滴灌條件下秸稈覆蓋和土壤含水量對(duì)冬小麥灌漿特性的影響

白田田，裴新涌，關(guān)小康，楊明達(dá)，張鵬鈺，王靜麗，王和洲，王同朝

( 1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，河南 鄭州 450002；2.河南糧食作物協(xié)同創(chuàng)新中心，河南 鄭州 450002；3.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)與信息研究所，河南 鄭州 450002；4.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)田灌溉研究所，河南 新鄉(xiāng) 453002)

滴灌條件下秸稈覆蓋和土壤含水量對(duì)冬小麥灌漿特性的影響

白田田1，2，裴新涌3，關(guān)小康1，2，楊明達(dá)1，2，張鵬鈺1，王靜麗1，2，王和洲4，王同朝1，2

( 1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，河南 鄭州 450002；2.河南糧食作物協(xié)同創(chuàng)新中心，河南 鄭州 450002；3.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)與信息研究所，河南 鄭州 450002；4.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)田灌溉研究所，河南 新鄉(xiāng) 453002)

冬小麥；秸稈覆蓋；滴灌；土壤含水量；灌漿特性；產(chǎn)量

水資源不足是制約當(dāng)今農(nóng)業(yè)持續(xù)快速發(fā)展的核心因素，如何有效利用有限的水資源，滿足作物的正常需水是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面臨的重大問(wèn)題[1-2]。冬小麥產(chǎn)量形成受多方因素的影響，其中籽粒灌漿期是冬小麥產(chǎn)量形成的關(guān)鍵時(shí)期。籽粒的灌漿期除受小麥品種自身生物遺傳學(xué)特性的影響外，水分利用效率對(duì)冬小麥籽粒灌漿進(jìn)程以及冬小麥籽粒質(zhì)量都有著重要作用[3]。研究表明，在灌漿期間持續(xù)干旱會(huì)引起作物的最大灌漿速率降低，且籽粒到達(dá)最大灌漿速率的時(shí)間提前；且干旱持續(xù)時(shí)間過(guò)久還會(huì)影響其他部位營(yíng)養(yǎng)往籽粒運(yùn)輸?shù)谋壤?，破壞?kù)源關(guān)系，造成植株早衰而減產(chǎn)[4-5]。因此，研究土壤水分對(duì)冬小麥灌漿特性影響及冬小麥產(chǎn)量形成有一定的理論與實(shí)踐意義。

滴灌作為當(dāng)今農(nóng)業(yè)領(lǐng)域先進(jìn)的節(jié)水灌溉技術(shù)，以作物需水規(guī)律為依據(jù)，通過(guò)高頻率、小流量的灌水方式將作物所需水分與養(yǎng)分均勻、持續(xù)地運(yùn)送至作物根部，可最大限度地降低農(nóng)田土壤水分往下滲漏及農(nóng)業(yè)用水浪費(fèi)[6-7]。張潔梅等[8]通過(guò)大田試驗(yàn)得出小麥產(chǎn)量和水分利用效率表現(xiàn)為滴灌>微噴>噴灌。趙志成等[9]對(duì)不同膜下滴灌方式下黃瓜水分利用效率的研究顯示，分根交替滴灌可使灌水量減少17%、水分利用效率提高18.6%。

杜堯東等[10]研究表明，在作物生長(zhǎng)前期秸稈覆蓋可減少土壤水分蒸發(fā)；在生育后期通過(guò)秸稈覆蓋可以加強(qiáng)植株蒸騰作用，促進(jìn)干物質(zhì)積累，為冬小麥生育后期提供大量水分、改善土體結(jié)構(gòu)[11-12]、優(yōu)化農(nóng)田生態(tài)環(huán)境[13]。秸稈覆蓋(9 000 kg/hm2)能夠顯著增加冬小麥籽粒灌漿中后期旗葉葉綠素a含量，有效抑制籽粒灌漿期旗葉光合速率的下降，提高冬小麥葉面積系數(shù)，延緩冬小麥植株衰老和光合作用下降[14-15]。而冬小麥的籽粒灌漿，是光合產(chǎn)物在籽粒中充實(shí)積累的過(guò)程，因此，可通過(guò)秸稈覆蓋延緩灌漿期。

目前，關(guān)于秸稈還田、滴灌量對(duì)冬小麥灌漿特性及產(chǎn)量影響的研究較多[16-19]，但針對(duì)黃淮海平原地區(qū)滴灌條件下秸稈覆蓋和土壤含水量互作對(duì)冬小麥灌漿特性及產(chǎn)量影響的研究較少。為此，在前人研究的基礎(chǔ)上，將秸稈覆蓋與水分調(diào)控結(jié)合，探究滴灌下秸稈覆蓋和土壤水分條件對(duì)冬小麥灌漿及其產(chǎn)量形成的影響，明確冬小麥節(jié)水高產(chǎn)栽培機(jī)制，為黃淮海區(qū)滴灌下秸稈覆蓋結(jié)合滴灌技術(shù)的推廣和應(yīng)用提供技術(shù)支撐。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

