不同節(jié)水灌溉方式對(duì)小麥產(chǎn)量及水分利用效率的影響

張潔梅，武繼承，楊永輝，潘曉瑩，王 越，何 方(1. 河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物營(yíng)養(yǎng)與資源環(huán)境研究所，鄭州 450002；2. 農(nóng)業(yè)部作物高效用水科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站，河南 原陽(yáng) 453514)

我國(guó)是世界上13個(gè)貧水國(guó)之一，淡水資源僅占世界總量的8%，人均水資源占有量不足世界水平的25%[1]，水資源短缺形勢(shì)十分嚴(yán)峻。同時(shí)我國(guó)也是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)業(yè)灌溉用水占水資源總量的70%以上[2,3]，但是農(nóng)業(yè)用水中卻存在浪費(fèi)嚴(yán)重問(wèn)題，糧食作物水分利用效率約1.0～1.2 kg/(mm·hm2)，遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家2.3 kg/(mm·hm2)的水平[4]，農(nóng)業(yè)灌溉水的利用率也僅為40%～45%[5]。因此，大力發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)，推廣節(jié)水灌溉，提高農(nóng)業(yè)水資源利用效率尤為重要。

節(jié)水灌溉技術(shù)是比傳統(tǒng)的灌溉技術(shù)明顯節(jié)約用水和高效用水的灌水方法、措施和制度等的總稱(chēng)。目前，對(duì)節(jié)水灌溉技術(shù)的研究報(bào)道已有不少，研究表明，節(jié)水灌溉能夠提高土層土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的含量和大小，培肥土壤[6]，增強(qiáng)表層土壤保水效果，提高土壤含水量[7]，使作物根系集中于表層，更適合作物生長(zhǎng)需要[8]；可以增加冬小麥葉面積指數(shù)，提高葉片光合作用的能力[9,10]，促進(jìn)小麥干物質(zhì)的積累、分配和轉(zhuǎn)運(yùn)[11]，提高小麥穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重，進(jìn)而增加小麥產(chǎn)量，提高水分利用效率[12-15]。但是前人主要是針對(duì)某一種或兩種節(jié)灌技術(shù)的與傳統(tǒng)灌溉的比較研究，而對(duì)多種節(jié)灌技術(shù)之間的進(jìn)一步比較研究還比較少，因此，筆者開(kāi)展了滴灌、微噴灌灌、噴灌以及小白龍四種節(jié)水灌溉方式下小麥灌溉的對(duì)比研究，分析了在不同節(jié)水灌溉方式下小麥耗水量，土壤儲(chǔ)水量，以及小麥生長(zhǎng)發(fā)育特征和節(jié)水性，以期為節(jié)水高效灌溉技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)在通許節(jié)水農(nóng)業(yè)試驗(yàn)示范基地進(jìn)行，海拔62 m。該地區(qū)屬溫暖帶半干旱型氣候，年降水量657.9 mm，其中68.8%集中在6-9月份，年際變化大，地表徑流豐枯年份非常懸殊，常有旱澇災(zāi)害發(fā)生，旱災(zāi)多于澇災(zāi)。試驗(yàn)地土壤屬于潮土類(lèi)兩合土種，肥力均勻，地勢(shì)平坦，耕層有機(jī)質(zhì)11.4 g/kg、全氮0.81 g/kg、堿解氮74.31 mg/kg、速效磷19.8 mg/kg、速效鉀90.3 mg/kg。該區(qū)種植方式為小麥、玉米輪作。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)處理：①采用4 種灌溉技術(shù)即滴灌、微噴灌、噴灌、小白龍，分別用DG、WP、PG、XBL表示；②每種灌溉技術(shù)設(shè)置3個(gè)灌溉水平即灌水量45、90、135 mm，用1、2、3表示，分別于小麥拔節(jié)期和灌漿期分2次平均灌夠所設(shè)的水量。共12個(gè)處理組合，重復(fù)3次。

1.3 試驗(yàn)材料

小麥品種：供試材料為黃淮平原區(qū)廣泛種植的半冬性品種矮抗58。

1.4 數(shù)據(jù)處理

各樣地各指標(biāo)值均為3次重復(fù)的算術(shù)平均值。植株及土樣分析所得的數(shù)據(jù)應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)及相關(guān)的數(shù)理統(tǒng)計(jì)軟件(DPS)進(jìn)行處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同節(jié)水灌溉方式下小麥群體動(dòng)態(tài)變化

