耕作方式和灌水量對小麥生長發(fā)育及產(chǎn)量的影響

鄭 美，且天真，路戰(zhàn)遠(yuǎn)，那順勿日圖，李 娟，張向前，程玉臣，張德健

（1.內(nèi)蒙古大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特 010070；2.牧草與特色作物生物技術(shù)教育部重點實驗室，內(nèi)蒙古呼和浩特010070；3.內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特 010031；4.通遼市林業(yè)局有害生物防治站，內(nèi)蒙古通遼 028000）

小麥?zhǔn)俏覈饕募Z食作物之一[1-2]。內(nèi)蒙古作為小麥主產(chǎn)區(qū)之一，干旱缺水是制約該地區(qū)小麥生產(chǎn)的關(guān)鍵因素[3-6]。小麥對水的需求量相對較大[7]，然而灌水量過多，成本增加，導(dǎo)致效益下降[8]。了解小麥各個生長發(fā)育階段的水分需求，實現(xiàn)高效用水成為今后小麥生產(chǎn)的重要課題[9-12]。研究表明，多數(shù)農(nóng)作物的需水量與其生長時期密切相關(guān)[13-14]。小麥苗期適量灌水可以在一定程度上提高其生物學(xué)產(chǎn)量，拔節(jié)期灌水可提高穗粒數(shù)和千粒重，對產(chǎn)量提高有極顯著作用[15-16]。韓占江等[17]研究了灌水量對小麥干物質(zhì)積累的影響，結(jié)果表明，苗期灌水可顯著提高小麥產(chǎn)量，干旱嚴(yán)重時效果更明顯。黃玲等[18]研究表明，拔節(jié)期和灌漿期灌水可提高小麥籽粒產(chǎn)量。鄭成巖等[19]研究不同水肥條件下土壤養(yǎng)分變化動態(tài)，發(fā)現(xiàn)在播種前和小麥拔節(jié)期灌水定額均為60 mm 時，可顯著提高水分利用效率及產(chǎn)量。

目前，內(nèi)蒙古赤峰地區(qū)采用的耕作方式主要為深松秸稈還田、傳統(tǒng)翻耕播種、旋耕秸稈還田常規(guī)播種等[20]，主要農(nóng)作物為春小麥，一年一季。小麥一般在苗期、拔節(jié)期、灌漿期灌水，在灌漿期灌水量為675～825 m3/hm2[21-22]。目前，國內(nèi)外有關(guān)灌水時間和灌水量與春小麥生長發(fā)育進程的關(guān)系研究較少[23]。因此，本試驗在內(nèi)蒙古赤峰市對不同耕作方式下小麥不同生育時期的灌水量進行了研究，旨在為該地區(qū)小麥節(jié)水灌溉提供理論依據(jù)及技術(shù)支撐。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗于2019年在內(nèi)蒙古自治區(qū)赤峰市喀喇沁旗乃林鎮(zhèn)（41°50′～41°59′N，119°12′～119°19′E）進行。該地區(qū)平均海拔510 m，屬北溫帶干旱半干旱大陸性季風(fēng)氣候。年日照時數(shù)2 900～3 000 h，年平均降水量400 mm，年平均氣溫6.7 ℃，日最高氣溫39 ℃、最低氣溫－30 ℃，≥10 ℃有效積溫為2 900～3 100 ℃，無霜期130～145 d。春季少雨多風(fēng)，氣候干旱；夏季高溫多雨，雨熱同季。土壤類型為潮棕壤土，基礎(chǔ)養(yǎng)分含量為有機質(zhì)27.80 g/kg、速效磷14.50 mg/kg、速效鉀200.00 mg/kg、全氮1.30 g/kg；前茬作物為玉米。

