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莉颜
7 years ago
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1 第 32 卷增刊 1 农业工程学报 Vol.32 Supp 年 1 月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Jan 秸秆覆盖条件下水分亏缺对春青稞水分利用和产量的影响时学双 1,2, 李法虎 1, 闫宝莹 3, 何东 3, 普布多吉 3, 曲珍 (1. 中国农业大学水利与土木工程学院, 北京 ; 2. 西藏自治区日喀则地区拉孜县水利水电局, 拉孜 ; 3. 西藏自治区日喀则地区农业科学研究所, 日喀则 ) 3 摘要 : 提高水分利用效率对发展西藏高海拔地区节水农业至关重要该文通过小区试验, 研究了秸秆覆盖条件下春青稞不同生育期对水分亏缺程度的响应试验处理包括全生育期充分灌溉处理 ( 对照 ) 以及苗期拔节期抽穗期灌浆期和成熟期水分亏缺处理结果表明, 水分亏缺处理显著降低了春青稞耗水量和耗水强度 (P<0.05), 且其减小程度随着亏缺程度的增加而增大灌浆期水分亏缺对全生育期作物耗水量的影响最大, 其轻重度水分亏缺处理分别减少全生育期耗水量 19.6% 和 24.2%; 在水分亏缺处理下春青稞产量差异不显著在试验条件下, 不同水分亏缺没有导致减产, 而水分利用效率提高 4.64%~21.85%, 节水 4.96%~24.24% 当土壤水分下限控制在 55% 田间持水率时, 对春青稞产量及构成没有产生显著不良影响且获得了较高的节水率, 表明在西藏高海拔半干旱寒区, 可以通过秸秆覆盖农田管理措施, 使春青稞获得更大的节水空间关键词 : 灌溉 ; 土壤水分 ; 秸秆 ; 谷类 ; 春青稞 ; 产量 ; 水分利用效率 doi: /j.issn z1.015 中图分类号 :S274.1; S512.3 文献标志码 :A 文章编号 : (2016)-Supp 时学双, 李法虎, 闫宝莹, 何东, 普布多吉, 曲珍. 秸秆覆盖条件下水分亏缺对春青稞水分利用和产量的影响 [J]. 农业工程学报,2016,32(Supp.1): doi: /j.issn z Shi Xueshuang, Li Fahu, Yan Baoying, He Dong, Pubu Duoji, Qu Zhen. Effects of water deficit on water use and yield of spring highland barley under straw mulching[j]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2016, 32(Supp.1): (in Chinese doi: /j.issn z 引言青稞 (Hordeum vulgare) 系禾本科大麦属一年生或越年生草本植物, 是西藏高海拔寒区的主要粮食作物 [1] 日喀则地区位于一江两河 ( 雅鲁藏布江拉萨河和年楚河 ) 流域, 是西藏自治区的主要粮食产区和商品粮基地, 其青稞播种面积占该区粮食种植面积的 69.3% [2], 粮食产量约占西藏自治区的 40% [2-3] 日喀则地区多年平均降雨量和蒸发量分别为和 mm [4-5] 在 4-6 月份春青稞播种期以及苗期, 其降雨量分别为和 70.5 mm,5-6 月和 7-8 月出现旱灾的频率分别为 41.0% 和 36.0% [6] 特别是 5 月份, 降水稀少气候干燥蒸发强烈, 严重影响春播作物的早期生长和作物产量 [7-8] 占西藏自治区总耕地面积 80% 的一江两河地区, 其低产田面积占耕地总面积的 71.3% [9], 农田干旱是其主要原因之一 [10] 根据气象资料计算结果, 日喀则地区春青稞全生育期需水量为 mm [11], 从苗期到拔节期春青稞共缺水 105 mm [12] ; 李春和许燕建议春青稞灌溉定额为 578 mm [13], 而罗红英等认为仅需 200~350 mm [14] Garcia 等的研究结果显示, 对于 3000 m 以上的高海拔地区, 利收稿日期 : 修订日期 : 基金项目 : 公益性行业 ( 农业 ) 科研专项经费项目 ( ) 作者简介 : 时学双, 男, 博士生, 主要从事农业水土工程研究北京中国农业大学水利与土木工程学院, @qq.com 通信作者 : 李法虎, 男, 博士, 教授, 博导, 主要从事农业水土工程研究北京中国农业大学水利与土木工程学院, lifahu@cau.edu.cn 用 Penman Monteith 公式计算的参考作物蒸腾蒸发量可能低估其值的 30% [15] 大田调查结果显示, 春青稞灌溉定额为 337~375 mm [16] 或 450~540 mm [8] 由于缺乏可靠的灌溉试验数据, 迄今为止西藏地区尚无形成较普遍接受的作物耗水量和灌溉制度 [14], 其灌溉工程设计和灌溉管理主要借鉴内地低海拔地区的参数, 农田灌溉计划性较差随意性大, 多为大水漫灌, 灌水量比内地多 30%~100% [4,7] 秸秆 ( 或残茬 ) 覆盖可在农田土壤表面形成阳光降雨气流相互作用的缓冲层, 在减少土壤水分蒸发调节土壤温度提高土壤肥力和控制土壤侵蚀等方面生态环境效应显著, 是一项重要的节水实用技术 [17] 已有研究结果显示, 秸秆覆盖对玉米有一定的增产作用, 一般覆盖量越大, 增产效果越好 [18-19] 秸秆覆盖处理的春玉米穗粒数比未覆盖处理的显著增多 [19] ; 秸秆覆盖条件下免耕农田的玉米穗粒数和千粒质量比传统未覆盖农田可分别提高 17.7% 和 10.1% [20] 小麦产量随秸秆覆盖量的增加而相应增加, 与未覆盖处理相比可增产 13.1%~ 23.5% [21] 此外, 秸秆覆盖处理可以提高作物水分利用效率, 且水分利用效率随着覆盖量的增加而增大 [22] 覆盖处理对春玉米水分利用效率的增加幅度在干旱年份最大, 正常年份次之, 丰水年份最低 [23] 发展节水灌溉农业对西藏地区粮食自足和社会稳定具有重要现实意义目前, 秸秆覆盖研究主要集中在低海拔暖温带地区的小麦玉米等粮食作物上, 而对水土

