房彥飛 羅曉穎 唐江華 孫婷婷 王魯振 唐甜 徐文修

摘要：為提高新疆旱地春小麥產(chǎn)量及水分利用效率，篩選出適宜的播種方式，采用單因素隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)，設(shè)置傳統(tǒng)平作（T1）、起壟溝播（T2）、起壟覆膜溝播（T3）3個(gè)播種方式，研究不同播種方式下旱地的土壤含水量及春小麥的葉面積指數(shù)（leaf area index，LAI）、干物質(zhì)量、產(chǎn)量，并進(jìn)一步比較土壤貯水量、耗水量及水分利用效率等。結(jié)果表明，在抽穗期之前，T2和T3處理均可顯著增加旱地春小麥的LAI和干物質(zhì)量；在抽穗期之后，T3處理較T2和T1處理更有利于提高旱地春小麥的LAI和干物質(zhì)量。同時(shí)，T3處理可顯著提高拔節(jié)期土壤0—80 cm土層的含水量和貯水量，分別較T2、T1處理顯著提高32.09%、34.64%和38.20%、38.85%；T3處理降低了播種—拔節(jié)期土壤耗水量，增加了拔節(jié)期—收獲期的土壤耗水量，有利于植株中、后期的生長(zhǎng)發(fā)育。T3處理可提高旱地春小麥的有效穗數(shù)、單穗粒數(shù)、籽粒產(chǎn)量、水分利用效率和降水利用效率，其中產(chǎn)量最高為2 474.43 kg·hm-2，較T1、T2處理分別顯著增加50.13%和50.47%；水分利用效率和降水利用效率分別顯著提高48.99%、51.02%和49.41%、50.15%。綜上所述，起壟覆膜溝播有利于小麥增產(chǎn)和水分高效利用，為新疆旱地春小麥蓄水保墑和高產(chǎn)高效提供了理論依據(jù)及技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：播種方式；旱地春小麥；干物質(zhì)；產(chǎn)量；水分利用率

doi：10.13304/j.nykjdb.2022.0718

中圖分類(lèi)號(hào)：S512.1+2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：10080864（2024）01017309

近半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，受全球氣候變暖的影響，北疆地區(qū)氣候總體呈現(xiàn)氣溫升高、降水量增加的暖濕化趨勢(shì)[1]。新疆雖然是我國(guó)典型的綠洲灌溉農(nóng)業(yè)，但仍然有20.45萬(wàn) hm2的雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)作為灌溉農(nóng)業(yè)的必要補(bǔ)充[2]，尤其是昌吉州東部的木壘縣，是面積較大的典型旱作農(nóng)業(yè)區(qū)，同時(shí)也是當(dāng)?shù)剞r(nóng)民收入的主要來(lái)源之一。然而，該區(qū)常年存在降水時(shí)空分布不均、與作物生長(zhǎng)需水錯(cuò)位等問(wèn)題，嚴(yán)重制約了當(dāng)?shù)睾档匦←溕a(chǎn)力的提高。因此，在新疆“暖濕化”氣候變化背景下，尋求更科學(xué)的旱地蓄水保墑技術(shù)、最大程度地提高降水利用率是該區(qū)旱地小麥高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的關(guān)鍵，也是新疆旱地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中亟待解決的重要問(wèn)題。

