不同水分測(cè)墑補(bǔ)灌處理對(duì)冀中南麥區(qū)強(qiáng)筋麥耗水量及產(chǎn)量的影響

任紅曉，許永紅，王賀，范戰(zhàn)勝，郭佳，朱曉龍，姚振剛，李建波，宗麗娟，馮立輝*

（1.石家莊市藁城區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，河北 藁城 052160；2.石家莊市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，河北 石家莊 050051）

小麥?zhǔn)俏覀冎匾墓任锏鞍讈碓碵1]。冀中南麥區(qū)為我國(guó)冬小麥主產(chǎn)區(qū)，屬于黃淮海麥區(qū)的一部分。小麥高產(chǎn)對(duì)保障我國(guó)糧食安全意義重大[2]。水分是影響作物產(chǎn)量的主要因素之一[3，4]，隨著地下水資源的日益緊缺，灌溉水資源供給不足已經(jīng)成為許多小麥種植區(qū)限制生產(chǎn)的主要因子[5，6]。據(jù)調(diào)查，該區(qū)冬小麥生育期內(nèi)有效降水量為100 mL 左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足小麥整個(gè)生育期對(duì)水分的需求，需根據(jù)田間墑情進(jìn)行灌水，提高農(nóng)業(yè)用水的水分利用率和灌溉面積[7]。

麥田灌溉是農(nóng)業(yè)用水的主要方面，前人研究表明，合理的灌溉措施是減少農(nóng)業(yè)用水、提高水分利用效率的重要手段[8]。在小麥拔節(jié)前進(jìn)行輕度水分虧缺處理，葉片光合速率下降不明顯，且在拔節(jié)期田間灌水具有超補(bǔ)償效應(yīng)，產(chǎn)量和水分利用效率均出現(xiàn)不同程度的提高[9]。小麥拔節(jié)期灌水量增加能夠提高單位面積穗數(shù)[10]。拔節(jié)期限水+揚(yáng)花期足水的灌溉組合能夠加快小麥干物質(zhì)積累，增加穗粒數(shù)，提高子粒產(chǎn)量[11]。這些研究為小麥關(guān)鍵生育期需水特點(diǎn)提供了理論參考，但是前人對(duì)田間灌水的研究大多是針對(duì)普通小麥進(jìn)行的，而針對(duì)強(qiáng)筋麥的相關(guān)研究尚少。立足冀中南強(qiáng)筋麥主產(chǎn)區(qū)，以當(dāng)?shù)刂髟詢?yōu)質(zhì)強(qiáng)筋麥品種藁優(yōu)2018為試材，研究不同水分處理對(duì)強(qiáng)筋麥田間耗水量和產(chǎn)量的影響，旨為強(qiáng)筋麥減水高產(chǎn)栽培技術(shù)模式集成與推廣提供技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

參試強(qiáng)筋麥品種為藁優(yōu)2018。該品種是石家莊市藁城區(qū)農(nóng)科所選育的優(yōu)質(zhì)、專用、廣適性優(yōu)質(zhì)強(qiáng)筋小麥新品種，2008 年通過河北省品種審定（審定編號(hào)：冀審麥2008007 號(hào)），其表現(xiàn)株型緊湊、分蘗力較強(qiáng)、抗寒性好、抗倒性強(qiáng)、穗層較整齊、優(yōu)質(zhì)強(qiáng)筋、高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的特點(diǎn)[12，13]。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)于2017～2018 年在石家莊市藁城區(qū)高玉村強(qiáng)筋麥?zhǔn)痉斗絻?nèi)進(jìn)行。前茬作物為玉米。試驗(yàn)田隨機(jī)區(qū)組排列，小麥全生育期水分灌溉水平設(shè)5 個(gè)處理，其中，W0為不灌溉處理，WCK為當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)灌溉處理，W70（灌水量為當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)灌溉處理的70%）、W75（灌水量為當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)灌溉處理的75%）和W80（灌水量為當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)灌溉處理的80%）為測(cè)墑補(bǔ)灌處理。小區(qū)面積30 m2，3 次重復(fù)。2017 年10 月16 日采用15 cm 等行距機(jī)械播種小麥，播種量187.5 kg/hm2，播前旋耕2 遍，播前、播后各鎮(zhèn)壓1 次；N、P2O5、K2O 施肥量分別為210、135 和90 kg/hm2，磷鉀肥全部作為底肥施用，氮肥60%作為底肥施用、40%在拔節(jié)期追施。小區(qū)之間留寬2 m 的隔離區(qū)，隔離區(qū)不澆水，其他管理措施同大田常規(guī)。2018 年6 月7 日每個(gè)小區(qū)收獲2 m2，裝入尼龍網(wǎng)袋，風(fēng)干后脫粒，計(jì)算子粒產(chǎn)量。

