前期灌溉延遲對河套灌區(qū)地膜春小麥生長的影響

羅 東，白崗栓，苗慶豐，邊利強(qiáng)

(1.陜西怡安建設(shè)工程有限公司，西安 710021；2.西北農(nóng)林科技大學(xué)水土保持研究所，陜西 楊凌 712100；3. 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木建筑工程學(xué)院，呼和浩特 010020；4.磴口縣水利局，內(nèi)蒙古 磴口 015200)

河套灌區(qū)地處干旱、半干旱、半荒漠草原區(qū)，灌溉是河套灌區(qū)春小麥獲得高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的最關(guān)鍵技術(shù)[1]。河套灌區(qū)露地春小麥往往在分蘗期、孕穗初期、揚(yáng)花期和灌漿期灌溉，其中分蘗期灌溉的主要目的是以水壓鹽、洗鹽，降低土壤鹽分帶來的不利影響[2]。地膜覆蓋有效抑制了土壤水分蒸發(fā)，改善了土壤水、熱及鹽的分布[3-5]，降低土壤鹽分表聚[3]，提高土壤水分利用效率[5]，促進(jìn)春小麥提早出苗[6]并積累較多的干物質(zhì)[4]，利于春小麥早期的穗分化及產(chǎn)量形成，可顯著提高春小麥產(chǎn)量[7,8]，地膜春小麥在河套灌區(qū)已逐漸推廣[9]。河套灌區(qū)每年秋末冬初對農(nóng)田進(jìn)行“秋澆”，“秋澆”的水分大多凍結(jié)在0～100 cm土層土壤中，翌年春季土壤解凍消融，可使土壤水分維持在較高的水平[3]。河套灌區(qū)地膜春小麥的灌溉時期與露地春小麥的基本一致。受上年“秋澆”及生長前期灌溉等的影響，河套灌區(qū)地膜春小麥生長前期生長旺盛，分蘗強(qiáng)烈，往往造成拔節(jié)期至灌漿期[8]或揚(yáng)花期至灌漿期耗水量增多[5,6]，導(dǎo)致生長后期土壤水分不足[10,11]，且地膜春小麥的分蘗力強(qiáng)，分蘗成穗比例高，個體間競爭加劇，進(jìn)一步降低了千粒重及產(chǎn)量[7,8]。如何利用有限的灌溉水資源，減少地膜春小麥的前期冗長生長量，提高生長后期的土壤水分，提高千粒重及產(chǎn)量，成為河套灌區(qū)地膜春小麥生產(chǎn)中亟需解決的問題。為了合理利用灌溉水資源，本試驗將河套灌區(qū)地膜春小麥生長前期的2次灌溉適當(dāng)延遲，以控制生長前期的冗長生長量，彌補(bǔ)生長后期的土壤水分，為地膜春小麥生產(chǎn)提供指導(dǎo)。

1 材料和方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗地位于內(nèi)蒙古河套灌區(qū)磴口縣，東經(jīng)107°02′19″，北緯40°24′32″，海拔1 048.6 m，年均氣溫7.1 ℃，日照時數(shù)3 187.3 h，降水量142.1 mm，無霜期178 d。試驗地土壤為灌於土，土層厚度1.8～2.0 m，耕層土壤有機(jī)質(zhì)9.81 g/kg，速效氮63.25 mg/kg，速效磷12.7 mg/kg，速效鉀171.5 mg/kg，田間持水量23.23%，萎蔫系數(shù)7.48%，含鹽量1.50 g/kg左右，pH 值8.8。0～100 cm土層土壤容重平均為1.48 g/cm3，地下水埋深2.0 m左右。試驗地長60.0 m，寬40.0 m。灌溉水為過境黃河水，礦化度0.32 g/L左右，pH值8.1左右。

1.2 試驗材料與設(shè)計

供試春小麥品種為永良4號，2018年3月15日穴播，行距15 cm，穴距12 cm，每穴12粒，密度55.556 穴/m2[3,6]。覆蓋的地膜寬110 cm，厚0.008 mm，長12.2 m，每幅地膜種植7行，每行100 穴。每個試驗小區(qū)由兩幅地膜組成。每幅地膜兩側(cè)覆厚6.0 cm、寬7.0 cm土，以防被風(fēng)吹毀。

