冀南地區(qū)中低肥力下灌溉方式對冬小麥農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的影響

溫國昌，李保軍，楊璞，賈建彬，劉慶芳，賀維昭

（邯鄲市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，河北 邯鄲 056001）

華北平原是我國小麥主產(chǎn)區(qū)之一，同時也是我國水資源嚴(yán)重短缺地區(qū)之一，該地區(qū)由于年降水分布不均，降水量不能滿足冬小麥生育期需求，因此冬小麥生產(chǎn)上仍需要大量灌溉。目前，該地區(qū)農(nóng)業(yè)、工業(yè)和城市用水過度依賴地下水，導(dǎo)致地下水嚴(yán)重超采，到2018 年地下水超采已累計1 400 億m3，地下水漏斗面積達(dá)9 萬km2[1，2]。該地區(qū)用水中，農(nóng)業(yè)用水占70%以上，其中小麥灌溉用水占農(nóng)業(yè)用水的70%左右，因此小麥節(jié)水已成為華北地區(qū)農(nóng)業(yè)節(jié)水的重中之重[3～5]。

合理灌溉是小麥節(jié)水的一項(xiàng)重要措施，目前針對冬小麥灌溉的研究較多，大多認(rèn)為冬小麥需水的關(guān)鍵時期是拔節(jié)期和孕穗期[6～11]。張喜英[12]研究表明，在限水灌溉條件下，冬小麥拔節(jié)期1 次灌溉可顯著促進(jìn)營養(yǎng)生長和根系生長，有利于后期土壤水分的高效利用。武繼承等[13]研究表明，起身期灌水主要是增加單位面積穗數(shù)，拔節(jié)期灌水能顯著增加穗粒數(shù)，孕穗揚(yáng)花期灌水能明顯提高千粒重。馬瑞昆等[14]研究認(rèn)為，起身期較拔節(jié)期灌水可增加單位面積穗數(shù)，降低千粒重。方保停等[15]研究認(rèn)為，起身期與拔節(jié)期春灌第1水處理的小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素均差異不顯著。李月華等[16]研究表明，豐水年份春灌1 水也能畝產(chǎn)千斤，取得較高的水分利用率，實(shí)現(xiàn)豐產(chǎn)與節(jié)水的統(tǒng)一。因此，通過合理的灌水模式，適度減少灌溉量，發(fā)揮土壤貯存水的作用，提高水分利用效率，是實(shí)現(xiàn)小麥節(jié)水栽培的重要途徑[17，18]。

譚凱炎等[19]研究表明，近30 a 來華北平原冬小麥生長季氣候變暖明顯，10 月、12 月和2～6 月增溫趨勢顯著，冬小麥生長期間冬春季干旱發(fā)生概率大、持續(xù)時間增長，加上生產(chǎn)上秸稈還田、搶墑播種、地塊肥力不均等，導(dǎo)致春季肥水被迫前移的年份和地塊常常發(fā)生，以往的水肥后移灌溉模式可能不再適合該地區(qū)的一些地塊。為此，選取冀南地區(qū)大面積推廣的冬小麥品種邯6172 為試材，研究中低肥力下不同灌溉方式對冬小麥生長發(fā)育和產(chǎn)量的影響，旨為該地區(qū)中低肥力地塊小麥節(jié)水穩(wěn)產(chǎn)栽培提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2018 年10 月～2019 年6 月在邯鄲市農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)地進(jìn)行。該區(qū)域地處東經(jīng)114°52′、北緯36°56′，海拔59.4 m；多年平均氣溫14.7 ℃，無霜期193 d，日照時數(shù)2 359.2 h，降水量350 mm。試驗(yàn)地土壤為潮褐土，肥力中下等，0～20 cm 耕層土壤pH 值8.65，基礎(chǔ)養(yǎng)分含量為有機(jī)質(zhì)14.31 g/kg、水解氮45.94 mg/kg、有效磷11.49 mg/kg、速效鉀109.88 mg/kg。前茬作物為玉米，收獲后全部秸稈還田。2018 年10 月11 日～2019 年6 月5 日小麥季降水量為75 mm。

