土壤水分下限调控灌溉对春青稞生长、产量和水分利用的影响

蒙 强，刘静霞，李玉庆，张文贤，潘苏向，李敏杰，尼玛次仁

(西藏农牧学院水利土木工程学院,西藏 林芝 860000)

青稞是青藏高原地区传统灌溉类农作物之一，营养丰富、种植面积大，是牧民主要食物来源，同时也是高原牲畜冬季重要的饲草料[1-8]。其中，春青稞由于生长期较短，被广泛种植于藏区干旱及半干旱地区。然而，与同纬度其他地区相比，藏区耕作土层浅薄贫瘠，气候干湿季分明、水热资源时空分布不均等自然条件严重制约着青稞产量提高与品质的提升。受全球气候变化影响，旱作农业受旱频率呈增加趋势，已成为影响西藏地区青稞稳产、高产的主要因素之一[9-11]。就旱田而言，开展以保护生态、提高水资源利用率为宗旨的农田水利灌溉是十分必要及迫切的。但特殊的地理环境、气候条件以及经济问题使得藏区农田水利灌溉基础建设相对落后，灌溉水利用率低于30%[9]。因此，如何有效解决水资源供需矛盾，提高作物水分利用效率是当地农业研究的重点。

田德龙等[12-13]开展的相关灌溉试验研究为西藏旱作农业提供了基础理论依据。一些学者根据气象资料利用FAO-56 Penman法对参考作物需水量(ET0)进行了分析。例如，罗红英等[14-15]通过研究藏区ET0分布变化，认为作物灌溉定额随海拔的上升而增加，林芝地区青稞灌溉定额介于130～475 mm之间。张娜等[16]通过趋势分析认为从西藏西部到东部地区，年际ET0逐渐减小。目前，对青稞需水规律的研究多为模型的对比分析，同时关于作物耗水规律的研究也较为普遍，尹志芳等[17]基于SHAW模型模拟分析得出拉萨河谷地区春青稞耗水约450 mm。徐冰等[9]通过试验分析了西藏高寒牧区青稞需水耗水规律，认为全生育期青稞需水量为445 mm，且出苗前、抽雄期、灌浆期干旱均会导致青稞减产。而时学双等[18]认为青稞苗期、拔节期、分蘖期和灌浆期实施水分轻度胁迫、成熟期实施重度胁迫可获得较高的产量。Piotr Ogrodowicz等[19]认为旗叶阶段干旱对青稞产量会产生不利影响，而Calvo O C等[20]研究大麦发现水分利用效率的提高能部分补偿干旱的负面影响。

整体上，前人尽管对青稞需水规律的研究较多，但大多研究集中于模型和单一耗水规律的研究。而关于不同水分胁迫程度对青稞产量、水分利用效率的影响研究较少，成熟的灌溉制度尚未确定。灌溉试验是得到作物灌水参数最直接的方法，但林芝地区目前尚未完整地开展过青稞灌溉试验，相关研究也未见报道。为此，本研究以春青稞生长、耗水及产量为主要研究内容，探究调控灌溉对林芝河谷地区农田生产力的影响，旨在掌握春青稞耗水、产量及水分生产率对不同水分调控下限的响应能力，以期为最大限度提高有限水资源承载力下藏区高原农田生产力提供科学依据，同时为该区域春青稞地面灌溉参数的确定及节水灌溉制度建立提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 供试材料与试验地概况

试验于2018年4—7月在西藏农牧学院农水综合试验场(29 ° 40 ′N，94 ° 20 ′E)进行。试验区位于尼洋河下游河谷，地势平坦，土壤肥力均匀，海拔2 980 m，全年无霜期172 d，年平均温度8.8 ℃，年日照时数2 000 h，≥10 ℃的有效积温2 150℃～2 200℃，年平均降雨量650～750 mm，主要集中在6—9月。试验区土壤类型为沙质壤土，土质分布均匀，平均土层深度为40 cm(以下为砂砾石层)。其中，0～40 cm土层田间持水量为27.6%(重量含水率)，平均土壤容重为1.37 g·cm-3。试验区前茬为春青稞，具备灌溉条件。试验年度降水、气温和相对湿度见图1。

