春小麥耗水特征對播種方式及播種量的響應

張廷龍，陳建平，陳桂平，胡發(fā)龍，殷文，趙財，樊志龍*

春小麥耗水特征對播種方式及播種量的響應

張廷龍1，陳建平1，陳桂平2，胡發(fā)龍2，殷文2，趙財2，樊志龍2*

（1.永昌縣農業(yè)技術推廣服務中心，甘肅 金昌 737200；2.甘肅省干旱生境作物學重點實驗室/甘肅農業(yè)大學 農學院，蘭州 730070）

【】探究不同播種方式和播種量對春小麥耗水特征及水分利用效率的影響。采用裂區(qū)試驗，主區(qū)為播種方式：設寬幅勻播和傳統(tǒng)條播2種模式；副區(qū)為不同播種量：設D1：390 kg/hm2、D2：420 kg/hm2、D3：450 kg/hm2、D4：480 kg/hm2和D5：510 kg/hm2共計5個水平，研究了不同播種方式和播種量下的春小麥耗水量、產量和水分利用效率。播種量是春小麥各階段耗水量的主要影響因子，播種方式與播種量對春小麥拔節(jié)—乳熟、乳熟—完熟階段的耗水量具有顯著交互作用。寬幅勻播春小麥耗水量在D4處理時達到最大值，而傳統(tǒng)條播春小麥耗水量最大值出現在D3處理；寬幅勻播D2、D4、D5處理較傳統(tǒng)條播春小麥籽粒產量分別增加5.3%、21.0%和28.3%；寬幅勻播D4處理產量最高，較傳統(tǒng)條播最高產量D3處理增加8.8%；播種量每增加30 kg/hm2，寬幅勻播春小麥的平均增產率為8.4%，較傳統(tǒng)條播增大133.2%；寬幅勻播D4處理可使春小麥獲得最大水分利用效率，較傳統(tǒng)條播最大水分利用效率的D3處理提高6.6%。播種量是春小麥各階段耗水量及全生育期總耗水量的主要影響因子，寬幅勻播可在耗水不增加的情況下提高春小麥增密的產量效益，從而提高水分利用效率；寬幅勻播結合播種量480 kg/hm2可作為試驗區(qū)春小麥高產和水分高效利用的參考播種方式和播種量。

寬幅勻播；播種量；耗水特征；水分利用效率；春小麥

0 引言

【研究意義】水資源是限制我國西北干旱地區(qū)作物生產的關鍵因素，如何在有限水資源供給條件下提高糧食產量，是區(qū)域農業(yè)發(fā)展必須解決的核心問題[1-2]。通過密植成穗是提高分蘗力弱的小麥群體產量和資源利用效率的有效途徑[3-4]。在水資源有限的條件下，群體結構是否合理對通風透光、土壤水分、養(yǎng)分資源等內生境的影響巨大，最終對產量及水分利用具有決定性作用[5]。能否利用有效的農藝措施構建合理的群體結構，利用有限水資源獲得更高的產量，尚需深入研究。

【研究進展】寬幅勻播較傳統(tǒng)條播增加了小麥行距，可改善群體空間布局，促進地上部和根系生長，從而增強小麥密植增效潛力[6]。寬幅勻播較傳統(tǒng)條播能夠協(xié)調小麥冠層結構、根系生長、干物質累積，具有增產及提高氮肥利用率等方面的效應[6-8]。同時，播種量大小是影響作物群體大小及其資源利用效率的有效農藝措施，在一定范圍內，小麥耗水量隨播種量的增加而增大，但當超過播種量閾值時，其耗水量反而因作物生長受限呈降低趨勢[3-5]?！厩腥朦c】河西綠洲灌區(qū)是傳統(tǒng)的春小麥高產區(qū)，水資源匱乏是其生產的主要限制因子。寬幅勻播能夠使小麥在密植條件下協(xié)調個體生長并提高群體產量，明確寬幅勻播密植對春小麥耗水特征的影響如何，是否會增加春小麥耗水并影響其水分利用效率，可豐富寬幅勻播春小麥水資源高效利用的相關理論。

【擬解決的關鍵問題】本研究以傳統(tǒng)條播為對照，研究寬幅勻播春小麥在不同播種量下各階段及總耗水量，揭示密植對寬幅勻播春小麥產量和水分利用效率的影響，為西北干旱灌區(qū)及相似生態(tài)區(qū)春小麥水資源高效利用提供理論和實踐依據。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

