不同畦長灌溉對冬小麥產(chǎn)量及水分利用特性的影響*

董寶娣　劉孟雨喬勻周　張明明　趙歡　楊紅　鄭鑫

（中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所農(nóng)業(yè)資源研究中心/中國科學(xué)院農(nóng)業(yè)水資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/河北省節(jié)水農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室　石家莊　050022）

?

不同畦長灌溉對冬小麥產(chǎn)量及水分利用特性的影響*

董寶娣劉孟雨**喬勻周張明明趙歡楊紅鄭鑫

（中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所農(nóng)業(yè)資源研究中心/中國科學(xué)院農(nóng)業(yè)水資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/河北省節(jié)水農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室石家莊050022）

為探討畦長對冬小麥耗水及產(chǎn)量和水分利用特性的影響，本試驗(yàn)以冬小麥品種‘科農(nóng) 2011’為試驗(yàn)材料，在2014—2015年中國科學(xué)院欒城農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)試驗(yàn)站小麥生長季，畦寬為5m條件下，設(shè)置4m、5m、10m（農(nóng)民習(xí)慣畦長）、50m、100m共5個(gè)畦田長度，各處理均在拔節(jié)期和灌漿期用塑料軟管從機(jī)井口引水到畦首灌水，塑料軟管出水口安裝水表計(jì)量灌水量，用秒表計(jì)量灌溉用時(shí)，研究不同畦長處理對冬小麥耗水特性、灌溉定額及灌溉用時(shí)、畦田內(nèi)不同部位土壤含水量差異、籽粒產(chǎn)量以及產(chǎn)量和灌溉水利用效率的影響。結(jié)果表明：隨著畦長增加，灌水量和總耗水量逐漸增加，灌水量占總耗水量的比例逐漸增加；籽粒產(chǎn)量雖逐漸增加，但未達(dá)到顯著水平。土壤儲水消耗量、產(chǎn)量水分利用效率和灌溉水利用效率隨著畦長增加逐漸降低。與農(nóng)民習(xí)慣的畦長10m相比，4m畦長處理的灌水量減少34.50％，多消耗深層土壤貯水58.92mm，總耗水量降低1.61％，產(chǎn)量水分利用效率提高1.15％，灌溉水利用效率提高51.96％，次灌溉用時(shí)減少42.75％。100m 畦長處理在產(chǎn)量沒有顯著提高的基礎(chǔ)上，總耗水量增加9.58％，灌溉水增加38.08％，產(chǎn)量水分利用效率降低9.88％，灌溉水利用效率降低26.20％，次灌溉用時(shí)增加65.61％。綜合考慮籽粒產(chǎn)量、灌水量和水分利用效率，4m畦長是本試驗(yàn)條件下兼顧高產(chǎn)與節(jié)水的最優(yōu)畦長處理。

冬小麥 畦長產(chǎn)量灌水量灌水用時(shí) 水分利用效率

地面灌溉技術(shù)是世界上最古老又常見的一種灌溉方式，包括美國在內(nèi)的世界各國仍在使用。目前，地面灌溉技術(shù)占我國總灌溉面積的 95％以上，而且在相當(dāng)長時(shí)間內(nèi)地面灌溉仍將占主導(dǎo)地位［1-2］。華北平原大部分地區(qū)都采用過去的溝畦地面灌溉。前人對畦灌的研究多側(cè)重在田塊幾何參數(shù)、優(yōu)化灌溉管理以及對灌溉過程的控制等方面，對于畦田規(guī)格對產(chǎn)量和水分利用效率關(guān)注較少［3-7］。目前，隨著水資源的日益短缺，有部分學(xué)者開始關(guān)注畦田規(guī)格的研究，但大多集中在黃河灌區(qū)，畦長平均在幾百米不等。馬尚宇、崔振嶺等［8-10］在山東省惠民縣淄角鎮(zhèn)閆家河村研究表明，80m畦長是合理畦長，80m畦長雖然增加了一定的灌溉水量，但小麥生育期總耗水量卻顯著減少，籽粒產(chǎn)量和水分利用效率均顯著提高，這與其畦田內(nèi)土壤水分分布較均勻有關(guān)。但是，在缺水的河北高產(chǎn)區(qū)，當(dāng)前大部分農(nóng)戶的畦田規(guī)格為50m2左右，長度為10m上下，寬度一般在5～6 m。盡管比黃河灌區(qū)面積和畦田長度大幅度減少，因?yàn)槭浅樘岬叵滤喔?，出水量小，時(shí)間長，故仍然存在諸多問題：1）灌水量過大，直到整個(gè)小畦全部灌飽和才停止。表面是小畦灌溉，實(shí)則是“小畦漫灌”，存在水資源的浪費(fèi)等問題。2）畦面灌溉水均勻度差，畦首漏水漏肥，畦尾水肥虧缺。3）農(nóng)戶田塊多年習(xí)慣形成了每隔 5～6 m 設(shè)置一輸水溝的畦田灌溉格局，畦間輸水仍然采用小面積溝渠輸水，溝渠面積約占5％～10％。栽培田塊一般長上百米，為不影響耕作，田間小渠不做防水，因此輸水過程中深層滲漏增加，且降低了土地利用率。4）次灌溉量增加，同時(shí)也增加了灌溉用時(shí)、灌溉費(fèi)用和勞動成本。

