前期灌溉延迟对河套灌区地膜春小麦生长的影响

罗 东，白岗栓，苗庆丰，边利强

(1.陕西怡安建设工程有限公司，西安 710021；2.西北农林科技大学水土保持研究所，陕西 杨凌 712100；3. 内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院，呼和浩特 010020；4.磴口县水利局，内蒙古 磴口 015200)

河套灌区地处干旱、半干旱、半荒漠草原区，灌溉是河套灌区春小麦获得高产稳产的最关键技术[1]。河套灌区露地春小麦往往在分蘖期、孕穗初期、扬花期和灌浆期灌溉，其中分蘖期灌溉的主要目的是以水压盐、洗盐，降低土壤盐分带来的不利影响[2]。地膜覆盖有效抑制了土壤水分蒸发，改善了土壤水、热及盐的分布[3-5]，降低土壤盐分表聚[3]，提高土壤水分利用效率[5]，促进春小麦提早出苗[6]并积累较多的干物质[4]，利于春小麦早期的穗分化及产量形成，可显著提高春小麦产量[7,8]，地膜春小麦在河套灌区已逐渐推广[9]。河套灌区每年秋末冬初对农田进行“秋浇”，“秋浇”的水分大多冻结在0～100 cm土层土壤中，翌年春季土壤解冻消融，可使土壤水分维持在较高的水平[3]。河套灌区地膜春小麦的灌溉时期与露地春小麦的基本一致。受上年“秋浇”及生长前期灌溉等的影响，河套灌区地膜春小麦生长前期生长旺盛，分蘖强烈，往往造成拔节期至灌浆期[8]或扬花期至灌浆期耗水量增多[5,6]，导致生长后期土壤水分不足[10,11]，且地膜春小麦的分蘖力强，分蘖成穗比例高，个体间竞争加剧，进一步降低了千粒重及产量[7,8]。如何利用有限的灌溉水资源，减少地膜春小麦的前期冗长生长量，提高生长后期的土壤水分，提高千粒重及产量，成为河套灌区地膜春小麦生产中亟需解决的问题。为了合理利用灌溉水资源，本试验将河套灌区地膜春小麦生长前期的2次灌溉适当延迟，以控制生长前期的冗长生长量，弥补生长后期的土壤水分，为地膜春小麦生产提供指导。

1 材料和方法

1.1 试验区概况

试验地位于内蒙古河套灌区磴口县，东经107°02′19″，北纬40°24′32″，海拔1 048.6 m，年均气温7.1 ℃，日照时数3 187.3 h，降水量142.1 mm，无霜期178 d。试验地土壤为灌於土，土层厚度1.8～2.0 m，耕层土壤有机质9.81 g/kg，速效氮63.25 mg/kg，速效磷12.7 mg/kg，速效钾171.5 mg/kg，田间持水量23.23%，萎蔫系数7.48%，含盐量1.50 g/kg左右，pH 值8.8。0～100 cm土层土壤容重平均为1.48 g/cm3，地下水埋深2.0 m左右。试验地长60.0 m，宽40.0 m。灌溉水为过境黄河水，矿化度0.32 g/L左右，pH值8.1左右。

1.2 试验材料与设计

供试春小麦品种为永良4号，2018年3月15日穴播，行距15 cm，穴距12 cm，每穴12粒，密度55.556 穴/m2[3,6]。覆盖的地膜宽110 cm，厚0.008 mm，长12.2 m，每幅地膜种植7行，每行100 穴。每个试验小区由两幅地膜组成。每幅地膜两侧覆厚6.0 cm、宽7.0 cm土，以防被风吹毁。

试验以当地地膜春小麦的常规灌溉时期，即分蘖期、孕穗初期、扬花期和灌浆期灌溉(小型潜水泵抽水灌溉，每个小区每次灌水2.42 m3，相当于每次灌溉90 mm，根据水表流量来控制)为对照，将地膜春小麦生长前期，即分蘖期、孕穗初期的灌溉各延迟10、15和20 d；生长后期，即扬花期和灌浆期的灌溉时期则与常规灌溉保持一致(表1)，且每次的灌水量及全生育期的灌溉量与对照保持一致。试验重复3次，共12个小区，随机排列。不同小区之间相距100 cm，小区边缘修高25 cm、宽30 cm的土埂，以防灌溉水乱串。

