扩大管行比对滴灌春小麦干物质积累、转运和籽粒产量的影响

张静悟，杨建平，卢伟鹏，张龙龙，张 曦，刘怡辰，李卫华，姜 东，2

(1.石河子大学农学院/新疆生产建设兵团绿洲生态农业重点实验室，新疆石河子 832000；2.南京农业大学国家信息农业工程技术中心，南京 210000)

0 引 言

【研究意义】节水灌溉技术，具有节水、节肥、提高作物产量等优点，在新疆地区得到大面积推广[1]。近年来滴灌技术成功应用于小麦等密植作物,目前新疆生产上主要推广的滴灌小麦栽培模式为“1管4行”滴灌模式[2]，该滴灌带用量较大，耗水量偏高等。扩大管行比(滴灌带数量与小麦行数的比值)是进一步降低生产成本、保障新疆滴灌小麦可持续发展的途径。【前人研究进展】前人对滴灌小麦的研究多集中于“1管4”行滴灌模式，前人研究表明，随着灌水量或施氮量的增加，滴灌春小麦的株高呈增加趋势[3-4]。有研究发现，在0～360 kg/hm2施氮水平范围内，随着施氮水平的提高，拔节期至成熟期间0～60 cm土层的根系干重，根系长度、根长密度及根系活力等指标均增加[5]。前人在干物质积累、转运和分配[6-8]、氮素转运[9]、光合特性籽，籽粒灌浆及产量的影响[10-11]等方面已作出大量的研究，而对扩大管行比滴灌带种植模式下春小麦干物质积累及籽粒产量的影响的研究相对较少。【本研究切入点】目前对扩大管行比滴灌带种植模式下春小麦干物质积累及籽粒产量的影响的研究相对较少。研究扩大管行比对滴灌春小麦干物质积累及籽粒产量的影响。【拟解决的关键问题】在大田条件下，设置3种不同管行比滴灌种植方式，研究不同品种春小麦干物质积累与转运及产量形成特点及品种间的差异，分析不同管行比滴灌种植模式对春小麦干物质积累动态变化、转运特征及籽粒产量的影响，在扩大管行比滴灌种植方式下，为管行比与品种的合理选择提供科学的理论依据与技术支撑。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验于2019年在石河子大学试验场二连(85°48′E, 44°44′N)进行。试验年间全生育期降雨量为131.5 mm。试验地土壤质地为壤土，前茬为棉花，土壤基础肥力为有机质含量16.35 g/kg、碱解氮41.25 mg/kg、速效磷12.96 mg/kg、速效钾226.38 mg/kg。

供试材料为水分敏感型品种新春22号和耐旱型品种新春44号[12]，种子由石河子大学麦类作物研究所提供。种量均为330 kg/hm2，保苗550×104株/hm2, 15 cm等行距，人工播种。滴灌小麦全生育期灌水量为4 500 m3/hm2，分6次灌溉，各小区每次灌水量用水表控制，全生育期施氮300 kg/hm2，灌水、施肥时间与比例参照[13]进行。每个小区间隔50 cm，防止水分侧向渗漏。播种前结合整地施入基肥P2O5和K2O 各105 kg/hm2。于2019年4月6日播种，7月25日收获。其他管理措施同当地高产田进行。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

试验采取二因素随机区组设计，设置了1管4行(TR4)、1管6行(TR6)和1管8行(TR8)3种处理，分别为2根毛管间种植4行小麦，带宽为60 cm；2根滴灌毛管种植6行小麦，带宽为90 cm；2根滴灌毛管间种植8行小麦，带间距为120 cm。图1

图1 不同滴灌带配置模式示意

1.2.2 测定指标

分别在各小区的中心地带，选取生长状况良好且长势均匀一致的地点。分别于不同生育期(拔节、抽穗、开花、灌浆(花后14 d)、成熟)取样，并记录每次取样时间。 TR4处理分别被测定滴灌带侧第1行、第2行各10株；TR6处理分别测定带侧第1行、第2行和第3行各10株，TR8处理分别测定滴灌带侧第1行、第2行、第3行和第4行各10株。各处理均取其平均值作为该处理的实测值，每小区均重复3次。

1.2.3 干物质测定

于拔节期开始取样，每小区选取具有代表性的植株各10株，取地上部分带回室内。将样品植株分为茎鞘、叶片、穗3个部分，分别装入信封，105℃杀青30 min，随后烘箱温度调至80℃烘24 h，冷却至室温后分别称重。采用Logistics函数y=k/[1+e(a-bt)] 对不同处理下滴灌春小麦植株地上部分干物质积累进行拟合[14]，根据所得方程推导计算出干物质积累起始时间呢(t1)、终止时间(t2)、干物质积累最大速率(Vmax)及其出现时间(tm)。计算干物质转运特征参数[15]。