1.2 試驗(yàn)材料

供試冬小麥品種為冀南地區(qū)大面積推廣的邯6172，由邯鄲市農(nóng)業(yè)科學(xué)院小麥研究室提供。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 試驗(yàn)設(shè)計 試驗(yàn)設(shè)4 個灌溉方式處理，其中，T1處理為未灌越冬水+灌起身水（2019 年3 月13 日，下同），T2處理為灌越冬水（2018 年12 月5 日，下同） +灌起身水，T3處理為未灌越冬水+灌拔節(jié)水（2019 年 3 月 28 日，下同），T4處理為灌越冬水+灌拔節(jié)水。小區(qū)面積30 m2，隨機(jī)區(qū)組排列，3 次重復(fù)，每次灌水量均為750 m3/hm2。

小麥播種前，整地時基施云天化復(fù)合肥（N、P2O5、K2O 含量均為15%） 750 kg/hm2，并灌足底墑水。2018 年10 月11 日播種，播種量207.75 kg/hm2，基本苗數(shù)量400 萬株/hm2；2019 年春季隨水追施尿素（N 含量46%）1 次，施肥量245 kg/hm2；其他管理措施同大田常規(guī)。2019 年6 月5 日收獲。

1.3.2 測定項(xiàng)目及方法

1.3.2.1 株高。小麥?zhǔn)斋@前，每小區(qū)隨機(jī)選取10 株，測量株高。

1.3.2.2 旗葉葉面積及干重。小麥灌漿初期，每小區(qū)隨機(jī)選取10 株，用葉面積測量儀（YMJ-A）測量旗葉葉面積；然后將旗葉剪下，80 ℃殺青后烘干至恒重，稱量干物質(zhì)重。

1.3.2.3 旗葉葉綠素含量。用SPAD 值表示葉片葉綠素相對含量。分別于小麥灌漿初期、中期和后期，每小區(qū)隨機(jī)選取10 株，用SPAD-502plus 葉綠素測定儀（日本產(chǎn)）測定旗葉的SPAD 值。

1.3.2.4 小麥冠層截獲有效輻射（PAR）。小麥孕穗期，每小區(qū)隨機(jī)選取5 個點(diǎn)，11：30～13：00 用植物冠層儀（TOP-1000 型）垂直測定每個樣點(diǎn)冠層頂部入射和底部透射的PAR。參照史澤燕等[20]方法，折算小麥冠層截獲的PAR。

1.3.2.5 單位面積穗數(shù)。小麥?zhǔn)斋@前，每小區(qū)隨機(jī)選取1 m×1 m 的樣方，統(tǒng)計樣方內(nèi)的穗數(shù)，折算單位面積穗數(shù)。

1.3.2.6 產(chǎn)量和千粒重。小麥成熟后，每小區(qū)隨機(jī)選取1 m×1 m 的樣方進(jìn)行收獲，子粒風(fēng)干后稱重計產(chǎn)，并測定千粒重。

1.3.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析 利用Microsoft Excel 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；利用SPSS 19.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，采用LSD 法進(jìn)行數(shù)據(jù)的差異顯著性檢驗(yàn)（顯著性水平為 0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 灌溉方式對冬小麥植物性狀的影響

2.1.1 株高及旗葉性狀 灌溉方式對冬小麥株高、旗葉面積和旗葉干重影響顯著，其中T2處理的指標(biāo)值均最大且顯著＞其他處理（表1）。進(jìn)一步對同一時期灌水條件相同的2 個處理進(jìn)行株高、旗葉面積和旗葉干重比較發(fā)現(xiàn)，T2處理的指標(biāo)值均顯著＞T1處理，T4處理的指標(biāo)值均顯著＞T3處理，表明春季灌水條件相同時，越冬水對小麥株高和灌漿初期旗葉生長有顯著影響，其中灌越冬水的促長效果明顯優(yōu)于未灌越冬水；T1處理的指標(biāo)值均顯著＞T3處理，T2處理的指標(biāo)值均顯著＞T4處理，表明冬季灌水條件相同時，春一水灌溉時間對小麥株高和灌漿初期旗葉生長有顯著影響，其中灌起身水的促長效果明顯優(yōu)于灌拔節(jié)水。

表1 灌溉方式對冬小麥株高及灌漿初期旗葉性狀的影響Table 1 Effects of irrigation methods on plant height and flag leaf characters at the early filling stage of winter wheat

