不同滴灌带配置对春小麦产量的影响

卢伟鹏，张龙龙，杨建平，刁 明，姜 东

(1.石河子大学农学院/新疆生产建设兵团绿洲生态农业重点实验室，新疆石河子 832003; 2.南京农业大学农业农村部小麦区域技术创新中心，南京 210095)

0 引 言

【研究意义】小麦是我国主要粮食作物之一，常年种植面积约2 667×104hm2，西北干旱半干旱地种植了国内50%的小麦[1]。小麦灌溉用水约占农业用水的70%[2]。新疆地处干旱半干旱地区，是我国典型的绿洲灌溉农业区，92.4%的耕地为灌溉农田。新疆常规灌溉不仅耗水量大且水分利用率低，滴灌作为一种先进的节水灌溉技术，与漫灌、沟灌、喷灌等方式相比，具省水、省工、保持土壤结构、减少营养成分流失、提高作物产量等优点[3]，灌溉水的利用率可高达95%，节水50% ～70%[4]。在滴灌小麦生产中，由于滴灌带用量显著大于玉米和棉花等高秆或大行距作物，生产成本高、生产经济效益低。【前人研究进展】在滴灌条件下，土壤中的水分受到重力和毛管力作用下不停地向周边蔓延，导致土壤含水量随距离滴灌带的远近不同而显著不同，加之滴灌小麦肥料随水施用，在土壤中肥料也随水而运移，影响了作物的生长发育和产量形成。研究表明，适当增加滴灌带数量，缩短滴灌带的供水距离，能有效缩小不同冬小麦行间水肥供应的差异。如1管5行滴灌模式下，滴灌带侧1、2、3行小麦的生长均匀，行间的基本苗、叶色、有效穗数、穗粒数以及千粒重差异不大，与1管4行处理相比，产量提高了33.3 kg/667m2[5]。商健等[6]的研究表明，4种滴灌带布置模式下，滴灌冬小麦灌浆后期的灌浆速率及籽粒干重与CK相比均有显著提高，成熟期干物质在籽粒的分配率表现为1管4行>1管5行>1管6行>1管3行>CK；而花后转移干物质对籽粒的贡献率表现为1管5行>1管4行>1管6行>1管3行>CK；其研究得出1管5行最有利于滴灌冬小麦籽粒灌浆，且能显著提高花后光合器官同化物的积累。杨相昆等[7]通过单因素随机区组试验表明，离滴灌带越近的冬小麦行，干物质积累越多，且1管4行模式总干物质积累高于1管5行处理。影响产量的因素很复杂，性状间既存在直接相关，又可通过其它性状产生间接相关。要揭示性状间的真实关系，还需对性状间进行通径分析，估算出性状间的直接效应和间接效应[8-10]。【本研究切入点】在新疆地区大面积推广的滴灌小麦管带布置方式为1管4行，据前人1管4行、1管5行、1管6行(滴灌带毛管间距60、75、90 cm)处理间行间变异试验结果，相对于1管4行模式，1管6行处理下行间差异显著提高，且单位面积滴灌灌带铺设成本显著低于1管4行模式。【拟解决的关键问题】扩大滴灌带间距，比较1管6行、1管8行滴灌带配置处理间，不同行小麦各农艺性状和产量的差异及其影响因素，为滴灌小麦节本增效的调控途径提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验于2018年4至7月在新疆石河子市石河子大学实验场二连进行，该试验区位于石河子周边，地理坐标为E86°、N44°，属温带大陆性气候。近几年来，年平均气温在6.6～7.1℃，最高气温出现在7～8月初，最低气温出现在1月；试验地土地平整，土壤类型为灌耕灰漠土，土壤质地为壤土，pH为7.8，有机质16.05 g/kg，速效氮42.35 mg/kg，速效磷2.02 mg/kg，速效钾226 mg/kg。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

采用随机区组，共设置1管4行(TR4，带间距为60 cm)、1管6行(TR6，带间距为90 cm)、1管8行(TR8，带间距为120 cm)3种滴灌带配置处理，小麦等行距机械条播，行距15 cm。供试品种为新春44号。每个处理重复3次，小区面积为39 m2(6.5 m×6 m)。

