不同土層測墑補灌對小麥耗水特性和產量的影響

郭增江+于振文

摘要：大田條件下，設置5個試驗處理，即：小麥拔節期和開花期各灌溉60 mm （W1）；拔節期和開花期測定0～20 cm（W2）、0～40 cm（W3）和0～60 cm （W4）土層土壤含水量，并補灌至土壤相對含水量為70%；全生育期不灌溉（W0）；以此研究不同土層測墑補灌對小麥耗水特性和產量的影響。結果表明：土壤貯水消耗量為W3>W1>W2、W4>W0，60～140 cm土層貯水消耗量W3處理最高；W3的籽粒產量最高，其水分利用效率高于W0和W4處理。這表明依據0～40 cm土層含水量測墑補灌拔節期和開花期目標相對含水量為70%的W3處理達到節水高產的效果。

關鍵詞：小麥；測墑補灌；土壤貯水消耗量；籽粒產量

中圖分類號：S512.1+1文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2014）09-0034-05

黃淮海地區水資源總量僅為1 500.2×108 m3[1]，水資源短缺成為限制該地區小麥生產的關鍵因素。在小麥越冬期和拔節期各灌水75 mm條件下，籽粒產量較越冬期灌溉75 mm的處理高2 068.7 kg·hm-2[2]。研究指出，小麥拔節期和抽穗期分別灌溉60 mm較拔節、抽穗和灌漿期各灌溉40 mm處理的籽粒產量高269.0 g·m-2[3]。亦有研究指出，拔節期和開花期是小麥關鍵需水時期，各灌溉60 mm其水分利用效率與拔節、開花和灌漿期各灌溉40 mm的處理相比高0.16 kg·m-3[4]。前人研究多采用定量灌溉方法，本試驗設計依據不同土層土壤含水量進行測墑補灌，研究其對小麥耗水特性和產量的影響，并與常規定量灌溉方法相比較，旨在為創建小麥高產節水栽培技術提供理論依據。

1材料與方法

1.1試驗地概況

2011-2012、2012-2013年度在山東兗州小孟鎮史王村大田（35°40′N，116°41′E）進行小麥田間試驗。土壤質地為壤土。2011-2012年度播種前試驗田0～20 cm土層有機質含量為1.4%、全氮0.1%、堿解氮142.3 mg·kg-1、速效磷31.0 mg·kg-1和速效鉀112.6 mg·kg-1。小麥生育期間降水量為183 mm。2012-2013年度播種前試驗田0～20 cm土層有機質含量為1.4%、全氮0.1%、堿解氮143.6 mg·kg-1、速效磷34.5 mg·kg-1和速效鉀118.5 mg·kg-1。小麥生育期間降水量為238 mm。試驗田0～60 cm土層的田間持水量和容重見表1。

1.2試驗設計

試驗設置5個處理，即：分別于小麥拔節期和開花期灌溉60 mm （W1）；測定0～20 cm（W2）、0～40 cm（W3）、0～60 cm（W4）土層土壤含水量，并補充灌溉至土壤相對含水量為70%；全生育期不灌溉（W0）。于拔節期和開花期灌水前測墑計算補充灌水量，灌水3天后取土測定實際土壤含水量。灌水量計算公式為：

M=10γH（βi-βj）[5]

式中：M為灌水量（mm），H為土壤計劃濕潤層的深度（cm），γ為計劃濕潤層的土壤容重（g·cm-3），βi為目標含水量（田間持水量乘以目標相對含水量），βj為灌溉前土壤含水量。用水表計量實際灌水量。

供試小麥品種為濟麥22。小區面積4 m×4 m=16 m2，隨機區組排列，重復3次，小區之間留1.5 m寬隔離區，并播種小麥。播種前每公頃底施純氮105 kg、P2O5和K2O各150 kg，拔節期每公頃開溝追施純氮135 kg；肥料種類為尿素、磷酸二銨和氯化鉀。分別于2011年10月12日和2012年10月9日播種，2012年6月12日和2013年6月14日收獲。三葉期定苗，留苗密度為180株·m-2。其它管理措施同一般高產田。

2011-2012、2012-2013年度，測得土壤相對含水量與目標相對含水量的平均相對偏差分別為1.7%和2.4% （表1），表明本試驗中采取測墑補灌方法能夠達到預期設計的目標相對含水量。

1.3測定項目與方法

1.3.1土壤含水量的測定用土鉆取0～200 cm土層的鮮土，每20 cm為一層，將土樣立即裝入鋁盒，稱重，105℃烘干至恒重，計算土壤質量含水量和土壤相對含水量。

土壤質量含水量（%）=（土壤鮮土質量-土壤干土質量）/土壤干土質量×100

土壤相對含水量（%）=土壤質量含水量/田間持水量×100

1.3.2土壤貯水消耗量的計算采用測定土壤含水量計算土壤貯水消耗量的方法[6]，公式為：

ΔS=∑ni=1γiHi（θi1-θi2）

式中：ΔS為土壤貯水消耗量（mm）；i為土層編號；n為總土層數；γi為第i層土壤容重（g·cm-3）；Hi為第i層土壤厚度（cm）；θi1和θi2分別為第i層土壤時段初和時段末的含水量，以占干土重的百分數計（%）。

1.3.3農田耗水量的計算根據水分平衡法計算小麥全生育期耗水量[6]，公式為：

式中：ET為農田耗水量（mm）；ΔS為小麥生育期土壤貯水消耗量（mm）；M為灌水量（mm）；P為降水量（mm）；K為時段內的地下水補給量（mm），當地下水埋深大于2.5 m時，K值可以不計。本試驗的地下水埋深在6 m以下[7]，因此無地下水補給。

