水分脅迫對冬小麥耗水量及產量的影響研究

楊麗霞，王仰仁

(1.山西省水利水電科學研究院，山西 太原 030002;2.天津農學院，天津，300384)

我國是一個水資源短缺、旱災頻繁的國家，人均水資源占有量只有2 500 m3，約為世界人均量的1/4，已經被聯合國列為13個貧水國家之一。干旱是我國農業生產的最大威脅，農田灌溉用水尤其是北方地區的農田灌溉用水常因水資源匱乏而不能滿足農作物的正常需水要求。研究作物的需水規律及其對產量的影響對于節水灌溉與灌溉預報具有重要的現實意義。

冬小麥是山西省臨汾市重要的經濟作物，是該地區的支柱產業之一。研究表明，小麥產量受土壤水分脅迫的影響，灌溉是小麥高產的重要保證。根據山西省科技攻關項目的要求，結合山西省臨汾地區冬小麥種植情況，在山西省臨汾市進行了本試驗。通過試驗，研究了不同灌溉處理對小麥各生育階段0～160 cm土層含水率的動態變化和耗水特性的影響，研究灌水時間和灌水量及施肥量對土壤水分變化動態、對冬小麥蒸發蒸騰規律和產量的影響，探索適合當地條件下冬小麥實時灌溉預報方法。

1 試驗概況

1.1 試驗點基本情況

試驗點位于臨汾市堯都區劉村鎮東宜村西，海拔高程449.00 m，該地所屬氣候為大陸性半干旱類型。多年平均氣溫為12.1℃，降雨量為486.7 mm左右，蒸發量(20 cm口徑)為1 568 mm。耕作制度為冬小麥－夏玉米一年兩作，施肥管理水平較高。引用龍子祠泉水和試驗田水井灌溉，灌溉條件優越，中壤土，肥力中等，0～100 cm土壤平均干容重1.42 g/cm3，田間持水率 25.7% 。

1.2 處理設計

根據冬小麥生長發育規律，把冬小麥整個生育期劃分為播種～越冬、越冬～返青、返青～拔節、拔節 ～抽穗、抽穗～灌漿、灌漿～收獲六個生育階段。田間試驗根據灌水次數與施肥水平設置處理，實施過程中每次灌水定額采用固定值，取灌水定額為750 m3/hm2。可供灌水次數為不灌水、灌水1次、灌水2次與灌水3次，施肥水平分為當地施肥水平、高于與低于當地施肥水平50%，施肥量分別為750 kg/hm2、1 125 kg/hm2與375 kg/hm2。處理1、處理2和處理3，灌水均為1次，灌水量均為75 mm，當地施肥水平，僅灌水時間不同;處理4、處理5、處理6、處理9與處理10，灌水均為2次，灌水量均為150 mm，施肥水平不同;處理7灌水3次，灌水量為225 mm，當地施肥水平;處理8為對照處理，全生育期不灌水、不施肥。處理數共計10個。田間處理設計及實施結果見表1。每個處理重復3次，共有30個小區。設置每個小區長20 m，寬3.3 m。試驗田周圍設有5 m的保護區。

表1 田間處理設計及灌水實施結果表

1.3 測試內容與方法

(1)灌水量觀測及方法:按試驗處理設計的灌水方案進行灌水，灌水量用水表觀測計量。

(2)土壤含水量觀測:采用取土烘干稱重法測定，測定深度160 cm，共分8個測定段，在土層20～160 cm深度，每20 cm土層取一樣，最后用加權平均法分別計算0～100cm、100～160 cm土體的含水量。觀測時間為15天一次，在灌水前后和降雨后(＞30 mm)加測。

(3)土壤養分測定:硝態氮 N、P、K含量，有機質、全氮、全磷和全鉀，采用室內常規測試方法。

(4)氣象條件:觀測與試驗同期的氣象要素有:最高溫度、最低溫度、濕度、水面蒸發量(20 cm蒸發皿)和降雨量5項，其他氣象要素如日照、風速等采用市氣象站逐日值。

(5)考種測產:作物收獲測定畝穗數、穗長、穗粒數、千粒重等性狀，并單打單收測定實際產量。

(6)其余觀測項目按照灌溉試驗規范要求測試。如病蟲害治理方法、農藥名稱、肥料名稱等。

2 結果與分析

2.1 作物耗水量計算

作物全生育期耗水量是指作物通過蒸發和蒸騰從土壤中損失的水分，即通過蒸散損失的水分。作物耗水量計算公式為:

式中:ET為階段耗水量，mm;i為土層編號;n為總土層數;Yi為第 i層土壤干容重，g/cm3;Hi為第 i層土壤厚度，mm;θi1和為第i層土壤時段初和時段末的含水率;M為時段內的灌水量，mm;P為時段內的降雨量，mm;K為時段內的地下水補給量，mm。試驗區的地下水位常年在地表5m以下，因此K值忽略不計。