近年來(lái)，溝壟集水農(nóng)業(yè)技術(shù)作為提高旱地作物生產(chǎn)力的一種手段被廣泛重視，該技術(shù)不但能夠?qū)邓Y源實(shí)現(xiàn)時(shí)空調(diào)控，增加農(nóng)業(yè)抗旱的主動(dòng)性，而且能明顯提高水分利用效率，滿足作物對(duì)水分的生長(zhǎng)需求[3]。其中，起壟覆膜溝播作為溝壟集水農(nóng)業(yè)技術(shù)的一種，集合了壟作與覆膜2種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)起壟改變田間微地形，增加土壤表面積，通過(guò)兩壟之間的溝灌水或者壟上覆膜的微集水，改變土壤光、熱、水條件，為作物創(chuàng)造良好的水分利用條件，聚水保墑和增產(chǎn)效果顯著[45]。研究指出，溝壟地膜覆蓋栽培能將小于3 mm的無(wú)效降水經(jīng)溝壟富集疊加后變?yōu)橛行Ы邓?，供給作物生長(zhǎng)；其中，對(duì)小于10 mm的降水利用效果尤為顯著[6-8]。在黃土高原旱作區(qū)，地膜覆蓋不僅能提高降水生產(chǎn)效率，協(xié)調(diào)土壤孔隙中水分和空氣的占比關(guān)系，還能提高作物產(chǎn)量和水分利用效率[9]。前人對(duì)不同播種方式下玉米、馬鈴薯及小麥等旱地作物進(jìn)行了大量研究。起壟覆膜較平作能夠促進(jìn)無(wú)效水轉(zhuǎn)換為有效水，改善作物的耗水結(jié)構(gòu)，獲得更高的干物質(zhì)積累和相對(duì)生長(zhǎng)速率[10]，作物水分利用效率和產(chǎn)量明顯高于傳統(tǒng)平作[11]。王同花等[12]研究表明，雖然起壟覆膜溝播栽培方式因起壟導(dǎo)致小麥播種面積減少，小麥穗數(shù)有所降低，但由于土壤有效水的增加，小麥的葉面積、干物質(zhì)量等生長(zhǎng)指標(biāo)在起壟覆膜模式下明顯高于傳統(tǒng)平作，最終其籽粒產(chǎn)量和水分利用效率分別較傳統(tǒng)平作增加15.3% 和5.06%。目前，壟作種植技術(shù)對(duì)旱地作物的研究主要集中于降水量較大的西北黃土高原半干旱區(qū)、半濕潤(rùn)偏旱區(qū)，而就極度干旱的新疆旱地農(nóng)業(yè)區(qū)有關(guān)節(jié)水高產(chǎn)播種模式的研究鮮有報(bào)道。因此，本文以新疆木壘縣旱地春小麥為研究對(duì)象，分析不同播種方式對(duì)旱地春小麥產(chǎn)量、干物質(zhì)量及水分利用效率的影響，旨在為新疆旱作農(nóng)業(yè)區(qū)小麥水分持續(xù)高效利用和增產(chǎn)增收提供理論指導(dǎo)和科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2021年4—8月在新疆維吾爾自治區(qū)東北部的昌吉州木壘哈薩克自治縣孫家溝村進(jìn)行（N 43.83°，E 90.28°），海拔1 272 m；年均降水量330 mm，年均氣溫6 ℃，全年日照時(shí)數(shù)3 070 h，無(wú)霜期145 d，屬溫帶大陸性干旱氣候，為典型的丘陵雨養(yǎng)農(nóng)牧區(qū)。試驗(yàn)地播前0—30 cm 土壤有機(jī)質(zhì)25.59 g·kg-1，全氮0.56 g·kg-1，堿解氮47.50 mg·kg-1，速效磷20.01 mg·kg-1，速效鉀463.44 mg·kg-1，pH 8.23。春小麥生育期降水量詳見(jiàn)表1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用單因素隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)，設(shè)置傳統(tǒng)平作（T1）、起壟溝播（T2）、起壟覆膜溝播（T3）3種播種方式，其中T2處理的壟高15 cm，壟寬25 cm，壟距90 cm，溝內(nèi)種植5行小麥；T3處理壟上覆膜，膜寬60 cm，其他參數(shù)同T2處理。每處理重復(fù)3次，共計(jì)9個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積35 m2。所有處理均采用人工開(kāi)溝15 cm，等行距播種，播種量225 kg·hm-2，并于播種時(shí)施用150 kg·hm-2磷酸二銨作為種肥，于拔節(jié)至灌漿期間結(jié)合降雨追施氮肥75 kg·hm-2。小麥品種選用抗旱性較好的‘新春41號(hào)，其播種和收獲日期分別為4月11日和7月27日，其他管理措施同當(dāng)?shù)卮筇镆恢隆?/p>