2 106 农业工程学报 ( 年流失严重昼夜温差大生态环境脆弱的高海拔寒区, 有关秸秆覆盖条件下春青稞灌溉管理方面的研究鲜见报道本研究通过秸秆覆盖条件下春青稞对不同生育期水分亏缺程度响应的试验研究, 旨在了解和掌握不同生育期水分亏缺程度对春青稞生长状况籽粒产量以及作物水分利用效率的影响, 为高海拔寒区秸秆覆盖条件下春青稞节水灌溉管理提供理论支持 1 材料与方法 1.1 试验区概况大田小区试验于 2014 年 5 月 -10 月在西藏自治区日喀则地区农业科学研究所灌溉试验站 (88 53 E N) 的防雨棚内进行试验站海拔高程 3836 m, 其多年平均气温为 6.3, 无霜期 103 d, 日照时数 3200 h, 全年太阳总辐射量为 MJ/m 2, 年均降雨量和蒸发量分别为和 mm 试验地平均土壤深度约为 1.0 m, 土壤质地为粉沙壤土, 平均容重为 1.60 g/cm 3, 田间持水率 ( 质量含水率 ) 为 17.3% 试验区地下水埋深大于 4.0 m 试验春青稞品种为喜玛拉 22 号, 采用等行距种植模式, 行距为 25 cm, 播种量为 300 kg/hm 2, 人工沟播按当地生产习惯, 试验小区播前灌水, 灌水定额为 60 mm 待土壤蒸发至适宜含水率后翻耕根据所用青稞品种的推荐施肥量, 翻耕前施用磷酸二氢铵 (18%N 46%P 2 O 5 ) 150 kg/hm 2 和尿素 (46%N)150 kg/hm 2 作为底肥春青稞于 5 月 17 日播种,10 月 14 日收获, 苗期拔节期抽穗期灌浆期和成熟期分别为和 22 d 在试验期间, 防雨棚每天 8:00 打开,20:00 关闭日喀则地区的夜雨率在 80% 以上若白天偶遇降雨, 则临时关闭防雨棚, 降雨停止后即重新打开试验期内,5-10 月降雨量分别为和 3.1 mm 1.2 试验设计每个试验小区面积为 3 m 3 m, 各小区之间设 40 cm 宽的土埂隔离为防止灌溉水分侧渗, 各小区间设置塑料膜隔水, 塑料膜埋深为 80 cm 所有试验小区均采用地表秸秆覆盖, 覆盖材料为 2~3 cm 的碎青稞秸秆, 覆盖量为 5000 kg/hm 2 试验处理设春青稞全生育期充分灌溉处理 ( 对照,CK) 以及在苗期 (S) 拔节期 (J) 抽穗期 (H) 灌浆期 (F) 和成熟期 (R) 的非充分灌溉处理全生育期充分灌溉处理时的土壤水分控制下限为土壤田间持水率的 75% [24] ; 非充分灌溉处理设置 2 个水分亏缺水平 : 水分控制下限分别为田间持水率的 65%( 轻度水分亏缺,s) 和 55%( 重度水分亏缺,h) 在不同生育期水分亏缺处理中, 除在设定的生育期内实施水分控制外, 其他作物生育期的土壤含水率下限均为田间持水率的 75% 所有试验处理的土壤水分上限为土壤田间持水率整个试验共设 11 个处理 ( 表 1) 试验小区采用随机区组布置, 每个试验处理 3 次重复根据青稞根系层深度和当地生产习惯, 土壤计划湿润层深度在播种前苗期拔节期抽穗期灌浆期和成熟期分别采用和 100 cm 当计划湿润层的平均土壤含水率达到或接近灌水下限时开始灌水根据土壤容重计划湿润层深度和土壤含水率, 计算每次灌水量灌水方式为畦灌, 用水表记录灌水量不同水分处理条件下春青稞各生育期的灌水量见表 2 表 1 试验设计 Table 1 Experimental design 处理 Treatments 生育期 Growth 水分状况 Soil moisture condition CK (Full irrigation) 全生育期充分灌溉 Ss (Slight water deficit in seedling ) 苗期轻度胁迫 Sh (Heavy water deficit in seedling ) 苗期重度胁迫 Js (Slight water deficit in jointing ) 拔节期轻度胁迫 Jh (Heavy water deficit in jointing ) 拔节期重度胁迫 Hs (Slight water deficit in heading ) 抽穗期轻度胁迫 Hh (Heavy water deficit in heading ) 抽穗期重度胁迫 Fs (Slight water deficit in filling ) 灌浆期轻度胁迫 Fh (Heavy water deficit in filling ) 灌浆期重度胁迫 Rs (Slight water deficit in ripening ) 成熟期轻度胁迫 Rh (Heavy water deficit in ripening ) 成熟期重度胁迫注 : 充分灌溉指土壤相对含水率 ( 土壤含水率占田间持水率的百分数 ) 控制下限为 75%; 轻度胁迫指土壤相对含水率控制下限为 65%; 重度胁迫指土壤相对含水率控制下限为 55%; 在亏缺灌溉中, 除处理生育期以外的其他生育期均采取充分灌溉, 下同 Note: Full irrigation means controlled low-limit of relative soil water content (percentage of soil moisture in field capacity) is 75%; Slight water deficit means controlled low-limit of relative soil water content is 65%; Heavy water deficit means controlled low-limit of relative soil water content is 55%; Full irrigation is applied to growth period other than that with water deficit, the same below. 