不同时间春灌一水对冬小麦生长发育及产量的影响

刘志良，曹彩云，潘胤霖，李树宁，孙良忠，党红凯*，郑春莲*

（1.山东农业大学水利土木工程学院，山东 泰安 271018；2.河北省农林科学院旱作农业研究所，河北 衡水 053000；3.枣强县农业农村局，河北 枣强 053100）

小麦是我国主要粮食作物之一，在农业生产和国民经济中占有举足轻重的地位。据国家统计局数据，2018 年全国粮食产量为65 789 万t，其中小麦产量为13 143万t[1]，约占全国粮食总产量的20%。小麦主产区大部分集中在我国北方半湿润半干旱地区，水肥条件是制约该区小麦生产的重要因素[2～5]。2018 年河北省小麦耕种面积约230 万hm2，居全国第3 位。因小麦生育期内降水量无法满足其生长发育的需求，近年来河北省小麦生产主要靠超采深层地下水来灌溉[6～8]。黑龙港流域面积仅占河北省面积的18.5%，但其冬小麦耕种面积占河北省小麦总耕种面积的50%以上，区域内的衡水、沧州、邢台、邯郸等地下水超采非常严重[9，10]，因此，在该区域开展冬小麦节水灌溉有很强的针对性和必要性。

研究表明，在一定范围内灌溉可以显著提高小麦产量，但是随着灌水量的增加，小麦的增产效应减弱[11，12]。运用非充分灌溉的方式保证作物需水关键期的水分需求，并在其他农业措施配置合理的情况下，可以实现适当高产[13]。李雁鸣等[14]研究表明，冬小麦春季灌拔节水、抽穗扬花水和灌浆水可获得高产，同时指出在灌水次数更少的条件下取得高产也有可能。刘兴海等[15]和曹刚等[16]以春两水为前提条件下的研究一致显示，冬小麦灌水的最大效益期为拔节至孕穗期和扬花至灌浆期。吕凤荣等[17]研究认为，在底墒较好的情况下，一般年份灌水1 次（拔节期）～2 次（拔节期、灌浆期）均可以获得高产。兰霞等[18]指出，若水资源非常紧缺，在以提高水分生产效率为目标时，推荐春季灌水1 次。基于此，在河北省黑龙港流域冬小麦—夏玉米一年两熟种植区，研究不同时间春灌一水对冬小麦生长发育及产量的影响，探明冬小麦春灌一水的生产效应，以期为该地区冬小麦节水增产提供新的实践依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2018 年10 月～2019 年6 月在河北省深州市护驾迟镇后营村（东经115.68°，北纬37.89°） 进行。试验地位于河北省中南部，属于温带大陆性季风气候，具有中国北方半干旱农业生产区的典型特征，年均日照时数2509.4 h、无霜期188 d、蒸发量1 785 mm、降水量510 mm、气温12.8 ℃；土质为壤土，0～20 cm耕层土壤养分含量为有机质15.68～17.42 g/kg、全氮1.48～1.54 g/kg、速效氮127.24～134.68 mg/kg、速效磷21.95～24.13 mg/kg、速效钾113.68～128.42 mg/kg。

1.2 试验材料

供试材料为节水高产小麦品种衡4399。前茬作物为夏玉米，收获后秸秆全量粉碎还田。

1.3 试验方法

1.3.1 试验设计 2018 年10 月15 日播种小麦，播种量225 kg/hm2，基本苗375 万株/hm2。为保证小麦足墒播种，2018 年9 月25 日玉米收获前灌水1 次，冬前不灌冻水。整地前底施磷酸二铵525 kg/hm2、氯化钾150 kg/hm2，拔节期追施尿素375 kg/hm2，折合N、P2O5、K2O 施用量分别为267、241.5、90 kg/hm2。采用单因素区组设计，翌年小麦需水关键期（3～4 月）灌水1 次，试验灌水时间设3 月25 日（Ⅰ）、4 月5日（Ⅱ）、4 月15 日（Ⅲ）和4 月25 日（Ⅳ）4 个处理，灌水量75 mm；以不灌水处理为对照（CK）。每处理小区面积40 m2（5 m×8 m），3 次重复，顺序排列，处理间设置宽1 m 的隔离区。2019 年6 月8 日收获小麦。

1.3.2 测定项目与方法

1.3.2.1 株高、叶面积及干物质积累量。分别在小麦拔节期、抽穗期、扬花期、灌浆期和成熟期，每小区均选取代表性的植株10 株，用直尺测量株高；用Li-3100C 台式叶面积仪测量叶面积（cm2），计算叶面积指数（LAI）：