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 土壤水分的測(cè)定 分別于小麥播種前和收獲后，挖80 cm深的剖面坑，每20 cm為一土層，采用環(huán)刀法測(cè)定土壤容重。分別于苗期（4月28日）、拔節(jié)期（6月7日）和成熟期（7月26日），每個(gè)小區(qū)選取2 個(gè)點(diǎn)，用土鉆采集各處理0—20、20—40、40—60、60—80 cm土層的土樣，用烘干法測(cè)定土壤含水量，并計(jì)算土壤貯水量（soil water storage，Sw）、土壤耗水量（evapotranspiration，ET）、水分利用效率（water use efficiency，WUE）和降水利用效率（rainfall use efficiency，RUE），計(jì)算公式如下。

Sw=0.1×d×r×w （1）

ET=Sw1+P-Sw2 （2）

WUE=Y/ET （3）

RUE=Y/P （4）

式中，Sw 為土壤貯水量（mm）；d 為土層厚度（cm）；r 為土壤容重（g·cm-3）；w 為土壤含水量（%）；0.1為單位換算系數(shù)；ET代表總耗水量；Sw1代表播種時(shí)土壤貯水量；P 為小麥全生育期降水量（mm）；Sw2為收獲時(shí)土壤貯水量（mm）；WUE為水分利用效率（kg·mm-2·hm-2）；Y 為小麥籽粒產(chǎn)量（kg·hm-2）；RUE代表降水利用效率（kg·mm-1·hm-2）。

1.3.2 葉面積指數(shù)的測(cè)定 分別于小麥分蘗期（5月26日）、拔節(jié)期（6月7日）、抽穗期（6月15日）、開(kāi)花期（6月23日）、灌漿期（7月5日）重復(fù)選取長(zhǎng)勢(shì)均勻一致、連續(xù)的小麥植株10株，采用長(zhǎng)寬系數(shù)法測(cè)定葉面積（leaf area，LA，m2），折算長(zhǎng)寬系數(shù)為0.8，計(jì)算葉面積指數(shù)（leaf area index，LAI）。

LA=Σ每葉（葉長(zhǎng)×葉寬×0.8/10 000） （5）

LAI =單株小麥葉面積×每公頃株數(shù)/10 000 （6）

1.3.3 干物質(zhì)的測(cè)定 于小麥分蘗期（5月26日）、拔節(jié)期（6 月7 日）、抽穗期（6 月15 日）、開(kāi)花期（6月23日）、灌漿期（7月5日）和成熟期（7月22日）在各小區(qū)內(nèi)連續(xù)選擇具有代表性的小麥植株10株，剪去根系，將植株分為莖鞘、葉、穗后分裝入袋，在105 ℃烘箱中殺青30 min，降至80 ℃烘干至恒重，并測(cè)定各器官干物質(zhì)量。

1.3.4 測(cè)產(chǎn)及考種 于成熟后分別在各小區(qū)內(nèi)選取長(zhǎng)勢(shì)均勻一致的3個(gè)1 m2區(qū)域的作物，收獲后脫粒、曬干，記錄產(chǎn)量；另在每個(gè)點(diǎn)上選取具有代表性的20株植株進(jìn)行室內(nèi)考種，測(cè)定穗粒數(shù)、千粒重等指標(biāo)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010 軟件處理數(shù)據(jù)和作圖，用SPSS 19.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同播種方式對(duì)旱地春小麥土壤水分的影響

