分期定量春灌一水對麥田蒸散量與產(chǎn)量構(gòu)成的影響

李曉爽 黨紅凱 宋 妮 申孝軍 馬筱建 孫景生

(1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)田灌溉研究所， 新鄉(xiāng) 453003； 2.河北省農(nóng)林科學(xué)院旱作農(nóng)業(yè)研究所， 衡水 053000)

0 引言

作為世界性糧食作物，小麥產(chǎn)量與種植面積均居第一[1]。從全球分布來看，小麥集中分布在北半球歐亞大陸和北美，占總種植面積的90%。世界不同地區(qū)由于生產(chǎn)水平與生態(tài)環(huán)境差異致使小麥水分管理模式截然不同。美國高平原區(qū)開展灌溉可提高小麥產(chǎn)量2倍，提高玉米產(chǎn)量10倍，該地區(qū)小麥生產(chǎn)以雨養(yǎng)為主[2]。加拿大春小麥產(chǎn)區(qū)，采用秸稈儲雪、土地免耕等技術(shù)，提高周年水分利用效率，雨養(yǎng)條件下獲取穩(wěn)定產(chǎn)量[3]。法國小麥主要分布在大西洋沿岸地區(qū)，該區(qū)屬于溫帶海洋性氣候，水分不是產(chǎn)量提高的限制因素[4]。與其他國家或地區(qū)不同，我國雨養(yǎng)農(nóng)區(qū)也種植小麥，但重要小麥產(chǎn)區(qū)主要分布在灌區(qū)，灌溉是維系小麥高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的主要因素。進(jìn)一步比較發(fā)現(xiàn)，北緯37.5°穿過中國河北平原，與世界著名小麥產(chǎn)區(qū)美國堪薩斯州、土耳其地中海沿岸及伊朗北部麥區(qū)緯度相近。美國堪薩斯州與土耳其小麥產(chǎn)區(qū)既有地表徑流又有一定降雨[5-6]；伊朗雖為缺水區(qū)，但徑流全部為內(nèi)陸河，高山雪水為小麥生產(chǎn)提供了主要水源[7]。我國河北平原冬小麥生長季多年平均降水量不足110 mm，雨養(yǎng)條件下籽粒產(chǎn)量不足2 250 kg/hm2[8]。而該區(qū)冬小麥產(chǎn)量達(dá)7 500 kg/hm2，需水量約420 mm，降雨不足又無地表徑流，高產(chǎn)麥田水分需求的差額由抽取深層地下水補(bǔ)給[9]。在本地區(qū)長期抽取地下水形成了巨大的漏斗群，生態(tài)危機(jī)嚴(yán)重制約了農(nóng)業(yè)的可持續(xù)生產(chǎn)[10]。

河北平原屬于華北平原一部分, 具有中國北方半干旱農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)的典型特征。受溫帶季風(fēng)性氣候影響，小麥生長處于長期且穩(wěn)定的干旱期。在水資源極度匱乏且需確保糧食安全條件下，為緩解小麥栽培用水與水資源短缺的矛盾，學(xué)者們圍繞區(qū)域的生態(tài)特點(diǎn)，開展了大量節(jié)水技術(shù)研究。DENG等[11]研究指出，小麥不同生育時(shí)期對水分虧缺的敏感性不同，其中拔節(jié)前后對水分虧缺最為敏感。ZHANG等[12]發(fā)現(xiàn)，拔節(jié)期間適度水分脅迫有助于提高后期根系對深層土壤水肥的吸收，提高水肥利用效率，同時(shí)在雨季來臨前可騰出庫容，提高周年水分利用效率。邱新強(qiáng)等[13]認(rèn)為，拔節(jié)期間是冬小麥根系生長最旺盛且生長中心逐漸下移的時(shí)期，該階段通過水肥調(diào)節(jié)對根系調(diào)控效果最佳。ZHANG等[14]認(rèn)為，在河北平原減少農(nóng)田灌水條件下，開展小麥節(jié)水栽培研究，有助于區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。但關(guān)于本地區(qū)大田栽培環(huán)境對拔節(jié)期間土壤含水率的影響、不同時(shí)期灌水對小麥耗水特性的影響及春季限水優(yōu)化灌溉對群體構(gòu)建與產(chǎn)量特征的影響缺乏系統(tǒng)研究。為此本文在大田條件下，連續(xù)4年于冬小麥需水關(guān)鍵期設(shè)置6個(gè)灌水時(shí)期，研究不同處理對農(nóng)田水分平衡、冬小麥干物質(zhì)積累運(yùn)轉(zhuǎn)及水分利用效率的影響，旨在為實(shí)現(xiàn)冬小麥節(jié)水豐產(chǎn)、地下水綜合治理和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

