喷灌对秦岭北麓旱地小麦产量及品质的效应

张 睿，侯 宇，李凤艳，孙学磊，王远利，王 珂，刘曼双，张建平，侯芳芳

(1.西北农林科技大学农学院，陕西杨凌 712100； 2.陕西省蓝田县农业技术推广中心，陕西蓝田710500)

喷灌对秦岭北麓旱地小麦产量及品质的效应

张 睿1，侯 宇2，李凤艳1，孙学磊1，王远利2，王 珂2，刘曼双1，张建平1，侯芳芳1

(1.西北农林科技大学农学院，陕西杨凌 712100； 2.陕西省蓝田县农业技术推广中心，陕西蓝田710500)

为给陕西旱地及关中灌区小麦高效灌溉提供技术支撑，在陕西秦岭北麓的蓝田县进行了小麦不同生育时期喷灌小区试验和生产示范试验，研究了喷灌对小麦产量及品质的影响。结果表明，在越冬期和拔节期喷灌可显著提高小麦产量、效益和水分利用效率，产量、收入和水分利用效率相对于无灌溉处理的增加幅度分别为22.0%～95.7%、16.5%～83.6%和9.3%～82.7%。喷灌后籽粒容重、吸水率和最大拉伸阻力分别增加1.8%～2.6%、0.5%～1.4%和0.6%～1.9%，其他品质指标降低，磨粉品质和加工品质明显变差。其中籽粒蛋白质含量和硬度分别降低5.2%～8.1%和6.0%～9.4%，最大拉伸面积、沉降值、湿面筋含量和稳定时间分别降低5.2%～7.8%、13.1%～17.3%、3.7%～7.8%和31.3%～42.4%。

小麦；喷灌；产量；品质

小麦是我国主要粮食作物之一，其全生育期的平均需水量约为540 mm，而降水满足率约为55.9%～86.4%，需要补灌才能保证其生长发育对水分的需求[1]。合理的灌溉时期和灌水量是小麦高产稳产的重要保障[2-4]。研究表明，灌水对小麦有显著的增产效应[5-12]。在小麦适宜的生育期进行合理的水分亏缺有利于提高小麦的抗逆性和水分利用效率[3，11，13]。灌水对小麦品质影响显著[2，6-7,9-10,14]，对小麦生长发育、根系和功能叶主要生理指标也有一定影响[8，11-12]。目前，这些基于灌区小麦灌溉时期和灌溉量对小麦的生物学、生理学和农艺性状的效应研究较多。近年来，随着水资源和土地资源的短缺及节水灌溉设施成本的降低，节水灌溉技术正在迅猛发展，以喷灌或滴灌为主要形式的补灌技术正逐步应用于小麦等粮食作物生产中，并成为确保小麦高产稳产的重要保障技术之一，也为解决目前灌区灌水效率低下问题提供了有效途径。然而，有关旱作小麦的喷灌时期和喷灌量研究较少。为此，本研究在秦岭北麓旱作区小麦的不同生育阶段进行喷灌试验，探讨其对小麦生长发育及产量和品质的影响，并对其效益进行分析，以期为陕西旱地及关中灌区小麦高产及高效灌溉提供重要的技术支撑。

1 材料与方法

1.1 材料来源与试验设计

试验于2015-2016年在陕西蓝田县杨村粮食专业合作社流转土地上进行，分为小区试验和示范试验两类。试验地位于秦岭北麓旱作区，海拔490 m，年降雨量720 mm,年平均温度13.1 ℃，年有效积温4 224 ℃，无霜期212 d。试验地连续6年种植小麦，地力均匀。耕层土壤有机质含量为11.2 g·kg-1,速效氮含量为22.93 mg·kg-1，速效磷含量为14.37 mg·kg-1，速效钾含量为223.61 mg·kg-1。选用当地主推小麦品种中麦895，试验用种子由中国农业科学院作物所提供。

