灌浆期小麦排水指标的试验研究.pdf

水利水电技术第 4 2卷2 0 1 1年第8期 灌浆期小麦排水指标的试验研究 王 矿 ，潘 强 ，汤广民 ，薛亚锋 ( 1 秉 利 部 淮 利 委 员 翼 水 利 科 学 研 究 院 ， 安 徽 省 水 利 水 资 源 重 点 实 验 室 ， 安 徽 蚌 埠2 3 3 。 o 0 ； 2 水利部 淮河水利委员会 ，安徽 蚌埠2 3 3 0 0 1 ) 摘要 ：采用测坑原位受淹试验的方法研究 了灌浆期小麦在涝渍胁迫下产量要素的响应。试验表明小 麦相对产量与涝渍综合水深具有良好的线性关系，小麦产量随着淹水历时的增加而降低 。此外 ，淹水 还直接导致小麦千粒重降低 、穗粒数减少、植株 易倒伏等变化 ，而淹水对小麦有效穗数和株 高影响不 大。最后 ，提 出了排水控制指标与小麦减产率的关系形式。 关键词：涝渍胁迫 ；小麦；排水指标 ；试验研究 中图分类号 ：$ 2 7 4 2 文 献标 识码 ：A 文章编号 ：l O O O 一 0 8 6 0 ( 2 O l 1 ) o 8 0 0 5 9 0 4 Exp e r i m e nt a l s t udy o n dr a i na g e i n de x dur i ng whe a t fil l i ng p e r i o d WA N G K u a n g ，P A N Q i a n g ， T A N G G u a n g m i n ， X U E Y a f e n g ( 1 K e y L a b o r a t o r y o f Wa t e r C o n s e r v a n c y a n d Wa t e r R e s o u r c e s o f A n h u i P r o v i n c e ， Wa t e r R e s o u r c e s R e s e a r c h I n s t i t u t e o f A n h u i P r o v i n c e a n d Hu a i h e Ri v e r C o mmi s s i o n，MW R，B e n g b u 2 3 3 0 0 0，An h u i ， C h i n a ； 2 Hu a i h e Ri v e r C o mmi t t e e， MWR ，B e n g b u 2 3 3 0 0 1 ，A n h u i ，C h i n a ) Ab s t r a c t ：T h e r e s p o n d s f r o m t h e y i e l d c o mp o n e n t s o f w h e a t d u r i n g i t s f i l l i n g p e r i o d u n d e r t h e wa t e r l o g g i n g s t r e s s a r e s t u d i e d b y t h e me t h o d o f i n s i t u fl o o d i n g t e s t w i t h t e s t - p i t T h e r e s u l t s h o ws t h a t a b e t t e r l i n e a r r e l a t i o n s h i p i s t h e r e b e t we e n b o t h t h e r e l a t i v e y i e l d o f w h e a t a n d t h e c o mp r e h e n s i v e wa t e r d e p t h o f w a t e r l o g g i n g，a n d t h e n t h e y i e l d o f w h e a t i s t o b e d e c r e a s e d a l o n g w