试验前茬作物为春青稞，采用等行距条播种植模式，行距为25 cm。试材“喜马拉22号”由林芝市农牧局提供，为西藏农区主栽春青稞品种。试验小区播前灌水，待足墒后翻耕播种，人工除草，并及时防治病虫害。播前底肥施磷酸二氢铵(18% N、46% P2O5)150 kg·hm-2、尿素(46% N)150 kg·hm-2，拔节期追施40%氮肥和磷肥，其他田间管理措施按常规方法进行。

1.2 试验设计

采用等行距条播种植模式，行距为25 cm,人工播种量为300 kg·hm-2,试验小区面积72 m2(12 m×6 m)，四周设保护行，各小区间用混凝土筑埂相互隔离，混凝土埂埋深55 cm。试验设5个土壤水分调控下限和1个雨养灌溉(旱作)处理，分别记为W1、W2、W3、W4、W5、CK，采用随机区组布置，每个处理重复3次。春青稞全生育期内，当试验小区土壤含水率达到或接近表1中所示土壤含水率下限时进行灌水，灌水上限均为田间持水率，依据土壤容重、计划湿润层深度(0.4 m)和土壤含水量计算每次灌水量。灌水方式为畦灌，用水表进行精量控制。

图1 试验年度试验地降水量、相对湿度和气温Fig.1 The precipitation, relative humidity and surface temperature

表1 全生育期不同灌溉处理土壤水分下限

注：θf为田间持水率。

Note:θfis the field capacity.

1.3 测定项目及方法

1.3.1 土壤水分 土钻法取0～40 cm土层土样，分0～10、10～20、20～30、30～40 cm 4个土层，播前1 d及播后全生育期内每隔7 d取土，采用烘干法测土壤水分，最后取各土层含水量的加权平均值为0～40 cm土层土壤含水率。

1.3.2 耗水量、日耗水强度及耗水模系数

(1)耗水量采用水量平衡法计算，计算公式为：

(1)

式中,ETⅠ﹣Ⅱ为春青稞阶段耗水量(mm)；i为土层序号；n为土层总数；ri为第i层土壤干容重(g·cm-3)；Hi为第i层土壤厚度(cm)；WiⅠ、WiⅡ分别为第i层土壤在阶段始、末的质量含水量(%)；M、P分别为阶段内灌水量和降雨量(mm)；K为阶段内地下水补给量(mm)，试验区地下水埋深大于10 m，故K=0；D为阶段内排水量(mm)，本试验灌水量小，灌水后经测算土壤贮水量，发现无渗漏产生，故D=0。

(2)日耗水强度是表征植株群体在单位时间内的耗水量，反映生育阶段灌水、气象对作物生长发育的综合影响。日耗水强度为某一阶段耗水量除以该阶段持续的天数(mm·d-1)。

(3)耗水模系数为某一生育阶段耗水量占全生育期总耗水量的比重，与生育阶段持续时间的长度及日耗水强度大小有关。

1.3.3 产量 收获期在每小区选择长势均匀的1 m×1 m样方，单独脱粒测产；每小区采样20株，统计穗长、单穗重、百粒重等产量构成因素。

1.3.4 生长指标 在苗期、分蘖期、拔节期、抽穗期、乳熟期、成熟期于每小区选取10株春青稞，利用直尺分别测定株高、叶面积(长×宽×0.72)，其中叶面积相对增长率为单位时间内叶片面积的增长速度(cm2·cm-2·d-1)。

1.3.5 地上干物重 在苗期、分蘖期、拔节期、抽穗期、乳熟期、成熟期，每小区选取15株春青稞地上部分，并装入牛皮袋于105℃的烘箱中杀青30 min，后调至80℃烘8 h后(干物质量恒定后)测定干物重。

1.3.6 水分利用效率 水分利用效率是表征作物对水分利用程度的指标，计算公式为：

WUE=Ya/ETa

(2)

式中，WUE表示作物水分利用效率(kg·m-3)；Ya为籽粒产量(kg·hm-2)；ETa为生育期耗水量(m3·hm-2)。

1.3.7 收获指数 作物收获指数是作物收获时籽粒产量与生物产量的比值，能反映出作物品种产量水平和栽培成效，计算公式为：

HI=Ya/Sa

(3)

式中,HI表示作物收获指数；Ya为籽粒产量(kg·hm-2)；Sa为地上干物重(kg· hm-2)。

1.4 数据分析

采用Microsoft Office Excel 2010处理数据并作图；用软件SPSS 19.0进行相关性分析，并用 LSD法进行差异显著性分析(P<0.05)。