表 2 不同水分处理条件下春青稞各生育期的灌水量 Table 2 Irrigation amount for spring highland barley in each growth for different water treatments mm 处理 Treatments 苗期 Seedling 拔节期 Jointing 抽穗期 Heading 灌浆期 Filling 成熟期 Ripening 全生育期 Whole growth period CK Ss Sh Js Jh Hs Hh Fs Fh Rs Rh 研究方法 1) 土壤水分状况检测土壤含水率采用取土烘干法测定,0~20 cm 土层每 5 d 测定 1 次,20 cm 以下土层每 10 d 测定 1 次, 灌水前后各加测 1 次测定深度至计划湿润层底部, 每 20 cm 取 1 层 2) 气象资料通过灌溉试验站内的自动气象站监测, 观测项目包括辐射强度气温风速降雨量和相对湿度等 [25] 3) 产量及其组成在春青稞收获时测定产量, 每个试验小区采样 15 株, 测定穗长穗粒数千粒质量等每个小区单打单收, 测定春青稞干物质质量和籽粒质量

3 增刊 1 时学双等 : 秸秆覆盖条件下水分亏缺对春青稞水分利用和产量的影响 107 [26] 4) 作物耗水量采用水量平衡法计算 ET = I + P+ U Rf D+ W0 Wf (1) 式中 ET 为作物耗水量,mm;I 为灌水量,mm;P 为有效降雨量,mm;U 为地下水补给量,mm;R f 为地表径流量,mm;D 为深层渗漏量,mm;W 0 和 W f 分别为时段初和时段末的土壤储水量,mm 因为试验在防雨棚内进行, 无降雨和径流量产生, 故 P=0 R f =0; 试验地 1.0m 以下为砂砾石层, 且地下水位较深, 故地下水补给量可忽略不计, 即 U 0; 试验小区的灌水量是根据土壤含水率和田间持水率确定的, 灌溉基本上不产生深层渗漏, 因此深层渗漏量也可忽略不计, 即 D 0 因此, 式 (1) 可简化为 ET = I + W W (2) 作物耗水强度计算公式为 0 f Q = ET / t (3) 式中 Q 为作物耗水强度,mm/d;ET 为作物耗水量,mm; t 为作物生育期天数,d 5) 作物水分利用效率是衡量水分利用程度高低的重 [27] 要指标, 其计算公式为 WUE = Y a / ET a (4) 式中 WUE 为作物水分利用效率,kg/m 3 ;Y a 为作物籽粒产量,kg/hm 2 ;ET a 为作物全生育期耗水量, 其值等于作物各生育期耗水量之和,m 3 /hm 2 6) 节水率按下式计算 ETaf ETad Ws = 100 (5) ET 式中 W s 为节水率,%;ET af 为充分灌溉处理全生育期 af 耗水量,m 3 /hm 2 ;ET ad 为水分亏缺处理全生育期耗水量, m 3 /hm 2 7) 作物收获指数计算公式为 HI=Y a /m d 100% (6) 式中 HI 为作物收获指数 ;Y a 为作物籽粒产量,kg/hm 2 ; m d 为作物地上部分干物质质量,kg/hm 数据处理各处理平均值之间的差异显著性采用 SPSS21.0 软件进行单因素方差 (analysis of variance,anova) 分析当 ANOVA 的 F 值统计显著时, 采用 least significance difference(lsd) 检验法区分其平均值 2 结果与分析 2.1 作物耗水量不同水分处理时的春青稞耗水量和耗水强度见表 3 在秸秆覆盖条件下, 春青稞在苗期拔节期抽穗期灌浆期和成熟期的不同水分亏缺处理均导致全生育期耗水量和耗水强度以及实施水分亏缺处理生育期的耗水量及其耗水强度较对照处理显著减小 (P<0.05), 且减小程度随着水分亏缺程度的增加而增大 ( 表 3) 这与已有的研究结论一致 [28-29] 与全生育期充分灌溉处理相比, 灌浆期水分亏缺对全生育期作物耗水量的影响最大, 其轻重度水分亏缺处理分别减少全生育期耗水量 19.6% 和 24.2%; 拔节期水分亏缺的影响次之, 其轻重度水分亏缺处理分别减少全生育期耗水量 11.3% 和 17.2%; 苗期抽穗期以及成熟期水分亏缺处理对全生育期耗水量的影响最小, 这 3 个生育期土壤水分轻度和重度水分亏缺处理分别降低全生育期耗水量 7.8% 和 9.4% 5.0% 和 9.8% 以及 6.0% 和 6.7% 表 3 不同水分处理条件下春青稞各生育期的耗水量和耗水强度 Table 3 Water consumption amount and daily water consumption intensity of spring highland barley at different water treatments 处理 Treatments 苗期 Seedling 耗水量 Water consumption amount/mm 耗水强度 Water consumption intensity/(mm d -1 ) 拔节期 Jointing 抽穗期 Heading 灌浆期 Filling 成熟期 Ripening 全生育期 Whole growth period 苗期 Seedling 拔节期 Jointing 抽穗期 