拔節(jié)期和開花期測墑補(bǔ)灌對邯麥16號小麥產(chǎn)量及耗水特征的影響

蘇玉環(huán)，劉保華，王雪香，張清華，宋彥龍，陳冬梅，馬永安

(1.邯鄲市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，河北邯鄲 056001;2.河北省魏縣氣象局，河北魏縣 056800)

小麥?zhǔn)呛颖笔〉闹饕Z食作物，播種面積和總產(chǎn)量約占全國的1/10，而該區(qū)水資源僅占全國的0.65%[1]，人均水資源311 m3，占全國的1/7，以邯鄲為例，邯鄲地區(qū)的水資源人均占有量為191.6 m3，是河北省平均水平的62%，在邯鄲市用水總量中，農(nóng)業(yè)用水占72.8%，而麥田灌溉用水占到農(nóng)業(yè)灌溉用水的86%[2]。因此發(fā)展小麥節(jié)水栽培對大幅度提高降水利用率和減少灌溉用水、促進(jìn)農(nóng)田水分高效利用、保證小麥生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

合理灌溉可以提高小麥產(chǎn)量和水分利用效率。關(guān)于灌水時期、灌溉次數(shù)、灌水量對小麥產(chǎn)量及耗水特性的影響研究報道較多。研究表明，灌水時期和灌水量顯著影響小麥的總耗水量、土壤貯水消耗量及階段耗水量，拔節(jié)期和開花期灌水顯著提高了拔節(jié)至成熟階段小麥的耗水量[3]。拔節(jié)至抽穗是冬小麥需水的關(guān)鍵時期，此時水分虧缺可導(dǎo)致小麥產(chǎn)量顯著降低[4-7]。在小麥拔節(jié)期和抽穗期各灌水60 mm時，小麥籽粒產(chǎn)量較拔節(jié)、抽穗、灌漿期各灌40 mm處理顯著提高[8]。在底墑充足的條件下，拔節(jié)水和開花水各灌50 mm，可以實(shí)現(xiàn)小麥高產(chǎn)和水分高效利用[9]。但是前人研究多采用定量灌溉，而不同年度間降雨量、降水時期和土壤注水量都存在差異，因此灌水量也應(yīng)不同。據(jù)筆者調(diào)查，邯鄲地區(qū)小麥全生育期內(nèi)需要灌水3～4次，個別年份需要4～5次，水資源浪費(fèi)嚴(yán)重。有試驗(yàn)結(jié)果表明，根據(jù)0～40 cm土層含水量，在越冬期補(bǔ)灌至目標(biāo)相對含水量為75%、拔節(jié)期和開花期補(bǔ)灌至目標(biāo)相對含水量為70%時，小麥產(chǎn)量和水分利用效率與依據(jù)0～140 cm土層含水量測墑補(bǔ)灌間無顯著差異，但灌溉水利用效率和灌溉效益顯著提高[10]。因此測墑補(bǔ)灌對我國缺水地區(qū)小麥節(jié)水栽培具有重要價值，但不同地區(qū)生態(tài)條件、小麥種植方式、推廣品種、施肥等因素存在差異，此方面的研究結(jié)果尚不一致。本研究以邯鄲市農(nóng)業(yè)科學(xué)院自育高產(chǎn)小麥品種邯麥16號為供試材料，研究測墑補(bǔ)灌對小麥水分利用率和產(chǎn)量的影響，以期為該技術(shù)在邯鄲地區(qū)小麥節(jié)水栽培中的應(yīng)用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2016-2017年在邯鄲市邯山區(qū)河沙鎮(zhèn)鎮(zhèn)苗莊村試驗(yàn)農(nóng)場進(jìn)行。試驗(yàn)地土壤為壤土，地力中等偏上，試驗(yàn)地前茬作物為玉米，秸稈不還田。供試品種為邯麥16。該年度小麥生長季降水量184.7 mm，其中播種至越冬73.2 mm，越冬至返青期11.6 mm，返青至拔節(jié)期4.6 mm，拔節(jié)期至開花期28.6 mm，開花期至成熟66.7 mm，小麥生長季常年降水量141.6 mm。

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，三次重復(fù)。在澆灌底墑的基礎(chǔ)上，全生育期澆灌拔節(jié)水和開花水。依據(jù)拔節(jié)期、開花期0～40 cm土層的土壤含水量計(jì)算補(bǔ)灌水量，設(shè)置3個處理，分別為W70、W75和W80，即用SU-LA型土壤水分速測儀(北京盟創(chuàng)偉業(yè)科技有限公司)測定拔節(jié)期、開花期0～40 cm土層的含水量進(jìn)行測墑補(bǔ)灌，土壤的相對含水量分別補(bǔ)灌至70%、75%、80%，以全生育期不澆水(W0)和當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)灌溉(WN)為對照。在測墑后的第二天進(jìn)行補(bǔ)灌，補(bǔ)灌時用水龍帶從井口接水均勻灌溉試驗(yàn)小區(qū),水龍帶出水口安裝水表控制灌水量。