河北平原是我國的糧食主產(chǎn)區(qū)，也是我國水資源較短缺地區(qū)，隨著河北壓采政策進(jìn)一步實(shí)施，減少一切奢侈用水，挖掘一切農(nóng)業(yè)高效用水技術(shù)為河北平原節(jié)水農(nóng)業(yè)的重點(diǎn)［11-13］。因此，地下水壓采條件下的新的畦田規(guī)格及精確控制水量的相關(guān)灌溉裝置和灌溉系統(tǒng)的研究對高效用水意義重大。為此，本文以石家莊小麥高產(chǎn)區(qū)為試驗(yàn)地點(diǎn)，研究不同畦長規(guī)格對小麥耗水特性、灌溉用時(shí)、灌溉成本和產(chǎn)量以及不同層次水分利用效率的影響，以期為該區(qū)壓采條件下小麥節(jié)水灌溉提供理論支持和技術(shù)指導(dǎo)。

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)地點(diǎn)概況

試驗(yàn)于2014—2015年在中國科學(xué)院欒城農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)試驗(yàn)站進(jìn)行（114°11′E，37°53′N，海拔50.1m）。該站屬于半濕潤半干旱季風(fēng)氣候。主要栽培作物為一年兩熟的冬小麥和夏玉米。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可代表整個(gè)山前平原區(qū)。該區(qū)多年平均降雨量為450～600mm，降水主要集中于7、8、9月，本研究冬小麥生長期間平均降雨量為115.3mm；2014—2015年試驗(yàn)點(diǎn)小麥生長季節(jié)的降雨量為77.1mm，屬于枯水年。具體分配如下圖1。

圖1　2014—2015年試驗(yàn)點(diǎn)小麥生長季降雨分布Fig.1 Distribution of precipitation during winter wheat growing season from 2014 to 2015 in the experiment site

該站地勢平坦，土層深厚，土壤類型為褐土類黃土種，質(zhì)地為壤土，隨土壤深度不斷變化依次為沙壤、壤土和黏壤，土壤比較肥沃。試驗(yàn)田播種前耕層（0～20cm）有機(jī)質(zhì)含量18.7g·kg-1，蓄肥保水能力強(qiáng)，土壤肥力條件好，全氮含量1.884g·kg-1，堿解氮76mg·kg-1，速效磷23mg·kg-1，速效鉀162mg·kg-1；土壤平均容重1.53 g·cm-3，飽和體積含水量為44.1％，田間體積持水量為35.4％，凋萎體積含水量為13.2％。試驗(yàn)地畦面坡度小于1‰。

1.2試驗(yàn)處理

本試驗(yàn)的冬小麥品種為‘科農(nóng) 2011’。試驗(yàn)小區(qū)畦寬5m，畦長分別設(shè)為4m（L4）、5m（L5）、10m（L10）、50m（L50）、100m（L100）5個(gè)處理，L10是農(nóng)民當(dāng)前習(xí)慣畦長。隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，4次重復(fù)。試驗(yàn)小區(qū)間設(shè)1.5m 寬隔離帶，防止不同小區(qū)間土壤水分滲漏。各處理均有一次凍水灌溉，灌溉量為75mm。小麥返青后各處理均在小麥拔節(jié)期和灌漿期灌水。灌溉采用塑料軟管輸送，直接輸送到灌溉畦的畦首。每個(gè)灌溉畦田均采用水表計(jì)量灌水量。改變農(nóng)民灌溉用水習(xí)慣，不是水流前鋒到達(dá)畦尾后還要灌溉一會，等水面面積基本與壟持平時(shí)再改，而是改口成數(shù)為90％，即當(dāng)水流前鋒到達(dá)畦長長度的90％位置時(shí)停止灌水，并馬上灌溉另一個(gè)畦田。播前底施氮肥、磷肥和鉀肥。其中，復(fù)合肥（N 46％） 140kg·hm-2，磷酸二銨（P2O546％、N 18％） 230kg·hm-2，氯化鉀（K2O 60％） 250kg·hm-2。2014年10月13日播種，2015年6月15日機(jī)械收獲。播種量為202.5kg·hm-2。播種前0～10cm、10～20cm、20～30cm、30～40cm、40～50cm、50～60cm、60～70cm、70～80cm、80～90cm、90～100cm、100～110cm、110～120cm、120～130cm、130～140cm、140～150cm土層的質(zhì)量含水量平均分別為15.11％、14.15％、14.30％、14.04％、14.54％、15.30％、16.00％、16.16％、15.27％、15.18％、15.15％、14.52％、15.11％、14.47％和15.37％。其他管理措施同一般高產(chǎn)田。

1.3測定項(xiàng)目與方法

1.3.1灌溉所需時(shí)間的測定

灌溉所用時(shí)間采用秒表測量。和灌溉水量用水表計(jì)量一樣，從水流前鋒到達(dá)畦首并流進(jìn)畦首時(shí)開始到停止灌溉該畦所用時(shí)間為灌溉用時(shí)。不同處理3次重復(fù)，取平均值作為該處理的灌溉用時(shí)。