i t h t h e i n c r e a s e o f t h e fl o o d i n g d u r a t i o n Mo r e o v e r ，t h e fl o o d i n g i s t o d i r e c t l y l e a d t o t h e c h a n g e s s u c h a s d e c r e a s e o f t h e 1 0 0 0 一 g r a i n w e i g h t a n d t h e g r a i n n u mb e r p e r s p i k e o f w h e a t ，e a s y l o d g i n g o f p l a n t ，e t c ，h o we v e r ，t h e r e i s n o mu c h i n fl u e n c e fro m t h e fl o o d i n g o n b o t h t h e e f f e c t i v e s p i k e n u mb e r a n d t h e p l a n t h e i g h t F i n all y ，t h e r e l a t i o n s h i p b e t we e n t h e d r a i n a g e c o n t r o l i n d e x a n d t h e y i e l d r e d u c t i o n r a t e o f wh e a t i s p u t f o r wa r d a s we l 1 Ke y wo r d s ：wa t e r l o g g i n g s t r e s s ；w h e a t ；d r a i n a g e i n d e x；e x p e r i me n t a l s t u d y 1 引言 小麦 是 安徽 省 主要 的粮 食作 物 之 一 。近些 年 来 ，安徽省小 麦 常年种 植 面积 约 为 2 3 5万 h m 3 3 ， 但各类气象灾害 ，尤其是涝渍灾 害时有 发生 ，造成 小麦减产。淮河流域纵跨 4省 ，气候 多变 ，地 势复 杂 ，支流众多等 因素造成 该 流域洪 涝灾 害多 发 J 。 安徽省 35月 份 ( 小麦扬 花期一灌 浆期 ) 淮 河 以北 降水量 2 7 0 m m，淮河以南降水量达 3 8 0 B i n ，偏丰 年份可达 5 0 0 fi l m以上J 。小麦涝渍灾害常发生在 该时期，造成小麦长势不 良，产量下降，品质降 Wa t e r Re s o u r c e s a n d Hy d r o po we r En g i n e e r i n g V o 1 4 2 No 8 低 。 农 田排水技术是通过调节农 田水 分状况 降低 涝 渍灾害对作物危害的重要 措施 J 。多年来 ，许多专 家学者对 农 田排 水措 施 和 过程 模拟 做 了大 量 的研 究 ，并 取 得 许 多 成 果 。荷 兰 学 者 西 本 ( S i e b e n ， 1 9 6 4 ) 提出了 s 作为排水控制指标的概念，它是 以地下水埋深浅于某一定值( 如3 0 c m) 的累计值来反 收稿 日期 ：2 0 1 1 0 6 1 0 基金项目：水利部公益性行业科研专项经费项 目( 2 0 0 8 0 1 0 4 4 ) 。 作者简介 ：王矿 ( 1 9 8 3 一 ) ，男 ，江苏徐州人 ，硕士。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 王矿， 等灌浆期小麦排水指标的试验研究 映农 田受渍 的程度 。1 9 6 9年 S i e b e n提 出了同时考虑 持续天数和作物不同生长阶段对渍害敏感程度 的抑制 天数指标 ( S D I ) 的排水标 准。