本試驗(yàn)于2015年10月-2016年6月在河南商丘農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站(N 34°35′13″，E 115°34′30″)大型移動(dòng)式防雨棚測(cè)坑下進(jìn)行。該地區(qū)屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，2015-2016年冬小麥生育期內(nèi)實(shí)照時(shí)數(shù)1 282 h。該地2015，2016年的平均氣溫為13.9 ℃，全年大于10 ℃積溫4 000～4 800 ℃，無(wú)霜期205～230 d。2015-2016年平均降雨量841.9 mm，2015-2016年平均蒸發(fā)量1 735 mm。試驗(yàn)地土壤呈堿性，pH值9.26，土壤0～40 cm平均容重為1.37 g/cm3，土壤0～40 cm田間持水量平均值為21%(體積含水量)。不同覆蓋處理土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分如表1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用兩因素裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，主區(qū)為秸稈處理，設(shè)覆蓋(T)、不覆蓋(T0)2個(gè)水平，將每小區(qū)粉碎的玉米秸稈和根茬全部覆蓋還田(全量還田，9 000 kg/hm2)，均勻覆蓋于地表，地表秸稈(包括根茬)全部清除的小區(qū)作為不覆蓋；副區(qū)為灌溉：設(shè)土壤相對(duì)含水量40%(W1)、50%(W2)、60%(W3)、70%(W4)4個(gè)水平(表2)，每個(gè)處理組合重復(fù)3次，每個(gè)測(cè)坑為1個(gè)小區(qū)；當(dāng)測(cè)定土壤相對(duì)含水量低于相應(yīng)處理控制的土壤相對(duì)含水量時(shí)，通過(guò)公式計(jì)算灌溉量，灌水補(bǔ)充至相應(yīng)控水水平。每小區(qū)面積均為6.6 m2(3.3 m×2 m)，小區(qū)四周用0.5 cm厚的鋼板圈圍防止側(cè)滲。播種前灌溉至田間持水量，冬小麥返青-拔節(jié)期控水。灌水計(jì)劃濕潤(rùn)層深度：拔節(jié)前為0.6 m，拔節(jié)-成熟期間為0.8 m，其他與當(dāng)?shù)胤N植習(xí)慣一致。試驗(yàn)期間嚴(yán)格控制旱棚防止自然降水落入試驗(yàn)小區(qū)。各小區(qū)施肥量保持一致，采用地面滴灌方式供水，水肥一體化施氮(純氮300 kg /hm2，基肥∶追肥=7∶3)，分別于冬小麥苗期和拔節(jié)期施入。滴灌帶為以色列Netafirm公司生產(chǎn)，滴頭間距離0.3 m，滴頭流量1.1 L/h，承壓1.4 ATM。供試冬小麥品種為矮抗58，播種量為165 kg/hm2。其他管理同一般大田。

表1 試驗(yàn)地基礎(chǔ)養(yǎng)分

表2 裂區(qū)試驗(yàn)處理組合

注：T0.秸稈不覆蓋；T.秸稈覆蓋；W.田間持水量。

Note：T0.No straw mulching；T.Straw mulching；W.Field capacity.

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 籽粒灌漿特性 于冬小麥開(kāi)花期選擇開(kāi)花時(shí)間相同的麥穗進(jìn)行標(biāo)記，于花后5 d開(kāi)始取樣，每5 d取1次，直至小麥成熟結(jié)束。每小區(qū)取5穗(3次重復(fù))迅速剝離籽粒(穗中部籽粒30粒)，在105 ℃條件下殺青30 min，然后置于80 ℃恒溫烘干至恒干質(zhì)量，稱重。用模型Richards擬合花后籽粒干質(zhì)量變化規(guī)律[20-21]，以灌漿時(shí)間(t)為自變量，每次測(cè)得的千粒干質(zhì)量(w)為因變量，Richards方程的表達(dá)式為：

①

式中： A為灌漿結(jié)束時(shí)所能達(dá)到的最大千粒質(zhì)量，B、K、N為方程參數(shù)，N為生長(zhǎng)曲線的形狀參數(shù)；決定系數(shù)R2(w依t的回歸平方和占總平方和的比率)表示方程擬合優(yōu)度。通過(guò)千粒干質(zhì)量w和灌漿時(shí)間t的擬合，得出各方程參數(shù)，建立秸稈覆蓋與水分梯度互作處理籽粒灌漿過(guò)程模型。