田間試驗于2019年在甘肅省河西走廊東部永昌縣朱王堡鎮(zhèn)（38o2′N，102o6′E）進行。試驗區(qū)2010—2019年平均氣溫7.8 ℃，平均降水量179 mm，年平均蒸發(fā)量2 000.6 mm、無霜期145 d、日照時間2 884.2 h。2019年降水量和平均氣溫如圖1所示，春小麥全生育期降水量為183.9 mm。

圖1 2019年平均氣溫及降水量

1.2 試驗設計

小麥參試品種為“隴春30號”。采用裂區(qū)試驗設計，主區(qū)為播種方式，設寬幅勻播（W）和傳統(tǒng)條播（C）2種方式；副區(qū)為5個播種量水平，分別為D1：390 kg/hm2，D2：420 kg/hm2，D3：450 kg/hm2，D4：480 kg/hm2和D5：510 kg/hm2，每處理重復3次，共30個小區(qū)，小區(qū)長寬為8 m×5 m。

寬幅勻播處理使用寬幅勻播機播種，幅寬為12 cm，行距為22 cm；傳統(tǒng)條播行距為15 cm。小麥在3月22日播種，7月18日收獲。全生育期施純氮180 kg/hm2，P2O5150 kg/hm2，氮肥和磷肥均作為基肥施用。全生育期灌水量為240 mm，在苗期、孕穗期、灌漿期分別灌水75、90、75 mm，冬儲灌為120 mm。

1.3 測定指標與計算方法

1）土壤含水率：在每個小區(qū)中間，按0～10、10～20、20～30、30～60、60～90、90～120 cm分6個層次取土，應用烘干法測定土壤含水率（%）。

2）土壤貯水量（）：

式中：W為第層的質量土壤含水率（%）；C為第層的土壤體積質量（g/cm3）；H為第層的土層深度（cm）；土壤貯水量單位為（mm）。

3）階段耗水量（stage）：

stage=++t1-t2， （2）

式中：為1至2生育階段降水量（mm）；為1至2生育階段灌溉量（mm）；t1為1時土壤貯水量（mm）；t2為2時土壤貯水量（mm）。

4）全生育期總耗水量（total）：

total=++s-h， （3）

式中：為小麥播種至收獲期間的降水量（mm）；為小麥全生育期灌水量（mm）；s為小麥播種時的土壤貯水量（mm）；h為收獲時的土壤貯水量（mm）。

5）籽粒產量測定按小區(qū)進行。在距離邊界1 m的小區(qū)中間隨機選取4 m×2 m的樣方，收獲后采用單打單收的方法脫粒，曬干后折合為單位面積籽粒產量（kg/hm2）。

6）春小麥增密的產量效益（）：

Dn=(Dn-Dn-1)/Dn-1， （4）

式中：Dn為n播種量處理春小麥的籽粒產量；Dn-1為n-1播種量處理春小麥的籽粒產量。

7）水分利用效率（）：

=/total， （5）

式中：為小麥籽粒產量（kg/hm2）；total為小麥全生育期總耗水量（mm）。

1.4 數據統(tǒng)計分析

采用Excel 2016進行數據整理匯總和制圖，應用SPSS17.0軟件進行主效應分析和多重比較。

2 結果與分析

2.1 播種方式和播種量對春小麥耗水量的影響

2.1.1 不同播種方式及播種量下春小麥階段耗水量

在播種—出苗、出苗—拔節(jié)階段，春小麥耗水量受播種方式的影響不顯著，但播種量對其影響顯著，播種方式與播種量之間交互作用不顯著（表1）。隨著播種量的增加，寬幅勻播和傳統(tǒng)條播春小麥在播種至出苗期的耗水量均呈增大趨勢。其中，就2種播種方式平均值而言，在播種—出苗階段，D2處理較D1處理春小麥耗水量平均增加6.8%，D3處理較D2處理春小麥耗水量增加7.9%，D4處理較D3處理春小麥耗水量增加6.4%，D5處理較D4處理春小麥耗水量增加9.6%，差異均顯著；在出苗—拔節(jié)階段，D2處理較D1處理春小麥耗水量平均增加14.7%，D3處理較D2處理春小麥耗水量平均增加12.8%，D4處理較D3處理春小麥耗水量平均增加8.1%，D5處理較D4處理耗水量平均增加4.1%，差異均顯著。

