房彥飛 羅曉穎 唐江華 孫婷婷 王魯振 唐甜 徐文修

摘要：為提高新疆旱地春小麥產量及水分利用效率，篩選出適宜的播種方式，采用單因素隨機區(qū)組試驗，設置傳統(tǒng)平作（T1）、起壟溝播（T2）、起壟覆膜溝播（T3）3個播種方式，研究不同播種方式下旱地的土壤含水量及春小麥的葉面積指數（leaf area index，LAI）、干物質量、產量，并進一步比較土壤貯水量、耗水量及水分利用效率等。結果表明，在抽穗期之前，T2和T3處理均可顯著增加旱地春小麥的LAI和干物質量；在抽穗期之后，T3處理較T2和T1處理更有利于提高旱地春小麥的LAI和干物質量。同時，T3處理可顯著提高拔節(jié)期土壤0—80 cm土層的含水量和貯水量，分別較T2、T1處理顯著提高32.09%、34.64%和38.20%、38.85%；T3處理降低了播種—拔節(jié)期土壤耗水量，增加了拔節(jié)期—收獲期的土壤耗水量，有利于植株中、后期的生長發(fā)育。T3處理可提高旱地春小麥的有效穗數、單穗粒數、籽粒產量、水分利用效率和降水利用效率，其中產量最高為2 474.43 kg·hm-2，較T1、T2處理分別顯著增加50.13%和50.47%；水分利用效率和降水利用效率分別顯著提高48.99%、51.02%和49.41%、50.15%。綜上所述，起壟覆膜溝播有利于小麥增產和水分高效利用，為新疆旱地春小麥蓄水保墑和高產高效提供了理論依據及技術參考。

關鍵詞：播種方式；旱地春小麥；干物質；產量；水分利用率

doi：10.13304/j.nykjdb.2022.0718

中圖分類號：S512.1+2 文獻標志碼：A 文章編號：10080864（2024）01017309

近半個世紀以來，受全球氣候變暖的影響，北疆地區(qū)氣候總體呈現氣溫升高、降水量增加的暖濕化趨勢[1]。新疆雖然是我國典型的綠洲灌溉農業(yè)，但仍然有20.45萬 hm2的雨養(yǎng)農業(yè)作為灌溉農業(yè)的必要補充[2]，尤其是昌吉州東部的木壘縣，是面積較大的典型旱作農業(yè)區(qū)，同時也是當地農民收入的主要來源之一。然而，該區(qū)常年存在降水時空分布不均、與作物生長需水錯位等問題，嚴重制約了當地旱地小麥生產力的提高。因此，在新疆“暖濕化”氣候變化背景下，尋求更科學的旱地蓄水保墑技術、最大程度地提高降水利用率是該區(qū)旱地小麥高產穩(wěn)產的關鍵，也是新疆旱地農業(yè)生產中亟待解決的重要問題。

