遼北風(fēng)沙區(qū)不同水分脅迫對燕麥生長特性、產(chǎn)量及需水規(guī)律的研究

王惟一

(遼寧潤中供水有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110000)

遼北風(fēng)沙地區(qū)風(fēng)大而頻且多沙塵，干燥少雨蒸發(fā)快，十年九旱，對作物生長及產(chǎn)量影響極為嚴(yán)重[1-2]。燕麥作為干旱地區(qū)主要作物之一，是一種高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)糧飼兼用作物，具有抗旱性強、耐貧瘠等優(yōu)點，適宜在遼北風(fēng)沙區(qū)廣泛種植利用，這不僅促進當(dāng)?shù)夭莸睾托竽翗I(yè)的可持續(xù)發(fā)展，同時其繁茂的莖葉，發(fā)達的根系在攔截徑流、防止沖刷，減少水土流失等方面也產(chǎn)生顯著效果，能有效保護生態(tài)環(huán)境[3-4]。雖然燕麥抗旱性強，但嚴(yán)重干旱也會影響其生長和產(chǎn)量、限制推廣[5]。在當(dāng)前水資源不足和糧食需求等問題日益嚴(yán)峻的局勢下，如何保障燕麥產(chǎn)量需求顯得尤為重要。因此本文通過研究不同水分脅迫條件下燕麥的生長特性、產(chǎn)量及需水規(guī)律，進一步完善灌溉基礎(chǔ)理論，對制定合理的燕麥灌溉制度，提高當(dāng)?shù)亟?jīng)濟健康發(fā)展具有重要研究意義。

1 材料與方法

1.1 試驗處理與設(shè)計

1.1.1 試驗區(qū)基本概況

試驗在遼寧省阿爾鄉(xiāng)灌溉試驗站進行，該地區(qū)屬于溫帶半干旱季風(fēng)氣候，其主要特征是干燥，風(fēng)沙大。

燕麥播種方式采用傳統(tǒng)撒播模式，在地塊旋耕、翻平耙細和起壟作業(yè)前施基肥，基肥主要以農(nóng)家肥為主，每畝施1000 kg有機肥(畜禽糞、堆肥、土雜肥等)，與土壤混合均勻后進行旋耕，旋耕深度為25～30 cm。土壤表層(約5 cm)溫度達到12 ℃左右開始播種，播種同時施氮磷鉀復(fù)合肥30 kg 作為底肥。

1.1.2 試驗設(shè)計

本試驗采用單因素試驗，設(shè)置3個處理，分別為雨養(yǎng)處理(YY)、輕度微噴控制灌溉處理(QK)和重度微噴控制灌溉(ZK)處理，每個處理設(shè)置3次重復(fù)，共9個試驗小區(qū)。雨養(yǎng)處理(YY)是在播種后灌保苗水22.5 mm，在此之后不再進行灌溉。灌溉處理(QK和ZK處理)在播種后灌保苗水22.5 mm，在此之后各生育期的灌水控制上限為田間持水量的90%，各生育階段設(shè)置的灌水控制下限詳見表1。

表1 燕麥各生育階段灌水控制下限(占田間持水量) %

1.2 觀測指標(biāo)與方法

(1)土壤含水率。燕麥播種后，每個處理選擇一個小區(qū)，在中部埋設(shè)自動墑情監(jiān)測儀，監(jiān)測土壤含水率，每個點監(jiān)測5個深度，分別為10 cm，20 cm，30 cm，60 cm，80 cm，觀測時間間隔為7～15 d。

(2)降雨量與灌水量。降雨量采用灌溉試驗站自動氣象站資料；灌水量采用水表觀測，記錄每次灌水前后的水表讀數(shù)、灌水時間以及灌水日期。

(3)植株生長性狀。株高：在試驗小區(qū)內(nèi)選擇5株具有代表性的燕麥，掛牌標(biāo)記。采用直尺觀測燕麥株高，每隔15 d觀測一次。干物質(zhì)重量：在各生育期結(jié)束后，在每個小區(qū)內(nèi)選擇非掛牌的3株燕麥(長勢可代表小區(qū)的平均水平)，分別測定其地上部分的干物質(zhì)質(zhì)量。取整個植株樣品(地上部分)在105 ℃殺青0.5h，然后在溫度80 ℃下烘至恒重，稱量植株干物質(zhì)質(zhì)量。