1.3.2土壤含水量的測定

試驗(yàn)采用烘干稱重法測定各處理的土壤含水量。在小麥播種前、拔節(jié)水、灌漿水后（一般3～5 d就能進(jìn)地取土）、成熟后用土鉆取土測定土壤含水量。以20cm為1層，用土鉆取0～150cm各土層土樣。每個(gè)小區(qū)以畦首（畦田入水口）、畦中、畦尾3個(gè)部分測定不同長度小區(qū)不同位置各土層土壤含水量。

1.3.3農(nóng)田耗水量的計(jì)算

采用土壤水量平衡方程法計(jì)算農(nóng)田耗水量。計(jì)算公式為：

式中：ET為蒸散量，P為降雨量（可通過該站氣象觀測場直接獲得），I為灌溉量（由水表直接讀?。?，R為地表徑流量，D為深層滲漏量，ΔW為一段時(shí)間內(nèi)土壤蓄存水變化量。由于該試驗(yàn)田塊土壤肥沃，蓄水保水力強(qiáng)，且地下水位在47 m左右，該地地表徑流和深層滲漏很小，因此，在一定時(shí)間內(nèi)，該地的農(nóng)田耗水量的公式可寫為：ET=P+I-ΔW［14］。

1.3.4產(chǎn)量水分利用效率（WUEy）和灌溉水利用效率計(jì)算

產(chǎn)量水分利用效率（WUEy）計(jì)算公式為：WUEy=Y/ET，式中，Y為產(chǎn)量，ET為整個(gè)生育期的農(nóng)田耗水量。灌溉水利用效率計(jì)算公式為：WUEi=Y/IWU，式中，Y為產(chǎn)量，IWU為整個(gè)生育期的灌水量。

1.3.5考種測產(chǎn)

冬小麥成熟時(shí)，各處理在畦首、畦中、畦尾隨機(jī)取一定面積收獲，晾干，脫粒，測產(chǎn)。各處理的小麥產(chǎn)量均以小區(qū)不同部位重復(fù)產(chǎn)量的平均值代表該處理的實(shí)際產(chǎn)量。

1.4數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)均用 SPSS 13.0 軟件以及 Microsoft Excel進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2　結(jié)果與分析

2.1畦長對冬小麥畦田不同位置土壤含水量分布的影響

在同一個(gè)機(jī)井灌溉、水泵出水量相同、畦寬為5m和土壤底墑水相差較小的情況下，隨著灌溉畦長的增加，土壤含水量有較大差異。從圖2可以看出，L4處理和L5處理灌溉后畦首、畦中和畦尾 0～150cm土壤含水量在258.64～263.77mm之間，不同部位土壤含水量之間沒有顯著差異。隨著畦長的增加，畦首、畦中和畦尾之間含水量出現(xiàn)了差異。L10處理畦首和畦中土壤含水量也沒有顯著差異，但是畦尾的土壤含水量顯著低于畦首，相差達(dá)25.64mm。并且平均土壤含水量也顯著大于L4和L5處理。L50和L100處理，畦首、畦中和畦尾的土壤含水量之間差異都達(dá)顯著水平。L50處理畦首和畦尾相差達(dá)91.99mm。L100處理畦首和畦尾相差達(dá)111.84mm。說明隨著畦長增加，0～150cm土壤含水量增大，且畦田內(nèi)部不同部位土壤含水量不均一性增大。試驗(yàn)結(jié)果表明，畦田不同部位灌水均勻性比較好的為畦長4m和5m處理。也就是畦田面積為20～25m2各部位的灌水均勻性最好。

圖2　灌溉后不同畦長對麥田0～150cm土層儲水量的影響Fig.2 Effect of two irrigations on the amount of soil water storage（0-150cm） in different positions of winter wheat border with different border lengths

2.2畦長對冬小麥總耗水量、水分來源及總耗水量構(gòu)成的影響

表1　不同畦長的冬小麥總耗水量及不同耗水來源的數(shù)量和比例Table 1 Total water consumption and amounts and ratios of different water resources of winter wheat under different border length treatments

由表1可知，L4、L5和L10處理的總耗水量顯著低于L50和L100。灌水量與總耗水量有相似的趨勢，但是L10處理灌水量顯著大于L4和L5處理，又顯著低于L50和L100處理。土壤儲水消耗大小順序是L4＞L5＞L10＞L50＞L100。L50和L100不但沒有消耗土壤儲水，灌溉水中還有14～17mm水留存在土壤中，原因可能與5月15日的39.4mm降雨有關(guān)。綜合分析總耗水量、水分來源與占總耗水量比例，可以看出，L4和L5的總耗水量和灌溉水量顯著低于其他處理。灌水量及其占總耗水量的比例均為L4＜L5＜L10＜L50＜L100。灌水量L4和L5比農(nóng)民習(xí)慣畦長L10分別減少34.50％和27.83％，L50和L100處理比L10分別增加31.08％和38.08％。土壤儲水消耗量占總耗水量的比例為L4與L5最高，L10居中，L50和L100最低。降水量占總耗水量的比例為L4和L5高于其他處理。雨水利用占總耗水量的比例L4比L100提高11.36％。上述結(jié)果表明，不同畦長可影響總耗水量和不同水分來源占總耗水量的比例。畦長為4m和5m處理的灌水量最少、總耗水量最低，土壤儲水消耗量占總耗水量的比例較高，雨水利用率較高。畦長大于5m的處理均增加了灌水量和總耗水量。