1.3.4水分利用效率和灌溉效益的計算根據參考文獻[8，9]的方法計算：水分利用效率=籽粒產量/全生育期耗水量；灌溉效益=灌溉后增加的產量/灌水量。

1.4數據處理

采用Sigma Plot 10.0軟件作圖，DPS 7.05 統計分析軟件進行差異顯著性檢驗。

2結果與分析

2.1不同處理對麥田耗水來源及其占總耗水量比例的影響

由表2可知，2011-2012生長季，W1的灌溉量最高，土壤貯水消耗量為W3>W1>W2、W4，總耗水量為W1>W3、W4>W2>W0，土壤貯水消耗量占總耗水量的比例為W0、W2、W3>W1、W4。W3的灌水量顯著低于W1處理，灌水量少57.7 mm，土壤貯水消耗量顯著高于W1處理，表明依據0～40 cm土層土壤含水量測墑補灌有利于提高土壤貯水消耗量，節省灌溉量，優于定量灌溉60 mm的處理。2012-2013生長季，灌溉量為W4>W1、W3>W2，土壤貯水消耗量為W0、W3>W1>W2>W4，W3的總耗水量最高，土壤貯水消耗量占總耗水量的比例為W0>W1、W2、W3>W4，降水量和土壤貯水消耗量占總耗水量的比例W1與W3間無顯著差異。

2.2不同處理對成熟期土壤相對含水量的影響

由圖1可知，2011-2012生長季，成熟期土壤相對含水量0～20 cm土層各處理間無顯著差異，60～140 cm土層為W4>W0、W1、W2>W3，該土層平均土壤相對含水量W1、W2、W3和W4分別為62.0%、61.1%、54.8%和70.8%，W3較W1處理低7.2%。表明依據0～40 cm土層土壤含水量測墑補灌對土壤貯水的消耗較定量灌溉60 mm處理高。2012-2013生長季，0～40 cm土層土壤相對含水量各處理間無顯著差異，60～160 cm土層為W0、W2、W4>W1、W3。成熟期土壤相對含水量W1與W3間無顯著差異，均低于W2和W4處理。

2.3不同處理對0～200 cm土層土壤貯水消耗量的影響

由圖2可知，2011-2012生長季，土壤貯水消耗量60～140 cm土層為W3>W0、W1、W2>W4，160～200 cm土層為W2、W3、W4>W0、W1，表明依據0～40 cm土層土壤含水量測墑補灌對土壤貯水的消耗高于定量灌溉60 mm的處理，促進了小麥對土壤水的利用，有利于騰出土壤貯水容積，提高降水接納量。2012-2013生長季，土壤貯水消耗量0～40 cm土層各處理間無顯著差異，60～140 cm土層為W1、W3>W0、W2>W4。

2.4不同處理對籽粒產量和水分利用效率的影響

由表3可知，2011-2012生長季，籽粒產量為W3>W1、W4>W2>W0，水分利用效率和灌溉效益為W3>W2>W4>W1；W3比W1處理顯著增產，水分利用效率和灌溉效益最高。表明依據0～40 cm土層測墑補灌較定量灌溉60 mm處理有利于提高籽粒產量和水分利用效率。2012-2013生長季，籽粒產量為W3>W1>W4>W2>W0，水分利用效率為W1、W2、W3>W4>W0，灌溉效益為W2、W3>W1>W4，W3的灌溉效益顯著高于W1處理。

3討論與結論

前人研究表明，小麥越冬期和拔節期各灌溉60 mm，其0～200 cm土層土壤貯水消耗量比越冬、返青、拔節、開花和灌漿期灌溉5水的處理高77.9 mm[10]。生育期灌溉量由247.9 mm增至404.8 mm，土壤貯水消耗量從82.9 mm降至42.2 mm[11]。亦有研究指出，拔節期灌溉75 mm其土壤貯水耗水量較起身、孕穗和灌漿期各灌溉75 mm的處理高79.1 mm[12]。在耗水構成中，小麥生育期不灌溉、拔節期灌溉1水和拔節與開花期灌溉2水，每次灌溉75 mm，其土壤貯水消耗量占總耗水量的比例分別為66.7%、49.2%和37.8%[13]。本試驗條件下，W3的灌水量顯著低于W1處理，60～140 cm土層土壤貯水消耗量最高。表明依據0～40 cm土層土壤含水量測墑補灌，有利于騰出土壤貯水容積，提高降水接納量，節省灌溉量，優于定量灌溉60 mm的處理。

陜西關中灌區，小麥越冬期和拔節期各灌溉75 mm，其開花后干物質同化量比越冬期灌溉75 mm的處理高19.8%，并獲得最高籽粒產量，為9 210.9 kg·hm-2 [2]。河北山前沖積平原地區，拔節期灌溉70 mm促進了花后土壤水的利用，較底墑灌溉70 mm的處理增產21.6%，其水分利用效率為18.0 kg·hm-2 ·mm-1[14]。亦有研究指出，華北平原地區小麥拔節期灌溉60 mm的水分利用效率比拔節和開花期各灌溉60 mm的處理高4.3 kg·hm-2·mm-1；灌溉量由320 mm增至510 mm，水分利用效率從20.0 kg·hm-2·mm-1降至12.0 kg·hm-2·mm-1，增加灌溉量水分利用效率降低[15]。本試驗2011-2012年度，W3的籽粒產量、水分利用效率和灌溉效益顯著高于W1處理；2012-2013年度，W3與W1處理的籽粒產量和水分利用效率無顯著差異，灌溉效益顯著高于W1處理。表明小麥拔節和開花期目標土壤相對含水量分別為70%，依據0～40 cm土層土壤含水量測墑補灌是獲得高產和高水分利用效率的最優灌溉處理。

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