(4)產(chǎn)量。理論產(chǎn)量：每小區(qū)取1 m2內(nèi)的所有燕麥，稱量重量。

2 結(jié)果與分析

2.1 生育期內(nèi)降雨與灌溉情況

燕麥各生育階段劃分見表2，全生育期89 d，分為5個生育階段。2021年燕麥生育期內(nèi)累計降雨量較少，僅有90.4 mm。4—7月分別降雨11次、4次、9次和6次，月降雨量分別為19.6 mm、2.6 mm、42.4 mm、25.8 mm。全生育期內(nèi)日降雨量超過10 mm的僅發(fā)生3次，分別是4月23日，6月2日和7月9日，日降雨量分別為13.4 mm、18.2 mm、21.2 mm。

表2 各生育階段劃分情況

根據(jù)試驗的灌溉設(shè)計，土壤含水率達到灌溉設(shè)計下限時進行補充灌溉，QK試驗小區(qū)分別在4月26日，5月6日，5月13日，5月20日，5月30日，6月3日，6月12日，6月23日，7月2日進行灌溉；ZK試驗小區(qū)分別在5月5日，5月15日，5月30日，6月3日，6月12日，6月23日，7月2日進行灌溉。QK和ZK處理全生育期內(nèi)分別累計灌水9次和7次，累計灌水量分別為436.74 mm和375.27 mm。

2.2 燕麥生長期內(nèi)土壤含水率動態(tài)變化

YY處理各土層土壤含水率變化見圖1。由圖可以看出，土壤含水率隨著土層深度的增加而增大，且各層土壤含水率變化大體一致，除6月2日和7月7日左右出現(xiàn)陡升現(xiàn)象外，其余時間處于平穩(wěn)狀態(tài)，變化幅度較小，這主要由于YY處理在6月 2日和7月7日降雨較多，補充土壤水分，從而增加土壤含水率；而其他時間節(jié)點在沒有水分補充的情況下，土壤含水率基本處于穩(wěn)定水平。

圖1 YY處理土壤含水率變化

QK(如圖2)和ZK(如圖3)處理受灌溉影響，土壤含水率呈周期性變化，灌溉結(jié)束時，土壤含水率達到田間持水率的90%，在作物的消耗和土壤蒸發(fā)作用下，土壤含水率持續(xù)下降。在整個燕麥生育期內(nèi)，隨著土層深度增加，土壤含水率表現(xiàn)為逐漸增大，同時表層土壤水分較深層土壤散失更快，在一次灌水周期內(nèi)，土壤含水率在垂直方向變幅較大。

圖2 QK處理土壤含水率變化

圖3 ZK處理土壤含水率變化

與YY處理相比，QK處理0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm、30～60 cm和60～80 cm土層土壤含水率分別提高62.2%、39.9%、18.5%、13.1%和7.8%，即灌溉使表層土壤含水率增加了40.2%；ZK處理比YY處理0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm、30～60 cm和60～80 cm土層土壤含水率分別提高55.5%、29.8%、17.4%、10.0%和5.3%，使表層土壤含水率增加了約34.2%。表明灌溉對表層土壤水分有明顯的補充作用，可為作物生長提供水分條件。

2.3 燕麥生育期內(nèi)株高動態(tài)變化

燕麥生育期內(nèi)株高方差分析和動態(tài)變化見圖4。由圖可以看出，不同水分處理下株高在整個生育期內(nèi)的變化趨勢大體一致，均表現(xiàn)為“平穩(wěn)-升高-平穩(wěn)”趨勢。方差分析表明，不同水分脅迫處理對5月12日之前的株高沒有產(chǎn)生顯著影響，這主要由于三種試驗處理均在播種后灌22.5 mm的保苗水保證燕麥生長，在株高上沒有產(chǎn)生顯著差異。不同水分脅迫處理從5月26日開始對燕麥株高產(chǎn)生顯著影響，QK處理和ZK處理均顯著高于YY處理，但QK和ZK兩處理之間沒有產(chǎn)生顯著差異。各個處理均在7月14日株高達到最大值，與YY處理相比，QK處理和ZK處理分別提高株高27.95%和29.95%。研究說明雨養(yǎng)條件下，燕麥由于降雨量少生長受到抑制，而灌溉處理則根據(jù)控水極限及時補充水分，保證燕麥正常生長。

圖4 燕麥生長期內(nèi)株高動態(tài)變化

2.4 不同水分脅迫處理對燕麥干物質(zhì)重的影響

不同水分脅迫處理對燕麥各個生育期的干物質(zhì)重影響見圖5。從整個生育期干物質(zhì)重的動態(tài)變化可以發(fā)現(xiàn)，燕麥的干物質(zhì)重隨著生育期的推進不斷增加，在黃熟期達到最大值。方差分析表明，不同水分脅迫處理顯著影響各個生育期干物質(zhì)重，從苗期到灌漿成熟期，三個處理的干物質(zhì)重均表現(xiàn)為“QK處理顯著高于ZK處理，ZK處理顯著高于YY處理”，可見土壤水分虧缺程度嚴(yán)重影響燕麥干物質(zhì)重的形成。