2 结果与分析

2.1 不同土壤水分下限调控灌溉对春青稞生长特性的影响

2.1.1 株高 由图2可知，不同水分调控下限处理的春青稞株高变化趋势一致，均表现为前期缓慢增长、中期快速生长、后期缓慢降低的趋势。拔节期前各处理株高差异不显著，之后迅速增长；抽穗期W3、W4、W5处理的株高明显大于W1、W2，说明抽穗期低水分调控下限对株高的促进作用更显著。至乳熟期，各处理株高达到峰值，以W1最大、CK最小，其他处理介于76.8～115.1 cm之间。成熟期，作物植株衰老，营养器官生殖生长加快，引起各处理的株高较乳熟期均有所降低，降幅分别为4.25%(W1)、7.05%(W2)、4.29%(W3)、1.77%(W4)、0.49%(W5)和18.49%(CK)。整体上，灌水处理促进了春青稞株高生长，其中抽穗期、乳熟期的株高较CK平均提高了37.28%和44.33%。此外，分析不同生育时期株高变化对水分下限的响应发现，抽穗期、乳熟期较其他生育时期对水分变化响应敏感。

注：SS：苗期；TS：分蘖期；JS：拔节期；HS：抽穗期；MS：乳熟期；RS：成熟期。误差线表示平均值的标准误(n=3)。不同字母表示同一生育期各处理在P<0.05水平上差异显著,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.图2 不同水分处理对春青稞株高的影响Fig.2 Effects of water treatments on plant heightof spring highland barley

2.1.2 单株叶面积 由图3可知，各处理的单株叶面积变化为先升高再降低。拔节期前各处理单株叶面积差异不显著；抽穗期W1、W2及CK的叶面积达到生育期峰值，而W3、W4、W5叶面积峰值出现在乳熟期，但该时期W1、W2叶面积呈降低趋势；乳熟期各处理叶面积变化表现出明显的层次性，即随着灌水下限的降低，单株叶面积逐渐增大。在抽穗～成熟期阶段，W3处理的单株叶面积变化较为稳定，且较其他处理叶面积衰减缓慢，利于光合产物积累。此外，该阶段各处理的单株叶面积由大到小排序为：W5>W4>W3>CK>W2>W1，说明低水分调控下限能使春青稞叶片在生长后期保持较高的发展水平，利于提高春青稞群体生产力。春青稞叶面积相对增长变化如图3所示。苗期～抽穗期各处理的叶面积相对增长率逐渐增大，至抽穗期达到最大，其峰值介于0.75～1.13 cm2·cm-2·d-1之间，说明该阶段春青稞营养生长旺盛，各营养器官增长较快；抽穗期后W1、W2及CK叶面积相对生长率率先出现负值，为-0.20 cm2·cm-2·d-1，而W3、W4、W5的叶片仍保持相对正增长，其中以W4的相对生长率最高。与拔节～抽穗阶段相比，叶片相对生长率显著降低，以W3降幅最为明显，为96.21%，W4次之(92.07%)。乳熟～成熟期所有处理的叶面积相对生长率均为负值且负增长显著，表明抽穗期以后各灌水处理及对照(CK)的春青稞叶面积开始衰减，致使光合同化作用减弱。

2.2 不同土壤水分下限调控灌溉对春青稞耗水规律的影响

阶段耗水量、耗水模系数和日耗水强度是分别从不同视角对春青稞耗水规律的表达[21]。从表2、3和表4可看出，春青稞全生育期耗水量总体变化呈现先升高后降低再回升的变化趋势。各处理间全生育期W1的耗水量最大，为572.25 mm；旱作处理CK最小，较其他处理平均降低了52.5%，差异显著；其他处理全生育期耗水量介于534.26～559.15 mm之间。W3、W4、W5处理下的耗水量则随土壤水分调控下限的降低而减小，这与时学双等[18]的研究结论一致。此外，W3、W4、W5较W1和W2均降低了全生育期耗水量，但差异不显著。

图3 不同水分处理对春青稞叶面积及其相对生长率的影响Fig.3 Effects of water treatments on leaf area and leaf area relative growth rate of spring highland barley