1.2 供試材料

供試小麥為當(dāng)?shù)刂髟云贩N墾九10 號，黑龍江省農(nóng)墾總局九三科學(xué)研究所選育。

1.3 試驗設(shè)計

試驗選取耕作方式和灌水量兩個因素，耕作方式設(shè)置旋耕秸稈還田常規(guī)播種（XG）、秸稈還田免耕播種（MG）、傳統(tǒng)翻耕播種（CT）、深松秸稈還田播種（SS）4 種方式。灌水量設(shè)置5 個水平：900 m3/hm2，拔節(jié)期灌水900 m3/hm2；1 350 m3/hm2，拔節(jié)期、抽穗—開花期分別灌水750、600 m3/hm2；1 800 m3/hm2，拔節(jié)期、抽穗期和開花—灌漿期分別灌水600、600、600 m3/hm2；2 250 m3/hm2，拔節(jié)期、抽穗期和開花—灌漿期分別灌水750、750、750 m3/hm2；2 700 m3/hm2，拔節(jié)期、抽穗期、開花期和灌漿期分別灌水750、750、750、450 m3/hm2。共20 個處理，每個處理3 次重復(fù)，共計60 個小區(qū)，小區(qū)面積為30 m2（長10 m，寬3 m），隨機排列。井水灌溉，灌溉方式為滴灌。磷酸二銨225 kg/hm2（含P2O546%、N 18%）、尿素45 kg/hm2（含N 46%）、硫酸鉀75 kg/hm2（含K2O 50%）作底肥一次性施入。2019年4月10日播種，播種量為650 萬粒/hm2，行距為15 cm，8月25日收獲。

1.4 測定指標(biāo)與方法

每小區(qū)隨機選定3 個樣點（面積為1 m×1 m=1 m2），4月28—30日采用定點法取樣，測定出苗率。在苗期、拔節(jié)期、孕穗期、抽穗期測定葉面積指數(shù)。收獲期隨機選取20 個單莖測定株高、穗粗、穗長、單穗粒重、單穗粒數(shù)、千粒重、單株成穗數(shù)、產(chǎn)量。其中葉面積指數(shù)計算公式為

葉面積指數(shù)＝（單莖葉面積×莖數(shù)）/面積

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用IBM SPSS Statistics 21 統(tǒng)計學(xué)軟件進行方差分析，結(jié)合Microsoft Excel 2013 軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對小麥出苗的影響

灌水量處理在拔節(jié)期開始進行，因此小麥的出苗天數(shù)不受灌水量處理的影響。由表1 可知，不同耕作方式小麥出苗天數(shù)表現(xiàn)為XG=CT0.05）。不同耕作方式不同灌水量處理小麥出苗株數(shù)有所差異，其中，XG 耕作方式下不同灌水量處理小麥出苗株數(shù)為611.0～630.0 株/m2，平均出苗株數(shù)為620.0 株/m2；MG 耕作方式下不同灌水量處理小麥出苗株數(shù)為624.0～630.0 株/m2，平均出苗株數(shù)為627.6 株/m2；CT 耕作方式下不同灌水量處理小麥出苗株數(shù)為611.0～624.0 株/m2，平均出苗株數(shù)為618.6 株/m2；SS 耕作方式下不同灌水量處理小麥出苗株數(shù)為617.0～624.0 株/m2，平均出苗株數(shù)為621.2 株/m2。MG 耕作方式下小麥出苗株數(shù)最高，為627.6 株/m2。不同耕作方式不同灌水量處理對小麥出苗率的影響總體表現(xiàn)為MG>SS>XG>CT；MG 耕作方式下小麥出苗率最高，為96.00%～96.93%。