1.2.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.2.2.1 補(bǔ)灌水量計(jì)算。測(cè)墑補(bǔ)灌處理于拔節(jié)期灌水前測(cè)定0～40 cm 土壤含水量，然后利用公式計(jì)算補(bǔ)灌水量：

補(bǔ)灌水量（m3/hm2）=20/3×aH（B1-B2）×15

式中，a為測(cè)墑土層土壤平均容重（g/cm3）；H為測(cè)墑土層深度（cm）；B1為目標(biāo)土壤質(zhì)量含水量（%，田間持水量×目標(biāo)相對(duì)含水量）；B2為灌溉前土壤質(zhì)量含水量（%）。

1.2.2.2 土壤容重和含水量。在麥田耕作之前，每20cm一層，用環(huán)刀取0～140 cm 土層土壤樣品，測(cè)定土壤容重[14]。土壤含水量測(cè)定方法包括烘干法和儀器法2 種。播種前和成熟期0～200 cm 土層土壤含水量測(cè)定采用烘干法[15]，每20 cm 一層，用土鉆分層取土，置烘箱內(nèi)105 ℃烘12 h 至恒重；拔節(jié)期灌水前0～40 cm 土層土壤含水量測(cè)定采用儀器法，用SU-LA 型土壤水分速測(cè)儀每10 cm 一層測(cè)定土壤體積含水量，再利用公式換算為土壤質(zhì)量含水量：

土壤質(zhì)量含水量（%）=土壤體積含水量（%，V/V）/土壤容重（g/m3）

1.2.2.3 降水量。降水量數(shù)據(jù)來源于石家莊市藁城區(qū)氣象局觀測(cè)站，為實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)。

1.2.2.4 小麥全生育期麥田總耗水量和土壤貯水消耗量。計(jì)算公式為：

麥田總耗水量（mm） =小麥全生育期總灌水量（mm）+小麥全生育期有效降水量（mm）+小麥全生育期土壤貯水消耗量（mm）

土壤貯水消耗量（mm）=10×r×h×（θ1-θ2）

式中，10 為換算系數(shù)；r為土壤容重（g/cm3）；h為土層深度（cm）；θ1為播種前土壤質(zhì)量含水量（%）；θ2為成熟期土壤質(zhì)量含水量（%）。

1.2.2.5 水分利用效率和灌溉水生產(chǎn)效率。計(jì)算公式為：

水分利用效率〔kg/（hm2·mm）〕=子粒產(chǎn)量（kg/hm2）/麥田總耗水量（mm）

灌溉水生產(chǎn)效率〔kg/（hm2·mm）〕=子粒產(chǎn)量（kg/hm2）/灌水量（mm）

1.2.3 數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計(jì)分析 利用Excel 2016 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，利用SPSS 20.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 測(cè)墑補(bǔ)灌處理的強(qiáng)筋麥總耗水量及其來源

不同水分處理的麥田總耗水量為316.60 ～404.50 mm，指標(biāo)值順序?yàn)閃80＞W(wǎng)75＞W(wǎng)0＞（W70=WCK），其中，W80與W75處理差異顯著，且二者均與其他3個(gè)處理差異也達(dá)到了顯著水平，而WCK、W70和W0處理三者差異均不顯著（表1）。

表1 不同水分處理的強(qiáng)筋麥總耗水量和耗水來源Table 1 Total water consumption and water sources of strong gluten wheat under different water treatments

不同處理的土壤貯水消耗量為63.10～183.18 mm，指標(biāo)值順序?yàn)閃80＞W(wǎng)0＞W(wǎng)75＞W(wǎng)70＞W(wǎng)CK，除W75與W0處理差異不顯著外，其他處理差異均達(dá)到了顯著水平；占總耗水量的比例順序?yàn)閃0＞W(wǎng)80＞W(wǎng)75＞W(wǎng)70＞W(wǎng)CK，其中W80與W0處理差異不顯著，但二者均與其他處理差異達(dá)到了顯著水平。

