滴灌和微噴帶灌溉對冬小麥生長及產(chǎn)量的影響

焦艷平 ，王福田 ，武 劍 ，李月霞 ，檀海斌

（1.河北省水利科學(xué)研究院，河北 石家莊 050051；2.河北省農(nóng)業(yè)節(jié)水工程技術(shù)研究中心，河北 石家莊 050051；3.河北省水利水電勘察設(shè)計研究院，天津 300250；4.國家半干旱農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究中心，河北 石家莊 050051）

近3 a河北省年均耕地面積為658萬hm2左右，其中，小麥播種面積達234.7萬hm2，占全省耕地總面積的36%。小麥生育期總耗水量為400～600 m3，是該區(qū)同期降水量的2～3倍，因此，必須補充灌溉才能獲得較高產(chǎn)量。這也使得小麥生產(chǎn)用水成為河北省農(nóng)業(yè)用水的一項重大開支。目前，河北省地下水超采綜合治理任重道遠，小麥高效節(jié)水灌溉技術(shù)研究與應(yīng)用尤為重要。微噴帶噴灌（微噴灌） 工作壓力低，具有抗堵塞、節(jié)水節(jié)地、省工省時、增產(chǎn)效果明顯的特點[1～3]，能提高水分利用效率[4]，防控干熱風(fēng)[5～6]，且便于施肥、噴藥、灌溉一體化操作，已成為河北省小麥節(jié)水生產(chǎn)的一項重要措施。小麥滴灌是在新疆干旱區(qū)棉花滴灌生產(chǎn)中發(fā)展起來的一種高效節(jié)水技術(shù)，可提高小麥產(chǎn)量以及土地和肥料利用率[7～9]，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的自動化與信息化。本試驗是在已有研究的基礎(chǔ)上，對較為成熟的單項田間工程模式、高效節(jié)水灌溉計劃以及水肥一體化施肥方案進行綜合效果對比。在適宜的田間工程模式下，以小畦田地面灌（畦灌）為對照，研究滴灌、微噴灌對土壤水分和養(yǎng)分分布以及冬小麥生長和產(chǎn)量的影響，旨為河北省冬小麥生產(chǎn)上合理灌溉提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2013年10月～2014年6月在廊坊市永清縣龍虎莊鄉(xiāng)農(nóng)戶合作社種植園區(qū)內(nèi)進行。試驗區(qū)位于北緯 39°13′、東經(jīng) 116°27′，海拔 12 m，屬暖溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候區(qū)；年平均降雨量547.6 mm，年平均氣溫11.5℃，年平均日照時數(shù)2740h，年平均風(fēng)速3.0m/s，無霜期183d。試驗地0～100cm土層土壤質(zhì)地為砂壤土，容重1.50g/cm3，田間持水率0.173m3/m3，其中0～20 cm耕層土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分含量為有機質(zhì)12.96 g/kg、全氮0.90 g/kg、全磷0.88 g/kg、堿解氮50.41 mg/kg、速效磷17.70 mg/kg、速效鉀191.45 mg/kg。

1.2 試驗材料

參試小麥品種為北農(nóng)9549（冬性，中熟）。2013年10月15日播種，等行距種植，行距15 cm，播種量180 kg/hm2，2014年6月14日收獲。

1.3 試驗方法

1.3.1 試驗設(shè)計 冬小麥灌水方式設(shè)滴灌、微噴灌和畦灌（CK） 3個處理。其中，小畦田規(guī)格為5.0 m×23.3 m；滴灌帶為16 mm內(nèi)鑲貼片式，滴頭設(shè)計流量3.0 L/h，滴頭間距0.3 m，鋪設(shè)間距0.6 m；微噴帶規(guī)格為N65-40，壁厚0.2 mm，斜5孔為1組，組距0.3 m，每組出水量50 L/h，鋪設(shè)間距1.8 m[10]。小區(qū)面積2450 m2，隨機排列，3次重復(fù)。小麥播種前底施氮肥（N）112.5 kg/hm2、磷肥（P2O5）135.0 kg/hm2和鉀肥 （K2O） 37.5 kg/hm2，10月 20日灌底墑水750 m3/hm2，12月5日灌越冬水450 m3/hm2。其他灌水及施肥措施，3個處理有所不同∶

（1）畦灌處理∶小麥拔節(jié)后，根據(jù)土壤含水量和作物長勢決定是否灌溉。平水年在起身至拔節(jié)期澆春季第1水，抽穗至揚花期澆春季第2水，干旱年份在揚花后10～15d補澆第3水，灌水定額均為750m3/hm2。隨越冬水追施氮肥（N） 30 kg/hm2，隨春1水追施氮肥 （N） 82.5 kg/hm2和鉀肥 （K2O） 37.5 kg/hm2。