試驗以當(dāng)?shù)氐啬ご盒←湹某Ｒ?guī)灌溉時期，即分蘗期、孕穗初期、揚(yáng)花期和灌漿期灌溉(小型潛水泵抽水灌溉，每個小區(qū)每次灌水2.42 m3，相當(dāng)于每次灌溉90 mm，根據(jù)水表流量來控制)為對照，將地膜春小麥生長前期，即分蘗期、孕穗初期的灌溉各延遲10、15和20 d；生長后期，即揚(yáng)花期和灌漿期的灌溉時期則與常規(guī)灌溉保持一致(表1)，且每次的灌水量及全生育期的灌溉量與對照保持一致。試驗重復(fù)3次，共12個小區(qū)，隨機(jī)排列。不同小區(qū)之間相距100 cm，小區(qū)邊緣修高25 cm、寬30 cm的土埂，以防灌溉水亂串。

不同處理均在覆膜前施K2O 21.5 kg/hm2，N 172.5 kg/hm2，P2O567.5 kg/hm2，第2次灌溉時隨水追施N 69.0 kg/hm2。受上年“秋澆”及播種期凍土層消融的影響，播種前0～100 cm土層土壤貯水量高達(dá)449.21 mm(4 492.1 m3/hm2)。春小麥生長期降水29.0 mm(290.0 m3/hm2)，主要集中在播種后至出苗期和揚(yáng)花期至成熟期，與往年的降水狀況基本相同[12]。不同處理的施肥、播種、除草等管理措施相同。

表1 不同處理的灌溉時期Tab.1 Irrigation stage of different treatments

1.3 監(jiān)測項目

(1)土壤水分。春小麥揚(yáng)花期(6月11日)和灌漿期灌水前(7月4日)及成熟期收獲前(7月15日)，以10 cm 土層為一層，在每幅地膜中部春小麥行之間，用土鉆分層采集0～100 cm土層土壤，每小區(qū)采集3次，烘干法測定土壤水分(%)，然后根據(jù)土壤水分、土層厚度和土壤容重，換算成土壤貯水量(mm或m3/hm2)[2,13]。

土壤含水量(質(zhì)量%)=

(原土質(zhì)量-烘干土質(zhì)量)/烘干土質(zhì)量×100%

(1)

土壤貯水量(mm)=土壤含水量(質(zhì)量%)×

土壤容重(g/cm3)×土層厚度(cm)×10

(2)

土壤貯水量(m3/hm2)=土壤貯水量(mm)×

100(m)×100(m)/1 000

(3)

(2)分蘗成穗力。三葉期每個小區(qū)隨機(jī)抽查5穴并標(biāo)記，常規(guī)方法測定基本苗數(shù)，孕穗初期測定莖蘗數(shù)并計算分蘗力，成熟期測定有效穗數(shù)并計算分蘗成穗力[6]。

(3)生長狀況。孕穗后期(5月25日)、揚(yáng)花期(6月11日)、灌漿期(7月4日)及成熟期(7月15日)每個小區(qū)隨機(jī)抽取5穴，測定單穴莖數(shù)、株高，近地面剪截后測定地上部莖稈、葉片和葉鞘、穗的生物量(105 ℃烘烤30 min，80 ℃烘烤至恒重)。

(4)經(jīng)濟(jì)性狀。成熟期以1.0 m2為單位(55.556穴)，近地面收割，每個小區(qū)隨機(jī)采集3處，測定春小麥的穗長、穗粒數(shù)、籽粒產(chǎn)量和千粒重等。根據(jù)籽粒產(chǎn)量與生物量計算經(jīng)濟(jì)系數(shù)，根據(jù)耗水量、生物量和籽粒產(chǎn)量計算水分利用效率和水分產(chǎn)出率[2,13]。

經(jīng)濟(jì)系數(shù)=籽粒產(chǎn)量(kg/hm2)/生物量(kg/hm2)

(4)

水分利用效率(kg/m3)=生物量(kg/hm2)/耗水量(m3/hm2)

(5)

水分產(chǎn)出率(kg/m3)=籽粒產(chǎn)量(kg/hm2)/耗水量(m3/hm2)