由圖1可知，不同處理下小麥群體數(shù)均成先升高再下降的趨勢(shì)，拔節(jié)期群體數(shù)量達(dá)到最大。不同灌溉方式下小麥苗期群體數(shù)基本一致，越冬期時(shí)小麥群體數(shù)量表現(xiàn)出差異，微噴灌群體最高，滴灌次之，返青期后小麥群體數(shù)量均表現(xiàn)為滴灌>微噴灌>噴灌 >小白龍，拔節(jié)期和灌漿期同一灌水處理與小白龍灌溉方式相比，小麥群體數(shù)量除PG-3處理有所減少外，其他各相應(yīng)處理均明顯增加。滴灌、微噴灌和噴灌小麥群體數(shù)較小白龍灌溉方式，拔節(jié)期高12.8%～39.1%、4.1%～18.8%和9.2%～12.4%，灌漿期高4.5%～27.4%、2.1%～10.2%和3.8%～5.7%，說(shuō)明滴灌的效果最好，微噴灌次之，且至灌漿期時(shí)滴灌、微噴灌和噴灌群體數(shù)在灌水90 mm時(shí)最高，小白龍的則是在135 mm時(shí)最高。

圖1 不同節(jié)水灌溉方式對(duì)小麥群體動(dòng)態(tài)的影響Fig.1 Effect of different irrigation technology on dynamics of wheat population

2.2 不同節(jié)水灌溉方式下小麥不同生育時(shí)期土壤儲(chǔ)水量的變化

如圖2顯示，隨著生育期的推進(jìn)土壤儲(chǔ)水量呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。其中越冬期至拔節(jié)期不同節(jié)水灌溉方式各處理下土壤儲(chǔ)水量相對(duì)穩(wěn)定；灌水后表現(xiàn)出差異，抽穗期時(shí)滴灌和微噴灌的儲(chǔ)水量明顯高于小白龍；灌漿期噴灌的儲(chǔ)水量最高而微噴灌的最低；至成熟期時(shí)土壤儲(chǔ)水量表現(xiàn)為滴灌>微噴灌>噴灌>小白龍，與小白龍灌溉相比，滴灌高29.5%～37.8%，微噴灌次之高27.3%～31.2%，噴灌高17.1%～20.6%。

從圖2中還可以看出，相同節(jié)水灌溉方式不同灌水處理之間的土壤儲(chǔ)水量差異不明顯，且土壤儲(chǔ)水量并沒(méi)有隨著灌水量的增加而增加?？梢?jiàn)，滴灌、微噴灌和噴灌較小白龍灌溉方式有利于土壤儲(chǔ)水量提高，滴灌和微噴灌更利于小麥籽粒的形成過(guò)程中水分的消耗。

圖2 不同節(jié)水灌溉方式下小麥不同生育時(shí)期土壤儲(chǔ)水量Fig.2 Water storage capacity under different irrigation technology during various growth stages of wheat

2.3 不同節(jié)水灌溉方式下小麥不同生育階段耗水量的變化

不同節(jié)水灌溉方式下的小麥耗水量如圖3所示。從圖3中可知，在返青-拔節(jié)階段，不同節(jié)水灌溉方式下小麥的耗水量最低；滴灌、噴灌和小白龍?jiān)诎喂?jié)-抽穗階段耗水量最高，微噴灌在抽穗-灌漿階段耗水量最高。從小麥全生育期總耗水量看，不同節(jié)水灌溉方式滴灌的耗水量最少，較小白龍減少6.1%～15.7%，其次是微噴灌減少1.7%～11.0%，噴灌減少1.0%～1.4%，且灌水量90 mm以下時(shí)小麥總耗水量明顯較少。因此，滴灌和微噴灌灌更有效地減少小麥全生育期的無(wú)效蒸發(fā)，但灌水量應(yīng)適宜避免水資源浪費(fèi)。

圖3 不同節(jié)水灌溉方式下小麥耗水特征Fig.3 Characteristics of water consumption under different irrigation technology

2.4 不同節(jié)水灌溉方式對(duì)小麥生長(zhǎng)特征、產(chǎn)量和水分利用效率的影響

不同節(jié)水灌溉方式對(duì)小麥生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量和水分利用效率的影響見(jiàn)表1。由表1可知，小麥株高、穗長(zhǎng)、小穗數(shù)和穗粒數(shù)以滴灌處理下表現(xiàn)較好，其中穗長(zhǎng)、小穗數(shù)和穗粒數(shù)(除滴灌條件下)均基本呈現(xiàn)隨灌水量的增加而增加的趨勢(shì)。不同節(jié)水灌溉方式各處理下小麥千粒重表現(xiàn)為微噴灌>滴灌>噴灌>小白龍，微噴灌、滴灌、噴灌較小白龍分別提高13.2%～19.7%、7.0%～14.7%和1.0%～3.4%，其中，微噴灌以灌水量90 mm時(shí)最高，滴灌、噴灌和小白龍以45 mm最高，在同一節(jié)水灌溉方式下小麥千粒重隨灌水量增加有降低的趨勢(shì)。