（2）滴灌和微噴灌處理∶灌水時間由土壤基質(zhì)勢決定。當(dāng)土表下20 cm處的土壤基質(zhì)勢降到-25 kPa時進行灌溉，灌水定額均為450 m3/hm2。隨越冬水追施氮肥（N）30.0 kg/hm2，小麥起身后每次灌水均追施氮肥 （N） 22.0 kg/hm2和鉀肥 （K2O） 10.0 kg/hm2。

1.3.2 測定項目與方法

1.3.2.1 土壤指標(biāo)。

（1） 基質(zhì)勢。入春后當(dāng)20 cm地溫穩(wěn)定到0℃以上時，在各小區(qū)中間位置的地表下20 cm處埋設(shè)1支真空表負壓計。從4月5日開始，每天8∶00讀取數(shù)值，直至收獲。

（2） 含水量。在各小區(qū)內(nèi)埋設(shè)TRIME-PICO-IPH TDR土壤水分測量探管，每隔10～15 d測定1次土壤含水量，測定土壤深度分別為10、20、30、40、50、60、70和80 cm。

（3）養(yǎng)分含量。小麥?zhǔn)斋@后，每小區(qū)均采用對角線法選4個樣點打鉆取土，取土深度分別為0～5、5～10、10～20、20～30、30～40、40～60、60～80 和 80～100 cm，將4個樣點同一深度的土樣混勻，采用1 mol/L氯化鉀浸提-流動分析儀法測定土壤硝態(tài)氮含量，采用1 mol/L乙酸銨浸提-火焰光度計法測定土壤速效鉀含量。

1.3.2.2 小麥指標(biāo)。

（1） 株高和葉面積指數(shù)。從4月15日開始，每小區(qū)均隨機選擇小麥植株25株進行標(biāo)記，采用定株觀測方式，每隔10～15 d測定1次株高、葉長和葉寬，并計算葉面積（0.83×葉長×葉寬）[11]和葉面積指數(shù)（∑葉面積/土地面積）。

（2） 光合能力指標(biāo)。小麥灌漿期（5月22日，晴天），每處理均隨機選擇具代表性的植株10株，利用LI-6400便攜式光合系統(tǒng)分析儀（Licor），9∶00～18∶00 測定旗葉的凈光合速率 〔μmol/（m2·s）〕、蒸騰速率〔mmol/（m2·s）〕、胞間CO2濃度（μmol/mol）和氣孔導(dǎo)度 〔mol/（m2·s）〕。每隔 1 h 測定 1 次，每次每個樣葉均重復(fù)測定3次。

（3）產(chǎn)量及其構(gòu)成因素。小麥?zhǔn)斋@期，每小區(qū)均隨機選取50穗，室內(nèi)考種，測定穗粒數(shù)和千粒重。每小區(qū)均隨機選取1.0 m×4行樣段3個，收獲后統(tǒng)計小麥穗數(shù)，計算單位面積穗數(shù)；風(fēng)干后脫粒稱重，計算產(chǎn)量。

1.3.2.3 氣象要素。小麥播種前在試驗地附近開闊處安裝小型氣象站。在小麥生長期，自動測定空氣溫度、空氣濕度和降水量等。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同灌水方式對小麥灌水量和施肥量以及土壤基質(zhì)勢的影響

2.1.1 對小麥灌水量的影響 試驗?zāi)甓?，小麥生育期降水量?8mm，屬平水年。畦灌處理當(dāng)季灌水4次（底墑水，越冬水，春季水2次），總灌水量2700m3/hm2；滴灌和微噴灌處理均當(dāng)季灌水5次（底墑水，越冬水，春季水3次），總灌水量（2 550 m3/hm2）較畦灌處理少150 m3/hm2，節(jié)水5.56%。

2.1.2 對小麥?zhǔn)┓柿康挠绊?畦灌處理當(dāng)季小麥的N、P2O5、K2O施肥量分別為225.0、135.0和75.0 kg/hm2，總施肥量435.0 kg/hm2；滴灌和微噴灌處理當(dāng)季小麥的 N、P2O5、K2O施肥量均分別為 208.5、135.0和67.5 kg/hm2，總施肥量（411.0 kg/hm2）較畦灌處理少24.0 kg/hm2，節(jié)肥5.52%。

2.1.3 對土壤基質(zhì)勢的影響 畦灌處理的土壤基質(zhì)勢為-35～-3.5 kPa，變化幅度較大；滴灌和微噴灌處理的土壤基質(zhì)勢均基本保持在-25～-3 kPa，變化幅度相對較?。▓D1），有利于小麥生長。

