土壤水分下限調(diào)控灌溉對春青稞生長、產(chǎn)量和水分利用的影響

蒙 強，劉靜霞，李玉慶，張文賢，潘蘇向，李敏杰，尼瑪次仁

(西藏農(nóng)牧學(xué)院水利土木工程學(xué)院,西藏 林芝 860000)

青稞是青藏高原地區(qū)傳統(tǒng)灌溉類農(nóng)作物之一，營養(yǎng)豐富、種植面積大，是牧民主要食物來源，同時也是高原牲畜冬季重要的飼草料[1-8]。其中，春青稞由于生長期較短，被廣泛種植于藏區(qū)干旱及半干旱地區(qū)。然而，與同緯度其他地區(qū)相比，藏區(qū)耕作土層淺薄貧瘠，氣候干濕季分明、水熱資源時空分布不均等自然條件嚴(yán)重制約著青稞產(chǎn)量提高與品質(zhì)的提升。受全球氣候變化影響，旱作農(nóng)業(yè)受旱頻率呈增加趨勢，已成為影響西藏地區(qū)青稞穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)的主要因素之一[9-11]。就旱田而言，開展以保護生態(tài)、提高水資源利用率為宗旨的農(nóng)田水利灌溉是十分必要及迫切的。但特殊的地理環(huán)境、氣候條件以及經(jīng)濟問題使得藏區(qū)農(nóng)田水利灌溉基礎(chǔ)建設(shè)相對落后，灌溉水利用率低于30%[9]。因此，如何有效解決水資源供需矛盾，提高作物水分利用效率是當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)研究的重點。

田德龍等[12-13]開展的相關(guān)灌溉試驗研究為西藏旱作農(nóng)業(yè)提供了基礎(chǔ)理論依據(jù)。一些學(xué)者根據(jù)氣象資料利用FAO-56 Penman法對參考作物需水量(ET0)進行了分析。例如，羅紅英等[14-15]通過研究藏區(qū)ET0分布變化，認為作物灌溉定額隨海拔的上升而增加，林芝地區(qū)青稞灌溉定額介于130～475 mm之間。張娜等[16]通過趨勢分析認為從西藏西部到東部地區(qū)，年際ET0逐漸減小。目前，對青稞需水規(guī)律的研究多為模型的對比分析，同時關(guān)于作物耗水規(guī)律的研究也較為普遍，尹志芳等[17]基于SHAW模型模擬分析得出拉薩河谷地區(qū)春青稞耗水約450 mm。徐冰等[9]通過試驗分析了西藏高寒牧區(qū)青稞需水耗水規(guī)律，認為全生育期青稞需水量為445 mm，且出苗前、抽雄期、灌漿期干旱均會導(dǎo)致青稞減產(chǎn)。而時學(xué)雙等[18]認為青稞苗期、拔節(jié)期、分蘗期和灌漿期實施水分輕度脅迫、成熟期實施重度脅迫可獲得較高的產(chǎn)量。Piotr Ogrodowicz等[19]認為旗葉階段干旱對青稞產(chǎn)量會產(chǎn)生不利影響，而Calvo O C等[20]研究大麥發(fā)現(xiàn)水分利用效率的提高能部分補償干旱的負面影響。

整體上，前人盡管對青稞需水規(guī)律的研究較多，但大多研究集中于模型和單一耗水規(guī)律的研究。而關(guān)于不同水分脅迫程度對青稞產(chǎn)量、水分利用效率的影響研究較少，成熟的灌溉制度尚未確定。灌溉試驗是得到作物灌水參數(shù)最直接的方法，但林芝地區(qū)目前尚未完整地開展過青稞灌溉試驗，相關(guān)研究也未見報道。為此，本研究以春青稞生長、耗水及產(chǎn)量為主要研究內(nèi)容，探究調(diào)控灌溉對林芝河谷地區(qū)農(nóng)田生產(chǎn)力的影響，旨在掌握春青稞耗水、產(chǎn)量及水分生產(chǎn)率對不同水分調(diào)控下限的響應(yīng)能力，以期為最大限度提高有限水資源承載力下藏區(qū)高原農(nóng)田生產(chǎn)力提供科學(xué)依據(jù)，同時為該區(qū)域春青稞地面灌溉參數(shù)的確定及節(jié)水灌溉制度建立提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 供試材料與試驗地概況