表1 不同處理對小麥出苗的影響

2.2 不同處理對小麥生長發(fā)育的影響

2.2.1 不同處理對小麥成熟期株高的影響

由表2 可知，XG 耕作方式下，不同灌水量對小麥成熟期株高具有顯著影響，隨著灌水量的增加株高增加，灌水量900 m3/hm2處理的小麥株高與1 350 m3/hm2處理相比無顯著差異（P>0.05），這兩個處理與其他灌水量處理間差異顯著（P<0.05）；灌水量2 700 m3/hm2處理的小麥株高最大，為93.52 cm。MG 耕作方式下，不同灌水量處理對小麥株高有顯著影響，灌水量900 m3/hm2處理的小麥株高與其余4 個灌水量處理相比差異顯著（P<0.05）；灌水量2 700 m3/hm2處理下株高最大，為95.67 cm。CT 耕作方式下，灌水量900 m3/hm2處理的小麥株高與1 800 m3/hm2處理相比差異顯著（P<0.05），與其余灌水量處理差異不顯著（P>0.05）；灌水量1 800 m3/hm2處理下株高最大，為93.00 cm。SS 耕作方式下，灌水量900 m3/hm2處理小麥植株偏矮，株高為91.00 cm，與其他處理相比差異顯著（P<0.05），其余灌水量處理間小麥株高差異不顯著（P>0.05）；灌水量2 700 m3/hm2處理小麥株高最大，為94.00 cm。

表2 不同處理對小麥成熟期株高的影響

2.2.2 不同處理對小麥葉面積指數(shù)的影響

隨著小麥生育時期的推進，小麥葉面積指數(shù)變化幅度不大，這與小麥生長過程中葉片的生長、衰老、脫落相關(guān)。拔節(jié)期澆第1 水，此時小麥的分蘗數(shù)已經(jīng)達到最高值，之后隨著小麥的生長分蘗向兩極分化，單位面積莖數(shù)基本不變，灌水量只影響葉片大小，在水分能夠滿足小麥基本需求時，不同灌水量對葉片數(shù)量影響更小。由圖1 可知，XG 耕作方式下，除孕穗期、灌漿期和成熟期外，其他各生育時期隨著灌水量的增加，葉面積指數(shù)呈先上升后下降的趨勢；孕穗期灌水量1 800 m3/hm2處理小麥葉面積指數(shù)最大，為3.88，且與900 m3/hm2處理相比小麥葉面積指數(shù)增加4.30%。

圖1 XG 耕作方式下小麥葉面積指數(shù)變化

由圖2 可知，MG 耕作方式下，小麥各生育時期葉面積指數(shù)隨灌水量增加上下波動，灌水量1 800～2 700 m3/hm2處理對拔節(jié)期和成熟期小麥葉面積指數(shù)影響較大，小麥拔節(jié)期和成熟期葉面積指數(shù)在該灌水量區(qū)間不斷增加；孕穗期灌水量1 350 m3/hm2處理小麥葉面積指數(shù)最大，為3.71，其次為灌水量1 800 m3/hm2處理，為3.67。

圖2 MG 耕作方式下小麥葉面積指數(shù)變化

由圖3 可知，CT 耕作方式下，小麥各生育時期隨著灌水量的增加，葉面積指數(shù)總體呈上升趨勢，各灌水量處理下小麥孕穗期葉面積指數(shù)均大于其他生育時期；孕穗期灌水量2 700 m3/hm2處理葉面積指數(shù)最大，為3.52。

圖3 CT 耕作方式下小麥葉面積指數(shù)變化

由圖4 可知，SS 耕作方式下，小麥各生育時期隨灌水量的增加葉面積指數(shù)上下波動。開花期、灌漿期及成熟期小麥葉面積指數(shù)在灌水量2 250 m3/hm2處理下急劇升高，而孕穗期和抽穗期小麥葉面積指數(shù)在該灌水量處理下略有下降。

圖4 SS 耕作方式下小麥葉面積指數(shù)變化

綜上所述，灌水量對小麥除苗期外的各生育時期葉面積指數(shù)均有不同程度影響，MG 和CT 耕作方式下灌水量在1 350～2 700 m3/hm2時，對小麥葉面積指數(shù)增長有微弱的促進作用。