花前同化物转运量(g) = 开花期干物质重(g) -成熟期营养器官干重(g)；

花前同化物转运率(%) = 花前同化物运转量(g) /开花期干重(g)×100；

花前同化物对籽粒的贡献率(%) =花前同化物转运量(g)/成熟期籽粒干重(g) ×100；

花后同化物转运量(g) = 成熟期籽粒干重(g) -花前同化物转运量(g)；

花后同化物对籽粒的贡献率(%) =花后同化物转运量(g) /成熟期籽粒干重(g) ×100。

1.2.4 产量及产量构成因子测定

于小麦成熟期，分别在各小区选取具有代表性样点3个，按行收获，每行2 m，每个样点面积0.3 m2。人工收获、自然晒干(籽粒含水量降至14%以下)后脱粒、称重。同时从每个小区各分别选取1 m双行样段，样段面积为0.3 m2，调查穗数、穗粒数、千粒重等指标。

1.3 数据处理

采用Microsoft Excel 2013进行数据整理、SPSS 24.0软件进行方差分析和Duncan法进行多重比较，Originpro2017软件制图。

2 结果与分析

2.1 不同处理对滴灌春小麦干物质积累的影响

2.1.1 对滴灌春小麦单株干物质积累动态影响

研究表明，不同处理下2个小麦品种的单株干物质积累动态变化趋势基本一致，均随生育进程推进均呈“S”型曲线变化，在拔节期至灌浆期单株干重快速增长，灌浆期至成熟期缓慢增长。在不同生育期各处理间随着带宽的增加，2个品种小麦干物质积累量均呈下降趋势，TR4>TR6>TR8；且随着生育进程的增加，处理间差异不断增大。在成熟期，2个品种干重均以TR4处理最高，且新春44号单株干物质积累量显著高于新春22号，这可能与品种特性有关。在TR4处理下，新春22号和新春44号成熟期干物质积累量分别为4.45和4.99 g/株，分别较同期TR6、TR8处理分别增加4.28%、9.35%和2.56%、8.77%。在适宜的带宽下，土壤中水分分布迅速且均匀，有利于植株的生长发育；随着带宽的增大，水分分布不均，不利于远行滴灌小麦的生长。图2

注：JS：拔节期；HS：抽穗期；AS：开花期；GS：灌浆期；MS：成熟期；TR4：1管4行；TR6：1管6行；TR8：1管8行；下同

2.1.2 对滴灌春小麦各器官干物质积累动态的影响

研究表明，不同处理下2个品种春小麦茎秆干物质积累变化趋势大致相同，均呈现“快速增长-缓慢增长-迅速下降”的趋势，小麦茎秆干物质积累峰值出在灌浆期(花后14 d)。各处理叶片的干物质积累变化趋势基本相同，呈现为双峰曲线变化特征，分别于抽穗期和灌浆期达到高峰。不同处理下2个品种穗部干物质积累变化趋势均呈单峰增长曲线，抽穗期至开花期穗部干重缓慢增加，花后穗部干重迅速增加直至成熟。不同处理下2个小麦品种无论是在茎鞘、叶片、穗部的干物质积累在各个生育期均TR4>TR6>TR8，且在同一生育期新春44号各处理的营养器官干重均高于新春22号。适宜的管行比滴灌模式，有利于春小麦干物质的累积，而在大管行比滴灌种植方式下，耐旱型品种干物质积累高于水分敏感型品种。图3～5

图3 不同处理下春小麦单株茎鞘干物质积累的动态变化

图4 不同处理下春小麦单株叶片干物质积累的动态变化

图5 不同处理下春小麦单株穗部干物质积累的动态变化

2.2 不同处理对滴灌春小麦干物质积累特征值的影响

研究表明，不同处理下2个品种滴灌春小麦地上部分干物质积累的快速增长期始于拔节后6.94～36.49 d和7.01～37.98 d，干物质最大增长速率(Vmax)出现在拔节后26.02～30.37 d，快速增长期持续时间为26.02～30.62 d。不同品种小麦单株干物质积累理论最大值和干物质积累最大速率(Vmax)随着带宽的增加均呈下降趋势，2个品种均在TR4处理下达到最大值，其与TR6、TR8处理相比，新春22号、新春44号的单株干物质积累理论最大值分别降低4.61%、12.92%、4.55%和10.95% ；Vmax分别降低了4.61%、12.92%、4.55%和10.95%，且在相同处理下新春44号干物质积累最大速率和干物质积累理论最大值均高于新春22号；在TR4处理下，干物质积累速率大，干物质快速积累持续时间较长，有利于小麦干物质的快速累积；而在TR6和TR8处理下，2个品种小麦干物质积累变化各项特征值提前，干物质积累量出现不同程度的降低。在适宜的带宽下，干物质积累速率较快及干物质快速积累持续时间较长，有利于滴灌春小麦光合产物的积累。表1

