董　琦,冯变娥，乔俊芳，范晋波，张凤洁，李莎莎，高志强，王爱萍

(山西农业大学农学院， 山西 太谷 030801)

不同种植方式对丘陵地小麦田土壤水分、产量及水分利用效率的影响

董琦,冯变娥，乔俊芳，范晋波，张凤洁，李莎莎，高志强，王爱萍*

(山西农业大学农学院， 山西 太谷 030801)

摘要：目的：为研究不同种植方式对丘陵地小麦田土壤水分，产量及水分利用效率的影响。方法：以临旱536小麦品种为供试材料，采用随机区组方法，以常规种植方式为对照进行研究。结果：与常规播种(CK)相比，窄行稀条播(C1)、膜侧条播(C2)、沟播(C3)播种0~240 cm土层的含水量在整个生育时期下降较大，对0~120 cm土壤含水率有明显改善，同时提高了深层土壤水分的利用，C2有利于拔节期前中层土壤(80~220 cm)保墒。各处理间的总耗水量达极显著差异，C2最大，C3、CK、C1依次降低，且在拔节期达到耗水量的最大值，占总耗水量27.58%~37.56%。C2、C3灌浆速率和地上生物量明显高于C1、CK，千粒重、产量、降水利用效率表现为C2>C3>C1>CK。结论：C2显著改善土壤水分，提高了小麦地上生物量、灌浆速率、降水利用率、千粒重，进而增加了产量。

关键词：冬小麦；种植方式；土壤水分；生物产量；产量；水分利用效率

水分是一切植物赖以生存的基本条件，土壤水分含量直接影响植物全生育期的生长发育。晋城市主要为丘陵地，属于半干旱半湿润地区，降水量少，采用常规播种方式种植小麦。但常规种植存在产量低、土壤水分利用效率低、个体生长不良、病虫害严重等问题[1, 2]。前人对不同种植方式下0~200 cm土壤水分以内研究表明，覆膜种植能够调节土壤水热状况，提高作物耗水量、水分利用效率[3]，调控土壤水分时空在分配，促进土壤-作物水分良性循环[4-7]，进而提高产量，但耗水深度会向下延伸[8-10]。

种植行距对小麦干物质的积累和分配都有影响[11]。董琦[12]等人的研究表明窄行稀条播增加作物叶面积和冠层盖度，调节群体性状，减少了裸露的田面面积，减少土壤蒸发、耗水量、蒸散量以及土壤风蚀量，进而获得较高的产量。前人对土壤水分运动的研究多为0~200 cm以内[9,13-16]，对更深层次土层的研究鲜有报道。

在丘陵地区，覆膜垄作、窄行稀条播及沟播对小麦产量、更深层的土壤水分调节、水分利用效率、降水利用效率以及相关生理指标未见系统研究。本研究在前人研究的基础上，探讨不同种植方式下对小麦全生育时期各阶段更深土壤层次的含水率进行测定及分析，并且计算水分利用效率，以及降水利用率。旨在揭示不同种植方式对更深土层水分运动的调节，分析其增产机制，为该地区小麦最佳种植方式、产量提高提供科学依据。

1材料与方法

1.1试验时间、地点与土壤条件

试验于2013~2014小麦生长季在山西省晋城市泽州县高都镇进行。该区属于属暖温带大陆性气候，海拔882米，年平均气温10 ℃，无霜期192.6天，年降水量为573.3 mm，主要分布在6~9月份，为半干旱半湿润地区。2013~2014小麦生育期降水量为180.3 mm，试验地为壤土，播种前0~20 cm土层的养分含量为：有机质18.35 g·kg-1，全氮1.05 g·kg-1，碱解氮95.89 mg·kg-1，速效磷40.65 mg·kg-1，速效钾110.32 mg·kg-1。

1.2实验设计和试验方法

试验供试品种为临旱536。设置常规播种(CK：行距为20 cm)、窄行稀条播(C1：行距为10 cm)、膜侧条播(C2：行距为20 cm)、沟播(C3行距为20 cm)播种4种种植方式，覆膜播种为覆垄之间20 cm，垄宽为20 cm,并垄上覆膜，两侧播种；沟播为起垄15 cm高，垄宽20 cm，垄的1/2处播种。采用随机区组设计，小区面积为6 m×6 m=36 m2，实验小区之间设计1 m宽保护行，3次试验重复。播前底施P2O5170.0 kg·hm-2，K2O 178.0 kg·hm-2，基施氮肥与底施磷肥、钾肥均匀撒入小区后翻于地下，拔节期追施氮肥300 kg·hm-2，其他田间管理与当地常规管理相同，6月12日收割。