試驗于2018年4—7月在西藏農(nóng)牧學(xué)院農(nóng)水綜合試驗場(29 ° 40 ′N，94 ° 20 ′E)進行。試驗區(qū)位于尼洋河下游河谷，地勢平坦，土壤肥力均勻，海拔2 980 m，全年無霜期172 d，年平均溫度8.8 ℃，年日照時數(shù)2 000 h，≥10 ℃的有效積溫2 150℃～2 200℃，年平均降雨量650～750 mm，主要集中在6—9月。試驗區(qū)土壤類型為沙質(zhì)壤土，土質(zhì)分布均勻，平均土層深度為40 cm(以下為砂礫石層)。其中，0～40 cm土層田間持水量為27.6%(重量含水率)，平均土壤容重為1.37 g·cm-3。試驗區(qū)前茬為春青稞，具備灌溉條件。試驗?zāi)甓冉邓鉁睾拖鄬穸纫妶D1。

試驗前茬作物為春青稞，采用等行距條播種植模式，行距為25 cm。試材“喜馬拉22號”由林芝市農(nóng)牧局提供，為西藏農(nóng)區(qū)主栽春青稞品種。試驗小區(qū)播前灌水，待足墑后翻耕播種，人工除草，并及時防治病蟲害。播前底肥施磷酸二氫銨(18% N、46% P2O5)150 kg·hm-2、尿素(46% N)150 kg·hm-2，拔節(jié)期追施40%氮肥和磷肥，其他田間管理措施按常規(guī)方法進行。

1.2 試驗設(shè)計

采用等行距條播種植模式，行距為25 cm,人工播種量為300 kg·hm-2,試驗小區(qū)面積72 m2(12 m×6 m)，四周設(shè)保護行，各小區(qū)間用混凝土筑埂相互隔離，混凝土埂埋深55 cm。試驗設(shè)5個土壤水分調(diào)控下限和1個雨養(yǎng)灌溉(旱作)處理，分別記為W1、W2、W3、W4、W5、CK，采用隨機區(qū)組布置，每個處理重復(fù)3次。春青稞全生育期內(nèi)，當(dāng)試驗小區(qū)土壤含水率達到或接近表1中所示土壤含水率下限時進行灌水，灌水上限均為田間持水率，依據(jù)土壤容重、計劃濕潤層深度(0.4 m)和土壤含水量計算每次灌水量。灌水方式為畦灌，用水表進行精量控制。

圖1 試驗?zāi)甓仍囼灥亟邓?、相對濕度和氣溫Fig.1 The precipitation, relative humidity and surface temperature

表1 全生育期不同灌溉處理土壤水分下限

注：θf為田間持水率。

Note:θfis the field capacity.

1.3 測定項目及方法

1.3.1 土壤水分 土鉆法取0～40 cm土層土樣，分0～10、10～20、20～30、30～40 cm 4個土層，播前1 d及播后全生育期內(nèi)每隔7 d取土，采用烘干法測土壤水分，最后取各土層含水量的加權(quán)平均值為0～40 cm土層土壤含水率。

1.3.2 耗水量、日耗水強度及耗水模系數(shù)

(1)耗水量采用水量平衡法計算，計算公式為：

(1)

式中,ETⅠ﹣Ⅱ為春青稞階段耗水量(mm)；i為土層序號；n為土層總數(shù)；ri為第i層土壤干容重(g·cm-3)；Hi為第i層土壤厚度(cm)；WiⅠ、WiⅡ分別為第i層土壤在階段始、末的質(zhì)量含水量(%)；M、P分別為階段內(nèi)灌水量和降雨量(mm)；K為階段內(nèi)地下水補給量(mm)，試驗區(qū)地下水埋深大于10 m，故K=0；D為階段內(nèi)排水量(mm)，本試驗灌水量小，灌水后經(jīng)測算土壤貯水量，發(fā)現(xiàn)無滲漏產(chǎn)生，故D=0。

(2)日耗水強度是表征植株群體在單位時間內(nèi)的耗水量，反映生育階段灌水、氣象對作物生長發(fā)育的綜合影響。日耗水強度為某一階段耗水量除以該階段持續(xù)的天數(shù)(mm·d-1)。

(3)耗水模系數(shù)為某一生育階段耗水量占全生育期總耗水量的比重，與生育階段持續(xù)時間的長度及日耗水強度大小有關(guān)。

1.3.3 產(chǎn)量 收獲期在每小區(qū)選擇長勢均勻的1 m×1 m樣方，單獨脫粒測產(chǎn)；每小區(qū)采樣20株，統(tǒng)計穗長、單穗重、百粒重等產(chǎn)量構(gòu)成因素。

1.3.4 生長指標(biāo) 在苗期、分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期、乳熟期、成熟期于每小區(qū)選取10株春青稞，利用直尺分別測定株高、葉面積(長×寬×0.72)，其中葉面積相對增長率為單位時間內(nèi)葉片面積的增長速度(cm2·cm-2·d-1)。

