噴灌對(duì)秦嶺北麓旱地小麥產(chǎn)量及品質(zhì)的效應(yīng)

張 睿，侯 宇，李鳳艷，孫學(xué)磊，王遠(yuǎn)利，王 珂，劉曼雙，張建平，侯芳芳

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院，陜西楊凌 712100； 2.陜西省藍(lán)田縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，陜西藍(lán)田710500)

噴灌對(duì)秦嶺北麓旱地小麥產(chǎn)量及品質(zhì)的效應(yīng)

張 睿1，侯 宇2，李鳳艷1，孫學(xué)磊1，王遠(yuǎn)利2，王 珂2，劉曼雙1，張建平1，侯芳芳1

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院，陜西楊凌 712100； 2.陜西省藍(lán)田縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，陜西藍(lán)田710500)

為給陜西旱地及關(guān)中灌區(qū)小麥高效灌溉提供技術(shù)支撐，在陜西秦嶺北麓的藍(lán)田縣進(jìn)行了小麥不同生育時(shí)期噴灌小區(qū)試驗(yàn)和生產(chǎn)示范試驗(yàn)，研究了噴灌對(duì)小麥產(chǎn)量及品質(zhì)的影響。結(jié)果表明，在越冬期和拔節(jié)期噴灌可顯著提高小麥產(chǎn)量、效益和水分利用效率，產(chǎn)量、收入和水分利用效率相對(duì)于無灌溉處理的增加幅度分別為22.0%～95.7%、16.5%～83.6%和9.3%～82.7%。噴灌后籽粒容重、吸水率和最大拉伸阻力分別增加1.8%～2.6%、0.5%～1.4%和0.6%～1.9%，其他品質(zhì)指標(biāo)降低，磨粉品質(zhì)和加工品質(zhì)明顯變差。其中籽粒蛋白質(zhì)含量和硬度分別降低5.2%～8.1%和6.0%～9.4%，最大拉伸面積、沉降值、濕面筋含量和穩(wěn)定時(shí)間分別降低5.2%～7.8%、13.1%～17.3%、3.7%～7.8%和31.3%～42.4%。

小麥；噴灌；產(chǎn)量；品質(zhì)

小麥?zhǔn)俏覈饕Z食作物之一，其全生育期的平均需水量約為540 mm，而降水滿足率約為55.9%～86.4%，需要補(bǔ)灌才能保證其生長發(fā)育對(duì)水分的需求[1]。合理的灌溉時(shí)期和灌水量是小麥高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的重要保障[2-4]。研究表明，灌水對(duì)小麥有顯著的增產(chǎn)效應(yīng)[5-12]。在小麥適宜的生育期進(jìn)行合理的水分虧缺有利于提高小麥的抗逆性和水分利用效率[3，11，13]。灌水對(duì)小麥品質(zhì)影響顯著[2，6-7,9-10,14]，對(duì)小麥生長發(fā)育、根系和功能葉主要生理指標(biāo)也有一定影響[8，11-12]。目前，這些基于灌區(qū)小麥灌溉時(shí)期和灌溉量對(duì)小麥的生物學(xué)、生理學(xué)和農(nóng)藝性狀的效應(yīng)研究較多。近年來，隨著水資源和土地資源的短缺及節(jié)水灌溉設(shè)施成本的降低，節(jié)水灌溉技術(shù)正在迅猛發(fā)展，以噴灌或滴灌為主要形式的補(bǔ)灌技術(shù)正逐步應(yīng)用于小麥等糧食作物生產(chǎn)中，并成為確保小麥高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的重要保障技術(shù)之一，也為解決目前灌區(qū)灌水效率低下問題提供了有效途徑。然而，有關(guān)旱作小麥的噴灌時(shí)期和噴灌量研究較少。為此，本研究在秦嶺北麓旱作區(qū)小麥的不同生育階段進(jìn)行噴灌試驗(yàn)，探討其對(duì)小麥生長發(fā)育及產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，并對(duì)其效益進(jìn)行分析，以期為陜西旱地及關(guān)中灌區(qū)小麥高產(chǎn)及高效灌溉提供重要的技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料來源與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2015-2016年在陜西藍(lán)田縣楊村糧食專業(yè)合作社流轉(zhuǎn)土地上進(jìn)行，分為小區(qū)試驗(yàn)和示范試驗(yàn)兩類。試驗(yàn)地位于秦嶺北麓旱作區(qū)，海拔490 m，年降雨量720 mm,年平均溫度13.1 ℃，年有效積溫4 224 ℃，無霜期212 d。試驗(yàn)地連續(xù)6年種植小麥，地力均勻。耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量為11.2 g·kg-1,速效氮含量為22.93 mg·kg-1，速效磷含量為14.37 mg·kg-1，速效鉀含量為223.61 mg·kg-1。選用當(dāng)?shù)刂魍菩←溒贩N中麥895，試驗(yàn)用種子由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物所提供。