(6)

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2010 制作圖表，SPSS 19.0軟件進(jìn)行方差分析；若差異顯著，則采用鄧肯氏新復(fù)極差檢驗法進(jìn)行多重比較，檢驗不同處理之間的差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理的土壤貯水量

揚(yáng)花期灌溉前延遲10 d、15 d、20 d和常規(guī)灌0～100 cm土層土壤貯水量分別為196.07、205.43、210.25和180.01 mm，延遲10 d的顯著高于(p<0.05)常規(guī)灌溉，延遲15 d和延遲20 d的均極顯著高于(p<0.01)常規(guī)灌溉，延遲20 d的顯著高于(p<0.05)延遲10 d，圖1(a)；灌漿期灌溉前分別為203.71、211.77、217.27和196.89 mm，延遲15 d和延遲20 d的顯著高于(p<0.05)常規(guī)灌溉，延遲20 d的顯著高于(p<0.05)延遲10 d，圖1(b)；成熟期收獲前分別為230.45、237.33、243.34和222.20 mm，延遲15 d和延遲20 d的顯著高于(p<0.05)常規(guī)灌溉，延遲20 d的顯著高于(p<0.05)延遲10 d，圖1(c)。

2.2 不同處理春小麥的分蘗力及分蘗成穗力

不同處理的基本苗數(shù)基本相同。分蘗期常規(guī)灌溉的土壤水分含量高，土壤鹽分含量低[3]，春小麥分蘗旺盛，其莖蘗數(shù)及分蘗力均極顯著高于(p<0.01)延遲灌溉。成熟期延遲15 d的有效穗數(shù)略高，延遲20 d的略低，不同處理之間無顯著差異。延遲灌溉的分蘗成穗力均極顯著高于(p<0.01)常規(guī)灌溉(表2)。

圖1 不同處理不同生長期的土壤貯水量Fig.1 Soil moisture of different treatments at different growth stage

表2 不同處理單穴春小麥的分蘗力及分蘗成穗力Tab.2 Tillering ability and the ability of spike formation from stem and tiller of single-hole spring wheat with different treatments

2.3 不同處理春小麥的生長狀況

孕穗后期常規(guī)灌溉的株高較高且顯著高于(p<0.05)延遲15 d和延遲20 d，揚(yáng)花期、灌漿期和成熟期不同處理之間則無顯著差異。孕穗后期常規(guī)灌溉的莖粗較粗，揚(yáng)花期、灌漿期和成熟期均以延遲15 d的較粗，不同處理之間存在顯著差異。孕穗后期常規(guī)灌溉的單穴莖數(shù)顯著多于(p<0.05)延遲灌溉，揚(yáng)花期、灌漿期和成熟期不同處理之間則無顯著差異。孕穗后期常規(guī)灌溉的單穴生物量極顯著高于(p<0.01)延遲灌溉，揚(yáng)花期、灌漿期和成熟期均以延遲15 d的較高，不同處理之間存在顯著(p<0.05)或極顯著(p<0.01)差異。孕穗后期常規(guī)灌溉的穗長極顯著長于(p<0.01)延遲灌溉，揚(yáng)花期、灌漿期和成熟期不同處理之間則無顯著差異(表3)。

孕穗后期常規(guī)灌溉的穗生物量極顯著大于(p<0.01)延遲灌溉，揚(yáng)花期、灌漿期和成熟期均以延遲15 d的較高，不同處理之間存在顯著(p<0.05)或極顯著(p<0.01)差異。孕穗后期不同處理的莖稈生物量無顯著差異，揚(yáng)花期、灌漿期和成熟期均以延遲15 d的較高，不同處理之間存在顯著(p<0.05)或極顯著(p<0.01)差異。孕穗后期常規(guī)灌溉的葉片和葉鞘生物量顯著大于(p<0.05)延遲15 d和延遲20 d；揚(yáng)花期延遲10 d的較高，灌漿期和成熟期延遲15 d的較高，不同處理之間存在顯著(p<0.05)或極顯著(p<0.01)差異。孕穗后期常規(guī)灌溉的總生物量顯著大于(p<0.05)延遲灌溉，揚(yáng)花期、灌漿期和成熟期均以延遲15 d的較高，不同處理之間存在顯著(p<0.05)或極顯著(p<0.01)差異(表3)。

