《Field Crops Research》：Wide-narrow row planting optimizes source-sink dynamics to sustain high yield and achieve water conservation in drip-irrigated winter wheat
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宽窄行种植通过优化冠层透光率和光合效率，协同提升冬小麦源库功能，在20%节水灌溉下仍保持产量，为干旱区节水农业提供新模式。
Jingjing Lu|Tao Jiang|Songhao Ge|Xiangmei Chang|Lili Su|Wenxiu Xu|Jianghua Tang|Jipeng Zhai|Zihan Ma
新疆农业大学农学学院，中国新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市830052
摘要
背景与目的
在水分受限条件下，优化行距以改善冠层结构并调节源-汇关系是实现干旱地区滴灌冬小麦节水与产量稳定的有效策略。然而，宽窄行种植与亏缺灌溉之间相互作用的内在机制——尤其是与源-汇调节相关的机制——仍不甚明了。本研究旨在阐明宽窄行配置如何在不同灌溉制度下调节滴灌冬小麦的群体结构、源-汇平衡及产量形成。
方法
2024年和2025年采用双因素设计进行了田间试验，评估了两种种植模式：均匀行距（M0）和宽窄行距（M1），并结合三种滴灌水平：常规灌溉（CK，4500 m3·hm?2）、减少20%的灌溉（D1，3600 m3·hm?2）以及减少40%的灌溉（D2，2700 m3·hm?2）。测量了冠层透射率（CT）、叶面积指数（LAI）、SPAD、净光合速率（Pn）、干物质积累量及籽粒灌浆情况，并分析了动态源-汇关系。
结果
M1处理显著改善了滴灌冬小麦的冠层光照环境。在开花期，M1处理的底层冠层透射率比M0处理提高了6.5–7.0倍。在籽粒灌浆期间，M1处理的旗叶层冠层透射率保持稳定，而M0处理则呈现下降趋势。在水分胁迫下，M1处理的LAI在籽粒灌浆早期和中期仅下降了5–8%，远低于M0处理的21–49%的下降幅度。M1处理的Pn增加了13%，有效增强了干物质积累的稳定性。两年实验期间，M1处理的籽粒产量比M0处理在CK和D1处理下高出5–8%。值得注意的是，M1D1处理的平均产量达到9410 kg·hm?2，比M0CK处理高出2%。偏最小二乘路径模型（PLS-PM）分析表明，种植模式主要通过优化冠层结构和光合特性来调节源-汇平衡。
结论
宽窄行种植结合亏缺灌溉通过优化冠层光照环境，协同增强了源的光合效率和汇的灌浆能力。宽窄行种植与3600 m3·hm?2的灌溉量结合使用，可在节省20%灌溉用水的同时保持高小麦产量；而均匀行种植则需要常规灌溉才能达到类似产量。
意义
这些发现为干旱地区滴灌冬小麦的行距配置优化提供了科学依据，有助于实现节水与产量稳定，从而促进区域粮食安全及高效农业的可持续发展。
引言
新疆位于中国西北部的干旱和半干旱地区，年平均降水量不足200毫米。新疆的农业生产严重依赖冰川融水灌溉，属于典型的绿洲农业区（Wang等，2025）。然而，新疆的水资源相对匮乏，仅占中国年平均水资源的3.1%，而农业用水占比高达91.7%。近年来，耕地的持续扩张加剧了农业用水的结构失衡。此外，新疆的水资源在空间和时间上分布不均，表现为“山区多、平原少”以及“冬季多、夏季少”，这与作物关键需水期严重不符，进一步加剧了农业用水短缺（Yin和Zhang，2025）。因此，该自治区近年来实施了定额灌溉政策，冬小麦灌溉用水定额设定为3450–4200 m3/ha。但在实际生产中，经常出现超标准灌溉或因灌溉不当导致产量下降的问题（Chen等，2025）。因此，在未来严格的水资源使用定额下，通过优化种植模式和减少灌溉量来提高滴灌冬小麦的产量成为亟待探索的课题。
