微喷带灌溉模式下冬小麦产量及穗部性状研究

姚海坡, 董志强, 吕丽华, 张经廷, 张丽华, 姚艳荣, 郑孟静, 贾秀领

华北农学报. 2022, 37(S1): 66-73

华北农学报 ›› 2022, Vol. 37 ›› Issue (S1) : 66-73. DOI: 10.7668/hbnxb.20192721
耕作栽培 · 生理生化

微喷带灌溉模式下冬小麦产量及穗部性状研究

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Study on Yield and Spike Characters of Winter Wheat under Micro-Sprinkler Irrigation

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摘要

为探索适宜环渤海低平原地区的微灌水肥一体化技术灌溉模式,于2014-2015年和2015-2016年,在同一试验地重点分析了微灌方式下冬小麦研究对小麦植株成穗比例、穗部变异、产量及耗水特征影响,设置了5个微灌处理试验,“限水稳产”模式设2个灌水处理(分别为T1、T2处理);“节水高产”模式设2个灌水处理(分别为T3、T4处理)。T5处理为微灌模式下足水处理和1个畦灌对照处理T6。结果表明:微灌模式处理小麦成1穗组比例、2穗组比例高于传统畦灌,成3穗组、4穗组比例显著低于传统畦灌;微灌模式增加了小麦植株成1、2穗能力,单穗质量整齐度明显高于畦灌模式;2014-2015年,T3处理小麦产量最高,其次为T4处理,二者产量略高于畦灌对照和T5处理,T3处理水分利用效率最高,略高于T2 处理,显著高于其他处理,较畦灌模式增加23.0%。2015-2016年,小麦产量T6>T5>T3>T4>T2>T1,其中T6显著高于T1、T2处理,较其他处理无显著差异,水分利用效率以T3处理最高,较畦灌增加40.3%,综合考虑节本增效、节水生态方面,微喷带灌溉模式下春灌2水的灌水模式(拔节水、开花水)为最佳灌水处理。

Abstract

The purpose of this study was to explore the irrigation mode of micro-irrigation,water-fertilizer integration technology suitable for the low plain area around Bohai Sea,a two-yield experient was carried out in the same experiment site,in 2014-2015 and 2015-2016 wheat growing seasons to compare the effects of winter wheat research on the spike percentage,spike variation,yield and water consumption of wheat.There were five micro-irrigation treatments;the model of "limited water and stable yield" was set up with two irrigation treatments(T1 and T2 respectively);the "water-saving and high-yield" model was set up with two irrigation treatments(T3 and T4 respectively);T5 treatment was foot water treatment under micro-irrigation mode and 1 flood irrigation control treatment T6.The results showed that:the ratio of 1 spike group and 2 spike group in micro-irrigation was higher than that in traditional border irrigation,the proportion of 3-panicle and 4-panicle was significantly lower than that of traditional border irrigation.The micro-irrigation pattern increased the ability of forming 1 and 2 ears of wheat,the uniformity of single spike weight was significantly higher than that of border irrigation.In 2014-2015,T3 treatment had the highest grain yield,followed by T4 treatment,the yields of the two treatments were slightly higher than those of border irrigation control and T5 treatment,the water use efficiency of T3 treatment was the highest,slightly higher than that of T2 treatment and significantly higher than that of other treatment,it increased by 23.0% compared with border irrigation.In 2015-2016,wheat yield T6>T5>T3>T4>T2>T1,T6 was significantly higher than T1 and T2,and had no significant difference compared with other treatments,the water use efficiency(WUE)of border irrigation was 40.3% higher than that of border irrigation.Comprehensive consideration of cost-saving and efficiency-enhancing,water-saving ecological aspects,under the micro-sprinkler irrigation mode,the best irrigation mode was spring irrigation 2 water(pull-off water,flowering water).