小區(qū)試驗(yàn)噴灌量依據(jù)2012-2014年的不同噴灌量比較試驗(yàn)結(jié)果確定。試驗(yàn)共設(shè)6個(gè)處理，分別為A1(越冬期灌水24 mm)、A2(越冬期灌水24 mm+拔節(jié)期灌水24 mm)、A3(越冬期灌水24 mm+拔節(jié)期灌水36 mm)、A4(越冬期灌水36 mm+拔節(jié)期灌水36 mm)、A5(越冬期灌水36 mm)及CK(無灌溉)。5個(gè)重復(fù)，小區(qū)面積333.4 m2。試驗(yàn)采用移動(dòng)噴灌方式進(jìn)行定額灌溉，通過每個(gè)噴頭每小時(shí)實(shí)際噴水量計(jì)算和控制噴灌量。

不同噴灌處理的新增成本主要包括水費(fèi)、人工和設(shè)備折舊三個(gè)部分。噴灌水為井水，電機(jī)功率18 kW·h-1。每次噴灌水費(fèi)為126元·hm-2，A1、A2、A3、A4和A5處理的水費(fèi)分別為126、252、315、278和189元·hm-2，用工費(fèi)分別為197、394、453、512和256元·hm-2。噴灌設(shè)備每套投資7 500元，按5年使用年限計(jì)算，每年投資成本為1 500元，工作定額為每年每套20 hm2，折舊75元·hm-2。小麥價(jià)格按照國家收購價(jià)為2.2元·kg-1。

小麥于2015年10月16日采用山東鄆城生產(chǎn)的2BJK-6寬幅播種機(jī)播種，基本苗為270萬株·hm-2。2015年 11月18日噴施苯·唑·2甲鈉(總有效成分含量55%)1 125 g·hm-2進(jìn)行化學(xué)除草，2016年4月25日噴施25%氧樂氰1 500 mL·hm-2+20%吡蟲啉375 g·hm-2+氟環(huán)唑(125 mL·L-1)2 250 mL·hm-2+富萬鉀(K2O≥220 g·L-1)750 g·hm-2，2016年6月13日收獲。根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀缶譁y(cè)定的數(shù)據(jù)，小麥生育期間降水274.9 mm。除試驗(yàn)處理進(jìn)行定額噴灌外，其他管理措施與大田一致。

示范試驗(yàn)于2011-2016年在楊村糧食專業(yè)合作社流轉(zhuǎn)的12 hm2耕地上(與小區(qū)試驗(yàn)為同一塊地)進(jìn)行，留出4 hm2不進(jìn)行噴灌作為對(duì)照(CK)。每年在越冬期和拔節(jié)期各噴灌1次，噴灌量在16～20 mm，其產(chǎn)量結(jié)果是依據(jù)農(nóng)業(yè)部小麥高產(chǎn)創(chuàng)建產(chǎn)量實(shí)收辦法，由省農(nóng)業(yè)廳組織相關(guān)專家進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)收所得，百畝方實(shí)收3戶(面積不小于0.67 hm2)，對(duì)照實(shí)收2戶(面積不小于0.3 hm2)。

1.2 測(cè)定指標(biāo)與方法

1.2.1 群體動(dòng)態(tài)及產(chǎn)量結(jié)構(gòu)調(diào)查

在小麥出苗期、越冬期、拔節(jié)期和孕穗期調(diào)查總莖數(shù)及株高、分蘗、葉齡、次生根，試驗(yàn)收獲前調(diào)查穗數(shù)、穗粒數(shù)、每穗不孕小穗數(shù)和小穗數(shù)，每個(gè)處理收獲66.7 m2,5個(gè)重復(fù)，曬干后稱重折合單產(chǎn)，并測(cè)定千粒重。

1.2.2 水分利用效率的計(jì)算

在小麥播種前和收獲后測(cè)定0～200 cm土壤含水量，每個(gè)處理取3個(gè)重復(fù)。當(dāng)?shù)貧庀缶譁y(cè)定的小麥生育期降雨量為274.9 mm。按照“水分利用效率=產(chǎn)量/(播種時(shí)土壤含水量+生長期總灌水量+有效降水量-收獲期土壤含水量)”計(jì)算出小麥的水分利用效率。

1.2.3 品質(zhì)的測(cè)定

用德國生產(chǎn)的Sartorius PMD511-000U品質(zhì)分析儀器測(cè)定小麥籽粒的容重、硬度、沉降值、蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量、吸水率及面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間、最大拉伸面積和最大拉伸阻力。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel、SPSS和LNT等軟件系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 噴灌對(duì)小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成和水分利用效率(WUE)的效應(yīng)