求式①一階導(dǎo)數(shù)，得冬小麥籽粒灌漿速率(Vt)方程：

②

求式①二階導(dǎo)數(shù)，并令其為0，可以求出達(dá)到最大灌漿速率(Vmax)時(shí)的日期(Tmax)：

③

將Tmax代入式②即得Vmax。

④

⑤

將灌漿過(guò)程劃分為前、中、后期，生長(zhǎng)速率方程Vt出現(xiàn)2個(gè)拐點(diǎn)，對(duì)其求t得二階導(dǎo)數(shù)，并令其為0，可得2個(gè)拐點(diǎn)在t坐標(biāo)上的值t1和t2，公式如下：

⑥

⑦

假定達(dá)到99%A為實(shí)際灌漿終止期t3，則

⑧

可得：t2階段為灌漿后期T3。

1.3.2 土壤體積含水量 作物生長(zhǎng)全生育期采用TRIME(TRIME-FM，IMKO，Ettlingen，DE，Germany)土壤水分測(cè)定儀測(cè)定土壤0～80 cm剖面土壤體積含水量(V%)，深度間隔為20 cm。

作物耗水量根據(jù)土壤體積含水量計(jì)算冬小麥生育期耗水量，作物耗水量采用土壤水量平衡法，其公式為：

ET=P+I+G+R0+ΔW

⑨

式中：ET為冬小麥生育期耗水量(mm)，包括作物蒸騰失水和土壤蒸發(fā)水；P為有效降雨量(mm，本試驗(yàn)在旱棚下進(jìn)行，可忽略不計(jì))；I為生育期內(nèi)灌水量(mm)；G為地下水補(bǔ)給量(mm，忽略不計(jì))；R0為地表徑流量(mm，無(wú)地表徑流)；ΔW(mm)為播前土壤貯水量與收獲后土壤貯水量的差值。因此，耗水量公式可簡(jiǎn)化為：

ET=I+ΔW

⑩

土壤貯水量根據(jù)土壤體積含水量計(jì)算冬小麥田0～80 cm(20 cm為1層)土壤總貯水量，其公式如下：

W=r×h×10

式中：W為0～80 cm土層總貯水量(mm)；r為土壤體積含水量(%)；h為土層間隔的厚度(cm)。

土壤灌水量依據(jù)測(cè)定土壤含水量計(jì)算冬小麥不同生育時(shí)期灌水量(mm)。水分處理階段灌水量依據(jù)公式計(jì)算。由于測(cè)坑填土為分層填土，每個(gè)土層與外界大田基本一致，拔節(jié)期后土壤水分計(jì)算用0～40 cm容重。

式中：M為灌水量(mm)；h 為土層厚度(cm)；p為土壤容重(g/cm3)；30為0～80cm田間持水量(M/%)；Xi為設(shè)置的土壤水分控制水平(Xi=40%，50%，60%，70%)；V0為灌溉前土壤含水量(%)。冬小麥全生育期灌水時(shí)期及灌水量如表3所示。由表3可知秸稈不覆蓋下各處理冬小麥全生育期灌水量分別比秸稈覆蓋高0.57%，22.85%，12.24%，3.10%。

表3 不同處理灌水時(shí)期及灌水量

1.3.3 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素 在冬小麥成熟期對(duì)小區(qū)樣點(diǎn)進(jìn)行調(diào)查，計(jì)算3個(gè)樣點(diǎn)平均穗數(shù)。每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取10株，進(jìn)行考種；同時(shí)每個(gè)小區(qū)選取1 m2樣方進(jìn)行收割、脫粒計(jì)產(chǎn)。

產(chǎn)量水平的水分利用效率(WUE，(kg/(hm2·mm))(Water use efficiency)如公式所示：

式中：Y表示籽粒產(chǎn)量(kg/hm2)；ET表示全生育期總耗水量(mm)。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Microsoft Office Excel 2010進(jìn)行處理，利用Origin 8.0進(jìn)行線性擬合(GLM Model)和圖表制作，采用SAS V8.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行裂區(qū)試驗(yàn)的方差分析(Duncan test)，冬小麥灌漿特性采用Curve Expert 1.6.5軟件進(jìn)行Richard模型模擬。

2 結(jié)果與分析

2.1 秸稈覆蓋與土壤水分互作對(duì)冬小麥產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成因素及水分利用效率的影響