关键词

冬小麦 / 灌溉模式 / 穗部性状 / 产量

Key words

Winter wheat / Irrigation pattern / Panicle character / Yield

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姚海坡 , 董志强 , 吕丽华 , 张经廷 , 张丽华 , 姚艳荣 , 郑孟静 , 贾秀领. 微喷带灌溉模式下冬小麦产量及穗部性状研究. 华北农学报. 2022, 37(S1): 66-73 https://doi.org/10.7668/hbnxb.20192721
Haipo YAO , Zhiqiang DONG , Lihua LÜ , Jingting ZHANG , Lihua ZHANG , Yanrong YAO , Mengjing ZHENG , Xiuling JIA. Study on Yield and Spike Characters of Winter Wheat under Micro-Sprinkler Irrigation. Acta Agriculturae Boreali-Sinica. 2022, 37(S1): 66-73 https://doi.org/10.7668/hbnxb.20192721
近年来,由于气候变暖,我国旱区面积扩大,季节性干旱频发,是制约我国北部冬麦区粮食生产的最主要因素[1],河北山前平原地区冬小麦生育期间一般年份降水量为110 mm左右[2],而耗水量约为450 mm[3],前人研究水资源与小麦产量关系很多[4⇓⇓⇓⇓-9],仅通过降水不能够满足华北地区主要粮食作物的需水要求,必须通过灌溉来补充,目前,农民普遍沿用大水漫灌传统方法,水的有效利用率只有30%~40%[10]。因此,如何合理高效的利用有限的地上水资源,提高水分生产效率是冬小麦生产中迫切需要解决的难题之一。
不同时期灌水对产量构成有不同程度影响,刘丽云等[11]认为起身水主要增加穗数,有研究表明[12⇓⇓⇓-16]小麦拔节灌水,水分利用效率和产量均不同程度增加,灌水过多也会导致小麦贪青晚熟[17]。陈昕钰等[18]指出,黄淮海地区灌溉2水或3水可以提高水分利用效率。小麦抽穗期发生干旱胁迫会使叶片提前衰老[19-20],旗叶叶绿素含量明显下降,导致光合产物减少,穗粒数降低,最终产量会下降。灌水可增加叶绿素含量[21],并通过改变小麦籽粒各组织结构发育来影响籽粒生长发育。提出提高成穗率等的关键技术有很多[22-23],亓新华[24]认为高产需要培育多穗个体,赵广才[25]认为主茎和第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级分蘖为优势蘖组,而武蕨彬[26]则研究认为适当降低基本苗数,有利于分蘖成穗。
前人有关不同灌水处理对小麦性状的研究大多是在畦灌条件下进行,微喷灌条件下不同灌水处理对冬小麦穗部性状及产量的效应研究尚少。因此,本研究针对小麦生产中传统灌溉方式灌水量大、水资源浪费严重、水分利用率低等问题,采用先进的微灌技术,在地下水严重超采的环渤海低平原地区重点分析了微灌方式下冬小麦研究对小麦成穗比例、穗部性状、水分利用效率及产量影响,为环渤海低平原地区的微灌水肥一体化技术模式创新提供技术支撑。

1 材料和方法

1.1 试验设计

试验在河北省农林科学院粮油作物研究所宁晋北楼下示范基地(37°37'N,114°54'E,海拔27.4 m)进行,该基地位于河北省低平原区。试验地0~20 cm土层有机质含量10.34 g/kg、全氮0.76 g/kg、有效磷48.49 mg/kg、速效钾107.65 mg/kg、碱解氮67.86 mg/kg。
试验共设6个灌水处理,其中T1~T5处理为微喷带灌溉,T1、T2处理是“限水稳产”模式,总灌水量和灌水次数均相同,T3、T4处理总灌水量相同而灌水次数不同于“节水高产”模式,T5处理为“足水”灌溉模式,T6处理为畦灌对照,总灌水量和各生育时期灌水量见表1。随机区组设计,3次重复,小区面积13.2 m×6.0 m,采用完全随机排列,处理间设1 m的隔离区。微喷带为并列斜5孔、孔径0.8 mm、带宽40 mm、喷射角45~70°,微喷带铺设间距1.8 m。
表1 两季小麦生长季节不同处理的灌溉量

Tab.1 Irrigation quantities of different treatments during two wheat growing seasons mm