田間試驗(yàn)于2013—2017年連續(xù)4個(gè)冬小麥生長季，在河北省農(nóng)林科學(xué)院旱作節(jié)水試驗(yàn)站(115.72°E，37.90°N，海拔21.0 m)進(jìn)行。該站位于河北平原中南部，屬于華北冬小麥生長區(qū)，具有中國北方半干旱農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)的典型特征。常年采用冬小麥-夏玉米一年兩熟制。年均日照時(shí)數(shù)、無霜期、蒸發(fā)量、降水量、氣溫分別為2 509.4 h、188 d、1 785 mm、510 mm、12.8℃[15]。試驗(yàn)田土質(zhì)為壤土，0～20 cm耕層土壤養(yǎng)分質(zhì)量比為：有機(jī)質(zhì)15.68～17.42 g/kg、全氮1.48～1.54 g/kg、速效氮127.24～134.68 mg/kg、速效磷21.95～24.13 mg/kg、速效鉀113.68～128.42 mg/kg。該區(qū)冬小麥生長季多年平均降水量110 mm[8]，本研究連續(xù)4個(gè)冬小麥生長季降水量115.7～158.3 mm，與平均降水量相近，具有生產(chǎn)代表性。播前9月與冬小麥生長季逐月降水量見表1。為保證冬小麥足墑播種，每年于9月25日玉米收獲前灌水45 mm。播種前土壤體積含水率見表2。

表1 播前9月與冬小麥生育期逐月降水量Tab.1 Monthly precipitation in September before sowing and in growing period of winter wheat mm

表2 試驗(yàn)地土壤類型與播前土壤含水率Tab.2 Soil types and moistures before seeding in test area

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選用當(dāng)?shù)禺?dāng)前大面積推廣的節(jié)水高產(chǎn)冬小麥品種衡4399，按照常規(guī)播種量(225 kg/hm2)足墑播種。翌年小麥需水關(guān)鍵期設(shè)置6個(gè)灌水時(shí)期處理：拔節(jié)后0 d(AJ0)、拔節(jié)后5 d(AJ5)、拔節(jié)后10 d(AJ10)、拔節(jié)后15 d(AJ15)、拔節(jié)后20 d(AJ20)、拔節(jié)后30 d(AJ30)，灌水量75 mm，各處理從播種至收獲期間均灌1次水，灌水與追肥同步。每個(gè)處理小區(qū)面積40 m2(5 m×8 m)，3次重復(fù)，順序排列，處理間設(shè)置0.5 m寬隔離區(qū)。冬小麥夏玉米收獲后秸稈全量粉碎還田。整地前底施磷酸二銨525 kg/hm2、氯化鉀150 kg/hm2。春季補(bǔ)水時(shí)追施尿素375 kg/hm2。折合施用化肥量為N 267 kg/hm2、P2O5241.5 kg/hm2、K2O 90 kg/hm2。2013—2016年分別于10月10、12、13、15日播種，2014—2017年5月2—5日、5—7日、4—5日、4—7日揚(yáng)花，6月5、6、12、10日收獲。