在拔節(jié)—乳熟、乳熟—完熟階段，播種方式對春小麥耗水量的影響不顯著，播種量對其影響顯著，且播種方式與播種量之間具有顯著的交互作用。在寬幅勻播中，D4處理春小麥耗水量達到最大值，當播種量小于D4時春小麥耗水量隨播種量的增加而增大，而播種量大于D4時耗水量隨播種量的增大呈降低趨勢，其中在拔節(jié)—乳熟階段，D2處理較D1處理耗水量顯著增加7.1%，D3處理較D2處理耗水量顯著增加7.0%，D3、D4、D5處理之間差異不顯著；在傳統(tǒng)條播中，D3處理春小麥耗水量達到最大值，當播種量小于D3時春小麥耗水量隨播種量的增加而增大，而播種量大于D3時耗水量隨播種量的增大呈降低趨勢，D5處理較D4處理春小麥耗水量顯著降低6.2%。

表1 不同處理春小麥的階段耗水量

注 不同字母表示同一列數據在0.05水平下差異顯著。NS表示在0.05水平影響不顯著。

2.1.2 不同播種方式春小麥全生育期總耗水量

播種方式對春小麥總耗水量的影響不顯著（播種方式=0.168＞0.05），播種量對春小麥總耗水量具有顯著影響（播種量=0.016＜0.05），且播種方式與播種量對春小麥總耗水量具有顯著的交互作用（播種方式×播種量=0.042＜0.05）。在寬幅勻播中，D4處理春小麥總耗水量達到最大值（圖2，圖柱上方不同字母表示各處理數據在0.05水平下差異性顯著；誤差線表示各處理數據3次重復的標準誤。下同。），其中D2處理較D1處理春小麥總耗水量顯著增加11.0%，D3處理較D2處理總耗水量顯著增加6.3%，D3、D4、D5處理之間差異不顯著；在傳統(tǒng)條播中，D3處理春小麥耗水量達到最大值，其中D2處理較D1處理春小麥總耗水量顯著增加7.8%，D3處理較D2處理總耗水量顯著增加8.8%，而D3處理與D4處理之間差異不顯著，D4處理與D5處理之間差異不顯著，D5處理較D3處理耗水量顯著降低4.1%。

圖2 不同處理春小麥的總耗水量

2.2 播種方式和播種量對春小麥籽粒產量的影響

2.2.1 籽粒產量

播種方式和播種量對春小麥籽粒產量均有顯著影響（播種方式=0.027＜0.05，播種量=0.003＜0.05），且具有顯著的交互作用（播種方式×播種量=0.039＜0.05）。就不同播種方式而言，尤其在較大播種量時，寬幅勻播較傳統(tǒng)條播使春小麥獲得較高籽粒產量（圖3），在D2、D4、D5處理中分別較傳統(tǒng)條播春小麥籽粒產量增加了5.3%、21.0%和28.3%，差異均顯著，在D1和D3處理播種量下，寬幅勻播與傳統(tǒng)條播春小麥籽粒產量之間無顯著差異。不同播種量處理之間，其中D2處理春小麥籽粒產量較D1處理增加17.6%，D3處理較D2處理增加14.4%，D4處理較D3處理增加10.6%，差異均顯著，D5處理較D4處理春小麥籽粒產量顯著減少9.1%；在傳統(tǒng)條播中，D2處理較D1處理春小麥籽粒產量增加16.2%，D3處理較D2處理增加22.5%，而D4處理較D3處理春小麥籽粒產量減少10.1%，D5處理較D4處理春小麥籽粒產量減少14.3%，差異均顯著。在所有處理中，寬幅勻播D4處理可使春小麥獲得最高籽粒產量。

圖3 不同處理春小麥的籽粒產量

2.2.2 播種量增產率

在本試驗播種量范圍內，播種量每增加30 kg/hm2，寬幅勻播春小麥的平均增產率為8.4%，較傳統(tǒng)條播高133.2%，差異顯著（圖4）。在寬幅勻播中，當播種量小于D4處理時，春小麥增產率隨播種量的增大而降低，D5處理的播種量增產率反而為負值；在傳統(tǒng)條播中，D3處理較D2處理春小麥的播種量增產率增大38.6%，差異顯著，但D4、D5處理春小麥的播種量增產率為負值。