2.1.1 不同播種方式對(duì)旱地春小麥0—80 cm 土壤含水量的影響 不同播種方式下小麥各生育時(shí)期0—80 cm土層的土壤含水量變化如圖1所示。各處理0—80 cm土層土壤含水量隨生育期的推進(jìn)呈不斷下降的趨勢(shì)，至小麥成熟期，各處理的土壤含水量為4.09%～7.46%。在苗期，各處理土壤含水量隨土層的加深均不斷降低，其中0—20 cm土層的土壤含水量最高，平均22.54%；且各土層不同處理間均差異不顯著。在拔節(jié)期，各處理表現(xiàn)為40—60 cm土層的土壤含水量最高，其中T3處理土壤含水量最高，為16.16%，較T1、T2處理分別顯著提高32.94%、22.98%；其他土層也均表現(xiàn)為T(mén)3處理的土壤含水量顯著高于T1、T2處理，而T1、T2處理間差異不顯著。在成熟期，T1、T2處理20—40 cm土層的土壤含水量最高，而T3處理40—60 cm 土層的土壤含水量最高；其中0—20 cm土層表現(xiàn)為T(mén)3、T2>T1，且T3處理的土壤含水量較T1 處理顯著提高25.61%。由此表明，在拔節(jié)期起壟覆膜溝播處理對(duì)自然降水的富集效果最為明顯，不僅能顯著提高土壤含水量，更有利于小麥產(chǎn)量形成。

2.1.2 不同播種方式對(duì)旱地小麥土壤貯水量及耗水量的影響 由圖2可知，收獲期不同處理下旱地春小麥的土壤貯水量無(wú)顯著差異，但拔節(jié)期T3處理的土壤貯水量顯著高于T1、T2處理，較T1、T2處理分別顯著增加38.20%、38.85%。進(jìn)一步分析土壤耗水量可知，旱地春小麥全生育期的總耗水量為221.98～223.43 mm，不同處理間無(wú)顯著差異，但各生育時(shí)期土壤耗水量占其總耗水量的比例存在差異。在播種—拔節(jié)期，T1、T2處理的土壤耗水量較T3處理增加35.61%、36.04%，其中T1處理此階段的占比高達(dá)69.61%。在拔節(jié)—收獲期， T3處理的土壤耗水量最高，較T1、T2處理分別顯著增加62.31%和58.09%，且占比高達(dá)49%。由此可知，起壟覆膜溝播顯著提高了小麥拔節(jié)期的土壤貯水量，降低了拔節(jié)前土壤耗水量，增加了拔節(jié)后的土壤耗水量，有利于小麥生長(zhǎng)關(guān)鍵時(shí)期的物質(zhì)積累和光合產(chǎn)物的形成，為作物增產(chǎn)奠定良好的基礎(chǔ)。

2.2 不同播種方式對(duì)旱地春小麥葉面積指數(shù)的影響

由圖3可知，不同處理下旱地春小麥葉面積指數(shù)（LAI）隨著生育進(jìn)程均表現(xiàn)出先增后降的變化趨勢(shì)，且均在抽穗期達(dá)到峰值，其中以T3處理最高，為4.68，較T1、T2 處理分別顯著提高29.64%、7.83%。在分蘗期和抽穗期，T2、T3處理的LAI顯著高于T1處理；在開(kāi)花期和灌漿期，T3處理的LAI均顯著高于T1、T2處理。由此表明，在小麥生長(zhǎng)前期，雨水較為充足的條件下起壟溝播和起壟覆膜溝播均有利于增加LAI；但在小麥生長(zhǎng)后期，起壟覆膜溝播的蓄水效果更優(yōu)，有利于提高旱地春小麥的LAI。

2.3 不同播種方式對(duì)旱地春小麥干物質(zhì)積累量的影響

不同播種方式對(duì)小麥干物質(zhì)積累量的影響不同（圖4）。不同處理下旱地小麥單株干物質(zhì)積累量的總變化趨勢(shì)一致，均表現(xiàn)為隨生育時(shí)期的推進(jìn)呈現(xiàn)先增后降的趨勢(shì)，至灌漿期達(dá)到最大。在抽穗期前，T3、T2處理的干物質(zhì)量較T1處理顯著增加26.01%～50.94%，說(shuō)明抽穗期之前、降水量較大的情況下起壟溝播和起壟覆膜溝播的蓄水效果較好，有利于增加植株干物質(zhì)量。在抽穗期之后，T3處理的干物質(zhì)量較T1、T2分別平均顯著增加21.62%、15.52%；而T2和T1處理間差異不顯著，表明抽穗期后降雨量少，起壟覆膜溝播更有利于干物質(zhì)積累。