试验年份
Test years		 处理
Treatment		 灌水次数
Irrigation
frequency		 越冬期
Pre-
wintering
stage		 起身末期
Erecting
stage		 拔节后
(春五叶)
After
jointing
(Spring fifth
blade)		 开花期
Anthesis
stage		 开花后7 d
Seven day
after anthesis		 灌浆期
Filling
stage		 灌水总量
Total
amount
2014-2015 T1 3 30 23 23 75
T2 3 30 22 22 75
T3 3 30 45 37 112
T4 4 30 30 30 22 112
T5 4 30 45 53 22 150
T6 3 30 101 83 214
2015-2016 T1 3 30 30 22 82
T2 3 30 30 22 82
T3 2 52 52 104
T4 3 37 45 22 104
T5 3 45 53 37 135
T6 2 127 125 250
采用12行小麦专用播种机播种,15 cm等行距种植。出水井口安装变频柜,供水水压控制在0.10~0.15 Mpa,微喷灌模式灌水定额可控,畦灌模式灌水量以小区自然灌满为标准。供试小麦品种为冀麦585,前茬作物玉米收获后秸秆全部还田。2014年10月9日播种,2015年6月8日收获,播种量210 kg/hm2;2015年10月8日播种,2016年6月10日收获,播种量210 kg hm2。微灌小麦养分投入总量为纯N 180 kg/hm2,P2O5 60 kg/hm2、K2O 30 kg/hm2。N肥基追比为1∶1,70%于起身末期追施,30%于开花期追施。磷钾肥全部基施。另设畦灌模式下2个对照,QT1对照为农民习惯管理,浇起身、开花2水,两年度微喷灌模式和畦灌模式各处理均未灌溉底墒水。2014-2015年小麦生长期降水总量为112.4 mm,其中播种-越冬前67.4 mm、返青-拔节期15.3 mm、拔节-开花期12.1 mm、开花-成熟期17.6 mm;2015-2016年小麦生育期降水总量为152.4 mm,属降水较多年型,但生育期内分布不均,其中50%降水发生在11月,水分利用效率低,而春季2-4月降水仅为22.5 mm,属严重春季干旱年型。2016年10-11月降水较多,未浇越冬水。

1.2 测定项目与方法

1.2.1 耗水量和水分利用效率计算方法

小麦播种前及成熟期采用烘干法测定0~200 cm土层土壤水分含量,根据SPAT理论用农田水分平衡法[28]计算耗水量。作物生育期耗水量:ETα=P+U-R-F+ΔW+I。式中,ΔW为土壤贮水消耗量;P为该时段降水量(mm);U为地下水通过毛管作用上移补给作物水量(mm);R为地表径流量(mm);F为补给地下水量(mm);I为灌水量(mm)。本试验地块地势平坦,地下水埋深5 m以下,降水入渗深度不超过2 m,因此U、R、F均为0;本试验以20 cm为一个土壤层次。水分利用效率计算公式为:WUEy =Y/ETa,式中WUEy为产量水分利用效率;Y为产量(kg/ hm2);ETa为作物全生育期总耗水量(mm)[29]。
水分利用效率WUE(kg/m3)=Y/ET,式中Y为籽粒产量(kg/ hm2),ET为作物全生育期总耗水量(m3/hm2)。

1.2.2 小麦群体和产量

小麦出苗后选取长势一致、有代表性的一米双行定点,分别在出苗后、冬前、拔节期和收获成熟期计数定点区域小麦群体,且以定点区域植株测定生物产量;小麦起身期每小区选取长势均匀的地块定为测产区,面积3 m2左右,脱粒后晒干称质量并测量籽粒含水率,换算成13%水分时的产量,折合成每公顷产量。

1.2.3 叶绿素相对含量(SPAD值)