圖4 不同處理春小麥播種量增產率

2.3 不同播種方式春小麥水分利用效率對播種量的響應

播種方式、播種量均對春小麥水分利用效率（）有顯著影響（播種方式=0.013＜0.05，播種量=0.002＜0.05），且對春小麥的交互作用顯著（播種方式×播種量=0.027＜0.05）。不同播種方式之間相比較，寬幅勻播在D1、D4、D5處理播種量條件下，分別較傳統(tǒng)條播春小麥提高6.6%、17.8%和23.7%，差異均顯著（圖5）。因存在交互作用，播種量處理對春小麥的影響在不同播種方式中表現不同。在寬幅勻播中，D4處理使春小麥獲得最大值，其中D2處理較D1處理春小麥提高5.9%，D3處理較D2處理提高7.7%，D4處理較D3處理提高6.5%，而D5處理較D4處理春小麥降低6.8%，差異均顯著。在傳統(tǒng)條播中，D3處理使春小麥獲得最大值，其中D2處理較D1處理春小麥提高7.9%，D3處理較D2處理提高12.7%，但是D4處理較D3處理春小麥降低9.5%，D5處理較D4處理春小麥降低11.2%，差異均顯著?？傮w上，在所有處理中，寬幅勻播在D4播種量條件下可使春小麥獲得最大值。

圖5 不同處理春小麥的水分利用效率

3 討論

3.1 不同密度下寬幅勻播春小麥的耗水特征

春小麥播種—出苗、出苗—拔節(jié)階段的耗水量受播種方式的影響不顯著，播種量對其影響顯著，主要原因可能在于播種方式對小麥拔節(jié)期之前個體水分吸收消耗的影響不大，而群體耗水量的差異主要來源于種子吸脹、苗期個體水分消耗在數量上的累積效應。群體結構對春小麥全生育期耗水量具有顯著影響，在一定密度范圍內，春小麥耗水量隨密度的增加而增大，但當超過密度閾值時，由于個體生長受限，耗水量隨密度的增加反而呈降低趨勢[9]。本研究中，在同一播種量處理中，播種方式對春小麥各階段及總耗水量的影響不顯著，春小麥耗水主要受播種量的影響，且播種方式和播種量對春小麥拔節(jié)—乳熟、乳熟—完熟的階段耗水量及全生育期總耗水量的交互作用顯著。因此，在寬幅勻播中，春小麥耗水量最大值出現在D4處理，繼續(xù)增大播種量小麥耗水量反而降低；而傳統(tǒng)條播春小麥耗水量最大值出現在D3處理中。主要原因在于寬幅勻播春小麥更合理的群體結構，使個體分布更加均勻，削弱了生長中后期個體之間對土壤水分的競爭，使其在密植條件下更有效地利用土壤水分[10-11]。

3.2 寬幅勻播春小麥增密的產量效益

種植密度是調控作物群體大小最直接有效的農藝措施[12-14]。當群體密度過小時，雖然有利于個體物質積累和生長發(fā)育，但群體產量不高；當群體密度過大時，會增強個體之間對資源的競爭，從而影響個體的生長發(fā)育，最終影響群體產量[15-18]。寬幅勻播能夠改變小麥空間布局，緩解個體之間對生長資源的競爭，使冬小麥在較高密度時保持較高的穗質量和穗粒質量，從而提高冬小麥產量[8, 16-17]。本研究表明，寬幅勻播春小麥密植增產率較傳統(tǒng)條播提高133.2%，具有更強的耐密能力；寬幅勻播春小麥在D4處理中可獲得最高產量，較傳統(tǒng)條播最高產量D3處理增產8.8%。因此，寬幅勻播較傳統(tǒng)條播春小麥具有更大的密植增產潛力。

一般情況下，增密在提高作物產量的同時會增加水分消耗，密度過大會造成耗水量的增大，水分利用效率并未隨產量的增加而提高，甚至呈降低趨勢[19]。寬幅勻播能夠為春小麥構建更為合理的群體結構，從而有利于個體在密植條件下對生長資源的吸收利用，從而獲提高資源利用效率[10, 20]。本研究中，寬幅勻播春小麥在D4處理中可獲得最大產量，但較D3處理并未顯著增大耗水量，可顯著提高春小麥。寬幅勻播D4處理春小麥較傳統(tǒng)條播最大值（D3處理）提高6.6%。表明寬幅勻播合理密植較傳統(tǒng)條播更有利于提高干旱灌區(qū)春小麥的水分利用效率。

