非充分灌溉對(duì)冬小麥產(chǎn)量及水分利用效率影響研究

褚桂紅，楊麗霞(山西省水利水電科學(xué)研究院，太原 030002)

近年來(lái)，面對(duì)頻頻告急的全國(guó)用水形勢(shì)，農(nóng)業(yè)灌溉所面臨的用水危機(jī)更加嚴(yán)峻，充分供水的灌溉制度已愈來(lái)愈難以實(shí)現(xiàn)。在半干旱區(qū)，雖然氣溫、日照和土壤肥力等條件良好，但降水量短缺，限制了其他因素的發(fā)揮，冬小麥產(chǎn)量在很大程度上取決于水分這個(gè)最低量因素[1]。如何根據(jù)冬小麥的生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律，在確保合理產(chǎn)量的同時(shí)有目的的實(shí)行非充分灌溉，使其在某個(gè)生育階段經(jīng)受水分脅迫，達(dá)到節(jié)水增產(chǎn)的目的，已成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)[2-6]。本文針對(duì)半干旱區(qū)冬小麥生育期灌水次數(shù)多、水分利用效率低等實(shí)際情況，以非充分灌溉理論為基礎(chǔ)，研究冬小麥關(guān)鍵生育期水分脅迫對(duì)其生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量及水分利用效率的影響，為揭示作物高效用水機(jī)制提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)于2009-2010年在汾西水利管理局灌溉試驗(yàn)站進(jìn)行，試驗(yàn)站位于山西省臨汾市堯都區(qū)劉村鎮(zhèn)東宜村西，地理位置在東經(jīng)111°18′38″，北緯36°06′00″，海拔449.00 m，引用龍子祠泉水和試驗(yàn)站井水灌溉，灌溉條件優(yōu)越。試驗(yàn)田屬于中壤土，土壤平均干密度1.42 g/cm3，田間持水率25.7%，地下水埋深平均3 m以下，0～100及0～160 cm土壤肥力情況見(jiàn)表1。試驗(yàn)區(qū)多年平均氣溫為12.1 ℃，降雨量為486.7 mm，蒸發(fā)量為1 568 mm(20 cm口徑蒸發(fā)皿)，屬溫帶大陸性半干旱氣候類(lèi)型。耕作制度為冬小麥-夏玉米一年兩作，管理水平較高。

表1 汾西灌溉試驗(yàn)站土壤肥力本底情況表

1.2 試驗(yàn)方案

根據(jù)汾西灌溉試驗(yàn)站當(dāng)?shù)亟邓亢妥魑镄杷壳闆r，并參考以往的試驗(yàn)研究成果，確定了2009-2010年冬小麥灌水試驗(yàn)方案。試驗(yàn)設(shè)旱作處理1個(gè)，灌1水和灌2水處理各3個(gè)，灌3水處理1個(gè)，共計(jì)8個(gè)處理。小區(qū)每次灌水量為75 mm，每個(gè)處理設(shè)3個(gè)重復(fù)，小區(qū)采用管道輸水灌溉，規(guī)格20 m×3.3 m=66 m2。冬小麥于2009年10月播種，播前對(duì)試驗(yàn)小區(qū)進(jìn)行20～30 cm的翻耕，小麥品種為臨抗11號(hào)，下種300 kg/hm2；底肥是復(fù)合肥，不追肥，氣象資料取自臨汾市灌溉試驗(yàn)站氣象站測(cè)定結(jié)果。2009-2010年小麥生育期降水量146.6 mm，就冬小麥整個(gè)生育期而言為枯水年。

2 結(jié)果分析

2.1 冬小麥葉面積變化過(guò)程

冬小麥葉面積與產(chǎn)量有較好的空間結(jié)構(gòu)特征[7]，其大小在一定程度上反映產(chǎn)量的高低。圖1為不同灌水處理下的冬小麥葉面積變化過(guò)程，從圖1中可以看出，返青至拔節(jié)期單株葉面積迅速增加，至抽穗期葉面積與植株總莖數(shù)均達(dá)到極大值，葉面積變化總體呈偏拋物線形式(見(jiàn)圖1)。不同灌水量處理對(duì)葉面積擴(kuò)展影響不同，返青期各處理葉面積差異不顯著，抽穗灌漿期處理T6、T7的葉面積顯著高于其他處理，拔節(jié)至成熟期旱作處理T0的葉面積與其他處理均存在顯著差異，而T7的產(chǎn)量也顯著高于其他處理，可見(jiàn)，在一定范圍內(nèi)產(chǎn)量隨葉面積的增大而增加，灌水在影響冬小麥葉面積的同時(shí)，也影響了產(chǎn)量。

圖1 冬小麥葉面積變化過(guò)程注：不同字母表示不同處理間達(dá)到0.05或0.01顯著差異水平，字母相同表示無(wú)顯著差異，下同。

2.2 冬小麥各生育階段耗水量差異與耗水組成

不同灌水條件下，冬小麥播種至拔節(jié)、拔節(jié)至灌漿階段耗水量變化規(guī)律基本一致，即隨著灌水量的增加，耗水量均呈增大趨勢(shì)，而灌漿至成熟階段耗水量則沒(méi)有明顯變化趨勢(shì)，但灌3水的T7處理耗水量明顯高于其他處理，如表2。從整個(gè)生育期來(lái)看，冬小麥各生育期耗水比例相差較大，播種至拔節(jié)期各處理耗水量基本占冬小麥整個(gè)生育期耗水量的50%左右，拔節(jié)至灌漿期耗水量約占總耗水量的30%左右，灌漿至成熟期耗水量占總耗水量的20%左右。不同處理間，總耗水量的變化量與灌溉水的增加量并不相等，這可能是由于一方面灌水時(shí)間、灌水量與冬小麥耗水高峰期不同步，另一方面隨著灌水量的增加，冬小麥對(duì)灌溉水消耗增大，降低了土壤水的利用率。因此，在確保合理產(chǎn)量的前提下，應(yīng)減少灌水，增加土壤水的消耗，以達(dá)到節(jié)水增產(chǎn)的目的。