小区试验喷灌量依据2012-2014年的不同喷灌量比较试验结果确定。试验共设6个处理，分别为A1(越冬期灌水24 mm)、A2(越冬期灌水24 mm+拔节期灌水24 mm)、A3(越冬期灌水24 mm+拔节期灌水36 mm)、A4(越冬期灌水36 mm+拔节期灌水36 mm)、A5(越冬期灌水36 mm)及CK(无灌溉)。5个重复，小区面积333.4 m2。试验采用移动喷灌方式进行定额灌溉，通过每个喷头每小时实际喷水量计算和控制喷灌量。

不同喷灌处理的新增成本主要包括水费、人工和设备折旧三个部分。喷灌水为井水，电机功率18 kW·h-1。每次喷灌水费为126元·hm-2，A1、A2、A3、A4和A5处理的水费分别为126、252、315、278和189元·hm-2，用工费分别为197、394、453、512和256元·hm-2。喷灌设备每套投资7 500元，按5年使用年限计算，每年投资成本为1 500元，工作定额为每年每套20 hm2，折旧75元·hm-2。小麦价格按照国家收购价为2.2元·kg-1。

小麦于2015年10月16日采用山东郓城生产的2BJK-6宽幅播种机播种，基本苗为270万株·hm-2。2015年 11月18日喷施苯·唑·2甲钠(总有效成分含量55%)1 125 g·hm-2进行化学除草，2016年4月25日喷施25%氧乐氰1 500 mL·hm-2+20%吡虫啉375 g·hm-2+氟环唑(125 mL·L-1)2 250 mL·hm-2+富万钾(K2O≥220 g·L-1)750 g·hm-2，2016年6月13日收获。根据当地气象局测定的数据，小麦生育期间降水274.9 mm。除试验处理进行定额喷灌外，其他管理措施与大田一致。

示范试验于2011-2016年在杨村粮食专业合作社流转的12 hm2耕地上(与小区试验为同一块地)进行，留出4 hm2不进行喷灌作为对照(CK)。每年在越冬期和拔节期各喷灌1次，喷灌量在16～20 mm，其产量结果是依据农业部小麦高产创建产量实收办法，由省农业厅组织相关专家进行现场实收所得，百亩方实收3户(面积不小于0.67 hm2)，对照实收2户(面积不小于0.3 hm2)。

1.2 测定指标与方法

1.2.1 群体动态及产量结构调查

在小麦出苗期、越冬期、拔节期和孕穗期调查总茎数及株高、分蘖、叶龄、次生根，试验收获前调查穗数、穗粒数、每穗不孕小穗数和小穗数，每个处理收获66.7 m2,5个重复，晒干后称重折合单产，并测定千粒重。

1.2.2 水分利用效率的计算

在小麦播种前和收获后测定0～200 cm土壤含水量，每个处理取3个重复。当地气象局测定的小麦生育期降雨量为274.9 mm。按照“水分利用效率=产量/(播种时土壤含水量+生长期总灌水量+有效降水量-收获期土壤含水量)”计算出小麦的水分利用效率。

1.2.3 品质的测定

用德国生产的Sartorius PMD511-000U品质分析仪器测定小麦籽粒的容重、硬度、沉降值、蛋白质含量、湿面筋含量、吸水率及面团稳定时间、最大拉伸面积和最大拉伸阻力。

1.3 数据处理

试验数据采用Excel、SPSS和LNT等软件系统进行数据处理和方差分析。

2 结果与分析

2.1 喷灌对小麦产量及其构成和水分利用效率(WUE)的效应

与CK相比，喷灌处理增产722.0～3 132.3 kg·hm-2，增产幅度22.0%～95.7%，其中A4处理增产效果最显著；穗数增加1.03×106～2.16×106个·hm-2，增幅29.5%～61.7%；穗粒数增加0.56～1.6粒，增幅2.3%～6.5%；千粒重增加0.24～3.6 g,增幅0.6%～8.7%；WUE提高0.99～8.78 kg· mm-1·hm-2,增幅9.3%～82.7%(表1)。这表明在小麦越冬期和拔节期喷灌明显改善了小麦产量结构，进而增产和提高了WUE。

喷灌的增收效果也十分明显。喷灌虽然增加了小麦生产成本(表1)，但平均增收2 749.5(1 190.4～6 026.1)元·hm-2，平均增幅38.2%(16.5%～83.6%)，其中A4处理的增收效果最好。

