張麗華，姚海坡，姚艷榮，董志強，呂麗華，賈秀領(lǐng)

(農(nóng)業(yè)部華北地區(qū)作物栽培學(xué)觀測站，河北省農(nóng)林科學(xué)院 糧油作物研究所，河北 石家莊 050035)

河北人均水資源占有量占全國平均的1/7，為重度缺水地區(qū)，且在時間上分配不均，小麥季水資源短缺嚴(yán)重，這成為限制小麥生產(chǎn)的關(guān)鍵。為適應(yīng)目前的缺水現(xiàn)狀，穩(wěn)定小麥產(chǎn)量，學(xué)者在高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的前提下開展了小麥需水規(guī)律[1]、耕灌方式[2-9]、灌水次數(shù)與時期[10-16]、灌水量[16-20]和灌水均勻度[21-22]及其相關(guān)理化性質(zhì)等多方面的研究。研究表明，一般降水年份小麥生育期內(nèi)灌溉2水[23-24]即可保證小麥活躍的循環(huán)代謝并實現(xiàn)較高的產(chǎn)量，過多的灌水不利于小麥高產(chǎn)[17-18，25]，并降低水分利用效率且造成土壤水分冗余及養(yǎng)分的淋溶[26]，不利于水分的高效利用及可持續(xù)發(fā)展。采用生育期內(nèi)少水灌溉[27-29]，干旱年份保證充足的土壤底墑[30]或生育期澆水2～3次[13]可實現(xiàn)水資源的高效利用并保證小麥穩(wěn)產(chǎn)。

對小麥而言，延遲播期改變了小麥的成穗能力[31]，單位面積有效穗數(shù)減少[32-35]，同時光合特性[36]、庫容能力[37]、籽粒灌漿[38]等均發(fā)生變化，導(dǎo)致產(chǎn)量的降低[33-34，38-40]，因此，改變密度，協(xié)調(diào)播期與密度的關(guān)系是小麥高產(chǎn)的關(guān)鍵[38-39]。

以往的研究中多集中在高產(chǎn)的前提下如何節(jié)水，但是隨著農(nóng)業(yè)用水量受到限制并逐年減少，缺水形勢日益嚴(yán)峻，如何在節(jié)水的前提下獲得高產(chǎn)將成為小麥栽培的首要任務(wù)。雖然測墑補灌技術(shù)[40-42]的研究為實現(xiàn)節(jié)水農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供了有效的措施，但是由于其設(shè)施及相關(guān)多種因素的限制，使得該技術(shù)大面積應(yīng)用存在較大困難。本研究主要針對華北地區(qū)自然降水偏少及地下水過度開采的現(xiàn)狀，研究在全生育期灌溉1水條件下，不同播期、灌水和密度調(diào)控效應(yīng)，探討不同降雨年型小麥1水穩(wěn)產(chǎn)的栽培管理措施。

1 材料和方法

1.1 試驗設(shè)計

試驗于2014年10月-2015年6月，2015年10月-2016年6月在河北省農(nóng)林科學(xué)院糧油作物研究所堤上試驗站進行。該區(qū)屬華北太行山山前平原區(qū)(37.9°N，114.7°E)，年降雨量350～650 mm，2010年以來小麥季平均降雨量為96.1 mm。2014年試驗開始前0～20 cm土壤基礎(chǔ)地力情況為：有機質(zhì)18.2 g/kg，全氮1.18 g/kg，全磷2.3 g/kg，堿解氮95.9 mg/kg，有效磷25.84 mg/kg，有效鉀106.2 mg/kg。