Heading 灌浆期 Filling 成熟期 Ripening CK 131.0a 173.4a 80.4a 291.2a 49.7a 725.7a 3.5a 5.6a 7.3a 5.8a 2.4a 4.9a Ss 83.6b 168.8abc 79.0a 289.1a 48.7a 669.2b 2.3b 5.4ab 7.2ab 5.8a 2.3a 4.6b Sh 69.9c 172.9a 77.9a 290.0a 46.9a 657.7bc 1.9c 5.6a 7.1ab 5.8a 2.2a 4.5b Js 128.3a 104.3d 73.1abc 288.7a 49.2a 643.6c 3.5a 3.4c 6.7abc 5.8a 2.3a 4.3c Jh 119.8d 87.2e 67.7bc 278.6ab 47.7a 600.9d 3.2d 2.8d 6.2bc 5.6ab 2.3a 4.0d Hs 130.8a 172.8a 49.0d 289.1a 47.9a 689.6e 3.5a 5.6a 4.5d 5.8a 2.3a 4.3c Hh 128.8a 168.5abc 40.7e 267.1b 49.4a 654.3bc 3.5a 5.4ab 3.7e 5.3b 2.4a 4.1d Fs 130.8a 161.1b 66.2bc 177.2c 48.2a 583.5d 3.5a 5.2b 6.0c 3.5c 2.3a 4.1d Fh 128.4a 161.6b 65.9bc 144.9d 49.0a 549.8f 3.5a 5.2b 6.0c 2.9d 2.3a 4.0d Rs 130.8a 171.5a 68.7bc 280.5ab 30.6b 682.1be 3.5a 5.5a 6.2bc 5.6ab 1.5b 4.5b Rh 128.8a 173.1a 74.5ab 275.4ab 25.6b 677.4be 3.5a 5.6a 6.8abc 5.5ab 1.2b 4.5b 注 : 同一列中不同字母表示在 0.05 水平差异显著, 下同 Note: Different letters in same column denote significant difference at 0.05 probability level, the same below. 全生育期 Whole growth period 在全生育期充分灌溉条件下, 春青稞耗水强度随着生育进程而逐渐增大, 在抽穗期达到峰值 (7.3 mm/d), 然后逐渐减小 ( 表 3) 除了实施水分亏缺生育期的耗水强度显著减小外, 春青稞其他生育期的耗水强度与充分灌溉处理的耗水强度基本一致充分灌溉条件下的春青稞全生育期耗水强度最大 (4.9 mm/d), 水分亏缺处理条件下的全生育期耗水强度为 4.0~4.6 mm/d 其中, 在拔节期抽穗期和灌浆期实施水分亏缺处理的耗水强度最小 (4.0~4.3 mm/d)

4 108 农业工程学报 ( 年 2.2 作物产量及其构成因子表 4 给出了不同水分处理条件下的春青稞穗长穗粒数千粒质量以及籽粒产量各水分亏缺处理的穗长穗粒数千粒质量和籽粒产量与充分灌溉处理相比无显著差异 ( 表 4) 这些试验数据表明, 在秸秆覆盖条件下, 单一生育期 55% 田间持水率的重度水分胁迫并不影响春青稞的产量及其构成, 但该水分控制下限是否可以进一步降低以及多生育期水分胁迫处理对春青稞生长的影响尚需进一步研究表 4 不同水分处理条件下春青稞产量及其构成因子 Table 4 Grain yield and its constitution factors of spring highland barley at different water treatments 处理 Treatments 穗长 Ear length/ cm 穗粒数 Seeds per ear 千粒质量 Thousand seed weight/g 籽粒产量 Grain yield/ (kg hm -2 ) CK 6.7±0.2a 62.8±1.1a 57.0±0.2a ±892.6a Ss 6.4±0.3a 58.7±1.3a 56.5±0.4a ±378.0a Sh 6.3±0.3a 57.7±2.4a 56.6±0.0a ±760.6a Js 6.3±0.1a 60.3±1.8a 56.1±1.3a ±648.9a Jh 6.7±0.4a 60.7±5.8a 55.3±1.1b ±895.8a Hs 6.3±0.2a 61.2±2.9a 56.9±0.5ac ±875.4a Hh 6.5±0.4a 60.0±3.9a 56.6±1.3a ±946.0a Fs 6.4±0.2a 60.9±2.0a 56.3±1.1a ±1018.6a Fh 6.4±0.3a 59.5±2.7a 55.9±0.0a ±477.6a Rs 6.4±0.4a 61.3±4.7a 55.6±0.6a ±646.4a Rh 6.5±0.3a 59.6±1.7a 55.7±0.7a ±812.1a 2.3 收获指数与水分利用效率作物收获指数是指作物籽粒产量与地上干物质质量的比值与充分灌溉处理相比, 水分亏缺处理对春青稞收获指数的影响较小 ( 表 5) 不同水分亏缺处理之间无显著性差异这一结果与何中虎等 (1999) 以及 Unkovich 等 (2010) 的结论相似 [30-31] 表 5 不同水分处理条件下的春青稞收获指数水分利用效率及节水率 Table 5 Harvest index, water use efficiency, and water-saving rate of spring highland barley at different water treatments 处理收获指数 Treatments