與CK相比，噴灌處理增產(chǎn)722.0～3 132.3 kg·hm-2，增產(chǎn)幅度22.0%～95.7%，其中A4處理增產(chǎn)效果最顯著；穗數(shù)增加1.03×106～2.16×106個(gè)·hm-2，增幅29.5%～61.7%；穗粒數(shù)增加0.56～1.6粒，增幅2.3%～6.5%；千粒重增加0.24～3.6 g,增幅0.6%～8.7%；WUE提高0.99～8.78 kg· mm-1·hm-2,增幅9.3%～82.7%(表1)。這表明在小麥越冬期和拔節(jié)期噴灌明顯改善了小麥產(chǎn)量結(jié)構(gòu)，進(jìn)而增產(chǎn)和提高了WUE。

噴灌的增收效果也十分明顯。噴灌雖然增加了小麥生產(chǎn)成本(表1)，但平均增收2 749.5(1 190.4～6 026.1)元·hm-2，平均增幅38.2%(16.5%～83.6%)，其中A4處理的增收效果最好。

2.2 示范試驗(yàn)的小麥產(chǎn)量結(jié)果

連續(xù)5年的噴灌示范試驗(yàn)結(jié)果(表2)表明，5年噴灌的小麥產(chǎn)量平均為7 440.6 kg·hm-2，增產(chǎn)3 029.2 kg·hm-2，增產(chǎn)幅度為68.7%。也說明噴灌有顯著的增產(chǎn)效果。

2.3 噴灌對(duì)小麥籽粒蛋白質(zhì)含量、容重和硬度的影響

與CK相比，噴灌后小麥籽粒蛋白質(zhì)含量和籽粒硬度均顯著降低(表3)，降幅分別為5.2%～8.1%和6.0%～9.4%。噴灌對(duì)籽粒容重影響不顯著。

2.4 噴灌對(duì)小麥加工品質(zhì)的影響

從測(cè)定結(jié)果(表4)看，噴灌對(duì)小麥籽粒吸水率和面團(tuán)最大拉伸阻力沒有顯著影響，但使籽粒沉降值、濕面筋含量及面團(tuán)最大拉伸面積和穩(wěn)定時(shí)間均顯著降低，降幅分別為13.1%～17.3%、3.7%～7.8%、5.2%～7.8%和31.3%～42.4%。這表明噴灌使得小麥加工品質(zhì)變差。

3 討 論

3.1 噴灌對(duì)小麥的增產(chǎn)作用

綜合來看小區(qū)和示范試驗(yàn)的結(jié)果，噴灌能夠顯著提高小麥產(chǎn)量。這與李光忠等[5-10]得出的灌溉可以顯著提高小麥產(chǎn)量的結(jié)論相一致。此外，本研究中，不同噴灌處理的增產(chǎn)幅度不同，表明在有限的灌水條件下，灌水時(shí)期對(duì)產(chǎn)量影響與灌水量[13]一樣也很重要。本試驗(yàn)中越冬期灌水36 mm+拔節(jié)期灌水36 mm處理的增產(chǎn)效果最顯著，這與林 琪等[12]和李光忠等[5]的研究結(jié)果不盡一致，其原因可能主要是試驗(yàn)地生態(tài)條件差異，因?yàn)樗麄冄芯渴窃诠鄥^(qū)進(jìn)行的，而本試驗(yàn)在旱作區(qū)進(jìn)行的。在本研究中，示范試驗(yàn)的結(jié)果在年際之間存在差異，這可能與不同年份的降水條件差異有關(guān)，因此未來的研究應(yīng)該將噴灌與氣候條件等自然因素結(jié)合起來，進(jìn)一步探討合理的噴灌時(shí)期和灌水量。

表1 噴灌對(duì)小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素、效益和水分利用效率的影響Table 1 Effects of sprinkler irrigation on the yield,yield components,income and WUE of wheat

同一列數(shù)據(jù)后的不同大、小寫字母分別表示處理間差異極顯著(P<0.01)和顯著(P<0.05)。下表同。

Different capital and small letters in the same column indicate significant difference among the treatments at 0.01 and 0.05 levels,respectively. The same in other tables.