2.2 示范试验的小麦产量结果

连续5年的喷灌示范试验结果(表2)表明，5年喷灌的小麦产量平均为7 440.6 kg·hm-2，增产3 029.2 kg·hm-2，增产幅度为68.7%。也说明喷灌有显著的增产效果。

2.3 喷灌对小麦籽粒蛋白质含量、容重和硬度的影响

与CK相比，喷灌后小麦籽粒蛋白质含量和籽粒硬度均显著降低(表3)，降幅分别为5.2%～8.1%和6.0%～9.4%。喷灌对籽粒容重影响不显著。

2.4 喷灌对小麦加工品质的影响

从测定结果(表4)看，喷灌对小麦籽粒吸水率和面团最大拉伸阻力没有显著影响，但使籽粒沉降值、湿面筋含量及面团最大拉伸面积和稳定时间均显著降低，降幅分别为13.1%～17.3%、3.7%～7.8%、5.2%～7.8%和31.3%～42.4%。这表明喷灌使得小麦加工品质变差。

3 讨 论

3.1 喷灌对小麦的增产作用

综合来看小区和示范试验的结果，喷灌能够显著提高小麦产量。这与李光忠等[5-10]得出的灌溉可以显著提高小麦产量的结论相一致。此外，本研究中，不同喷灌处理的增产幅度不同，表明在有限的灌水条件下，灌水时期对产量影响与灌水量[13]一样也很重要。本试验中越冬期灌水36 mm+拔节期灌水36 mm处理的增产效果最显著，这与林 琪等[12]和李光忠等[5]的研究结果不尽一致，其原因可能主要是试验地生态条件差异，因为他们研究是在灌区进行的，而本试验在旱作区进行的。在本研究中，示范试验的结果在年际之间存在差异，这可能与不同年份的降水条件差异有关，因此未来的研究应该将喷灌与气候条件等自然因素结合起来，进一步探讨合理的喷灌时期和灌水量。

表1 喷灌对小麦产量及其构成因素、效益和水分利用效率的影响Table 1 Effects of sprinkler irrigation on the yield,yield components,income and WUE of wheat

同一列数据后的不同大、小写字母分别表示处理间差异极显著(P<0.01)和显著(P<0.05)。下表同。

Different capital and small letters in the same column indicate significant difference among the treatments at 0.01 and 0.05 levels,respectively. The same in other tables.

表2 2011-2016年小麦喷灌示范的产量结果Table 2 Wheat yield result from sprinkler irrigation demon stration in 2011-2016

表3 喷灌对小麦籽粒蛋白质含量、容重和硬度的影响Table 3 Effects of sprinkler irrigation at on the protein content,test weight and hardness of wheat

表4 喷灌对小麦加工品质的影响Table 4 Effects of sprinkler irrigation on the processing quality of wheat

3.2 喷灌对小麦品质的影响

水分是影响冬小麦品质重要因子。本研究中，喷灌在一定程度上劣化了小麦籽粒品质。王月福等[9]认为，土壤水分过多或过少均不利于小麦品质改善。李光忠等[5]研究得出，灌浆水对小麦的籽粒容重、出粉率、湿面筋含量、沉淀值和粉质仪指标均无明显影响，而浇麦黄水后小麦籽粒的容重、出粉率、湿面筋含量、沉淀值均显著降低,粉质仪指标显著变劣。徐凤娇等[15]研究表明，春2叶灌60 mm+春5叶灌60 mm和春5叶灌90 mm+开花期灌水30 mm可提高小麦沉降值，增加湿面筋含量，延长面团稳定时间；春2叶灌水+春5叶灌水处理延长面团形成时间,改善小麦加工品质。本研究结果与这些前人研究存在不一致。究其原因，一方面可能与参试品种的基因型差异有关；另一方面与试验年度的气候等因素差异有关。因此，喷灌效应还有待进一步多点多年研究。