4 結論

①相對于播種方式，播種量是春小麥耗水量的主要影響因子。②寬幅勻播因改變群體結構較傳統(tǒng)條播增強了耐密能力，在耗水不增加的情況下增強了春小麥增密的產量效益，從而提高產量和水分利用效率。③寬幅勻播結合播種量480 kg/hm2可作為試區(qū)春小麥增產和水分高效利用的參考。

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Planting Pattern and Seeding Rate Combine to Affect Water Consumption of Spring Wheat

ZHANG Tinglong1, CHEN Jianping1, CHEN Guiping2, HU Falong2, YIN Wen2, ZHAO Cai2, FAN Zhilong2*

(1. Agricultural Technology Extension Service Center of Yongchang, Jinchang 737200, China; 2.Gansu Provincial Key Laboratory of Arid Land Crop Science/College of Agronomy, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, China)

【】Water consumption by crops depends on many abiotic and biotic factors. The purpose of this paper is to investigate how planting pattern and seeding rate affect water uptake by crops and its consequence for water use efficiency. 【】The experiment was conducted in a field with spring wheat used as the model plant. It consisted two planting patterns: Traditional strip planting, and widen strip planting. For each planting pattern, there are five seeding rates: 390 kg/hm2(D1), 420 kg/hm2(D2), 450 kg/hm2(D3), 480 kg/hm2(D4) and 510 kg/hm2(D5). During the experiment, we measured and calculated water consumption, grain yield and water use efficiency of the wheat.【】Seeding rate affected water consumption the most in all growing stages. In the jointing-milk ripe stage and milk ripe-complete ripeness stage, the planting pattern and seeding rate combined to affect water consumption at significant level. When drilling the seeds in the widen strip, water consumption of the wheat increased with seeding rate peaking in D4 treatment, while when sowing the seeds in traditional strip, water consumption of the wheat maximized in D3 treatment. Widening the sowing strip increased the wheat yield of D2, D4 and D5 by 5.3%, 21.0% and 28.3%, respectively, compared their associated seeding rate in traditional planting pattern. The highest grain yield was D4 drilled in the widen planting pattern, increasing by 8.8% compared with D3 planted in traditional strip. On average, increasing seed rate by each 30 kg/hm2in the widen strip planting pattern led to a 8.4% increase in grain yield, equivalent to 133.2% of the yield of traditional planting strip. The maximal water use efficiency () was in D4 sowed in the widen strip, which was 6.6% higher than the maximalachieved in D3 planted in traditional strip.【】Seeding rate was the factor affecting water consumption of spring wheat the most; widening sowing strip combined with increasing seeding rate can improve grain yield andof the wheat. In our experiment, widening the sowing strip combined with 480 kg/hm2of seeding rate were most effective in simultaneously improving wheat yield and water use efficiency.

widen sowing pattern; seeding rate; water consumption; water use efficiency; spring wheat

S512.11

A

10.13522/j.cnki.ggps.2021107

1672 – 3317（2021）09 - 0011 - 06

張廷龍, 陳建平, 陳桂平, 等. 春小麥耗水特征對播種方式及播種量的響應[J]. 灌溉排水學報, 2021, 40(9): 11-16.

ZHANG Tinglong, CHEN Jianping, CHEN Guiping, et al. Planting Pattern and Seeding Rate Combine to Affect Water Consumption of Spring Wheat [J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2021, 40(9): 11-16.

2021-03-27

國家自然科學基金項目（31771738）；國家公益性行業(yè)（農業(yè)）科研專項（201503125-3）；甘肅農業(yè)大學人才引進專項（GAU-RCZX-201705）；甘肅農業(yè)大學盛彤笙科技創(chuàng)新基金項目（GSAU-STS-1439）

張廷龍（1966-），男。高級農藝師，主要從事作物水肥高效利用技術研究。E-mail：350179131@qq.com

樊志龍（1987-），男。副教授，博士，主要從事多熟種植水肥高效利用、旱地綠肥栽培理論與技術研究。E-mail: fanzl@gsau.edu.cn

責任編輯：趙宇龍