試驗為播期、密度和灌水三因素試驗，裂區(qū)設(shè)計。試驗為足墑播種，設(shè)置主區(qū)3個播期：10月10日、10月15日和10月20日，每個播期下按照延遲播期增加密度的方式設(shè)置2種種植密度，分別為330×104穗/hm2和420×104穗/hm2、420×104穗/hm2和510×104穗/hm2、510×104穗/hm2和600×104穗/hm2；全生育期灌溉1水，設(shè)置3種灌水時期：起身、拔節(jié)和拔節(jié)后7 d，試驗小區(qū)面積37.8 m2，小區(qū)間設(shè)置1 m的隔離區(qū)，各個年度的供水量(灌水量+降水量)及灌溉前后的降水情況見表1。試驗播前基施史丹利復(fù)合肥600 kg/hm2(N-P2O5-K2O：20-26-8)，春季隨水追施尿素270 kg/hm2(N：46%)，供施小麥品種為冀麥585、冀麥325，收獲期分別為2015年6月12日和2016年6月14日。

1.2 測定項目、方法及數(shù)據(jù)統(tǒng)計

試驗采用澳大利亞產(chǎn)小區(qū)聯(lián)合收割機(CLASSIC，Wintersteiger，4910 Ried in Innkreis，Upper Austria，Austria)實收測產(chǎn)，風(fēng)干后稱質(zhì)量并測定籽粒含水量，統(tǒng)一折算成13%標(biāo)準(zhǔn)含水量，重復(fù)4次。每小區(qū)收獲1.11 m雙行(約0.333 m2)內(nèi)所有植株，統(tǒng)計總穗數(shù)，并折合為每公頃穗數(shù)。每小區(qū)隨機取60 穗統(tǒng)計穗粒數(shù)，脫粒風(fēng)干后稱質(zhì)量計算并折算成13%標(biāo)準(zhǔn)含水量千粒質(zhì)量，重復(fù)4次。

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2007進行統(tǒng)計計算，采用SPSS進行數(shù)據(jù)分析。

表1 小麥生育期降水量及灌水量Tab.1 Quantity of rainfall and irrigation during the growth period of wheat mm

2 結(jié)果與分析

2.1 不同降雨年型不同處理對產(chǎn)量影響

2.1.1 試驗?zāi)甓冉涤昵闆r2014-2015年不同播期降雨量為99.3 mm(10月10日播種)和96.5 mm(10月15，20日播種)，低于2015-2016年117.2 mm(表1)。不同生育階段降雨量年度間差異較大，2014-2015年不同播期生育前期(灌水前，下同)降雨量為8.3～27.6 mm，占生育期降水量的8.6%～27.8%，后期(灌水后，下同)降雨量為71.7，88.2 mm，占生育期降水量的72.2%～91.4%，表現(xiàn)為降水量前低后高趨勢，而2015-2016年生育前期降雨量為88.2～95.2 mm，占生育期降水量的75.3%～81.2%，后期僅為22.0～29.0 mm，占生育期降水量的18.8%～24.7%，表現(xiàn)為前高后低趨勢。

2.1.2 不同播期下灌水時期對小麥產(chǎn)量的影響 延遲播期小麥產(chǎn)量總體表現(xiàn)為下降趨勢，不同降雨分配年型小麥產(chǎn)量對播期和灌水時期的反應(yīng)不同(圖1)。前期降水較少的2014-2015年不同灌水處理間小麥產(chǎn)量因播期不同而存在較大差異，10月10日播種處理不同灌水時期小麥產(chǎn)量表現(xiàn)為起身>拔節(jié)>拔節(jié)后7 d，延遲播期到10月15，20日，產(chǎn)量表現(xiàn)為拔節(jié)>拔節(jié)后7 d>起身，而前期降水較多的2015-2016年不同播期間的小麥產(chǎn)量均表現(xiàn)為拔節(jié)后7 d>拔節(jié)>起身。