行距配置是调节作物冠层空间结构的关键手段。通过改变植株的空间分布，可以有效改善冠层的光照截获和利用效率，影响根系分布和功能，并协调个体与冠层群体以及作物与环境之间的关系（Zhang等，2023c）。先前的研究表明，将均匀行距改为宽窄行配置可显著提高多种作物的产量（Zhang等，2023a）。在膜覆盖滴灌条件下，宽窄行种植使玉米产量比均匀行距提高了9.59–13.18%，同时增强了最大干物质积累率和每穗籽粒数（Wang等，2020；He等，2020）。在新疆南部无膜栽培中，宽窄行间距通过提高生长后期的叶面积指数（LAI）和促进干物质向棉铃的有效转移，实现了更高的籽棉产量。此外，在中等灌溉水平下，宽窄行种植的灌溉用水效率（IWUE）比均匀行距高18.8%；它还能通过增强叶片保护酶活性和减少无效用水来缓解水分胁迫的影响（Zhang等，2023b）。源-汇理论是理解作物产量形成和调节的核心框架。水分胁迫和不良的冠层结构会破坏“源-汇-流”的和谐关系，从而加剧作物生理功能的下降和产量减少（Sadras等，1993）。以往的研究主要集中在通过修改单一因素（如灌溉制度或种植密度）来优化源-汇关系（Dai等，2024；Zhang等，2021）。然而，关于行距配置与水分条件结合对源-汇动态影响的研究还不够充分。特别是在干旱和半干旱地区的滴灌冬小麦种植中，通过优化行距来改善冠层结构、管理水分胁迫下的源-汇关系以及实现节水与稳定产量的挑战尚未解决。因此，本研究提出以下科学假设：在滴灌冬小麦种植中，将传统的15厘米均匀行距改为宽窄行配置可以优化作物群体的冠层结构，提高光合效率，在开花后维持或增强源器官的光合功能及汇器官的灌浆功能，同时减少灌溉量。该方法旨在通过协调源-汇关系来确保稳定的籽粒产量和实现节水效果。为了验证这一假设，进行了双因素实验，设置了两种行距配置（均匀行距和宽窄行距）和三种滴灌水平。本研究旨在为干旱和半干旱地区滴灌冬小麦的节水及稳定产量栽培实践提供理论依据，为促进绿洲农业的可持续发展提供重要实践指导。
2023–2024年和2024–2025年的生长季节，在中国新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市头屯河区三坪农场的新疆农业大学实验基地进行了为期两年的连续田间试验。该地区年平均日照时间为2829.4小时，年平均气温为7.2°C，年平均降水量为228.8毫米，无霜期为163天。
图2显示了不同处理下冬小麦基部和旗叶位置的冠层光透射率变化。在每个生长阶段，所有处理间均存在显著差异，其中M1处理的冠层光透射率始终显著高于M0处理。在抽穗和籽粒灌浆阶段，M1D2处理的基部冠层光透射率最高。
作物产量的形成本质上是群体结构与环境相互作用的结果，而不仅仅依赖于个体表现（Sciencia等，2023）。由于干旱地区水资源稀缺，构建既能优化光能捕获又能提高用水效率的群体结构对于实现节水和高产至关重要（Ma等，2025）。
在滴灌冬小麦生产中，采用宽窄行种植替代传统均匀行种植显著改善了冠层光照环境，开花期的基部冠层光透射率提高了6.5–7.0倍。尽管其与籽粒产量的直接相关性较弱，但这种改善的光照条件通过减轻低层冠层的光照胁迫和延缓籽粒灌浆期的叶片衰老发挥了重要的间接作用。
Zihan Ma：调查。
Jipeng Zhai：调查、数据管理。
Jianghua Tang：撰写-审稿与编辑、资源获取、概念构建。
Wenxiu Xu：撰写-审稿与编辑、监督、资源获取、概念构建。
Lili Su：资源管理、项目行政。
Xiangmei Chang：调查、数据管理。
Songhao Ge：可视化、方法学。
Tao Jiang：项目行政、方法学。
Jingjing Lu：撰写-初稿、可视化。
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
本研究得到了中国国家自然科学基金（编号32560515）、中国国家自然科学基金（编号32360549）以及新疆维吾尔自治区自然科学基金一般项目（编号2023D01A24）的支持。