2.3畦長對冬小麥灌溉用時(shí)和灌溉量的影響

圖3A是每次灌溉不同畦長麥田所需灌溉水量，即灌水定額，圖3B為平均灌溉1次所用時(shí)間。從圖3A可以看出，不同畦長次灌水量差異顯著。隨著畦長增加，灌水定額逐漸增加，順序?yàn)長4＜L5＜L10＜L50＜L100。L4的灌水定額最小，為341.8 m3·hm-2；L100灌水定額最大，為1 344.0m3·hm-2，是L4的3.9倍。與農(nóng)民習(xí)慣畦長L10相比，L4和L5灌水定額分別減少46.96％和58.23％。L50和L100的灌水定額差異較小，比L10分別增加52.46％和64.27％。因?yàn)楣嗨~的差異，次灌溉所用時(shí)間也有顯著差異。由圖3B可以看出，次灌溉所用時(shí)間與灌水定額的變化趨勢相同，隨畦長增加逐漸增加。L4處理灌溉所用時(shí)間最少，L100灌溉所用時(shí)間最多，其余幾個(gè)處理居中。L4和L5處理所用時(shí)間比L10處理所用時(shí)間分別減少42.75％和26.57％，L50和L100處理所用時(shí)間比L10分別增加58.73％和65.61％。上述結(jié)果表明，不同畦長可影響灌水定額和灌溉用時(shí)。畦長為L4和L5處理灌水定額較小，所用時(shí)間較短，而L50和L100處理灌水定額較大，所用時(shí)間較長。畦長大于4m顯著增加了灌水定額和灌溉用時(shí)。

圖3　不同畦長處理下冬小麥田的灌水定額（A）及灌溉用時(shí)（B）Fig.3 Irrigation requirement（A） and required time for irrigation（B） of winter wheat field under different border length treatments不同小寫字母表示差異達(dá)到0.05顯著水平，下同。Different small letters mean significant difference at 0.05 level.The same below.

2.4畦長對冬小麥產(chǎn)量和水分利用效率的影響

由圖4A可知，隨著畦長增加，冬小麥灌水定額增加，產(chǎn)量呈增加趨勢。L4、L5、L10產(chǎn)量略低，L50和L100產(chǎn)量較高，最高為8 094.89kg·hm-2，但各畦長間產(chǎn)量差異未達(dá)到顯著水平。由圖4B可知，產(chǎn)量水分利用效率的變化趨勢與產(chǎn)量變化趨勢不同，隨著畦長增加，產(chǎn)量水分利用效率有下降的趨勢。產(chǎn)量水分利用效率為L4＞L5＞L10＞L50＞L100。L4和L5產(chǎn)量水分利用效率顯著高于L50和L100。L4處理比L100水分利用效率提高8.77％。綜合分析產(chǎn)量和產(chǎn)量水分利用效率，可以看出，L4和L5處理的產(chǎn)量沒有顯著降低，但水分利用效率卻顯著提高。由圖4C可知，隨著畦長的增加，灌溉水利用效率大幅度顯著下降。灌溉水利用效率排列順序?yàn)長4＞L5＞L10＞L50＞L100，且每個(gè)處理之間都有顯著差異。L4處理灌溉水利用效率最高，其次是L5和L10處理，L50和L100處理的灌溉水利用效率最低。L4灌溉水利用效率比L5和L10分別提高11.17％和51.96％；L50和L100處理比L10處理分別降低22.07％和26.20％。上述結(jié)果表明，不同畦長可影響冬小麥產(chǎn)量和水分利用效率。畦長為4m的產(chǎn)量和產(chǎn)量水平的水分利用效率以及灌溉水利用效率都高于其他處理。4m畦長是本試驗(yàn)條件下高產(chǎn)高水分利用效率的最優(yōu)畦長。