由表4可知，除穗粒數(shù)外，秸稈覆蓋、土壤相對(duì)含水量及二者之間的交互作用對(duì)冬小麥的成穗數(shù)、產(chǎn)量、總耗水量、水分利用效率均有顯著或極顯著影響；秸稈覆蓋對(duì)千粒質(zhì)量的影響不顯著,土壤相對(duì)含水量和二者間的交互作用對(duì)千粒質(zhì)量影響達(dá)極顯著水平。相同水分條件下，TW1、TW2、TW3、TW4的產(chǎn)量較T0W1、T0W2、T0W3、T0W4組合分別高18.43%，14.77%，-2.43%，11.15%，說(shuō)明相同水分條件下通過(guò)秸稈覆蓋可以增加作物產(chǎn)量；TW1、TW2、TW3、TW4的WUE較T0W1、T0W2、T0W3、T0W4分別高7.02%,7.21%,4.28%,15.85%，說(shuō)明秸稈覆蓋還能夠顯著提高冬小麥產(chǎn)量水平的WUE。在相同覆蓋模式下，隨著控水水平的提高T0與T成穗數(shù)增加，均表現(xiàn)為W4水分條件下成穗數(shù)最高，分別較W1高66.87%，54.68%；TW1、TW2、TW3、TW4 4個(gè)處理組合下的冬小麥千粒質(zhì)量較T0W1、T0W2、T0W3、T0W4分別高4.29%，-9.58%，3.62%，7.05%。由此可見(jiàn)，造成冬小麥產(chǎn)量增加的主要原因是成穗數(shù)增多，千粒質(zhì)量增大。而且TW3和TW4產(chǎn)量差異不顯著，水分利用效率差異顯著，在TW3時(shí)WUE最高(29.02 kg/(hm2·mm))，較TW4處理WUE提高5.3%產(chǎn)量和水分利用效率同步提高。

由圖1可知，耗水量與籽粒產(chǎn)量和WUE均呈二次曲線關(guān)系：

YPY=-0.194 3x2+134.2x-14 822

R2=0.884 7；

YWUE=-0.001 5x2+ 0.757 6x-71.979

R2= 0.488 1。

由圖1可以看出，水分利用效率和產(chǎn)量隨耗水量變化的趨勢(shì)并不同步，產(chǎn)量和水分利用效率在耗水量240 mm處有一交點(diǎn)，為二者理論上的最佳結(jié)合點(diǎn)，可以得出在耗水量240～270mm能夠達(dá)到產(chǎn)量和水分利用效率雙高的效果。

表4 不同處理對(duì)冬小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

注：表中數(shù)據(jù)采用平均值，同一指標(biāo)同列數(shù)值間的不同字母表示差異顯著性，*.P≤0.05，**.P≤0.01)，NS表示無(wú)顯著差異。圖4、表6同。

Note：The data in the table are presented with the mean，and values with in the same column with different lower case letters mean significant difference at 0.05 levels，* means significant difference atP≤0.05，**means significant difference.atP≤0.01，NS means no significant difference。The same as Fig.4，Tab.6.

圖1 冬小麥產(chǎn)量、水分利用效率與耗水量的關(guān)系

2.2 不同處理組合冬小麥籽粒灌漿數(shù)學(xué)模型的建立

采用非線性最小二乘法，對(duì)秸稈覆蓋及水分交互作用下冬小麥花后灌漿時(shí)間t與千粒干質(zhì)量w的關(guān)系采用Richards方程進(jìn)行模擬，各方程參數(shù)見(jiàn)表5。由表5可知各處理方程的R2處于0.977 5～0.999 6，這說(shuō)明用Richards模型描述秸稈覆蓋與水分梯度互作下冬小麥籽粒灌漿增重過(guò)程是合適的。

由圖2可以看出，Richards生長(zhǎng)模型是由N的大小決定的一簇曲線，01時(shí)，速率曲線右偏。同一水分條件下不同覆蓋模式間，整體表現(xiàn)為秸稈不覆蓋下的N小于秸稈覆蓋，說(shuō)明秸稈覆蓋處理的生長(zhǎng)曲線更為右偏。相同覆蓋模式下，秸稈覆蓋下各時(shí)期平均千粒質(zhì)量較不覆蓋處理低46.32%，36.60%，25.75%，10.70%，4.60%，7.10%，-0.97%，隨著灌漿時(shí)間的增長(zhǎng)，秸稈不覆蓋處理在30 d時(shí)提前降低，而秸稈覆蓋處理在35 d仍有增加的趨勢(shì)，說(shuō)明秸稈覆蓋可以延緩灌漿時(shí)間。