不同播期晚播小麥與早播處理比較，隨著灌水延遲相同灌水處理減產(chǎn)率下降。與10月10日相比，2個年度10月15，20日播種處理，起身、拔節(jié)和拔節(jié)后7 d灌水處理的小麥平均產(chǎn)量分別降低了7.6%，4.2%，3.1%(10月15日)和9.8%，6.2%，5.7%(10月20日)，但2015-2016年10月15日播種產(chǎn)量下降(6.7%，5.2%，3.0%)與2014-2015年(8.4%，3.2%，3.1%)差異較小，而2015-2016年10月20日播種產(chǎn)量下降(12.0%，11.4%，10.3%)明顯高于2014-2015年(7.6%，1.0%，1.0%)。說明全生育期灌溉1水條件下，適播小麥起身灌水可實現(xiàn)降水前少后多年型產(chǎn)量的明顯提升，延遲播種后可根據(jù)前期的降雨量多少延遲灌溉至拔節(jié)或拔節(jié)后7 d以保證較高的產(chǎn)量。

2.1.3 不同播期下密度對產(chǎn)量的影響 延遲播期后增加小麥種植密度小麥平均產(chǎn)量總體表現(xiàn)為減產(chǎn)趨勢，但在前期降雨較少(2014-2015)且于10月20日晚播條件下表現(xiàn)為增產(chǎn)趨勢，高密600萬/hm2分別比10月10，15日較高密度下產(chǎn)量增加89.5，368 kg/hm2(表2)。相同播期下增加密度，2個年度10月10日播種小麥表現(xiàn)為增密減產(chǎn)(-4.5%，-1.8%)，10月20日增密增產(chǎn)(4.6%，1.9%)，且20日播種小麥要實現(xiàn)增產(chǎn)，播量應(yīng)較正常播種條件下增加近1倍才可能獲得與正常播種期接近的產(chǎn)量，而10月15日小麥產(chǎn)量年度間差異較大，前期降雨較少的2014-2015年的表現(xiàn)為增密減產(chǎn)(-2.4%)，而前期降雨較多的2015-2016年增密后產(chǎn)量表現(xiàn)為一定的增加趨勢(4.4%)。這表明在本試驗所設(shè)置的密度范圍內(nèi)全生育期灌溉1水，晚播條件下可通過密度的增加改善因播期延遲造成的小麥減產(chǎn)幅度，但不能通過增加密度保證小麥延播后穩(wěn)產(chǎn)或大幅度增產(chǎn)；10月15日播種小麥通過增密改善小麥產(chǎn)量受到生育前期降雨量的不同而存在較大差異。

表2 不同播期下密度對小麥產(chǎn)量的影響Tab.2 Effect of densities on wheat yield under different sowing date kg/hm2

2.1.4 不同灌水時期下密度對產(chǎn)量的影響 產(chǎn)量對不同灌水時期下密度的反應(yīng)差異較大(圖2)。降雨量前少后多的2014-2015年，起身期灌水隨著密度的增加產(chǎn)量下降，密度420～600萬/hm2下產(chǎn)量差異不明顯，而拔節(jié)及拔節(jié)后7 d灌水隨著密度的增加表現(xiàn)為先降低后上升的趨勢，密度510萬/hm2產(chǎn)量最低，600萬/hm2產(chǎn)量略高于低密度330萬/hm2處理；不同灌水時期總體表現(xiàn)為起身期以低密度330萬/hm2的產(chǎn)量最高，增加密度后拔節(jié)期灌水處理產(chǎn)量高于起身及拔節(jié)后7 d，但密度600萬/hm2產(chǎn)量拔節(jié)及拔節(jié)后7 d的產(chǎn)量較高，但二者差異不明顯，均高于起身期小麥產(chǎn)量；降雨量前多后少的2015-2016年隨著密度的增加各個灌水處理的小麥產(chǎn)量均呈現(xiàn)下降趨勢，灌水時間的延遲小麥產(chǎn)量呈明顯的增加趨勢，不同處理間小麥產(chǎn)量表現(xiàn)為拔節(jié)后7 d>拔節(jié)>起身，密度的增加不會改變灌水差異引起的產(chǎn)量變化趨勢；年度間表現(xiàn)為前期少雨年型產(chǎn)量低于前期多雨年型。這表明密度的增加對改善因灌水時期差異引起的產(chǎn)量變化受降雨分配差異作用明顯，降雨量前少后多年型可在一定程度上通過增加密度，改善因灌水時期差異引起的產(chǎn)量變化，而前多后少年型密度增加對改善產(chǎn)量無作用。

