不同灌溉策略和灌溉方式对小麦生长特性、产量及水分利用的影响

吴明伟

（烟台市蓬莱区农业技术推广中心 山东烟台 265600）

小麦（Triticum aestivum L）作为我国主要粮食作物之一， 对于保障我国粮食安全和社会稳定发展具有重要意义[1-2]。 水分是影响小麦生长发育和产量形成的重要因素，小麦作为典型的需水作物，充足和适宜的水分对于提升产量和品质意义重大[3]。 但由于一些地区的小麦生长季节降水不足以满足小麦生长发育的需要， 因此灌溉成为近年来保障干旱年份粮食安全的重要技术手段。 大水漫灌作为主要的灌溉措施在农业生产上由来已久， 但是近年来随着科学技术的发展和节水增效措施的提出， 在保证作物增产增收的前提实现水资源的高效利用成为当前主要的研究重点[2-3]。

微喷灌和滴灌作为主要的节水灌溉技术措施均可实现水资源的高效利用， 近年来逐渐应用到农业生产中。 前人研究发现，与大水漫灌相比，喷灌、微喷灌和滴灌等灌溉措施均可减少田间作物非生产性耗水，促进作物发育及提升产量[4,6]。 但是前人研究主要集中在与大水漫灌相比较方面，在农业生产中，喷灌和微喷灌相比最适宜小麦的灌溉方式、不同灌溉策略对小麦生长特性、产量及水分利用效果、最适宜的灌溉策略和灌溉方式相结合的灌溉模式还有待进一步探究。 基于此，本研究于2021 年10 月至2022 年6 月在胶州市胶莱镇青岛农业大学现代农业科技示范园开展田间试验， 研究不同灌溉策略和灌溉方式对小麦生长特性、产量及水分利用的影响，以期为实现水资源高效利用和改善农业生态环境提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

本研究于2021 年10 月至2022 年6 月在胶州市胶莱镇青岛农业大学现代农业科技示范园（北纬36°33′24″、东经120°41′33″）开展田间试验，试验地块土壤类型为砂姜黑土，土壤肥沃，基础地力较好。 试验地块0～20 cm 土层土壤基础肥力见表1。种植制度为一年两熟制，前茬作物为玉米。

表1 供试土壤0～20 cm 土层基本理化性状

1.2 试验设计

本研究采用二因素裂区设计，主区为灌溉策略，共设计3 种灌溉策略，以田间持水量（FC，土壤达到饱合状态的含水量）为基准，分别为充分灌溉（FI，即当农田60 cm 处土壤含水量降至40%FC 时，灌水至60 cm 土层土壤含水量达到80%FC）； 限量灌溉（LI，即当农田60 cm 处土壤含水量降至40%FC 时，灌水至60 cm 土层土壤含水量达到60%FC）； 亏缺灌溉（DI，即当农田60 cm 处土壤含水量降到40%FC 时，灌水至40 cm 土层土壤含水量达到60%FC）。副区为灌溉方式，共设计2 种灌溉方式，分别为设滴灌（D）、微喷灌（P），共计6 个处理，每个处理3 次重复，每个小区面积为40 m2（4 m×10 m），共计18 个小区。

供试小麦品种为当地主推小麦品种鲁麦21，播种量为180 kg/hm2，小麦行距为20 cm。 供试氮肥为尿素 （含纯N 46%）， 磷肥为重过磷酸钙 （含P2O516%），钾肥为硫酸钾（含K2O 50%）；氮肥施用量为96 kg/hm2， 磷肥施用量为72 kg/hm2， 钾肥施用量为48 kg/hm2。 在小麦播种的同时将磷肥和钾肥作为基肥一次性施入，40%的氮肥作为基肥于播种前通过表层撒施翻耕法施入土壤， 剩余60%的氮肥分2 次分别在返青至拔节期（30%）、孕穗至扬花期（30%）采用沟施法追肥。 其他田间施药、除草等管理措施同当地常规管理措施。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 土壤样品采集与测定 采用五点取样法，在小麦播种前、拔节期、开花期和成熟期用土钻采集0～60 cm 的土层土壤，除播前将0～20 cm 土层土壤分成2 份， 一份风干后过筛用于测定土壤基础理化性质，另一份用于测定土壤含水量外， 其他生育时期均只测定土壤含水量，土壤含水量采用干燥法测定。