近年來，溝壟集水農業(yè)技術作為提高旱地作物生產力的一種手段被廣泛重視，該技術不但能夠對降水資源實現時空調控，增加農業(yè)抗旱的主動性，而且能明顯提高水分利用效率，滿足作物對水分的生長需求[3]。其中，起壟覆膜溝播作為溝壟集水農業(yè)技術的一種，集合了壟作與覆膜2種技術的優(yōu)點，通過起壟改變田間微地形，增加土壤表面積，通過兩壟之間的溝灌水或者壟上覆膜的微集水，改變土壤光、熱、水條件，為作物創(chuàng)造良好的水分利用條件，聚水保墑和增產效果顯著[45]。研究指出，溝壟地膜覆蓋栽培能將小于3 mm的無效降水經溝壟富集疊加后變?yōu)橛行Ы邓?，供給作物生長；其中，對小于10 mm的降水利用效果尤為顯著[6-8]。在黃土高原旱作區(qū)，地膜覆蓋不僅能提高降水生產效率，協(xié)調土壤孔隙中水分和空氣的占比關系，還能提高作物產量和水分利用效率[9]。前人對不同播種方式下玉米、馬鈴薯及小麥等旱地作物進行了大量研究。起壟覆膜較平作能夠促進無效水轉換為有效水，改善作物的耗水結構，獲得更高的干物質積累和相對生長速率[10]，作物水分利用效率和產量明顯高于傳統(tǒng)平作[11]。王同花等[12]研究表明，雖然起壟覆膜溝播栽培方式因起壟導致小麥播種面積減少，小麥穗數有所降低，但由于土壤有效水的增加，小麥的葉面積、干物質量等生長指標在起壟覆膜模式下明顯高于傳統(tǒng)平作，最終其籽粒產量和水分利用效率分別較傳統(tǒng)平作增加15.3% 和5.06%。目前，壟作種植技術對旱地作物的研究主要集中于降水量較大的西北黃土高原半干旱區(qū)、半濕潤偏旱區(qū)，而就極度干旱的新疆旱地農業(yè)區(qū)有關節(jié)水高產播種模式的研究鮮有報道。因此，本文以新疆木壘縣旱地春小麥為研究對象，分析不同播種方式對旱地春小麥產量、干物質量及水分利用效率的影響，旨在為新疆旱作農業(yè)區(qū)小麥水分持續(xù)高效利用和增產增收提供理論指導和科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2021年4—8月在新疆維吾爾自治區(qū)東北部的昌吉州木壘哈薩克自治縣孫家溝村進行（N 43.83°，E 90.28°），海拔1 272 m；年均降水量330 mm，年均氣溫6 ℃，全年日照時數3 070 h，無霜期145 d，屬溫帶大陸性干旱氣候，為典型的丘陵雨養(yǎng)農牧區(qū)。試驗地播前0—30 cm 土壤有機質25.59 g·kg-1，全氮0.56 g·kg-1，堿解氮47.50 mg·kg-1，速效磷20.01 mg·kg-1，速效鉀463.44 mg·kg-1，pH 8.23。春小麥生育期降水量詳見表1。

1.2 試驗設計

采用單因素隨機區(qū)組試驗設計，設置傳統(tǒng)平作（T1）、起壟溝播（T2）、起壟覆膜溝播（T3）3種播種方式，其中T2處理的壟高15 cm，壟寬25 cm，壟距90 cm，溝內種植5行小麥；T3處理壟上覆膜，膜寬60 cm，其他參數同T2處理。每處理重復3次，共計9個小區(qū)，小區(qū)面積35 m2。所有處理均采用人工開溝15 cm，等行距播種，播種量225 kg·hm-2，并于播種時施用150 kg·hm-2磷酸二銨作為種肥，于拔節(jié)至灌漿期間結合降雨追施氮肥75 kg·hm-2。小麥品種選用抗旱性較好的‘新春41號，其播種和收獲日期分別為4月11日和7月27日，其他管理措施同當地大田一致。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 土壤水分的測定 分別于小麥播種前和收獲后，挖80 cm深的剖面坑，每20 cm為一土層，采用環(huán)刀法測定土壤容重。分別于苗期（4月28日）、拔節(jié)期（6月7日）和成熟期（7月26日），每個小區(qū)選取2 個點，用土鉆采集各處理0—20、20—40、40—60、60—80 cm土層的土樣，用烘干法測定土壤含水量，并計算土壤貯水量（soil water storage，Sw）、土壤耗水量（evapotranspiration，ET）、水分利用效率（water use efficiency，WUE）和降水利用效率（rainfall use efficiency，RUE），計算公式如下。

Sw=0.1×d×r×w （1）

ET=Sw1+P-Sw2 （2）

WUE=Y/ET （3）

RUE=Y/P （4）

式中，Sw 為土壤貯水量（mm）；d 為土層厚度（cm）；r 為土壤容重（g·cm-3）；w 為土壤含水量（%）；0.1為單位換算系數；ET代表總耗水量；Sw1代表播種時土壤貯水量；P 為小麥全生育期降水量（mm）；Sw2為收獲時土壤貯水量（mm）；WUE為水分利用效率（kg·mm-2·hm-2）；Y 為小麥籽粒產量（kg·hm-2）；RUE代表降水利用效率（kg·mm-1·hm-2）。