1.3 相關(guān)指標(biāo)測定和計(jì)算

采用土鉆取土，干燥法測定土壤含水率，測定時(shí)間為播種后與各生育階段末，灌水或降雨前后加測，同一處理每小區(qū)鉆取0～200 cm土層土樣，每10 cm為一層進(jìn)行取土。采用水量平衡公式計(jì)算作物耗水量

(1)

式中Et——階段耗水量，mm

i——土層編號n——總土層數(shù)

γi——第i層土壤干容重，g/cm3

Hi——第i層土壤厚度，cm

θi1、θi2——第i層土壤時(shí)段初和時(shí)段末的含水率(以占干土質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)計(jì)算)，%

P——降水量，mm

I——時(shí)段內(nèi)的灌水量，mm

G——時(shí)段內(nèi)地下水對作物根系的補(bǔ)給量，mm

R——時(shí)段內(nèi)測定區(qū)域的地表徑流量，mm，試驗(yàn)區(qū)地勢平坦，無地表徑流產(chǎn)生，故R為0

F——時(shí)段內(nèi)根區(qū)深層滲漏量，mm

當(dāng)?shù)叵滤裆畲笥?.5 m時(shí)，G可以不計(jì)，本試驗(yàn)的地下水埋深在7 m以下，因此無地下水補(bǔ)給。其中F計(jì)算方法為灌水(或降水)前200 cm土層內(nèi)的土壤儲水量(mm)加上灌水量(或降水量，mm)再減去田間持水量(mm)，如果F小于0，說明沒有深層滲漏產(chǎn)生，則F取值為0。

產(chǎn)量水平的水分利用效率計(jì)算公式為

WUE=Y/ETc

(2)

式中Y——籽粒產(chǎn)量(該階段生物產(chǎn)量)，kg/hm2

ETc——小麥生育期間蒸散量，mm

1.4 干物質(zhì)測定

于揚(yáng)花期和收獲期連取代表性植株20株，作為考察樣本。將樣本地下部分剪去，按葉片、莖和葉鞘、穗殼、籽粒等器官拆分(除籽粒外，包括莖葉在內(nèi)的其他器官為營養(yǎng)器官)，105℃干燥箱殺青30 min后，于80℃干燥至質(zhì)量恒定，冷卻后稱干質(zhì)量。與每公頃干物質(zhì)轉(zhuǎn)移效率相關(guān)的計(jì)算公式分別為[17]

Tv=W1-W2

(3)

R1=Tv/W1×100%

(4)

Tg=W3-Tv

(5)

R2=Tv/W3×100%

(6)

hi=W3/(W2+W3)×100%

(7)

式中Tv——揚(yáng)花前營養(yǎng)器官同化物運(yùn)轉(zhuǎn)量，kg

Tg——揚(yáng)花后同化物輸入籽粒量，kg

W1——揚(yáng)花期營養(yǎng)器官干質(zhì)量，kg

W2——收獲期營養(yǎng)器官干質(zhì)量，kg

W3——收獲期籽粒干質(zhì)量，kg

R1——揚(yáng)花前營養(yǎng)器官同化物運(yùn)轉(zhuǎn)率，%

R2——揚(yáng)花前同化物對籽粒產(chǎn)量貢獻(xiàn)率，%

hi——收獲指數(shù)，%

1.5 數(shù)據(jù)處理方法

采用Excel 2010和SPSS 19.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同時(shí)間水分處理對冬小麥耗水的影響