圖1 不同灌水方式下土壤基質(zhì)勢的變化Fig.1 The changes of soil matric pential under different irrigation methods

2.2 不同灌水方式對土壤水分和養(yǎng)分含量的影響

圖2 不同灌水方式下土壤含水量的變化Fig.2 The changes of soil moisture under different irrigation methods

2.2.1 對土壤含水量的影響 畦灌、滴灌、微噴灌處理0～100 cm土層的土壤含水量分別為15%～35%、10%～30%和20%～35%（圖2），其中，0～40 cm土層的土壤平均含水量順序為微噴灌處理＞畦灌處理＞滴灌處理，40 cm以下土層的土壤平均含水量順序為畦灌處理＞微噴灌處理＞滴灌處理（圖3）?？傮w而言，微噴灌處理下0～40 cm耕層土壤的保水能力最強。

圖3 不同灌水方式下土壤平均含水量的變化Fig.3 The changes of soil average moisture under different irrigation methods

2.2.2 對土壤養(yǎng)分含量的影響 小麥?zhǔn)斋@期，0～60 cm土層的土壤硝態(tài)氮含量順序為滴灌處理＞微噴灌處理＞畦灌處理；60 cm以下土層，滴灌處理的土壤硝態(tài)氮含量較高，而微噴灌與畦灌處理差異不大（圖4）。

圖4 不同灌水方式下土壤硝態(tài)氮含量的變化Fig.4 The distribution of soil nitrate under different irrigation methods after harvest

小麥?zhǔn)斋@期，0～60 cm土層，滴灌和微噴灌處理的土壤速效鉀含量普遍＞畦灌處理；60～80 cm土層，土壤速效鉀含量順序為滴灌處理＞畦灌處理＞微噴灌處理；80～100 cm土層，土壤速效鉀含量順序為畦灌處理＞滴灌處理＞微噴灌處理（圖5）。

圖5 不同灌水方式下土壤速效鉀含量的變化Fig.5 The distribution of available potassium under different irrigation methods

可以看出，與滴灌和微噴灌處理相比，畦灌處理0～60 cm土層的土壤硝態(tài)氮和速效鉀含量均較低，而60 cm以下土層養(yǎng)分含量有增加趨勢。這與畦灌處理總施肥量較高，灌溉方式為畦田大水漫灌，而土壤硝態(tài)氮和速效鉀易隨水分淋失有關(guān)。總體而言，少量多次的施肥與灌溉方式有利于土壤保肥，其中，滴灌處理效果優(yōu)于微噴灌處理。

2.3 不同灌水方式對小麥株高和葉面積指數(shù)的影響

在測定期內(nèi)，滴灌與微噴灌處理的小麥株高差異不大，但均＞畦灌處理（圖6）。與滴灌和微噴灌處理均采用少量多次的灌溉與施肥方式，根系層土壤始終保持著適宜的水肥條件，有利于植株生長有關(guān)。

圖6 不同灌水方式下冬小麥株高的變化Fig.6 The changes of plant height of winter wheat under different irrigation methods

在測定期內(nèi)，不同灌水方式處理的小麥葉面積指數(shù)變化趨勢均呈拋物線型，其中，4月15日～5月10日的葉面積指數(shù)順序為微噴灌處理＞滴灌處理＞畦灌處理，5月25日三者葉面積指數(shù)大小趨于一致（圖7）。與畦灌處理相比，少量多次的灌溉方式可使土壤根層保持適宜的水肥條件，增強冬小麥葉片的長勢，其中，微噴灌處理還可增加冬小麥冠層濕度，調(diào)節(jié)田間小氣候，使得冬小麥葉片生長狀況達到最佳，葉面積指數(shù)最大。生長后期，隨著莖生葉衰老，冬小麥完全進入生殖生長，不同灌水處理的葉面積指數(shù)大小趨于一致。

圖7 不同灌水方式下冬小麥葉面積指數(shù)的變化Fig.7 The changes of leaf area index of winter wheat under different irrigation methods

2.4 不同灌水方式對小麥光合作用日變化的影響

光合作用為作物生長提供物質(zhì)和能量，是作物生長發(fā)育的基礎(chǔ)和生產(chǎn)力高低的決定性因素，同時又是一個對環(huán)境敏感的復(fù)雜的生理過程。生態(tài)環(huán)境不僅直接影響植物的光合作用，還通過影響植株內(nèi)部的生理因子間接地影響其光合作用[12]。

不同灌水方式處理的小麥旗葉凈光合速率日變化曲線均呈“多峰型”（圖8），且具有明顯的光合“午休”現(xiàn)象，其中，滴灌和微噴灌處理的旗葉凈光合速率普遍＞畦灌處理，較畦灌處理提高了6.76%～16.73%。微噴灌和滴灌處理12∶00～13∶00的凈光合速率較畦灌處理分別提高了11.6%和15.6%，說明采用少量多次的灌溉方式能夠減輕冬小麥的光合“午休”現(xiàn)象，與姚素梅等[13]的觀點一致。