1.3.2 葉面積指數的測定 分別于小麥分蘗期（5月26日）、拔節(jié)期（6月7日）、抽穗期（6月15日）、開花期（6月23日）、灌漿期（7月5日）重復選取長勢均勻一致、連續(xù)的小麥植株10株，采用長寬系數法測定葉面積（leaf area，LA，m2），折算長寬系數為0.8，計算葉面積指數（leaf area index，LAI）。

LA=Σ每葉（葉長×葉寬×0.8/10 000） （5）

LAI =單株小麥葉面積×每公頃株數/10 000 （6）

1.3.3 干物質的測定 于小麥分蘗期（5月26日）、拔節(jié)期（6 月7 日）、抽穗期（6 月15 日）、開花期（6月23日）、灌漿期（7月5日）和成熟期（7月22日）在各小區(qū)內連續(xù)選擇具有代表性的小麥植株10株，剪去根系，將植株分為莖鞘、葉、穗后分裝入袋，在105 ℃烘箱中殺青30 min，降至80 ℃烘干至恒重，并測定各器官干物質量。

1.3.4 測產及考種 于成熟后分別在各小區(qū)內選取長勢均勻一致的3個1 m2區(qū)域的作物，收獲后脫粒、曬干，記錄產量；另在每個點上選取具有代表性的20株植株進行室內考種，測定穗粒數、千粒重等指標。

1.4 數據分析

采用Excel 2010 軟件處理數據和作圖，用SPSS 19.0軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 不同播種方式對旱地春小麥土壤水分的影響

2.1.1 不同播種方式對旱地春小麥0—80 cm 土壤含水量的影響 不同播種方式下小麥各生育時期0—80 cm土層的土壤含水量變化如圖1所示。各處理0—80 cm土層土壤含水量隨生育期的推進呈不斷下降的趨勢，至小麥成熟期，各處理的土壤含水量為4.09%～7.46%。在苗期，各處理土壤含水量隨土層的加深均不斷降低，其中0—20 cm土層的土壤含水量最高，平均22.54%；且各土層不同處理間均差異不顯著。在拔節(jié)期，各處理表現為40—60 cm土層的土壤含水量最高，其中T3處理土壤含水量最高，為16.16%，較T1、T2處理分別顯著提高32.94%、22.98%；其他土層也均表現為T3處理的土壤含水量顯著高于T1、T2處理，而T1、T2處理間差異不顯著。在成熟期，T1、T2處理20—40 cm土層的土壤含水量最高，而T3處理40—60 cm 土層的土壤含水量最高；其中0—20 cm土層表現為T3、T2>T1，且T3處理的土壤含水量較T1 處理顯著提高25.61%。由此表明，在拔節(jié)期起壟覆膜溝播處理對自然降水的富集效果最為明顯，不僅能顯著提高土壤含水量，更有利于小麥產量形成。

2.1.2 不同播種方式對旱地小麥土壤貯水量及耗水量的影響 由圖2可知，收獲期不同處理下旱地春小麥的土壤貯水量無顯著差異，但拔節(jié)期T3處理的土壤貯水量顯著高于T1、T2處理，較T1、T2處理分別顯著增加38.20%、38.85%。進一步分析土壤耗水量可知，旱地春小麥全生育期的總耗水量為221.98～223.43 mm，不同處理間無顯著差異，但各生育時期土壤耗水量占其總耗水量的比例存在差異。在播種—拔節(jié)期，T1、T2處理的土壤耗水量較T3處理增加35.61%、36.04%，其中T1處理此階段的占比高達69.61%。在拔節(jié)—收獲期， T3處理的土壤耗水量最高，較T1、T2處理分別顯著增加62.31%和58.09%，且占比高達49%。由此可知，起壟覆膜溝播顯著提高了小麥拔節(jié)期的土壤貯水量，降低了拔節(jié)前土壤耗水量，增加了拔節(jié)后的土壤耗水量，有利于小麥生長關鍵時期的物質積累和光合產物的形成，為作物增產奠定良好的基礎。