2.1.1灌水前與成熟期0～200 cm土層含水率差異

圖1是不同處理灌水前0～200 cm土層剖面土壤含水率的分布結(jié)果。由圖1可以看出，同一年份不同處理各土層的土壤含水率不同，0～40 cm土層較低，40～80 cm土層較高，100～200 cm土層較低；同一土層處理間比較，灌水越早含水率越高，特別是100 cm以下土層，此趨勢尤為明顯，AJ0、AJ5與AJ10較高， AJ30最低或較低。受降雨等天氣因素影響，同年份不同處理間差異程度不同，2017年處理間差異較大，2015年差異較小；各年份同一處理均值比較，AJ30處理0～200 cm土層平均含水率最小，為15.61%；其次是AJ20處理，比AJ30處理高出18.99%；AJ15和AJ10處理土壤含水率相當(dāng)，比AJ30高30%以上。AJ0處理0～200 cm土層平均含水率最大，和AJ5處理稍有差異，分別比AJ30處理高51.12%和45.07%。說明隨著灌水時(shí)間推遲，0～200 cm土層含水率越來越少，被作物吸收利用的越多。

圖1 灌水前各處理0～200 cm土層體積含水率Fig.1 Volumetric water content in 0 ～ 200 cm soil profile at each treatment before irrigation in 2014—2017

圖2 收獲期各處理0～200 cm土層土壤體積含水率Fig.2 Volumetric water content in 0～200 cm soil profile under different treatments at mature stage in 2014—2017

圖2是不同處理收獲期0～200 cm土層剖面土壤含水率的分布結(jié)果。由圖2可以看出，同一年份不同處理成熟期土壤含水率與灌水前土壤含水率分布相似，但不完全相同。2014、2016、2017年0～40 cm與80～120 cm土層含水率較低，40～80 cm和120 cm以下較高；2015年不同土層土壤含水率差異不具規(guī)律。同一土層處理間比較，2014年和2017年0～100 cm土層處理間差異較小，2016年則以AJ15處理最低；3年100 cm以下處理差異較大，以AJ0處理最高，AJ20和AJ30最低或較低，只有2015年處理間差異最小。各年份同一處理均值比較，AJ0處理0～200 cm土層平均含水率最大，為24.04%；接下來依次為AJ5、AJ10、AJ30和AJ15，分別為23.30%、21.54%、20.89%、20.81%；以AJ20處理0～200 cm土層平均含水率最小，為20.35%?？梢姲喂?jié)后15～30 d灌水處理更利于土壤水分的吸收利用。

2.1.2不同處理冬小麥耗水規(guī)律分析

由表3可以看出，各處理耗水量隨生育進(jìn)程而增加，同一年份處理間的差異較大。越冬前各處理耗水量為71.36～103.15 mm。拔節(jié)后15 d耗水量較大，達(dá)到112.97～205.01 mm。拔節(jié)后15 d到揚(yáng)花期耗水量也較大，至揚(yáng)花期已達(dá)232.82～310.82 mm。揚(yáng)花期到成熟期耗水量進(jìn)入另一快速增長期?？傮w來看，耗水量以拔節(jié)后15 d到孕穗期和灌漿期間較高。累積耗水百分率，在越冬前、拔節(jié)后15 d、揚(yáng)花期和成熟期分別達(dá)到總積累量的16.83%～22.51%、25.13%～48.61%、53.11%～67.68%和100%。另外，鑒于3年數(shù)據(jù)重復(fù)性較好，文中僅對2年數(shù)據(jù)加以分析，下同。

由表4可見，2年中冬小麥耗水量較高的階段，都在揚(yáng)花期到成熟期，其前的拔節(jié)期至揚(yáng)花期的耗水量也較高，播種期-越冬期階段耗水量較小，越冬期到拔節(jié)期最小。同一處理不同年份冬小麥耗水量差異較大，以2014—2015年較高；同一年份不同處理冬小麥耗水量差異也較大，以AJ20最高，AJ0與AJ5較低。

表3 各處理耗水量變化和累積耗水百分率Tab.3 Change in water consumption and accumulative percentages of evapotranspiration under different treatments (2013—2015)