美 国的 S k a g g s ，E v a n s ( 1 9 9 2 ，1 9 9 3 ) 和 K a n w a r ( 1 9 9 2 ) 年对玉米产 量与 S D I 的关系进行了研究 ，取得了一定成果 。在国内，安徽 水利科学研究 院在 1 9 5 61 9 5 8年在测缸 内开展 了水 稻全生育期受淹试验；沈荣开、王修贵建立了受渍条 件下的水分生产 函数 ，温季 、王 少丽等提 出作物 排涝降渍指标 _ 】 ；汤广 民提 出了涝渍连续抑制 天数 指标 C S D I和涝害权 重 系数 C W 的概念 及其求 解方 法 ；朱建强给 出了在涝渍相随情 况下确定作物 排 水控制指标 的分析方 法l 9 J 。本文根 据新马桥试验 站 原状土排水测坑试验资料 ，分析了小麦灌浆期涝渍胁 迫条件下减产规律 ，并对砂姜黑土地区小麦排水指标 作了深入研究。 2 材料与方法 2 1 试验材料 供试小麦品种为豫麦 1 8 ，试验 土壤 选择淮北地 区代表性土壤青黑土 ( 砂姜 黑土 ) 。受 淹试 验安 排在 4月下旬至 5月上旬实施 ，此时小麦 正值灌浆 期 ，对水分胁迫较为敏感 。 2 2 试验方法 试验采用测坑原位受淹法 。测坑 断面为正方形 ， 规格 为 2 m 2 3 m，底部 设有 0 3 m 的滤层 和排 ( 供) 水管道 系统 。每坑种植小麦 6行 ，试验处理分 C K( 对照 ，即不受涝渍) 和淹水 3 d 、5 d 、7 d 4个处 理 ，淹水深度为 0 c m、5 e n l 、1 0 c m。非试 验期 问， 土壤水分控制在 占田问持水量 的 6 5 8 0 范围内。 淹水开始时间与天然降雨同步，以减少其他气象因素 的影响，使试验具有较高的仿真性 j 。即通过人工 灌水与天然降雨同步使测坑中的地下水上升至设计水 位 ，依靠 自动控制供水装置将水位稳定至处理设定时 问。受淹结束后水位 自 然下降。 2 3 涝渍指标的确定 荷兰学者西本( S i e b e n ，1 9 6 4 ) 提出了以地下水动 态过程的累计超标准水位 s E 作为排水控制指标的 概念 ，并 将 某 一 设 计 降 雨 期 内造 成 的积 水 深 度 ( S F W) 代表受淹程度。将两者综合作为描述涝渍的 综合指标。其中s E 和 S F W分别按下式计算 。 s E w x = ( d i ) ( 1 ) i ： l S F W = h ( 2 ) = 1 6 0 S F E =S FW +5 EWx ( 3) 式 中，跑 为作物全生育期 内或某生 长阶段地下水 位埋深小于 的累计值 ( e m d ) ； 为某一特定 的地 下水埋深 ，一般取 3 0 c m、5 0 c m、8 0 c ml 6 ；d 为 第 天的地下水埋深 ( e ra) ；m为地下水埋深小于 的 天数 ( d ) ；S F W为地面积水累计值 ； 为累计积水天 数 ；h 为第 i 天淹水深度。 涝和渍实质上为一个统一体 ，水分过多的两种表 象。二者相伴相随 ，互相转化。由于涝是渍数量上累 积一定程度的反应 ，可谓 渍是本质 ，涝是表现形式 ， 故把 s E wx与 S F W 相 加 即得 涝 渍 综 合 水 深 指 标 S F E 。这既避免了对涝和渍进行分割 ，又统一考虑 了涝 、渍胁迫本质 的一致性 ，以 S F E 作为涝渍兼 治指标可 以客观反 映实 际情况 ，也方便在 实际 中应 用 。其与产量关系式可用下式表示 R = n +6 S F E W x ( 4 ) 式 中，相对产量 R =Y ，Y 和 分别是作物受到 排水抑制和未受排水抑制( 对照组 ) 的产量 ；口 、b 为 系数。 2 d数据分析 采用 S P S S 1 7 0软件 对相 关数 据进 行 统计 和 分 析。用一元方差分析 ( O n e w a y A N O V A ) 判断淹水天数 对小麦产量的影响。若主效应显著，则进行 D u n c a n多 重比较 ，检验小麦产量在处理问差异的显著性 。 