小區(qū)面積24 m2，小區(qū)長6 m，寬4 m。小區(qū)之間設(shè)2 m寬的隔離區(qū)，種植與試驗(yàn)小區(qū)相同的小麥品種，隔離區(qū)不澆水，播種前底施復(fù)合肥750 kg·hm-2(N-P-K∶15-15-15)，拔節(jié)期結(jié)合澆水追施尿素(N%=46%)300 kg·hm-2。三葉期定基本苗345萬株·hm-2。其他管理同一般高產(chǎn)田。

1.2 測定項(xiàng)目與方法

1.2.1 土壤含水量的測定

在小麥播種前、收獲后，在0～200 cm土層取樣，每20 cm一層，用烘干法測定土壤含水量。土壤質(zhì)量含水量=(土壤鮮質(zhì)量-土壤干質(zhì)量)/土壤干質(zhì)量×100%，土壤相對含水量=土壤質(zhì)量含水量/田間持水量×100%。田間持水量用環(huán)刀法測定[3]。在拔節(jié)期、開花期用儀器法測定0～40 cm土層的土壤體積含水量，依據(jù)含水量計(jì)算補(bǔ)灌水量(m)。m=10aH(B1-B2)，a為測墑土層土壤平均容重(g·cm-3)，H為測墑土層深度(cm)，B1為目標(biāo)土壤質(zhì)量含水量(田間持水量乘以目標(biāo)相對含水量)，B2為灌溉前土壤質(zhì)量含水量。

1.2.2 小麥全生育期耗水量的計(jì)算

麥田耗水量=全生育期總灌水量+全生育期降水量+全生育期土壤貯水消耗量

全生育期土壤水消耗量=10aH(θ1-θ2)，10為換算系數(shù)，a為測墑土層土壤平均容重(g·cm-3)，H為測墑土層深度(cm)，θ1和θ2為時段初和時段末土壤質(zhì)量含水量。本試驗(yàn)主要測定0～200 cm土層的土壤水消耗量。

1.2.3 水分利用率和灌溉效益的計(jì)算

水分利用效率WUE=Y/Eta；灌溉水分利用效率IWUE=Y/I；灌溉效益IB=⊿Y/I。

式中，Y為籽粒產(chǎn)量(kg·hm-2)，⊿Y為灌溉后增加的產(chǎn)量(kg·hm-2)，Eta為小麥全生育期總耗水量(mm)，I為補(bǔ)灌量(mm)。

1.2.4 籽粒產(chǎn)量的測定

于小麥成熟后全區(qū)收獲，脫粒、自然風(fēng)干后稱重，折算成公頃產(chǎn)量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Excel 2003和DPS 7.05進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理灌水量的差異

不同處理間補(bǔ)灌量存在明顯差異(表1)。測墑補(bǔ)灌處理的拔節(jié)期和開花期補(bǔ)灌量均表現(xiàn)為W80>W75>W70，拔節(jié)期不同處理間補(bǔ)灌量差異較大，開花期W80處理的補(bǔ)灌量均顯著高于W75、W70，W75、W70處理間差異不顯著；全生育期的總灌水量和各時期的變化規(guī)律相同，且處理間差異均顯著。與當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)灌溉(WN)相比，拔節(jié)期測墑補(bǔ)灌處理的灌水量均顯著下降；開花期的補(bǔ)灌量以W80處理最高，但與WN處理差異不顯著，兩者均極顯著高于W70處理；WN處理的總灌水量顯著高于測墑補(bǔ)灌處理。這說明測墑補(bǔ)灌能夠節(jié)水。

表1 不同處理下拔節(jié)期和開花期0～40 cm土層的土壤體積含水量和灌水量Table 1 Soil volumetric water content and irrigation amount of different treatments during the whole growth and the jointing stage at 0-40 cm soil layer

同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。下表同。

Different letters following the values in the same column mean significant differences among the treatments at 0.05 level. The same in tables 2-4.

2.2 測墑補(bǔ)灌對麥田土壤水消耗的影響

隨著土層深度的增加，各處理的土壤水消耗量逐漸減少(表2)。在0～20 cm土層，不同處理間土壤水消耗量差異不顯著；在20～200 cm土層，不灌溉處理(W0)的土壤水消耗量顯著高于灌溉處理，說明土壤干旱有利于小麥對土壤水分的利用。灌溉處理間，隨著灌水量的增加，土壤水消耗量逐漸減少，20～140 cm土層土壤水消耗量在不同灌溉處理間差異不顯著，但140～160 cm的土層土壤水消耗量表現(xiàn)為W70>W75>W80>WN，180～200 cm土層的土壤水清耗量表現(xiàn)為W70>W75>W80>WN，說明與傳統(tǒng)灌溉相比，測墑補(bǔ)灌處理更能有效利用深層土壤水，尤其是W70、W75處理。