播前结合整地，磷(P2O5)、钾(K2O)肥均做基肥一次性施入，施用量均为105 kg/hm2。根据各个生育期的特点，施以不同量的肥料，以保证营养元素的供给。滴灌春小麦全生育期灌水4 500 m3/hm2，分6次灌溉，其中3叶1心期、生理拔节期和孕穗期分别灌水20%，扬花期和乳熟初期分别灌水15%，乳熟末期灌水10%。试验设计全生育期施纯氮300 kg/hm2，氮肥为46.4%的普通尿素。氮肥其中3叶1心期施32%，生理拔节期施32%，孕穗期施16%，扬花期施12%，乳熟期施8%。其他田间管理措施同大田。

1.2.2 测定指标

1.2.2.1 干物质积累

春小麦进入拔节期后，第2节间定长开始取样，各处理行取长势均匀一致的春小麦的主茎。拔节期、孕穗期均取整株春小麦，开花期、成熟期将取回样株分为茎、叶、穗、颖壳、籽粒，将其分别装入纸袋中，置于烘箱中，105℃杀青30 min，然后在80℃下烘干至恒重，取出后迅速称重。

1.2.2.2 春小麦籽粒灌浆速率

于春小麦开花期每小区选择长势一致的春小麦100株，挂牌标记。自春小麦开花后7 d起，每隔7 d随机取标记穗10个，在每个穗中部取籽粒10粒，共100粒，105℃下杀青20 min，80℃烘干至恒重，测定千粒重，直至成熟，计算灌浆速率。

K= (M2-M1) /N.

式中，K为灌浆速率，M2为该次测定的千粒重，M1为前1次测定的千粒重，N为2次测定的间隔日数。

1.2.2.3 叶面积

进入开花期后，各处理行选取春小麦植株长势均匀一致的地点，TR4、TR6、TR8各处理行分别取10株，在室内用YMJ-B便携式叶面积测量仪测量主茎叶面积。

1.2.2.4 株高

在进入开花期后，各处理行选取春小麦植株长势均匀一致的地点，TR4的R1、R2行各10株；TR6的R1、R2、R3行各10株，TR8的R1、R2、R3、R4行各10株，在室内测量其株高，每小区均重复3次。每次测定后准确记录下结果。

1.2.2.5 产量

在小麦成熟期分别在各处理每个重复内选取长势均匀一致的3个点，分别按行收获，每行收获200 cm长的小麦。计算出每个处理的实际产量；另在每个点上选取具有代表性的小麦20株进行室内考种，测量穗粒数、千粒重。

1.3 数据处理

数据处理在Excel 2010下进行，利用Origin 17.0进行制图，运用SPSS 19.0版数据处理系统进行统计分析和差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同滴灌带配置下春小麦干物质积累动态

研究表明，3种滴灌带配置单株干物质积累量都呈现逐渐递增的规律。拔节期各处理TR4、TR6、TR8间的R1行差异均不显著，但TR6处理的R3和TR8处理的R2、R3、R4行与TR4处理的R1行比较开始显示出差异，均显著低于TR4的R1行。TR6处理的R3与TR4的R2及TR8的R2、R3、R4行差异不显著。3种处理内各个行间差异不显著。TR6处理的R3和TR8处理的R2、R3、R4行在拔节期干物质就受到影响。从孕穗期开始，各处理行间干物质积累受影响的差异在缩减，处理间各行干物质积累无显著性差异，TR8处理内的R4行干物质积累量显著低于TR8的R1行，与TR8的其它行的差异不明显。到开花期，TR8的R4行干物质积累量显著低于其余各处理行间R1行和TR6的R2行，其它行间影响不显著。进入灌浆期，TR6的R3行干物质积累量受到影响，逐渐显著低于R1行，TR8的R3、R4行显著低于各处理的R1、R2行。在灌水量相同的情况下，TR8的R3、R4行小麦的干物质积累最先受到影响，其次是TR6的R3行。图1