分别于2015年5月21日、6月3日采用日本产手持式SPAD-502型叶绿素计测定旗叶SPAD值,每叶测定10点,每个处理测定10株。

1.2.4 数据计算与统计分析

试验数据采用Microsoft Excel 2003和SPSS 13.0软件计算、作图、统计分析,差异显著性检验用LSD法。

2 结果与分析

2.1 不同灌水处理产量、产量构成和水分利用效率的差异

试验结果表明(表2),不同年型的产量结果处理间差异不同,本试验中,2014-2015年,T1处理产量显著低于其他各个微灌处理,较T6减少12.3%。T2处理产量较灌水量相同的T1处理增加8.7%,通过将春季第1次水肥管理时间推迟到拔节中期,可以显著改善灌水效果,说明水分不足的限水条件下微灌小麦的节水技术关键为推迟春季第1水到小麦拔节中期(春5叶)。节水高产模式下,T3与T4处理产量与畦灌模式相近,因此,限水条件下在常规灌溉模式的基础上调整灌水时期和灌水量对产量没有显著影响,并且T3与T4处理平均产量比T1和T2平均产量增加7.8%,较T5处理增加0.9%,可见,本年度微灌灌水量112 mm可满足小麦对水分的需求,产量达到最高水平。
表2 不同灌水处理产量、产量构成和水分利用效率的变化

Tab.2 Changes of yield,yield components and water use efficiency in different irrigation treatments

试验年份
Test years		 处理
Treatment		 收获穗数/
(×104/hm2)
Spike number		 穗粒数
Grain number
per spike		 千粒质量/g
Thousand-grain
weight		 产量/
(kg/hm2)
Yield		 WUE/(kg/m3)
Water use
efficiency
2014-2015 T1 754±48.5ab 24.3±2.2a 46.2±0.1ab 8 460.0±54.1c 1.75±0.02bc
T2 722±69.9b 26.7±2.6a 47.8±0.7a 9 198.0±41.7b 2.03±0.02a
T3 792±27.1ab 26.8±2.1a 44.8±1.6b 9 522.0±111.9a 2.08±0.01a
T4 779±67.5ab 25.6±2.2a 46.9±1.2ab 9 513.0±55.6a 1.81±0.01b
T5 747±37.6ab 28.6±1.4a 44.2±0.7b 9 432.0±62.6a 1.52±0.01d
T6 845±42.7a 25.3±0.9a 44.5±1.3b 9 502.5±37.5a 1.69±0.01c
2015-2016 T1 517±70.1d 32.1±1.9a 42.0±1.5c 6 966.0±206.5c 1.79±0.01b
T2 543±44.7cd 32.8±1.5a 45.0±0.6b 8 029.5±130.7b 2.38±0.02a
T3 633±22.5bc 31.0±2.1ab 46.3±1.4ab 9 091.5±53.9a 2.54±0.05a
T4 614±27.6bc 29.2±0.8ab 47.6±0.4a 8 973.0±64.3ab 2.42±0.10a
T5 648±75.7b 31.9±2.7ab 44.9±0.8b 9 297.0±183.8a 2.09±0.06a
T6 785±27.8a 29.2±1.2ab 45.8±0.5bc 9 487.5±161.9a 1.81±0.09b
注:不同小写字母表示处理间在0.05水平上差异显著。表3-5同。
Note:Different letters in the same column indicate significant differences among the treatments at 0.05 level. The same as Tab.3-5.
2015-2016年,2016年产量表现为T6>T5>T3>T4>T2>T1,畦灌处理产量最大的原因,就是收获穗数显著高于其他各个微灌处理,其中T6处理显著高于T1、T2处理,微灌模式处理中T5处理产量最高,T3处理位居第二,差异不显著,说明在春季严重干旱年型,底墒严重不足的情况下,微灌小麦春季灌水量应适度增加。
2015-2016年较2014-2015年对比,各个处理的产量出现下降趋势,产量下降的原因整体上看表现为收获穗数的下降,2015-2016年微灌和畦灌处理模式收获穗数平均分别比2014-2015年减少28.3%,7.6%,微灌模式收获穗数随灌水量增加的变化趋势年度存在一定差异,2014-2015年,微灌模式灌水量112 mm收获穗数最大,除了T2处理收获穗数显著小于畦灌处理,其他处理与畦灌无显著差异;2015-2016年收获穗数随着灌水量增大而增大;且两年度收获穗数,都表现为微灌模式处理小于传统畦灌。穗粒数的变化与收获穗数相反,两年度都表现为微灌模式的平均穗粒数大于畦灌处理,2014-2015年和2015-2016年微喷灌模式平均值较畦灌分别增加4.3%,7.5%,千粒质量2 a的变化趋势接近相同,2014-2015年度,T3、T4处理平均值低于T1、T2处理平均值,高于T5和T6处理;2015-2016年,T3、T4处理平均值显著高于其他处理;水分利用效率变化趋势与千粒质量一致,节水高产模式T3处理显著高于T1处理和T6处理,2014-2015年和2015-2016年,T3处理水分利用效率比畦灌模式分别增加23.0%,40.4%,表明小麦生育期春季降水严重少的的情况下水分利用率更高,因此,通过2 a试验,从节本增效角度考虑,可以实施微灌春灌2水的灌水模式。