3 结果与分析 3 1 小麦灌浆期淹水对植株形态的影响 淹水第 2天 ，在风力达到 3 4级 ，受淹测坑小 麦均出现不 同程 度的倒伏 ，具 体原 因由于土体膨 胀 导致根系层土壤疏松 ，加之小麦主根 系较浅 、株高 较高造成倒伏现象 。从叶相来看 ，淹水 2 4 d植 株 叶片颜色从墨绿色逐渐变成浅黄绿 色 ，水层下 黄叶 片较对 照组 增 多 ，淹 水一 定 程度 上加 速 了叶片 衰 老 ，其衰老速度与叶龄相关 ，叶龄愈大受淹后 则愈 易衰老。具体微观变化是小麦叶绿体会 因植株 淹水 而加速衰老 ，其 衰老过程 随淹 水 时间延长 而加快 ， 随叶位升高而减慢 j 。淹水 7 d 植株开始枯萎 ，特 别是在天气 晴热 的情境下 ，水温过 高易对植株 造成 不可恢复性伤害 。 3 2小麦灌浆期淹水对产量的影响 由表 1 可以看出：随着小麦淹水历时不同，其小 区产量、穗粒数、干物质重及千粒重存在趋势性规 律，即以上4 种产量构成要素随着淹水历时的增加呈 递减趋势 。淹水试验前株高和有效穗 已基本形成 ，因 水利水电技术第4 2卷2 0 l 1年第8期 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 1 涝渍胁迫对小麦产量要素的影响 王 矿 ， 等灌浆期小麦排水指标的试验研究 淹水历时 d 株高 c m 穗长 e ra 小穗数 个 干物质重 k g 千粒重 g 穗粒数 粒 3 ( 6 3 51 7 ) a f 7 8 6 0 2 0 ) b ( 1 2 8 0 3 ) a b ( 3 0 2 0 1 3 ) a ( 4 7 30 6 ) b ( 3 60 3 ) a b 5 ( 6 1 3 2 3 ) a ( 7 1 20 1 3 ) c ( 1 3 1 0 5) a ( 2 8 5-t- O 1 2 ) b ( 4 2 71 4 ) 12 ( 3 20 7) b e 7 f 6 4 51 5 ) a ( 7 2 50 1 7 ) b e ( 1 2 1 0 4 ) b ( 2 6 1 0 1 3 ) c ( 3 9 1 4 6 ) c ( 3 0 1 0 5 ) c C K ( 6 z 1 2 4、 a ( 8 4 00 3 6 a ( 1 3 0-t- O 2 ) a ( 2 9 7-t- O 1 2 ) a b ( 5 1 52 2 ) a ( 3 9 9 0 7 ) a 注 ：l司列 不同小 写字母表不差异显著性 ( P 0 0 5 ) ， F f司。 而其所受影响不大。淹水历时 3 d时 ，测坑小麦干物 质重 3 0 2 k g 坑 ，淹水历时增加至 5 d 、7 d ，植株干 物质重为 2 8 5 k g 坑 、2 6 1 k g 坑 ，淹水 7 d相较对 照组减少 0 3 6 k g 坑 ，表明淹水抑制了作物生长和干 物质积累。淹水胁迫引起的缺氧环境改变作物能量代 谢途径和生理过程 ，植物的细胞结构 、形态特征也随 之发生一系列变化 ，进 而影响 了作物生 长和产量形 成 。从千粒重来看 ，对照组千粒重最高为 5 1 5 g ， 淹水 3 d次之，淹水 7 d最低。淹水 3 d 、5 d 、7 d千 粒重相较对照组分别减少 8 2 、1 7 1 、2 4 1 。 由表 2可以得 出，淹水胁迫对小麦产量产生显著 影响。除产量外 ，各处理的穗粒数 、干物质重产量要 素与对照组相 比差异显著。小麦产量要素随淹水历时 的增加呈显著下降趋势，且下降幅度较大。淹水 3 d 、 5 d 、7 d的产量分别下降 7 4 、1 0 9 、1 4 2 ； 穗粒数分别下降 9 8 、1 9 8 、2 4 6 。说 明随着 水分胁迫的加剧 ，对小麦植株 生长 的影响显著增加 ， 植株受到的伤害不断加重。 