干旱区春小麦产量对沟垄参数和灌水技术的响应

孙克翠，张新民，2，金建新，王文娟，苏向荣

（1.甘肃农业大学 工学院，兰州730070；2.甘肃省水土保持科学研究所，兰州730020；3.甘肃省水利科学研究院，兰州730000；4.华南理工大学 轻工与食品学院，广州510640）

水资源短缺已经成了制约西北内陆地区农业发展的关键因素，但同时在西北粮食主产区也存在着灌溉水量浪费、管理粗放、灌溉方法不恰当等现象。因此，制定合理的沟灌灌水技术参数势在必行。小麦产量的90%～95%来自“光合作用”过程中形成的光合物质，小麦叶片是光合作用的主要器官，对籽粒产量的贡献率很大，叶面积对作物生长和产量的影响很早就被人们所认识［1－3］。目前，小麦垄作技术的应用主要局限在冬小麦区，研究工作集中于垄作小麦的节水效应、田间小气候的变化及其对小麦生理生态效应的影响［4］。邓斌［5］研究了甘肃河西内陆区垄作春小麦各生育阶段生理性状、产量构成因子及水分利用率。张永久［6］研究提出张掖地区合理垄宽为60cm，沟宽15cm。张新民［7］等提出了在干旱地区粉砂质粘壤土和黏土宜采用合理的垄宽为20～50cm和20～35cm。但研究方法上未将垄沟参数与灌水技术参数结合，推广应用缺少理论支撑。本文重点研究了不同的垄沟参数（垄坡、垄宽、沟深、沟宽）、灌水技术参数（沟长、沟坡、入沟流量）之间的组合对春小麦生长指标、产量和水分利用率的影响，以期为干旱区春小麦垄作沟灌生产实践，大面积推广应用与发展提供技术指导。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验在甘肃省水利科学研究院民勤节水农业生态建设试验示范基地进行。试验区位于民勤县城以北约13.5km处的大滩乡东大村，地理位置东经130°05′10″，北纬38°37′18″，海拔1 250m 左右，处于绿洲和腾格里沙漠交界地带，属典型的荒漠气候，降雨稀少，蒸发量大，风沙多，自然灾害频繁。该地区多年平均气温7.8°C，极端最高气温39.5℃，极端最低气温－27.3℃，多年平均降雨量110mm，多年平均蒸发量2 644mm，日照时效3 028h，≥10℃，积温3 145℃，＞0℃，积温3 550℃，无霜期150d，最大冻土深115 cm，地下水埋深18—25m。试验区土质为沙质黏壤土，0—60cm平均土壤容重为1.46g/cm3，田间持水量为22.27%，速效钾177mg/kg，速效磷74mg/kg，有机质13%，液态氮含量12mg/kg。

1.2 试验设计

供试品种为永良4号春小麦。小麦生育期划分为出苗分蘖期（4月1日—4月20日）、拔节期（4月21—5月8日）、抽穗期（5月9日—5月27日）、开花期（5月28日—6月13日）、灌浆期（6月14日—7月1日）、成熟期（7月2日—7月20日）。本试验采用机械播种，起垄、播种、整形、镇压一次性完成，于三月下旬播种，统一施肥，播种量为1 050kg/hm2。以垄沟参数（垄坡、垄宽、沟深、沟宽）与灌水技术参数（沟长、沟坡、入沟流量）为处理因子，进行对比设计，将试验设5个处理，每个处理3个重复，共15个小区。具体试验设计如表1所示。

表1 试验设计方案

试验区灌水方法为沟灌，利用水表严格控制水量。根据民勤春小麦的灌溉制度全生育期灌水5次，出苗分蘖期、拔节期、抽穗期、开花期和灌浆期灌水定额均为 600m3/hm2，成熟期灌水定额为 375m3/hm2。垄作沟灌栽培技术，开沟起垄，垄宽为40cm，种植3行小麦，垄宽为50cm，种植4行小麦，行距均为10cm，小区总面积1 072m2，机械起垄播种。各处理锄草、施肥、松土等田间管理均保持一致。

1.3 测定项目及方法

（1）生物量的测定：小麦生育期间按不同处理分别在出苗期、拔节期、抽穗期、开花期和灌浆期各取样1次，每处理固定取20株小麦，用钢尺测量小麦的株高，用尺子测量计算叶面积。

