灌水次數(shù)對豫北小麥水分利用和產(chǎn)量的影響

方保停，邵運輝，岳俊芹，李向東，王漢芳，秦峰，張德奇，呂鳳榮，馬富舉，楊程

(河南省農(nóng)業(yè)科學院小麥研究所/河南省小麥生物學重點實驗室/小麥國家工程實驗室/農(nóng)業(yè)部黃淮中部小麥生物學與遺傳育種重點實驗室，河南鄭州450002)

灌水次數(shù)對豫北小麥水分利用和產(chǎn)量的影響

方保停，邵運輝，岳俊芹，李向東，王漢芳，秦峰，張德奇，呂鳳榮，馬富舉，楊程

(河南省農(nóng)業(yè)科學院小麥研究所/河南省小麥生物學重點實驗室/小麥國家工程實驗室/農(nóng)業(yè)部黃淮中部小麥生物學與遺傳育種重點實驗室，河南鄭州450002)

為明確小麥水分利用特征，提高對水資源利用的重視，以高產(chǎn)小麥品種周麥18為供試材料，設(shè)置全生育期不灌水、拔節(jié)期1水、拔節(jié)期+開花期2水、返青期+拔節(jié)期+開花期+灌漿期4水4個處理，研究了灌水次數(shù)對小麥水分利用、產(chǎn)量形成的影響。結(jié)果表明，總耗水量與灌水量呈顯著正相關(guān)、土壤水消耗量與灌水量呈顯著負相關(guān)，水分利用效率隨灌水增加而增加灌水過量而降低、水分邊際效應(yīng)隨灌水增加而降低;減少灌水增加了對下層土壤水利用，過量灌水不利用對上層土壤水利用。適當增加灌水提高灌漿后期SPAD值和光合速率，產(chǎn)量隨灌水的增加而增加。在本試驗條件下，灌拔節(jié)+開花2水處理實現(xiàn)較高的產(chǎn)量和水分利用效率。

小麥;豫北;灌水;水分利用;產(chǎn)量

河南北部是河南小麥的高產(chǎn)區(qū)，小麥生長期間需要通過多次灌溉才能確保高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)，伴隨著河南省水資源的日益短缺，河南省小麥單產(chǎn)和總產(chǎn)的進一步提高將受到嚴峻的挑戰(zhàn)，研究高產(chǎn)、節(jié)水、高效可持續(xù)栽培技術(shù)勢在必行。研究表明，合理灌溉［1－3］、肥料運籌［4－5］、秸稈還田［6－7］、地膜覆蓋［7］等小麥節(jié)水栽培技術(shù)通過改善田間生態(tài)效應(yīng)、發(fā)揮個體補償效應(yīng)、調(diào)解耗水構(gòu)成，能夠提高水分利用效率。適度的限量灌溉可以降低麥田耗水量，提高水分利用效率［8］，并且有利于干物質(zhì)的積累，促進籽粒灌漿，提高小麥籽粒產(chǎn)量［9－12］。目前河南省小麥栽培研究對產(chǎn)量形成的研究較多［13－14］，而對水分高效利用的研究較少，本文通過研究灌水次數(shù)對小麥產(chǎn)量、水分利用的影響，探討小麥耗水特征和產(chǎn)量形成特征，以期提高水分利用效率，在豫北建立小麥高產(chǎn)高效節(jié)水技術(shù)，為水資源日益短缺條件下小麥產(chǎn)量進一步增加、實現(xiàn)糧食安全和可持續(xù)生產(chǎn)提供理論和技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 供試材料及試驗設(shè)計

試驗于2009－2010年在河南北部浚縣原種場進行(35°43'N，114°18'E)，前茬種植夏玉米，秸稈還田，拖拉機深耕。土壤為粘土，有機質(zhì)含量17.04 g·kg－1，全氮1.03 g·kg－1，全磷0.60 g·kg－1，全鉀19.71 g·kg－1，速效氮37.7 mg·kg－1，速效磷5.89 mg·kg－1，速效鉀92.4 mg·kg－1，pH 8.03。