1.3.5 地上干物重 在苗期、分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期、乳熟期、成熟期，每小區(qū)選取15株春青稞地上部分，并裝入牛皮袋于105℃的烘箱中殺青30 min，后調(diào)至80℃烘8 h后(干物質(zhì)量恒定后)測定干物重。

1.3.6 水分利用效率 水分利用效率是表征作物對水分利用程度的指標(biāo)，計算公式為：

WUE=Ya/ETa

(2)

式中，WUE表示作物水分利用效率(kg·m-3)；Ya為籽粒產(chǎn)量(kg·hm-2)；ETa為生育期耗水量(m3·hm-2)。

1.3.7 收獲指數(shù) 作物收獲指數(shù)是作物收獲時籽粒產(chǎn)量與生物產(chǎn)量的比值，能反映出作物品種產(chǎn)量水平和栽培成效，計算公式為：

HI=Ya/Sa

(3)

式中,HI表示作物收獲指數(shù)；Ya為籽粒產(chǎn)量(kg·hm-2)；Sa為地上干物重(kg· hm-2)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Office Excel 2010處理數(shù)據(jù)并作圖；用軟件SPSS 19.0進行相關(guān)性分析，并用 LSD法進行差異顯著性分析(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同土壤水分下限調(diào)控灌溉對春青稞生長特性的影響

2.1.1 株高 由圖2可知，不同水分調(diào)控下限處理的春青稞株高變化趨勢一致，均表現(xiàn)為前期緩慢增長、中期快速生長、后期緩慢降低的趨勢。拔節(jié)期前各處理株高差異不顯著，之后迅速增長；抽穗期W3、W4、W5處理的株高明顯大于W1、W2，說明抽穗期低水分調(diào)控下限對株高的促進作用更顯著。至乳熟期，各處理株高達到峰值，以W1最大、CK最小，其他處理介于76.8～115.1 cm之間。成熟期，作物植株衰老，營養(yǎng)器官生殖生長加快，引起各處理的株高較乳熟期均有所降低，降幅分別為4.25%(W1)、7.05%(W2)、4.29%(W3)、1.77%(W4)、0.49%(W5)和18.49%(CK)。整體上，灌水處理促進了春青稞株高生長，其中抽穗期、乳熟期的株高較CK平均提高了37.28%和44.33%。此外，分析不同生育時期株高變化對水分下限的響應(yīng)發(fā)現(xiàn)，抽穗期、乳熟期較其他生育時期對水分變化響應(yīng)敏感。

注：SS：苗期；TS：分蘗期；JS：拔節(jié)期；HS：抽穗期；MS：乳熟期；RS：成熟期。誤差線表示平均值的標(biāo)準(zhǔn)誤(n=3)。不同字母表示同一生育期各處理在P<0.05水平上差異顯著,下同。Note: SS: seedling stage; TS: tillering stage; JS: jointing stage; HS: heading stage; MS: milky stage; RS: ripening stage. Error bars indicate the standard error for each date point (n=3). Different letters indicate significant difference in the same growth period among different treatments at P<0.05 level, the same below.圖2 不同水分處理對春青稞株高的影響Fig.2 Effects of water treatments on plant heightof spring highland barley

2.1.2 單株葉面積 由圖3可知，各處理的單株葉面積變化為先升高再降低。拔節(jié)期前各處理單株葉面積差異不顯著；抽穗期W1、W2及CK的葉面積達到生育期峰值，而W3、W4、W5葉面積峰值出現(xiàn)在乳熟期，但該時期W1、W2葉面積呈降低趨勢；乳熟期各處理葉面積變化表現(xiàn)出明顯的層次性，即隨著灌水下限的降低，單株葉面積逐漸增大。在抽穗～成熟期階段，W3處理的單株葉面積變化較為穩(wěn)定，且較其他處理葉面積衰減緩慢，利于光合產(chǎn)物積累。此外，該階段各處理的單株葉面積由大到小排序為：W5>W4>W3>CK>W2>W1，說明低水分調(diào)控下限能使春青稞葉片在生長后期保持較高的發(fā)展水平，利于提高春青稞群體生產(chǎn)力。春青稞葉面積相對增長變化如圖3所示。苗期～抽穗期各處理的葉面積相對增長率逐漸增大，至抽穗期達到最大，其峰值介于0.75～1.13 cm2·cm-2·d-1之間，說明該階段春青稞營養(yǎng)生長旺盛，各營養(yǎng)器官增長較快；抽穗期后W1、W2及CK葉面積相對生長率率先出現(xiàn)負值，為-0.20 cm2·cm-2·d-1，而W3、W4、W5的葉片仍保持相對正增長，其中以W4的相對生長率最高。與拔節(jié)～抽穗階段相比，葉片相對生長率顯著降低，以W3降幅最為明顯，為96.21%，W4次之(92.07%)。乳熟～成熟期所有處理的葉面積相對生長率均為負值且負增長顯著，表明抽穗期以后各灌水處理及對照(CK)的春青稞葉面積開始衰減，致使光合同化作用減弱。

