辽北风沙区不同水分胁迫对燕麦生长特性、产量及需水规律的研究

王惟一

(辽宁润中供水有限责任公司，辽宁 沈阳 110000)

辽北风沙地区风大而频且多沙尘，干燥少雨蒸发快，十年九旱，对作物生长及产量影响极为严重[1-2]。燕麦作为干旱地区主要作物之一，是一种高产优质粮饲兼用作物，具有抗旱性强、耐贫瘠等优点，适宜在辽北风沙区广泛种植利用，这不仅促进当地草地和畜牧业的可持续发展，同时其繁茂的茎叶，发达的根系在拦截径流、防止冲刷，减少水土流失等方面也产生显著效果，能有效保护生态环境[3-4]。虽然燕麦抗旱性强，但严重干旱也会影响其生长和产量、限制推广[5]。在当前水资源不足和粮食需求等问题日益严峻的局势下，如何保障燕麦产量需求显得尤为重要。因此本文通过研究不同水分胁迫条件下燕麦的生长特性、产量及需水规律，进一步完善灌溉基础理论，对制定合理的燕麦灌溉制度，提高当地经济健康发展具有重要研究意义。

1 材料与方法

1.1 试验处理与设计

1.1.1 试验区基本概况

试验在辽宁省阿尔乡灌溉试验站进行，该地区属于温带半干旱季风气候，其主要特征是干燥，风沙大。

燕麦播种方式采用传统撒播模式，在地块旋耕、翻平耙细和起垄作业前施基肥，基肥主要以农家肥为主，每亩施1000 kg有机肥(畜禽粪、堆肥、土杂肥等)，与土壤混合均匀后进行旋耕，旋耕深度为25～30 cm。土壤表层(约5 cm)温度达到12 ℃左右开始播种，播种同时施氮磷钾复合肥30 kg 作为底肥。

1.1.2 试验设计

本试验采用单因素试验，设置3个处理，分别为雨养处理(YY)、轻度微喷控制灌溉处理(QK)和重度微喷控制灌溉(ZK)处理，每个处理设置3次重复，共9个试验小区。雨养处理(YY)是在播种后灌保苗水22.5 mm，在此之后不再进行灌溉。灌溉处理(QK和ZK处理)在播种后灌保苗水22.5 mm，在此之后各生育期的灌水控制上限为田间持水量的90%，各生育阶段设置的灌水控制下限详见表1。

表1 燕麦各生育阶段灌水控制下限(占田间持水量) %

1.2 观测指标与方法

(1)土壤含水率。燕麦播种后，每个处理选择一个小区，在中部埋设自动墒情监测仪，监测土壤含水率，每个点监测5个深度，分别为10 cm，20 cm，30 cm，60 cm，80 cm，观测时间间隔为7～15 d。

(2)降雨量与灌水量。降雨量采用灌溉试验站自动气象站资料；灌水量采用水表观测，记录每次灌水前后的水表读数、灌水时间以及灌水日期。

(3)植株生长性状。株高：在试验小区内选择5株具有代表性的燕麦，挂牌标记。采用直尺观测燕麦株高，每隔15 d观测一次。干物质重量：在各生育期结束后，在每个小区内选择非挂牌的3株燕麦(长势可代表小区的平均水平)，分别测定其地上部分的干物质质量。取整个植株样品(地上部分)在105 ℃杀青0.5h，然后在温度80 ℃下烘至恒重，称量植株干物质质量。

(4)产量。理论产量：每小区取1 m2内的所有燕麦，称量重量。

2 结果与分析

2.1 生育期内降雨与灌溉情况

燕麦各生育阶段划分见表2，全生育期89 d，分为5个生育阶段。2021年燕麦生育期内累计降雨量较少，仅有90.4 mm。4—7月分别降雨11次、4次、9次和6次，月降雨量分别为19.6 mm、2.6 mm、42.4 mm、25.8 mm。全生育期内日降雨量超过10 mm的仅发生3次，分别是4月23日，6月2日和7月9日，日降雨量分别为13.4 mm、18.2 mm、21.2 mm。

表2 各生育阶段划分情况

根据试验的灌溉设计，土壤含水率达到灌溉设计下限时进行补充灌溉，QK试验小区分别在4月26日，5月6日，5月13日，5月20日，5月30日，6月3日，6月12日，6月23日，7月2日进行灌溉；ZK试验小区分别在5月5日，5月15日，5月30日，6月3日，6月12日，6月23日，7月2日进行灌溉。QK和ZK处理全生育期内分别累计灌水9次和7次，累计灌水量分别为436.74 mm和375.27 mm。

2.2 燕麦生长期内土壤含水率动态变化

YY处理各土层土壤含水率变化见图1。由图可以看出，土壤含水率随着土层深度的增加而增大，且各层土壤含水率变化大体一致，除6月2日和7月7日左右出现陡升现象外，其余时间处于平稳状态，变化幅度较小，这主要由于YY处理在6月 2日和7月7日降雨较多，补充土壤水分，从而增加土壤含水率；而其他时间节点在没有水分补充的情况下，土壤含水率基本处于稳定水平。

图1 YY处理土壤含水率变化

QK(如图2)和ZK(如图3)处理受灌溉影响，土壤含水率呈周期性变化，灌溉结束时，土壤含水率达到田间持水率的90%，在作物的消耗和土壤蒸发作用下，土壤含水率持续下降。在整个燕麦生育期内，随着土层深度增加，土壤含水率表现为逐渐增大，同时表层土壤水分较深层土壤散失更快，在一次灌水周期内，土壤含水率在垂直方向变幅较大。