表3 不同處理不同生長期的春小麥生長狀況Tab.3 Growth status of spring wheat with different treatments at different growth stages

孕穗后期常規(guī)灌溉的總體生長狀況較好，且灌溉延遲得越晚，地膜春小麥的生長狀況越差；揚(yáng)花期、灌漿期和成熟期均以延遲15 d的生長狀況較好，常規(guī)灌溉的較差(表3)。

2.4 不同處理春小麥的經(jīng)濟(jì)性狀

延遲10 d、延遲15 d和延遲20 d的地膜春小麥較常規(guī)灌溉分別晚成熟1日、3日和2日。常規(guī)灌溉的小穗數(shù)最多，延遲20 d的最少，常規(guī)灌溉顯著多于(p<0.05)延遲15 d和延遲20 d。常規(guī)灌溉的不孕小穗數(shù)最多，延遲15 d的最少，不同處理之間均存在極顯著(p<0.01)差異。延遲15 d的穗粒數(shù)最多，延遲20 d的最少，延遲15 d和延遲10 d的顯著多于(p<0.05)常規(guī)灌溉和延遲20 d。延遲15 d的千粒重最重，常規(guī)灌溉的最輕，常規(guī)灌溉的顯著低于(p<0.05)延遲灌溉。延遲15 d的籽粒產(chǎn)量最高，常規(guī)灌溉的最低，延遲15 d和延遲10 d的極顯著高于(p<0.01)常規(guī)灌溉，顯著高于(p<0.05)延遲20 d。延遲15 d的經(jīng)濟(jì)系數(shù)略高，常規(guī)灌溉的略低，不同處理之間無顯著差異(表4)。

表4 不同處理地膜春小麥的經(jīng)濟(jì)狀況Tab.4 Economic status of film mulching spring wheat with different treatments

2.5 不同處理的土壤水分利用效率

從播種至成熟期，常規(guī)灌溉的土壤貯水量降低幅度顯著大于(p<0.05)延遲15 d和延遲20 d，延遲10 d的顯著大于(p<0.05)延遲20 d，但不同處理的土壤耗水量無顯著差異。地膜覆蓋較露地直播極大程度提高了河套灌區(qū)鹽漬化土壤的生產(chǎn)力[3, 6]。不同處理的土壤水分利用效率和土壤水分產(chǎn)出率均以延遲15 d的最高，常規(guī)灌溉的最低，其中延遲15 d的極顯著高于(p<0.01)常規(guī)灌溉和延遲20 d，延遲10 d的極顯著高于(p<0.01)常規(guī)灌溉，顯著高于(p<0.05)延遲20 d，延遲20 d顯著高于(p<0.05)常規(guī)灌溉(表5)。