1.3田间取样和测定项目、方法

1.3.1土壤含水量的测定

在播前和主要的生育时期用土钻取0~300 cm土层的土样，20 cm为一个土层，样品取后立即装入铝盒，称鲜重后放置于烘箱中，105 ℃烘20~24 h，至恒重，称量干土重量，计算含水量。

土壤含水量=(土壤鲜重-土壤干重)/土壤干重×100%

1.3.2农田耗水量的计算

农田耗水量的公式为ET1-2=10∑γiHi(θi1-θi2)+M+P0+K，i(1,n)式中 ET1-2-阶段耗水量，mm；i-土壤层次号数；n-土壤层次总数；γi-第 i 层土壤干容重，g·cm-3；Hi-第 i 层土壤厚度，cm；θi1-第 i 层土壤时段初的含水率，以占干土重的百分数计；Hi2-第 i 层土壤时段末的含水率，以占干土重的百分数计；M-时段内的灌水量，mm；K-时段内的地下水补给量，mm[17]。

CA:耗水量 Water consumption amount；PE:百分比percentage；TWCA:总耗水量Total water consumption amount

1.3.3水分利用效率与降水利用率

WUE= Y/ETi[17,18]

式中: WUE为水分利用效率(kg·hm-2·mm-1)，Y 为籽粒产量, ETi为小麦生育期间耗水量;降水利用率(kg·hm-2·mm-1)=籽粒产量/降水量

1.3.4地上生物产量与灌浆速率的测定

于拔节期前期开始间隔一定时间，取长势一致的麦苗(包含分蘖)进行地上生物量的测定；

开花后每隔五天每个处理选取10个长势一致的主穗，每穗取中部籽粒100个，置于105 ℃烘15 min，杀青后于80 ℃烘干直至恒重，直至成熟。

灌浆速率(g/d)=籽粒干物质增重(g)/测定间隔的天数(d)。

1.3.5籽粒产量测定

千粒重：晾干后数500粒称重，换算成千粒重，5次重复(重复问相差≤0.5 g)[19]

产量测定：取测产行单打单收计算单位面积产量。

1.4数据处理

数据结果采用Excel 2010及DPS7.05系统软件进行数据处理s与方差分析，并采用LSD法进行差异显著性分析。

2结果与分析

2.1不同种植方式对小麦各个生育时期土壤含水率的影响

表1小麦生育期降水量

Tab.1Wheat grouth period precipitation

年份2013-102013-112013-122014-012014-022014-032014-042014-052014-06降雨量(mm)19.626.40.2032.83.561.436.177.1

CK：常规播种，normal drilling seeding technique；C1：窄行稀条播，narrow row sparse drilling technique；C2：膜侧条播，drilling beside plastic film；C3：沟播，ridge sowing图1　不同种植方式对小麦各个生育期土壤含水量的影响Fig.1　The effects of different planting manners on soil water in each period of wheat

小麦土壤层次的含水率在不同种植方式下差异很大，图1看出随土壤深度的增加，各生育期小麦的含水量均表现为先增加再减小再增加的规律，分别在160 cm附近及300 cm附近达到极值。返青期处理间0~80 cm土层的水分含量差异明显，80~300 cm各个处理变化趋势基本一致，整体呈先升后降再迅速上升。上层土壤中(0-80 cm)，各处理的含水量明显高于CK对照，且C1处理含水量最多，C2仅次于C1，说明种植方式能够促进浅土层的保墒，且窄行稀条播的保墒作用较为明显。中层土壤(80-220 cm)各种植方式下含水量差异不大，整体看来含水量排序为：C2>C1>C3，此阶段覆膜有利于保墒。深层土壤(220-300 cm)C1含水量较高，C3较低，C2在300 cm处达到极值，推测C1、C2均能起到深层土壤保墒的作用。