表 2小麦相对产量与涝渍排水指标 的关 系 小麦相对产量 R 与 S E Wx 、 相关系数 S i g F检验 S F W之间的关系 R =1 0 00 1 1 1 S E 00 51 S FW R =0 8 2 3 0 0 5 9 5 2 7 R =1 0 00 0 4 3S E 00 0 9 5 S FV R =0 8 6 2 0 0 3 3 7 2 5 3 R =1 0 00 02 5S E 00 1 8 5 S FW R =0 7 5 2 O 1 2 4 3 2 6 o 3 3 小麦相对产量与综合涝渍水深的关系 根据地表积水 、地下水观测资料和作物产量资料 进行分析 ，得知涝渍 综合水深对小麦产 量有 明显影 咖 嚣 响，S F E 值越大产量越低。小麦相对产量 ( ) 与 5 雎 呈负 相关关 系 ：R =1 0 1 8 90 0 7 3 5 S F E o ，R=0 7 5 1 ；R =1 0 0 6 90 0 4 4 9 S F Eo ， R = 0 8 4 7； R =1 0 2 1 3 0 0 2 6 2 S FEWs o， R =0 61 2。 图 1 表 明，就 S F E 排水指标而言 ，S F E 。 与小麦 相对产量 的相关性最好 。由表 2可知 ，相对产量 R 与 S E 、S FW指标 的关 系表 明 ，地下 水埋 深 为 5 0 e m时 ，相关性显著。从 田问管理的方便性和可操 作性角度分析，涝渍综合排水指标 Js 朋 参数少， 可行性较高。 随着涝渍胁 迫程度 的加重 ，小麦产量下降明显。 各处理与对照相 比，产量差 异均 达到显 著水平 。淹 水 3 d ，涝 渍综合水 深 S F E 。 值 为 2 6 7 c m d ，其 相对 产 量 为 9 2 6 ，减 产 7 4 。涝 渍 综 合 水 深 S F E V 5 。 值为 3 6 1 e m d和 5 1 7 e m d时 ，小麦分别 减产 1 0 9 和 1 9 2 。试验 表 明小麦 受涝 渍胁 迫 超过 5 d，其减产幅度较大。进行 D u n c a n多重 比较 ， 结果表 明对照组 ( c K ) 、淹水 3 d和淹水 7 d产量彼此 之间差异性显著 ，而淹水 5 d和淹水 3 d 、7 d产量差 异性不显著 。 4 结论与讨论 ( 1 ) 小麦灌 浆期遭受涝 渍胁迫后 ，相 对产量 与涝渍综合指标 S F E 。 具有 良好的线 性关系，这为 小麦排水标准的制定和排水工程设计提供技术经济依 据。 ( 2 ) 随着小麦淹水历时不 同，单穗粒数、干物 质重及千粒重等要素随着淹水历时的增加呈递减 趋 涝渍综合水深S F E c m d 图1 小麦减产率与涝渍综合水深指标 S F E w 的关系 水利水电技术第4 2卷2 0 1 1年第 8期 势 。 ( 3 ) 涝渍综合水深是作物对涝 渍胁迫 的综合反 映，也是评估 涝 渍胁迫程度的标准之一。试验数 据表明小麦相对产量 尺 与涝渍综 合水深指标 5 朋 。 呈明显的负相 关关系，反映出产量减产趋势性 变化。因而，以 s 朋 。 作为小麦 灌浆 期排 水评 价 指标 是 可行 的。 61 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 王矿， 等灌浆期小麦排水指标的试验研究 在小麦灌浆期，以减产 1 0 为限，相应的涝渍综合 水深指标 S F E 。 值 为 3 6 0 c m d左 右。此外 ，该指 标还与土壤物理性质 、试验期问的气象条件以及作物 品种等有关 m ，不 同地 区的具体排水标准选 取需 大量试验予以确定。 