不同灌水定額對(duì)北疆小麥生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響

陳凱麗，趙經(jīng)華，馬 亮，馬英杰

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，烏魯木齊 830052)

新疆地處干旱半干旱地區(qū)，是我國(guó)典型的灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)，農(nóng)業(yè)用水占總用水量的96%[1,2]。依據(jù)2011年全國(guó)農(nóng)田灌溉用水有效利用系數(shù)表明，新疆農(nóng)田灌溉用水的有效利用系數(shù)為0.491，顯著低于全國(guó)平均水平[3]。因此，提高農(nóng)業(yè)水資源利用率，擴(kuò)大節(jié)水灌溉應(yīng)用面積便顯得尤為重要。滴灌是一種先進(jìn)的現(xiàn)代化節(jié)水灌溉技術(shù)，與傳統(tǒng)節(jié)水灌溉技術(shù)相比，節(jié)水效率約提高70%～80%[4]。正確的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和高水平的田間作物水分管理?xiàng)l件下，滴灌能夠適時(shí)適量地進(jìn)行灌溉，在作物的根區(qū)創(chuàng)造出適宜的水、肥、氣、熱等條件，從而獲得節(jié)水、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的效果[5]。目前，新疆大部分地區(qū)已采用滴灌技術(shù)，己成為世界上應(yīng)用滴灌技術(shù)面積最大的地區(qū)[6]，并產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。但對(duì)于種植的作物而言，大部分都應(yīng)用在果樹(shù)、蔬菜、棉花等經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高的作物上[7-9]，對(duì)于小麥、玉米等經(jīng)濟(jì)價(jià)值較低的糧食作物上應(yīng)用滴灌灌溉的相對(duì)較少。新疆的第1大糧食作物是小麥，其種植面積占糧食作物的65%以上[10]。因此，探究滴灌小麥的合理灌溉制度，對(duì)于進(jìn)一步發(fā)展新疆節(jié)水灌溉就顯得尤為重要。

1 實(shí)驗(yàn)區(qū)概況和試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2015年4-8月在阿爾泰地區(qū)福?？h闊克阿尕什鄉(xiāng)渾沃爾海進(jìn)行(東經(jīng)87°35′56″- 87°36′01″，北緯47°00′56″- 47°01′56″)。實(shí)驗(yàn)站地勢(shì)平坦，坡度較小。此處稱為“臺(tái)地”，戈壁荒灘，與縣城高差約30～50 m，海拔平均高度445 m，多年平均氣溫為4.20 ℃，極端最高氣溫為39.30 ℃，極端最低氣溫為-41.20 ℃，多年平均降水量為121.90 mm，多年平均蒸發(fā)量為1 820.10 mm。土壤質(zhì)地定為多礫石沙土，保水保肥性差，土壤肥力低下。土壤干密度1.56～1.70 g/cm3，田間持水率(體積比)12%～26%。

1.2 供試材料

供試品種為新春11號(hào)，4月20日播種，4月30日進(jìn)入出苗期，8月5日收割。施肥和其他管理措施與當(dāng)?shù)卮筇镆恢隆?/p>

1.3 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)采用不同灌水定額作為試驗(yàn)自變量，用以探究滴灌下不同灌水定額對(duì)小麥生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響。春小麥作物共設(shè)6個(gè)試驗(yàn)處理(T1:225 m3/hm2；T2:300 m3/hm2；T3:375 m3/hm2； T4:450 m3/hm2；T5:525 m3/hm2；T6:600 m3/hm2)。每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)試驗(yàn)，即春小麥作物種植區(qū)共設(shè)置18個(gè)灌水小區(qū)。小區(qū)排列采取隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每小區(qū)長(zhǎng)42 m，寬7.2 m，小區(qū)面積302.4m2，折合0.030 24 hm2。

春小麥灌溉方式采用滴灌系統(tǒng)，滴管帶為北屯雨潤(rùn)節(jié)水設(shè)備公司出產(chǎn)的單翼迷宮式滴灌帶，毛管間距0.6 m，滴頭間距0.2 m，壓力0.1 MPa時(shí)滴頭流量3.6 L/h。春小麥全生育期共澆水11次，分別為4月24日，5月15日，5月22日，6月1日，6月8日，6月15日，6月20日，6月25日，7月1日，7月9日，7月14日。

1.4 測(cè)試項(xiàng)目及方法

(1)株高。自出苗后，每隔15 d用米尺測(cè)量一次株高。測(cè)量方法為：每小區(qū)取25 cm行長(zhǎng)的樣本，剪去根部，留下地面以上部分，量取其長(zhǎng)度，并取每小區(qū)平均值為該小區(qū)株高。

(2)葉面積指數(shù)。測(cè)定方法為長(zhǎng)寬系數(shù)法，校正系數(shù)取0.75[11]。在每個(gè)生育時(shí)段初期，各小區(qū)的分別取25 cm行長(zhǎng)的樣本，確定其分蘗數(shù)，從中選取5個(gè)分蘗并用直尺測(cè)量小麥分蘗上葉片的最大長(zhǎng)、寬。