2.2 不同滴灌带配置对春小麦籽粒灌浆速率的影响

研究表明，滴灌春小麦的籽粒灌浆速率呈先升高后降低的趋势，开花后21 d达到了峰值。TR6在花后21 d的灌浆速率高于TR4和TR8的灌浆速率，TR6的平均灌浆速率比TR4和TR8分别高9.41%和21.64%。TR4的各行间籽粒灌浆速率在整个灌浆期都无显著性差异，高值持续期较长；由于R3和R4行水分的亏缺不同，TR6在28 d各行间籽粒灌浆速率差异逐渐变大，TR8在21 d各行间籽粒灌浆速率差异逐渐变大。TR6行间籽粒的灌浆速率出现的差异的时间较TR8晚。图2

2.3 不同滴灌带配置下春小麦开花期单茎叶面积的影响

研究表明，TR4的R1行单茎叶面积显著高于R2行单茎叶面积，TR6的R1行单茎叶面积显著高于R2和R3行单茎叶面积，TR8的R1和R2行单茎叶面积显著高于R3和R4行单茎叶面积。不同滴灌带配置下，叶面积与TR4处理相比，TR6减少了5.80%，TR8减少了8.69%。其中，TR6的行间变异系数最大，TR4、TR8次之。图3

2.4不同滴灌带配置对春小麦株高的影响

研究表明，在不同滴灌带配置下，TR4、TR6的各行之间株高差异不明显，TR8中R4行株高显著低于R1、R2行。在株高差异上，TR4比TR8显著高2.71%；比TR6高1.03%，但差异不显著，且行间变异系数TR4最小，其次为TR6、TR8。R1、R2得到的水分较多，其株高比R3、R4的高。图4

2.5 不同滴灌带配置对春小麦产量及产量三因素的影响

研究表明，不同滴灌带配置对新疆春小麦的行间产量差异较大。R1、R2行的产量显著高于R3、R4行。其中，TR4的R1、R2行的产量之间不存在显著性差异。TR6的R1行产量显著高于R2、R3行，TR8的R1和R2行的产量显著高于R3和R4行的产量。除此之外，TR4的产量最高，比TR6、TR8分别高6.26%、8.82%；行间变异系数大小分别为TR4

2.6 不同滴灌带配置间的产量及其形态指标的相关性

研究表明，在不同滴灌带配置下，干物质积累、叶面积、株高、千粒重、4个形态指标与产量间均呈正相关且达到显著或者极显著水平。其相关系数大小依次为：千粒重(0.905)、叶面积(0.875)、干物质(0.853)、株高(0.826)、穗数(0.642)、灌浆速率(0.456)。千粒重、叶面积对产量水平的提高发挥了重要作用，千粒重是产量构成因素的重要成分之一，而叶面积的大小则直接体现了光合作用的强弱，影响干物质积累。在产量构成因素中，千粒重与干物质积累、叶面积、株高、穗数、产量呈显著或极显著相关，穗数与灌浆速率、干物质、株高产量之间无显著性差异，与叶面积和千粒重呈现显著相关。株高与灌浆速率、干物质积累、叶面积呈现显著或极显著相关。叶面积与干物质积累呈显著相关，干物质积累、叶面积与籽粒灌浆速率均无显著相关。表2

表1 不同滴灌带配置下春小麦产量及其构成变化Table 1 Effects of different drip irrigation belt configurations on spring wheat yield and its composition

2.7 新疆滴灌春小麦产量构成因素对产量通径

研究表明，穗粒数、千粒重、穗数在对产量的直接影响中，穗粒数的直接作用最大，穗数次之，千粒重对产量的直接作用最小。构成产量三因素中，穗粒数对产量的贡献值最大，千粒重对产量的贡献值最小。在间接通径系数中，千粒重通过穗粒数对产量的影响最大，穗数通过穗粒数对产量的影响次之。穗粒数通过千粒重对产量影响的系数为负值，穗粒数不能通过增加千粒重来影响产量。在相关系数中，穗粒数和千粒重能够极显著的影响产量的变化，且穗粒数与产量之间的相关性最大，相关系数为0.914 8。穗粒数对产量的直接影响最大，千粒重通过穗粒数对产量带来的影响较大，在不同滴灌带配置下，可以通过直接增加穗粒数或者间接增加千粒重来提高产量，减小行间产量的差异。表3

表3 不同滴灌带配置下新春44号产量构成因素对产量的通径分析Table 3 Path Analysis of Yield Constituents and Yield of Xinchun 44 under Different Drip Irrigation Belt Configurations