参考文献 ： 2 3 4 5 6 Hi l e r E A Q u a n t i t a t i v e e v a l u a t i o n o f c r o p - d r a i n a g e r e q u i r e me n t s J T r a n s a c t io n s o f A S A E，1 9 6 9，1 2 ( 4 ) ：4 9 9 5 0 5 Ev a n s R 0 ， S k a g g s R W ， S n e e d R E No r mali z e d c r o p s u s c e p t i b i l i ty f a c t o r s f o r c o i n a n d s o y b e a n t o e x c e s s w a t e r s t r e s s J _ T r a n s a c t io n s o f t h e AS A E，1 9 9 0 ，3 3 ( 4 )： 1 1 5 3 - 1 1 6 1 安徽统 计局 安 徽统计 2 0 1 0年鉴 M 北京 ：中国统 计 出版 社 ，2 0 1 0 姚辉 ，陆景海 淮河流域安徽段洪涝 灾害 多发 的成 因分析 J 安徽水利水电职业技术学院学报 ，2 0 0 5，5 ( 4 ) ：5 4 5 5 韩善华 油菜叶绿体 的衰老与渍水的关系 J 西北植物 学报 ， 1 9 9 1 ，1 1 ( 4 ) ：2 6 6 - 2 7 0 张蔚榛 ，张瑜芳 ，沈荣开 小麦受 渍抑制天数指标 的探讨 J 武汉水利电力大学学报 ，1 9 9 7 ，3 0 ( 5 ) ：1 5 7 汤广 民 以涝渍连续抑制 天数 为指标 的排水标准试验研究 J 水利学报 ，1 9 9 9 ( 4 ) ：2 5 2 9 8 温季 ，王少丽 ，王修贵主编 农业涝 渍灾害 防御技 术 M 北 京 ：中国农业科技技术 出版社 ，2 0 0 0 9 朱建 强，张文英 ，程伦 国，等 油菜花果期以持续受渍为特 征 的排水控 制指标试验 研究 J 灌 溉排 水 ，2 0 0 3 ，2 2( 4) ：3 4 3 8 1 O 朱建 强，欧光华 ，张文英 ，等 棉花花龄期涝渍相随对棉 花产 量的试验研 究 J 农业工程学报 ，2 0 0 3 ，1 9( 4 ) ：8 O 一 8 3 1 i 宋 丰萍 渍水对油菜生物学性状及产量品质的影响 D 武汉 ： 华q 1 农业大学硕 士论文 ，2 0 0 8 1 2 盛绍学 ，石磊 ，李彪 安徽省油菜涝渍灾害孕灾环境特征 及其 指标研究 J 安徽农业科学 ，2 0 0 8，3 6 ( 3 O )：1 3 0 9 9 1 3 1 O 1 1 3 温季 ，王少丽 ，王修贵主编 农 业涝 渍灾害 防御 技术 M 北 京 ：中圈农业科技技术出版社 ，2 0 0 0 1 4 沈荣开 ，王修贵 ，张瑜芳 涝渍兼治农 田排水标准 的研究 J 水利学报 ，2 0 0 1 ( 1 2 ) ：3 6 3 9 ( 责任编辑欧阳越 ) - _-。 - _- _ -_- - - _- H_ 一-+ _ _ - - - - _+- 卜 _ _ _ - -_ _ 。 一- 一 台 国 封三：第十一届 中国( 北京) 国际工程机械展 封底 ：江阴金利达堤坡防护工程有限公 司 前插八 ：江苏优凝舒布洛克公 司 前插九 ：卡特彼勒公 司 前插十 ：青岛兰海希膜 工程有限公 司 前插十一 ：煤炭科学研 究总院西安研 究院 前插十二 ：珠海优特 电力科技股份有限公司 前插十三：多卡模板( 上海) 有限公 司 前插十四：河南卫华重型机械有限公 司 前插十五：山推工程机械股份有限公司 前插 十六：上海鸿得利机械制造有限公 司 前插十七：山东华伟银凯建材科技股份有限公司 前插十八：湖南固特邦土木技术发展有限公司 前插十九 ：第四届堆石混凝土技术研讨会 目次页：南京南瑞集团公 司 暗 1 0 1 ：北京新世纪大禹防水工程有限公司 暗 1 0 2 ：乌鲁木齐正海水利科技有限公司 暗 1 0 3 ：北京 英捷 电子技 术研 究所 暗 1 0 4：北京华千新技术有限公 司 暗 1 0 5：深圳市五 山建材实业有限公 司 后插一：2 0 1 1中国水博会 后插二：江苏博特新材料有限公 司 后插三 ：山西黄腾化工有限公 司 后插四：无锡双帆钻凿设备有限公 司 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