2.2 不同土壤水分下限調(diào)控灌溉對春青稞耗水規(guī)律的影響

階段耗水量、耗水模系數(shù)和日耗水強度是分別從不同視角對春青稞耗水規(guī)律的表達[21]。從表2、3和表4可看出，春青稞全生育期耗水量總體變化呈現(xiàn)先升高后降低再回升的變化趨勢。各處理間全生育期W1的耗水量最大，為572.25 mm；旱作處理CK最小，較其他處理平均降低了52.5%，差異顯著；其他處理全生育期耗水量介于534.26～559.15 mm之間。W3、W4、W5處理下的耗水量則隨土壤水分調(diào)控下限的降低而減小，這與時學(xué)雙等[18]的研究結(jié)論一致。此外，W3、W4、W5較W1和W2均降低了全生育期耗水量，但差異不顯著。

圖3 不同水分處理對春青稞葉面積及其相對生長率的影響Fig.3 Effects of water treatments on leaf area and leaf area relative growth rate of spring highland barley

總體上，全生育期各處理下的春青稞耗水強度、耗水模系數(shù)與耗水量變化趨勢一致，均在拔節(jié)期或抽穗期達到峰值，最大耗水強度為7.18 mm·d-1。W3、W4、W5較W1和W2春青稞耗水強度降低，但差異不顯著，全生育期耗水強度基本在5 mm·d-1左右浮動，但較CK差異顯著。W1處理下的春青稞全生育期耗水強度最大 (4.93 mm·d-1)，CK最低(2.26 mm·d-1)；W3、W4、W5處理下的春青稞全生育期耗水強度變化趨勢與耗水量一致，即隨水分調(diào)控下限的降低而降低，但降幅不明顯。

2.3 不同土壤水分下限調(diào)控灌溉對春青稞干物質(zhì)積累的影響

由圖4可知，全生育內(nèi)各處理春青稞干物質(zhì)積累呈“S”型增長模式，即生育前期和后期積累緩慢、中期較快。整體上，各生育階段不同處理間干物質(zhì)積累無顯著差異。但各處理對干物質(zhì)積累的影響不同，處理W1、W2、W3、W4、W5較CK提高了干物質(zhì)積累量，平均增幅13.95%，以抽穗期增幅最大，說明灌溉提高了春青稞干物質(zhì)積累量。抽穗至成熟期，W3處理下的春青稞物質(zhì)積累量始終最大，較CK平均提高了37.47%。與W1、W2相比，W3、W4、W5均不同程度地降低了各生育期干物質(zhì)積累量，但降幅較小。此外，隨著水分調(diào)控下限的降低，春青稞生長后期的干物質(zhì)積累量也逐漸降低。至成熟期，各處理的干物質(zhì)積累量表現(xiàn)為：W3>W2>W4>W5>W1>CK，表明適宜的水分調(diào)控下限利于春青稞地上干物質(zhì)的積累。

表2 不同水分處理下春青稞各生育期耗水量/mm

注：同列不同字母表示各處理的均值(n=3)在P<0.05水平上差異顯著，下同。

Note: Different letters in same column indicate the mean value (n=3) significant different at theP<0.05 level, the same below.

表3 不同水分處理下春青稞各生育期耗水模系數(shù)/%

表4 不同水分處理下春青稞各生育期耗水強度/(mm·d-1)

2.4 不同土壤水分下限調(diào)控灌溉對春青稞產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

不同處理下的春青稞產(chǎn)量及其構(gòu)成因素如表5所示。由表5可知，W1、W2、W3、W4、W5處理下的百粒重、穗長、穗粒數(shù)、單穗重較CK差異不顯著，說明本試驗中灌水量并非是影響春青稞產(chǎn)量構(gòu)成的主導(dǎo)因素。處理CK的春青稞籽粒產(chǎn)量最低，為4 064.27 kg·hm-2，其他處理的產(chǎn)量隨著水分調(diào)控下限的變化而變化。其中，W2較W1增產(chǎn)10.39%，初步認為百粒重、穗粒數(shù)、單穗重增加是W2產(chǎn)量提高的原因，W1、W2的產(chǎn)量與CK相比差異不顯著。