3 讨 论

在新疆地区小麦种植面积较广，但干旱少雨，水资源紧缺。滴灌是一种先进的节水灌溉技术，前人在滴灌小麦灌溉制度上做出了许多研究，不同的滴灌带配置对小麦生长发育与产量有直接影响。万刚等[5]研究指出，1管5行较1管6行行间差异小，生长均匀，产量增加。研究表明，在不同滴灌带配置下，TR4的产量行间差异最小，TR8的产量行间差异最大，且TR4的产量最高，比TR6、TR8分别高6.26% 、8.82%，结果与前人的研究结果相同。

干物质的提高是作物高产、优质的基础。在小麦各生育阶段中，干物质积累量直接影响到营养器官、生殖器官和群体生物量的动态发展，是获得小麦高产的前提[5]。有研究表明，提高花后干物质同化是提高产量的主要途径。胡延吉等[11]研究指出，花后积累的干物质有利于增加粒重。郭栋等[12]认为，冬小麦各生育期干物质量及植株含氮量和氮素积累量均随施肥用量的增加而增大。试验研究表明，近滴灌带的R1、R2行水分和肥料比较充足，其单株干物质积累远高于滴灌带的R3、R4行，R1、R2的产量高于R3、R4的产量，与干物质积累的变化呈现正相关关系。

灌浆期是小麦籽粒产量形成的关键时期，也是对水分需求非常敏感的时期，其灌浆时间和灌浆速率决定了最终粒重和产量。干旱胁迫对小麦籽粒灌浆有显著影响，有研究认为干旱胁迫能够显著降低小麦、玉米、水稻的灌浆速率，然而也有部分学者认为适度或中度的干旱胁迫能够显著加快光合产物向籽粒的输出转运，从而提高籽粒灌浆速率和粒重[13-16]。还有些研究认为，冬小麦在灌浆期受干旱时，其平均灌浆时间缩短，但平均灌浆速率增加，但过量灌水对灌浆不利，易导致贪青晚熟，穗粒重减轻[17，18]。研究表明，TR6在开花后21 d的籽粒灌浆速率高于TR4和TR8的籽粒灌浆速率，这与前人的研究结果相同。TR6这种滴灌带配置可以提高春小麦在灌浆中期的灌浆速率。相较于传统的TR4的滴灌带配置下，在减少成本的同时，比TR8更有利于产量的提高。

小麦叶片是同化物形成的主要器官(源)，叶面积大小可代表源的大小，叶面积与光合特性、籽粒产量的形成密切相关，是小麦栽培和育种实践中重要的指标，是影响群体结构及冠层结构的主要因子。研究发现，新春44号R1、R2均有较高的叶面积和产量，而R3、R4叶面积和产量较低，这与产量的结果趋势相同。牟春生等[19]研究发现，小麦叶面积与产量因素间关系密切，与穗粒数、千粒重呈极显著正相关关系。试验在前人的基础上进一步明确了叶面积的大小与产量间的关系，试验结果基本与前人相同。作物在不同的生育阶段对土壤养分和水分有不同的要求，土壤水分严重亏缺将会影响小麦的生长，使小麦的营养生长受到抑制，降低株高[20]。研究发现，R1、R2从出苗-收获期水分都是供应充足的，R3、R4则一直受到水分亏缺的影响，其株高低于R1、R2的株高，图3中株高的结果趋势与前人的研究成果相同。

4 结 论

4.1 总灌水量相同的情况下，R3和R4行植株干物质积累量和叶面积随着生育天数的增加显著低于R1和R2行，TR6和TR8植株叶面积比TR4分别减少了5.80%和8.69%，其株高降低了1.03%和2.71%；且适当的水分亏缺能够提高籽粒灌浆速率。

4.2 在不同滴灌带配置下，TR4和TR6小麦的行间在株高上无显著性差异，TR8的R4行的株高与R1、R2存在显著性差异，TR4比TR6和TR8高0.97和3.93 cm。

4.3 干物质积累、叶面积、株高以及产量三因素与产量之间均存在显著或者极显著正相关关系，千粒重与产量的相关系数为0.905。在研究水肥条件下，穗粒数对产量的贡献表现为直接效应，千粒重表现为间接效应。