不同生長階段水分虧缺對淮北平原冬小麥生長發(fā)育和產(chǎn)量的影響研究

劉 佳，袁宏偉，李雪凌，朱 梅

不同生長階段水分虧缺對淮北平原冬小麥生長發(fā)育和產(chǎn)量的影響研究

劉 佳1，袁宏偉2，3，李雪凌1，朱 梅1

(1.安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，安徽 合肥 230036；2.安徽省水利部淮河水利委員會水利科學(xué)研究院，安徽 蚌埠 233000；3. 水利水資源安徽省重點實驗室，安徽 蚌埠 233000)

為研究不同生育階段不同程度受旱對淮北平原冬小麥各生育階段生長發(fā)育和產(chǎn)量的影響。在遮雨棚測坑中開展了相關(guān)的試驗，通過3種土壤水分控制設(shè)計即輕旱、中旱、重旱，分別占田間持水量的55%、45%、35%。對比分析了不同受旱程度對冬小麥分蘗數(shù)、株高、產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明輕旱對分蘗數(shù)影響不大，中旱可以加快分蘗數(shù)的增長；一定程度的受旱反促進(jìn)小麥株高的生長，但是受旱過度會有抑制作用；產(chǎn)量減產(chǎn)幅度0.53%～15.58%。本研究為科學(xué)實施小麥田間水分管理和節(jié)水灌溉提供了依據(jù)。

小麥；生長；需水規(guī)律；淮北平原

淮河流域人口密度大、耕地率高，是我國糧食主產(chǎn)區(qū)之一，在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占有重要的地位。但其水資源的分布與流域內(nèi)的人口、耕地、礦產(chǎn)、能源等資源和生產(chǎn)力布局不相協(xié)調(diào)。水資源短缺、水污染嚴(yán)重，經(jīng)濟社會快速發(fā)展對水資源的有效供給形成巨大的壓力，水資源供需矛盾日益突出，對流域的糧食生產(chǎn)和糧食安全已經(jīng)構(gòu)成威脅。

大量研究表明，水分虧缺直接影響小麥的生理生態(tài)指標(biāo)和形態(tài)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響其生長狀況和產(chǎn)量[1-6]。不同生育時期受旱對作物物后期和產(chǎn)量的影響不同，最終的產(chǎn)量損失不僅與脅迫強度有關(guān)，還與作物的生長階段有關(guān)[7-9]。與充分灌溉相比，連續(xù)受旱、早起受旱、雨養(yǎng)以及后期受旱4種不同處理下，小麥產(chǎn)量分別下降了65.5%、40.6%、30.5%和24.0%，降幅存在明顯差異。而有些糧食作物在期營養(yǎng)生長階段的早期和成熟階段需水量相對較小，對水分脅迫的影響不敏感，對水分脅迫表現(xiàn)出一定的耐旱性[10]。本試驗重點研究虧水灌溉對小麥產(chǎn)量的影響，旨在探求各生育階段不同受旱程度對作物生長發(fā)育及產(chǎn)量要素的影響，分析在不同受旱程度條件下作物產(chǎn)量形成的水分生理特征，建立作物受旱損失率與缺水率之間的定量關(guān)系和灌溉定額與產(chǎn)量之間的數(shù)量關(guān)系，為灌溉水資源的合理配置、保障糧食生產(chǎn)安全提供指標(biāo)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

本項試驗主要在安徽省·淮委水利科學(xué)研究院新馬橋農(nóng)水綜合試驗站進(jìn)行。該站位于黃淮海平原南端、皖北平原中南部，海拔19.7 m，屬暖溫帶半濕潤季風(fēng)氣候區(qū)。多年平均降雨量911 mm、蒸發(fā)量916 mm；地下水埋深在1.0～2.0 m范圍內(nèi)變動，暴雨后往往升至地表。試驗分別布置在面積為4～6.67 m2的有底測坑中，測坑區(qū)配置有移動遮雨棚。試驗區(qū)土壤為典型的中低產(chǎn)田土壤—砂姜黑土，其理化性質(zhì)均屬不良，土質(zhì)粘重，具有濕時泥濘、干時堅硬、脹縮率大，垂直和水平排水不良，易旱易澇等特點。該種土壤的田間持水量為28%，土壤容重1.36～1.50 g/cm3。試驗站的地理環(huán)境、自然條件和作物種植等均具有較好的代表性。該地區(qū)季風(fēng)明顯，降雨時空分布不均衡，且與作物的需水規(guī)律不盡一致經(jīng)常出現(xiàn)水旱災(zāi)害[11]。