小麥播種前降雨較多，底墑充足;生育期內(nèi)共降水137 mm，其中11月12日降雨雪31.1 mm、4月21日降雨35.5 mm、5月17日降雨13.4 mm、6月2日降雨13.5 mm，其他多為零星降雨。

試驗設(shè)置4個處理，分別為起身水+拔節(jié)水+開花水+灌漿水4水(簡稱4水)、拔節(jié)水+開花水2水(簡稱2水)、拔節(jié)水1水(簡稱1水)、全生育期不灌水(簡稱0水)，為便于灌水，設(shè)置大區(qū)、每區(qū)300 m2，3次重復(fù)，各處理灌水采用水表計量，折合單位面積灌溉量。供試品種為周麥18，每公頃底施尿素150 kg、磷酸二銨300 kg、硫酸鉀225 kg、硫酸鋅22.5 kg。每公頃于拔節(jié)期追施尿素150 kg。行距20 cm，每公頃基本苗420萬。

1.2 測定項目及方法

1.2.1 土壤水分蒸散量測定于冬小麥播種前、開花期及成熟期，以20 cm為一層采用烘干法測定2 m土體內(nèi)土壤含水量，采用土壤水分平衡法計算土壤水分蒸散總量(ET)。

ET按如下公式計算:

其中，SWD為生育期土壤水分變化量，P為降雨量，I為灌溉量，D為灌溉后土壤水向下層流動量，Wg為深層地下水利用量，R為地表徑流，本試驗地地下水位9 m，且無地表徑流，Wg、D和R均可忽略。

水分利用效率(Water use efficiency，WUE，kg為灌水水平為i的經(jīng)濟產(chǎn)量。

1.2.2 干物質(zhì)測定在開花期和成熟期取樣，每處理取50 cm雙行，測定各器官干物重，計算各器官干物質(zhì)運轉(zhuǎn)量、運轉(zhuǎn)率和對籽粒貢獻率。

營養(yǎng)器官干物質(zhì)運轉(zhuǎn)量=開花期營養(yǎng)器官干重－成熟期營養(yǎng)器官干重

營養(yǎng)器官干物質(zhì)運轉(zhuǎn)率(%)=營養(yǎng)器官干物質(zhì)運轉(zhuǎn)量/開花期干重×100

營養(yǎng)器官物質(zhì)運轉(zhuǎn)對籽粒產(chǎn)量的貢獻率(%) =營養(yǎng)器官干物質(zhì)運轉(zhuǎn)量/成熟期籽粒干重×100

1.2.3 旗葉光合生理在孕穗期對同時展開的旗葉植株進行掛牌標記，于孕穗期、開花期、灌漿期上午9:00－11:00用Li-6400測定旗葉光合速率，每處理測定10片旗葉，同時用SPAD-502測定葉綠素相對含量。

1.2.4 測產(chǎn)及考種成熟前進行理論測產(chǎn)，成熟時，各處理取9行、行長2 m，測定實產(chǎn)，同時取樣進行常規(guī)考種。

1.2.5 數(shù)據(jù)分析試驗數(shù)據(jù)用SPSS11.5進行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同灌水次數(shù)水分利用分析

2.1.1 不同灌水次數(shù)對冬小麥總耗水及其組成影響冬小麥耗水量由降水、灌溉水和土壤供水3部分組成。表1表明，隨灌水次數(shù)和灌水量增加，土壤水消耗量和降雨量占總耗水比例降低、灌水量占總耗水量比例增加，其中土壤水消耗量與灌水量呈顯著負相關(guān)關(guān)系(R2=0.9737)。隨灌水量增加，總耗水量和產(chǎn)量也增加，其水分利用效率隨灌水量增加而增加、灌水過量而降低，水分邊際效應(yīng)隨灌水增加而降低。統(tǒng)計分析表明，耗水量與產(chǎn)量之間呈二次拋物線關(guān)系，且達0.05顯著水平。

表1 不同處理耗水及其組成Table 1 Water consumption and its component of different treatments

圖1 開花期和成熟期不同土層土壤含水量Fig.1 Soil water content of different layers in anthesis and maturity