Harvest index 水分利用效率 WUE/(kg m -3 ) 水分利用效率增加率 Increase percentage of WUE /% 节水率 Water-saving percentage/% CK 0.52±0.02a 1.51±0.15a Ss 0.51±0.03a 1.64±0.06abc Sh 0.51±0.00a 1.66±0.11abc Js 0.52±0.00a 1.64±0.08ab Jh 0.50±0.03a 1.75±0.15b Hs 0.50±0.01a 1.58±0.10ab Hh 0.51±0.01a 1.58±0.15ab Fs 0.51±0.02a 1.84±0.15bc Fh 0.51±0.02a 1.77±0.12b Rs 0.50±0.01a 1.61±0.08ab Rh 0.52±0.02a 1.62±0.09ab 不同水分处理对春青稞水分利用效率的影响见表 5 充分灌溉处理的春青稞水分利用效率为 1.51 kg/m 3 ( 表 5) 除拔节期重度水分亏缺以及灌浆期水分亏缺处理外, 其他水分亏缺处理与充分灌溉处理之间并无显著性差异在试验条件下, 不同水分亏缺处理时的春青稞水分利用效率为 1.58~1.84 kg/m 3, 水分利用效率比充分灌溉处理时增大了 4.64%~21.85%, 节水率 4.96%~24.24% ( 表 5), 但产量与充分灌溉没有显著差异 ( 表 4) 这说明在秸秆覆盖条件下水分亏缺未显著降低春青稞的籽粒产量, 但提高了作物水分利用效率, 获得了较大的节水效果在秸秆覆盖条件下, 灌浆期轻重度水分亏缺处理的春青稞水分利用效率 ( kg/m 3 ) 和节水率 (19.6% 24.24%) 均较高 ( 表 5), 拔节期的次之 3 讨论土壤水分状况和作物生长阶段影响作物耗水强度和阶段耗水量作物耗水量是指作物生长发育过程中植株蒸腾量棵间蒸发量以及构成作物体的水量之和由于构成作物体的水量很少, 一般可忽略不计, 因此可近似认为作物耗水量为植株蒸腾量与棵间蒸发量之和随着作物的生长发育, 植株蒸腾速率逐渐增大, 而后随着作物发育成熟而逐渐降低 ; 而棵间蒸发既与土壤水分状况有关同时又受作物生长阶段的影响 [32] 作物植株叶面积越大或土壤含水率越低, 棵间蒸发强度越小当土壤水分处于亏缺状态时, 土壤表面蒸发强度降低, 土壤毛管传导度也相应减小, 从而降低了作物根系吸水速率, 引起叶片含水率降低保卫细胞因失水而收缩叶片气孔开度减小以及气孔水分扩散阻力增加, 最终导致叶面蒸腾强度的降低 [32] 此外, 土壤水分亏缺抑制了作物叶面的光合速率, 降低了光合产物的形成及其向茎叶的运移和转换, 限制了植株茎叶的生长, 从而减小了植株蒸腾面积 [33] 所有这些因素的共同作用势必导致水分亏缺条件下作物耗水强度和耗水量的显著降低 ( 表 3) 从微观表现看, 水分胁迫对作物生长的影响是抑制作物细胞的伸长, 从宏观上看是限制叶片的伸展速率, 加速叶片衰老, 从而导致叶面积降低以及光合势下降, 最终影响作物的光合生产率 [33-35] 然而, 水分胁迫可诱发反冲机制, 短期或轻度水分胁迫对作物的正常生长发育一般不会产生明显的危害 [33] 况且, 秸秆覆盖具有保水降温增产等作用, 它既可缓解水分胁迫的部分不利影响, 同时对作物的反冲机制也会起到一定的增益作用 [36] 因此, 在秸秆覆盖条件下单一生育期的水分亏缺处理对春青稞籽粒产量及其构成因子并无显著的不良影响 ( 表 4) 水分亏缺处理没有对春青稞产量产生显著的不良影响 ( 表 4), 但显著地减小了作物耗水量 ( 表 3), 提高了作物水分利用效率 ( 表 5), 这显示了秸秆覆盖条件下春青稞实施节水灌溉的潜力和可行性同时也表明, 作为耐旱作物的青稞可能具有更大的节水空间, 水分利用效率有进一步提高的可能非充分灌溉的目的是在争取不减产或少减产的条件下获得最大的作物水分利用效率因此, 为了获得最佳的节水效果, 秸秆覆盖条件下春青稞生长对更严重水分亏缺程度的反应尚需进一步试验研究此外, 为提升节水效益以及制定节水灌溉制度,

5 增刊 1 时学双等 : 秸秆覆盖条件下水分亏缺对春青稞水分利用和产量的影响 109 多生育期水分亏缺处理对春青稞生长状况的影响也需进一步研究 4 结论在秸秆覆盖条件下, 不同水分亏缺处理均显著降低了春青稞耗水量和耗水强度与充分灌溉处理相比, 在苗期拔节期抽穗期灌浆期以及成熟期的轻度和重度水分亏缺处理分别减少了春青稞全生育期耗水量 56.4 和和和和以及 43.6 和 48.2 mm, 减小量占总耗水量的 7.8% 和 9.4% 11.3% 和 17.2% 5.0% 和 9.8% 19.6% 和 24.2% 以及 6.0% 和 6.7% 重度水分亏缺处理时的耗水量下降程度大于轻度处理 ; 灌浆期水分亏缺处理对耗水量的影响最大, 拔节期次之不同水分亏缺处理对春青稞的穗长穗粒数千粒质量收获指数和籽粒产量没有显著不良影响在试验条件下, 水分亏缺处理提高了春青稞水分利用效率 4.6%~21.9%, 节水率 5.0%~24.2% 总之, 当土壤水分下限控制在 55% 田间持水率时, 对春青稞产量及构成没有显著不良影响且获得了较高的节水率, 表明在西藏高海拔半干旱寒区, 可以通过秸秆覆盖农田管理措施, 使春青稞获得更大的节水空间致谢 : 感谢西藏自治区日喀则地区行政公署水利局和日喀则地区农业科学研究所的大力支持 [ 参考文献 ] [1] 卢良恕. 中国大麦学 [M]. 北京 : 中国农业大学出版社, [2] 西藏自治区统计局, 国家统计局西藏调查总队. 西藏统计年签 2012[M]. 北京 : 中国统计出版社,2012. [3] 次仁央金, 李军, 金涛. 试论西藏农业资源状况与种植制度发展 [J]. 