不同灌溉方式處理的小麥旗葉SPAD 值均隨灌漿時間的延長呈先上升后降低的變化，但指標(biāo)值在灌漿初期和中期均差異很小，在灌漿后期順序?yàn)門1處理＞T2處理＞T4處理＞T3處理（圖1）。進(jìn)一步對同一時期灌水條件相同的2 個處理進(jìn)行SPAD 值比較發(fā)現(xiàn)，灌漿后期T1處理的旗葉SPAD 值＞T2處理，T4處理的旗葉SPAD 值＞T3處理，表明春季灌水條件相同時，越冬水對小麥灌漿后期旗葉SPAD 值影響不顯著；T1處理的旗葉 SPAD 值顯著＞T3處理，T2處理的旗葉 SPAD 值＞T4處理，表明冬季灌水條件相同時，春一水灌溉時間對小麥灌漿后期旗葉SPAD 值有顯著影響，其中灌起身水的效果明顯優(yōu)于灌拔節(jié)水。

圖1 灌溉方式對灌漿期冬小麥旗葉SPAD 值的影響Fig.1 Effects of irrigation methods on flag leaf SAPD of winter wheat at filling stage

綜上分析可以看出，在冀南地區(qū)中低肥力條件下，采用T2處理灌溉方式（灌越冬水+灌起身水）有利于冬小麥的個體發(fā)育。

2.1.2 冠層截獲PAR 灌溉方式對冬小麥冠層頂部PAR 影響很小，對底部PAR 影響較大，最終對小麥冠層截獲PAR 影響顯著，其中T2處理的小麥冠層截獲PAR 最大且顯著＞其他處理（表2）。進(jìn)一步對同一時期灌水條件相同的2 個處理進(jìn)行小麥冠層截獲PAR比較發(fā)現(xiàn)，T2處理的指標(biāo)值顯著＞T1處理，T4處理的指標(biāo)值顯著＞T3處理，表明春季灌水條件相同時，越冬水對小麥群體數(shù)量有顯著影響，其中灌越冬水的小麥冠層截獲PAR 明顯多于未灌越冬水；T1處理的指標(biāo)值顯著＞T3處理，T2處理的指標(biāo)值顯著＞T4處理，表明冬季灌水條件相同時，春一水灌溉時間對小麥群體數(shù)量有顯著影響，其中灌起身水的小麥冠層截獲PAR明顯多于灌拔節(jié)水。

表2 灌溉方式對冬小麥冠層截獲PAR 的影響Table 2 Effects of irrigation methods on canopy interception PAR of winter wheat 〔μmol/（m2·s）〕

綜上分析可以看出，在冀南地區(qū)中低肥力條件下，采用T2處理灌溉方式（灌越冬水+灌起身水）有利于冬小麥的群體發(fā)育。

2.2 灌溉方式對冬小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成的影響

灌溉方式對冬小麥單位面積穗數(shù)、千粒重和產(chǎn)量影響顯著，其中T2處理的產(chǎn)量最高，與T4處理差異不顯著，但顯著＞其他2 個處理（表3）。

表3 灌溉方式對冬小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成的影響Table 3 Effects of irrigation methods on yield and yield components of winter wheat

進(jìn)一步對同一時期灌水條件相同的2 個處理進(jìn)行單位面積穗數(shù)比較發(fā)現(xiàn)，T2處理的指標(biāo)值＞T1處理，T4處理的指標(biāo)值＜T3處理，但差異均不顯著，表明春季灌水條件相同時，越冬水對小麥單位面積穗數(shù)影響不大；T1處理的指標(biāo)值顯著＜T3處理，T2處理的指標(biāo)值顯著＜T4處理，表明冬季灌水條件相同時，春一水灌溉時間對小麥群體穗數(shù)有顯著影響，其中灌起身水的單位面積穗數(shù)明顯少于灌拔節(jié)水。

進(jìn)一步對同一時期灌水條件相同的2 個處理進(jìn)行千粒重比較發(fā)現(xiàn)，T2處理的指標(biāo)值顯著＜T1處理，T4處理的指標(biāo)值顯著＜T3處理，表明春季灌水條件相同時，越冬水對小麥千粒重有顯著影響，其中灌越冬水時不利于千粒重的提高；T1處理的指標(biāo)值顯著＞T3處理，T2處理的指標(biāo)值顯著＞T4處理，表明冬季灌水條件相同時，春一水灌溉時間對小麥千粒重有顯著影響，其中灌起身水的增重效果明顯優(yōu)于灌拔節(jié)水。