LAI=叶面积/株数×基本苗数量×10-4

将植株的不同组织（茎、叶、穗）分开并装入不同的纸袋中，置于105 ℃烘箱中先杀青30 min，而后80 ℃烘干至恒重，称量各组织的干物质量。

1.3.2.2 叶绿素含量。小麦拔节期后每隔5～7 d，每小区均选取代表性的植株10 株，用SPAD-502 叶绿素含量测定仪测定旗叶的SPAD 值。

1.3.2.3 产量及其构成因素。小麦收获前（6 月7日），每处理均随机选取40 穗小麦进行考种，测定穗长、结实小穗数、不孕小穗数、穗粒数、千粒重等；每小区随机收获3 m2测产，然后折算成单位面积产量。

1.3.3 数据处理与分析 利用Microsoft Excel 2010 和DPS 9.50 软件进行数据处理和统计分析。采用LSD法对数据进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同时间春灌一水对冬小麦株高的影响

拔节期至成熟期，各处理的小麦株高均呈逐渐增大趋势，且均以拔节期至扬花期增幅较大，扬花期至成熟期变化较小（图1）。春灌一水条件下，同一生育期的小麦株高均＞CK；但不同灌水时间处理的株高变化略有不同，其中，拔节期至抽穗期株高顺序为处理Ⅰ＞处理Ⅱ＞处理Ⅲ＞处理Ⅳ，扬花期至成熟期株高顺序为处理Ⅱ＞处理Ⅰ＞处理Ⅲ＞处理Ⅳ。原因是处理Ⅰ在拔节前期（3 月25 日） 灌水，小麦拔节期水分充足，株高一直保持较高水平；处理Ⅱ在拔节中期（4月5 日）灌水，前期小麦株高偏低，后期因水分得到补偿，株高迅速生长；处理Ⅲ、处理Ⅳ分别在拔节晚期（4 月5 日） 和拔节末期（4 月25 日） 灌水，拔节期水分不足，影响了小麦正常生长，株高一直偏低。可以看出，在拔节前期和中期灌水，小麦株高较大；在拔节后期和末期灌水，小麦生长受到抑制，株高较小。

图1 不同时间春灌一水对冬小麦株高的影响Fig.1 Effect of irrigation once in spring at different dates on plant height of winter wheat

2.2 不同时间春灌一水对冬小麦LAI 的影响

拔节期至灌浆期，春灌一水的小麦LAI 均＞CK，但不同灌水时间处理的小麦LAI 及其变化规律差异较大（图2）。春灌一水条件下，处理Ⅰ的小麦LAI 一直保持较高水平，变化趋势呈先增后减，最大值出现在扬花期；处理Ⅱ的小麦LAI 相对较高，且变化幅度较小；处理Ⅲ的小麦LAI 较低，变化趋势为拔节期至抽穗期变化平稳，而后逐渐减小；处理Ⅳ的小麦LAI 与CK 接近，均呈逐渐减小趋势。原因是处理Ⅰ在拔节前期灌水，土壤水分充足，小麦叶片发育较好且不易衰老，LAI 一直保持较高水平；处理Ⅱ在拔节中期灌水，叶片衰老死亡过程中新叶片能够得到及时补充，LAI 变化相对平稳；处理Ⅲ在拔节后期灌水，短时期可保持叶片正常更新，到旗叶展开后底部叶片逐渐衰老死亡，使得抽穗期后LAI 开始下降；处理Ⅳ在拔节末期灌水，灌水时间较晚，小麦需水关键期缺水，叶片发育不足，使得拔节期后LAI 下降较快。

2.3 不同时间春灌一水对冬小麦干物质积累的影响

图2 不同时间春灌一水对冬小麦LAI 的影响Fig.2 Effect of irrigation once in spring at different dates on LAI of winter wheat

拔节期至成熟期，各处理的小麦干物质积累量均呈逐渐增大趋势，且均以拔节期至扬花期增加相对缓慢，扬花期至成熟期增加较为迅速，成熟期的小麦干物质积累量均显著高于拔节期（图3）。春灌一水条件下，同一生育期的小麦干物质积累量均＞CK；但不同灌水时间处理的干物质积累量变化有所不同，其中，拔节期至扬花期仅处理Ⅰ增加较快，扬花期至灌浆期除处理Ⅳ外其他处理均增加较快，成熟期小麦干物质积累量顺序为处理Ⅱ＞处理Ⅰ＞处理Ⅲ＞处理Ⅳ。原因是处理Ⅰ灌水时间较早，前期水分充足，扬花期后水分较少，故前期干物质积累较快；处理Ⅱ、Ⅲ分别于拔节中期和拔节后期灌水，既可以部分满足拔节期需水，又可以部分满足扬花期和灌浆期需水，故后期干物质积累均较快；处理Ⅳ灌水时间较晚，拔节期供水不足，前期干物质积累较少，至扬花期、灌浆期，即使土壤含水量适宜，也因关键期缺水发育不足使干物质积累较慢。

图3 不同时间春灌一水对冬小麦干物质积累的影响Fig.3 Effect of irrigation once in spring at different dates on dry matter accumulation of winter wheat