中国农学通报,2007,23(5): Tseren Yangjin, Li Jun, Jin Tao. Discussion of agricultural resources status and cropping system of Tibet[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2007, 23(5): (in Chinese [4] 闰宝莹. 日喀则地区青稞生产现状与发展思考 [J]. 西藏农业科技,2011,33(1): [5] Paltridge N, Tao J, Unkovich M, et al. Agriculture in central Tibet: An assessment of climate, farming systems, and strategies to boost production[j]. Crop & Pasture Science, 2009, 60(7): [6] 黄晓清, 胡初阳. 雅鲁藏布江中游地区的旱涝气候特征分析 [J]. 高原气象,2002,21(1): Huang Xiaoqing, Hu Chuyang. Analyses on climatic features of drought/flood in middle reaches of Yarlung River[J]. Plateau Meteorology, 2002, 21(1): (in Chinese [7] 洪波. 论节水型农业在西藏农业生产中的战略地位 [J]. 西藏农业科技,1994,16(4):1-5. [8] 陈传友. 西藏发展农田灌溉的途径与措施 [J]. 自然资源, 1981(4): [9] 王玄德, 贾小燕, 刘秀华, 等. 西藏一江两河地区耕地资源及其开发前景研究 [J]. 西南农业大学学报,1999,21(2): Wang Xuande, Jia Xiaoyan, Liu Xiuhua, et al. An investigation of the arable land resources in the YLN area in Tibet and the prospect of their exploitation[j]. Journal of Southwest Agricultural University, 1999, 21(2): (in Chinese [10] 王建林, 邓小军. 西藏一江两河地区中低产田的类型成因及改良利用 [J]. 土壤肥料,1995(5): [11] Liu Zhaofei, Yao Zhijun, Yu Chengqun, et al. Assessing crop water demand and deficit for the growth of spring highland barley in Tibet, China[J]. Journal of Integrative Agriculture, 2013, 12(3): [12] 杨勤业, 吕昌河. 西藏自治区主要粮食作物水分盈亏分析 [J]. 自然资源,1990(1): [13] 李春, 许燕. 拉萨地区麦类作物需水状况及适宜灌溉问题探讨 [J]. 西藏科技,1999(4): [14] 罗红英, 崔远来, 赵树君. 西藏青稞灌溉定额的空间分布规律 [J]. 农业工程学报,2013,29(10): Luo Hongying, Cui Yuanlai, Zhao Shujun. Spatial distribution of irrigation water quota of highland barley in Tibet region[j]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2013, 29(10): (in Chinese [15] Garcia M, Raes D, Jacobsen S E. Evapotranspiration analysis and irrigation requirements of quinoa (Chenopodium quinoa) in the Bolivian highlands[j]. Agricultural Water Management, 2003, 60(2): [16] 扎西普顿, 普珍. 西藏高原地区灌溉制度 ( 畦灌法 ) 制定方法的研究 [J]. 西藏科技,2012(10):3-5. [17] 周凌云, 周刘宗, 徐梦雄. 农田秸秆覆盖节水效应研究 [J]. 生态农业研究,1996,4(3): Zhou Lingyun, Zhou Liuzong, Xu Mengxiong. The water-saving effects of straw mulch in field[j]. Eco-Agriculture Research, 1996, 4(3): (in Chinese [18] 王昕, 贾志宽, 韩清芳, 等. 半干旱区秸秆覆盖量对土壤水分保蓄及作物水分利用效率的影响 [J]. 干旱地区农业研究,2009,27(4): Wang Xin, Jia Zhikuan, Han Qingfang, et al. Effects of different straw mulching quantity on soil water and WUE in semiarid region[j]. Agricultural Research in the Arid Areas, 2009, 27(4): (in Chinese [19] 刘超, 汪有科, 湛景武, 等. 秸秆覆盖量对夏玉米产量影响的试验研究 [J]. 灌溉排水学报,2008,27(4):64-66.