進(jìn)一步對同一時期灌水條件相同的2 個處理進(jìn)行產(chǎn)量比較發(fā)現(xiàn)，T2處理的指標(biāo)值顯著＞T1處理，T4處理的指標(biāo)值顯著＞T3處理，表明春季灌水條件相同時，越冬水對小麥產(chǎn)量有顯著影響，其中灌越冬水的產(chǎn)量明顯高于未灌越冬水；T1處理的產(chǎn)量顯著＞T3處理，T2處理的產(chǎn)量＞T4處理但差異不顯著，表明冬季灌水條件相同時，春一水灌溉時間對小麥產(chǎn)量有一定影響，其中灌起身水的產(chǎn)量高于灌拔節(jié)水。

綜上分析可以看出，在冀南地區(qū)中低肥力條件下，采用T2處理灌溉方式（灌越冬水+灌起身水）有利于冬小麥產(chǎn)量的提高。

3 結(jié)論與討論

灌越冬水有利于冬小麥安全越冬，促進(jìn)小麥苗期生長發(fā)育。張瑞等[21]研究表明，越冬期測墑補(bǔ)灌處理的小麥子粒產(chǎn)量、水分利用效率和灌溉效益均高于未測墑補(bǔ)灌處理；如果冬小麥生長前期長期受旱，會對地上部生長造成較大損失，生長后期灌水并不能彌補(bǔ)這種損失[22]。本研究條件下，越冬水對小麥株高、旗葉性狀（面積、干重）、群體數(shù)量和產(chǎn)量有顯著影響，灌越冬水可以明顯促進(jìn)小麥個體生長和群體發(fā)育，提高產(chǎn)量。本研究結(jié)果與前人研究結(jié)果一致。

在冬小麥生產(chǎn)實(shí)踐中春季第1 次灌水時間至關(guān)重要，大多數(shù)研究認(rèn)為，春季第一水的最佳灌溉時期是拔節(jié)期[6～11]，因?yàn)槎←湻登嗪笊L加快，拔節(jié)水不僅可補(bǔ)充上層土壤水的消耗，還可在此關(guān)鍵期為作物提供足夠的水分，有利于地上和地下部生長發(fā)育，而較大的冠層和根系系統(tǒng)又能促進(jìn)作物對土壤貯存水的利用，增加抽穗后作物的耗水量，有利于作物產(chǎn)量的形成。而孫明清等[23]研究表明，起身前期灌水對冬小麥群體有明顯的調(diào)控作用，拔節(jié)期后灌水則調(diào)控作用不明顯，當(dāng)冬小麥起身期莖數(shù)少于1 200 萬個/hm2時，春季第1 次肥水應(yīng)在起身中后期（春四葉前）進(jìn)行。姚寧等[22]在控水條件下的研究表明，小麥春季第1 次灌水的關(guān)鍵時期為返青期。本研究條件下，春季灌起身水有利于冬小麥株高和旗葉生長以及群體發(fā)育，提高子粒產(chǎn)量，研究結(jié)果與姚寧等[22]的研究結(jié)果相近。本試驗(yàn)是在中低肥力地塊上進(jìn)行的，而對于高肥力地塊春季第一水的灌水時期還需進(jìn)一步驗(yàn)證。

近年來，作物用水已逐漸從傳統(tǒng)的“豐水高產(chǎn)型”轉(zhuǎn)向“節(jié)水優(yōu)產(chǎn)型”的非充分灌溉[24，25]。研究顯示，與充分灌溉（生育期灌3 次水）相比，冬小麥實(shí)施虧缺灌溉策略（足墑播種條件下，結(jié)合追肥只灌1次拔節(jié)水）雖然產(chǎn)量平均減少13.5%，但農(nóng)田耗水量可降低70～90 mm，水分利用效率提高19%，能實(shí)現(xiàn)真正意義上的節(jié)水，并使冬小麥單產(chǎn)穩(wěn)定在6 400 kg/hm2左右[12，26，27]。本研究結(jié)果表明，越冬水和春一水灌溉時間均對冬小麥生長發(fā)育及產(chǎn)量有顯著影響，其中灌越冬水+灌起身水（T2處理）效果最好，不僅可顯著促進(jìn)冬小麥個體和群體生長發(fā)育，還可明顯提高子粒產(chǎn)量，可以作為冀南地區(qū)中低肥力條件下冬小麥節(jié)水穩(wěn)產(chǎn)的栽培參考方案。