3.3 不同生育阶段喷灌的效益

喷灌的效益主要体现在两个方面：一方面是直接的增收效益；另一方面是增产粮食，维护粮食安全即社会效益。本试验采用移动式喷灌，不同处理平均产值9 953.4(7 203.9～14 094.9)元·hm-2，平均增收2 749.5(1 190.4～6 026.1)元·hm-2，平均效益提高38.2%(16.5%～83.6%)。处理间效益差异主要取决于不同喷灌处理新增费用差异。喷灌平均新增费用669.4(398.0～865.0)元·hm-2，其中水费和人工投入是新增成本的主要组成部分，如果采用固定喷灌，人工成本将大幅度降低甚至可以不予考虑，喷灌所产生的直接经济效益将更为可观。就目前粮食生产面临的现实和潜在困难而言，如果将固定喷灌与高标准农田建设结合，将有更大的发展空间。

[1] 张向前,曹承富,乔玉强,等.灌水量和时期对小麦影响的研究综述[J].农学学报,2015,5(5):14.ZHANG X Q,CAO CH F,QIAO Y Q,etal.Review of the effects of irrigation quantity and stage on wheat [J].JournalofAgriculture,2015,5(5):14.

[2] 李国强,郑国清,冯 晓,等.灌溉方式对不同筋力型小麦品种品质性状的影响[J].麦类作物学报,2011,31(5):901.LI G Q,ZHENG G Q,FENG X,etal.Effect of irrigation pattern on quality characters of different gluten wheats [J].JournalofTriticeaeCrops,2011,31(5):901.

[3] 冯素伟,张保军,谢惠民,等.灌水和非灌水条件下冬小麦水分的利用特点研究[J].麦类作物学报,2005,25(5):84.FEN S W,ZHANG B J,XIE H M,etal.Study on the characteristics of water use of winter wheat under the conditions of irrigation and no irrigation [J].JournalofTriticeaeCrops,2005,25(5):84.

[4] FANG Q,MA L,YU,Q,ZHAO X T.Irrigation strategies to improve the water use efficiency of wheat maize double cropping systems in North China Plain [J].AgriculturalWaterManagement,2010,97(8):1165.

[5] 李光忠,王明友,薛玉剑,等.灌水对冬小麦品质和产量的影响[J].麦类作物学报,2006,26(4):158.LI G Z,WANG M Y,XUE Y J,etal.Effect of irrigation on flour quality and grain yield of winter wheat [J].JournalofTriticeaeCrops,2006,26(4):158.

[6] 温红霞,田文仲,余四平,等.灌水次数对中强筋小麦品种产量及品质的效应研究[J].江西农业学报,2015,27(6):57.WEN H X,TIAN W ZH,YU S P,etal.Research on influences of irrigation times on yield and quality of moderate-gluten and strong-gluten wheat varieties [J].ActaAgriculturaeJiangxi,2015,27(6):57.

[7] 李秋霞,王晨阳,马冬云,等.灌水及施氮对高产区小麦产量及品质性状的影响[J].麦类作物学报,2014,34(1):102.LI Q X,WANG CH Y,MA D Y,etal.Effects of irrigation and nitrogen application on grain yield,protein content and quality traits of winter wheat in high yielding area [J].JournalofTriticeaeCrops,2014,34(1):102.

[8] 孙旭生,林 琪,李玲燕,等.补灌对旱地小麦花后旗叶和籽粒氮代谢及产量的影响[J].麦类作物学报,2010,30(1):106.SUN X S,LIN Q,LI L Y,etal.Effect of supplementary irrigation on the nitrogen metabolism at later developing stages and yield of high yield wheat in dryland [J].JournalofTriticeaeCrops,2010,30(1):106.

[9] 王月福,陈建华,曲健磊,等.土壤水分对小麦籽粒品质和产量的影响[J].青岛农业大学学报(自然科学版),2002,19(1):7.WANG Y F,CHEN J H,QU J L,etal.Effects of soil water on grain yield and quality in winter wheat [J].JournalofQingdaoAgriculturalCollege(NaturalScienceEdition),2002,19(1):7.

[10] 王晨阳,郭天财,彭羽,等.花后灌水对小麦籽粒品质性状及产量的影响[J].麦类作物学报,2004,30(10):1031.WANG C Y,GUO T C,PENG Y,etal.Effects of post-anthesis irrigation on grain quality indices and yield in winter wheat [J].JournalofTriticeaeCrops,2004,30(10):1031.