（2）干物质的测定：在出苗期、拔节期、抽穗期、开花期和灌浆期5个生育阶段每个处理各取20株小麦，将去掉根部（从地表外剪断）的地上部分全部有机物质装入牛皮纸信封，放入烘箱中，95°C杀青20 min，80°C恒温下烘干至恒重，用电子秤称其重量。

（3）光合势的测定：每个处理固定选取5株小麦，在主要生育阶段用叶面积仪测定小麦的叶面积。光合势（LAD）是单位土地面积上叶面积持续时间。LAD＝（LA2－LA1）·（t2－t1），其中LA1，LA2分别为时间t1，t2时单位土地面积上的叶面积。

（4）土壤含水率。小麦播种前、主要生育阶段灌水前后和收获前一天每个重复沿着沟长方向分别在10，30，50m位置选择三个取样点，每个取样点分别在垄坡、沟底中部、垄背中心处垂直向下每隔10cm取样测定土壤含水率，取样最大深度为80cm。采用烘干法测定土壤含水率。

（5）产量测定。成熟后，各处理分别选取1m测产，统计各小区的穗数，穗长，单穗颗粒数，样本籽粒晾晒达到通常的标准后，除去空、秕粒，采用随机选取1 000粒小麦籽粒，称重，3次重复（组内差值不大于3%）取均值，为千粒重。

1.4 数据处理

试验数据采用 Excel 2003和SPSS 19.0统计分析软件进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 不同垄沟参数对小麦干物质的影响

干物质是作物光合作用的最终形态，其积累及分配与经济产量的形成密切相关［8］，由图1可知，春小麦各生育期地上部分干物质累积量近似呈现出慢—快—慢的S形曲线，即苗期增长缓慢，拔节期后迅速增长，接近成熟期又增长缓慢的变化趋势。不同的垄沟参数对干物质的影响变化规律基本一致，都在拔节期以后迅速增长。由表2分析可得，不同垄沟参数在小麦出苗期对干物质累积量的影响不显著（p＜0.05），在拔节期T4处理的干物质累积量最高，达4.42g，比T1，T2，T3和T5分别高出30.3%，45.9%，1.81%和6.1%。抽穗期的情况与拔节期的类似；在开花期T3处理的干物质累积量最高，为55.4g，分别较 T1，T2，T4和T5增加了6.81%，18.57%，6.0%和15.88%，T4处理与T3处理差异不显著（p＜0.01）；在灌浆期T4处理干物质累积量最高，为67.74g，与其他处理显著性差异；在整个生育期内T4处理的干物质累积量基本都高于其他处理。

图1 小麦各生育期地上部分干物质累计量的变化趋势

表2 不同处理模式下小麦干物质的对比

2.2 不同垄沟参数对小麦株高的影响

株高是衡量作物生长发育状况的一个有效指标，表3反映不同垄沟参数对小麦株高的影响，结果表明：出苗期T5处理株高最低为2.79cm，与其他处理差异性显著（p＜0.05）；拔节期T1处理株高最高，为10.9cm，分别较 T2，T3，T4和 T5增加了7.52%，9.91%，6.97%和9.63%。抽穗开花期T3处理的株高较高，与其他处理差异性显著；灌浆期T1处理的株高达到峰值为62.36 cm，与其他处理差异性显著，较T2，T3，T4和T5处理分别增加了3.32%，2.26%，1.43%和3.27%。由表3整体分析看出，在其他参数不变的情况下，垄宽与小麦株高呈负增长的变化趋势，由于灌水定额，入沟流量等相同的条件下，垄沟的侧向入渗范围是有限的，垄宽的加大，使小麦对沟中水分和土壤养分的竞争力加大，从而限制了小麦的生长发育；田面坡度，入沟流量和沟长对小麦株高的影响有待进一步研究。

2.3 不同垄沟参数对春小麦叶面积和光合势的影响

从图2可见，垄作春小麦叶面积在整个生育期间均表现出相似的单峰曲线变化，即小麦出苗后，叶面积开始缓慢增长，拔节期之后由于小麦营养生长和生殖生长同时进行，叶面积指数迅速增大，抽穗期小麦主茎叶数一定，旗叶生出，此时小麦叶面积达到峰值，即整个生育期内的最大值，开花期保持一段相对稳定的时期后，由于群体内个体间营养、光照、水分等竞争加剧，小麦下部叶片开始衰亡，导致叶面积急剧下降。