注：同列不同小寫字母表示不同處理在0.05水平上差異顯著，下同。

表4 2013—2015年不同處理階段耗水量和耗水強(qiáng)度Tab.4 Water consumption amount and water consumption intensity under different treatments during 2013—2015

注：A表示耗水強(qiáng)度。

冬小麥耗水強(qiáng)度變化趨勢與階段耗水量的趨勢相似(表4)，最高值出現(xiàn)在水分處理后的拔節(jié)期到揚(yáng)花期，平均每日吸收量最高達(dá)到6.26 mm/d，越冬期-拔節(jié)期耗水強(qiáng)度最小，僅為0.16～0.18 mm/d。不同處理之間耗水強(qiáng)度的差異，也與不同處理之間階段耗水量的差異類似。概括來看，全生育期階段耗水量和耗水強(qiáng)度都以生育中期灌水處理后(拔節(jié)后15 d至揚(yáng)花)最高，生育后期(揚(yáng)花至成熟)次之，生育前期(出苗至拔節(jié))最低。

2.2 不同處理對冬小麥干物質(zhì)積累分配的影響

表5為不同限水處理冬小麥群體成穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量及產(chǎn)量。由表5可見，各年份群體成穗數(shù)隨灌水時(shí)間的推遲變化不同。2014年逐漸減小，其他年份先增加后減小，以AJ10與AJ15最高或較高。穗粒數(shù)與產(chǎn)量隨處理先增加后降低，總體以AJ30處理最低。千粒質(zhì)量受處理影響與產(chǎn)量及其他構(gòu)成因素不同，隨處理時(shí)間的推遲，先減小后增大，以AJ10處理較低或最低。同處理年際間比較，群體成穗數(shù)以2014年最低；穗粒數(shù)年際間差異不具規(guī)律性；千粒質(zhì)量以2014年最高，2016年與2017年最低或較低；產(chǎn)量以2015年最高。

由表6可知，揚(yáng)花前營養(yǎng)器官同化物運(yùn)轉(zhuǎn)量、運(yùn)轉(zhuǎn)率及對籽粒貢獻(xiàn)率均隨灌水時(shí)間的推遲先增加后減小，以拔節(jié)后5～15 d期間灌水處理較高。同一處理年際間比較，揚(yáng)花前營養(yǎng)器官同化物轉(zhuǎn)移量、轉(zhuǎn)移率及對籽粒貢獻(xiàn)率均以2015年較高。與灌水處理對揚(yáng)花前營養(yǎng)器官同化物運(yùn)轉(zhuǎn)量影響不同，揚(yáng)花后同化物輸入籽粒的量與揚(yáng)花后同化物運(yùn)轉(zhuǎn)量對籽粒的貢獻(xiàn)率，2014年以拔節(jié)期-拔節(jié)后10 d與拔節(jié)后20 d灌水處理較高；2015年以拔節(jié)期與拔節(jié)后20～30 d灌水處理較高。年際間比較，差異不具規(guī)律性。揚(yáng)花后同化物運(yùn)轉(zhuǎn)量對籽粒的貢獻(xiàn)率各處理均在60%以上，是籽粒產(chǎn)量的主要構(gòu)成部分。2年收獲指數(shù)差異不具規(guī)律性。

表5 2014—2017年不同處理冬小麥產(chǎn)量特征統(tǒng)計(jì)Tab.5 Statistics of population characteristics in winter wheat under different treatments during 2014 to 2017

表6 不同處理對干物質(zhì)再分配的影響Tab.6 Effect of different treatments on dry matter translocation of winter wheat from vegetative organs to grain