2.2 不同灌溉模式小麦穗层整齐度差异

从表3整体上看,微灌模式处理的平均穗质量高于传统畦灌,差异不显著,微灌处理模式平均株高小于传统畦灌,在2014-2015年和2015-2016年分别低于畦灌2~5 cm,3~7 cm,提高了小麦的抗倒伏能力。灌水处理对群体表观整齐度(株高变异系数)的影响不显著,实际整齐度(穗质量变异系数)有明显影响。微灌模式的穗质量整齐度明显高于畦灌模式,在2014-2015年和2015-2016年分别比畦灌提高17.8%,24.2%。
表3 不同灌溉模式小麦穗层整齐度差异

Tab.3 Difference of uniformity of spike layer in wheat under different irrigation patterns

试验年份
Years		 处理
Treatment		 单穗质量/g
Single spike
weight		 株高/cm
Plant height		 穗长/cm
Spike Length		 小穗数
Spikelet number
(per spike)		 不孕小穗数
Number of
sterile spike lets
(per spike)		 穗质量变异
系数/%
Coefficient
of variation of
of spike weight		 株高变异
系数/%
Coefficient of
variation of
stem height
2014-2015 T1 1.52±0.11a 69.4±1.4a 7.4±0.14a 18.1±0.47a 3.4±0.27a 24.2±1.2b 8.5±0.5a
T2 1.58±0.16a 71.5±1.2a 7.6±0.20a 18.3±0.56a 3.2±0.25a 23.6±0.9bc 7.6±0.9a
T3 1.58±0.04a 71.8±2.3a 7.6±0.45a 18.4±0.95a 3.5±0.25a 24.9±1.2a 8.0±0.5a
T4 1.54±0.08a 72.1±2.2a 7.4±0.26a 18.1±0.92a 3.7±0.24a 20.3±1.6c 7.2±0.6a
T5 1.58±0.01a 72.6±1.9a 7.8±0.32a 18.3±0.21a 3.4±0.21a 21.1±0.7bc 8.0±0.9a
T6 1.50±0.08a 74.4±0.8a 7.8±0.14a 18.5±0.42a 3.6±0.42a 26.9±1.4a 8.6±0.5a
2015-2016 T1 1.56±0.06b 66.0±2.5ab 6.8±0.43a 9.3±0.45a 3.0±0.45a 23.4±1.1c 8.4±0.4a
T2 1.72±0.15ab 65.9±1.8b 6.7±0.16a 9.5±0.32a 2.5±0.32ab 23.6±0.9c 8.8±1.0a
T3 1.66±0.11ab 70.3±0.9ab 7.0±0.17a 9.2±0.17a 2.9±0.17ab 25.7±1.6bc 7.9±1.0a
T4 1.54±0.05b 69.3±1.5ab 6.8±0.19a 9.2±0.19a 3.1±0.19a 29.2±2.2ab 8.6±0.9a
T5 1.57±0.03b 69.5±2.3ab 6.7±0.03a 9.2±0.03a 3.1±0.03a 24.5±1.9c 8.1±1.0a
T6 1.41±0.09b 73.0±1.8a 6.8±0.32a 9.0±0.32a 2.6±0.32ab 31.4±1.6a 8.1±0.9a