2.4 不同播種方式對(duì)旱地春小麥產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成因素及水分利用的影響

由表2可知，T3處理下旱地春小麥的產(chǎn)量最高，達(dá)2 474.43 kg·hm-2，分別較T1、T2處理顯著提高50.13%、50.47%，而T1、T2處理間差異不顯著；且T3 處理的有效穗數(shù)、單穗粒重均極顯著高于T1、T2處理；T1處理的千粒重較T3處理顯著增加14.47%，與T2處理差異不顯著。由此表明，T3處理的有效穗數(shù)和穗粒數(shù)顯著提高，彌補(bǔ)了千粒重下降對(duì)產(chǎn)量的影響，因此起壟覆膜溝播對(duì)產(chǎn)量仍然表現(xiàn)為正效應(yīng)。

進(jìn)一步分析水分利用效率及降水利用效率可知（表2），T3處理的水分利用效率和降水利用效率分別較T1、T2處理極顯著提高48.99%、51.02%和49.41%、50.15%。由此表明，起壟覆膜溝播較其他處理有顯著增產(chǎn)作用，有利于提高旱地春小麥的水分利用效率和降水利用效率。由于起壟覆膜溝播處理由于植株長(zhǎng)勢(shì)較好，因此需水量較大，而在小麥生長(zhǎng)中、后期降雨量極少（約8.9 mm），導(dǎo)致后期水分補(bǔ)給不足影響籽粒灌漿，造成千粒重有所下降。

3 討論

3.1 不同播種方式對(duì)旱地春小麥土壤水分的影響

水分是限制旱區(qū)農(nóng)作物增產(chǎn)的一大瓶頸，如何充分利用有限的天然降水、最大限度地挖掘有限降水的生產(chǎn)潛力、增加土壤蓄水保墑能力對(duì)旱區(qū)作物產(chǎn)量提高發(fā)揮著舉足輕重的作用[13]。研究認(rèn)為，壟溝覆膜可有效減少地面蒸發(fā)，增加土壤含水率，提高土壤貯水能力[1415]。李吾強(qiáng)等[16]研究發(fā)現(xiàn)，起壟覆膜溝播處理旱地冬小麥越冬期、拔節(jié)期和收獲期的土壤儲(chǔ)水量均高于起壟溝播和傳統(tǒng)平作處理，且整個(gè)生育期的總耗水量差異不大。吳兵等[17]研究表明，不同覆膜處理下春小麥各生育階段的耗水量及其占總耗水量的比例存在一定差異，其中播種—拔節(jié)期覆膜處理的耗水量低于裸地處理；抽穗至灌漿期的耗水量和耗水比例均最大，顯著高于裸地處理。本研究表明，起壟覆膜溝播處理顯著提高了旱地小麥拔節(jié)期的土壤含水量和貯水量，且整個(gè)生育期的總耗水量與其他處理無(wú)顯著差異，但各階段耗水比例存在差異，其中起壟覆膜溝播處理顯著減少了播種—拔節(jié)期的土壤耗水量，增加了拔節(jié)—收獲期的土壤耗水量，說(shuō)明起壟覆膜具有抑蒸、聚水、保水等作用[18]，有利于小麥拔節(jié)期土壤水分的積累，并調(diào)節(jié)了春小麥不同生育階段的耗水比例，降低了拔節(jié)前的耗水量，將更多的水分用于拔節(jié)至成熟期，以保證作物增產(chǎn)[19]。但本研究還發(fā)現(xiàn)，在苗期和收獲期各處理的土壤含水量和貯水量無(wú)顯著差異，與前人研究結(jié)果存在差異。這可能是由于苗期氣溫低、土壤蒸發(fā)量小，加之植株處于幼苗階段，需水量較少，因此土壤水分變化較??；隨著小麥生長(zhǎng)，且起壟覆膜處理下植株生長(zhǎng)旺盛，葉面積擴(kuò)展迅速，蒸騰作用加強(qiáng)，使其土壤耗水量超過(guò)了非地膜覆蓋處理，加之降水量極少，因此生長(zhǎng)后期土壤貯水量處于較低水平[20]。