2.3 不同處理耗水組成與水分利用效率及相關(guān)性

2.3.1不同處理耗水組成與籽粒水分生產(chǎn)率

由表7可見，農(nóng)田蒸散量為361.1～505.8 mm。同一年份不同處理間比較，隨灌水時(shí)間推遲，蒸散量先增加后減小，以AJ15或AJ20處理最高或較高，以AJ0灌水處理較低。同一處理年際間比較，以2014—2015年和2016—2017年蒸散量較高，2015—2016年最低。蒸散量由灌溉水量、土壤水量和降水量組成。同一年份不同處理間比較，隨灌水時(shí)間推遲，蒸散量先增加后減小，土壤供水量變幅為169.4～311.6 mm，與蒸散量變化相同。同一處理年際間比較也以2014—2015年和2016—2017年土壤供水量較高，2015—2016年最低，與蒸散量變化相同。土壤供水量占蒸散量的46.0%～61.6%，同一年份不同處理間比較，隨灌水時(shí)間推遲，比例先增加后減小，以AJ15或AJ20處理最高或較高。農(nóng)田灌水量為75 mm，占蒸散量的14.8%～20.8%，處理間以AJ0和AJ5占蒸散量的比例較高。降水量變幅為115.7～158.3 mm，以2014—2015年最高，2013—2014年最低。降水量占蒸散量的比例為23.5%～36.6%。同一年份，降水量占蒸散量的比例與灌水量所占比例變化相似，以AJ0和AJ5處理占蒸散量的比例較高。

由表7還可以發(fā)現(xiàn)，WUE為1.32～2.54 kg/m3。同一年份不同處理間比較，除2017年以AJ5最高，其他年份均是以AJ0最高或較高，隨時(shí)間推遲呈現(xiàn)減小趨勢。籽粒產(chǎn)量(表5)隨灌水時(shí)間推遲，呈先增加后減小趨勢，以AJ10和AJ15處理較高，均以AJ30處理最低；同一灌水時(shí)間處理年際間比較，2015年和2016年的籽粒產(chǎn)量高于2014年，但不同年份處理間均是以AJ10和AJ15處理的產(chǎn)量較高且穩(wěn)定。

表7 2014—2017年不同處理對耗水組成和籽粒水分利用效率的影響Tab.7 Effects of different treatments on water use efficiency of biomass and grain yield during 2014 to 2017

2.3.2不同處理灌前土壤含水率與產(chǎn)量構(gòu)成因素的相關(guān)性

由表8可見，成穗數(shù)與不同處理各土層土壤含水率的相關(guān)性因年度不同而不同。除2017年各土層土壤含水率與成穗數(shù)負(fù)相關(guān)外，其他年份均呈正相關(guān)，其中2015年0～80 cm達(dá)到極顯著水平，2015年0～160 cm與2016年0～20 cm、0～200 cm均達(dá)到顯著水平。穗粒數(shù)與各土層土壤含水率呈正相關(guān)(2015年0～40 cm除外)，千粒質(zhì)量2014年與2015年負(fù)相關(guān)，2017年正相關(guān)。穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量與各土層土壤含水率相關(guān)性較差，均未達(dá)到顯著水平。產(chǎn)量與各土層土壤含水率正相關(guān)，其中2016年0～200 cm達(dá)到顯著水平。

表8 灌前不同土層土壤含水率與產(chǎn)量特征的相關(guān)系數(shù)Tab.8 Correlation coefficient between soil moisture of different soil layers before irrigation and population production characteristics of wheat