當(dāng)土壤水分調(diào)控下限介于45%～70%θf之間時，春青稞籽粒產(chǎn)量隨水分調(diào)控下限的降低表現(xiàn)出先增加后減少的趨勢，且產(chǎn)量差異性由極顯著向無差異變化，說明水分調(diào)控下限降至70%θf以下時，灌溉水量逐漸成為影響產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的主導(dǎo)因素之一[22]。W3、W4、W5分別較CK增產(chǎn)46.68%、53.46%、11.74%，平均增產(chǎn)率為37.29%。在W3、W4、W5三種處理中，W4的百粒重、穗長、穗粒數(shù)、單穗重最高，且較W1、W2籽粒產(chǎn)量分別提高了34.68%、22.01%，說明全生育期55%～60%θf水分調(diào)控下限并未給產(chǎn)量及其構(gòu)成因素產(chǎn)生負面影響。但當(dāng)水分調(diào)控下限降至45%～50%θf時，產(chǎn)量及其構(gòu)成因素逐漸降低，這是由于土壤水分過度虧缺致使青稞生殖生長出現(xiàn)不可逆危害，從而影響了籽粒產(chǎn)量。

圖4 不同水分處理對春青稞干物質(zhì)積累的影響Fig.4 Effects of water treatment on weight of dry matter of spring highland barley

表5 不同水分處理下春青稞產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

2.5 不同土壤水分下限調(diào)控灌溉對春青稞收獲指數(shù)和水分利用效率的影響

作物收獲指數(shù)是作物收獲時籽粒產(chǎn)量與生物產(chǎn)量的比值，能反映出作物品種特性和栽培成效。不同水分處理下的春青稞水分利用效率和收獲指數(shù)如表6所示。W1、W2處理下的水分利用效率較CK差異性極顯著，而收獲指數(shù)無差異。W2較W1提高了水分利用效率和收獲指數(shù)，但增幅不明顯。當(dāng)土壤水分調(diào)控下限由80%～85%θf降至45%～50%θf時，水分利用效率和收獲指數(shù)隨水分調(diào)控下限的降低而表現(xiàn)出先升高后降低的變化趨勢。其中，處理W4的水分利用效率最高，為1.15 kg·m-3，較W2、W1平均提高了32.95%。綜合試驗數(shù)據(jù)表明，若灌水時期安排適當(dāng)，較低的灌水量條件下水分利用效率也會大幅提高[23]。

由表6可知，不同處理間的春青稞全生育期總灌水量差異不顯著。當(dāng)水分調(diào)控下限降至75%θf以下時，全生育期總灌水量逐漸降低，但降幅不明顯。其中，W5的全生育期總灌水量最低，為 238.57 mm，較W1降低了47 mm。整體上，W3、W4、W5處理下的春青稞全生育期平均總灌水量為248.46 mm，較W1、W2平均降低了21 mm。試驗表明，林芝河谷地區(qū)春青稞全生育期總灌水量約在238～285 mm之間，平均總灌水量為256.7 mm。

表6 不同水分處理條件下春青稞收獲指數(shù)及水分利用效率

3 討 論

3.1 春青稞生長變化對土壤水分下限調(diào)控的響應(yīng)

作物株高、葉片生長與土壤水分含量及生育階段相關(guān)，適宜的土壤水分對作物正常生長及發(fā)育至關(guān)重要。作物對水分變化的長期自我調(diào)控，將影響植株高度、葉面積、莖粗等[24]。本試驗結(jié)果表明，不同水分調(diào)控下限對春青稞株高、葉面積形成均有影響，尤其對中后期的生長影響尤為顯著。各灌水處理較雨養(yǎng)灌溉顯著促進了春青稞株高的生長，其中抽穗期、乳熟期的株高較雨養(yǎng)灌溉平均提高了37.28%和44.33%。當(dāng)土壤水分脅迫下限由65%～70%θf降至45%～50%θf時，春青稞株高、葉面積未明顯表現(xiàn)出隨水分調(diào)控下限的降低而出現(xiàn)升高或減小的規(guī)律。時學(xué)雙等[18]研究認為全生育期水分脅迫處理下的春青稞株高較充分灌溉處理的低，然而本試驗抽穗期水分脅迫處理W3、W4、W5株高反而大于充分灌水處理W1、W2，并以W4處理最高(102.7 cm)，且較W1、W2分別提高了11.56%和4.31%，說明抽穗期土壤水分含量過高并不利于試驗區(qū)春青稞株高增長，同時也進一步證明了春青稞株高變化除受水分影響外，還與生育階段有關(guān)。乳熟～成熟階段，各處理株高均呈下降趨勢，降幅以CK最大(18.49%)。其中，水分脅迫處理W4、W5降幅較充分灌水處理W1、W2小，說明45%～60%θf的灌水下限處理的春青稞在生長后期仍能保持較高的植株高度。