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2013～2014年在新馬橋農(nóng)水綜合試驗站進(jìn)行。試驗控制因素為土壤水分和生育階段。根據(jù)試驗地區(qū)的作物種植、氣象、水文條件及受試作物的受旱敏感特性和需水規(guī)律，選定小麥的受旱時段為分蘗期、拔節(jié)期、抽穗灌漿期和乳熟期。土壤水分設(shè)計3個控制下限即輕旱、中旱、重旱三個受旱水平，另設(shè)全生育期各階段供水充足的對照處理1個。根據(jù)試驗實施情況，綜合考慮各試驗小區(qū)的土壤水分動態(tài)變化、實際耗水情況以及最終的產(chǎn)量等因素。具體試驗設(shè)計方案見表1。

圖1 小麥分蘗期受旱分蘗動態(tài)變化(分蘗數(shù)/株數(shù))

1.3 試驗測定項目與方法

(1)試驗場地基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 試驗基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括試驗區(qū)的經(jīng)度、緯度和海撥；土壤類型；土壤養(yǎng)分狀況，包括有機質(zhì)含量，全N，全P，全K和有效N，有效P含量，在播種前測定。試驗之前測定土壤的容重，飽和含水量，田間持水量，凋萎含水量，土壤鹽分含量，灌溉水質(zhì)等基本數(shù)據(jù)。試驗過程中詳細(xì)記錄種植的作物及使用的品種；施肥時間、種類、數(shù)量；灌溉日期及灌水定額；降雨時間及降水量。

(2)土壤含水量及作物耗水量測定 防雨棚下的測坑土壤含水量采用定點測定(TRIME或中子水分儀)，每5～10 d測定一次。每個測坑或小區(qū)中的測定樣點數(shù)應(yīng)不少于兩點，采用平均值確定土壤含水量。土壤含水量的測定深度測坑中為40～100 cm，大田中為40～150 cm。測定時0～20 cm土層的含水量最好用取土法測定，20 cm以下部分用TRIME或中子水分儀測定。測定時10～20 cm為一個測定段，最后用加權(quán)平均法計算整個土體的含水量。作物實際耗水量通過前后兩次測定的土體含水量的差值，并考慮灌水、降水、滲漏等過程造成的水量變化，用水量平衡法計算確定。

(3)作物生長發(fā)育進(jìn)程調(diào)查 對作物生長過程中一些重要特征的出現(xiàn)時間進(jìn)行調(diào)查記錄，以反映作物的生長發(fā)育進(jìn)程。每周測定分蘗期不同受旱處理的3組處理(處理一對照、處理二輕旱、處理三中旱)的分蘗數(shù)。苗期和分蘗期不受旱處理，拔節(jié)期受旱的4組處理(處理一對照、處理四輕旱、處理五中旱、處理九重旱)的株高均每周測定記錄一次。

(4)產(chǎn)量 小麥成熟后，統(tǒng)計有效穗數(shù)、穗長、千粒重、實粒數(shù)。脫粒后在105℃殺青，80℃烘至恒重后計算產(chǎn)量。

表1 小麥?zhǔn)芎翟囼瀸嵤┣闆r %

注：1、表中數(shù)值為試驗控制的40cm土層的土壤水分下限，占田持的%，田持取28.0%，苗期各處理的土壤水分下限均為65%左右；2、X代表測坑(面積6.67 m2)；Z代表蒸滲儀(面積4.0 m2)；S代表新建砂姜黑土測坑(面積4.0 m2)。

表2 小麥?zhǔn)芎翟囼灲Y(jié)果

表3 小麥各處理的耗水量與產(chǎn)量

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對分蘗數(shù)的影響

本年度小麥試驗從2013年11月3日～2014年3月16日共進(jìn)行了14次基本苗數(shù)和分蘗調(diào)查。分蘗期不同受旱處理的3組處理(處理一不受旱對照、處理二輕旱、處理三中旱)的分蘗數(shù)動態(tài)變化見圖1。

由圖1可知，2013年11月3日～2014年3月16日，分蘗期中旱處理的分蘗數(shù)明顯高于其它兩組處理，不受旱處理與輕旱處理間無明顯區(qū)別。中旱處理從開始分蘗數(shù)就明顯快速增加，從分蘗期開始到結(jié)束均較大領(lǐng)先輕旱和不受旱，說明分蘗期一定程度的受旱可以使生育期提前。

2.2 不同處理對株高的影響

圖2 小麥拔節(jié)期受旱株高動態(tài)變化

圖2中四組處理在苗期和分蘗期都為不受旱處理，由圖也可看出在拔節(jié)期之前四組處理間株高無明顯差別。進(jìn)入拔節(jié)期后各處理間株高出現(xiàn)差別，各處理間株高大小順序為處理四(輕旱)>處理五(中旱)>處理九(重旱)>處理一(對照)。

2.3 小麥?zhǔn)芎翟囼灲Y(jié)果

結(jié)合本年度受旱試驗實施情況，試驗結(jié)果表明，處理五拔節(jié)期中旱減產(chǎn)率最低為0.53%，處理十一乳熟期重旱其它生育期輕旱減產(chǎn)率最高為15.58%。小麥各生育期不同受旱程度的減產(chǎn)幅度為0.53%～15.58%。