不同处理均在覆膜前施K2O 21.5 kg/hm2，N 172.5 kg/hm2，P2O567.5 kg/hm2，第2次灌溉时随水追施N 69.0 kg/hm2。受上年“秋浇”及播种期冻土层消融的影响，播种前0～100 cm土层土壤贮水量高达449.21 mm(4 492.1 m3/hm2)。春小麦生长期降水29.0 mm(290.0 m3/hm2)，主要集中在播种后至出苗期和扬花期至成熟期，与往年的降水状况基本相同[12]。不同处理的施肥、播种、除草等管理措施相同。

表1 不同处理的灌溉时期Tab.1 Irrigation stage of different treatments

1.3 监测项目

(1)土壤水分。春小麦扬花期(6月11日)和灌浆期灌水前(7月4日)及成熟期收获前(7月15日)，以10 cm 土层为一层，在每幅地膜中部春小麦行之间，用土钻分层采集0～100 cm土层土壤，每小区采集3次，烘干法测定土壤水分(%)，然后根据土壤水分、土层厚度和土壤容重，换算成土壤贮水量(mm或m3/hm2)[2,13]。

土壤含水量(质量%)=

(原土质量-烘干土质量)/烘干土质量×100%

(1)

土壤贮水量(mm)=土壤含水量(质量%)×

土壤容重(g/cm3)×土层厚度(cm)×10

(2)

土壤贮水量(m3/hm2)=土壤贮水量(mm)×

100(m)×100(m)/1 000

(3)

(2)分蘖成穗力。三叶期每个小区随机抽查5穴并标记，常规方法测定基本苗数，孕穗初期测定茎蘖数并计算分蘖力，成熟期测定有效穗数并计算分蘖成穗力[6]。

(3)生长状况。孕穗后期(5月25日)、扬花期(6月11日)、灌浆期(7月4日)及成熟期(7月15日)每个小区随机抽取5穴，测定单穴茎数、株高，近地面剪截后测定地上部茎秆、叶片和叶鞘、穗的生物量(105 ℃烘烤30 min，80 ℃烘烤至恒重)。

(4)经济性状。成熟期以1.0 m2为单位(55.556穴)，近地面收割，每个小区随机采集3处，测定春小麦的穗长、穗粒数、籽粒产量和千粒重等。根据籽粒产量与生物量计算经济系数，根据耗水量、生物量和籽粒产量计算水分利用效率和水分产出率[2,13]。

经济系数=籽粒产量(kg/hm2)/生物量(kg/hm2)

(4)

水分利用效率(kg/m3)=生物量(kg/hm2)/耗水量(m3/hm2)

(5)

水分产出率(kg/m3)=籽粒产量(kg/hm2)/耗水量(m3/hm2)

(6)

1.4 数据处理

试验数据采用Excel 2010 制作图表，SPSS 19.0软件进行方差分析；若差异显著，则采用邓肯氏新复极差检验法进行多重比较，检验不同处理之间的差异显著性。

2 结果与分析

2.1 不同处理的土壤贮水量

扬花期灌溉前延迟10 d、15 d、20 d和常规灌0～100 cm土层土壤贮水量分别为196.07、205.43、210.25和180.01 mm，延迟10 d的显著高于(p<0.05)常规灌溉，延迟15 d和延迟20 d的均极显著高于(p<0.01)常规灌溉，延迟20 d的显著高于(p<0.05)延迟10 d，图1(a)；灌浆期灌溉前分别为203.71、211.77、217.27和196.89 mm，延迟15 d和延迟20 d的显著高于(p<0.05)常规灌溉，延迟20 d的显著高于(p<0.05)延迟10 d，图1(b)；成熟期收获前分别为230.45、237.33、243.34和222.20 mm，延迟15 d和延迟20 d的显著高于(p<0.05)常规灌溉，延迟20 d的显著高于(p<0.05)延迟10 d，图1(c)。

2.2 不同处理春小麦的分蘖力及分蘖成穗力

不同处理的基本苗数基本相同。分蘖期常规灌溉的土壤水分含量高，土壤盐分含量低[3]，春小麦分蘖旺盛，其茎蘖数及分蘖力均极显著高于(p<0.01)延迟灌溉。成熟期延迟15 d的有效穗数略高，延迟20 d的略低，不同处理之间无显著差异。延迟灌溉的分蘖成穗力均极显著高于(p<0.01)常规灌溉(表2)。

图1 不同处理不同生长期的土壤贮水量Fig.1 Soil moisture of different treatments at different growth stage