2.3 不同處理對小麥產(chǎn)量的影響

2.3.1 不同處理對小麥產(chǎn)量性狀的影響

由表3 可知，XG 耕作方式下，除灌水量900 m3/hm2處理小麥穗粗顯著（P<0.05）低于灌水量1 800 m3/hm2和2 250 m3/hm2處理，其他灌水量處理間小麥穗粗差異不顯著（P>0.05）。灌水量900 m3/hm2和1 800 m3/hm2處理小麥穗長顯著（P<0.05）低于其余3 個灌水量處理，這兩個處理間無顯著差異（P>0.05）。灌水量2 250 m3/hm2處理小麥單穗粒數(shù)顯著（P<0.05）低于除灌水量900 m3/hm2處理外的其他3 個處理。灌水量2 250 m3/hm2處理小麥千粒重與灌水量1 800、2 700 m3/hm2處理相比顯著降低（P<0.05），灌水量900、1 350 和1 800 m3/hm2處理間差異不顯著（P>0.05）。灌水量對小麥單株成穗數(shù)具有顯著影響；灌水量2 250 m3/hm2處理的單穗粒重顯著（P<0.05）低于其他灌水量處理，而公頃穗數(shù)卻顯著（P<0.05）高于其他處理。

表3 不同處理對小麥產(chǎn)量性狀的影響

MG 耕作方式下，灌水量900、1 350 m3/hm2處理小麥穗粗顯著（P<0.05）低于其他處理。灌水量1 800 m3/hm2處理小麥穗長顯著（P<0.05）低于其他灌水量處理，其余4 個灌水量處理間小麥穗長差異不顯著（P>0.05）。灌水量2 700 m3/hm2處理小麥單穗粒數(shù)、千粒重、單株成穗數(shù)、單穗粒重、公頃穗數(shù)最高，與灌水量900 m3/hm2處理相比分別增長2.18%、4.12%、31.82%，灌水量2 250 m3/hm2處理次之，與灌水量900 m3/hm2處理相比分別增長1.56%、2.06%、17.57%。綜合各指標(biāo)認(rèn)為，灌水量在2 250～2 700 m3/hm2時對小麥產(chǎn)量提高有積極作用。

CT 耕作方式下，增加灌水量對小麥穗粗無顯著（P>0.05）影響，但對穗長影響顯著（P<0.05）。灌水量1 350、2 250 和2 700 m3/hm2處理小麥的單穗粒數(shù)與灌水量900 m3/hm2處理相比分別提高1.37%、2.05%、3.08%，差異顯著（P<0.05）。灌水量1 350、1 800 m3/hm2處理小麥的千粒重與灌水量900 m3/hm2處理相比分別提高1.28%和1.60%，差異顯著（P<0.05）。灌水量對單株成穗數(shù)、單穗粒重、公頃穗數(shù)影響顯著，其中灌水量2 250 m3/hm2處理的單株成穗數(shù)較高，但公頃穗數(shù)低于除灌水量900 m3/hm2外的其他處理。綜合各指標(biāo)認(rèn)為，灌水量在1 800～2 250 m3/hm2時對小麥產(chǎn)量提高效果較好。

SS 耕作方式下，灌水量對小麥穗粗影響不顯著（P>0.05），灌水量1 800、2 250、2 700 m3/hm2處理的小麥穗長顯著（P<0.05）高于其余兩個灌水量處理。灌水量1 800 m3/hm2處理小麥單穗粒數(shù)顯著（P<0.05）高于灌水量2 250 和2 700 m3/hm2處理，但與灌水量900 和1 350 m3/hm2處理差異不顯著（P>0.05）。灌水量對千粒重、單株成穗數(shù)、單穗粒重、公頃穗數(shù)均有顯著影響，其中灌水量1 800 m3/hm2處理的小麥千粒重、單穗粒重、公頃穗數(shù)均最高，且灌水量1 800 m3/hm2處理小麥的公頃穗數(shù)顯著（P<0.05）高于其他各灌水量處理。