总体上，全生育期各处理下的春青稞耗水强度、耗水模系数与耗水量变化趋势一致，均在拔节期或抽穗期达到峰值，最大耗水强度为7.18 mm·d-1。W3、W4、W5较W1和W2春青稞耗水强度降低，但差异不显著，全生育期耗水强度基本在5 mm·d-1左右浮动，但较CK差异显著。W1处理下的春青稞全生育期耗水强度最大 (4.93 mm·d-1)，CK最低(2.26 mm·d-1)；W3、W4、W5处理下的春青稞全生育期耗水强度变化趋势与耗水量一致，即随水分调控下限的降低而降低，但降幅不明显。

2.3 不同土壤水分下限调控灌溉对春青稞干物质积累的影响

由图4可知，全生育内各处理春青稞干物质积累呈“S”型增长模式，即生育前期和后期积累缓慢、中期较快。整体上，各生育阶段不同处理间干物质积累无显著差异。但各处理对干物质积累的影响不同，处理W1、W2、W3、W4、W5较CK提高了干物质积累量，平均增幅13.95%，以抽穗期增幅最大，说明灌溉提高了春青稞干物质积累量。抽穗至成熟期，W3处理下的春青稞物质积累量始终最大，较CK平均提高了37.47%。与W1、W2相比，W3、W4、W5均不同程度地降低了各生育期干物质积累量，但降幅较小。此外，随着水分调控下限的降低，春青稞生长后期的干物质积累量也逐渐降低。至成熟期，各处理的干物质积累量表现为：W3>W2>W4>W5>W1>CK，表明适宜的水分调控下限利于春青稞地上干物质的积累。

表2 不同水分处理下春青稞各生育期耗水量/mm

注：同列不同字母表示各处理的均值(n=3)在P<0.05水平上差异显著，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 不同水分处理下春青稞各生育期耗水模系数/%

表4 不同水分处理下春青稞各生育期耗水强度/(mm·d-1)

2.4 不同土壤水分下限调控灌溉对春青稞产量及其构成因素的影响

不同处理下的春青稞产量及其构成因素如表5所示。由表5可知，W1、W2、W3、W4、W5处理下的百粒重、穗长、穗粒数、单穗重较CK差异不显著，说明本试验中灌水量并非是影响春青稞产量构成的主导因素。处理CK的春青稞籽粒产量最低，为4 064.27 kg·hm-2，其他处理的产量随着水分调控下限的变化而变化。其中，W2较W1增产10.39%，初步认为百粒重、穗粒数、单穗重增加是W2产量提高的原因，W1、W2的产量与CK相比差异不显著。

当土壤水分调控下限介于45%～70%θf之间时，春青稞籽粒产量随水分调控下限的降低表现出先增加后减少的趋势，且产量差异性由极显著向无差异变化，说明水分调控下限降至70%θf以下时，灌溉水量逐渐成为影响产量及其构成因素的主导因素之一[22]。W3、W4、W5分别较CK增产46.68%、53.46%、11.74%，平均增产率为37.29%。在W3、W4、W5三种处理中，W4的百粒重、穗长、穗粒数、单穗重最高，且较W1、W2籽粒产量分别提高了34.68%、22.01%，说明全生育期55%～60%θf水分调控下限并未给产量及其构成因素产生负面影响。但当水分调控下限降至45%～50%θf时，产量及其构成因素逐渐降低，这是由于土壤水分过度亏缺致使青稞生殖生长出现不可逆危害，从而影响了籽粒产量。

图4 不同水分处理对春青稞干物质积累的影响Fig.4 Effects of water treatment on weight of dry matter of spring highland barley

表5 不同水分处理下春青稞产量及其构成因素

2.5 不同土壤水分下限调控灌溉对春青稞收获指数和水分利用效率的影响

作物收获指数是作物收获时籽粒产量与生物产量的比值，能反映出作物品种特性和栽培成效。不同水分处理下的春青稞水分利用效率和收获指数如表6所示。W1、W2处理下的水分利用效率较CK差异性极显著，而收获指数无差异。W2较W1提高了水分利用效率和收获指数，但增幅不明显。当土壤水分调控下限由80%～85%θf降至45%～50%θf时，水分利用效率和收获指数随水分调控下限的降低而表现出先升高后降低的变化趋势。其中，处理W4的水分利用效率最高，为1.15 kg·m-3，较W2、W1平均提高了32.95%。综合试验数据表明，若灌水时期安排适当，较低的灌水量条件下水分利用效率也会大幅提高[23]。