3 討 論

水分是限制作物生長與發(fā)育的重要因素[13]。河套灌區(qū)每年秋末冬初進(jìn)行“秋澆”壓鹽，冬季凍土層中貯存了大量的水分，為作物春季生長奠定了基礎(chǔ)[14]。河套灌區(qū)春小麥為頂凌播種，播種至拔節(jié)期土壤處于凍融階段，由于深層土壤解凍晚，淺層土壤解凍融化的水分不能下滲，導(dǎo)致春小麥生長前期根際土壤的水分含量高[2, 14]，再加上分蘗期、孕穗初期的灌溉，根際土壤處于高濕高溫的狀態(tài)[3, 11]，導(dǎo)致地膜春小麥生長前期快速生長及大量分蘗[6]，因而常規(guī)灌溉的莖蘗數(shù)、分蘗力及孕穗后期的生長狀況優(yōu)于延遲灌溉，不但小穗數(shù)較多，穗較長，莖稈較粗，而且地上部生物量較大。春小麥拔節(jié)期至灌漿期是生理需水關(guān)鍵期和臨界期[15]，拔節(jié)至孕穗期的土壤水分對小穗分化、穗長等有顯著影響[16]，孕穗期的土壤水分對穗粒數(shù)有顯著影響[16,17]，且春小麥的籽粒產(chǎn)量約2/3來自揚(yáng)花后積累的光合產(chǎn)物，1/3 左右來自揚(yáng)花前積累的光合產(chǎn)物，揚(yáng)花期至成熟期是春小麥籽粒產(chǎn)量形成的關(guān)鍵時期[18]，揚(yáng)花期至成熟期充足的土壤水分可顯著提高葉片的光合速率[19]，促進(jìn)葉片和植株的正常生長發(fā)育[20]，提高灌漿速率[21]，提高千粒重[17, 22]及產(chǎn)量[23,24]。常規(guī)灌溉孕穗初期至揚(yáng)花期的灌溉間隔期長且前期生長量大[6]，導(dǎo)致抽穗期以后的土壤水分供給不足[3]，因而常規(guī)灌溉從孕穗期以后的生長狀況逐漸變差，不但株高相對降低，不孕小穗相對增多，而且生物量、千粒重及籽粒產(chǎn)量等也相對降低；延遲20 d的處理在抽穗期之前僅灌溉了1次，降低了春小麥的分蘗力及小穗分化能力，導(dǎo)致單穴莖數(shù)減少，小穗數(shù)減少，單穴有效穗數(shù)及穗粒數(shù)減少，雖然在生長后期土壤水分供給充足，千粒重較高，但由于單位面積的有效穗及穗粒數(shù)少，故單位面積的產(chǎn)量仍較低；延遲10 d和延遲15 d的處理在分蘗期沒有灌溉，有效抑制了分蘗力，減少了生長前期的冗長生長量，且延遲10 d和延遲15 d的第1 次灌溉分別在地膜春小麥的拔節(jié)后期和拔節(jié)孕穗期，第2次灌溉分別在孕穗期和孕穗抽穗期，有效提高了地膜春小麥孕穗期至成熟期的土壤水分，特別是提高了抽穗期至灌漿期的土壤水分，為春小麥揚(yáng)花授粉、灌漿及成熟等提供了良好的土壤水分環(huán)境，促進(jìn)了穗下節(jié)的伸長[16]，延長了地膜春小麥的生長期，促進(jìn)植株積累更多的光合產(chǎn)物[19]，因而延遲10 d和延遲15 d處理揚(yáng)花期至成熟期的株高較高，不孕小穗數(shù)顯著減少，千粒重顯著提高，產(chǎn)量提高。延遲灌溉春小麥成熟期土壤水分高于常規(guī)灌溉，生長期的耗水量低于常規(guī)灌溉，而成熟期的生物量、籽粒產(chǎn)量高于常規(guī)灌溉，因而延遲灌溉的土壤水分利用效率、土壤水分產(chǎn)出率均高于常規(guī)灌溉。延遲15 d的增產(chǎn)作用高于延遲10 d，可能與延遲15 d在地膜春小麥揚(yáng)花期和灌漿期的土壤水分較高密切相關(guān)。河套灌區(qū)地膜春小麥第1次灌溉和第2次灌溉應(yīng)較當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)灌溉延遲 15 d，應(yīng)在地膜春小麥孕穗初期進(jìn)行第1次灌溉，孕穗抽穗期進(jìn)行第2次灌溉，可有效提高春小麥的千粒重和產(chǎn)量。

表5 不同處理的土壤水分利用效率Tab.5 Soil water use efficiency of different treatments

4 結(jié) 論

(1)河套灌區(qū)地膜春小麥生長前期第1次和第2次灌溉分別延遲10、15和20 d，均可提高地膜春小麥揚(yáng)花期、灌漿期和成熟期的土壤水分，且延遲越晚，生長后期的土壤水分越高。延遲灌溉降低了地膜春小麥的分蘗力，提高了地膜春小麥的分蘗成穗力。

(2)生長前期第1次和第2次灌溉均延遲15 d的春小麥揚(yáng)花期及揚(yáng)花期以后的生長狀況較好，不孕小穗數(shù)較少，穗粒數(shù)較多，千粒重及產(chǎn)量較高，水分利用效率及水分產(chǎn)出率較高。

(3)河套灌溉地膜春小麥生長前期第1次、第2次灌溉應(yīng)在地膜春小麥孕穗初期和孕穗抽穗期，較當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)灌溉晚15 d左右。