表2 2011-2016年小麥噴灌示范的產(chǎn)量結(jié)果Table 2 Wheat yield result from sprinkler irrigation demon stration in 2011-2016

表3 噴灌對(duì)小麥籽粒蛋白質(zhì)含量、容重和硬度的影響Table 3 Effects of sprinkler irrigation at on the protein content,test weight and hardness of wheat

表4 噴灌對(duì)小麥加工品質(zhì)的影響Table 4 Effects of sprinkler irrigation on the processing quality of wheat

3.2 噴灌對(duì)小麥品質(zhì)的影響

水分是影響冬小麥品質(zhì)重要因子。本研究中，噴灌在一定程度上劣化了小麥籽粒品質(zhì)。王月福等[9]認(rèn)為，土壤水分過多或過少均不利于小麥品質(zhì)改善。李光忠等[5]研究得出，灌漿水對(duì)小麥的籽粒容重、出粉率、濕面筋含量、沉淀值和粉質(zhì)儀指標(biāo)均無明顯影響，而澆麥黃水后小麥籽粒的容重、出粉率、濕面筋含量、沉淀值均顯著降低,粉質(zhì)儀指標(biāo)顯著變劣。徐鳳嬌等[15]研究表明，春2葉灌60 mm+春5葉灌60 mm和春5葉灌90 mm+開花期灌水30 mm可提高小麥沉降值，增加濕面筋含量，延長面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間；春2葉灌水+春5葉灌水處理延長面團(tuán)形成時(shí)間,改善小麥加工品質(zhì)。本研究結(jié)果與這些前人研究存在不一致。究其原因，一方面可能與參試品種的基因型差異有關(guān)；另一方面與試驗(yàn)?zāi)甓鹊臍夂虻纫蛩夭町愑嘘P(guān)。因此，噴灌效應(yīng)還有待進(jìn)一步多點(diǎn)多年研究。

3.3 不同生育階段噴灌的效益

噴灌的效益主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一方面是直接的增收效益；另一方面是增產(chǎn)糧食，維護(hù)糧食安全即社會(huì)效益。本試驗(yàn)采用移動(dòng)式噴灌，不同處理平均產(chǎn)值9 953.4(7 203.9～14 094.9)元·hm-2，平均增收2 749.5(1 190.4～6 026.1)元·hm-2，平均效益提高38.2%(16.5%～83.6%)。處理間效益差異主要取決于不同噴灌處理新增費(fèi)用差異。噴灌平均新增費(fèi)用669.4(398.0～865.0)元·hm-2，其中水費(fèi)和人工投入是新增成本的主要組成部分，如果采用固定噴灌，人工成本將大幅度降低甚至可以不予考慮，噴灌所產(chǎn)生的直接經(jīng)濟(jì)效益將更為可觀。就目前糧食生產(chǎn)面臨的現(xiàn)實(shí)和潛在困難而言，如果將固定噴灌與高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)結(jié)合，將有更大的發(fā)展空間。

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Effect of Sprinkler Irrigation on Yield and Quality of Dryland Wheat in the North Foot of Qinling Mountains

ZHANG Rui1,HOU Yu2,LI Fengyan1,SUN Xuelei1,WANG Yuanli2, WANG Ke2,LIU Manshuang1,ZHANG Jianping1,HOU Fangfang1

(1.Agronmy College Northwest A&F University,Yangling,Shaanxi 712100,China；2.Agricultural Technology Extension Center of Lantian,Lantian Shaanxi 710500,China)

To explore the effects of sprinkler irrigation on wheat yield and quality,this study was conducted at Lantian county,Shaanxi province at the northern foot of the Qinling Mountains for sprinkler irrigation experiment and production demonstration of wheat at different growth stages. The results showed that sprinkler irrigation during wintering and jointing could significantly increase wheat yield and income,by 22.0% to 95.7% and 16.5% to 83.6%,respectively. Sprinkler irrigation could significantly increase number of ears,grain number per spike and thousand-kernel weight. The spike number,the number of grains and thousand-kernel weight were increased by 29.5% to 61.7%,2.3% to 6.5%,and 0.6% to 8.7%,respectively. Sprinkler irrigation can significantly improve water use efficiency by 9.3% to 82.7%. After irrigation,the grain bulk density,water absorption and maximum tensile resistance were increased,with the increase rate of 1.8% to 2.6%,0.5% to 1.4% and 0.6% to 1.9%,respectively,but the other quality indices were decreased,such as milling quality and processing quality. The content of protein and hardness were decreased by 5.2% to 8.1% and 6.0% to 9.4%,respectively,and the maximum tensile area,sedimentation value,wet gluten content and stability time were decreased by 5.2% to 7.8%,13.1% to 17.3%,3.7% to 7.8% and 31.3% to 42.4%,respectively.

Wheat; Sprinkler irrigation; Yield; Quality

10.7606/j.issn.1009-1041.2017.06.13

時(shí)間：2017-06-07

2017-01-04

2017-02-05

陜西省科技統(tǒng)籌創(chuàng)新工程計(jì)劃項(xiàng)目(S2015TNNY0021)；西北農(nóng)林科技大學(xué)唐仲英基金專項(xiàng)

E-mail：zhangwushi@163.com

S512.1；S311

A

1009-1041(2017)06-0815-05

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