2.4 水分虧缺對作物產(chǎn)量的影響

通過水量平衡計算，2013～2014試驗?zāi)甓雀魈幚硇←湹暮乃恳姳?。處理一對照的小麥需水量為467.18 mm，處理五拔節(jié)期中旱處理的耗水量為449.84 mm，相應(yīng)的缺水率為3.71%，減產(chǎn)率為0.53%；處理九拔節(jié)期重旱處理的耗水量為412.53 mm，相應(yīng)的缺水率為11.7%，減產(chǎn)率為11.05%；處理十乳熟期中旱處理的耗水量為466.43 mm，相應(yīng)的缺水率為0.16%，減產(chǎn)率為1.87%；處理十一乳熟期重旱處理的耗水量為353.04 mm，相應(yīng)的缺水率為24.43%，減產(chǎn)率為15.58%。

2.5 作物的需水率及需水規(guī)律

本年度測坑小麥全生育期共需耗水467.18 mm，平均需水強度為2.08 mm/d。階段需水量以分蘗期最大，模比系數(shù)達(dá)28.55%；苗期最小，模比系數(shù)為5.99%。需水強度以拔節(jié)期最大，達(dá)4.97 mm/d；乳熟期次之，為4.20 mm/d；分蘗期最小，為0.85 mm/d。

3 結(jié)語

不同生育期不同程度受旱處理對淮河流域冬小麥分蘗數(shù)、株高、產(chǎn)量均有較大影響。分蘗期中旱處理的分蘗數(shù)明顯大于其它兩組處理，不受旱處理與輕旱處理間無明顯區(qū)別。這說明分蘗期中度的水分虧缺能促進(jìn)小麥的生長發(fā)育，輕旱對生長發(fā)育基本沒影響。小麥在分蘗期株高呈緩慢增長趨勢，株高沒有明顯差別，在拔節(jié)期整體呈逐漸升高的趨勢，不同處理株高差別較大，各處理間株高大小順序為輕旱>中旱>重旱>對照，拔節(jié)期后期輕旱處理與對照處理間株高差6.34 cm，說明在這個階段水分虧缺對株高會產(chǎn)生影響，一定程度的水分虧缺反而可促進(jìn)小麥植株的營養(yǎng)生長，但是水分虧缺過度會有抑制作用。

在作物生長過程中，不同階段不同耗水對最終產(chǎn)量的形成作用是不同的，總體趨勢呈水分虧缺越大產(chǎn)量越小。分蘗期和拔節(jié)期少量水分虧缺能促進(jìn)小麥的營養(yǎng)生長，但是會使產(chǎn)量稍微減小，拔節(jié)期中度和重度缺水會抑制小麥生長發(fā)育，即使后期補水也不能彌補產(chǎn)量的損失。抽穗灌漿期和乳熟期是小麥生長關(guān)鍵期，缺水會直接導(dǎo)致小麥大幅度減產(chǎn)。在這兩個生育階段灌水滿足小麥需水量，不僅可以保證小麥的正常生長，還能增加有效穗粒和千粒數(shù)，最終還能達(dá)到節(jié)水穩(wěn)產(chǎn)的目的。

表4 小麥全生育期需水量和需水規(guī)律

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Effects of Water Deficit at Different Growth Stages on Growth and Yield of Winter Wheat in Huaibei Plain

LIU Jia1，YUAN Hong-wei2,3，LI Xue-ling1，ZHU Mei1

(1.School of Engineering, Anhui Agriculture University, Anhui Hefei 230036;2. Institute of Water Conservancy Science ,Water Resources Committee of Huaihe River in Anhui Province, Anhui Bengbu 233000;3. Anhui Key Laboratory of Water Resources and Water Resources, Anhui Bengbu 233000)

In order to study the effects of different drought degree on the growth and yield of winter wheat in Huaibei Plain during different growth stages, relevant experiments are carried out in the shelter bank.55%, 45% and 35% of the soil water holding capacity are calculated by three kinds of soil moisture control design, namely, light drought, middle drought and heavy drought, the effects of different drought degree on tiller number, plant height and yield of winter wheat are compared and analyzed. The results show that light drought have little effect on the tiller number, and middle drought can accelerate the growth of tiller number. The growth of plant height is affected by drought at some degree, but the number of the yield is decreased ranging from 0.53% to 15.58%. This study provides the basis for the scientific implementation of water management in wheat field and water saving irrigation.

wheat; growth; regularity for water; Huaibei Plain

2017-03-27

劉佳(1992-)，男，安徽靈璧人，在讀碩士研究生，主攻方向：水文水資源及農(nóng)田水利。

S152.7+1

A

1004-1184(2017)04-0124-04