2.1.5 密度及灌水時期調(diào)控對小麥產(chǎn)量的影響 相同播期下小麥產(chǎn)量可通過不同灌水時期和密度改善(表3)。在2014-2015年10月10日播種小麥增加密度和延遲灌水時期小麥產(chǎn)量均表現(xiàn)為降低趨勢，其中僅通過延遲灌溉小麥產(chǎn)量較低密度起身灌溉最高減產(chǎn)6.8%，僅通過增密小麥產(chǎn)量最高可降低9.6%，因此在該降雨年型10月10日播種條件低密度種植下的提早灌溉是小麥高產(chǎn)的關(guān)鍵。而在2015-2016年通過延灌可實現(xiàn)小麥增產(chǎn)20.9～366.7 kg/hm2，其中高密度420萬/hm2條件下采用拔節(jié)后7 d灌溉的小麥產(chǎn)量較低密度330萬/hm2條件下起身和拔節(jié)期灌水產(chǎn)量增加20.9～354.5 kg/hm2，但均低于低密度僅延遲灌溉下的小麥產(chǎn)量增加(144.4～366.7 kg/hm2)，因此，在10月10日播種條件下根據(jù)氣象條件適當(dāng)提前或延遲灌溉是實現(xiàn)小麥高產(chǎn)的重要措施。

延遲播期至10月15日后，2014-2015年增加密度各灌水處理的小麥產(chǎn)量無明顯差異，且與低密度420 kg/hm2下起身期灌水產(chǎn)量差異不明顯，但均低于低密度延遲灌溉后的產(chǎn)量增加，分別低于拔節(jié)、拔節(jié)后灌溉的產(chǎn)量404.9～443.4 kg/hm2，82.4～120.9 kg/hm2。而2015-2016年，與低密度起身期灌水處理相比，增加密度到510萬/hm2，小麥產(chǎn)量增加344.3 kg/hm2，高于僅延遲灌溉至拔節(jié)期的產(chǎn)量增加223.4 kg/hm2，但低于延遲灌溉至拔節(jié)后7 d的產(chǎn)量增加值647.8 kg/hm2；與低密度拔節(jié)期灌溉相比，僅增加密度小麥產(chǎn)量增加265.8 kg/hm2，低于僅延遲灌溉產(chǎn)量增加424.4 kg/hm2，而通過同時增加密度及延遲灌溉可實現(xiàn)產(chǎn)量較低密度起身期灌溉產(chǎn)量增加489.2～893.8 kg/hm2，高于僅延遲灌溉引起的產(chǎn)量增加223.4～647.8 kg/hm2。這說明在10月15日播種處理下根據(jù)前期降雨量差異適當(dāng)延遲小麥灌水時間到拔節(jié)或拔節(jié)后7 d可實現(xiàn)小麥的高產(chǎn)，而在降雨量前多后少年份同時增加密度可實現(xiàn)產(chǎn)量的進一步提升。

