灌水、施肥與冬小麥蒸發(fā)蒸騰量及產(chǎn)量的關(guān)系

王文龍

(山西水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院,山西 運(yùn)城044004)

作物水肥利用率偏低是我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面臨的重大問題之一。在干旱地區(qū)水資源嚴(yán)重缺乏的條件下,如何解決有限的補(bǔ)充灌溉水與養(yǎng)分之間的最優(yōu)耦合問題,以最大限度地提高水分與養(yǎng)分的利用率,對(duì)我國(guó)干旱農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有特別重要的意義。研究表明,非充分灌溉不僅適宜于果樹,也適宜于小麥等大田農(nóng)作物,與充分灌溉相比,非充分灌溉具有一定的節(jié)水增產(chǎn)功效[1～7]。隨著非充分灌溉研究的發(fā)展,國(guó)內(nèi)學(xué)者開始研究調(diào)虧灌溉和施肥的交互作用。莫江華等[3]研究表明,在較低施肥條件下,伸根期輕度水分虧缺處理(占田間持水量的50%～60%)可明顯提高產(chǎn)量和水分利用效率。祈有玲等[4]研究表明,冬小麥對(duì)水分虧缺的敏感期為拔節(jié)期,其次是開花期、灌漿期和苗期,水分逆境條件下,施用氮肥對(duì)冬小麥植株生長(zhǎng)和干物質(zhì)積累及氮吸收具有明顯調(diào)節(jié)效應(yīng)。但目前相關(guān)研究主要集中在單一生育期水分虧缺的水肥效應(yīng)方面,缺乏多個(gè)生育期水分虧缺和施肥對(duì)作物生長(zhǎng)和產(chǎn)量影響的研究。因此,本文以冬小麥為參考作物,對(duì)灌水與施肥對(duì)冬小麥蒸騰量及產(chǎn)量的影響進(jìn)行了探索,以期提供理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)基本情況

試驗(yàn)于2007年度和2008年度在山西省運(yùn)城市鹽湖區(qū)山西水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院節(jié)水灌溉技術(shù)實(shí)訓(xùn)基地連續(xù)進(jìn)行。山西省運(yùn)城市鹽湖區(qū)位于山西省的南部,平均海拔高度370 m,屬于大陸溫帶季風(fēng)氣候,四季分明,年平均降雨量550mm,年平均氣溫13.5℃,年平均日照射時(shí)數(shù)為2 247 h,全年無霜期為206 d,最大凍土深度0.5 m。試驗(yàn)區(qū)土壤屬于中壤土,土壤有機(jī)質(zhì)為10.39 g/kg,全氮量為0.5 g/kg,全磷為0.5 g/kg。土壤孔隙度為41.6%,地下水埋深大于6 m。

試驗(yàn)測(cè)試項(xiàng)目,主要包括降雨量、灌水量、土壤含水率(采用烘干法測(cè)定,在每次灌水前后及日降雨量大于30 mm時(shí)各測(cè)1次)、施肥(每次施肥的種類、數(shù)量及時(shí)間)、土壤養(yǎng)分(測(cè)定采用烘干法,灌水前測(cè)1次,每次灌水后測(cè)1次,灌水后的取樣時(shí)間在2次灌水之間)、考種、產(chǎn)量、土壤肥力。

1.2 田間試驗(yàn)方案設(shè)置

田間試驗(yàn)方案包括2個(gè)部分,一部分是田間小區(qū)試驗(yàn)(見表1的編號(hào)1～5);另一部分是大田試驗(yàn)示范(見表1的編號(hào)6～8)。小區(qū)之間設(shè)置1 m寬的隔離帶,以預(yù)防不同處理之間的水分側(cè)移。每個(gè)處理設(shè)3個(gè)重復(fù),采用畦灌方式(水表量水),規(guī)格為3.3 m×20 m=66 m2,整個(gè)試區(qū)周邊設(shè)置保護(hù)區(qū)。產(chǎn)量按照小區(qū)單打單收。試驗(yàn)的控制因素是不同生育階段的土壤水分、施肥水平,其他的管理措施均相同。

灌水時(shí)間,2007年度冬水為1月18日,拔節(jié)水為3月23日,抽穗水為4月22日,灌漿水5月5日;2008年度冬水為12月20日,拔節(jié)水為3月28日,抽穗水為4月22日,灌漿水5月6日。

