吴海旭， 闫博文， 薛丽华， 章建新

(1.新疆农业大学农学院，新疆乌鲁木齐 830052； 2.新疆农业科学院粮食作物研究所，新疆乌鲁木齐 830091)

新疆维吾尔自治区位于我国西北部，气候干旱，全年降水量少且蒸发量大[1]，农业生产不依靠降水，完全依赖灌溉，灌溉水资源十分短缺。提高农业用水效率、减少灌溉用水的使用是新疆农业生产的重大目标[2]。在新疆地区小麦是最主要的粮食作物，常年种植小麦导致灌溉用水供不应求，因此高效节水才能满足该地区的供水需求。前人对小麦节水高产理论和技术做了大量研究[3-4]，虽然已经大幅度提高了小麦产量和水分利用效率[5-6]，但是小麦产量和水分利用效率的提高仍有较大潜力。春麦冬播是将春小麦品种临冬前播种，以发芽(或种子萌动)状态在积雪覆盖土壤中越冬，俗称“包蛋麦”[7]，用于棉花、玉米、复播大豆和油葵晚收地倒茬小麦[8]。与冬小麦相比，春麦冬播在次年早春利用冬季积雪融水早出苗，可节约出苗水和越冬水；比春小麦节约出苗水和最后1水，早成熟7～9 d左右[9]，降低后期出现干热风危害的风险[10]，有利于高产稳产。在北疆地区冬播春小麦是小麦节水高产的新方式，有着巨大的节水增产潜力，目前仅对适宜品种[11]、播期播量[12]以及生育规律[9]等方面存在少量研究。滴灌小麦灌水研究都是冬小麦和春小麦的研究结果[13-19]。北疆冬播春小麦高产耗水规律和节水灌溉定额不清楚，制约了春麦冬播技术的节水增产潜力的发挥。本试验在田间系统地研究了不同滴水量下春麦冬播土壤含水量、干物质积累与分配、产量及水分利用效率的变化规律，为春麦冬播节水高产栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2020—2021年在新疆乌鲁木齐市头屯河区三坪农场(43°56′N，87°20′E)进行，试验地为壤土，前茬作物是玉米，0～20 cm土层理化性质：有机质含量10.91 g/kg，碱解氮含量59 mg/kg，速效磷含量18.2 mg/kg，速效钾含量219.3 mg/kg，pH值8.26。

1.2 试验设计

试验品种为新春48号，翻地一并施入磷酸氢二铵300 kg/hm2，于2020年10月28日播种前耙地整地，进行人工播种，播种量为750万粒/hm2，行距 20 cm，播种深度3～4 cm。冬前不浇水。各小区设置3次重复，长6 m，宽4 m，面积24 m2。各处理采用水肥一体化，在拔节期和孕穗期施入尿素，累积尿素375 kg/hm2，生育期降水量见表1，总滴水量和时间见表2。滴灌带间距为60 cm，1管4行铺设。各小区间避免渗水设置1.5 m宽的隔离带，试验地措施与田间管理相同。

表1 生育期内降水量

表2 滴水日期及其相应滴水量 m3/hm2

1.3 测定指标与方法

1.3.1 土壤含水量的测定 用烘干法测定，每层取20 cm，分为5层，用铝盒装土样。播种前取土，之后

每次滴水前后12 h内取土，每隔10 d左右取土1次，重复2次，计算各处理各层土壤含水量。

1.3.2 叶面积指数(LAI)及光合势(LAD)、干物质积累量的测定 每10 d左右测定1次，取30茎，将植株洗净除去根系后，按叶、茎、鞘、穗分别装袋，放入烘箱中，105 ℃杀青后80 ℃烘干至恒质量，称量各部分器官干物质量，重复3次。采用比重法测定各处理小麦植株叶面积，并计算叶面积指数及光合势。

叶面积指数=单位面积内总茎数×单茎叶面积/土地面积；

光合势(m2·d/hm2)=0.5×(L1+L2)×(t1+t2)×104。

式中：L1、L2为相邻2次检测叶面积指数；t1、t2为相邻2次取样时间(d)。

1.3.3 花前花后干物质转运与分配的测定 开花期各处理标记200茎长势相同的主茎，在开花当天和成熟期各处理分别取挂牌标记的主茎20茎，洗净，除去根系后装袋，放入恒温烘箱中，温度先调至105 ℃杀青30 min，再降至80 ℃下烘至恒质量，烘干称总质量和籽粒质量，重复5次。

花前营养器官同化物向籽粒转运量=开花期干质量-成熟期营养器官干质量，kg/hm2；

花前营养器官同化物转运率=花前营养器官同化物向籽粒转运量/开花期干质量×100%；

花前营养器官同化物对籽粒贡献率=开花前同化物转运量/成熟期籽粒干质量×100%；

花后营养器官同化物对籽粒贡献率=100%-花前营养器官同化物对籽粒贡献率。

1.3.4 成熟期籽粒产量和水分利用效率测定 成熟后在各处理去边行，取12 m2(3 m×4 m)面积实收测产；选取1 m长单行考种，3次重复，并记录穗粒数、穗数和千粒质量。