4　討論與分析

隨著冬小麥栽培畦長的增加，灌水量也隨之增加，灌水均勻度卻逐漸下降。劉洪祿等［15］通過模擬和模型研究發(fā)現(xiàn)，對于黏壤土，適宜畦長為120～150m，對于砂壤土畦長為60～80m是較適宜的畦田長度，灌溉剛好滿足作物生長，灌水均勻度較好?？紤]到田間灌溉實(shí)際情況，適宜畦長還應(yīng)適當(dāng)縮短。馬尚宇等［8］研究發(fā)現(xiàn)，黃淮海麥區(qū)田面坡度為2.09‰，畦寬為2m時(shí)，畦長在10～100m范圍內(nèi)，在降雨量為163.2～146.6mm條件下，隨著畦長增加，灌水量增大，畦長為10～80m，灌水量為37.34～91.28mm，普遍較低。崔振嶺等［10］按農(nóng)民習(xí)慣灌水方式，研究不同畦長（長畦180m，短畦90m）對灌溉水量和灌溉水均勻度的影響，發(fā)現(xiàn)長畦（180m）灌溉水量比短畦增加30mm。灌水均勻度下降，長畦灌溉處理的畦尾土壤水分顯著高于畦首和畦中，并且兩種灌溉畦長的產(chǎn)量并沒有顯著差異［4］。本試驗(yàn)研究中，畦寬為5m，改口成數(shù)為90％，灌水量隨著畦長的增加而增大。4m畦長與100m畦長總灌水量相差133.6mm。100m畦長的麥田灌溉需水量約是4m 畦長的2倍，短畦可以大幅度節(jié)約灌溉水。這與前人的研究結(jié)果一致，并且在研究中發(fā)現(xiàn)4m和5m灌水畦首、畦中和畦尾土壤含水量比較均勻。＞5m畦長灌水均勻度下降，畦首和畦中畦尾土壤含水量出現(xiàn)顯著差異，但畦尾含水量小于畦首。適宜的畦長與前人研究結(jié)果存在一定差異。有的研究者認(rèn)為合理畦長30～50m，灌水利用系數(shù)較高；而有的研究者認(rèn)為合理畦長為80m，本研究結(jié)果表明最適畦長為4m。研究結(jié)果出現(xiàn)差異的原因，首先可能與研究地點(diǎn)不同密切相關(guān)。不同灌區(qū)土壤理化性質(zhì)、地下水位埋深、出水量大小和水流速度等差異造成的合理畦長有差異；另外，輸水設(shè)備存在差異，比如農(nóng)民習(xí)慣的田間水渠輸水，在到達(dá)處理畦田時(shí)，滿渠的水與本研究采用半徑為6～8cm的小白龍輸水設(shè)備存在的差異也可能導(dǎo)致確定的最適畦長不一致。此外，畦寬也是影響合理畦長的一個(gè)重要因素。有研究畦寬只有2m，而本研究畦寬為5m，畦田寬度對合理畦長也有重要影響［8］，水流推進(jìn)速度隨著畦寬的增大而降低，灌溉水量和灌溉用時(shí)也有顯著變化。河北井灌區(qū)，農(nóng)民習(xí)慣畦田寬度為5m左右，畦田長度為10m左右。畦田面積一般為50m2。農(nóng)民的灌溉習(xí)慣是灌溉水流到畦尾后再灌一會一直到畦尾的水面基本與畦壟持平才停止灌水或改口，這樣畦尾的含水量一般要大于畦首和畦中，灌溉量在750m3·hm-2左右。實(shí)際上是造成了小畦漫灌，存在著水分浪費(fèi)。通過縮小當(dāng)前畦田面積，縮短畦田長度為4～5m，并配以軟管輸水，可比10m畦長分別減少灌溉量34.50％和27.83％，次灌溉量為341.8～434m3·hm-2，次灌溉用時(shí)縮短42.75％和26.57％。4～5m畦田在增加灌溉均勻度的同時(shí)，減少灌水量和灌溉所用時(shí)間，尤其是4m畦長更省水、省電、省工。

圖4　不同畦長處理下冬小麥的產(chǎn)量（A）、產(chǎn)量水分利用效率（B）和灌溉水利用效率（C）Fig.4 Grain yield（A），water use efficiency at yield level（B） and irrigation water use efficiency（C） of winter wheat under different border length treatments

畦田長度影響產(chǎn)量與土壤儲水以及水分利用效率。有研究表明，在特定的發(fā)育時(shí)期，水分虧缺并非完全是負(fù)效應(yīng)，有補(bǔ)償機(jī)理［16］。一定的水分脅迫或虧缺對冬小麥的產(chǎn)量提高存在一定促進(jìn)或補(bǔ)償作用［17-18］。姜東燕等［19］研究表明，在降雨量為150mm情況下，在相同灌溉時(shí)間內(nèi)，小麥生育期總灌水量在60mm的處理比總灌水量在180mm處理產(chǎn)量提高6.97％。裴宏偉等［20］研究表明，適度的干旱脅迫可以在不明顯減少作物產(chǎn)量的前提下，減少作物耗水量。本研究表明，隨著灌水量的增加，總耗水量也增大。產(chǎn)量也隨著灌水量增加，有增大趨勢，與前人研究結(jié)果一致，但是產(chǎn)量之間沒有顯著差異，說明適當(dāng)減少灌水量，并不一定顯著降低產(chǎn)量。另外，不同畦長灌溉對總耗水量和土壤貯水消耗量也有一定影響。Huang等［21］在對小麥不同灌水對產(chǎn)量影響中發(fā)現(xiàn)，小麥生育期灌水45mm比灌水15mm的處理總耗水量增加8.18％，土壤儲水消耗量少17.43％。董寶娣［22］研究表明，隨著灌溉次數(shù)和灌水量的增加，不同小麥品種間都顯著降低土壤貯水消耗量。本研究表明，隨著畦長增加，總耗水量增加，土壤貯水消耗比例減小。在L50和L100處理中，還出現(xiàn)了負(fù)消耗的現(xiàn)象。在L4處理中，土壤儲水消耗比例顯著高于其他處理，且灌溉水利用效率顯著高于其他處理。說明合理畦長可充分利用土壤貯水，減少灌溉水量，降低總耗水量，提高水分利用效率。

灌溉水量、灌溉用時(shí)與降雨年型、降雨時(shí)間以及土壤性質(zhì)有關(guān)。本試驗(yàn)小麥生長季節(jié)的降雨量為77.1mm，而石家莊欒城區(qū)多年平均降雨量為115.3mm（1990—2015年），因此屬于枯水年［23］。在平水年和濕潤年該試驗(yàn)是否具有同樣的結(jié)果，需要進(jìn)一步試驗(yàn)。