綜合4 種不同耕作方式下不同灌水量處理對小麥產(chǎn)量性狀各指標(biāo)的影響可知，XG、CT、SS 耕作方式下不同灌水量處理對小麥穗粗無顯著影響（P>0.05）；4 種耕作方式下不同灌水量處理對小麥單株成穗數(shù)、單穗粒重及公頃穗數(shù)均有一定影響，且耕作方式不同，最適灌水量各有差異。

2.3.2 不同處理對小麥產(chǎn)量的影響

由圖5 可知，XG 耕作方式下灌水量1 800 m3/hm2處理小麥產(chǎn)量最高，為5 885.01 kg/hm2，與灌水量900 m3/hm2處理相比，增產(chǎn)1 460.01 kg/hm2，增產(chǎn)率為32.99%，差異顯著（P<0.05）；灌水量1 800 m3/hm2處理小麥產(chǎn)量與灌水量1 350 m3/hm2處理相比差異不顯著（P>0.05），但與灌水量2 250 、2 700 m3/hm2處理相比差異顯著（P<0.05）。MG 耕作方式下，隨著灌水量的增加小麥產(chǎn)量相應(yīng)增加，不同灌水量之間差異顯著（P<0.05），灌水量2 700 m3/hm2處理小麥產(chǎn)量最高，為8 152.63 kg/hm2，與灌水量900 m3/hm2處理相比，增產(chǎn)3 622.63 kg/hm2，增產(chǎn)率為79.97%；灌水量2 250 m3/hm2處理小麥產(chǎn)量次之，為6 493.55 kg/hm2，與灌水量900 m3/hm2處理相比，增產(chǎn)1 963.55 kg/hm2，增產(chǎn)率為43.35%。CT 耕作方式下，灌水量2 700 m3/hm2處理小麥產(chǎn)量為4 481.52 kg/hm2，顯著（P<0.05）高于其他處理，與灌水量900 m3/hm2處理相比，增產(chǎn)689.37 kg/hm2，增產(chǎn)率為18.18%。SS 耕作方式下，不同灌水量處理間小麥產(chǎn)量差異顯著（P<0.05），灌水量1 800 m3/hm2處理小麥產(chǎn)量最高，為4 563.72 kg/hm2，顯著高于其他處理（P<0.05），與灌水量900 m3/hm2處理相比，增產(chǎn)1 095.08 kg/hm2，增產(chǎn)率為31.57%。

圖5 不同處理對小麥產(chǎn)量的影響

綜合不同耕作方式和灌水量處理的小麥產(chǎn)量水平，以MG 耕作方式下灌水量2 700 m3/hm2處理的小麥產(chǎn)量最高，且顯著（P<0.05）高于其他耕作方式下不同灌水量處理；結(jié)合節(jié)水和經(jīng)濟效益方面認(rèn)為，MG 耕作方式下灌水量1 350～2 250 m3/hm2處理水分利用好且產(chǎn)量也較高。