由表6可知，不同处理间的春青稞全生育期总灌水量差异不显著。当水分调控下限降至75%θf以下时，全生育期总灌水量逐渐降低，但降幅不明显。其中，W5的全生育期总灌水量最低，为 238.57 mm，较W1降低了47 mm。整体上，W3、W4、W5处理下的春青稞全生育期平均总灌水量为248.46 mm，较W1、W2平均降低了21 mm。试验表明，林芝河谷地区春青稞全生育期总灌水量约在238～285 mm之间，平均总灌水量为256.7 mm。

表6 不同水分处理条件下春青稞收获指数及水分利用效率

3 讨 论

3.1 春青稞生长变化对土壤水分下限调控的响应

作物株高、叶片生长与土壤水分含量及生育阶段相关，适宜的土壤水分对作物正常生长及发育至关重要。作物对水分变化的长期自我调控，将影响植株高度、叶面积、茎粗等[24]。本试验结果表明，不同水分调控下限对春青稞株高、叶面积形成均有影响，尤其对中后期的生长影响尤为显著。各灌水处理较雨养灌溉显著促进了春青稞株高的生长，其中抽穗期、乳熟期的株高较雨养灌溉平均提高了37.28%和44.33%。当土壤水分胁迫下限由65%～70%θf降至45%～50%θf时，春青稞株高、叶面积未明显表现出随水分调控下限的降低而出现升高或减小的规律。时学双等[18]研究认为全生育期水分胁迫处理下的春青稞株高较充分灌溉处理的低，然而本试验抽穗期水分胁迫处理W3、W4、W5株高反而大于充分灌水处理W1、W2，并以W4处理最高(102.7 cm)，且较W1、W2分别提高了11.56%和4.31%，说明抽穗期土壤水分含量过高并不利于试验区春青稞株高增长，同时也进一步证明了春青稞株高变化除受水分影响外，还与生育阶段有关。乳熟～成熟阶段，各处理株高均呈下降趋势，降幅以CK最大(18.49%)。其中，水分胁迫处理W4、W5降幅较充分灌水处理W1、W2小，说明45%～60%θf的灌水下限处理的春青稞在生长后期仍能保持较高的植株高度。

全生育期各处理的春青稞单株叶面积变化与株高类似，总体均呈现出先升高后降低的趋势，且峰值均出现在抽穗～乳熟阶段。然而，单株叶面积变化对不同水分处理的响应存在差异，W1、W2及CK的叶面积峰值出现在抽穗期，水分胁迫处理W3、W4、W5出现在乳熟期。在抽穗～乳熟阶段，W1、W2的单株叶面积显著降低，且叶面积相对生长率出现负值，为-0.20 cm2·cm-2·d-1；而W3、W4、W5总体呈上升趋势，即叶片仍保持相对正增长，表明水分胁迫处理W3、W4、W5较充分灌水处理W1、W2保持了较高的灌浆水平，光合同化作用较强，这与黄彩霞等[25]研究结论一致；乳熟期所有处理的叶片均表现出衰减迹象，叶面积相对生长率呈显著负增长。总体上，生长后期W3、W4、W5处理的单株叶面积大于W1、W2，表明水分胁迫在一定程度上能延缓叶片衰老，使春青稞叶面积在生长后期仍保持较高的水平，利于积累光合产物。

3.2 春青稞耗水变化对土壤水分下限调控的响应

作物生长与水密切相关，其耗水途径主要包括植株蒸腾、棵间蒸发。受作物种类、生长发育阶段、气候条件及农田水分状况等影响，不同作物或同一作物不同阶段的耗水规律存在差异。苗期春青稞株体小、地面覆盖度低，空气温度不高、降水少(图1)，故耗水量、耗水强度低；至拔节～抽穗阶段，春青稞株高、叶片生长活动旺盛，同时气温升高、叶片气孔开度大，加之降水增加，使春青稞蒸腾耗水增大；抽穗期后，春青稞生殖发育逐渐取代生长发育，其生长速率减缓，光合作用降低，进而蒸腾耗水减少；成熟期，降雨量急剧增加使土壤长期湿润，且空气温度升至生育期峰值，加之试验区土壤耕作层浅薄，致使土面蒸发强烈，进而引起春青稞耗水量及耗水强度再次升高，这是引起本试验春青稞全生育期耗水量、耗水强度总体均呈现“先升高后降低再回升”的变化趋势的主要原因。此外，田德龙等[12]、徐冰[13]也得出相似结论。