2.3 不同處理下冬小麥籽粒灌漿特征分析

根據(jù)Richards模型計(jì)算出不同處理冬小麥籽粒灌漿特征參數(shù)如表6所示，秸稈覆蓋和水分調(diào)控及二者之間的交互作用對(duì)除最大灌漿速率和平均灌漿速率外其他冬小麥籽粒灌漿特征參數(shù)的影響達(dá)到顯著或極顯著水平。在同一水分條件下，秸稈覆蓋下各處理平均灌漿速率較不覆蓋相應(yīng)分別提高13.02%，1.91%，-6.18%，17.91%，最大灌漿速率Vmax較不覆蓋分別高13.61%，2.98%，-10.19%，20.97%，說(shuō)明秸稈覆蓋能夠提高冬小麥籽粒灌漿速率。在相同覆蓋模式下，秸稈不覆蓋區(qū)W3灌漿速率Vmax最大為2.513 mg/d，最高平均灌漿速率為1.634 mg/d；秸稈覆蓋區(qū)處理W3有最長(zhǎng)的灌漿持續(xù)期T(51.91 d)，較長(zhǎng)的灌漿中期持續(xù)期T2(15.230 d)和灌漿后期持續(xù)期T3(26.556 d)，較大的灌漿中期灌漿速率R2(0.897 mg/d)和灌漿后期灌漿速率R3(1.365 mg/d)。

表5 不同處理下冬小麥籽粒灌漿過(guò)程模擬方程參數(shù)及擬合效果

注：A.最大千粒質(zhì)量；B、K、N.Richards方程參數(shù)；R2.決定系數(shù)。

Note：A.Largest thousand seed weight；B，K，N.The arguments of Richards equation；R2.Determination coefficient.

圖2 不同處理下冬小麥灌漿期籽粒干物質(zhì)積累的“S”型曲線

表6 不同處理冬小麥籽粒灌漿特征參數(shù)

Tab.6 Parameters of grain filling properties of winter wheat under different treatments

處理Treatments最大灌漿速率出現(xiàn)時(shí)間/dTmax最大灌漿速率/(mg/d)Vmax灌漿持續(xù)期/dT灌漿前期持續(xù)期/dT1灌漿前期灌漿速率/(mg/d)R1灌漿中期持續(xù)期/dT2灌漿中期灌漿速率/(mg/d)R2灌漿后期持續(xù)期/dT3灌漿后期灌漿速率/(mg/d)R3平均灌漿速率/(mg/d)V活躍生長(zhǎng)期/dDT0W116.5652.02043.779.4660.73514.1991.03320.1021.3071.35931.015T0W219.3872.38238.6113.3920.86211.9910.78413.2300.8531.57028.690T0W320.3372.51335.9215.0470.88710.5780.66910.2990.6601.63426.880T0W415.9032.06535.959.6951.04912.4161.17713.8411.2521.36229.574TW119.1032.29541.4012.9330.63412.3390.59616.1300.8661.53627.623TW220.3562.45335.4915.3220.76910.0670.51210.1030.5131.60025.188TW317.7372.25751.9110.1210.46615.2300.89726.5561.3651.53331.886TW420.1902.49832.9515.5840.8649.2110.5858.1530.5661.60624.639T**NS*****NS*****NSNSW*****************NS**T×W**NS**************NS**

注：灌漿速率=籽粒增加質(zhì)量(W1、W2、W3)/灌漿持續(xù)期(T1、T2、T3)。

Note: Grain filling rate=Increased grain quality(W1, W2, W3) / Grain filling duration (T1, T2, T3).

2.4 不同處理下冬小麥灌漿期0～80 cm土壤水分變化特征

2.4.1 土壤總貯水量變化 由圖3可以看出，在相同覆蓋模式下，秸稈覆蓋與不覆蓋均表現(xiàn)為W4>W3>W2>W1。在同一水分調(diào)控下，秸稈覆蓋下各水分處理較秸稈不覆蓋分別高6.23%,5.45%,-5.50%,4.30%，說(shuō)明秸稈覆蓋可以增加土壤貯水量。

2.4.2 土壤耗水量變化 由圖4可知，秸稈覆蓋與水分調(diào)控間的交互作用對(duì)冬小麥0～80 cm土壤耗水量的影響表現(xiàn)為：W3處理間差異不顯著外，W1、W2、W4處理間差異顯著。在相同水分條件下，秸稈覆蓋下土壤耗水量較秸稈不覆蓋分別高30.26%，21.47%，-1.59%，-14.10%。在相同覆蓋模式下，秸稈覆蓋下土壤耗水量隨著水分梯度的增高先增后降，秸稈不覆蓋下土壤耗水量依次增高。

土壤貯水量為0～80 cm各土層貯水量之和。Soil water storage was the sum of each soil layer.