2.3.3 灌水量與農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的相關(guān)性

由表4 可知，灌水量與株高、單株成穗數(shù)呈極顯著（P<0.01）正相關(guān)關(guān)系，與公頃穗數(shù)呈顯著（P<0.05）正相關(guān)關(guān)系；與葉面積、穗粗、穗長、單穗粒數(shù)和產(chǎn)量呈正相關(guān)關(guān)系，但差異不顯著（P>0.05）。株高與穗粗、穗長、單穗粒數(shù)、單株成穗數(shù)、公頃穗數(shù)和產(chǎn)量呈極顯著（P<0.01）正相關(guān)關(guān)系，與葉面積、單穗粒重呈顯著（P<0.05）正相關(guān)關(guān)系；與千粒重呈正相關(guān)關(guān)系，但差異不顯著（P>0.05）。葉面積與穗長、公頃穗數(shù)呈極顯著（P<0.01）正相關(guān)關(guān)系，與單穗粒數(shù)、單株成穗數(shù)和產(chǎn)量呈顯著（P<0.05）正相關(guān)關(guān)系。穗粗與穗長、單穗粒數(shù)、千粒重呈顯著（P<0.05）正相關(guān)關(guān)系，與單穗粒重、公頃穗數(shù)和產(chǎn)量呈極顯著（P<0.01）正相關(guān)關(guān)系；與單株成穗數(shù)呈正相關(guān)關(guān)系，但差異不顯著（P>0.05）。穗長與單穗粒數(shù)、公頃穗數(shù)和產(chǎn)量呈極顯著（P<0.01）正相關(guān)關(guān)系。單穗粒數(shù)與單穗粒重、公頃穗數(shù)和產(chǎn)量呈極顯著（P<0.01）正相關(guān)關(guān)系。千粒重與單株成穗數(shù)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，與單穗粒重呈極顯著（P<0.01）正相關(guān)關(guān)系，與公頃穗數(shù)和產(chǎn)量呈顯著（P<0.05）正相關(guān)關(guān)系。單株成穗數(shù)和單株粒重與公頃穗數(shù)呈極顯著（P<0.01）正相關(guān)關(guān)系。單株粒重和公頃穗數(shù)與產(chǎn)量呈極顯著（P<0.01）正相關(guān)關(guān)系。

表4 灌水量與農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的相關(guān)性分析

3 討論與結(jié)論

土壤中水分含量的高低直接影響著農(nóng)作物對土壤養(yǎng)分的吸收[24-25]，因此灌水量對農(nóng)作物的生長發(fā)育有著重要的作用，合理灌溉不僅可以提高農(nóng)作物產(chǎn)量，還可以在一定程度上減少水資源浪費，節(jié)約成本。研究表明，通過控制灌水量可以使農(nóng)作物產(chǎn)生適宜的水分脅迫，從而提高農(nóng)作物產(chǎn)量及水分利用率[26-30]。拔節(jié)期與灌漿期灌水可顯著提高冬小麥產(chǎn)量，該結(jié)果與本試驗結(jié)果一致[31]。孕穗期或灌漿期灌水可以提高小麥千粒重[32]。本試驗表明，MG 耕作方式下出苗率最高；XG 和SS 耕作方式下隨著灌水量的增加小麥株高呈逐漸上升趨勢。灌水量對小麥葉面積指數(shù)影響顯著，MG 和CT 耕作方式下灌水量在1 350～2 700 m3/hm2時，對小麥葉面積指數(shù)增長有微弱的促進作用。不同耕作方式下灌水量對小麥產(chǎn)量均有顯著影響，MG 耕作方式下灌水量2 700 m3/hm2處理小麥產(chǎn)量最高，為8 152.63 kg/hm2。通過灌水量與農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的相關(guān)性分析可知，灌水量與株高、單株成穗數(shù)呈極顯著（P<0.01）正相關(guān)關(guān)系，與公頃穗數(shù)呈顯著（P<0.05）正相關(guān)關(guān)系；與葉面積、穗粗、穗長、單穗粒數(shù)和產(chǎn)量存在正相關(guān)關(guān)系，但差異不顯著（P>0.05）。

通過對4 種不同耕作方式下控制灌水量效應(yīng)的比較，灌水量與小麥產(chǎn)量及農(nóng)藝性狀呈正相關(guān)關(guān)系。MG 耕作方式下灌水量2 700 m3/hm2處理小麥產(chǎn)量最高，考慮到節(jié)約用水和經(jīng)濟效益問題，因此認(rèn)為MG 耕作方式下灌水量1 350～2 250 m3/hm2處理水分生產(chǎn)率達到良好且小麥產(chǎn)量也較高。該試驗可為內(nèi)蒙古赤峰地區(qū)探究小麥最適耕作方式及最優(yōu)灌溉制度提供參考。