2.4 不同时间春灌一水对冬小麦旗叶叶绿素含量的影响

4 月25 日至5 月23 日，春灌一水的小麦旗叶SPAD 值均＞CK，但SPAD 值随着灌水时间的推迟而逐渐降低（图4）。拔节期至抽穗期是小麦营养生长向生殖生长转变的关键期，茎、叶、穗等器官发育同时进行，小麦叶片发育质量受水分作用影响较大。拔节期灌水时间越迟，叶片发育质量越差。拔节期后至成熟期前，所有处理的旗叶SPAD 值均呈先增后减趋势，其中，灌水处理的旗叶SPAD 值在灌浆期开始缓慢下降，未灌水的CK 旗叶SPAD 值在灌浆期急剧下降。灌水时间越早，小麦旗叶SPAD 峰值越高；各处理的旗叶SPAD 峰值均出现在灌浆期，除处理Ⅳ出现在5月11 日外，其他处理均出现在5 月6 日。说明灌水时间对小麦旗叶SPAD 峰值的高低有影响，但对峰值出现的生育期影响不大。

图4 不同时间春灌一水对冬小麦旗叶SPAD 值的影响Fig.4 Effect of irrigation once in spring at different dates on SPAD value of top leaves of winter wheat

2.5 不同时间春灌一水对冬小麦产量及其构成因素的影响

春灌一水条件下，各处理的小麦穗长、结实小穗数、穗粒数、千粒重和产量均显著＞CK，不孕小穗数显著＜CK；且不同灌水时间处理的指标值差异均达到了显著水平（表1）。春灌一水条件下，处理Ⅱ的小麦穗长、结实小穗数、穗粒数和产量均最高，不孕小穗数最低，且与其他处理差异均达到了显著水平；此后，随着灌水时间的推迟，小麦不孕小穗数和千粒重均逐渐增加，其他指标均逐渐降低。处理Ⅰ产量居第2 位，显著高于处理Ⅲ和Ⅳ；处理Ⅲ和Ⅳ的产量较低，二者差异不明显。原因是处理Ⅰ在拔节前期灌水，灌浆期水分较少，虽然穗粒数较多，但千粒重较小，从而影响了产量的进一步提高；处理Ⅱ在拔节中期灌水，灌浆期水分适宜，虽然千粒重偏小，但穗粒数最多，最终产量最高；处理Ⅲ、Ⅳ分别于拔节后期和末期灌水，灌浆期水分充足，虽然千粒重较大，但穗粒数较少，致使产量较低。

表1 不同时间春灌一水对冬小麦产量及其构成因素的影响Table 1 Effect of irrigation once in spring at different dates on yield and its components of winter wheat

3 结论与讨论

河北平原地区冬小麦生长在一年中最为干旱的时期，生育期内多年平均降雨量不足150 mm，无法满足小麦正常生长发育的水分需求，必须进行灌溉才能获得高产。目前黑龙港流域冬小麦灌溉用水主要依赖开采地下水，该地区小麦生产水资源不足与水分利用效率低下并存。因此，减少小麦灌溉用水量，研发高效节水种植技术是黑龙港流域乃至整个河北地区今后的发展方向[19]。

本研究结果表明，拔节期间春灌一水基本能够满足小麦正常生长对水分的需求，但灌水时间过早会导致小麦后期生长需水不足；而灌水时间过晚，虽可保证小麦生育后期田间有较足水分，但由于需水关键期缺水，导致株高和叶片发育不良，水分无法充分利用。因此，适度推迟拔节水有利于小麦产量和水分利用效率的提高。在春灌一水条件下，从拔节前期开始，随着灌水时间的推迟，小麦旗叶SPAD 值下降明显，叶绿素含量降低，这会导致光合作用下降，从这个角度来看应在拔节前期灌水；而随着灌水时间的推迟，其他各处理的小麦千粒重均逐渐增大，但各处理的穗长、结实小穗数和穗粒数均呈先增大后减小趋势，不孕小穗数呈先减小后增大趋势，最终产量表现为处理Ⅱ＞处理Ⅰ＞处理Ⅲ＞处理Ⅳ，说明穗粒数是影响产量形成的最重要因素，从这个角度看应在拔节中期灌水，其中4 月5 日灌水效果最好。

综合来看，春灌一水能基本满足冬小麦高产对水分的需求，这与孙明清等[20]的研究结果一致。春灌一水条件下冬小麦拔节中期灌水的产量效果优于其他时期灌水。本研究虽然确定了适合冬小麦春灌一水的日期，但本研究中各处理灌水时间的间隔较长，为了进一步确定最佳的春灌一水日期，今后可在3 月25 日至4 月15 日之间进行再细分研究。同时，不同地域、土壤、肥力、品种等因素对冬小麦春灌一水时间的影响需要进一步探究。