拔节期整体变化趋势为先上升再下降再上升，0~80 cm各处理含水量呈C1>C2>C3>CK。80~220 cm各处理均为先上升后下降，CK在80~160 cm上升幅度最大，160 cm~220 cm下降最小，C3整体上升幅度最小，CK、C2、C3达到最大值后保持平稳。C2平均水平比C1、C3高，推测覆膜对中层土壤能有效保墒，CK比其他处理含水量高，可能是由于前期根系生长缓慢，对中层土壤的耗水量较低。220 cm~300 cm土层CK、C1、C2迅速上升达到最大值，且处理间明显差异，C3缓慢上升，与其他处理间有明显差异。抽穗期0~300 cm土层含水量C3均保持在处理中最低，C2仅次于C3，推测是由于C3地表蒸发较大，促进深层水分上移。0~80 cm土层C1含水量最大，C3最小。160~220 cm土层C1、C2、C3与CK相比有明显差异，160~300 cm土层各处理均上升直至最大值，呈现CK>C1>C2>C3,且各处理间差异明显。说明与CK相比，C1、C2、C3均在抽穗期充分利用深层土壤水分，以保证植物生长所需水分。

灌浆期各处理土层含水量表现为先缓慢下降再上升，保持平稳变化后迅速上升至最大。除C1外，其余各处理在0~80 cm土层变化差异不大。80~220 cm土层含水量均以CK最大，100~160 cm土层C3与其他处理间差异较大。C1、C2、C3与CK在160~220 cm土层间有明显差异。220~300 cm土层中，CK土壤含水量最大，C3含水量最小，C1、C2处理间含水量相近，分别与其他两种处理有明显差异。可见，与CK相比，其他三种处理处理均提高了根系对深层土壤水分的利用，为增产奠定基础。

2.2不同种植方式对各阶段耗水量及其比例的影响

对小麦各个生育阶段耗水量的分析表明(表2)，各处理(除C1)在整个生育时期内耗水量(CA)呈一定变化规律，即先升后降再升，C1表现为先升后降。总的耗水量为C2>C3>CK>C1，各处理间达极显著差异。各处理拔节期至抽穗期耗水量最大，占总耗水量1/3以上，处理间CA均达极显著差异，PE有显著差异，最大值为C2，达238.13 mm，耗水量远大于这阶段的降雨量，说明膜侧条播(C2)能充分调动各土层水分，保证作物需水量，促进作物形态建成。各处理(除C1外)CA在抽穗期至灌浆期为最低，PE在15%左右。灌浆期至成熟期C2耗水量最小与C1、C3间CA、PE值达显著差异或极显著差异，这可能是由于气温升高，覆膜处理与其他处理相比减少了地表水分蒸发。C1各个阶段耗水量相对较小，可能是由于棵间蒸发量小的缘故。

2.3不同种植方式对小麦灌浆速率和地上生物量的影响

开花后各处理的灌浆速率随小麦的生育进程整体趋势基本一致，先上升后下降，且均在20天达到最大值，C2最大，C3次之，CK最小，且C2/CK接近1.5。开花10天内各处理的灌浆速率基本一致，15~25天C2>C3>C1>CK，15~20天C2增长速率最大，20天后C1迅速下降，后期与CK相近，且与C2、C3相差较大。由此可知，覆膜，沟播种植提高了籽粒后期的灌浆速率，进而影响粒重。

表2不同种植方式对各阶段耗水量及其比例的影响

Tab.2The effects of different planting manners on water consumption amount and percent in each period

处理播种至拔节期Sowingtojointing拔节期至抽穗期Jointingtoheading抽穗期至灌浆期Headingtofiling灌浆期至成熟期FillingtomaturityCA(mm)PE(%)CA(mm)PE(%)CA(mm)PE(%)CA(mm)PE(%)总耗水量TWCA(mm)CK146.31abAB29.27bA146.72cC29.73cB92.25bA18.56bB112.13aA21.86aA497.43cCC1109.62bB23.35cB130.51dD27.58dC121.82aA26.01aA106.30abA22.67aA468.61dDC2185.05aA30.87aA238.13aA39.56aA79.94cC13.34cC101.90bA16.74cC602.62aAC3168.27aAB29.31bA219.39bB38.12bA75.82cC13.49cC110.50aA19.58bB573.38bB

CA:耗水量 Water consumption amount PE:百分比percentage TWCA:总耗水量Total water consumption amount