[11] 王 强,刘卫星,岳鹏莉,等.不同灌水模式对小麦籽粒抗氧化物含量和产量的影响[J].麦类作物学报,2016,36(8):1037.WANG Q,LIU W X,YUE P L,etal.Effect of different irrigation regimes on grain antioxidant content and yield of winter wheat [J].JournalofTriticeaeCrops,2016,36(8):1037.

[12] 林 琪,侯立白,韩 伟,等.限量控制灌水对小麦光合作用及产量构成的影响[J].青岛农业大学学报(自然科学版),2004,21(3):199.LIN Q,HOU L B,HAN W,etal.The effect of limited irrigation on photosynthetic rate and yield constitution of winter wheat [J].JournalofQindaoAgriculturalCollege(NaturalScienceEdition),2004,21(3):199.

[13] 殷 岩,严美玲,李林志,等.不同灌水处理对冬小麦产量品质的影响[J].青岛农业大学学报(自然科学版) 2010,27(2): 114.YIN Y,YAN M L,LI L Z,etal.Effects of different irrigation regimes on the yield and quality of winter wheat [J].JournalofQingdaoAgriculturalUniversity(NaturalScienceEdition),2010,27(2): 114.

[14] 许振柱,于振文,王东,等.灌溉条件对小麦籽粒蛋白质组分积累及其品质的影响[J].麦类作物学报,2003,29(5):682.XU Z Z,YU Z W,WANG D,etal.Irrigation conditions on protein composition accumulation of grain and its quality in winter wheat [J].JournalofTriticeaeCrops,2003,29(5):682.

[15] 徐凤娇,赵广才,田奇卓,等.灌水时期和比例对不同品种小麦产量及加工品质的影响[J].核农学报,2011,25(6):1255.XU F J,ZHAO G C,TIAN Q Z,etal.Effects of irrigation stage and proportion on grain yield and processing quality in different wheat varieties [J].JournalofNuclearAgriculturalSciences,2011,25(6):1255.

Effect of Sprinkler Irrigation on Yield and Quality of Dryland Wheat in the North Foot of Qinling Mountains

ZHANG Rui1,HOU Yu2,LI Fengyan1,SUN Xuelei1,WANG Yuanli2, WANG Ke2,LIU Manshuang1,ZHANG Jianping1,HOU Fangfang1

(1.Agronmy College Northwest A&F University,Yangling,Shaanxi 712100,China；2.Agricultural Technology Extension Center of Lantian,Lantian Shaanxi 710500,China)

To explore the effects of sprinkler irrigation on wheat yield and quality,this study was conducted at Lantian county,Shaanxi province at the northern foot of the Qinling Mountains for sprinkler irrigation experiment and production demonstration of wheat at different growth stages. The results showed that sprinkler irrigation during wintering and jointing could significantly increase wheat yield and income,by 22.0% to 95.7% and 16.5% to 83.6%,respectively. Sprinkler irrigation could significantly increase number of ears,grain number per spike and thousand-kernel weight. The spike number,the number of grains and thousand-kernel weight were increased by 29.5% to 61.7%,2.3% to 6.5%,and 0.6% to 8.7%,respectively. Sprinkler irrigation can significantly improve water use efficiency by 9.3% to 82.7%. After irrigation,the grain bulk density,water absorption and maximum tensile resistance were increased,with the increase rate of 1.8% to 2.6%,0.5% to 1.4% and 0.6% to 1.9%,respectively,but the other quality indices were decreased,such as milling quality and processing quality. The content of protein and hardness were decreased by 5.2% to 8.1% and 6.0% to 9.4%,respectively,and the maximum tensile area,sedimentation value,wet gluten content and stability time were decreased by 5.2% to 7.8%,13.1% to 17.3%,3.7% to 7.8% and 31.3% to 42.4%,respectively.

Wheat; Sprinkler irrigation; Yield; Quality

10.7606/j.issn.1009-1041.2017.06.13

时间：2017-06-07

2017-01-04

2017-02-05

陕西省科技统筹创新工程计划项目(S2015TNNY0021)；西北农林科技大学唐仲英基金专项

E-mail：zhangwushi@163.com

S512.1；S311

A

1009-1041(2017)06-0815-05

网络出版地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20170607.1005.026.html