表2 不同處理下0～200 cm各土層的土壤水消耗量Table 2 Soil water consumption amount in 0-200 cm soil layer under different treatments mm

2.3 測墑補(bǔ)灌對麥田耗水量及其分配的影響

灌溉處理的全生育期總耗水量均顯著高于不灌溉處理(表3)。與WN處理比較，W70、W75處理的全生育期總耗水量顯著下降，說明測墑補(bǔ)灌的W70、W75處理可以有效減少小麥耗水。補(bǔ)灌量占總耗水量的比例表現(xiàn)為WN>W80>W75>W70，并且處理間差異顯著；土壤水消耗量占總耗水量的比例表現(xiàn)為W0>W70>W75>W80>WN，處理間差異程度不同；降水量占總耗水量的比例表現(xiàn)為隨著灌水量增加而逐漸降低，其中W0處理顯著高于灌溉處理，W70處理顯著高于WN處理,表明與傳統(tǒng)灌溉相比，拔節(jié)期、開花期依據(jù)0～40 cm土層的土壤相對含水量補(bǔ)灌至75%、70%的處理顯著降低了總耗水量，灌水量及其占總耗水量的比例顯著降低，土壤水消耗量及其占總耗水量的比例明顯提高，有利于節(jié)約灌溉用水。

表3 不同處理下冬小麥耗水量及其分配Table 3 Water consumption and its distribution under different treatments

2.4 測墑補(bǔ)灌對小麥籽粒產(chǎn)量、水分利用效率的影響

從表4可知，灌溉可提高小麥穗數(shù)，尤其是測墑補(bǔ)灌效果更明顯，但不同灌溉處理間差異不顯著；穗粒數(shù)、千粒重在不同處理間差異均不顯著。小麥籽粒產(chǎn)量表現(xiàn)為W75>W80>WN>W70>W0。水分利用效率則以W0處理最高，但與W75處理差異不顯著，兩者均顯著高于WN處理。灌溉水利用效率表現(xiàn)為W70>W75>W80>WN，灌溉效益表現(xiàn)為W75>W80>W70>WN，說明與傳統(tǒng)灌溉處理相比，W75處理可以顯著提高小麥籽粒產(chǎn)量和水分利用效率，而且灌溉水利用效率和灌溉效益也較高，是本試驗(yàn)條件下的最佳處理。

3 討 論

前人研究表明，隨著灌水量的增加，麥田總耗水量增大，土壤水消耗量占總耗水量的比例下降[11-13]。供水量(灌溉和降雨)從100 mm增加到300 mm時，土壤水消耗比例由65%下降到20%左右，供水深度由120～140 cm上升到80 cm左右[14]。小麥對土壤水的消耗主要來自0～140 cm土層，隨著灌水量的減少，小麥耗水層可達(dá)到140～180 cm[15]。本研究與前人研究結(jié)果相似。

表4 不同處理下小麥籽粒產(chǎn)量、水分利用效率、灌溉水利用效率和灌溉效益Table 4 Grain yield,water use efficiency,irrigation water use efficiency and irrigation benefit of winter wheat under different treatments

本研究中，測墑補(bǔ)灌處理的土壤水消耗量主要來源于0～140 cm土層，并且隨著灌水量的減少，各土層的土壤水消耗量逐漸增加，W75處理140～200 cm土層的土壤水消耗量高于其他灌溉處理，說明相對于其他測墑補(bǔ)灌處理，W75處理更能有效利用深層土壤水，達(dá)到節(jié)水灌溉的目的。

拔節(jié)期至成熟期是小麥生長發(fā)育的關(guān)鍵時期，拔節(jié)期和開花期灌水可以獲得較高的籽粒產(chǎn)量[11,16]，灌水多少因品種及環(huán)境不同而存在差異。拔節(jié)期灌溉70 mm可促進(jìn)小麥花后對土壤水分的利用，較底墑水灌溉70 mm處理增產(chǎn)21.6%，其水分利用效率為54 kg·hm-2·mm-1[17]。拔節(jié)期和開花期目標(biāo)相對含水量均為70%的灌水處理產(chǎn)量比拔節(jié)期和開花期均灌水60 mm的處理提高5.1%，水分利用效率和灌溉水利用效率分別提高9.6%、43.0%[18]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，W75處理的灌水量顯著低于WN處理，產(chǎn)量、水分利用效率、灌溉水利用效率和灌溉效益均顯著高于WN處理，其中產(chǎn)量、水分利用效率、灌溉水利用效率和灌溉效益分別提高2.63%、5.04%、29.53%和102.0%。這說明測墑補(bǔ)灌的W75處理能在保證高產(chǎn)的前提下進(jìn)一步減少灌溉量，提高水分利用效率，有利于小麥節(jié)水高產(chǎn)，是本試驗(yàn)條件下的最佳節(jié)水灌溉處理。