華北平原水資源日益短缺，河北省采取了各種壓采限采措施，在保證糧食安全的基礎(chǔ)上，希望達(dá)到農(nóng)業(yè)高效用水和節(jié)水的目的［24-25］。在不同作物各種節(jié)水措施的應(yīng)用實(shí)踐中，縮畦減水可以大大減少灌溉水量，提高灌溉水利用效率。馮玉軍等［26］在不同畦田規(guī)格的節(jié)水規(guī)律研究中發(fā)現(xiàn)，畦田面積由0.17hm2降低為0.10hm2時(shí)，玉米灌水定額減小90m3·hm-2，減小9.7％。不同作物隨著地塊面積的減小，產(chǎn)量、水分利用效率、單方水產(chǎn)值呈現(xiàn)增加的趨勢。我們在中國科學(xué)院南皮生態(tài)農(nóng)業(yè)試驗(yàn)站的縮畦減水應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，采用小畦軟管輸水的精準(zhǔn)灌溉，畦田長度為4m，寬5m，比常規(guī)畦田縮小一半的面積，整個(gè)生育期灌水3次，在小麥產(chǎn)量基本持平的情況下，灌溉水減少35％，產(chǎn)量水分利用效率提高15.67％。

本研究表明，在畦寬5m條件下，畦長為4m、小區(qū)面積為20m2處理的灌水量較少，總耗水量較低，土壤儲水消耗量和降雨量占總耗水量比例高于其他處理，產(chǎn)量沒有顯著下降，灌溉水利用效率比農(nóng)民習(xí)慣畦長（L10）提高51.96％，產(chǎn)量水分利用效率也有一定程度的增加。4m畦長是本試驗(yàn)條件下兼顧的高產(chǎn)和節(jié)水的最優(yōu)畦長處理。

References

［1］金文明，何育惠.小畦灌溉在節(jié)水灌溉中的推廣應(yīng)用［J］.甘肅水利水電技術(shù)，1995（3）：50-53

Jin W M，He Y H.The extension and application of narrow border irrigation in water saving irrigation［J］.Gansu Water Conservancy and Hydropower Technology，1995（3）：50-53

［2］賈大林.21世紀(jì)初期農(nóng)業(yè)節(jié)水的目標(biāo)和任務(wù)［J］.節(jié)水灌溉，2000（1）：9-10

Jia D L.Target and task of agricultural water saving at beginning of 21st century［J］.Water Saving Irrigation，2000（1）：9-10

［3］李益農(nóng)，許迪，李福祥.影響水平畦田灌溉質(zhì)量的灌水技術(shù)要素分析［J］.灌溉排水，2001，20（4）：10-14

Li Y N，Xud，Li F X.Factors effected irrigation performance in level border irrigation［J］.Irrigation and Drainage，2001，20（4）：10-14

［4］史學(xué)斌，馬孝義，李愷.畦灌水流運(yùn)動規(guī)律與合理灌水技術(shù)要素組合研究［J］.水利學(xué)報(bào)，2005（增刊）：360-365

Shi X B，Ma X Y，Li K.Water current movement and reasonable technique elemental combination of border irrigation［J］.Journal of Hydraulic Engineering，2005（Suppl）：360-365

［5］聶衛(wèi)波，費(fèi)良軍，馬孝義.溝灌土壤入滲參數(shù)和糙率估算及灌水技術(shù)要素組合研究［J］.干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2012，30（1）：48-53

Nie W B，F(xiàn)ei L J，Ma X Y.Estimation of infiltration parameters and manning roughness and research of optimized combination of technical elements for furrow irrigation［J］.Agricultural Research in the Arid Areas，2012，30（1）：48-53

［6］史學(xué)斌，馬孝義.關(guān)中西部畦灌優(yōu)化灌水技術(shù)要素組合的初步研究［J］.灌溉排水學(xué)報(bào)，2005，24（2）：39-43

Shi X B，Ma X Y.Study of reasonable technique elemental combination of the border irrigation in the West Guanzhong Plain［J］.Journal of Irrigation and Drainage，2005，24（2）：39-43

［7］吳彩麗，許迪，白美健，等.不同灌水技術(shù)要素組合下畦灌灌水深度的控制目標(biāo)［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2014，30（24）：67-73

Wu C L，Xud，Bai M J，et al.Irrigation water depth control targets under different combination of irrigation technique elements for border irrigation［J］.Transactions of the CSAE，2014，30（24）：67-73

［8］馬尚宇，于振文，王東，等.不同畦長灌溉對小麥耗水特性及產(chǎn)量的影響［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2012，23（9）：2489-2496

Ma S Y，Yu Z W，Wangd，et al.Effects of field border length for irrigation on the water consumption characteristics and grain yield of wheat［J］.Chinese Journal of Applied Ecology，2012，23（9）：2489-2496

［9］馬尚宇，于振文，張永麗，等.不同畦寬灌溉對小麥耗水特性和產(chǎn)量及水分利用效率的影響［J］.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，47（8）：1531-1540

Ma S Y，Yu Z W，Zhang Y L，et al.Effect of field border width for irrigation on water consumption characteristics，yield and water use efficiency of wheat［J］.Scientia Agricultura Sinica，2014，47（8）：1531-1540

［10］崔振嶺，陳新平，張福鎖，等.不同灌溉畦長對麥田灌水均勻度與土壤硝態(tài)氮分布的影響［J］.中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2006，14（3）：82-85