全生育期各處理的春青稞單株葉面積變化與株高類似，總體均呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢，且峰值均出現(xiàn)在抽穗～乳熟階段。然而，單株葉面積變化對不同水分處理的響應(yīng)存在差異，W1、W2及CK的葉面積峰值出現(xiàn)在抽穗期，水分脅迫處理W3、W4、W5出現(xiàn)在乳熟期。在抽穗～乳熟階段，W1、W2的單株葉面積顯著降低，且葉面積相對生長率出現(xiàn)負值，為-0.20 cm2·cm-2·d-1；而W3、W4、W5總體呈上升趨勢，即葉片仍保持相對正增長，表明水分脅迫處理W3、W4、W5較充分灌水處理W1、W2保持了較高的灌漿水平，光合同化作用較強，這與黃彩霞等[25]研究結(jié)論一致；乳熟期所有處理的葉片均表現(xiàn)出衰減跡象，葉面積相對生長率呈顯著負增長?？傮w上，生長后期W3、W4、W5處理的單株葉面積大于W1、W2，表明水分脅迫在一定程度上能延緩葉片衰老，使春青稞葉面積在生長后期仍保持較高的水平，利于積累光合產(chǎn)物。

3.2 春青稞耗水變化對土壤水分下限調(diào)控的響應(yīng)

作物生長與水密切相關(guān)，其耗水途徑主要包括植株蒸騰、棵間蒸發(fā)。受作物種類、生長發(fā)育階段、氣候條件及農(nóng)田水分狀況等影響，不同作物或同一作物不同階段的耗水規(guī)律存在差異。苗期春青稞株體小、地面覆蓋度低，空氣溫度不高、降水少(圖1)，故耗水量、耗水強度低；至拔節(jié)～抽穗階段，春青稞株高、葉片生長活動旺盛，同時氣溫升高、葉片氣孔開度大，加之降水增加，使春青稞蒸騰耗水增大；抽穗期后，春青稞生殖發(fā)育逐漸取代生長發(fā)育，其生長速率減緩，光合作用降低，進而蒸騰耗水減少；成熟期，降雨量急劇增加使土壤長期濕潤，且空氣溫度升至生育期峰值，加之試驗區(qū)土壤耕作層淺薄，致使土面蒸發(fā)強烈，進而引起春青稞耗水量及耗水強度再次升高，這是引起本試驗春青稞全生育期耗水量、耗水強度總體均呈現(xiàn)“先升高后降低再回升”的變化趨勢的主要原因。此外，田德龍等[12]、徐冰[13]也得出相似結(jié)論。

有研究認為，在作物及其種植方式、氣候因素相同的條件下，灌水充分，則作物耗水量增加[17]。本試驗結(jié)果表明：與旱作相比，灌溉條件下春青稞耗水量及耗水強度受灌水量影響較大，即隨著灌水量增大，作物耗水量增加。受階段性干旱影響，土壤相對干燥，棵間蒸發(fā)強度減弱，土壤毛管傳導(dǎo)度降低，致使雨養(yǎng)灌溉下春青稞根系吸水受阻[26]。此外，干旱加速了葉片衰老，引起葉片持綠性下降及葉面捕光能力降低，且使氣孔水分擴散阻力增加，導(dǎo)致光合速率[11,27-28]減弱，進而降低了作物蒸騰耗水，使CK處理的春青稞生育期耗水量、耗水強度最低，分別為262.50 mm、2.26 mm·d-1。W1處理的春青稞生育期總耗水量最大，主要原因為該處理較其他處理灌水頻繁，田面時常濕潤，受溫度和太陽輻射影響，土壤無效蒸發(fā)相對增加，且該處理下的青稞株體較其他處理生長旺盛，致使作物耗水量及耗水強度增大。當(dāng)土壤水分調(diào)控下限降至65%～70%θf以下時[18]，作物微觀表現(xiàn)為水分脅迫抑制了細胞伸長；宏觀表現(xiàn)為減緩了葉片伸展速率，致使葉片受光面積減小，光合勢下降，影響葉片蒸騰強度。同時，水分脅迫降低了植株群體蒸騰面積[22,29-31]。這些因素共同作用勢必會引起W3、W4、W5處理下的春青稞耗水量較W1的低。本研究發(fā)現(xiàn)，春青稞全生育期耗水量、耗水強度均隨水分調(diào)控下限的降低而降低，其中處理W5的耗水量、耗水強度最低。此外，不同生育期水分脅迫對春青稞生長及產(chǎn)量會產(chǎn)生影響，但就試驗區(qū)春青稞生長對水分脅迫敏感的生育時期及其需水規(guī)律還需進一步研究。