圖4 不同處理下冬小麥灌漿期0～80 cm土壤耗水量變化

3 結(jié)論與討論

土壤水分利用效率是影響作物生理特性和生長(zhǎng)活動(dòng)的重要生態(tài)因子，其供應(yīng)狀況與作物的生長(zhǎng)發(fā)育有著密切的聯(lián)系，最終影響作物產(chǎn)量[22-23]。而籽粒灌漿是作物產(chǎn)量形成的關(guān)鍵過(guò)程，籽粒灌漿強(qiáng)度、灌漿速率決定著冬小麥庫(kù)容的充實(shí)程度[17]。姚素梅、孟兆江等[24-25]采用Richards模型對(duì)冬小麥籽粒灌漿過(guò)程進(jìn)行擬合，方程的R2均在0.990 0以上，說(shuō)明用Richards模擬冬小麥籽粒的灌漿過(guò)程是合適的。本試驗(yàn)采用Richards生長(zhǎng)模型對(duì)秸稈覆蓋與水分調(diào)控下冬小麥籽粒灌漿過(guò)程進(jìn)行模擬，結(jié)果顯示冬小麥灌漿過(guò)程均符合“S”型生長(zhǎng)曲線，R2在0.977 5～0.999 6。因此Richards能夠準(zhǔn)確地反映出秸稈覆蓋與水分調(diào)控互作下冬小麥籽粒灌漿增重的過(guò)程。

冬小麥的籽粒灌漿過(guò)程是光合產(chǎn)物在籽粒中的充實(shí)和積累，受外界條件影響較大，因此，必須了解在特定處理下冬小麥的灌漿持續(xù)時(shí)間及灌漿速率，從而選擇適宜的農(nóng)藝措施，達(dá)到節(jié)水、高產(chǎn)、高效的目的。分析Richards模型計(jì)算出的與產(chǎn)量形成密切相關(guān)的特征參數(shù)，選擇產(chǎn)量與WUE雙高的處理組合。劉培等[26]通過(guò)對(duì)冬小麥灌漿過(guò)程進(jìn)行不同程度水分脅迫處理發(fā)現(xiàn)，冬小麥籽粒重量的形成取決于灌漿速率，而與灌漿持續(xù)時(shí)間無(wú)顯著相關(guān)。楊茹等[17]通過(guò)對(duì)不同灌溉模式下春小麥灌漿過(guò)程進(jìn)行模擬，得出千粒質(zhì)量與快增期、緩增期以及整個(gè)灌漿持續(xù)期顯著相關(guān)，而與灌漿速率無(wú)顯著相關(guān)。本研究通過(guò)秸稈覆蓋與水分調(diào)控互作，對(duì)比分析了冬小麥灌漿期各處理間灌漿特征參數(shù)：TW3有最長(zhǎng)的灌漿持續(xù)期T(51.91 d)，較長(zhǎng)的灌漿中期持續(xù)期期T2(15.230 d)和灌漿后期持續(xù)期T3(26.556 d)，較大的灌漿中期灌漿速率R2(0.897 mg/d)和灌漿后期灌漿速率R3(1.365 mg/d)。本試驗(yàn)條件下，造成TW3籽粒質(zhì)量與籽粒灌漿有極顯著影響的原因可能與土壤水分有關(guān)。前人研究表明，秸稈覆蓋可使土壤蓄水增加45.2～69.3 mm，土壤蒸發(fā)量減少21.5%～63.2%[27]；滴灌比傳統(tǒng)灌溉增產(chǎn)204.15 kg/hm2，總耗水量減少32.91 mm，水分利用效率增加0.73 kg/(mm·hm2)[28]。鄧振鏞等[29]在黃土高原地區(qū)研究了土壤貯水量與農(nóng)田耗水量對(duì)冬小麥產(chǎn)量的影響，認(rèn)為冬小麥產(chǎn)量與農(nóng)田耗水量間的關(guān)系呈顯著正相關(guān)，農(nóng)田耗水量每增加1 mm生物產(chǎn)量就增加1.416 kg。本研究結(jié)果表明，秸稈覆蓋下各水分處理土壤貯水量較秸稈不覆蓋分別高6.23%，5.45%，-5.50%，4.30%，秸稈覆蓋下土壤貯水量高。雖然秸稈不覆蓋下各處理冬小麥全生育期灌水量分別比秸稈覆蓋高0.57%，22.85%，12.24%，3.10%，TW3灌漿期耗水量所占比重最高，通過(guò)蒸騰作用可以帶給植株充足的水分，從而達(dá)到延長(zhǎng)灌漿持續(xù)時(shí)間的目的。