注：*表示P<0.05，** 表示P<0.01。

3 討論

3.1 限水優(yōu)化灌溉與水分利用效率

本研究條件下，不同處理農(nóng)田蒸散量為361.1～505.8 mm，略低于ZHANG等[12]的結(jié)果，但高于王紅光等[17]的結(jié)果，其原因是本研究為春季限水灌溉1次，ZHANG等[12]的研究為春季灌水2～3次，而王紅光等[17]的研究為旱地小麥。說明隨灌水量、灌水次數(shù)的增多，冬小麥耗水量有增多的趨勢[16]。本研究在灌水量相等的條件下，由于灌水時(shí)間不同，蒸散量與產(chǎn)量也不同，這與CHEN等[18]的研究結(jié)果一致；同一處理不同年份耗水量和產(chǎn)量有一定差異，均以AJ15或AJ20處理最高或較高，但其WUE并不是最高；相比之下，耗水量少的AJ0處理，雖然產(chǎn)量低，WUE卻是最高或較高。從農(nóng)田高效用水評價(jià)指標(biāo)來看，AJ15或AJ20耗水量高，WUE低；而AJ0，耗水少，WUE高，似乎更具高效用水特征。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，耗水量較高的AJ15或AJ20，成熟期100 cm以下的深層土壤水含率較低。說明該處理促進(jìn)了小麥對深層土壤水分的吸收利用[11]。本區(qū)域的氣候特點(diǎn)，是冬小麥?zhǔn)斋@后雨季來臨，充足的降水有效補(bǔ)給了深層土壤水分。受降水入滲補(bǔ)給、蒸散等因素影響，當(dāng)季冬小麥對深層土壤水分利用的差異，在下季冬小麥播種前已經(jīng)消除[9,12]?；谏鲜鲋T多因素，產(chǎn)量較高的AJ15或AJ20水資源利用效率更高。因此，在本研究條件下，用耗水量和WUE表述用水效率，既不能衡量水資源的綜合利用情況，又不能反映產(chǎn)量水平。在一定產(chǎn)量條件下，冬小麥高效利用土壤水和雨水，減小灌溉水用量，還需在精確設(shè)定不同灌水水平下，進(jìn)行更深入的研究。可見，井灌區(qū)小麥生產(chǎn)，通過水肥調(diào)控，促進(jìn)冬小麥對深層土壤水分吸收利用，改善群體結(jié)構(gòu)并提高產(chǎn)量，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)WUE的提高，才是高效用水的真諦所在。

另外，受降雨年型等因素影響，播前0～80 cm淺層土壤含水率年際間有一定差異(變異系數(shù)為1.31%)，80 cm以下深層土層含水率年際間差異較小(變異系數(shù)為0.95%)。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，2013年播種前0～80 cm土層土壤含水率為34.81%，高于2015年(31.83%)和2016年(32.87%)，2014年拔節(jié)期1 m以下深層土壤含水率(24.52%)也高于2016年(19.92%)和2017年(16.72%)。說明底墑水在保障出苗的基礎(chǔ)上，降低了表層土壤含水率，增加了深層土壤含水率，這既能減小地面無效蒸發(fā)，又可利用根系趨水肥性，誘導(dǎo)根系下扎，是有效提高作物吸收利用深層土壤水分的一種方法[19]。2017年拔節(jié)期AJ0、AJ5、AJ10、AJ15、AJ20和AJ15處理，成熟期1 m以下土層含水率分別為23.45%、23.36%、19.00%、15.16%、15.93%和15.30%，說明適期推遲拔節(jié)水，也可引導(dǎo)根系下扎并提高其對深層土壤水分的利用[13, 20]。

3.2 產(chǎn)量與降雨年型及栽培環(huán)境的關(guān)系

2013—2014年與2016—2017年降水量相似，同處理農(nóng)田蒸散量以2016—2017年高。究其原因，2016年秋季降水量大，提高了土壤蓄水量；2017年3—6月冬小麥生長季日均氣溫(17.94℃)、日照時(shí)數(shù)(8.39 h)及日均風(fēng)速(1.96 m/s)均高于2013—2014年(分別為17.13℃、8.04 h、1.86 m/s)，上述兩個(gè)因素是2016—2017年農(nóng)田蒸散量高的原因[15]。另外，比較2017年與2016年AJ20處理，降水量與成穗數(shù)相近，但2016年3—6月冬小麥生長季日均氣溫(17.05℃)、日照時(shí)數(shù)(8.10 h)及日均風(fēng)速(1.86 m/s)均低于2017年，故2017年農(nóng)田蒸散量(503.4 mm)高于2016年(427.8 mm)；2014年與2015年氣象條件相近，AJ20處理2015年群體成穗數(shù)(769.9萬穗/hm2)高于2014年(508.5萬穗/hm2)，2015年農(nóng)田蒸散量(482.6 mm)高于2014年(449.6 mm)?？梢?，在氣象因子差異較大時(shí)，蒸散量與栽培年型相關(guān)；在天氣差異較小時(shí)，蒸散量與群體成穗數(shù)相關(guān)[16,21]。且降雨年型造成的差異比群體更大。