3.2 不同播種方式對(duì)旱地春小麥LAI 和干物質(zhì)積累量的影響

水分調(diào)控顯著影響作物的生長(zhǎng)發(fā)育。本研究表明，起壟覆膜溝播能顯著增加小麥LAI及干物質(zhì)量，與王同花等[21]、黃素芳等[22]在旱地冬小麥上的研究結(jié)果一致。這表明溝壟覆膜的集水保墑效應(yīng)通過(guò)優(yōu)化土壤水環(huán)境，改善作物群體結(jié)構(gòu)，增加作物葉面積，提高葉片光合效能，增加農(nóng)田作物光合物質(zhì)的運(yùn)輸和積累速率，從而積累更多的干物質(zhì)[6，23]。同時(shí)，本研究還發(fā)現(xiàn)，起壟溝播僅在小麥抽穗期之前較傳統(tǒng)平作顯著增加LAI 和干物質(zhì)量；抽穗期之后，起壟溝播和傳統(tǒng)平作處理無(wú)顯著差異，這可能是因?yàn)槠饓艤喜サ膲琶嫖锤材?，降雨量較大時(shí)壟的集水作用相對(duì)顯著，但對(duì)于無(wú)效降水（<10 mm）的蓄積作用較小[24]，加之未覆膜土壤的蓄水保墑能力降低，因此在降水量較少的中后期對(duì)旱地小麥的生長(zhǎng)發(fā)育無(wú)顯著促進(jìn)作用。

3.3 不同播種方式對(duì)旱地春小麥產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成因素及水分利用的影響

起壟覆膜通過(guò)改善土壤水分促進(jìn)作物生長(zhǎng)，從而增加籽粒產(chǎn)量，提高作物水分利用效率[25-27]。馮攀等[24]研究發(fā)現(xiàn)，起壟覆膜溝播較常規(guī)條播和起壟溝播能顯著提高馬鈴薯產(chǎn)量和水分利用效率，但常規(guī)條播和起壟溝播間無(wú)顯著差異。李吾強(qiáng)等[16]研究表明，起壟覆膜溝播雖然降低了小麥穗數(shù)，但獲得了較高的千粒重和穗粒數(shù)，產(chǎn)量較傳統(tǒng)平作栽培增加19.3%，且水分利用效率明顯高于傳統(tǒng)平作和起壟溝播。本研究表明，起壟覆膜溝播處理顯著增加了小麥穗粒數(shù)和籽粒產(chǎn)量，且水分利用效率和降水利用效率也顯著提高，與前人研究結(jié)果一致。這說(shuō)明起壟覆膜溝播栽培方式較起壟溝播和傳統(tǒng)平作模式的降雨蓄積效率高，將無(wú)效、微效降水有效化，提高了降水的利用效率，改善了作物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中對(duì)水分的供求矛盾[28]，尤其在降水虧缺年份可提高作物生育后期農(nóng)田耗水量和耗水模系數(shù)，增強(qiáng)中后期葉面蒸騰耗水，有利于后期光合生產(chǎn)及光合產(chǎn)物的轉(zhuǎn)移積累，從而提高作物產(chǎn)量[2930]。但本研究還發(fā)現(xiàn)，雖然起壟覆膜顯著增加了小麥穗數(shù)，但千粒重有所降低，這與前人研究結(jié)果存在差異。這一方面是由于本研究在播種后遭遇降溫、雨雪天氣，起壟覆膜改變了耕層微生態(tài)環(huán)境，集雨、保墑、增溫作用顯著，起到出苗、保苗的好效果[31]，并促進(jìn)分蘗成穗[32]，從而增加了群體數(shù)量；另一方面在孕穗至成熟期降水量非常少（約8.9 mm），導(dǎo)致作物生長(zhǎng)后期土壤水分供應(yīng)不足，同化產(chǎn)物的浪費(fèi)和繁殖器官發(fā)育不良[33]，從而造成千粒重降低。

參 考 文 獻(xiàn)

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（責(zé)任編輯：張冬玲）