節(jié)水農(nóng)業(yè)追求的主要目標(biāo)是作物產(chǎn)量與水分利用效率同步提高。研究表明，水分利用效率與產(chǎn)量的最高點(diǎn)并不重合，水分利用效率早于產(chǎn)量達(dá)到最高點(diǎn)[30-31]。本研究表明，水分利用效率和產(chǎn)量隨耗水量變化的趨勢(shì)并不同步，產(chǎn)量和水分利用效率在耗水量240 mm處有一交點(diǎn)，為二者理論上的最佳結(jié)合點(diǎn)，可以得出在耗水量240～270 mm能夠達(dá)到產(chǎn)量和水分利用效率雙高的效果。本試驗(yàn)中，秸稈覆蓋條件下，W3水分處理(TW3)時(shí)冬小麥的產(chǎn)量與TW4處理間差異不顯著，且TW3水分處理組合時(shí)水分利用效率最高為29.02 kg/(mm·hm2)，與TW4的水分利用效率間差異顯著，TW3為本試驗(yàn)條件下最好的節(jié)水高產(chǎn)灌溉組合。秸稈覆蓋與水分互作，可以減小土壤水與大氣的接觸面積，降解的秸稈可增大有機(jī)質(zhì)含量，從而促進(jìn)土壤中團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成[32]，增大冬小麥根系在土壤中的分布，能夠保持冬小麥根際的水分與養(yǎng)分[14]。同時(shí)，土壤貯水量還是冬小麥生產(chǎn)力的重要因素，與產(chǎn)量呈正相關(guān)[29]。本試驗(yàn)將秸稈覆蓋與水分調(diào)控結(jié)合，以Richards模型擬合冬小麥籽粒灌漿過(guò)程，研究結(jié)果顯示，秸稈覆蓋與水分互作條件下冬小麥籽粒灌漿過(guò)程符合“S”型生長(zhǎng)曲線，秸稈覆蓋下水分調(diào)控W3(田間持水量的60%)可以延長(zhǎng)冬小麥籽粒灌漿持續(xù)期、增大灌漿中后期的灌漿速率、延長(zhǎng)灌漿時(shí)間提高籽粒千粒質(zhì)量，從而提高作物產(chǎn)量。

[1] 程裕偉，馬富裕，馮治磊，等. 滴灌條件下春小麥耗水規(guī)律研究[J]. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2012，30(2):112-117.

[2] Zarghami M, Fotookian M R, Safari N, et al. Reservoir operation using system dynamics under climate change impacts: a case study of Yamchi reservoir, Iran[J]. Arabian Journal of Geosciences,2016,9(16):678.

[3] 李科江, 張西科, 劉文菊,等. 不同栽培措施下冬小麥灌漿模擬研究[J]. 華北農(nóng)學(xué)報(bào),2001,16(2):70-74.

[4] 李秧秧. 灌漿期持續(xù)干旱對(duì)不同產(chǎn)量潛勢(shì)小麥品種灌漿特性的影響[J]. 西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),1997,6(4):47-50.

[5] 王 平, 魏亦勤, 裘 敏, 等. 不同灌水條件對(duì)春小麥生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量的影響[J]. 寧夏農(nóng)林科技,2004(2):7-9.

[6] Skaggs T H, Trout T J, Rothfuss Y. Drip irrigation water distribution patterns: effects of emitter rate, pulsing, and antecedent water[J]. Soil Science Society of America Journal,2010,74(6):1886-1896.

[7] 李燕山, 白建明, 許世坤, 等. 不同灌水量對(duì)膜下滴灌冬馬鈴薯生長(zhǎng)及水分利用效率的影響[J]. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2015,33(6):8-13.

[8] 張潔梅, 武繼承, 楊永輝, 等. 不同節(jié)水灌溉方式對(duì)小麥產(chǎn)量及水分利用效率的影響[J]. 節(jié)水灌溉,2016(8):30-32.

[9] 趙志成, 楊顯賀, 李清明, 等. 不同膜下滴灌方式對(duì)設(shè)施黃瓜生理特性及水分利用效率的影響[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào),2014,34(22):6597-6605.

[10] 杜堯東, 劉作新, 趙國(guó)強(qiáng), 等. 冬小麥田秸稈覆蓋的小氣候效應(yīng)[J]. 生態(tài)學(xué)雜志,2000,19(3):20-23.

[11] 梁建財(cái), 史海濱, 李瑞平, 等. 不同覆蓋方式對(duì)中度鹽漬土壤的改良增產(chǎn)效應(yīng)研究[J]. 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2015,23(4):416-424.

[12] 王 虎, 王旭東, 田宵鴻. 秸稈還田對(duì)土壤有機(jī)碳不同活性組分儲(chǔ)量及分配的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2014,25(12):3491-3498.

[13] 武志杰, 張海軍, 許廣山, 等. 玉米秸稈還田培肥土壤的效果[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2002,13(5):539-542.

[14] 劉 陽(yáng), 李吾強(qiáng), 溫曉霞, 等. 玉米秸稈還田對(duì)接茬冬小麥旗葉光合特性的影響[J]. 西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2008,17(2):80-85.

[15] 高茂盛, 廖允成, 吳清麗, 等. 麥秸翻壓還田對(duì)隔茬冬小麥旗葉抗性的生理效應(yīng)[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào),2007,27(10):4197-4202.