表3 不同垄沟参数对小麦株高的影响

图2 小麦各生育期叶面积的变化趋势

由表4分析可得，T3处理在整个生育期的总光合势最高，T2处理最低，而T4处理与T3处理差异不显著（p＜0.05），T3处理较T1，T2和 T5处理分别增加了6.49%，11.56%和4.24%。在其他参数不变的情况下，随着垄宽的增大，小麦在整个生育期的总光合势降低；在其他参数一定的情况下，沟长与小麦的总光合势呈负相关的关系；田面坡度与入沟流量对小麦光合势的影响不显著。

2.4 不同处理对小麦产量及水分利用效率的影响

不同的垄作技术参数对春小麦产量和水分利用效率的分析结果如表5所示。

表4 不同垄沟参数对春小麦光合势的影响 （m2·d）/667m2

表5 不同处理模式下小麦产量和水分利用效率

结果表明：不同处理之间产量的性状差异性明显，T4处理产量最高，达到9 142.87kg/hm2，较 T5处理增产1.5%，但与T5无显著差异，较T1和T3处理分别增产10.5%和10.2%；T2处理的产量最低，仅为7 282.37kg/hm2，较T4处理低了20.3%，T2处理垄宽过宽、沟长较长，对沟中水分的竞争力较强，因此水分的不足限制了植株的生长。T5处理的穗长与穗粒数均高于其他处理，但由于T5处理的亩穗数较低，因此T5的产量低于T4。说明适宜的垄宽可以最大限度的发挥垄上小麦的受光条件和边行优势，有利于改善群体的通风和透光条件，提高作物产量［9－10］。

由T1，T2处理和T4，T5处理对比分析可知：在沟长，入沟流量，坡降相同的条件下，垄宽与春小麦产量与水分利用效率呈现负增长的趋势，T2处理的产量与水分利用效率分别较T1处理降低了10.97%与9.8%，差异性显著（p＜0.05）；T5处理的产量与水分利用效率分别较T4处理降低了1.5%与1.88%，但无显著差异。在其他参数一定的情况下，随着沟长的增加，小麦产量与水分利用效率呈现递减的趋势；T4处理组合模式的产量和水分利用效率较高，蓄水、保墒效果好，有利于植株的生长。

3 讨论与结论

光合势是反应群体光合性能的重要指标之一，群体光合势的大小与产量高低呈显著的正相关［11］。适宜的株高有助于减少小麦的抗倒伏能力，垄作种植方式能够降低小麦第一节间的高度，提高小麦抗伏倒能力［12］，建立合理的群体结构有助于提高作物的产量，小麦的高产取决于对光能利用率的提高，而叶面积指数是反映小麦群体光和性能的重要指标。马林等［13］杨静敬等［14］研究表明小麦全生育期的叶面积和光合势呈单峰曲线变化，峰值在抽穗期，本试验进一步验证了此理论；由于不同的种植方式对小麦群体内部的通风、透光状况和光和产物的分配产生影响，而垄作种植能够将更多的光合产物分配到叶片中［15］，增加小麦群体光合能力，为获得较高的生物产量及经济产量打下了基础。

通过研究垄沟参数（垄坡、垄宽、沟深、沟宽）、灌水技术参数（沟长、沟坡、入沟流量）之间的优化组合对垄作沟灌小麦生长指标和产量及水分利用效率的影响，得出结论：在其他参数一定的情况下，垄宽与小麦株高呈现负增长的趋势；在其他参数不变的情况下，随着垄宽的增大，小麦在整个生育期的总光合势降低；在其他参数一定的情况下，沟长与小麦的总光合势呈负相关的关系；沟长50m、垄宽40cm、入沟流量1.5L/s、田面坡度1/1 000的参数组合为垄作沟灌春小麦适应生长的最优组合，此组合下小麦产量最高，为9 142.87kg/hm2；同时水分利用效率亦最高为29.18kg/（hm2·mm）。

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