1.3.2 小麦生长特性相关指标的测定 分别于小麦拔节期、 开花期和成熟期在各个小区采用五点取样法选取10 株具有代表性的小麦植株， 用卷尺测定小麦株高， 测量部位为从小麦基部发根处至主茎顶端， 用游标卡尺测定小麦茎粗， 测量部位为小麦茎秆基部。

1.3.3 小麦产量及其构成因素的测定 在小麦成熟收获时，每个处理选择2 个40 m2（2 m×20 m）的小样方，调查样方内小麦穗数、穗粒数和千粒重等指标，并按照13%的含水量折算小麦产量。

1.3.4 生育阶段耗水量和耗水强度的计算 耗水量和耗水强度的计算参考王培如等[7]的计算方法。

耗水量（WCF,单位：mm）=生育阶段开始时土壤蓄水量（W1）-生育阶段结束时土壤蓄水量（W2）；

土壤蓄水量（W,单位：mm）=土壤容重（g/cm3）×土层深度（cm）×土层含水量（%）×10-1；

耗水强度（WCD,单位：mm/d）=耗水量/生育阶段持续天数（d）。

1.4 数据整理与分析

采用Excel 2016 进行数据整理工作、SPSS 软件进行相关性分析， 采用Duncann 法进行处理间的多重比较，利用Origin 绘图。

2 结果与分析

2.1 不同灌溉策略和灌溉方式对小麦株高和茎粗的影响

由图1 可知， 不同灌溉策略和灌溉方式处理间小麦株高和茎粗存在差异， 滴灌处理下的小麦株高和茎粗要优于微喷灌处理。 不同灌溉策略和灌溉方式下小麦株高， 随着生育进程的推进呈逐渐上升的趋势，拔节期到开花期增幅最快，开花期到成熟期增幅不明显。 对于不同灌溉策略和灌溉方式下的小麦茎粗而言， 随着生育进程的推进呈先上升后下降的趋势，在开花期出现最大值，开花期到成熟期小麦茎粗开始下降。 小麦各生育阶段株高和茎粗均以微喷灌+限量灌溉和滴灌+限量灌溉模式下效果最优。

图1 不同灌溉策略和灌溉方式下小麦株高和茎粗的变化特征

2.2 不同灌溉策略和灌溉方式对小麦水分利用的影响

由表2 可知， 不同灌溉策略和灌溉方式处理显著影响小麦各生育阶段耗水量和耗水强度。 不同灌溉策略和灌溉方式处理下小麦均在拔节期至开花期有最大耗水量和耗水强度， 不同灌溉策略和灌溉方式处理下小麦各生育阶段均在滴灌+限量灌溉处理下有最大耗水量和耗水强度， 小麦生长季总耗水量为411.57 mm，平均耗水强度为2.191 mm/d。 相同灌溉策略下， 滴灌处理下的耗水量和耗水强度要高于微喷灌处理，而在相同灌溉方式下，小麦各生育阶段耗水量和耗水强度均表现为限量灌溉＞亏缺灌溉＞充分灌溉。 这说明适量的灌溉量和适宜的灌溉方式均有利于小麦的生长发育。