6 110 农业工程学报 ( 年 Liu Chao, Wang Youke, Zhan Jingwu, et al. The influence of straw mulch amount to summer maize yield[j]. Journal of Irrigation and Drainage, 2008, 27(4): (in Chinese [20] 籍增顺, 刘虎林, 洛希图, 等. 免耕覆盖对旱地玉米生长发育的影响 [J]. 山西农业科学,1994,22(3): Ji Zengshun, Liu Hulin, Luo Xitu, et al. Study on corn growth and development under no-tillage with stalk mulching in semi-arid regions[j]. Journal of Shanxi Agricultural Sciences, 1994, 22(3): (in Chinese [21] 韩思明, 杨春峰, 史俊通, 等. 旱地残茬覆盖耕作法的研究 [J]. 干旱地区农业研究,1988(3):1-12. Han Siming, Yang Chunfeng, Shi Juntong, et al. Stubble mulching in dryland on the loess plateau in China[J]. Agricultural Research in the Arid Areas, 1988(3): (in Chinese [22] 张俊鹏, 孙景生, 刘祖贵, 等. 不同麦秸覆盖量对夏玉米田棵间土壤蒸发和地温的影响 [J]. 干旱地区农业研究, 2009,27(1): Zhang Junpeng, Sun Jingsheng, Liu Zugui, et al. Effects of different straw mulching quantity on soil evaporation and soil temperature in summer corn field[j]. Agricultural Research in the Arid Areas, 2009, 27(1): (in Chinese with English abstract) [23] 蔡太义, 贾志宽, 孟蕾, 等. 渭北旱塬不同秸秆覆盖量对土壤水分和春玉米产量的影响 [J]. 农业工程学报,2011, 27(3): Cai Taiyi, Jia Zhikuan, Meng Lei, et al. Effects of different rates of straw mulch on soil moisture and yield of spring maize in Weibei Highland area of China[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2011, 27(3): (in Chinese with English abstract) [24] 柴红敏, 蔡焕杰, 王健, 等. 亏缺灌溉试验中土壤水分胁迫水平设置新指标 [J]. 中国农村水利水电,2009(6): Chai Hongmin, Cai Huanjie, Wang Jian, et al. A new index for setting stress level of soil water in deficit irrigation experimentation[j]. China Rural Water and Hydropower, 2009(6): (in Chinese [25] 中华人民共和国水利部. 灌溉试验规范 SL [S]. 北京 : 中国水利水电出版社,2004. [26] Dong Baodi, Liu Mengyu, Jiang Jingwei, et al. Growth, grain yield, and water use efficiency of rain-fed spring hybrid millet (Setaria italica) in plastic-mulched and unmulched fields[j]. Agricultural Water Management, 2014, 143(C): [27] 段爱旺. 水分利用效率的内涵及使用中需要注意的问题 [J]. 灌溉排水学报,2005,24(1):8-11. Duan Aiwang. Connotation of water use efficiency and its application in water-saving practice[j]. Journal of Irrigation and Drainage, 2005, 24(1): (in Chinese with English abstract) [28] 刘浩, 孙景生, 张寄阳, 等. 耕作方式和水分处理对棉花生产及水分利用的影响 [J]. 农业工程学报,2011,27(10): Liu Hao, Sun Jingsheng, Zhang Jiyang, et al. Effect of tillage methods and water treatment on production and water use of cotton[j]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2011, 27(10): (in Chinese [29] 伊德里萨, 张展羽, 郭相平, 等. 非充分灌溉条件下秸秆覆盖对玉米生长的影响 [J]. 河海大学学报 : 自然科学版, 2008,36(3): Idrissa A, Zhang Zhanyu, Guo Xiangping, et al. Effects of mulch on the growth of maize under insufficient irrigation[j]. Journal of Hohai University: Natural Sciences, 2008, 36(3): (in Chinese [30] 何中虎, 黄钢, 肖也和. 提高小麦产量潜力 - 突破增产屏障 [M]. 北京 : 中国科学技术出版社,1999: [31] Unkovich M, Baldock J, Forbes M. Variability in harvest index of grain crops and potential significance for carbon accounting: examples from Australian agriculture[j]. Advances in Agronomy, 2010(105): [32] Doorenbos J, Pruitl W. Crop Water Requirements[M]. 2 nd ed. Rome: FAO, [33] 徐世昌, 戴俊英, 沈秀瑛, 等. 水分胁迫对玉米光合性能及产量的影响 [J]. 作物学报,1995,21(3): Xu Shichang, Dai Junying, Shen Xiuying, et al. The effect of water stress on maize photosynthetic characters and yield[j]. Acta Agronomica Sinica, 1995, 21(3): (in Chinese [34] Levitt T. Responses of Plants to Environmental Stresses[M]. 2 nd ed. New York: Academic Press, 1980: [35] Jackson T D, Idso S B, Reginato R J, et al. Canopy temperature as a crop water stress indicator[j]. Water Resources Research, 1981, 17(4): [36] 杨晓光, 于沪宁. 夏玉米水分胁迫与反冲机制及其应用 [J]. 生态农业研究,1999,7(3): Yang Xiaoguang, Yu Huning. Overshoot mechanism of summer maize water stress and its application[j]. Eco-Agriculture Research, 1999, 7(3): (in Chinese