表2 冬小麥不同生育階段的耗水及其組成

2.3 冬小麥產(chǎn)量與水分利用效率分析

產(chǎn)量與耗水量關(guān)系密切，但并非越多越好。如表3，各處理中，旱作處理T0的產(chǎn)量、總耗水量和WUE均最小，與灌3水的處理T7相比，總耗水量降低了46.1%，產(chǎn)量相應(yīng)地減少了55.0%，說(shuō)明不灌水會(huì)顯著降低冬小麥產(chǎn)量和水分利用效率；T2處理的灌溉水利用效率和邊際效益最大，T4處理的水分利用效率和產(chǎn)量均較高，因此灌拔水對(duì)其增產(chǎn)和提高灌溉水利用效率的作用非常顯著，灌冬澆水與拔節(jié)水可獲得較理想的產(chǎn)量和水分利用效率。在灌水量相同的情況下，各處理因灌水時(shí)間的差異導(dǎo)致了不同的產(chǎn)量和WUE，說(shuō)明冬小麥最優(yōu)灌水方式的存在和各生育期對(duì)水分狀況反映差異的存在[8]。

表3 不同灌水處理下冬小麥耗水量、產(chǎn)量和水分利用效率

灌水次數(shù)和灌水量對(duì)根系吸收不同土層的土壤水分有較大影響[9]。在枯水年份，各灌水處理對(duì)0～80 cm土層的耗水量占土壤總耗水量的絕大部分(表4)，灌3水的T7處理耗水量近70%來(lái)自80 cm以上土層，而旱作處理T0對(duì)深層土壤水分的消耗達(dá)47.7%，灌水次數(shù)多，灌水量大，根系對(duì)上層土壤水分吸收利用就多；反之，根系對(duì)深層土壤水分吸收則明顯增加。因此，可適當(dāng)減少冬小麥生育期的灌水次數(shù)和灌水量，有利于促進(jìn)根系對(duì)深層土壤水分的吸收，促進(jìn)根系下扎[10]，特別是在小麥生育后期表土干旱的情況下對(duì)作物產(chǎn)量的形成非常重要。

表4 小麥整個(gè)生育期各層土壤耗水情況表

產(chǎn)量和WUE是目前研究較多的一個(gè)層次，相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果表明WUE與產(chǎn)量二者最高點(diǎn)并不重合[11]。由圖2可知，當(dāng)耗水量小于444.37 mm時(shí)，WUE和產(chǎn)量均增加；當(dāng)耗水量達(dá)到444.37 mm時(shí)，WUE達(dá)到最大值1.18 kg/m3，此時(shí)產(chǎn)量為524.09 g/m2；當(dāng)耗水量大于444.37 mm時(shí)，WUE開(kāi)始下降，產(chǎn)量繼續(xù)增加，當(dāng)耗水量為514.70 mm時(shí)，產(chǎn)量達(dá)到最大值567.62 g/m2，而WUE降到1.10 kg/m3。說(shuō)明隨著冬小麥生育期總耗水量的增加，WUE較產(chǎn)量更為敏感，先于產(chǎn)量達(dá)到最大值。因此，在半干旱地區(qū)枯水年份，應(yīng)使冬小麥生育期總耗水量控制在444.37 mm左右，實(shí)現(xiàn)灌溉水資源利用效率的最大化。

圖2 冬小麥生育期產(chǎn)量、總耗水量與水分利用效率關(guān)系

3 結(jié) 語(yǔ)

(1)不同灌水條件下，冬小麥各生育期耗水比例相差較大，總耗水量隨灌水量的增加而增大，灌水降低了土壤水的利用率，干旱年份，在確保合理產(chǎn)量的前提下，減少灌水、增加土壤水的消耗，可達(dá)到節(jié)水增產(chǎn)的目的。

(2)非充分灌溉對(duì)冬小麥葉面積、產(chǎn)量和水分利用率均會(huì)產(chǎn)生顯著影響，旱作處理T0的產(chǎn)量、總耗水量和WUE均最小，與灌3水的T7處理相比，總耗水量降低了46.1%，產(chǎn)量相應(yīng)地減少了55.0%；T2處理的灌溉水利用效率和邊際效益均最大，T4處理的水分利用效率和產(chǎn)量較高，說(shuō)明在半干旱地區(qū)，當(dāng)水資源不足時(shí)，澆越冬水和拔節(jié)水可獲得較理想的產(chǎn)量和水分利用效率，可作為冬小麥優(yōu)化灌溉模式。

(3)冬小麥對(duì)0～80 cm土層的耗水量占土壤總耗水量的絕大部分，且隨灌水次數(shù)和灌水量的減少，根系對(duì)深層土壤水分吸收則明顯增加；適當(dāng)減少冬小麥生育期的灌水次數(shù)和灌水量，可提高根系對(duì)深層土壤水分利用效率，特別是在冬小麥灌漿成熟期表土干旱的情況下對(duì)作物產(chǎn)量的形成非常重要。

(4)WUE與產(chǎn)量二者最高點(diǎn)不重合，WUE先于產(chǎn)量達(dá)到最大值。在半干旱地區(qū)，當(dāng)冬小麥總耗水量控制在444.37 mm左右時(shí)，可實(shí)現(xiàn)水資源利用效率的最大化。

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