水碳互作對華北冬小麥水分生產(chǎn)力的影響.pdf

1、華北平原是我國口糧作物小麥主要產(chǎn)區(qū)，也是地下水嚴重超采地區(qū)，冬小麥生產(chǎn)灌溉需水與地下水壓采的矛盾突出。如何通過農(nóng)藝措施節(jié)約冬小麥生產(chǎn)灌溉用水，是一項具有重要科學意義和現(xiàn)實需要的科研選題。本研究重點是探明華北平原麥田水碳互作效應(yīng)，定量分析增施有機碳和控制灌溉對冬小麥水分生產(chǎn)力的影響，以期為本地區(qū)糧食生產(chǎn)和節(jié)水壓采提供科學依據(jù)。
　　研究在河北省農(nóng)林科學院旱作農(nóng)業(yè)研究所旱作農(nóng)業(yè)試驗站進行。試驗于2014～2015年、2015～2016

2、年冬小麥兩個生長季開展，共設(shè)32個處理。其中，4個灌溉處理分別為:W3（播前造墑、返青拔節(jié)期灌80mm、揚花—灌漿期灌80mm），W2（播前造墑、返青—拔節(jié)期灌80 mm），W1（播前造墑），W0（周年不灌水）;每個灌溉處理各設(shè)3個土壤有機碳水平（按養(yǎng)分當量計算，保證每個處理N、P、K施用量相同），分別為:C3（單施有機肥，有機碳投入量5200 kg·hm-2），C2（有機肥+無機肥配施，有機碳投入量2600 kg·hm-2），C1（單

3、施無機肥，有機碳投入量50kg hm-2），C0（不施肥，對照）;參試冬小麥品種為兩個，分別是V1（邯4589，節(jié)水型）和V2（石新828，水分敏感型）。各試驗處理均詳細測定不同發(fā)育期冬小麥生理生態(tài)特征、農(nóng)田耗水結(jié)構(gòu)及產(chǎn)量形成等，分析不同處理各要素對提高冬小麥水分生產(chǎn)力的貢獻。結(jié)果表明:
　　1.施用有機碳提高了土壤貯水能力，降低了棵間土壤蒸發(fā)，提高了水的有效性。同一水分處理下，不同有機碳處理麥田全生育期蒸散量差異不顯著，但土壤貯

4、水（供水）量和棵間蒸發(fā)量差異明顯。C3和C2碳處理與C1處理相比，全生育期0～160cm土層各水分處理平均的土壤貯水量分別增加8.3％～23.9％和1.1％～12.5％（兩個試驗?zāi)甓?，下同），棵間土壤蒸發(fā)量分別減少2.3％～4.9％和0.7％～8.3％，其中營養(yǎng)生長期棵間土壤蒸發(fā)量降低幅度高于生殖生長期。不同水分處理下，隨著灌溉量和灌溉次數(shù)的增加，增加有機碳投入對提高土壤貯水能力和降低棵間土壤蒸發(fā)的效應(yīng)逐步減弱。W3、W2和W1處理下，

5、兩年平均C2處理全生育期棵間蒸發(fā)量比C1處理分別降低7.5％、6.0％和3.7％，而C3處理棵間蒸發(fā)量比C2處理分別降低-0.2％、-3.0％和-2.5％。從水分平衡角度分析，單施有機肥和有機無機配施處理改善了麥田耗水結(jié)構(gòu)，更多的水用于小麥蒸騰耗水，因而提高了水的有效性。
　　2.施用有機碳提高了葉片蒸騰速率和增加葉片持綠時間，延長了冬小麥灌漿時間，提升了冬小麥收獲指數(shù)。相同水分處理下，增加有機碳使冬小麥葉片葉綠素含量增加，葉片光

6、合速率Pn提高。C3和C2處理與C1處理相比，葉綠素含量增加1.4％～28.9％，Pn提高4.1％～9.4％，葉片持綠時間延長了2～4天，生物量提高2.0％～36.7％。增施碳可使0～160cm土層冬小麥根長密度增加，C3和C2處理與C1處理相比，根長密度分別增加3.3％和7.6％，其中0 cm～20 cm根長密度增加尤為顯著，而根干重密度則分別減少2.8％～38.4％和-1.6％～19.5％。高有機碳投入處理地上部生物量增加幅度大于根

7、重增加幅度，根冠比減小5.1％～214％，表明增施碳更利于干物質(zhì)向地上部分分配，并通過延長灌漿時間提高作物收獲指數(shù)(HI)，C3和C2處理比C1處理HI分別增加4.4％和1.6％。
　　3.施用有機碳增加了單位面積穗數(shù)、產(chǎn)量和水分利用效率，播前底墑對冬小麥增產(chǎn)作用顯著。增施碳可提高單位面積穗數(shù)，C3和C2處理比C1處理單位面積穗數(shù)分別增加4.8％和6.6％，產(chǎn)量增加-1.5％～3.6％和2.2％～7.1％。增施有機碳通過減少棵間蒸

8、發(fā)、提高收獲指數(shù)和作物產(chǎn)量，顯著提升了作物水分利用效率（WUE，農(nóng)田尺度水分生產(chǎn)力），生物量水平WUE提高幅度高于籽粒水平WUE。C3和C2處理與C1相比，生物量水平WUE分別提高10.8％～20.3％和0.3％～7.7％，產(chǎn)量水平WUE分別提高-2.9％～5.2％和4.2％～6.3％。播前底墑對冬小麥增產(chǎn)和水生產(chǎn)力提升作用最為顯著，隨灌溉量增加和灌溉時期延后其效應(yīng)下降。不同水分條件下各種碳處理平均數(shù)據(jù)顯示，W1處理比W0處理增產(chǎn)96.

9、1％～104.5％，WUE提高13.6％～25.4％;W2比W1增產(chǎn)4.7％～32.9％，WUE提高1.6％～7.5％;而W3僅比W2增產(chǎn)0.2％～6.0％，WUE提高-2.7％～5.3％。
　　4.水碳互作對冬小麥水分生產(chǎn)力影響顯著，并存在品種間差異。研究顯示，灌水量、施碳量和灌水量施碳量均顯著正向作用于葉綠素含量、凈光合速率、耕層根量、灌漿時間、生物量和生物量水平WUE，負向作用于根冠比。其中，施碳量負向作用于棵間蒸發(fā)，正向作

10、用于產(chǎn)量和水分WUE，水與碳交互作用中增產(chǎn)效應(yīng)為水＞碳，施碳提高小麥水分生產(chǎn)力的效應(yīng)隨灌水量的增加而趨于平緩。不同冬小麥品種對水碳互作響應(yīng)存在明顯差異，V1比V2棵間蒸發(fā)低3.9％～11.9％。同等灌水條件下，V1的灌漿速率、灌漿持續(xù)時間、葉綠素含量、生物量和葉面積指數(shù)均顯著高于V2。水分虧缺條件下，兩年平均V1比V2產(chǎn)量高1.6％～48.2％，葉片水平WUE提高5.0％～7.3％，生物量水平WUE提高18％～21％，說明在水分虧缺下邯