表1 不同節(jié)水灌溉方式對(duì)小麥成產(chǎn)因素及水分利用效率的影響Tab.1 Effect of different irrigation technology on main factors of yield and WUE of wheat

表1還可以看出，不同節(jié)水灌溉方式下小麥產(chǎn)量隨灌水量的增加而增加，而水分利用效率則呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)，相同灌水量條件下小麥產(chǎn)量和水分利用效率均表現(xiàn)出滴灌>微噴灌>噴灌>小白龍，滴灌、微噴灌和噴灌與白龍灌溉方式相比，小麥產(chǎn)量分別增加14.1%～20.8%、6.6%～11.4%和1.5%～2.0%，水分利用效率提高了21.8%～28.5%、7.4%～12.9%和9.7%～10.4%，小麥產(chǎn)量在滴灌135 mm處理下最高，而水分利用效率以滴灌90 mm處理為最高。

3 結(jié) 語(yǔ)

拔節(jié)期和灌漿期是決定小麥群體數(shù)和籽粒充實(shí)度的兩個(gè)關(guān)鍵時(shí)期，此時(shí)的水分補(bǔ)充及土壤的儲(chǔ)水能力十分重要，有研究表明，為冬小麥生長(zhǎng)提供水分的主要是0～130 cm土層[16]。但隨灌水量的增加，小麥總耗水量顯著增加，灌水利用效率顯著降低[17]，減少了降水和土壤供水占總耗水量的比例，增加了灌溉水占總耗水量的比例[18,19]。筆者研究發(fā)現(xiàn)，灌水后不同處理的小麥各生育時(shí)期0～100 cm的土壤儲(chǔ)水量和耗水量變化較大，而到收獲時(shí)土壤儲(chǔ)水量表現(xiàn)為滴灌>微噴灌>噴灌>小白龍，4種節(jié)灌方式下小麥總耗水量均隨著灌水量增加而增加，且滴灌和微噴灌下耗水量較少。說(shuō)明，滴灌和微噴灌節(jié)灌方式更有利于減少小麥全生育期的無(wú)效蒸發(fā)和耗水量。

已有研究表明，產(chǎn)量和灌水量呈拋物線的關(guān)系，即隨著灌水量的增加，產(chǎn)量先增加后下降或保持穩(wěn)定[20,21]，適度的水分脅迫可以提高小麥的水分利用效率[17,22]。本研究中，小麥產(chǎn)量隨灌水量增加而增加，但當(dāng)灌水量在90 mm以上時(shí)小麥產(chǎn)量增加緩慢基本趨于穩(wěn)定，而水分利用效率隨灌水量的增加而降低，水分利用效率在45 mm時(shí)最高。不同節(jié)水灌溉相同處理?xiàng)l件下，滴灌的節(jié)水性最好，微噴灌次之，產(chǎn)量和水分利用效率均表現(xiàn)為滴灌>微噴灌>噴灌>小白，產(chǎn)量在滴灌方式下灌水135 mm時(shí)最高，水分利用效率在滴灌方式下灌水45 mm時(shí)最高。

小麥穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重在不同節(jié)水灌溉方式下有較明顯的變化，在小白龍灌溉方式下均最差，群體數(shù)和穗粒數(shù)在滴灌下最佳，微噴灌方式下千粒重明顯高于其他處理，滴灌次之。而楊具瑞等[23]研究表明不同節(jié)水灌溉技術(shù)間小麥穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重變化不明顯。這可能是因?yàn)檠芯康赜虻牟町悺４送鈬姽鄺l件下小麥株高最高。在滴灌條件下小麥穗長(zhǎng)和小穗數(shù)均表現(xiàn)較佳，但隨灌水量的增加會(huì)使小麥的千粒重有所降低，這與張志山等[24]的研究結(jié)果一致。

綜上，灌水對(duì)土壤儲(chǔ)水量的變化影響較小，小麥田間耗水量隨灌水量的增加而增加，水分利用效率隨灌水量的增加而降低；滴灌和微噴灌的節(jié)水增產(chǎn)效果優(yōu)于噴灌和小白龍，而小白龍的節(jié)灌效果相對(duì)較差；同一灌溉方式下，以灌水45 mm的水分利用率最高，產(chǎn)量以灌溉135 mm最高。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)實(shí)際降雨情況適當(dāng)調(diào)整灌溉水量，實(shí)現(xiàn)節(jié)本增效。

[1] 李慶朝. 節(jié)水灌溉與我國(guó)糧食生產(chǎn)[J]. 河北農(nóng)業(yè)科學(xué), 2010,14 (6):123 -124.

[2] 逄煥成. 我國(guó)節(jié)水灌溉技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)分析[J]. 中國(guó)土壤與肥料, 2006,(5):1-6.