Cui Z L，Chen X P，Zhang F S，et al.Effect of different border lengths on the irrigation homogeneity and soil nitrate-N distribution on wheat field［J］.Chinese Journal of Eco-Agriculture，2006，14（3）：82-85

［11］陳素英，張喜英，邵立威，等.華北平原旱地不同熟制作物產(chǎn)量、效益和水分利用比較［J］.中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2015，23（5）：535-543

Chen S Y，Zhang X Y，Shao L W，et al.A comparative study ofyield，cost-benefit and water use efficiency between monoculture of spring maize and double crops of wheat-maize under rain-fed condition in the North China Plain［J］.Chinese Journal of Eco-Agriculture，2015，23（5）：535-543

［12］張喜英.提高農(nóng)田水分利用效率的調(diào)控機(jī)制［J］.中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2013，21（1）：80-87

Zhang X Y.Regulating mechanisms for improving farmland water use efficiency［J］.Chinese Journal of Eco-Agriculture，2013，21（1）：80-87

［13］Dong Bd，Shi L，Shi C H，et al.Grain yield and water use efficiency of two types of winter wheat cultivars under different water regimes［J］.Agricultural Water Management，2011，99（1）：103-110

［14］董寶娣，師長海，喬勻周，等.不同灌溉條件下不同類型冬小麥產(chǎn)量水分利用效率差異原因分析［J］.中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2011，19（5）：1096-1103

Dong Bd，Shi C H，Qiao Y Z，et al.Analysis of water use efficiency of different winter wheat cultivars under different irrigation schemes on the basis of yield［J］.Chinese Journal of Eco-Agriculture，2011，19（5）：1096-1103

［15］劉洪祿，楊培嶺.畦灌田面行水流動的模型與模擬［J］.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1997，2（4）：66-72

Liu H L，Yang P L.Study on model and simulation of border irrigation and its application［J］.Journal of China Agricultural University，1997，2（4）：66-72

［16］劉濤，周廣勝，譚凱炎，等.華北地區(qū)冬小麥灌溉制度及其環(huán)境效應(yīng)研究進(jìn)展［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2016，36（19），doi：10.5846/stxb201505241039 Liu T，Zhou G S，Tan K Y，et al.Review on research of irrigation regime and its environmental effect in winter wheat field of North China Plain［J］.Acta Ecologica Sinica，2016，36（19），doi：10.5846/stxb201505241039

［17］楊曉亞，于振文，許振柱.灌水量和灌水時(shí)期對小麥耗水特性和氮素積累分配的影響［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2009，29（2）：846-853

Yang X Y，Yu Z W，Xu Z Z.Effects of irrigation regimes on water consumption characteristics and nitrogen accumulation and allocation in wheat［J］.Acta Ecologica Sinca，2009，29（2）：846-853

［18］董寶娣，張正斌，劉孟雨，等.水分虧缺下作物的補(bǔ)償效應(yīng)研究進(jìn)展［J］.西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2004，13（3）：31-34

Dong Bd，Zhang Z B，Liu M Y，et al.Research progress on compensation effect of crops under water deficit［J］.Acta Agriculturae Boreali-occidentalis Sinica，2004，13（3）：31-34

［19］姜東燕，于振文，許振柱.灌溉量和施氮量對冬小麥產(chǎn)量和土壤硝態(tài)氮含量的影響［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2011，22（2）：364-368

Jiang D Y，Yu Z W，Xu Z Z.Effects of irrigation amount and nitrogen fertilization rate on wheat yield and soil nitrate content［J］.Chinese Journal of Applied Ecology，2011，22（2）：364-368

［20］裴宏偉，孫宏勇，沈彥俊，等.不同灌溉處理下冬小麥水平衡與灌溉增產(chǎn)效率研究［J］.中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2011，19（5）：1054-1059

Pei H W，Sun H Y，Shen Y J，et al.Water balance and yield-increasing efficiency of irrigation of winter wheat under different irrigation schemes［J］.Chinese Journal of Eco-Agriculture，2011，19（5）：1054-1059

［21］Huang Y L，Chen Ld，F(xiàn)u B J，et al.The wheat yields and water-use efficiency in the Loess Plateau：Straw mulch and irrigation effects［J］.Agricultural Water Management，2005，72（3）：209-222

［22］董寶娣.不同類型冬小麥高效用水生理生態(tài)特性研究［D］.石家莊：中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所農(nóng)業(yè)資源研究中心，2008：74-91

Dong B D.Studies on eco-physiological characteristics in efficient water use of different winter wheat types［D］.Shijiazhuang：Center for Agricultural Resources Research，Institute of Genetics and Developmental Biology，Chinese Academy of Sciences，2008：74-91

［23］吳慶華，王貴玲，藺文靜，等.太行山山前平原地下水補(bǔ)給規(guī)律分析：以河北欒城為例［J］.地質(zhì)科技情報(bào)，2012，31（2）：99-105

Wu Q H，Wang G L，Lin W J，et al.Estimating groundwater recharge of Taihang Mountain piedmont in Luancheng County，Hebei Province，China［J］.Geological Science and Technology Information，2012，31（2）：99-105

［24］康紹忠.水安全與糧食安全［J］.中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2014，22（8）：880-885

