等認(rèn)為適當(dāng)?shù)乃置{迫和減少灌溉量，可提高灌水利用率。一方面，從水肥耦合角度研究作物的產(chǎn)量和水分利用效率。汪德水[4]、任書杰[11]、孫廣春[26]等認(rèn)為，中度灌水和中度施肥的處理水分利用效率和產(chǎn)量最高。而對于品種、水分和施肥三因素方面的研究較少，因此，本論文的研究是對前人研究的有效補(bǔ)充。

4 結(jié) 語

(1)不同處理水平下，春小麥高原448、CK和210 kg/hm2尿素實驗組合產(chǎn)量最高，為1.1 萬kg/hm2。春小麥阿勃、水分下限50%和播種前不施尿素的情況下產(chǎn)量最低，為7 562.50 kg/hm2。

(2)因素水平對產(chǎn)量的影響表明，春小麥品種高原437和高原448產(chǎn)量相對較高；水分為CK小區(qū)產(chǎn)量最高，水分下限60%、70%產(chǎn)量次之；施肥條件為210 kg/hm2尿素時產(chǎn)量最高。

(3)不同處理下，處理4、8、10、14、15水分利用效率最高，分別為2.06、2.03、2.11、2.09、2.01 kg/m3，處理1水分利用效率最低，為1.34 kg/m3。

(4)因素水平對水分利用效率的影響為，春小麥品種阿勃的水分利用效率最低，高原448的最高，分別為1.71、1.96 kg/m3；水分下限50%、60%、70%與CK條件下比較水分利用效率較高，CK常規(guī)灌溉下的水分利用效益較低；施肥的情況與水分下限對產(chǎn)量影響類似，施肥的較未施肥水分利用效率高。

綜上所述，為了使有限的水資源高效利用，提高春小麥產(chǎn)量，達(dá)到即高產(chǎn)又節(jié)水的目的，本試驗的最優(yōu)組合為春小麥品種高原448，控水水分下限在60%或70%，施肥條件210 kg/hm2。

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