2.3 微灌与畦灌不同灌溉模式小麦成穗比例差异

从成穗能力看,2014-2015年单株平均成穗个数的微灌模式T2、T4各处理与畦灌无显著差异,其余处理显著小于传统畦灌,2015-2016年,微灌处理显著小于畦灌处理,主因小麦成3、4穗比例太低;2014-2015年和2015-2016年微灌处理模式比畦灌分别低20.8%,51.1%;而成1穗组比例表现在2014-2015年和2015-2016年微灌处理高于畦灌处理,分别高9.5,27.8百分点,且2015-2016年每个处理都高于2014-2015年,微灌处理模式和畦灌模式在2015-2016年比2014-2015年分别高30.6,12.3百分点;主因2015-2016年无穗小蘖率和中落穗比例微灌模式大于畦灌,且无穗小蘖率除了T1、T2处理高于畦灌,其他处理低于畦灌,促进了单穗成穗;而成2穗组比例与成1穗组比例值正好相反,2014-2015年各处理值都高于2015-2016年,并且2014-2015年微灌处理模式平均高于畦灌模式6.82百分点,各处理间差异不显著;2015-2016年微灌处理模式平均值低于畦灌模式17.8百分点,T1、T4处理起身末期浇水量成2穗组比例小于其他微灌处理,影响了成2穗组比例;两年度成3,4穗组比例微灌处理模式都低于传统畦灌,2014-2015年成3穗组比例微灌模式平均值比畦灌模式降低51.8%,2015-2016年成3,4穗组比例低于2014-2015年,尤其成4穗组比例,2015-2016年微灌处理没有成穗,说明春季严重干旱年型,微灌节水技术降低小麦的成多穗组能力。2014-2015年无穗小蘖率T1处理大于畦灌T6,T2处理与畦灌处理相当,其余微灌模式处理都小于畦灌,中落穗率比例微灌模式T3和T4处理平均值都显著小于其他处理,而2015-2016年无穗小蘖率除了T1、T2处理高于畦灌,其他处理低于畦灌,中落穗比率微灌处理都大于畦灌。综合比较,微灌处理T3、T4处理表现较好(表4)。
表4 不同灌溉模式小麦成穗比例

Tab. 4 Ear-forming percentage of wheat under different irrigation patterns

试验年份
Years		 处理
Treatment		 单株成穗
Panicle formation
per plant		 1穗组比例/%
1 proportion
of panicle group		 2穗组比例/%
2 proportion
of panicle group		 3穗组比例/%
3 proportion
of panicle group		 4穗组比例/%
4 proportion
of panicle group		 无穗小蘖率/%
Ear-less
tiller rate		 中落穗率/%
Middle ear rate
2014-2015 T1 1.70±0.16b 43.5±3.7a 43.6±1.5a 10.2±0.9b 2.7±0b 34.9±1.9a 12.5±1.5a
T2 1.90±0.31ab 38.3±2.5a 40.1±2.9a 17.4±2.1ab 4.2±0b 29.3±2.6a 10.2±1.3a
T3 1.80±0.04b 39.3±3.0a 41.5±2.9a 15.3±1.6ab 3.9±0b 27.7±1.8a 6.8±1.0ab
T4 1.90±0.09ab 36.9±1.7a 39.0±2.6a 18.6±1.4ab 5.5±0b 27.2±2.7a 7.6±0.8ab
T5 1.80±0.18b 42.5±2.9a 40.4±2.5a 12.6±1.8ab 4.5±0b 23.0±2.2ab 9.8±0.9a
T6 2.20±0.05a 30.6±2.7a 34.1±2.4a 22.5±2.1a 12.8±0a 29.3±0.7a 9.1±1.2a
2015-2016 T1 1.19±0.11c 79.7±2.7a 19.3±2.6c 1.0±0.1b 0 51.8±2.3a 3.7±0.2a
T2 1.37±0.16bc 68.8±3.9ab 30.7±2.9bc 0.5±0.0b 0 51.2±1.5a 3.4±0.2a
T3 1.38±0.05bc 65.6±2.5b 31.7±2.1ab 2.7±0.4b 0 44.6±1.5ab 2.9±0.3ab
T4 1.30±0.12bc 75.3±2.8ab 22.0±2.2bc 2.7±0.5b 0 45.3±2.1ab 3.9±0.2a
T5 1.52±0.13b 64.1±2.7b 33.0±2.7ab 3.0±0.7b 0 41.5±2.0ab 2.5±0.2ab
T6 2.04±0.17a 42.9±2.2c 38.5±1.9a 15.3±0.8a 3.2±0.7a 49.2±2.0a 1.8±0.2b