Kang S Z.Towards water and food security in China［J］.Chinese Journal of Eco-Agriculture，2014，22（8）：880-885

［25］袁再健，許元則，謝櫨樂.河北平原農(nóng)田耗水與地下水動態(tài)及糧食生產(chǎn)相互關(guān)系分析［J］.中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2014，22（8）：904-910

Yuan Z J，Xu Y Z，Xie L L.Correlation among farmland water consumption，grain yield and groundwater dynamics in the Hebei Plain［J］.Chinese Journal of Eco-Agriculture，2014，22（8）：904-910

［26］馮玉軍，徐麗萍，張發(fā)榮.不同畦田規(guī)格的節(jié)水規(guī)律與經(jīng)濟(jì)效益對比研究［J］.甘肅水利水電技術(shù)，2015，51（10）：37-39

Feng Y J，Xu L P，Zhang F R.Comparative study of water saving law and the economic benefit of different border specifications［J］.Gansu Water Resources and Hydropower Technology，2015，51（10）：37-39

Effects of irrigated field border length on grain yield and water use characteristics of winter wheat*

DONG Baodi，LIU Mengyu**，QIAO Yunzhou，ZHANG Mingming，ZHAO Huan，YANG Hong，ZHENG Xin
（Center for Agricultural Resources Research，Institute of Genetics and Developmental Biology，Chinese Academy of Sciences / Key Laboratory of Agricultural Water Resources，Chinese Academy of Sciences / Hebei Key Laboratory of Water-saving Agriculture，Shijiazhuang 050022，China）

Winter wheat is a high water consumption crop.As the main production area of winter wheat，Hebei Province also is one of the most serious water scarcity provinces in China.With further restriction of groundwater exploitation，it becomes more important to explore efficient water use technologies in the agricultural production.Surface irrigation is an old method which is being widely adopted in China.In Hebei Plain，most of the fields were irrigated using the ground furrow method.Border length in the furrow irrigation was about 10m while border width was 5-6 m and there was water furrow about 5-6 m width.Under this irrigation system，the total area of water channel was 5％-10％ of field area.By surface irrigation，there has been a significant difference in soil water content in different sections of a border.At the headwater of the border，there were water and fertilizer leakages，while at the border trail，the water and fertilizer were deficiency.It was important to study properborder length under restricted groundwater exploitation and water-saving agriculture.However，the effect of irrigated field border length on grain yield and water use characteristics of winter wheat was less reported up to now.In this study，winter wheat cultivar ‘Kenong2011’ was used in five border lengths ［4m，5m，10m（conventional length），50m and 100m］to determine the effect of border length on water use characteristics in 2014-2015 growing season in Luancheng Agro-Ecosystem Experimental Station of Chinese Academy of Sciences.All the treatments had the same border width of 5m and were irrigated at jointing and grain-filling stages.Water was supplied by a jet pump，directed to headwater of the border through plastic pipes.A water meter was used to measure the amount of water applied and a stopwatch used to measure required irrigation time.Water consumption potential，required irrigation time，irrigation requirement，soil water contents in different border sections，yield and water use efficiency of winter wheat were analyzed under different border lengths conditions.The results showed that the irrigation amount，water consumption，proportion of irrigation amount to total water consumption and grain yield all increased with increasing border length from 4m to 100m.The differences in grain yield among different treatments were not significant.With increasing border length，soil water consumption，water use efficiency at grain yield level and irrigation water use efficiency decreased significantly.Compared with farm border length of 10m，irrigation amount and total water consumption in border length of 4m reduced by 34.50％ and1.61％，respectively.Soil water consumption of border length of 4m increased 58.92mm.Water use efficiency at grain yield level and irrigation water use efficiency at border length of 4m increased by1.15％ and 51.96％，respectively.Required irrigation time at border length of 4m decreased by 42.75％.On the other hand，between border lengths of 10m and 100m there was no significant difference in grain yield.Irrigation amount and total water consumption in border length of 100m increased by 38.08％ and 9.58％，respectively，over those of border length of 10m.Water use efficiency at grain yield level and irrigation water use efficiency in border length of 100m decreased by 9.88％ and 26.20％，respectively，while the required irrigation time increased by 65.61％.Based on grain yield，irrigation amount，water use efficiency at yield level and irrigation water use efficiency，border length of 4m was recommended as the best field border length for water-saving and high-yield agriculture in the study.

Feb.24，2016；accepted Apr.6，2016

Winter wheat；Border length；Grain yield；Irrigation water use；Required irrigation time；Water use efficiency

S36；S512

A

1671-3990（2016）08-1080-08

10.13930/j.cnki.cjea.160173

*河北省科技計(jì)劃項(xiàng)目（14226403D，15226407D）和國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2013BAD05B02，2012BAD08B02）資助

**通訊作者：劉孟雨，主要從事作物水分生理生態(tài)研究。E-mail：mengyuliu@ms.sjziam.ac.cn

董寶娣，主要從事農(nóng)田節(jié)水機(jī)理和技術(shù)研究。E-mail：dongbaodi@126.com

2016-02-24接受日期：2016-04-06

*This work was supported by Science and Technology Projects of Hebei Province（14226403D，15226407D） and the National Key Technology R & D Program of China（2013BAD05B02，2012BAD08B02）.

**Corresponding author，E-mail：mengyuliu@ms.sjziam.ac.cn