3.3 春青稞干物質(zhì)積累及產(chǎn)量對土壤水分下限調(diào)控的響應(yīng)

有研究認為，水分是影響作物干物質(zhì)積累的重要因子[32]。宋霄君等[33]研究表明，水分脅迫下春小麥?zhǔn)斋@期的營養(yǎng)器官干物重較大。張步翀[34]研究得出，適度適期的水分脅迫利于春小麥地上干物質(zhì)的積累。本研究結(jié)果表明，灌水處理較旱作處理顯著提高了春青稞干物質(zhì)積累量。抽穗至成熟期，W3處理下的春青稞干物質(zhì)積累量始終最大，其干物質(zhì)生長速率分別較充分灌水(W1與W2的均值)處理及CK提高了14.83% 和35.53%。因全生育期土壤水分變化的累積效應(yīng)影響，成熟期各處理的干物質(zhì)積累量為W3>W2>W4>W5>W1>CK，表明水分脅迫處理的干物質(zhì)積累量及積累速率隨水分脅迫程度的加重而降低，這與張殿忠等[35]研究結(jié)論一致。而李玉慶等[36]利用青稞生長動力學(xué)模型模擬認為土壤水分脅迫下的春青稞干物質(zhì)積累變化呈非線性，這可能與作物品種特性及生態(tài)條件的差異有關(guān)，而關(guān)于不同品種或不同生境下的春青稞干物質(zhì)積累動態(tài)及其對水分脅迫的響應(yīng)，需進一步定量研究。

適宜的水分調(diào)控下限能改善土壤水分生境，為青稞生長發(fā)育及產(chǎn)量形成創(chuàng)造良好的條件。本試驗發(fā)現(xiàn)，CK處理的春青稞籽粒產(chǎn)量最低，僅為4 064.27 kg·hm-2；比較W1與W2，發(fā)現(xiàn)當(dāng)灌水下限降至75%～80%θf時，全生育期耗水量、灌溉量分別降低了13.10 mm和33.32 mm，而春青稞籽粒產(chǎn)量顯著增加，增幅為10.39%。從產(chǎn)量構(gòu)成角度分析，灌水下限由80%～85%θf降至75%～80%θf時，青稞穗長稍有縮短，但百粒重、穗粒數(shù)、單穗重均提高，這是處理W2籽粒產(chǎn)量提高的主要原因。

有研究表明，水分脅迫在一定程度上能增強作物的抗逆性[37-39]，誘發(fā)反沖機制，發(fā)揮增益作用，促進群體生長率和光合凈同化率，增加籽粒干物質(zhì)積累，從而提高作物籽粒產(chǎn)量[30-31]。本試驗研究表明，W3、W4、W5較CK具有增產(chǎn)作用，且隨著土壤水分下限的降低，籽粒產(chǎn)量、百粒重、穗長、穗粒數(shù)、單穗重均表現(xiàn)為先增加再降低的趨勢，但只有籽粒產(chǎn)量差異性顯著，說明灌水量是影響產(chǎn)量的主導(dǎo)因素之一，而非影響產(chǎn)量構(gòu)成的唯一主導(dǎo)因素。此外，水分脅迫處理減少了春青稞全生育期耗水和灌水量(表1、表6)以及灌水次數(shù)，這進一步說明林芝河谷春青稞生產(chǎn)具有節(jié)水的潛力。其中，當(dāng)土壤水分調(diào)控下限降至55%～60%θf時，春青稞籽粒產(chǎn)量最高，為6 237.05 kg·hm-2，較CK增產(chǎn)2 172.78 kg·hm-2，增產(chǎn)率達53.46%，主要原因為試材品種“喜馬拉22號”抗逆性及耐旱性強[40-44]，水分脅迫下的氣孔開度和光合速率能保持較高水平[22]，適當(dāng)水分脅迫后及時復(fù)水能促進春青稞的生長發(fā)育，并增強作物的抗逆性[18]及提高作物群體生長率和光合凈同化率[21]，從而提高作物籽粒產(chǎn)量，說明作物補償生長效應(yīng)顯著。當(dāng)土壤水分調(diào)控下限降至50%θf以下時，春青稞產(chǎn)量及其構(gòu)成因素受水分虧缺影響開始下降。