2.1.2 不同灌水次數(shù)土壤水利用效應(yīng)由圖1可知，開花期不灌水處理各層土壤含水量低于2水(由于尚未灌開花水，灌2水處理與灌1處理一樣)和4水處理，灌2水和4水處理各層土壤含水量相近。成熟期灌0水和灌1水上層(60 cm以上)土壤含水量相近，下層差異較大;灌1水和灌2水處理上層土壤含水量差異較大，下層差異較小;灌4水處理上層(80 cm以上)含水量明顯高于其它灌水處理?？梢姡瑴p少灌水增加了對各層土壤水的利用，能夠發(fā)揮土壤水的補償作用。

2.2 不同灌水次數(shù)冬小麥光合速率差異

2.2.1 不同灌水次數(shù)葉片SPAD值差異不同灌水方式對旗葉與倒2葉、倒3葉有相同的效應(yīng)。由圖2可知，在灌漿前期及其之前不同灌水方式對旗葉SPAD值的效應(yīng)不同，灌漿后期旗葉SPAD值以不灌水處理最低、并隨灌水的增加而增加。

2.2.2 不同灌水次數(shù)葉片光合速率差異由不同灌水方式旗葉光合速率差異(圖4)可知，各處理間光合速率在4月27日和5月6日差異較小，5月19日不灌水處理光合速率較低、其它處理差異較小;5月25日以灌2水處理較高、5月31日以灌2水和灌4水處理較高。

圖2 不同灌水方式旗葉SPAD值差異Fig.2 Difference of SPAD value of flag leaf among different irrigation modes

2.3 不同灌水次數(shù)物質(zhì)運轉(zhuǎn)差異

籽粒產(chǎn)量形成的部分物質(zhì)來源于開花前物質(zhì)運轉(zhuǎn)。表2表明，不灌水處理開花期干物質(zhì)積累量顯著低于其它灌水處理，而灌水處理間差異不顯著，其中以灌起身+拔節(jié)2水處理最高。各處理間成熟期干物質(zhì)積累量及花后物質(zhì)積累量有相同的趨勢，以不灌水和灌1水處理較低、灌4水處理最高。各處理間開花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量、轉(zhuǎn)移率及其對籽粒貢獻率有相同的效應(yīng)，以不灌水處理最低、灌1水處理最高，且有隨灌水增加而降低的趨勢。

2.4 不同灌水次數(shù)產(chǎn)量及其構(gòu)成因素差異

從表3可以看出，不同灌水次數(shù)成穗數(shù)以不灌水處理最低、顯著低于其它灌水處理，其它灌水處理間差異不顯著。穗粒數(shù)以不灌水處理最低，顯著低于灌4水處理，與其它灌水處理間差異不顯著。千粒重隨灌水增加而增加、灌水過多而減少;以不灌水處理最低、顯著低于其它灌水處理;灌2水最高，與灌4水處理間差異不顯著，顯著高于其它處理。不同灌水方式處理間經(jīng)濟系數(shù)差異不顯著。籽粒產(chǎn)量隨灌水增加而增加，不灌水處理顯著低于其它處理，灌1水和灌2水處理間差異不顯著，灌4水處理與灌2水處理間差異不顯著，顯著高于灌1水處理。

圖3 不同灌水次數(shù)旗葉光合速率差異Fig.3 Difference of Pnof flag leaf among different irrigationmodes

表2 不同灌水次數(shù)物質(zhì)積累與運轉(zhuǎn)Table 2 Drymatter accumulation amount and translocation of different treatment

表3 不同灌水次數(shù)產(chǎn)量及其構(gòu)成因素差異Table 3 Difference of grain yield and its components of different irrigation frequency