注:同一处理栏中不同大、小字母分别表示差异达1%、5%显著水平。

Note:Different capital, lowercase letters in the same treatment items mean significant at 1% ,5% level

图2　不同种植方式对小麦灌浆速率和地上生物量的影响Fig.2　 The effects of different planting manners on grouting rate and aboveground biomass

地上生物量随生育时期的变化关系图表明，随着小麦生长进程的推进，地上生物产量也随之增加，各处理增长趋势保持一致，即先增加至灌浆期达到最大，随后减小。各个时期C2增加幅度比其他处理高，CK、C1、C3返青期至拔节期迅速增加，拔节后缓慢增加，可能因为小麦的形态建成基本完成，进入生殖生长阶段。抽穗期至成熟期地上生物量表现为C2>C3>C1>CK，说明覆膜可显著增加小麦生殖生长阶段地上生物量，进而达到增产。由于小麦成熟部分叶片开始干枯，成熟期各处理均有所下降，CK降幅最大，其他为C1>C3>C2，推测C2处理可以延缓小麦叶片衰老，提高小麦平均灌浆速率和时间，为增产奠定基础。

2.4不同种植方式产量籽粒产量和水分利用效率的差异

表3不同种植方式对籽粒产量和水分利用效率的影响

Tab.3The effects of different planting manners on yield and Water use efficiency

处理Treatments千粒重Thousandkernelweight(g)产量Yield(kg·hm-2)水分利用效率Wateruseefficiency(kg·hm-2·mm-1)降水利用效率Utilizationrateofrainfall(kg·hm-2.mm-1)CK39.25±1.12dC5470.83±203.01dD10.96±0.65bB30.39±0.69dCC140.81±0.89cC6019.15±196.69cC12.82±0.99aA33.44±1.36cBC246.82±1.06aA6994.05±269.68aA11.45±1.06bB38.75±1.03aAC344.70±0.79bB6588.33±298.36bB11.67±1.02bB37.33±0.99bA

注：同一处理栏中不同大、小字母分别表示差异达1%、5%显著水平

Note:Different capital, lowercase letters in the same treatment items mean significant at 1% ,5% level

不同种植方式对小麦产量、千粒重、水分利用效率以及降水利用率有显著影响(表3)。各指标CK最低，除了水分利用效率C1最高外，其余均以C2最高：千粒重46.82 g，产量6994.05 kg·hm-2，降水利用效率38.75 kg·hm-2·mm-1，较CK分别增加19.29%、27.84%、27.51%。千粒重、产量各处理间达极显著差异，C2、C3降水利用效率差异不显著，但分别与C1、CK处理达极显著差异，水分利用效率相对较低可能是因为营养生长耗水量大造成的。因此覆膜、沟播相对常规播种能有效提高水分利用效率及降水利用率，充分利用有限的水分促进作物生长，从而提高小麦产量。

3讨论与结论

半干旱地区水分是抑制作物生长的主要因素，不同的种植方式可以通过改善田间温度、湿度、蒸发速率、富集雨水强度等方式来保障作物各生育阶段的需水量。国内外研究表明，干旱环境下小麦根系有提水现象，而且根系可通过各种纵向和侧向运输进行水分再分配[5, 20, 21]。张淑芬[6]等人的研究表明，小麦的初生根可深扎到2米以下取水，覆膜改善了0~20 cm土层的水分，但全生育期内2 m土层含水量不如露地。全膜覆土穴播较其他种植方式促进了小麦耗水，加强了对深层土壤水分的利用，但是连续2年的实验证明耗水深度增加，不利于连续种植作物，需在休闲期补充水分[9]。本研究表明各个时期0~20 cm土层受降水影响较大，20~240 cm的水分除CK随生长时期下降不明显外，其余均有不同程度的下降。这与侯慧芝[22]在0~120 cm一致，但是240~300 cm土层含水量几乎不变，这可能是因第一年种植耗水深度还未达到或是因土壤上层水分含量较高。返青期的C1、C2、C3在0~200 cm土层中含水量大于CK或与其相近，可见其他种植方式更有利于小麦需水较少时期的保墒。C2拔节期前80~220 cm土层的蓄水保墒，保障了小麦后期生长发育所需水分，且生育后期C2、C3深层土壤水分利用明显优于CK。C3的土壤含水量的下降幅度最大，可能是由于该处理小麦生长旺盛，加之地表无覆盖物导致。