[16] 張俊鵬, 孫景生, 劉祖貴, 等. 不同水分條件和覆蓋處理對(duì)夏玉米籽粒灌漿特性和產(chǎn)量的影響[J]. 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2010,18(3):501-506.

[17] 楊 茹, 馬富裕, 何海兵,等. 滴灌春小麥的籽粒灌漿特性[J]. 麥類作物學(xué)報(bào),2012,32(4):743-746.

[18] 張 娜, 張永強(qiáng), 徐文修,等. 滴灌量對(duì)冬小麥田間小氣候及產(chǎn)量的影響研究[J]. 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2013,24(1):64-73.

[19] 劉義國(guó), 林 琪, 王月福, 等. 秸稈還田與氮肥耦合對(duì)冬小麥光合特性及產(chǎn)量形成的影響[J]. 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2007,15(1):42-44.

[20] 程毛林. Richards模型參數(shù)估計(jì)及其模型應(yīng)用[J]. 數(shù)學(xué)的實(shí)踐與認(rèn)識(shí),2010,40(12):139-143.

[21] 鄭立飛. Richards模型的推廣研究[J]. 西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,2004,32(8):107-110.

[22] 高志紅, 陳曉遠(yuǎn), 劉曉英. 土壤水變動(dòng)對(duì)冬小麥生長(zhǎng)產(chǎn)量及水分利用效率的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2007,23(8):52-58.

[23] 薛麗華, 段俊杰, 王志敏, 等. 不同水分條件對(duì)冬小麥根系時(shí)空分布_土壤水利用和產(chǎn)量的影響[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào),2010,30(19):5296-5305.

[24] 姚素梅, 康躍虎, 劉海軍, 等. 噴灌與地面灌溉條件下冬小麥光合作用的日變化研究[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2005,21(11):16-19.

[25] 孟兆江, 孫景生, 段愛(ài)旺, 等. 調(diào)虧灌溉條件下冬小麥籽粒灌漿特征及其模擬模型[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2010,26(1):18-23.

[26] 劉 培, 蔡煥杰, 王 健. 土壤水分脅迫下冬小麥籽粒灌漿特性的研究[J]. 節(jié)水灌溉,2010(1):1-4.

[27] 趙聚寶, 梅旭榮, 薛軍紅, 等. 秸稈覆蓋對(duì)旱地作物水分利用效率的影響[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué),1996,29(2):59-66.

[28] 陳四龍, 裴 冬, 王振華, 等. 華北平原膜下滴灌棉花水分利用效率及產(chǎn)量對(duì)供水方式響應(yīng)研究[J]. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2005,23(6):26-31.

[29] 鄧振鏞, 張 強(qiáng), 王 強(qiáng), 等. 黃土高原旱作區(qū)土壤貯水力和農(nóng)田耗水量對(duì)冬小麥水分利用率的影響[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào),2010,30(14):3672-3678.

[30] 張歲岐, 山 侖. 植物水分利用效率及其研究進(jìn)展[J]. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2002,20(4):1-5.

[31] 房全孝, 陳雨海, 李全起, 等. 灌溉對(duì)冬小麥水分利用效率的影響研究[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2004,20(4):34-39.

[32] 高茂盛, 廖允成, 李 俠, 等. 不同覆蓋方式對(duì)渭北旱作蘋(píng)果園土壤貯水的影響[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué),2010,45(10):2080-2087.

Effects of Straw Mulching and Soil Water Content on Grain Filling Characteristics of Winter Wheat under Drip Irrigation

BAI Tiantian1，2，PEI Xinyong3，GUAN Xiaokang1，2，YANG Mingda1，2，ZHANG Pengyu1，WANG Jingli1，2，WANG Hezhou4，WANG Tongchao1，2

(1.Agricultural College，Henan Agricultural University，Zhengzhou 450002， China；2.Henan Food Crops Collaborative Innovation Center，Zhengzhou 450002，China；3.Agricultural Economy of Information Research Center，Henan Academy of Agricultural Sciences，Zhengzhou 450002，China；4.Farmland Irrigation Research Institute,ChineseAcademy of Agricultural Sciences,Xinxiang 453002，China)

Winter wheat；Straw-mulching；Drop irrigation；Soil water content；Grain-filling characteristics；Yield

2016-12-28

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31471452)

白田田(1990-),女,河南洛陽(yáng)人,在讀碩士,主要從事旱作節(jié)水理論與技術(shù)研究。

王同朝(1964-),男,河南社旗人,教授,博士,主要從事作物抗旱節(jié)水栽培理論與技術(shù)研究。

S152.7;S141

A

1000-7091(2017)02-0171-08

10.7668/hbnxb.2017.02.026