進(jìn)一步對(duì)不同水分處理的耗水來源進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)灌溉（WCK）處理的灌水量最大（86.01 mm），致使土壤貯水消耗量（63.10 mm）以及麥田總耗水量（316.60 mm）均最少，與W0、W70、W75和W80處理相比，土壤貯水消耗量分別低92.50、48.78、82.87 和120.08 mm，總耗水量分別低7.50、0.00、42.39 和87.90 mm，因此不利于節(jié)水；不灌溉處理（W0）的小麥需水依靠降水和土壤貯水，致使土壤貯水消耗量占比最大（48.01%），但其土壤貯水消耗量（155.60 mm）以及麥田總耗水量（324.10 mm） 并不是最多，因此不是最節(jié)水；測(cè)墑補(bǔ)灌處理下，隨著灌水量的增加，土壤貯水消耗量和比例以及麥田總耗水量均逐漸增大，其中W80處理的土壤貯水消耗量和麥田總耗水量顯著＞W(wǎng)0和WCK處理，土壤貯水消耗量占比與W0處理基本相當(dāng)，因此認(rèn)為W80處理利用土壤貯水的效果最好，最利于節(jié)水。W80處理下，土壤貯水消耗量達(dá)183.18 mm，占總耗水量的比例為45.29%。

2.2 測(cè)墑補(bǔ)灌處理的強(qiáng)筋麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

W0處理全生育期不灌水，致使小麥單位面積穗數(shù)和穗粒數(shù)最少，雖然千粒重最高且顯著＞其他處理，但最終產(chǎn)量最低；WCK處理灌水充足，雖然小麥單位面積穗數(shù)和穗粒數(shù)均為最高，但千粒重最低，最終產(chǎn)量并不是最高；測(cè)墑補(bǔ)灌處理下，隨著灌水量的增加，小麥單位面積穗數(shù)和穗粒數(shù)逐漸增多，千粒重呈先增加后降低的變化，最終產(chǎn)量逐漸提高，其中W80處理的產(chǎn)量顯著＞W(wǎng)75處理，且二者均顯著＞其他3 個(gè)處理，而W70、W0和WCK處理三者差異均不顯著（表2），由此認(rèn)為W80處理效果最好。W80處理下，小麥單位面積穗數(shù)為450.00 萬穗/hm2、穗粒數(shù)為30.00 粒、千粒重為34.20 g，產(chǎn)量達(dá)到7 280.40 kg/hm2，較W75處理（產(chǎn)量6 598.80 kg/hm2）增產(chǎn)681.6 kg/hm2，增產(chǎn)率為10.33%。

表2 測(cè)墑補(bǔ)灌處理的強(qiáng)筋麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素Table 2 Yield and its components of strong gluten wheat with supplementary irrigation treatment for measuring soil moisture treatment

2.3 測(cè)墑補(bǔ)灌處理的強(qiáng)筋麥水分利用效率和灌溉水生產(chǎn)效率

不同水分處理的小麥水分利用效率為18.00～19.86 kg/（hm2·mm），指標(biāo)值順序?yàn)閃CK＞W(wǎng)70＞W(wǎng)0＞W(wǎng)75＞W(wǎng)80，其中W70與WCK處理差異不顯著，二者與W0處理差異也不顯著，但與其他2 個(gè)處理差異均達(dá)到了顯著水平，而W80處理僅與W75處理差異不顯著；灌溉水生產(chǎn)效率為73.11～173.54 kg/（hm2·mm），指標(biāo)值順序?yàn)閃70＞W(wǎng)75＞W(wǎng)80＞W(wǎng)CK，不同處理間差異均達(dá)到了顯著水平（表3）。WCK處理水分利用率最高、灌溉水生產(chǎn)效率最低，W70處理水分利用率〔19.85 kg/（hm2·mm）〕較高、灌溉水生產(chǎn)效率〔173.54 kg/（hm2·mm）〕最高，但2 個(gè)處理的產(chǎn)量均較低；W80處理的水分利用效率最低，灌溉水生產(chǎn)效率〔137.83 kg/（hm2·mm）〕也顯著＜W70和W75處理，但產(chǎn)量明顯＞W(wǎng)0、WCK和其他2個(gè)測(cè)墑補(bǔ)灌處理。因此，對(duì)于強(qiáng)筋麥應(yīng)綜合考慮產(chǎn)量、水分利用效率和灌溉水生產(chǎn)效率，在冀中南麥區(qū)節(jié)水抗旱、合理利用水分顯得尤為重要，認(rèn)為本研究條件下W80處理是節(jié)水、高產(chǎn)的最優(yōu)處理。

表3 不同水分處理的水分利用效率和灌溉水生產(chǎn)效率Table 3 Water use efficiency and irrigation water production efficiency of different water treatments〔kg/（hm2·mm）〕