圖5 燕麥各個生育期內(nèi)干物質(zhì)變化

2.5 燕麥產(chǎn)量、灌水量與水分生產(chǎn)率

不同水分脅迫處理對燕麥產(chǎn)量和生育期內(nèi)耗水量如表2所示。由表可知，不同水分脅迫處理對燕麥生育期內(nèi)的耗水量產(chǎn)生顯著影響，QK處理與ZK處理的耗水量均顯著高于YY處理，但QK處理和ZK處理之間沒有產(chǎn)生顯著性差異。不同水分脅迫處理對燕麥產(chǎn)量也產(chǎn)生顯著影響，QK處理產(chǎn)量最高，ZK處理次之，YY處理產(chǎn)量最低。與YY處理相比，QK處理、ZK處理分別顯著提高產(chǎn)量73.69%和58.50%，試驗結(jié)果表明輕度微噴控制灌溉處理(QK)最有利于燕麥產(chǎn)量的形成，而重度微噴控制灌溉處理(ZK)雖補充土壤水分，但超越水分虧缺條件下燕麥自身抗旱調(diào)節(jié)機制而產(chǎn)生明顯迫害作用，故而ZK處理的燕麥產(chǎn)量顯著低于QK產(chǎn)量8.75%。

根據(jù)各試驗處理的產(chǎn)量與耗水情況，計算得出水分生產(chǎn)率。由表3可知，QK和ZK處理水分生產(chǎn)率分別為1.00 kg/m3和1.04 kg/m3，均顯著低于CK處理。試驗結(jié)果說明，2種灌溉方式均可顯著增加燕麥產(chǎn)量，同時顯著降低了水分生產(chǎn)率，其中QK處理增產(chǎn)效果最為明顯。

表3 不同水分處理下產(chǎn)量、耗水量和水分生產(chǎn)率

2.6 燕麥耗水規(guī)律及灌溉制度

通過分析不同水分脅迫處理下燕麥生長動態(tài)和產(chǎn)量等指標(biāo)發(fā)現(xiàn)，輕度微噴控制灌溉處理能及時補充土壤水分虧缺狀態(tài)，保證燕麥正常生長，促進產(chǎn)量形成，所以本節(jié)重點分析該種處理下燕麥生育期內(nèi)耗水規(guī)律及灌溉制度。由表4可知，燕麥苗期、分蘗分枝期、拔節(jié)期、抽穗開花期和灌漿成熟期日耗水量分別為5.05 mm、13.45 mm、9.27 mm、2.84 mm和1.51 mm，整個生育期內(nèi)日耗水量呈現(xiàn)“先升高后逐漸降低”趨勢。

表4 QK處理下燕麥耗水規(guī)律

根據(jù)本次試驗結(jié)果，燕麥生育期內(nèi)累計灌水9次，苗期灌水4次，分蘗分枝期和拔節(jié)期各灌水2次，抽穗開花期灌水1次，單次灌溉水量均以土壤田間持水率的相對含水率作為依據(jù)，灌溉上限為田間持水率的90%，灌溉下限參照表1標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。全生育期灌溉定額為446.75 mm。

3 結(jié) 論

(1)灌溉處理(QK處理、ZK處理)較雨養(yǎng)處理(YY處理)增加土壤含水率，其中表層土壤的補充作用尤為明顯。QK處理與ZK處理較YY處理相比，分別增加表層土壤含水率40.2%和34.2%，說明灌溉處理可為燕麥生長提供一定的水分條件。

(2)灌溉處理較雨養(yǎng)處理均顯著促進燕麥生長，在QK處理下株高和干物質(zhì)生長最為旺盛。與雨養(yǎng)處理相比，QK處理與ZK處理均顯著提高各生育期株高(苗期除外)和干物質(zhì)重，同時QK處理各生育期生長指標(biāo)顯著優(yōu)于ZK處理。

(3)灌溉處理較雨養(yǎng)處理均顯著提高產(chǎn)量和耗水量，降低水分利用效率。在QK處理下產(chǎn)量和耗水量最高，分別為5128.20 kg/hm2和522.15 mm，顯著高于YY處理。與ZK處理相比，QK處理在沒有顯著提高耗水量的前提下顯著提高產(chǎn)量，但二者水分利用效率相近，均低于YY處理，說明輕度微噴控制灌溉處理更有利于獲得高產(chǎn)。ZK處理全生育期累計灌水量9次，灌溉定額446.75 mm。