表2 不同处理单穴春小麦的分蘖力及分蘖成穗力Tab.2 Tillering ability and the ability of spike formation from stem and tiller of single-hole spring wheat with different treatments

2.3 不同处理春小麦的生长状况

孕穗后期常规灌溉的株高较高且显著高于(p<0.05)延迟15 d和延迟20 d，扬花期、灌浆期和成熟期不同处理之间则无显著差异。孕穗后期常规灌溉的茎粗较粗，扬花期、灌浆期和成熟期均以延迟15 d的较粗，不同处理之间存在显著差异。孕穗后期常规灌溉的单穴茎数显著多于(p<0.05)延迟灌溉，扬花期、灌浆期和成熟期不同处理之间则无显著差异。孕穗后期常规灌溉的单穴生物量极显著高于(p<0.01)延迟灌溉，扬花期、灌浆期和成熟期均以延迟15 d的较高，不同处理之间存在显著(p<0.05)或极显著(p<0.01)差异。孕穗后期常规灌溉的穗长极显著长于(p<0.01)延迟灌溉，扬花期、灌浆期和成熟期不同处理之间则无显著差异(表3)。

孕穗后期常规灌溉的穗生物量极显著大于(p<0.01)延迟灌溉，扬花期、灌浆期和成熟期均以延迟15 d的较高，不同处理之间存在显著(p<0.05)或极显著(p<0.01)差异。孕穗后期不同处理的茎秆生物量无显著差异，扬花期、灌浆期和成熟期均以延迟15 d的较高，不同处理之间存在显著(p<0.05)或极显著(p<0.01)差异。孕穗后期常规灌溉的叶片和叶鞘生物量显著大于(p<0.05)延迟15 d和延迟20 d；扬花期延迟10 d的较高，灌浆期和成熟期延迟15 d的较高，不同处理之间存在显著(p<0.05)或极显著(p<0.01)差异。孕穗后期常规灌溉的总生物量显著大于(p<0.05)延迟灌溉，扬花期、灌浆期和成熟期均以延迟15 d的较高，不同处理之间存在显著(p<0.05)或极显著(p<0.01)差异(表3)。

表3 不同处理不同生长期的春小麦生长状况Tab.3 Growth status of spring wheat with different treatments at different growth stages

孕穗后期常规灌溉的总体生长状况较好，且灌溉延迟得越晚，地膜春小麦的生长状况越差；扬花期、灌浆期和成熟期均以延迟15 d的生长状况较好，常规灌溉的较差(表3)。

2.4 不同处理春小麦的经济性状

延迟10 d、延迟15 d和延迟20 d的地膜春小麦较常规灌溉分别晚成熟1日、3日和2日。常规灌溉的小穗数最多，延迟20 d的最少，常规灌溉显著多于(p<0.05)延迟15 d和延迟20 d。常规灌溉的不孕小穗数最多，延迟15 d的最少，不同处理之间均存在极显著(p<0.01)差异。延迟15 d的穗粒数最多，延迟20 d的最少，延迟15 d和延迟10 d的显著多于(p<0.05)常规灌溉和延迟20 d。延迟15 d的千粒重最重，常规灌溉的最轻，常规灌溉的显著低于(p<0.05)延迟灌溉。延迟15 d的籽粒产量最高，常规灌溉的最低，延迟15 d和延迟10 d的极显著高于(p<0.01)常规灌溉，显著高于(p<0.05)延迟20 d。延迟15 d的经济系数略高，常规灌溉的略低，不同处理之间无显著差异(表4)。

表4 不同处理地膜春小麦的经济状况Tab.4 Economic status of film mulching spring wheat with different treatments

2.5 不同处理的土壤水分利用效率

从播种至成熟期，常规灌溉的土壤贮水量降低幅度显著大于(p<0.05)延迟15 d和延迟20 d，延迟10 d的显著大于(p<0.05)延迟20 d，但不同处理的土壤耗水量无显著差异。地膜覆盖较露地直播极大程度提高了河套灌区盐渍化土壤的生产力[3, 6]。不同处理的土壤水分利用效率和土壤水分产出率均以延迟15 d的最高，常规灌溉的最低，其中延迟15 d的极显著高于(p<0.01)常规灌溉和延迟20 d，延迟10 d的极显著高于(p<0.01)常规灌溉，显著高于(p<0.05)延迟20 d，延迟20 d显著高于(p<0.05)常规灌溉(表5)。