有研究认为，在作物及其种植方式、气候因素相同的条件下，灌水充分，则作物耗水量增加[17]。本试验结果表明：与旱作相比，灌溉条件下春青稞耗水量及耗水强度受灌水量影响较大，即随着灌水量增大，作物耗水量增加。受阶段性干旱影响，土壤相对干燥，棵间蒸发强度减弱，土壤毛管传导度降低，致使雨养灌溉下春青稞根系吸水受阻[26]。此外，干旱加速了叶片衰老，引起叶片持绿性下降及叶面捕光能力降低，且使气孔水分扩散阻力增加，导致光合速率[11,27-28]减弱，进而降低了作物蒸腾耗水，使CK处理的春青稞生育期耗水量、耗水强度最低，分别为262.50 mm、2.26 mm·d-1。W1处理的春青稞生育期总耗水量最大，主要原因为该处理较其他处理灌水频繁，田面时常湿润，受温度和太阳辐射影响，土壤无效蒸发相对增加，且该处理下的青稞株体较其他处理生长旺盛，致使作物耗水量及耗水强度增大。当土壤水分调控下限降至65%～70%θf以下时[18]，作物微观表现为水分胁迫抑制了细胞伸长；宏观表现为减缓了叶片伸展速率，致使叶片受光面积减小，光合势下降，影响叶片蒸腾强度。同时，水分胁迫降低了植株群体蒸腾面积[22,29-31]。这些因素共同作用势必会引起W3、W4、W5处理下的春青稞耗水量较W1的低。本研究发现，春青稞全生育期耗水量、耗水强度均随水分调控下限的降低而降低，其中处理W5的耗水量、耗水强度最低。此外，不同生育期水分胁迫对春青稞生长及产量会产生影响，但就试验区春青稞生长对水分胁迫敏感的生育时期及其需水规律还需进一步研究。

3.3 春青稞干物质积累及产量对土壤水分下限调控的响应

有研究认为，水分是影响作物干物质积累的重要因子[32]。宋霄君等[33]研究表明，水分胁迫下春小麦收获期的营养器官干物重较大。张步翀[34]研究得出，适度适期的水分胁迫利于春小麦地上干物质的积累。本研究结果表明，灌水处理较旱作处理显著提高了春青稞干物质积累量。抽穗至成熟期，W3处理下的春青稞干物质积累量始终最大，其干物质生长速率分别较充分灌水(W1与W2的均值)处理及CK提高了14.83% 和35.53%。因全生育期土壤水分变化的累积效应影响，成熟期各处理的干物质积累量为W3>W2>W4>W5>W1>CK，表明水分胁迫处理的干物质积累量及积累速率随水分胁迫程度的加重而降低，这与张殿忠等[35]研究结论一致。而李玉庆等[36]利用青稞生长动力学模型模拟认为土壤水分胁迫下的春青稞干物质积累变化呈非线性，这可能与作物品种特性及生态条件的差异有关，而关于不同品种或不同生境下的春青稞干物质积累动态及其对水分胁迫的响应，需进一步定量研究。

适宜的水分调控下限能改善土壤水分生境，为青稞生长发育及产量形成创造良好的条件。本试验发现，CK处理的春青稞籽粒产量最低，仅为4 064.27 kg·hm-2；比较W1与W2，发现当灌水下限降至75%～80%θf时，全生育期耗水量、灌溉量分别降低了13.10 mm和33.32 mm，而春青稞籽粒产量显著增加，增幅为10.39%。从产量构成角度分析，灌水下限由80%～85%θf降至75%～80%θf时，青稞穗长稍有缩短，但百粒重、穗粒数、单穗重均提高，这是处理W2籽粒产量提高的主要原因。