图2 QK处理土壤含水率变化

图3 ZK处理土壤含水率变化

与YY处理相比，QK处理0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm、30～60 cm和60～80 cm土层土壤含水率分别提高62.2%、39.9%、18.5%、13.1%和7.8%，即灌溉使表层土壤含水率增加了40.2%；ZK处理比YY处理0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm、30～60 cm和60～80 cm土层土壤含水率分别提高55.5%、29.8%、17.4%、10.0%和5.3%，使表层土壤含水率增加了约34.2%。表明灌溉对表层土壤水分有明显的补充作用，可为作物生长提供水分条件。

2.3 燕麦生育期内株高动态变化

燕麦生育期内株高方差分析和动态变化见图4。由图可以看出，不同水分处理下株高在整个生育期内的变化趋势大体一致，均表现为“平稳-升高-平稳”趋势。方差分析表明，不同水分胁迫处理对5月12日之前的株高没有产生显著影响，这主要由于三种试验处理均在播种后灌22.5 mm的保苗水保证燕麦生长，在株高上没有产生显著差异。不同水分胁迫处理从5月26日开始对燕麦株高产生显著影响，QK处理和ZK处理均显著高于YY处理，但QK和ZK两处理之间没有产生显著差异。各个处理均在7月14日株高达到最大值，与YY处理相比，QK处理和ZK处理分别提高株高27.95%和29.95%。研究说明雨养条件下，燕麦由于降雨量少生长受到抑制，而灌溉处理则根据控水极限及时补充水分，保证燕麦正常生长。

图4 燕麦生长期内株高动态变化

2.4 不同水分胁迫处理对燕麦干物质重的影响

不同水分胁迫处理对燕麦各个生育期的干物质重影响见图5。从整个生育期干物质重的动态变化可以发现，燕麦的干物质重随着生育期的推进不断增加，在黄熟期达到最大值。方差分析表明，不同水分胁迫处理显著影响各个生育期干物质重，从苗期到灌浆成熟期，三个处理的干物质重均表现为“QK处理显著高于ZK处理，ZK处理显著高于YY处理”，可见土壤水分亏缺程度严重影响燕麦干物质重的形成。

图5 燕麦各个生育期内干物质变化

2.5 燕麦产量、灌水量与水分生产率

不同水分胁迫处理对燕麦产量和生育期内耗水量如表2所示。由表可知，不同水分胁迫处理对燕麦生育期内的耗水量产生显著影响，QK处理与ZK处理的耗水量均显著高于YY处理，但QK处理和ZK处理之间没有产生显著性差异。不同水分胁迫处理对燕麦产量也产生显著影响，QK处理产量最高，ZK处理次之，YY处理产量最低。与YY处理相比，QK处理、ZK处理分别显著提高产量73.69%和58.50%，试验结果表明轻度微喷控制灌溉处理(QK)最有利于燕麦产量的形成，而重度微喷控制灌溉处理(ZK)虽补充土壤水分，但超越水分亏缺条件下燕麦自身抗旱调节机制而产生明显迫害作用，故而ZK处理的燕麦产量显著低于QK产量8.75%。

根据各试验处理的产量与耗水情况，计算得出水分生产率。由表3可知，QK和ZK处理水分生产率分别为1.00 kg/m3和1.04 kg/m3，均显著低于CK处理。试验结果说明，2种灌溉方式均可显著增加燕麦产量，同时显著降低了水分生产率，其中QK处理增产效果最为明显。

表3 不同水分处理下产量、耗水量和水分生产率

2.6 燕麦耗水规律及灌溉制度

通过分析不同水分胁迫处理下燕麦生长动态和产量等指标发现，轻度微喷控制灌溉处理能及时补充土壤水分亏缺状态，保证燕麦正常生长，促进产量形成，所以本节重点分析该种处理下燕麦生育期内耗水规律及灌溉制度。由表4可知，燕麦苗期、分蘖分枝期、拔节期、抽穗开花期和灌浆成熟期日耗水量分别为5.05 mm、13.45 mm、9.27 mm、2.84 mm和1.51 mm，整个生育期内日耗水量呈现“先升高后逐渐降低”趋势。

表4 QK处理下燕麦耗水规律

根据本次试验结果，燕麦生育期内累计灌水9次，苗期灌水4次，分蘖分枝期和拔节期各灌水2次，抽穗开花期灌水1次，单次灌溉水量均以土壤田间持水率的相对含水率作为依据，灌溉上限为田间持水率的90%，灌溉下限参照表1标准执行。全生育期灌溉定额为446.75 mm。

3 结 论

(1)灌溉处理(QK处理、ZK处理)较雨养处理(YY处理)增加土壤含水率，其中表层土壤的补充作用尤为明显。QK处理与ZK处理较YY处理相比，分别增加表层土壤含水率40.2%和34.2%，说明灌溉处理可为燕麦生长提供一定的水分条件。

(2)灌溉处理较雨养处理均显著促进燕麦生长，在QK处理下株高和干物质生长最为旺盛。与雨养处理相比，QK处理与ZK处理均显著提高各生育期株高(苗期除外)和干物质重，同时QK处理各生育期生长指标显著优于ZK处理。

(3)灌溉处理较雨养处理均显著提高产量和耗水量，降低水分利用效率。在QK处理下产量和耗水量最高，分别为5128.20 kg/hm2和522.15 mm，显著高于YY处理。与ZK处理相比，QK处理在没有显著提高耗水量的前提下显著提高产量，但二者水分利用效率相近，均低于YY处理，说明轻度微喷控制灌溉处理更有利于获得高产。ZK处理全生育期累计灌水量9次，灌溉定额446.75 mm。