3.4 春青稞水分利用效率、收獲指數(shù)對土壤水分下限調(diào)控的響應(yīng)

青稞具有一定抗旱性和節(jié)水潛力，而水分利用效率更是具有較大的提升空間[45]。研究發(fā)現(xiàn)，75%～80%θf的水分調(diào)控下限較80%～85%θf水分調(diào)控下限，春青稞節(jié)水率和水分利用效率分別提高了12%、11%。旱作處理下的春青稞收獲指數(shù)和水分利用效率要比80%～85%θf、75%～80%θf水分下限的高，但籽粒產(chǎn)量明顯降低，減產(chǎn)率分別為12.24%和20.50%，說明經(jīng)濟產(chǎn)量與水分利用效率不具有同步性，較高的產(chǎn)量往往需要消耗更多的水分，而干旱可獲得較高的水分利用效率，但對產(chǎn)量提高不利。

當(dāng)灌水下限的降低使春青稞生長因缺水而受不同程度的脅迫時，水分利用效率和收獲指數(shù)均隨土壤水分調(diào)控下限的降低表現(xiàn)出先升高后降低的變化特征。其中，當(dāng)土壤水分調(diào)控下限降至55%～60%θf時，春青稞水分利用效率和作物收獲指數(shù)分別為1.15 kg·m-3和0.40，明顯高于灌水下限為75%～85%θf時的0.82～0.91 kg·m-3和0.28～0.30；當(dāng)土壤水分調(diào)控下限降至50%θf以下時，春青稞收獲指數(shù)顯著降低，但水分利用效率降幅不明顯。

本研究中，土壤水分調(diào)控水平的變化對春青稞全生育期總灌水量和耗水量影響不顯著，但水分利用效率對水分調(diào)控下限的響應(yīng)表現(xiàn)出一定的規(guī)律性：即隨土壤水分調(diào)控下限的降低，水分利用效率先緩慢升高后逐漸降低，主要原因為在耗水量差異不顯著的情況下，春青稞籽粒產(chǎn)量隨土壤水分調(diào)控下限的降低而逐漸上升，至55%～60%θf水分調(diào)控下限時達到最大，此后又隨著水分調(diào)控下限的降低而降低。而時學(xué)雙等[18]在日喀則地區(qū)研究發(fā)現(xiàn)同樣的水分脅迫水平在重度水分脅迫向極度水分脅迫變化時，水分利用效率下降。綜上認為，處理W4在較少的灌溉水量下，春青稞籽粒產(chǎn)量和水分利用效率最優(yōu)。從節(jié)水增產(chǎn)的角度出發(fā)，基于本試驗環(huán)境下林芝河谷地區(qū)春青稞穩(wěn)產(chǎn)或增產(chǎn)的虧缺灌溉下限不應(yīng)低于55%～60%θf。

4 結(jié) 論

本研究以林芝河谷春青稞為研究對象，主要探究了高原生境下全生育期不同土壤水分調(diào)控下限對春青稞生長、耗水及產(chǎn)量的影響，主要結(jié)論如下：

1)全生育期土壤水分調(diào)控灌溉對林芝河谷春青稞中后期的株高、葉面積影響顯著。抽穗期水分脅迫處理的株高大于充分灌水處理，以處理W4最大，為102.7 cm。乳熟期春青稞單株葉面積隨灌水下限的降低而逐漸增大，即水分脅迫延緩了葉面積衰減速率。

2)春青稞生育期總耗水量隨土壤水分調(diào)控下限的降低直線下降，耗水強度在5 mm·d-1左右浮動。與W1、W2處理相比，W3、W4、W5處理降低了春青稞耗水量和耗水強度。

3)成熟期各處理的春青稞干物質(zhì)積累量排序為：W3>W2>W4>W5>W1>CK，表明水分脅迫條件下的干物質(zhì)積累量隨水分脅迫程度的加重而減少。水分利用效率和收獲指數(shù)均隨土壤水分調(diào)控下限的降低而先升高后降低。綜合發(fā)現(xiàn)，55%～60%θf的水分調(diào)控下限能在較小的灌水量下獲得最大的產(chǎn)量(6 237.05 kg·hm-2)和較高的水分利用效率(1.15 kg·m-3)?；诖?，本試驗條件下林芝河谷春青稞全生育期土壤水分調(diào)控下限為55%～60%θf時節(jié)水增產(chǎn)效益顯著。