3 讨 论

水分是限制作物生长与发育的重要因素[13]。河套灌区每年秋末冬初进行“秋浇”压盐，冬季冻土层中贮存了大量的水分，为作物春季生长奠定了基础[14]。河套灌区春小麦为顶凌播种，播种至拔节期土壤处于冻融阶段，由于深层土壤解冻晚，浅层土壤解冻融化的水分不能下渗，导致春小麦生长前期根际土壤的水分含量高[2, 14]，再加上分蘖期、孕穗初期的灌溉，根际土壤处于高湿高温的状态[3, 11]，导致地膜春小麦生长前期快速生长及大量分蘖[6]，因而常规灌溉的茎蘖数、分蘖力及孕穗后期的生长状况优于延迟灌溉，不但小穗数较多，穗较长，茎秆较粗，而且地上部生物量较大。春小麦拔节期至灌浆期是生理需水关键期和临界期[15]，拔节至孕穗期的土壤水分对小穗分化、穗长等有显著影响[16]，孕穗期的土壤水分对穗粒数有显著影响[16,17]，且春小麦的籽粒产量约2/3来自扬花后积累的光合产物，1/3 左右来自扬花前积累的光合产物，扬花期至成熟期是春小麦籽粒产量形成的关键时期[18]，扬花期至成熟期充足的土壤水分可显著提高叶片的光合速率[19]，促进叶片和植株的正常生长发育[20]，提高灌浆速率[21]，提高千粒重[17, 22]及产量[23,24]。常规灌溉孕穗初期至扬花期的灌溉间隔期长且前期生长量大[6]，导致抽穗期以后的土壤水分供给不足[3]，因而常规灌溉从孕穗期以后的生长状况逐渐变差，不但株高相对降低，不孕小穗相对增多，而且生物量、千粒重及籽粒产量等也相对降低；延迟20 d的处理在抽穗期之前仅灌溉了1次，降低了春小麦的分蘖力及小穗分化能力，导致单穴茎数减少，小穗数减少，单穴有效穗数及穗粒数减少，虽然在生长后期土壤水分供给充足，千粒重较高，但由于单位面积的有效穗及穗粒数少，故单位面积的产量仍较低；延迟10 d和延迟15 d的处理在分蘖期没有灌溉，有效抑制了分蘖力，减少了生长前期的冗长生长量，且延迟10 d和延迟15 d的第1 次灌溉分别在地膜春小麦的拔节后期和拔节孕穗期，第2次灌溉分别在孕穗期和孕穗抽穗期，有效提高了地膜春小麦孕穗期至成熟期的土壤水分，特别是提高了抽穗期至灌浆期的土壤水分，为春小麦扬花授粉、灌浆及成熟等提供了良好的土壤水分环境，促进了穗下节的伸长[16]，延长了地膜春小麦的生长期，促进植株积累更多的光合产物[19]，因而延迟10 d和延迟15 d处理扬花期至成熟期的株高较高，不孕小穗数显著减少，千粒重显著提高，产量提高。延迟灌溉春小麦成熟期土壤水分高于常规灌溉，生长期的耗水量低于常规灌溉，而成熟期的生物量、籽粒产量高于常规灌溉，因而延迟灌溉的土壤水分利用效率、土壤水分产出率均高于常规灌溉。延迟15 d的增产作用高于延迟10 d，可能与延迟15 d在地膜春小麦扬花期和灌浆期的土壤水分较高密切相关。河套灌区地膜春小麦第1次灌溉和第2次灌溉应较当地常规灌溉延迟 15 d，应在地膜春小麦孕穗初期进行第1次灌溉，孕穗抽穗期进行第2次灌溉，可有效提高春小麦的千粒重和产量。

表5 不同处理的土壤水分利用效率Tab.5 Soil water use efficiency of different treatments

4 结 论

(1)河套灌区地膜春小麦生长前期第1次和第2次灌溉分别延迟10、15和20 d，均可提高地膜春小麦扬花期、灌浆期和成熟期的土壤水分，且延迟越晚，生长后期的土壤水分越高。延迟灌溉降低了地膜春小麦的分蘖力，提高了地膜春小麦的分蘖成穗力。

(2)生长前期第1次和第2次灌溉均延迟15 d的春小麦扬花期及扬花期以后的生长状况较好，不孕小穗数较少，穗粒数较多，千粒重及产量较高，水分利用效率及水分产出率较高。

(3)河套灌溉地膜春小麦生长前期第1次、第2次灌溉应在地膜春小麦孕穗初期和孕穗抽穗期，较当地常规灌溉晚15 d左右。