圖8 不同灌水方式下冬小麥凈光合速率的日變化Fig.8 The diurnal variations of photosynthesis of winter wheat under different irrigation methods

不同灌水方式處理的小麥旗葉蒸騰速率、胞間CO2濃度和氣孔導(dǎo)度變化趨勢基本一致，且指標(biāo)值普遍差異不大（圖9～11）。3種灌水方式下，旗葉胞間CO2濃度均在272～343 μmol/mol范圍內(nèi)波動，日變化比較平穩(wěn)；蒸騰速率在9∶00～15∶00均平穩(wěn)波動，15∶00之后均隨氣孔導(dǎo)度的降低而不斷下降。5月22日天氣高溫晴朗，氣孔導(dǎo)度在9∶00即達到1 d中的最高值；之后，高溫作用促使部分氣孔關(guān)閉，氣孔導(dǎo)度降低，其中，12∶00～14∶00時平穩(wěn)波動，15∶00～18∶00由于氣溫快速下降和空氣相對濕度上升，氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率不斷下降。

圖9 不同灌水方式下冬小麥蒸騰速率的日變化Fig.9 The diurnal variations of transpiration rate of winter wheat under different irrigation methods

圖10 不同灌水方式下冬小麥胞間CO2濃度的日變化Fig.10 The diurnal variations of intercellular CO2 concentration of winter wheat under different irrigation methods

圖11 不同灌水方式冬小麥氣孔導(dǎo)度的日變化Fig.11 The diurnal variations of stomatal conductance of winter wheat under different irrigation methods

綜上分析可以看出，不同灌水方式對凈光合速率除外的其他光合作用指標(biāo)影響均不明顯。僅就冬小麥的凈光合速率而言，滴灌和微噴灌處理效果優(yōu)于畦灌處理。

2.5 不同灌水方式對小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

滴灌和微噴灌處理的小麥產(chǎn)量均＞畦灌處理，增產(chǎn)率分別為6.33%和8.45%，但差異均不顯著，且滴灌與微噴灌處理的產(chǎn)量差異也不顯著（表1）。

進一步分析不同灌水方式下小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素的變化后發(fā)現(xiàn)，小麥單位面積穗數(shù)順序為滴灌處理＞微噴灌處理＞畦灌處理，其中，滴灌處理的指標(biāo)值明顯較高，而微噴灌與畦灌處理差異不顯著；穗粒數(shù)順序為畦灌處理＞滴灌處理＞微噴灌處理，其中，畦灌處理的指標(biāo)值明顯較高，而滴灌與微噴灌處理差異不顯著；千粒重順序為畦灌處理＞微噴灌處理＞滴灌處理，但三者差異均不顯著。

綜上分析可以看出，滴灌處理有利于冬小麥成穗，畦灌處理有利于形成大穗，但不同灌水方式對小麥千粒重和產(chǎn)量影響均不明顯。

表1 不同灌水方式對冬小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響Table 1 Effects of different irrigation methods on winter wheat yield and its components

3 結(jié)論與討論

在適宜的田間工程模式下，研究了滴灌、微噴灌、畦灌對土壤水分和養(yǎng)分分布以及冬小麥生長和產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，與畦灌處理相比，滴灌和微噴灌處理的灌水量均減少了150 m3/hm2；總施肥量均減少了 24.0 kg/hm2，其中，N用量減少 16.5 kg/hm2，K2O用量減少7.5 kg/hm2；土壤基質(zhì)勢始終保持在-25～-3 kPa之間，變化幅度相對較小；根層土壤硝態(tài)氮和氧化鉀含量均較高，保肥能力強；產(chǎn)量分別提高了6.33%和8.45%，但增產(chǎn)效果并不明顯。冬小麥生產(chǎn)上采用適宜的滴灌和微噴灌水肥一體化技術(shù)，在提高灌溉自動化程度的前提下，可省水、省肥，且可提高產(chǎn)量，符合當(dāng)前規(guī)?；r(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式的要求。

本研究結(jié)論僅僅是根據(jù)1 a的試驗數(shù)據(jù)得出的，干旱年份及多年研究條件下小麥滴灌和微噴帶灌溉水肥運移規(guī)律及其對產(chǎn)量的影響仍需進一步驗證與完善。同時，可進一步開展小麥滴灌和微噴灌技術(shù)經(jīng)濟效益分析，全面論證該技術(shù)的經(jīng)濟可行性。

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