2.3 不同处理对滴灌春小麦转运特征的影响

研究表明，随着带宽的增加，2个滴灌春小麦品种花前干物质转运量、转运效率、对籽粒产量的贡献率和花后干物质向籽粒的转运量均表现为下降趋势，而花后干物质转运量对籽粒产量的贡献率的变化趋势则相反；且小麦籽粒中干物质主要来源于花后干物质的转运，花后干物质转运对籽粒的产量贡献率为79.49%～83.97%。在TR4处理下2个品种的花前同化物转运量和花后同化物转运量在TR4处理下均达到最大值。新春22号和新春44号的花前同化物转运量分别为0.407和0.509 g/株，TR6、TR8处理分别较TR4处理减少11.85%、30.18、6.59%和19.17%，差异达显著水平(P< 0.05)；花后同化物转运量分别1.792和1.966 g/株，新春22号和新春44号在TR4处理下花后干物质转运量较TR6和TR8处理分别增加14.90%、23.51%、5.02%和11.23%,差异达显著水平(P< 0.05)。表2

2.4 不同处理对滴灌小麦籽粒产量及产量构成因素的影响

研究表明，不同处理间滴灌春小麦产量及其构成因素存在显著的差异。随着带宽的增加，2个品种籽粒产量及其构成因素均呈现下降趋势，表现为TR4>TR6>TR8。籽粒产量均以TR4处理为最高，新春22号和新春44号分别为7 716.45和8 096.48 kg/hm2，且新春44号各处理产量均显著高于新春22号。新春22号和新春44号在TR4处理下较TR6、TR8处理分别增产7.91%、15.95%和7.14%、13.57%，各处理间差异均达显著水平(P<0.05)。滴灌带配置方式对春小麦产量及其构成因素影响较大，在合理的滴灌带配置方式下，可以保障小麦正常的生长发育，从而提高籽粒产量。不同处理对不同品种产量及其构成影响不同。新春22号的籽粒产量与穗粒数呈极显著正相关，与穗数呈正相关，而与千粒重相关性较小；新春44号的籽粒产量与千粒重和穗数呈正相关(P<0.05)，而与穗粒数相关性不显著。在滴灌条件下，影响水分敏感性小麦品种产量的主要因素为穗粒数，而耐旱性品种则为千粒重。表3，表4

表3 不同处理下滴灌春小麦产量及其构成

表4 产量及产量构成因子的相关性

3 讨 论

滴灌通过管道将水分输送到小麦根区附近，为小麦生长发育提供良好的条件。由于受到水分在土壤中运移规律的影响，土壤中水分分布存在明显的差异[16-17]。加之，在滴灌条件下，随水施肥，从而影响到小麦的生长发育。

基于试验是在同一灌溉水平下进行，由于布管方式的不同，造成各处理间土壤中水分和肥料的分布差异，对春小麦的干物质积累和籽粒产量造成不同程度的影响。万刚[18]研究认为，1管5行滴灌小麦植株生长较1管6行生长均匀，产量增加504 kg/hm2。张娜等[19]研究表明，1管4行较1管5行和1管6行的小麦植株长势均匀，群体结构良好，干物质积累及产量均具有明显的优势。研究表明，在1管4行滴灌模式下植株干物质积累，单株干物质重及籽粒产量等方面均优于其他处理。研究中1管6行和1管8行产量较低的原因是其带侧第3行、第4行植株长势较差，植株干物质积累量降低所致，这与其研究结果一致。雷钧杰等[20]研究表明，不同带型配置对土壤中含水量影响明显，土壤含水量随着带间距的增加而降低。随着侧向间距的增大，冬小麦在穗数、穗粒数、千粒重、产量等方面均呈现下降趋势，这与研究结果一致。在研究条件下，不同品种产量构成因素对产量的影响不同，新春22号为穗粒数的减少对籽粒产量影响较大，而新春44号则为千粒重，这与曹军等[21]、李召锋等[22]研究结果较为一致。Lü等[23]研究表明，随着管行比的增加，小麦籽粒产量呈下趋势，这与研究结果一致。扩大管行比后，1管6行、1管8行的干物质积累量、籽粒产量均出现不同程度下降，但1管6行的各项指标降幅均小于1管8行，而且新春44号的产量降幅小于新春22号，新春44号可能更适合在大管行比滴灌种植方式下种植。1管6行滴灌模式虽能减少滴灌带用量，但在产量方面出现一定程度的降低。仍需要通过调整栽培措施减小籽粒产量的降幅，从而提高经济效益。在大管行比滴灌种植方式下，远行植株常常处于干旱胁迫下，导致远行小麦籽粒产量降低，如何消减远行小麦籽粒产量的降幅，仍需进一步研究。

4 结 论

随着带宽的增加，新春22号和新春44号小麦品种籽粒产量、单株及各器官干物质积累量均呈下降趋势。扩大管行比对不同品种小麦产量构成因素的影响不同，水分敏感性材料为穗粒数，耐旱性材料为千粒重。TR6处理产量降幅小于TR8处理，新春44号产量降幅低于新春22号，且新春44号籽粒产量高于新春22号，其经济效益较高。新春44号较适合在大管行比滴灌模式下种植，1管6行滴灌模式具有推广应用价值。