3 結(jié)論與討論

3.1 強(qiáng)筋麥的灌水量和耗水量

試驗(yàn)結(jié)果表明，傳統(tǒng)灌溉（WCK）處理的灌水量最大（86.01 mm），致使小麥全生育期的土壤貯水消耗量（63.10 mm）和總耗水量（316.60 mm）最少，與W0、W70、W75和W80處理相比，土壤貯水消耗量分別低92.50、48.78、82.87 和120.08 mm，總耗水量分別低7.50、0、42.39 和87.90 mm，因此不利于節(jié)水。Liu 等[16]研究顯示，隨著灌水量的增加，麥田總耗水量也增加，但土壤貯水消耗占總耗水量的比例降低。本研究條件下，麥田總耗水量隨灌水量的增加呈降低—增加—降低的變化，與前人研究結(jié)果不一致，可能與不同強(qiáng)筋麥品種對(duì)水分和氣候條件的需求不同有關(guān)。田間測(cè)墑補(bǔ)灌是依據(jù)土壤墑情和小麥關(guān)鍵生長(zhǎng)發(fā)育期對(duì)水分的需求進(jìn)行補(bǔ)充灌溉，本研究結(jié)果顯示，W80處理的土壤貯水消耗量和麥田總耗水量顯著高于其他處理，能充分促進(jìn)強(qiáng)筋麥對(duì)土壤貯水的利用，達(dá)到節(jié)水的目的。

3.2 灌水量與強(qiáng)筋麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成

本研究條件下，隨著灌溉量的增加，小麥單位面積穗數(shù)和穗粒數(shù)逐漸增多，千粒重呈降低—增加—降低的變化，最終產(chǎn)量呈先增加后降低的趨勢(shì)，其中W80處理產(chǎn)量最高且與其他處理差異均達(dá)到了顯著水平。前人研究表明，拔節(jié)期水分不足會(huì)引起小麥小花敗育，造成穗粒數(shù)減少[17～19]。本試驗(yàn)中，全生育期不灌水（W0處理）時(shí)小麥穗粒數(shù)最少，增加灌溉量能夠促進(jìn)穗數(shù)形成和穗粒數(shù)增多，與前人研究結(jié)果基本一致。小麥產(chǎn)量是產(chǎn)量構(gòu)成三因素綜合作用的結(jié)果，本研究結(jié)果顯示，W80和W75處理在實(shí)現(xiàn)節(jié)水的同時(shí)產(chǎn)量較其他3 個(gè)處理明顯提高，其中W80處理的產(chǎn)量顯著＞W(wǎng)75處理。這與張忠學(xué)等[20]“在一定范圍內(nèi)，隨著灌水量不斷增大，小麥的生物產(chǎn)量提高，但是總灌水定額最大的處理并未獲得最高子粒產(chǎn)量”的研究結(jié)果一致。W80處理下，小麥單位面積穗數(shù)為450.00 萬穗/hm2、穗粒數(shù)為30.00粒、千粒重為34.20 g，產(chǎn)量達(dá)到7 280.40 kg/hm2，較W75處理（產(chǎn)量6 598.80 kg/hm2）增產(chǎn)681.6 kg/hm2，增產(chǎn)率為10.33%。

3.3 灌水量與強(qiáng)筋麥水分利用效率和灌溉水生產(chǎn)效率

本研究條件下，隨著灌溉量的增加，小麥產(chǎn)量呈先增加后降低的變化，水分利用效率呈增加—降低—增加的變化，灌溉水生產(chǎn)效率呈遞減趨勢(shì)。WCK和W70處理水分利用率較高，且W70處理灌溉水生產(chǎn)效率最高，但2 個(gè)處理的產(chǎn)量均較低；W80處理的水分利用效率最低，灌溉水生產(chǎn)效率〔137.83 kg/（hm2·mm）〕也顯著＜W70和W75處理，但產(chǎn)量明顯＞W(wǎng)0、WCK和其他2 個(gè)測(cè)墑補(bǔ)灌處理。因此，對(duì)強(qiáng)筋麥應(yīng)將產(chǎn)量、水分利用效率和灌溉水生產(chǎn)效率3 項(xiàng)指標(biāo)綜合考慮，在冀中南麥區(qū)節(jié)水抗旱、合理利用水分尤為重要。本試驗(yàn)中，雖然W80和W75處理均實(shí)現(xiàn)了節(jié)水的同時(shí)產(chǎn)量較W0、WCK和W70處理明顯提高，但W80較W75產(chǎn)量高681.6 kg/hm2，因此在產(chǎn)量相差較大的情況下，認(rèn)為W80處理是本研究條件下節(jié)水、高產(chǎn)的最優(yōu)處理。這與張忠學(xué)等[20]和許振柱等[21]研究得到的適度限量灌溉可以降低麥田耗水量、提高水分利用率的結(jié)果不一致，這可能與不同品種強(qiáng)筋麥具有特殊的需水機(jī)制有關(guān)，具體原因有待今后進(jìn)一步研究。