表1 試驗(yàn)處理設(shè)計(jì)情況

施肥情況,兩個(gè)試驗(yàn)?zāi)甓鹊追示捎眯←湆Ｓ梅?氮磷鉀含量分別為11%、8%和 6%,施肥時(shí)間,2007年度為2006-10-09,2008年度為2007-10-16。施肥數(shù)量相同,其中處理1～處理3和處理5為5375 kg/hm2,處理6為375 kg/hm2,處理7和處理8分別為562.5 kg/hm2和187.5 kg/hm2;追肥采用尿素,氮素含量為46%,隨拔節(jié)水追施,追肥數(shù)量?jī)赡甓认嗤?其中,處理1、處理2、處理3和處理5均為 150 kg/hm2,處理 6、處理 7、處理 8 分別為 150 kg/hm2、225 kg/hm2和 75 kg/hm2。

1.3 作物蒸發(fā)蒸騰量的計(jì)算

作物蒸發(fā)蒸騰量,也稱作物耗水量,是指作物在任一土壤水分條件下的植株蒸騰量、棵間土壤蒸發(fā)量以及構(gòu)成植株體的水量之和。作物蒸發(fā)蒸騰量的測(cè)定方法有筒測(cè)法、坑測(cè)法和田測(cè)法。本研究采用是田測(cè)法,即在測(cè)驗(yàn)小區(qū)中直接測(cè)定參考作物的蒸發(fā)蒸騰量,計(jì)算公式如下[8]:

式中:ET為時(shí)段需水量(mm);k為土壤層次序號(hào);n為土壤層次總數(shù)目;γk為第k層土壤容重(g/cm3);Hk為第k層土壤的厚度(cm);θk1為第i層土壤在時(shí)段開始的含水率(占干土重 %);θk2為第i層土壤在時(shí)段末的含水率(占干土重%);M為時(shí)段內(nèi)的灌水量(mm);P為時(shí)段內(nèi)的降雨量(mm);K為時(shí)段內(nèi)的地下水補(bǔ)給量(mm);C為時(shí)段內(nèi)的排水量(地表排水與下層排水之和)(mm)。

1.4 水分利用效率計(jì)算

水分利用效率,一般是指單位耗水量的產(chǎn)量,這里耗水量是指作物全生育期的蒸發(fā)蒸騰量,用下式計(jì)算[7]:

式中:WUE水分利用效率(kg/m3);y為產(chǎn)量(t/hm2);其它符號(hào)意義同前。試驗(yàn)?zāi)甓雀魈幚硭掷眯实挠?jì)算結(jié)果,見表2。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 不同灌水、施肥條件下累計(jì)蒸發(fā)蒸騰量變化情況

對(duì)試驗(yàn)期間的每個(gè)處理均按測(cè)土?xí)r段進(jìn)行作物蒸發(fā)蒸騰量計(jì)算,進(jìn)而求得冬小麥生長(zhǎng)期逐旬的蒸發(fā)蒸騰量及相應(yīng)的累計(jì)蒸發(fā)蒸騰量。不同灌水次數(shù)、不同施肥情況下的2007和2008年度冬小麥生長(zhǎng)期累計(jì)蒸發(fā)蒸騰量隨時(shí)間變化過程,見圖 1、圖 2、圖 3。

圖1 不同灌水條件下累計(jì)蒸發(fā)蒸騰量變化過程

圖2 不同施肥條件下累計(jì)蒸發(fā)蒸騰量變化過程

圖3 灌水時(shí)間對(duì)冬小麥蒸發(fā)蒸騰量變化過程的影響

2.2 灌溉和施肥對(duì)冬小麥產(chǎn)量的影響

2.2.1 蒸發(fā)蒸騰量對(duì)產(chǎn)量的影響

在試驗(yàn)范圍內(nèi),冬小麥蒸發(fā)蒸騰量隨灌水量的增加而增加,相應(yīng)地產(chǎn)量也明顯地提高(表2和圖1)。蒸發(fā)蒸騰量對(duì)產(chǎn)量的影響,見圖4。