生育期总耗水量(m3/hm2)=生育期土壤贮水消耗量+生育期总降水量+生育期总滴水量；

全生育期土壤贮水量(m3/hm2)=播种前土层贮水量-收获时土层贮水量；

灌溉水利用效率(kg/hm2)=成熟收获的小麦籽粒产量/全生育期内总滴水量；

水分利用效率(kg/hm2)=成熟收获的小麦籽粒产量/全生育期内总耗水量。

1.3.5 数据分析 采用Excel 2019和SPSS 25.0软件进行数据分析与作图。

2 结果与分析

2.1 不同滴水量对冬播春小麦0～100 cm土层土壤含水量的影响

由图1可知，各处理在0～100 cm土层的土壤含水量差异明显。0～60 cm土层土壤含水量在小麦滴水前后出现高—低变化，因滴水量的增加而上升，表现为W4>W3>W2>W1，每次灌水后的增幅表现为0～20 cm土层>20～40 cm土层>40～60 cm 土层；各滴灌处理60～80、80～100 cm土层含水量均随着生育期逐渐降低，多数表现为W4>W3>W2>W1。这说明滴水量的增加直接影响0～60 cm土层，该土层的土壤含水量直接上升；60～100 cm土层受滴水量的影响不大，主要减少该土层的贮水消耗量。

2.2 不同滴水量对冬播春小麦叶面积指数及光合势的影响

由图2-a可知，各滴水处理的LAI随着生育时期推进呈先升高后降低趋势。LAI峰值出现在5月24日(孕穗—抽穗期)，其中W3处理LAI最大，为4.24，较W4、W2、W1处理分别提高了15.19%、21.66%、49.81%。随着滴水量的增加和生育时期的推进，5月15日孕穗前不同滴水处理的叶面积指数随滴水量的增加而增大，表现为W4>W3>W2>W1，但孕穗后W3处理最大，多数为W3>W4>W2>W1。这说明增大滴水量有助于拔节—孕穗前LAI的增长，但对孕穗—成熟的LAI存在抑制作用，并不能随滴水量增大而一直增加。

由图2-b可知，随着生育期的推进，光合势呈先增大再减少的趋势，在抽穗—开花阶段(5月24日至6月5日)达到峰值。增加滴水量，W3处理的总光合势明显高于其他处理，为190.04万m2·d/hm2，较W4、W2、W1处理分别提高了8.55%，29.26%，57.02%。这说明增加滴水量能提高小麦各阶段光合势，从而增加总光合势，但滴水量到达一定程度后，增加滴水量反而会降低光合势。

2.3 不同滴水量对冬播春小麦干物质积累量与分配、转运的影响

从表3可以看出，不同滴水处理间7月6日(成熟期)总干物质积累量存在显著差异(P<0.05)。干物质积累量在5月2日(拔节期)前后增长较快，在5月15日(孕穗期)前后开始快速增加，在6月15日(花后15 d)开始缓慢增加，7月6日以W3处理的总干物质积累量最高，比W4、W2、W1处理分别增加6.09%、12.40%、24.74%。7月6日W1处理的茎干物质积累量与W3和W4处理差异显著，与W2处理差异不显著；不同处理的穗部位干物质积累量于6月15日出现显著差异，在7月6日(成熟期)W1处理显著低于W3和W4处理，但与W2处理无显著差异；不同时期各处理间鞘部位干物质积累量均差异不显著。这表明滴水量的变化和生育时期的推进，主要影响茎、叶、穗3个部位的干物质积累。从表4可以看出， 不同滴水量下花前同化物转运量、转运率、对籽粒贡献率存在显著差异。各处理花前同化物转运量随着滴水量增加呈现先增加后减少的变化趋势，W2处理花前同化物转运量最高，为1 940.32 kg/hm2，比W1、W3、W4处理分别增加22.65%、6.09%、35.18%，显著高于W1、W4处理，与W3处理差异不显著。这说明适宜的滴水量对小麦花前同化物的转运有促进作用，有利于增加干物质积累量及花后同化物对粒质量的贡献率，有利于籽粒生长和产量增加。

表3 不同滴水量下冬播春小麦干物质积累量动态变化

表4 不同滴水量下冬播春小麦花前同化物转运

2.4 不同滴水量对冬播春小麦产量的影响

从表5可以看出，不同滴水量处理的穗数、千粒质量、产量存在显著差异，但穗粒数差异不显著。增加滴水量会引起各处理穗数、穗粒数出现先增再降的变化，其中W3处理的穗数显著高于W1处理，表现为W3>W4>W2>W1；各处理的千粒质量与滴水量呈正相关，随滴水量的增加而增加。W4、W2、W3处理的千粒质量显著高于W1处理。W3、W4处理的产量较高，与W1、W2处理差异显著，其中W3处理产量为7 075.83 kg/hm2，较W1、W2、W4处理分别提高26.65%、9.37%、3.64%。这说明增大滴水量主要对穗数和千粒质量有显著影响，对穗粒数影响并不显著。适宜的滴水量能促进产量的增加，滴水过量产量不会持续增长，反而会引起穗数和穗粒数下降，导致产量降低。