2.4 不同灌溉模式生育时期小麦群体的变化

由表5可见,2014-2015年小麦的成穗率各处理间差异不显著,微灌模式T5处理成穗率最高,主因拔节群体很小,田间通风透光好,有利于长势较弱的分蘖成穗;T6处理收获穗数最高而成穗率并不高,主因T6处理拔节期进行了充分灌溉,拔节群体显著大于其他处理,植株生长郁闭,不利于弱小分蘖成穗。2015-2016年成穗率表现畦灌处理高于其他微灌处理,微灌模式T3处理排列第二,与畦灌并无显著差异,其他微灌处理都显著小于畦灌处理,畦灌T6处理较微灌处理提高9.5~11.7百分点,综合分析2015-2016年,成穗率和拔节中期分蘖是随着灌水量增大而增大,可能2015-2016年春季严重干旱所致,导致作物生长急需水分供应。从整体上看,传统畦灌基本苗、拔节中期的群体,收获穗数整体上高于微灌处理,因此,微灌条件下应适当增加播量,增加基本苗数量,以降低微灌对小麦群体造成的不利影响,从而保证较高的收获穗数。
表5 不同灌溉模式各生育期小麦群体的变化

Tab.5 Changes of wheat population in different growth stages under different irrigation patterns

试验年份
Test years		 处理
Treatment		 基本苗/
(×104/hm2)
Seedlings		 拔节中期分蘖/
(×104/hm2)
Tillers of the
middle jointing		 收获穗数/
(×104/hm2)
Number of ears
harvested		 成穗率/%
Spike setting rate
2014-2015 T1 422±35.0a 1 800±55.0c 754.5±48.5ab 41.9±0.3a
T2 411±32.1a 1 738±21.5c 721.5±69.9b 41.5±2.0a
T3 426±33.0a 1 984±84.5ab 792.0±27.1ab 39.9±1.2a
T4 417±41.4a 1 915±16.0b 778.5±67.5ab 40.7±2.5a
T5 420±26.9a 1 750±10.1c 747.0±37.6ab 42.7±0.7a
T6 428±22.5a 2 037±36.0a 844.5±42.7a 41.5±1.5a
2015-2016 T1 416±13.1a 1 233±112.4b 501.0±70.1d 40.6±2.1b
T2 420±15.0a 1 232±50.5b 543.6±44.7cd 44.1±3.4b
T3 413±11.5a 1 497±73.7a 631.9±22.5bc 48.1±1.6ab
T4 427±36.3a 1 474±93.4a 599.0±27.6bc 40.6±2.3b
T5 423±39.8a 1 493±45.5a 645.0±75.7b 42.8±3.5b
T6 421±17.6a 1 516±33.0a 793.7±27.8a 52.3±2.0a

2.5 小麦叶片叶绿素SPAD值

从图1中得出,灌浆中后期(5月21日)T1处理小麦旗叶的SPAD值显著低于T2、T5和T6处理,与T3、T4处理差异不显著,T1处理比其他微灌处理模式平均值减少5.2%,比畦灌处理减少7%,其余处理的叶片SPAD差异不显著;倒2叶SPAD值表现,同等灌水量的T2处理大于T1,综合说明在全生育期灌水量75 mm限水条件下,春一水过早(起身末期)容易导致叶片早衰,不利于灌浆和产量的形成。成熟期(6月3日)传统畦灌的T6处理的小麦旗叶SPAD值显著高于其他微灌处理,倒2叶的SPAD值显著高于T1、T4和T5处理,略高于T2、T3处理,但是差异不显著,分别比微灌处理模式旗叶SPAD和倒2叶平均值高38.4%,68.7%,说明传统畦灌由于灌水量大容易导致小麦后期叶片持绿性强,贪青晚熟,过度消耗水分和养分,不利于节水和收获。整体看灌浆中后期到成熟期SPAD值,T3处理旗叶和倒2叶SPAD 值转变落差小,表现稳定。
图1 不同灌溉模式小麦叶片叶绿素SPAD值