圖4 蒸發(fā)蒸騰量與產(chǎn)量的關(guān)系

2.2.2 不同施肥水平對(duì)產(chǎn)量的影響

圖5中是中等灌水(灌水次數(shù)為3次)不同施肥條件下的冬小麥的產(chǎn)量情況。

圖5 施肥量對(duì)冬小麥產(chǎn)量的影響

圖6 灌水時(shí)間對(duì)冬小麥產(chǎn)量影響

由圖5可見,除2007年度低肥產(chǎn)量較高外,冬小麥產(chǎn)量隨施肥量的增加呈明顯增加趨勢(shì)。

2.2.3 灌水時(shí)間對(duì)產(chǎn)量的影響

處理1、處理5和處理 6灌水均為3次,灌水量均為225 mm,中等施肥,僅灌水時(shí)間不同,其中處理5拔節(jié)水較處理1推后15 d,處理6抽穗水較處理1推后15 d。不同年份灌水時(shí)間不同對(duì)冬小麥產(chǎn)量有較明顯的影響(圖6)。由表2可見,在同樣的灌水施肥條件下,同一年度內(nèi)采用合理的灌水時(shí)間可增產(chǎn)8.1%(2008年度)～18.2%(2007年度)。

2.2.4 各處理在試驗(yàn)?zāi)甓榷←湹漠a(chǎn)量、ET、W UE及播前土壤含水率(見表2)

表2 各處理在試驗(yàn)?zāi)甓鹊漠a(chǎn)量、騰發(fā)量、ET、WUE及播前土壤含水率

對(duì)試驗(yàn)期間的每個(gè)處理均按測(cè)土?xí)r段進(jìn)行作物蒸發(fā)蒸騰量的計(jì)算,并且由此計(jì)算求得了冬小麥的蒸發(fā)蒸騰量及相應(yīng)的累計(jì)蒸發(fā)蒸騰量。

3 結(jié) 論

(1)隨著灌水量的增加,冬小麥的蒸發(fā)蒸騰量在增加,2007年度增加幅度大于2008年的增加幅度(見圖1)。可能與當(dāng)年的大氣蒸發(fā)力有關(guān),2007年度的參考作物騰發(fā)量較2008年度的值大23 mm。

(2)在相同灌水條件下,不同施肥量處理的蒸發(fā)蒸騰量差異不大(見圖2),表明在本項(xiàng)目試驗(yàn)田的肥力水平條件下施肥量對(duì)冬小麥的蒸發(fā)蒸騰量影響不明顯。

(3)施肥和灌水相同條件下,灌水時(shí)間不同只在一定程度上影響作物蒸發(fā)蒸騰量在生育期內(nèi)的分配,對(duì)蒸發(fā)蒸騰量的總量影響不大(見圖3)。

(4)在同樣灌水定額及施肥條件下,同一年度內(nèi)采用合理的灌水時(shí)間可增產(chǎn)8.1%(2008年度)～18.2%(2007年度)。

[1] 蔡煥杰,康紹忠,張振華,等.作物調(diào)虧灌溉的適宜時(shí)間與調(diào)虧程度的研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2000,16(3):24-27.

[2] 孟兆江,賈大林,劉安能,等.調(diào)虧灌溉對(duì)冬小麥生理機(jī)制及水分利用效率的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2003,19(4):66-69.

[3] 莫江華,李伏生,李桂湘,等.不同生育期適度缺水對(duì)烤煙生長(zhǎng)、水分利用和氮鉀含量的影響[J].土壤通報(bào),2008,39(5):1071-1076.

[4] 祁有玲,張富倉(cāng),李開峰,等.不同生育期水分虧缺及氮營(yíng)養(yǎng)對(duì)冬小麥生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響[J].灌溉排水學(xué)報(bào),2009,28(1):24-27.

[5] 翟丙年,李生秀.冬小麥水氮配合關(guān)鍵期和虧缺敏感期的確定[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué),2005,38(6):1188-1195.

[6] 王偉,蔡煥杰,王分鍵,等.水分虧缺對(duì)冬小麥株高、葉綠素相對(duì)含量及產(chǎn)量的影響[J].灌溉排水學(xué)報(bào),2009,28(1):41-44.

[7] 申孝軍,孫景生,張寄陽(yáng),等.非充分灌溉條件下冬小麥耗水規(guī)律研究[J].人民黃河,2007,29(11):68-70.

[8] 王仰仁,孫小平.山西農(nóng)業(yè)節(jié)水理論與作物高效用水模式[M].北京:中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社,2003.