3 討論

河南小麥單產(chǎn)和總產(chǎn)年年不斷增加，但對資源利用效率尚重視不夠，而當前小麥生產(chǎn)中面臨著水分短缺、氮肥面源污染嚴重等問題，河南小麥持續(xù)生產(chǎn)將面臨著嚴峻挑戰(zhàn)。研究表明，灌水次數(shù)越多，灌水總量越大，作物耗水量越大［16－18］，而土壤水則顯著減少［15－20］，可以通過灌水次數(shù)和灌水量的調(diào)控，減少耗水量、改善耗水結(jié)構(gòu)、提高水分利用效率。本試驗表明，小麥耗水量與灌水量呈正相關(guān)關(guān)系，每公頃增加750 m3灌水、總耗水量增加600 m3;小麥耗水量與土壤水消耗量呈負相關(guān)，每公頃增加50 m3灌水、土壤水消耗量降低450 m3。灌拔節(jié)+開花2水能夠充分利用土壤水、且具有較高的產(chǎn)量水平，水分利用效率達1.91 kg/m3。因此，河南省可以通過減少灌溉用水量、充分利用土壤貯水尤其是下層土壤水，提高水分利用效率。

眾多的試驗證明［17－19，22］，土壤水分對產(chǎn)量的限制作用愈強，產(chǎn)量隨總耗水量增加而增加的關(guān)系表現(xiàn)愈明顯，在這種情況下適時增加灌溉水量能起較大的增產(chǎn)作用。而隨著灌水量的增加，水分對小麥生長的制約作用逐漸降低，灌溉雖然導(dǎo)致了作物總耗水量的增加，增產(chǎn)效應(yīng)卻在下降，表現(xiàn)為遞減生產(chǎn)率甚至為負生產(chǎn)率。

4 結(jié)論

本研究表明，在灌拔節(jié)+開花2水的基礎(chǔ)上增加灌水，籽粒產(chǎn)量增加不顯著，水分利用效率降低，水分邊際效應(yīng)降低達38.94%?？梢姡捎冒喂?jié)+開花2水可以減少水分消耗，提高水分利用效率，實現(xiàn)高產(chǎn)高效。

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(責任編輯 李山云)

Effect of Irrigation Frequency on W ater Utilization and Grain Yield in North of Henan

FANG Bao-ting，SHAO Yun-hui，YUE Jun-qin，LIXiang-dong，WANG Han-fang，QIN Feng，ZHNAG De-qi，LV Feng-rong，MA Fu-ju，YANG Cheng
(Wheat Institute，Henan Academy of Agricultural Science/Henan Key Laboratory of Wheat Biology/National Engineering Laboratory for Wheat/Key Laboratory ofWheat Biology and Genetic Breeding in Central Huang-huai-haiRegion，Ministry of Agriculture，Henan Zhengzhou 450002，China)

In order to illuminate water use characters of wheat in Henan province and attach importance to water resources utilization，four treatments，i.e.no irrigation，one irrigation in jointing，two irrigations in elongation and anthesisand four irrigations in turning green，elongation，anthesis and grain fillingwere set and the effects of different irrigation frequency on water utilization and yield formation was studied using the cultivar‘Zhoumai18’which had high yield in field experiment.The results showed that itwas positive correlation between evapotranspiration(ET)and irrigation and negative correlation between soil water consumption and irrigation.Water use efficiency(WUE)increased with increasing irrigation and decreased with excessive irrigation.Watermarginal efficiency(WME)decreased with increasing irrigation.The soilwater consumption of low layer increased with decreasing irrigation and that of upper decreased with excessive irrigation.The SPAD value and Pnincreased with properly increasing irrigation.Grain yield increased with increasing irrigation.The irrigation mode with two irrigations in elongation and anthesis realized higher grain yield and water use efficiency in this experiment.

Wheat;North of Henan province;Irrigation;Water utilization;Grain yield

S512.1

A

1001－4829(2017)2－0280－05

10.16213/j.cnki.scjas.2017.2.007

2015－08－17

國家重點研發(fā)計劃課題(2016YFD0300404);國家科技支撐計劃項目(2013BAD07B07-3);河南省農(nóng)業(yè)科學院院自主創(chuàng)新專項基金

方保停(1976－)，男，博士，副研究員，河南淮濱人，主要從事小麥生態(tài)生理研究，E-mail:fangbaoting@126.com。