[3] 武繼承, 楊稚娟, 何 方, 等. 試論河南省旱地節(jié)水農(nóng)業(yè)發(fā)展的有效途徑[J]. 河南農(nóng)業(yè)科學(xué), 2006,(1):5-8.

[4] 董寶娣, 張正斌, 劉孟雨. 小麥不同品種的水分利用特性及對(duì)灌溉制度的響應(yīng)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2007,23(9):27-33.

[5] 黃修橋, 王景雷. 河南省節(jié)水潛力及實(shí)施半旱地農(nóng)業(yè)可行性研究[J]. 中國(guó)工程科學(xué)， 2012,14(3):46-52.

[6] 袁德玲, 張玉龍, 唐首鋒, 等. 不同灌溉方式對(duì)保護(hù)地土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的影響[J]. 水土保持學(xué)報(bào), 2009,23(3):125-128,134.

[7] 陳 靜, 王迎春, 李 虎, 等. 滴灌施肥對(duì)免耕冬小麥水分利用及產(chǎn)量的影響[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2014,47(10):1 966-1 975.

[8] 高 鷺, 胡春勝, 陳素英. 噴灌條件下冬小麥根系分布于土壤水分的關(guān)系[J]. 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2006,27(1):5-8.

[9] Xue Q, Zhu Z, Musick J T. Root growth and water uptake in winter wheat under deficit irrigation[J]. Plant and Soil, 2003,257(1):151-161.

[10] 董志強(qiáng), 張麗華, 呂麗華, 等. 不同灌溉方式對(duì)冬小麥光合速率及產(chǎn)量的影響[J]. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究, 2015,33(6):1-7.

[11] 姚素梅, 康躍虎, 呂國(guó)華, 等. 噴灌與地面灌溉條件下冬小麥籽粒灌漿過(guò)程特征分析[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2011,27(7):13-17.

[12] 李建民, 周殿璽, 王 璞, 等. 冬小麥水肥高效利用栽培技術(shù)原理[M]. 北京: 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社, 2000.

[13] 王 東, 徐學(xué)欣, 張洪波, 等. 微噴帶灌溉對(duì)小麥灌漿期冠層溫濕度變化和粒重的影響[J]. 作物學(xué)報(bào), 2015,41(10):1 564-1 574.

[14] 杜文勇, 何雄奎, 胡振方, 等. 不同灌溉技術(shù)條件對(duì)冬小麥生產(chǎn)的影響[J]. 排灌機(jī)械工程學(xué)報(bào), 2011,29(2):170-174.

[15] Dogan E, Kirnak H, Dogan Z. Effect of varying the distance of collectors below a sprinkler head and travel speed on measurements of mean water depth and uniformity for a linear move irrigation sprinkler system[J]. Biosystems Engineering, 2008,99(2):190-195.

[16] 李建民, 王 璞, 周殿璽, 等. 冬小麥灌溉制度對(duì)土壤貯水利用率的影響[J]. 生態(tài)農(nóng)業(yè)研究, 1999,7(1):54-57.

[17] 鄭成巖, 于振文, 馬興華, 等. 高產(chǎn)小麥耗水特性及干物質(zhì)的積累與分配[J]. 作物學(xué)報(bào), 2008,34(8):1 450-1 458.

[18] 王淑芬, 張喜英, 裴 冬. 不同供水條件對(duì)冬小麥根系分布、產(chǎn)量及水分利用效率的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2006,22(2):27-32.

[19] 閆學(xué)梅, 于振文, 張永麗, 等. 不同小麥品種耗水特性和籽粒產(chǎn)量的差異[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2011,22(3):694-700.

[20] 張忠學(xué), 于貴瑞. 不同灌水處理對(duì)冬小麥生長(zhǎng)及水分利用效率的影響[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2003,22(2):1-4.

[21] 位國(guó)峰, 劉義國(guó), 姜 雯, 等. 不 同滴灌制度對(duì)冬小麥光合特性及水分利用效率的影響[J]. 華北農(nóng)學(xué)報(bào), 2013,28(5):149-156.

[22] Panda R K, Behera S K, Kashyap P S. Effective management of irrigation water for wheat under stressed conditions[J]. Agricultural Water Management, 2003,63(1):37-56.

[23] 楊具瑞, 方 鐸, 賈 曄, 等. 不同節(jié)水灌溉技術(shù)的節(jié)水機(jī)理試驗(yàn)研究[J]. 中國(guó)農(nóng)村水利水電, 2003,(6):66-68.

[24] 張志山, 李新榮, 藺海明, 等. 集雨微灌對(duì)春小麥產(chǎn)量灌漿和水分利用效率的影響[J]. 蘭州大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2003,39(6):85-89.