(3)考種。在收獲前按小區(qū)選取典型樣品，進(jìn)行室內(nèi)考種?？挤N指標(biāo)有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、千粒重。

(4)產(chǎn)量。成熟后按小區(qū)收獲，單打單收，并計(jì)產(chǎn)。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 不同灌水處理對(duì)小麥生長(zhǎng)指標(biāo)的影響

2.1.1不同灌水處理對(duì)株高的影響

由圖1可知，灌水定額的大小直接影響小麥的株高，在一定范圍內(nèi)，小麥的平均株高隨著灌水定額的增大而增大，且在15 d(分蘗期)后株高因灌水定額不同而差異顯著。這是因?yàn)樾←溤谏L(zhǎng)初期，植株矮小，蒸騰作用較小，對(duì)水分需求量較低。但隨著小麥植株生長(zhǎng)發(fā)育增快，出苗15 d后，需水強(qiáng)度逐漸增大，植株對(duì)水分需求量逐漸變大，故株高會(huì)隨著灌水定額的增加而增大。在各生育期內(nèi)小麥生長(zhǎng)速度也有差異，在15～30 d的折線斜率最大，說(shuō)明小麥這一時(shí)期株高生長(zhǎng)最快，平均日增長(zhǎng)量達(dá)到1.3 cm，其次是30～45 d，但其增長(zhǎng)量比15～30 d少69%，而后生長(zhǎng)緩慢。灌水定額低處理(T1、T2)的小麥出現(xiàn)了水分嚴(yán)重虧缺，達(dá)到了對(duì)小麥生長(zhǎng)不利的程度，因此株高相對(duì)其他處理，明顯較低。在T6和T5處理下的小麥株高差異不顯著，在出苗后60 d以內(nèi)，T6處理的小麥株高均大于T5處理，60 d以后，株高都略小于T5處理，且差幅都在1 cm以內(nèi)，說(shuō)明在灌水定額在T5處理以上的水分不再是影響小麥株高的主要因素，過(guò)多的灌水量反而會(huì)抑制小麥株高生長(zhǎng)。但是T5，T6與其他灌水定額處理的小麥株高差異顯著，說(shuō)明在一定范圍內(nèi)水分是影響春小麥的株高增長(zhǎng)的主要因素，且T5，T6是最適宜小麥株高增長(zhǎng)的灌水定額。

圖1 小麥株高生長(zhǎng)變化

2.1.2不同水分對(duì)葉面積指數(shù)的影響

葉片是光合作用的主要器官，葉面積對(duì)小麥產(chǎn)量形成具有較大的影響，故葉面積指數(shù)是小麥生長(zhǎng)狀況的重要指標(biāo)[12]。由圖2可知，各處理間小麥葉面積指數(shù)變化趨勢(shì)相同，均為先增后減。不同灌水處理下的小麥在出苗15 d(分蘗期)內(nèi)差異不顯著，說(shuō)明此時(shí)小麥需水量較小。出苗15 d后，葉面積指數(shù)逐漸增長(zhǎng)，在45 d左右達(dá)到最大值。此階段葉面積指數(shù)因灌水定額的不同而差異顯著，其中，葉面積指數(shù)最大為7.5，最小為3.72，差幅達(dá)到50.4%。在出苗60 d后，由于植株底部葉片干黃衰落，因此葉面積指數(shù)減小。在一定灌水定額范圍內(nèi)(T1～T4)，葉面積指數(shù)都隨著灌水定額的增大而增大，但是T5處理除了在出苗90 d時(shí)略小T6處理，在整個(gè)生育期內(nèi)都大于T6，說(shuō)明過(guò)多的水分反而不利于葉片的伸展，養(yǎng)分的產(chǎn)生，進(jìn)而影響產(chǎn)量。

圖2 小麥葉面積指數(shù)變化趨勢(shì)

2.2 不同水分處理對(duì)春小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素及產(chǎn)量的影響

2.2.1不同水分對(duì)春小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

表1為作物收割后統(tǒng)計(jì)出的千粒重、有效穗數(shù)、單穗粒數(shù)、產(chǎn)量，表2為千粒重、有效穗數(shù)、單穗粒數(shù)、產(chǎn)量的方差分析。由分析可得，不同灌水量對(duì)產(chǎn)量構(gòu)成因素影響程度的大小依次為單穗粒數(shù)>有效穗數(shù)>千粒重。由表2可知，T1處理的小麥有效穗數(shù)和千粒重和其他處理差異顯著或者極顯著，但其他處理的小麥有效穗數(shù)和千粒重之間并無(wú)顯著差異。以T1作為對(duì)照，其他處理的小麥有效穗數(shù)增加了33.85%～42.06%，千粒重增加了25%～43.83%。說(shuō)明在現(xiàn)有條件下，不同灌水量對(duì)小麥有效穗數(shù)和千粒重影響并不顯著，只有在灌水量非常低的情況下才會(huì)影響有效穗數(shù)、千粒重。不同灌水量對(duì)單穗粒數(shù)的影響最大，T1、T2、T3處理分別與T5、T6處理的小麥單穗粒數(shù)差異顯著或者極顯著，且單穗數(shù)最大為36.5粒，最小僅為19.5 粒，差幅達(dá)到87%。綜合比較下，T5、T6處理的灌水定額是最有利于小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素增長(zhǎng)的灌溉制度。