7 增刊 1 时学双等 : 秸秆覆盖条件下水分亏缺对春青稞水分利用和产量的影响 111 Effects of water deficit on water use and yield of spring highland barley under straw mulching Shi Xueshuang 1,2, Li Fahu 1, Yan Baoying 3, He Dong 3, Pubu Duoji 3, Qu Zhen 3 (1. College of Water Resources and Civil Engineering, China Agricultural University, Beijing , China; 2. Lazi Water Authority, Rikaze District, Tibet Autonomous Region, Lazi , China; 3. Institute of Agricultural Sciences of Rikaze District, Tibet Autonomous Region, Rikaze , China) Abstract: It is very important to improve water use efficiency for the development of water-saving agriculture in high altitude semi-arid cold region of Tibet. In order to obtain a suitable lower control limit of soil moisture content for irrigation and set up water-saving irrigation regime, the responses of spring highland barley to water deficit level in various growth s were investigated by a field experiment under straw mulching condition in Experimental treatments included full irrigation treatment in whole growth period (control) and water deficit treatments that exerted in seedling, jointing, heading, filling, and mature s respectively. The lower control limit of soil moisture content was 75% of soil field capacity in full irrigation treatment. In water deficit treatments, the lower control limit of soil moisture content was 65% (slight water deficit) and 55% (heavy water deficit) of soil field capacity in the growth that water deficit was imposed, and that in the other growth s was 75% of the soil field capacity. The upper control limit of soil moisture content for irrigation was soil field capacity for all the experimental treatments. The results showed that water deficit treatments in various growth s significantly decreased water consumption amount and daily water consumption intensity of spring highland barley (P<0.05), and the degree of decrease increased with the increased water deficit level. Mean water consumption intensity all over the whole growth period was 4.9 mm/d with a maximum value of 7.3 mm/d that occurred at heading under full irrigation treatment, and the water consumption intensity was mm/d under various water deficit treatments. The effect of water deficit treatment imposed in the filling of spring highland barley on crop water consumption amount was biggest and that of water deficit treatment in the heading was second in all water deficit treatments. Compared with full irrigation treatment, the water consumption amount of spring highland barley was decreased by , , , , and mm, respectively, for the water deficit treatments exerted in seedling, jointing, heading, filling, and mature s. Water deficit did not significantly affect the ear length, seeds per ear, thousand seed weight, harvest index, and grain yield of spring highland barley. Under the experimental conditions, water deficit treatments exerted in various growth s did not significantly result in the reduction of grain yield, but water use efficiency was increased by 10.5% and water-saving percentage was 11.7% on average. Water deficit treatment imposed in the filling of spring highland barley resulted in a highest water use efficiency of kg/m 3 and a biggest water-saving percentage of 19.6% 24.2% in all experimental treatments. In a word, when the lower limit of soil moisture content was controlled at 55% of soil field capacity, water deficit did not significantly affect the yield and its components of spring highland barley, and meanwhile a high water-saving percentage was obtained. This indicates that spring highland barley has a great water-saving potential and possibility if straw mulching management measure is adopted in the high altitude semi-arid cold region of Tibet. The effects of water deficit treatments in multiple growth s on the growth of spring highland barley need to be studied further. Keywords: irrigation; soil moisture; straw; grains; spring highland barley; yield; water use efficiency

5月15期

5月15期中国农学通报 2012,28(15):106-111 Chinese Agricultural Science Bulletin 旱地小麦休闲期不同耕作措施对土壤水分蓄纳利用与产量形成的影响贺立恒, 高志强, 孙敏, 李青 ( 山西农业大学农学院, 山西太谷 030801) 摘要 : 为了提