小麦全生育期中，拔节至抽穗期是小麦营养生长的关键时期，加之气温升高植物蒸腾作用，地表蒸发加剧，因此充足的水分有利于小麦形态建成。本研究表明，不同的种植方式下，均在拔节期耗水量达到最大。覆膜的总耗水量和拔节期耗水量均为最大，沟播次之，灌浆速率比C1、CK显著提高，地上生物产量也随之迅速上升，为高产奠定基础。常规种植拔节期耗水量小，营养生长较差，导致后期生殖生长阶段耗水量远小于C2、C3。

提高半干旱地区降水利用效率和水分利用效率是增产和抵抗干旱的有效方法。本研究表明，不同种植方式对小麦产量和水分利用效率影响极为显著，覆膜千粒重、产量及降水利用率最高，分别达6 994.05 kg·hm-2和38.75%，C3、C1、CK依次降低。有研究表明[22]，覆膜种植能加快生育进程，延缓叶片衰老，提高籽粒平均灌浆速率以及维持天数，进而达到增产的目的。覆膜可增加拔节期耗水量，显著提高各生育期的水分利用效率，增加穗粒数和产量[3]。也有研究表明[23]，适宜密度下适当缩小行距、扩大株距，可增强作物生产能力和水分利用效率。

总之，与其他种植方式相比，覆膜种植小麦，可以改善土层水分，加深水分利用深度，增加地上生物量，提高灌浆速率、土壤水分利用效率和降水利用效率，从而达到增产，更加适用于丘陵地。但是鉴于前人的研究，连续种植小麦且达到高产需要补充土壤水分。

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Effects of Winter Wheat Planting Manners on Soil Water,Yield,and Water Use Efficiency in Hilly Land

DONGQi,FENGBian’e,QIAOJunfang,FANJinbo,ZHANGFengjie,LIShasha,GAOZhiqiang,WANGAiping*

(College of Agriculture, Shanxi Agricultural University, Taigu 030801, Shanxi, China)

Abstract：The aims of the research were to evaluate the effects of different planting manners in soil water, yield, and water usage efficiency(WUE) in hilly land. Experiments Using randomized block method were carried out by using Linhan 536 as material. The result shows narrow row sparse drilling technique(C1), drilling beside plastic film(C2),ridge sowing(C3) have reduced more significantly in the 0-240 cm layer in the whole growth period, compared with normal drilling seeding technique(CK), there were significant alter ations in 0-120 cm, enhancing the water usage efficiency. C2 was contributed to protecting middle soil water before jointing. There was a significant difference in the total water consumption among the three treatments in the sequence C2>C3>CK>C1. Jointing reached the maximum water consumption which is 27.58%~37.56% of the total water consumption. Grouting rate and aboveground biomass of C2,C3 were higher than C1,CK.Thousand kernel weight,yield,utilization rate of rainfall showed the trend of C2>C3>C1>CK. All of those analysis clarify C2 promote the change of soil water, enhance grouting rate, abovegroud biomass, utilization rate of rainfall, thousand kernel weight, which result in the increase of yield finally.

Key words：winter wheat(Triticum aestivum L.); planting manner; soil water; biomass;yield; water usage efficiency

文章编号：1007-7146(2015)06-0573-07

文献标志码：A

中图分类号：S512. 101

*通讯作者：王爱萍(1973-)，女，山西交城人，山西农业大学副教授，博士，主要从事旱作栽培及分子生物学方面的研究。(电话)0354-6287260；(电子邮箱)wapdbn2001@163.com

基金项目：现代农业产业技术体系建设专项(CARS-03-01-24)；山西省科技攻关计划项目(20140311011-7)
共同第一作者：董琦(1974-)，男，山西晋城人，山西农业大学副教授，博士，主要从事旱作栽培及生理生态方面的研究。(电话)0354-6288344；(电子邮箱)dqwap110@163.com;冯变娥(1989-)，女，山西吉县人，硕士研究生，主要从事旱作栽培及分子生物学方面的研究。(手机)13126761662；(电子邮箱)fengbiane@sina.com

收稿日期：2015-05-05;修回日期:2015-10-13

doi:10.3969/j.issn.1007-7146.2015.06.014