10月20日播種，2014-2015年通過延遲灌溉小麥產(chǎn)量較起身期灌溉增產(chǎn)272.1 kg/hm2(密度510萬/hm2，拔節(jié)期灌溉)和387.9～512.2 kg/hm2(密度600萬/hm2)。而通過增密及延遲灌溉后小麥的產(chǎn)量可增加440.7～565 kg/hm2。2015-2016年僅通過增密產(chǎn)量略有增產(chǎn)但無明顯增加趨勢，而延遲灌溉可實現(xiàn)增產(chǎn)83.7～590.4 kg/hm2(密度510萬/hm2)和135.8～569.1 kg/hm2(密度600萬/hm2)，通過增密延灌小麥產(chǎn)量可較低密度起身灌溉和拔節(jié)灌溉增產(chǎn)145.1～578.4 kg/hm2，494.7 kg/hm2，這說明晚播條件下增密延灌可實現(xiàn)小麥產(chǎn)量明顯增加，但是不同氣象條件下，前期少雨年份的增密延灌的增產(chǎn)效果好于前期多雨年份，而在前期多雨年份采用較低密度延遲灌溉可獲得較高的經(jīng)濟效益。

表3 密度及灌水對不同播期小麥產(chǎn)量的影響Tab.3 Effect of densities and irrigation on wheat yield under different sowing dates kg/hm2

2.2 產(chǎn)量構(gòu)成

2.2.1 穗數(shù) 小麥平均單位面積穗數(shù)2014-2015年以10月10日和15日低密度處理高于高密度處理(表4)，而10月20日和2015-2016年10月15-20日均表現(xiàn)為高密度處理的略高，不同灌水處理下總體表現(xiàn)為早播處理拔節(jié)期灌水穗數(shù)較高，而晚播處理以拔節(jié)后的較高。與產(chǎn)量的同步分析表明，晚播(10月15，20日)小麥的產(chǎn)量提高與穗數(shù)的增加存在明顯的同步關(guān)系，穗數(shù)是晚播小麥實現(xiàn)高產(chǎn)的關(guān)鍵。

2.2.2 穗粒數(shù) 前期少雨降雨年型(2014-2015年)10月20日晚播處理的穗粒數(shù)高于早播處理(表4)，而前期降雨較多的2015-2016年10月10日早播穗粒數(shù)高于晚播；相同播期不同密度處理的穗粒數(shù)表現(xiàn)為2014-2015年10月10，15日表現(xiàn)為低密度低于高密度而20日低密度低于高密度處理，前期降雨多的2015-2016年10月10日的低密度的穗粒數(shù)較高，而晚播處理與之相反，不同年度前期多雨年型穗粒數(shù)高于前期少于年型；不同灌水條件下，總體表現(xiàn)為灌溉起身、拔節(jié)水的穗粒數(shù)較高。這表明前期水分多少是影響小麥穗粒數(shù)的關(guān)鍵。

2.2.3 千粒質(zhì)量 千粒質(zhì)量均表現(xiàn)為灌溉起身水處理的最高，平均千粒質(zhì)量較拔節(jié)及拔節(jié)后7 d提高1.99%～4.34%，且早播種處理的千粒質(zhì)量大于晚播處理(1.06%～8.50%)(表4)，尤其在前期降雨較多的2015-2016年，10月10日千粒質(zhì)量高于20日最高可達到8.5%，年度間趨勢差異不明顯；不同密度下，除了2015-2016年千粒質(zhì)量高密度略高于低密度(但差異不明顯)以外，其他均表現(xiàn)為低密度下的千粒質(zhì)量較高(0.4%～2.4%)，但均無顯著差異，表明千粒質(zhì)量提高受到播期、水分的影響大于其他因素。

表4 密度及灌水對不同播期小麥產(chǎn)量構(gòu)成的影響Tab.4 Effect of densities and irrigation on yield component of wheat under different sowing dates