2.2 不同播種方式對旱地春小麥葉面積指數的影響

由圖3可知，不同處理下旱地春小麥葉面積指數（LAI）隨著生育進程均表現出先增后降的變化趨勢，且均在抽穗期達到峰值，其中以T3處理最高，為4.68，較T1、T2 處理分別顯著提高29.64%、7.83%。在分蘗期和抽穗期，T2、T3處理的LAI顯著高于T1處理；在開花期和灌漿期，T3處理的LAI均顯著高于T1、T2處理。由此表明，在小麥生長前期，雨水較為充足的條件下起壟溝播和起壟覆膜溝播均有利于增加LAI；但在小麥生長后期，起壟覆膜溝播的蓄水效果更優(yōu)，有利于提高旱地春小麥的LAI。

2.3 不同播種方式對旱地春小麥干物質積累量的影響

不同播種方式對小麥干物質積累量的影響不同（圖4）。不同處理下旱地小麥單株干物質積累量的總變化趨勢一致，均表現為隨生育時期的推進呈現先增后降的趨勢，至灌漿期達到最大。在抽穗期前，T3、T2處理的干物質量較T1處理顯著增加26.01%～50.94%，說明抽穗期之前、降水量較大的情況下起壟溝播和起壟覆膜溝播的蓄水效果較好，有利于增加植株干物質量。在抽穗期之后，T3處理的干物質量較T1、T2分別平均顯著增加21.62%、15.52%；而T2和T1處理間差異不顯著，表明抽穗期后降雨量少，起壟覆膜溝播更有利于干物質積累。

2.4 不同播種方式對旱地春小麥產量、產量構成因素及水分利用的影響

由表2可知，T3處理下旱地春小麥的產量最高，達2 474.43 kg·hm-2，分別較T1、T2處理顯著提高50.13%、50.47%，而T1、T2處理間差異不顯著；且T3 處理的有效穗數、單穗粒重均極顯著高于T1、T2處理；T1處理的千粒重較T3處理顯著增加14.47%，與T2處理差異不顯著。由此表明，T3處理的有效穗數和穗粒數顯著提高，彌補了千粒重下降對產量的影響，因此起壟覆膜溝播對產量仍然表現為正效應。

進一步分析水分利用效率及降水利用效率可知（表2），T3處理的水分利用效率和降水利用效率分別較T1、T2處理極顯著提高48.99%、51.02%和49.41%、50.15%。由此表明，起壟覆膜溝播較其他處理有顯著增產作用，有利于提高旱地春小麥的水分利用效率和降水利用效率。由于起壟覆膜溝播處理由于植株長勢較好，因此需水量較大，而在小麥生長中、后期降雨量極少（約8.9 mm），導致后期水分補給不足影響籽粒灌漿，造成千粒重有所下降。

3 討論

3.1 不同播種方式對旱地春小麥土壤水分的影響

水分是限制旱區(qū)農作物增產的一大瓶頸，如何充分利用有限的天然降水、最大限度地挖掘有限降水的生產潛力、增加土壤蓄水保墑能力對旱區(qū)作物產量提高發(fā)揮著舉足輕重的作用[13]。研究認為，壟溝覆膜可有效減少地面蒸發(fā)，增加土壤含水率，提高土壤貯水能力[1415]。李吾強等[16]研究發(fā)現，起壟覆膜溝播處理旱地冬小麥越冬期、拔節(jié)期和收獲期的土壤儲水量均高于起壟溝播和傳統(tǒng)平作處理，且整個生育期的總耗水量差異不大。吳兵等[17]研究表明，不同覆膜處理下春小麥各生育階段的耗水量及其占總耗水量的比例存在一定差異，其中播種—拔節(jié)期覆膜處理的耗水量低于裸地處理；抽穗至灌漿期的耗水量和耗水比例均最大，顯著高于裸地處理。本研究表明，起壟覆膜溝播處理顯著提高了旱地小麥拔節(jié)期的土壤含水量和貯水量，且整個生育期的總耗水量與其他處理無顯著差異，但各階段耗水比例存在差異，其中起壟覆膜溝播處理顯著減少了播種—拔節(jié)期的土壤耗水量，增加了拔節(jié)—收獲期的土壤耗水量，說明起壟覆膜具有抑蒸、聚水、保水等作用[18]，有利于小麥拔節(jié)期土壤水分的積累，并調節(jié)了春小麥不同生育階段的耗水比例，降低了拔節(jié)前的耗水量，將更多的水分用于拔節(jié)至成熟期，以保證作物增產[19]。但本研究還發(fā)現，在苗期和收獲期各處理的土壤含水量和貯水量無顯著差異，與前人研究結果存在差異。這可能是由于苗期氣溫低、土壤蒸發(fā)量小，加之植株處于幼苗階段，需水量較少，因此土壤水分變化較??；隨著小麥生長，且起壟覆膜處理下植株生長旺盛，葉面積擴展迅速，蒸騰作用加強，使其土壤耗水量超過了非地膜覆蓋處理，加之降水量極少，因此生長后期土壤貯水量處于較低水平[20]。