Fig.1 Values of chlorophyll in wheat leaves under different irrigation patterns

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3 结论与讨论

前人研究表明,水分是决定小麦生长发育的重要生态因子,直接参与小麦生长发育的全过程,不同时期的灌水对小麦产量构成有重要影响,起身期灌水主要增加穗数,拔节期灌水显著增加穗粒数,孕穗期或开花期灌水对提高千粒质量有重要作用[27⇓-29]。而本试验研究中,不同的灌水处理对冬小麦植株性状有所不同,2014-2015年,微灌模式灌水量112 mm即可满足小麦对水分的需求,产量达到最高水平,收获穗数最大,2015-2016年,T6处理显著高于T1、T2处理,微灌模式处理中T5处理产量最高,T3处理位居第二;刘海军等[30]认为减少总灌水量,显著提高小麦产量和水分利用效率,本试验结果与上述结论相同,2014-2015年和2015-2016年,微灌模式T3处理水分利用效率比畦灌模式分别增加23.0%,40.4%,综合考虑节本增效,节水生态方面,微喷带灌溉模式下春灌2水的灌水模式(拔节水、开花水)处理为最佳灌水处理。
董志强等[31]试验表明,小麦拔节期群体较小,田间通风透光性好,有利于长势较弱的分蘖成穗,小麦拔节期群体过大,田间植株长势郁闭,不利于弱小分蘖成穗。本试验中2 a研究结果与上述结论有相同点也有不同点,2014-2015年小麦的成穗率各处理间差异不显著,微灌模式灌水量150 mm成穗率最高,也因拔节群体很小,畦灌处理收获穗数最高而成穗率并不高,主因拔节群体显著大于其他处理。2015-2016年,成穗率和拔节中期分蘖是随着灌水量增大而增大,可能2015年-2016年春季严重干旱所致,导致作物生长急需水分供应。成穗组比例结果分析,成1穗组比例表现在2014-2015年和2015-2016年微灌处理高于畦灌处理分别高9.5,27.8百分点,成2穗组比例2014-2015年微灌处理模式平均值高于畦灌模式6.82百分点,2015-2016年微灌处理模式平均值低于畦灌模式17.8百分点,可能由于春旱严重所致;综合来看微灌节水技术提高了小麦成1穗、2能力,并且微灌模式的穗质量整齐度明显高于畦灌模式,T3、T4处理表现稳定。
叶绿素是作物进行光合作用必不可少的因素,叶绿素含量的高低直接决定了作物的叶片光合作用能力。魏艳丽等[32]认为,干旱和灌水过多都会对旗叶叶绿素含量造成不良影响;本试验研究结果与上述结论一致,在全生育期灌水量75 mm的限水条件下春一水过早(起身末期)导致叶片早衰,不利于灌浆和产量的形成,畦灌模式的小麦旗叶和倒2叶的SPAD值显著高于微灌各处理,导致小麦后期叶片持绿性强,贪青晚熟,微灌处理春灌2水模式灌溉量112 mm时旗叶和倒2叶SPAD 值转变落差小,表现稳定。
2 a的试验结果表明,微灌模式单穗质量整齐度明显高于畦灌模式,并且增加了小麦植株成1,2穗能力。微灌模式T3处理可达到高产高效,畦灌处理产量与之相当,但是在2014-2015年和2015-2016年WUE显著降低23.0%,40.4%;T3处理可获得较稳定的旗叶和倒2叶SPAD 值,为获得较高产量奠定基础。因此,T3处理微灌模式可获得小麦产量和水分利用效率同步提高的效果,产生良好的经济效益和社会生态效益,该模式可在环渤海低平原地区的因地制宜推广使用。

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本文引用 [1]

基金

河北省重点研发计划项目(19226432D)
河北省财政项目科技创新专项(2022KJCXZX-LYS-8)

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小麦

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