有研究表明，水分胁迫在一定程度上能增强作物的抗逆性[37-39]，诱发反冲机制，发挥增益作用，促进群体生长率和光合净同化率，增加籽粒干物质积累，从而提高作物籽粒产量[30-31]。本试验研究表明，W3、W4、W5较CK具有增产作用，且随着土壤水分下限的降低，籽粒产量、百粒重、穗长、穗粒数、单穗重均表现为先增加再降低的趋势，但只有籽粒产量差异性显著，说明灌水量是影响产量的主导因素之一，而非影响产量构成的唯一主导因素。此外，水分胁迫处理减少了春青稞全生育期耗水和灌水量(表1、表6)以及灌水次数，这进一步说明林芝河谷春青稞生产具有节水的潜力。其中，当土壤水分调控下限降至55%～60%θf时，春青稞籽粒产量最高，为6 237.05 kg·hm-2，较CK增产2 172.78 kg·hm-2，增产率达53.46%，主要原因为试材品种“喜马拉22号”抗逆性及耐旱性强[40-44]，水分胁迫下的气孔开度和光合速率能保持较高水平[22]，适当水分胁迫后及时复水能促进春青稞的生长发育，并增强作物的抗逆性[18]及提高作物群体生长率和光合净同化率[21]，从而提高作物籽粒产量，说明作物补偿生长效应显著。当土壤水分调控下限降至50%θf以下时，春青稞产量及其构成因素受水分亏缺影响开始下降。

3.4 春青稞水分利用效率、收获指数对土壤水分下限调控的响应

青稞具有一定抗旱性和节水潜力，而水分利用效率更是具有较大的提升空间[45]。研究发现，75%～80%θf的水分调控下限较80%～85%θf水分调控下限，春青稞节水率和水分利用效率分别提高了12%、11%。旱作处理下的春青稞收获指数和水分利用效率要比80%～85%θf、75%～80%θf水分下限的高，但籽粒产量明显降低，减产率分别为12.24%和20.50%，说明经济产量与水分利用效率不具有同步性，较高的产量往往需要消耗更多的水分，而干旱可获得较高的水分利用效率，但对产量提高不利。

当灌水下限的降低使春青稞生长因缺水而受不同程度的胁迫时，水分利用效率和收获指数均随土壤水分调控下限的降低表现出先升高后降低的变化特征。其中，当土壤水分调控下限降至55%～60%θf时，春青稞水分利用效率和作物收获指数分别为1.15 kg·m-3和0.40，明显高于灌水下限为75%～85%θf时的0.82～0.91 kg·m-3和0.28～0.30；当土壤水分调控下限降至50%θf以下时，春青稞收获指数显著降低，但水分利用效率降幅不明显。

本研究中，土壤水分调控水平的变化对春青稞全生育期总灌水量和耗水量影响不显著，但水分利用效率对水分调控下限的响应表现出一定的规律性：即随土壤水分调控下限的降低，水分利用效率先缓慢升高后逐渐降低，主要原因为在耗水量差异不显著的情况下，春青稞籽粒产量随土壤水分调控下限的降低而逐渐上升，至55%～60%θf水分调控下限时达到最大，此后又随着水分调控下限的降低而降低。而时学双等[18]在日喀则地区研究发现同样的水分胁迫水平在重度水分胁迫向极度水分胁迫变化时，水分利用效率下降。综上认为，处理W4在较少的灌溉水量下，春青稞籽粒产量和水分利用效率最优。从节水增产的角度出发，基于本试验环境下林芝河谷地区春青稞稳产或增产的亏缺灌溉下限不应低于55%～60%θf。

4 结 论

本研究以林芝河谷春青稞为研究对象，主要探究了高原生境下全生育期不同土壤水分调控下限对春青稞生长、耗水及产量的影响，主要结论如下：

1)全生育期土壤水分调控灌溉对林芝河谷春青稞中后期的株高、叶面积影响显著。抽穗期水分胁迫处理的株高大于充分灌水处理，以处理W4最大，为102.7 cm。乳熟期春青稞单株叶面积随灌水下限的降低而逐渐增大，即水分胁迫延缓了叶面积衰减速率。

2)春青稞生育期总耗水量随土壤水分调控下限的降低直线下降，耗水强度在5 mm·d-1左右浮动。与W1、W2处理相比，W3、W4、W5处理降低了春青稞耗水量和耗水强度。

3)成熟期各处理的春青稞干物质积累量排序为：W3>W2>W4>W5>W1>CK，表明水分胁迫条件下的干物质积累量随水分胁迫程度的加重而减少。水分利用效率和收获指数均随土壤水分调控下限的降低而先升高后降低。综合发现，55%～60%θf的水分调控下限能在较小的灌水量下获得最大的产量(6 237.05 kg·hm-2)和较高的水分利用效率(1.15 kg·m-3)。基于此，本试验条件下林芝河谷春青稞全生育期土壤水分调控下限为55%～60%θf时节水增产效益显著。