3.2 不同播種方式對旱地春小麥LAI 和干物質積累量的影響

水分調控顯著影響作物的生長發(fā)育。本研究表明，起壟覆膜溝播能顯著增加小麥LAI及干物質量，與王同花等[21]、黃素芳等[22]在旱地冬小麥上的研究結果一致。這表明溝壟覆膜的集水保墑效應通過優(yōu)化土壤水環(huán)境，改善作物群體結構，增加作物葉面積，提高葉片光合效能，增加農田作物光合物質的運輸和積累速率，從而積累更多的干物質[6，23]。同時，本研究還發(fā)現，起壟溝播僅在小麥抽穗期之前較傳統(tǒng)平作顯著增加LAI 和干物質量；抽穗期之后，起壟溝播和傳統(tǒng)平作處理無顯著差異，這可能是因為起壟溝播的壟面未覆膜，降雨量較大時壟的集水作用相對顯著，但對于無效降水（<10 mm）的蓄積作用較小[24]，加之未覆膜土壤的蓄水保墑能力降低，因此在降水量較少的中后期對旱地小麥的生長發(fā)育無顯著促進作用。

3.3 不同播種方式對旱地春小麥產量、產量構成因素及水分利用的影響

起壟覆膜通過改善土壤水分促進作物生長，從而增加籽粒產量，提高作物水分利用效率[25-27]。馮攀等[24]研究發(fā)現，起壟覆膜溝播較常規(guī)條播和起壟溝播能顯著提高馬鈴薯產量和水分利用效率，但常規(guī)條播和起壟溝播間無顯著差異。李吾強等[16]研究表明，起壟覆膜溝播雖然降低了小麥穗數，但獲得了較高的千粒重和穗粒數，產量較傳統(tǒng)平作栽培增加19.3%，且水分利用效率明顯高于傳統(tǒng)平作和起壟溝播。本研究表明，起壟覆膜溝播處理顯著增加了小麥穗粒數和籽粒產量，且水分利用效率和降水利用效率也顯著提高，與前人研究結果一致。這說明起壟覆膜溝播栽培方式較起壟溝播和傳統(tǒng)平作模式的降雨蓄積效率高，將無效、微效降水有效化，提高了降水的利用效率，改善了作物生長發(fā)育過程中對水分的供求矛盾[28]，尤其在降水虧缺年份可提高作物生育后期農田耗水量和耗水模系數，增強中后期葉面蒸騰耗水，有利于后期光合生產及光合產物的轉移積累，從而提高作物產量[2930]。但本研究還發(fā)現，雖然起壟覆膜顯著增加了小麥穗數，但千粒重有所降低，這與前人研究結果存在差異。這一方面是由于本研究在播種后遭遇降溫、雨雪天氣，起壟覆膜改變了耕層微生態(tài)環(huán)境，集雨、保墑、增溫作用顯著，起到出苗、保苗的好效果[31]，并促進分蘗成穗[32]，從而增加了群體數量；另一方面在孕穗至成熟期降水量非常少（約8.9 mm），導致作物生長后期土壤水分供應不足，同化產物的浪費和繁殖器官發(fā)育不良[33]，從而造成千粒重降低。

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（責任編輯：張冬玲）