表1 不同灌水定額處理下滴灌小麥產(chǎn)量指標(biāo)

表3為產(chǎn)量與千粒重、有效穗數(shù)、單穗粒數(shù)的偏相關(guān)分析，經(jīng)對(duì)比可得，單穗粒數(shù)對(duì)小麥的產(chǎn)量影響最大，在0.01水平上達(dá)到了顯著相關(guān)，這與張明響[13]研究的穗粒數(shù)對(duì)產(chǎn)量的直接作用最大，呈顯著正相關(guān)是一致的。傅兆麟[14]研究，小麥的有效穗數(shù)主要由孕穗期決定，單穗粒數(shù)主要由抽穗揚(yáng)花期決定，千粒重主要由灌漿期決定。保證高產(chǎn)的關(guān)鍵得保證孕穗期到灌漿期適宜的灌水量，尤其要保證抽穗揚(yáng)花期的灌水量，避免出現(xiàn)水分虧缺。

2.2.2不同水分對(duì)春小麥產(chǎn)量的影響

由表4可知，小麥的實(shí)際產(chǎn)量都未達(dá)到理論產(chǎn)量的85%，實(shí)際產(chǎn)量隨著灌水定額的增大呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，T5處理的小麥產(chǎn)量達(dá)到最大，且T5處理的理論產(chǎn)量和實(shí)際產(chǎn)量的誤差率達(dá)到了最小，僅為0.4%，水分生產(chǎn)率最高，達(dá)到2.8%，這是常規(guī)地面灌溉方式根本達(dá)不到的，充分體現(xiàn)了滴灌技術(shù)節(jié)水高產(chǎn)的優(yōu)越性。由表2分析可知，處理T5、T6的實(shí)際產(chǎn)量之間差異不顯著，但它們都分別極顯著高于處理T1，T2，T3，說(shuō)明灌溉量的多少對(duì)最終產(chǎn)量影響是顯著的。綜合比較T5、T6處理，T5處理是最有利于小麥節(jié)水增產(chǎn)的灌水定額，水分生產(chǎn)率在現(xiàn)有條件下已達(dá)到最大，在T5灌水處理的基礎(chǔ)上繼續(xù)增大灌水定額，不再有利于小麥產(chǎn)量的增長(zhǎng)，且實(shí)際產(chǎn)量與理論產(chǎn)量的誤差率會(huì)越來(lái)越大，達(dá)不到節(jié)水灌溉增產(chǎn)的目的。

表2 不同灌水定額處理下滴灌小麥產(chǎn)量指標(biāo)的方差分析

注:*為p<5%顯著水平，**為p<0.01顯著水平。

表3 產(chǎn)量與產(chǎn)量構(gòu)成因素之間的偏相關(guān)分析

注:*為p<0.05顯著水平，**為p<0.01顯著水平。

表4 不同灌水定額處理下小麥的產(chǎn)量 kg/hm2

3 結(jié) 論

(1)小麥的生長(zhǎng)指標(biāo)(株高、葉面積指數(shù))都隨著灌水定額的增大而增大， T1、T2處理的小麥因水分嚴(yán)重虧缺，顯著影響小麥的正常生長(zhǎng)發(fā)育。T5和T6處理的小麥株高和葉面積指數(shù)差異不顯著，且當(dāng)灌水定額在T5處理以上時(shí)，影響小麥生長(zhǎng)發(fā)育的限制因素與灌水量的相關(guān)性大為減弱，同時(shí)過(guò)多灌水反而不利于小麥的生長(zhǎng)。

(2)利用方差分析和偏相關(guān)分析等統(tǒng)計(jì)學(xué)方法可知，不同灌水量對(duì)產(chǎn)量構(gòu)成因素影響程度的大小依次為單穗粒數(shù)>有效穗數(shù)>千粒重，且單穗粒數(shù)對(duì)產(chǎn)量影響最大，呈顯著正相關(guān)。經(jīng)綜合分析可知：T5、T6處理的灌水定額是最有利于小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素增長(zhǎng)的灌溉制度。

(3)經(jīng)綜合比較，525 m3/(hm2·次)(T5)是最有利于節(jié)水增產(chǎn)的灌溉制度, 水分生產(chǎn)率在現(xiàn)有條件下已達(dá)到最大。在T5灌水處理的基礎(chǔ)上繼續(xù)增大灌水定額，不再有利于小麥產(chǎn)量的增長(zhǎng)，達(dá)不到節(jié)水灌溉增產(chǎn)的目的。該試驗(yàn)結(jié)果可為北疆地區(qū)滴灌小麥探究最優(yōu)的灌溉制度提供合理的參考依據(jù)。

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