3 討論與結(jié)論

根據(jù)國家氣象中心資料顯示，1980-2016年共36個統(tǒng)計年度中試驗實施地區(qū)小麥生長季生育期降水小于80 mm共9個年度(占統(tǒng)計年度的25.0%)，大于100 mm共23個年度(63.9%)，而小麥生育前期按照小麥10月10日播種到次年3月底計，該階段降雨量小于50 mm的年次為21年(占統(tǒng)計年度58.3%)，其中降雨量小于30 mm的年度占統(tǒng)計年度38.9%，后期(按4月到6月10日計)降雨量大于50 mm的年次為22年(占61.1%)，這說明小麥季生育期降水總量總體較高，但生育前期生育時間長但降雨量偏少，而后期生育時間短但多數(shù)年份降水量可基本滿足小麥發(fā)育的需求，而這一特點與小麥生長發(fā)育過程中拔節(jié)前的耗水量模系數(shù)只占全生育期的30%～40%[43]，而后期所占比重較高的變化規(guī)律基本一致。因此，小麥生育期內(nèi)灌溉1水具有一定的可行性。而拔節(jié)期前后是小麥生長的旺盛期[1]，對水分需求較為敏感[25]，拔節(jié)期前后水分變動對小麥產(chǎn)量的影響較大，該期缺水對小麥產(chǎn)量的影響顯著高于其他時期[44]，因此，選擇該期前后進行小麥1水灌溉是保證小麥產(chǎn)量的重要舉措。

目前各地小麥研究團隊開展了適應(yīng)當(dāng)?shù)仄贩N的不同灌水及管理模式下灌水量的研究，推薦小麥水分管理采用灌溉2到3水[3，11，14，17，23]，并從節(jié)水角度提出了不同水量要求及相應(yīng)的管理措施[9，11，18，23，42，45]，但對于綜合考慮自然降水及其分布下的水分管理及運籌研究較少，雖然有研究提出了根據(jù)土壤墑情適量灌溉的測墑補灌技術(shù)，但由于該技術(shù)要求對灌溉前對土壤墑情進行測定，并不適于目前農(nóng)村種植模式下的大面積推廣應(yīng)用。本研究主要根據(jù)本地區(qū)水資源嚴(yán)重短缺且日趨嚴(yán)重的現(xiàn)狀[46-47]，結(jié)合多年來本地區(qū)的降雨及分布情況，在減少灌溉用水的同時充分利用降水，以達到灌水與降水的有效結(jié)合從而實現(xiàn)小麥少水不減產(chǎn)或少減產(chǎn)的目標(biāo)。

在本研究開展的2個年度中，小麥產(chǎn)量均可達到或接近7 500 kg/hm2的產(chǎn)量水平，可基本實現(xiàn)1水千斤預(yù)定目標(biāo)。從本研究的結(jié)果來看，在全生育期灌溉1水前提下實現(xiàn)小麥高產(chǎn)應(yīng)根據(jù)該年度前期降雨和播期早晚調(diào)整灌水時期，從而達到穗數(shù)的增加或穗粒數(shù)的提高而實現(xiàn)高產(chǎn)；在適期播種前提下應(yīng)采取低密度種植，根據(jù)不同年型，在生育前期降水較多的年份適當(dāng)延遲春季灌水時間至拔節(jié)后7 d，而在前期降水較少時提前灌溉即可實現(xiàn)產(chǎn)量的較大提升；延遲播種5 d至10月15日播種，宜適當(dāng)提高種植密度，生育前期干旱或降水較少條件下采用低密延灌、高密早灌方式，這與王在陽[24]研究得出的春季大群體要延遲灌溉的結(jié)論差異較大，這可能與所在地區(qū)、降水及所采用的冬灌加春灌2次灌溉的水分管理模式不同有關(guān)，而與生育前期降水較多時可延遲灌水時間以實現(xiàn)產(chǎn)量大幅度提升的結(jié)論基本一致；延遲播期10 d應(yīng)采取較適播2倍左右的密度種植，并適當(dāng)延遲灌水時間可獲得較高產(chǎn)量。這與肖宇等[34，48-49]研究認為的延遲播期增加播量(密度)的結(jié)果相同。但是，由于本研究開展年度降雨量前后差異較大，對于生育期降水前后差異較小情況下的小麥產(chǎn)量是否也符合該結(jié)果還有待于進一步研究驗證。