灌水延遲對冬小麥產量及水分利用效率的影響研究

褚桂紅，李粉嬋

(山西省水利水電科學研究院，太原 030002)

水分脅迫是影響農業生產最主要的環境因素[1]，在所有氣象災害中，旱災和洪災對我國農業生產造成的損失高達70%～85%[2]，干旱對農業生產造成的威脅比洪澇更為嚴峻，是制約農業發展和糧食安全的首要因素。在冬小麥-夏玉米一年兩作的半干旱區，年降雨量的60%～70%集中在玉米生長季，冬小麥整個生育期降水僅能滿足總耗水的25%～30%[3]，降水規律與作物生長需水要求不相適應，致使灌溉在農業生產中顯得至關重要。但面對頻頻告急的全國用水形勢，農業灌溉所面臨的用水危機更加嚴峻，充分供水的灌溉制度已愈來愈難以實現，如何根據冬小麥的生長發育規律，對其實行非充分灌溉已得到越來越多學者的關注[4-6]，但以往的研究多集中在如何對水分和養分進行綜合調控和一體化管理等方面[7-9]，而對冬小麥關鍵生育期灌水延遲對其產量和水分利用效率的影響則鮮有報道。本文以半干旱區冬小麥為研究對象，通過試驗觀測灌水延遲對其產量及水分利用效率的影響，從而探索出冬小麥水分利用的最佳途徑，為該區冬小麥灌溉管理提供科學依據。

1 試驗方案設計

1.1 試驗地點

試驗于2011-2014年在汾西水利管理局灌溉試驗站進行，該站位于山西省臨汾市堯都區劉村鎮東宜村西，地理位置在東經111°18′38″，北緯36°06′00″，海拔449.00 m，引用龍子祠泉水和試驗站井水灌溉。試驗田屬于中壤土，平均干容重1.42 g/cm3，田間持水率25.7%，地下水埋深3 m以下，0～100 cm及0～160 cm土壤肥力情況見表1。試驗區多年平均氣溫12.1 ℃，降雨量486.7 mm，蒸發量1 568 mm，屬溫帶大陸性半干旱氣候類型。耕作制度為冬小麥-夏玉米一年兩作，管理水平較高。

表1 臨汾市灌溉試驗站土壤肥力本底值

1.2 試驗方案

試驗根據臨汾市灌溉試驗站當地降水量和作物需水量情況，并參考以往的試驗研究成果，確定了2012-2014年冬小麥灌溉試驗方案。試驗共設5個處理，處理1是按照非充分灌溉預報方法預報的時間和量進行灌水，稱為優化灌水處理；針對優化灌水處理中的3次灌水(越冬、拔節、灌漿)相應地設置一個延遲灌水處理，即令對照處理中該次灌水時間較優化處理的灌水時間延后20 d，以ΔT(ΔT=20 d)表示，分別設為處理2、處理3和處理4；處理5為全生育期不灌水不追肥處理。

1.3 小區布設

試驗小區次灌水量750 m3/hm2，冬小麥整個生育期灌水量2 250 m3/hm2，由于連續兩個年度冬小麥在灌漿期降水量達到了40 mm以上，因此以上兩個年度在冬小麥整個生育期只灌了2次水，分別是冬澆水和拔節水，灌水量為150 mm。試驗小區采用畦灌，3次重復，畦幅規格20 m×3.3 m=66 m2，底肥施復合肥，追肥施尿素，2012-2013年小麥品種為臨汾118號，下種300 kg/hm2，2013-2014年小麥品種為良星99號，下種262.5 kg/hm2；氣象資料采用臨汾市灌溉試驗站氣象站測定結果。上述2年小麥生育期的平均降水量就冬小麥整個生育期而言，2012-2013年度為枯水年，2013-2014年為豐水年。

2 結果分析

2.1 灌水延遲對冬小麥產量的影響分析

冬小麥2012-2014年度各處理平均產量見表1，通過試驗觀測，不同降水年型下，冬小麥關鍵生育期灌水延遲，對冬小麥產量和水分利用率均會產生影響。枯水年份(2012-2013年)，除處理5外，處理4與處理2、3之間產量有顯著差異，處理4產量最高，水分利用效率處理3最低且與其他各處理存在顯著差異；豐水年份(2013-2014年)，除處理5外，各處理產量差異均不顯著，處理3水分利用效率最高，與其他各處理均存在顯著差異。因此，冬澆水延遲20 d灌溉，與優化灌溉處理相比，產量與水分利用率均無顯著差異；拔節水延遲20 d灌溉，產量無顯著差異，但枯水年會顯著降低水分利用率，豐水年會顯著提高水分利用效率；灌漿水延遲20 d灌溉，枯水年會顯著提高產量，但水分利用效率差異不顯著，豐水年產量與水分利用效率差異均不顯著。通過試驗得出，在灌水量相同的情況下，各處理因灌水時間的差異導致了不同的產量和水分利用效率，說明冬小麥最優灌水方式的存在和各生育期對水分狀況反應差異的存在[10]。

處理5全生育期內不灌水，對其產量和水分利用效率均會產生顯著影響，處理5與處理1相比，枯水年耗水量降低了25.2%，產量降低了49.8%；豐水年耗水量降低了19.3%，產量降低了30.9%，說明灌水有成倍的增產效果。連續兩年的試驗，處理5消耗的土壤水均最大，說明當水資源不足時，可適當減少冬小麥生育期的灌水次數和灌水量，有利于促進根系對深層土壤水分的吸收，促進根系下扎[8]，特別是在小麥生育后期表土干旱的情況下對作物產量的形成非常重要。

表2 不同灌水處理下冬小麥耗水量、產量和水分利用效率

注：同一列中不同字母表示不同灌水處理產量達到0.05或0.01顯著差異水平，字母相同表無顯著差異。

產量、水分利用效率與耗水量是目前研究較多的一個層次，從圖1、圖2及表2可以看出，冬小麥產量和水分利用效率與整個生育期總耗水量間均呈二次曲線關系。2012-2013年冬小麥整個生長季降水量僅129.1 mm，在這種干旱年型下，灌水的4個處理產量明顯高于處理5，其中處理4的產量最高，處理2的水分利用效率最高，但與處理4的水分利用效率相差不大，可見，枯水年份，將冬小麥灌漿水延遲20 d灌溉，可獲得適宜的產量和較高的水分利用效率。豐水年，處理3產量與水分利用效率均最高，且明顯高于不灌水的處理5和其他處理，可見，豐水年份，將冬小麥拔節水延遲20 d灌溉，從產量和水分利用效率方面都是較為優化的灌溉方式。

圖1 冬小麥產量與耗水量關系

圖2 冬小麥水分利用效率與耗水量關系

3 結 語

(1)冬小麥產量和水分利用效率與總耗水量間均呈二次拋物線關系。在灌水和降水相同的情況下，除處理5外，枯水年份，處理4與處理2、3之間產量存在顯著差異，處理4產量最高，處理3水分利用效率最低；豐水年份，各處理產量差異均不顯著，處理3水分利用效率最高。

(2)枯水年份，將冬小麥灌漿水延后20 d灌溉，可獲得適宜的產量和較高的水分利用效率；豐水年份，將拔節水延后20 d灌溉，從產量和水分利用效率方面都是較為優化的灌溉方式。

(3)處理5耗水量、產量、水分生產率均偏低，說明不灌水會顯著降低冬小麥產量和水分利用效率，說明灌溉對冬小麥產量和水分利用效率有倍增效應。

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