表2 不同灌溉策略和灌溉方式下小麦耗水量和耗水强度分析

2.3 不同灌溉策略和灌溉方式对小麦产量及其构成因素的影响

由表3 可知， 不同灌溉策略和灌溉方式显著影响小麦穗数、穗粒数、千粒重和产量。 不同灌溉策略和灌溉方式下以滴灌+限量灌溉处理（D＋LI）产量最高，为9 374.65 kg/hm2，微喷灌+亏缺灌溉处理（P＋DI）产量最低，为8 836.82 kg/hm2，与微喷灌+亏缺灌溉处理相比，滴灌+限量灌溉处理产量增幅为6.08%。同时小麦穗数、穗粒数和千粒重均在滴灌+限量灌溉处理下有最大值，分别为593.76 万株/hm2、34.26 粒/株、45.38 g。 同时， 滴灌处理下不同灌溉策略的小麦穗数、穗粒数、千粒重和产量要显著高于微喷灌处理下的各灌溉策略， 平均增幅分别为1.26%、6.25%、2.38%和4.67%。

表3 不同灌溉策略和灌溉方式下小麦产量及其构成因素变化分析

3 讨论与结论

小麦株高和茎粗可以直接反映小麦的生长状况和生长特性， 合理的灌溉方式和灌溉策略可以减少田间干旱和高温等胁迫对小麦生长过程的影响[2]。 本研究结果发现， 不同灌溉策略和灌溉方式处理间小麦株高和茎粗存在差异， 且滴灌处理下的小麦株高和茎粗要优于微喷灌处理， 在小麦各生育阶段均以微喷灌+限量灌溉和滴灌+限量灌溉下株高和茎粗最大。 这是由于充足灌溉导致小麦冗余生长，产生无效分蘖， 无效分蘖与主茎之间在生长中进行养分和资源的竞争，不利于小麦株高和茎粗的形成。 而亏缺灌溉处理会导致小麦生长过程中水分供应不足， 遭受高温和干旱胁迫，使生长发育受阻[4,7]。

前人研究发现， 适宜的灌溉量可以有效提升作物产量和水分吸收利用率。 岳玲等[8]的研究发现，适当减少灌溉量更有利于小麦产量的形成和水分的吸收利用，这与本研究结果一致。 本研究结果发现限量灌溉处理下的小麦穗数、穗粒数、千粒重、产量及小麦各生育阶段耗水量和耗水强度要显著高于亏缺灌溉和充分灌溉处理。 这是由于在小麦生长发育进程中，过量的水分灌溉会导致小麦根际区域积水增加，抑制根系生长发育和建成， 进而导致养分吸收利用过程受阻，影响地上部生长发育和籽粒建成，同时过量灌溉还会影响田间微生物群落的多样性， 导致田间病虫害加剧，不利于小麦养分吸收与转运[2,8]。 亏缺灌溉下会导致小麦产生严重的水分胁迫和高温胁迫，导致小麦生长发育、水分吸收利用和籽粒灌浆过程受阻，进而影响小麦产量构成因素的发育，导致产量下降。 而限量灌溉下，小麦根系始终持续处于较好的供水环境下， 有利于根系的建成和深层养分的吸收利用[2]。 同时本研究还发现，滴灌处理下不同灌溉策略下的小麦穗数、穗粒数、千粒重、产量及小麦各生育阶段耗水量和耗水强度等均显著高于微喷灌处理，这可能是由于在滴灌条件下，可以使得水分均匀而准确地滴入作物根区附近的土壤表面或作物根系所在的土壤层， 土壤中养分和肥料始终分布在小麦根系附近，而微喷灌处理下的面积较大，水分施入使得土壤中养分和肥料分散在田间， 同时灌溉时间相对较长，土壤养分向深处转移更加严重，导致小麦养分供应不足[8]，其具体原因还有待进一步研究探索。

综上可知， 在山东省胶州市春小麦种植区采用滴灌+限量灌溉处理可以更好地促进小麦株高和茎粗的形成，提升小麦各生育阶段耗水量和耗水强度，进而促进产量及其构成因素的形成， 保证小麦增产增收， 对于实现水资源高效利用和改善农业生态环境意义重大。