表2 不同處理各生育期不同深度范圍內平均含水率

2.2 不同灌水模式冬小麥耗水情況

試驗灌水水源為水井，水井深度約30 m，采用管道輸水灌溉，試驗期間灌水量和灌水次數、施肥量及施肥次數均嚴格按照試驗方案進行。測得冬小麥不同處理各土層的土壤含水率、養分、干物質等資料，表2給出了不同處理各生育期0～100 cm、100～160 cm土層土壤含水量，按照公式(1)計算不同處理全生育期的土壤供水量及耗水量，表3給出了不同處理模式對耗水量及產量影響表。

由表3可見，在同樣的灌水施肥條件下，耗水量差異不大，處理2灌拔節水較處理1、3灌冬澆水與灌漿水可增產達14.4%;處理4較處理5、處理6耗水量增大，產量增高在10.7～17.5之間，說明這種灌2水模式(也即冬澆水與拔節水)較其它的灌水模式更適合于當地灌水的情況;處理4、處理9與處理10，灌水模式相同，只是施肥水平不同，耗水量與產量變化不明顯，增產1.3～3.5%。處理7產量與耗水量均有明顯的增高。試驗表明，在同樣的灌水條件下，施肥量對耗水量與產量影響不大，灌水量是冬小麥高產的關鍵因素。

2.3 不同灌水模式的水分利用率情況

冬小麥收獲后分別測定每個小區產量、理論產量、千粒重、穗粒數、每公頃穗數。分別于越冬、拔節、灌漿期用水表測定各處理的灌水量。

表3 不同灌水模式對耗水量及產量影響表

水分利用效率(WUE)是用來描述作物生長量與水分利用狀況之間關系的指標。本研究用籽粒產量(Y)與作物生育期總耗水量(ET)的比值表示水分利用效率，

見式(2)。

用這一公式可以評價不同灌水水平的水分有效利用程度的影響。水分利用效率計算結果見圖1。

圖1 不同處理冬小麥水分利用率圖

結果表明，同樣施肥情況下，處理4水分利用效率較高，高于灌1水的處理1、2、3，高于灌3水的處理7。增加灌水量，其水分利用效率先增加后降低。同樣灌水條件下，處理4與處理9、處理10水分利用效率相差不大，說明當地施肥水平較為合理，過高或過低與當地施肥水平對水分利用效率影響不大，產量還降低。

同時增加灌水量和施肥量的條件下，其水分利用效率先增加后降低。處理8的水分利用效率為0.92 kg/m3，處理1、2與3的水分利用效率為1.08 kg/m3，處理4、5、6的水分利用效率為1.14 kg/m3，處理7的水分利用效率為1.10，處理4比處理8的水分利用效率增加了0.26 kg/m3，而處理7比處理4的水分利用效率降低了0.08 kg/m3。其原因是在灌水量與施肥量較小時，增加施肥量和灌水量，有明顯增產，可提高水分利用效率;在灌水量較大時，再增加灌水量，增產幅度不大，因而水分利用效率明顯降低。從圖1也明顯看出，處理4水分利用效率最高。

3 結論與展望

(1)本研究中各處理設計灌水次數與時間與當地灌水習慣吻合，冬小麥的產量和理論產量基本吻合，表明灌溉預報具有較大的增產潛力。

(2)本試驗結果表明，當地灌水施肥水平的處理，其水分的利用效率最高，產量也較高。即灌水2次，灌水時間為越冬水、拔節水，灌水定額為50 mm;施肥750 kg/hm2，其中，底肥為復合肥600 kg/hm2，追肥為尿素150 kg/hm2(隨拔節水追肥)，該處理可以作為冬小麥適宜的灌溉施肥處理模式，其灌水施肥方案對類似地區具有一定指導意義。

(3)在降水量為146.4 mm的條件下，全生育期灌水3次，灌水定額75 mm，灌溉定額225 mm，可實現高產高效的目的。

(4)冬小麥在當地氣候、土壤及栽培模式下，一般年份，隨著灌水量的增加，冬小麥的耗水量在增加，相應地產量也在增加，灌3水模式全生育期的耗水量與產量最大。施肥量增大或減少對冬小麥的產量與耗水量影響不大。

(5)本試驗最高灌水量為225 mm。全生育期的耗水量在277～515 mm之間。不同灌水模式每次灌水時間的確定還需要進一步研究確定，以達到準確預報的效果，更有利于水分利用效率的提高。對干旱少雨年份，對于提高灌水量，產量是否能夠進一步提高還需要做進一步研究。

［1］王仰仁，孫小平.山西農業節水理論與作物高效用水模式［M］.北京:中國科學技術出版社，2003.

［2］韓娜娜，王仰仁，孫書洪等.灌水量對冬小麥耗水量與產量影響的試驗研究［J］.節水灌溉，2010，(4):4－7.

［3］段愛旺，孫景生，劉鈺等，北方地區主要農作物灌溉用水定額［M］.北京:中國農業科學技術出版社，2004.52－80