表5 不同滴水量下冬播春小麦产量及产量构成

2.5 不同滴水量对冬播春小麦水分利用效率的影响

从表6可以看出，随着滴水量的增加，土壤耗水量减少，总耗水量增加，水分利用效率先增后降，灌溉水利用效率持续下降。W2、W3处理的水分利用效率较高，其中W3处理的水分利用效率最高，为 1.31 kg/m3，分别比W1、W2和W4处理高10.08%、3.15%和9.17%。W1、W2处理的灌溉水利用效率较高，其中W1处理的灌溉水利用效率最高，为 2.13 kg/m3。适宜的滴水量下小麦的水分利用效率和灌溉水利用效率均较高，过量滴水则两者均下降。

表6 不同滴水量对冬播春小麦耗水构成及水分利用效率的影响

3 讨论与结论

增加滴水量能使土壤水分保持在较高的状态，有利于小麦植株生长[20]。在本试验条件下，全生育期共7次滴水，每次滴水量在375～600 m3/hm2之间，会提高各处理间0～60 cm土层土壤水分，其中0～20 cm土层土壤水分增幅最大，60～80 cm土层提升幅度不明显，消耗了该土层的土壤贮水量，这与孙乾坤等的研究结果[21]基本一致。小麦营养生长阶段水分亏缺，会影响植株的正常生长[22]，充足的水分供应是高产的基础[23]。本试验发现，增大滴水量后冬播春小麦叶面积指数、光合势、干物质积累分配以及产量并没有随着滴水量的增大而持续增加，当滴水量达到一定程度时，各项生长指标随着滴水量的增加开始下降，这说明在合理的灌水条件下能有效增加叶面积指数、光合势以及干物质积累量，最终提高产量，灌水过少会影响小麦植株正常生长发育，而过量灌水使小麦植株生长过程受到抑制，从而使各项生长指标降低，最终导致产量减少。这与有关春、冬小麦耗水规律的相关研究结果[14，16，19，24]大致相同，这表明造成小麦LAI、LAD、干物质积累分配以及产量的差异主要是因为不同滴水量的影响，而正常春冬播种或春麦冬播的种植方式对其影响并不明显。有研究认为，增加灌溉量，小麦的千粒质量、穗粒数、穗数变化趋势均为先增加后减少[25]，本试验研究表明，随着滴水量增大，穗数、穗粒数和千粒质量明显提高，但达到一定程度后持续增加滴水量，会导致穗数、穗粒数减少。滴灌供水过高并不能增产，还会浪费水资源[24]，灌水量在一定范围内增加，能使产量和水分利用效率增加[26]，本试验中以W2、W3处理花前营养器官储存同化物向籽粒转运量较高，W3、W4处理产量较高，W2、W3处理的水分利用效率较高，从节水高产稳产角度考虑认为W2、W3处理较为合理，因此适宜北疆地区的冬播春小麦滴水量为3 150～3 675 m3/hm2。

王振华等研究认为，北疆地区适宜滴水春小麦的灌溉量为4 050 m3/hm2[14]。张伟等研究滴灌春小麦根系发现，滴灌量为3 750 m3/hm2时更有利于节水高产[24]。冯波等春小麦水氮耦合试验中，认为最佳滴灌量为3 940.80 m3/hm2[27]。蒋桂英等研究滴灌带布置方式发现，春小麦采用一管4行，滴灌量为4 500 m3/hm2时在北疆地区增产效果明显[13]。薛丽华等的研究表明，北疆滴灌冬麦区产量与水分利用效率的最佳滴灌量范围为3 900～4 500 m3/hm2[15]。雷钧杰等研究认为，北疆冬小麦滴灌量在 4 650 m3/hm2时能够实现高产高品质[28]。崔月等的研究表明，水肥交互作用下，冬小麦最优滴灌量在 4 200 m3/hm2[29]。适宜北疆地区的春小麦滴水量范围主要为3 750～4 500 m3/hm2，冬小麦滴水量范围主要为3 900～4 650 m3/hm2。本试验结果表明，春麦冬播适宜滴水量为3 150～3 675 m3/hm2，比春小麦节水75～1 050 m3/hm2，比冬小麦节水225～1 500 m3/hm2。冬播春小麦利用冬季积雪融水春季早出苗、早成熟，节约了出苗水和最后1水，表明冬播春小麦有利于节水。关于如何提升其节水潜力，需进行更深入的研究。

综上所述，增加滴水量直接提高0～60 cm土层土壤含水量，适宜的滴水量能增产的原因是提高冬播春小麦的LAI、LAD，增加干物质积累量，促进花前营养器官储存同化物向籽粒转运量。冬播春麦适宜的总滴水量为3 150～3 675 m3/hm2，产量可达 7 075.83 kg/hm2。