拔節(jié)期根密度以20～80 cm最大[13]，4年土層含水率統(tǒng)計(jì)，AJ0、AJ5、AJ10、AJ15、AJ20與AJ30灌水前土壤含水率分別為23.8%、23.0%、21.7%、22.0%、20.4%和19.1%，各處理灌水前20～80 cm土層含水率均高于凋萎濕度，說明本研究灌水前土壤水分本底值雖有差異，但對冬小麥生產(chǎn)影響較小。本研究連續(xù)4年的AJ0、AJ5、AJ10、AJ15、AJ20與AJ30處理，群體成穗數(shù)分別為650.08、656.93、682.55、677.05、643.08、573.68萬穗/hm2，對冬小麥成穗數(shù)的影響不同，但不同土層對小麥生產(chǎn)的相關(guān)性不具明顯規(guī)律。僅從土壤有效水分分析不出灌水前土壤墑情差異對冬小麥生長與產(chǎn)量造成的影響。本研究春季灌水追肥同步，肥水耦合是影響群體成穗數(shù)和揚(yáng)花期生物量的因素之一[22]。另外，縱觀4年來揚(yáng)花期群體與生物產(chǎn)量和成熟期籽粒產(chǎn)量，均以2015年最高或較高，從灌水處理上也不能發(fā)現(xiàn)原因。本研究0～20 cm耕層土壤肥力全氮質(zhì)量比1.48～1.54 g/kg，速效磷質(zhì)量比21.95～24.13 mg/kg，速效鉀質(zhì)量比113.68～128.42 mg/kg，高于土壤養(yǎng)分缺乏臨界值[23](全氮質(zhì)量比1.0 g/kg，速效磷質(zhì)量比10.3 mg/kg，速效鉀質(zhì)量比67.2 mg/kg)。2015年3月30日—4月5日的有效降水過程，實(shí)現(xiàn)了雨水與土壤中的養(yǎng)分耦合，利于冬小麥的吸收利用，進(jìn)而增加了揚(yáng)花期的生物產(chǎn)量[24]。而該年AJ30揚(yáng)花期群體和生物產(chǎn)量雖然高于其他年份，但各年處理間比較均以AJ30最低。可見，AJ30主要是追肥過晚，田間肥力不足所致。穗數(shù)建成后，2015年5月降雨也較高(64.0 mm)，本年高產(chǎn)與上述因素密切相關(guān)。綜上可見，本區(qū)域生產(chǎn)水平下，水分對產(chǎn)量的貢獻(xiàn)比肥大[25]；但在關(guān)鍵生育期不能及時(shí)補(bǔ)肥，肥力不足時(shí)水對高產(chǎn)的調(diào)控也會一定程度上減弱[18, 25]。水肥處理還對生育期有一定影響，AJ30處理揚(yáng)花期比其他處理提前1～3 d。

從本研究結(jié)果還可以看出，物質(zhì)生產(chǎn)還受降雨時(shí)期的影響。2015年拔節(jié)后5 ～10 d(3月30日—4月5日)有一次降雨過程，導(dǎo)致?lián)P花期特別是成熟期AJ15、AJ20與AJ30處理生物產(chǎn)量差異較小。2014年降雨集中在拔節(jié)后30 d(4月25日)以后，降雨對生物產(chǎn)量的影響較小，但降低了揚(yáng)花前營養(yǎng)器官同化物運(yùn)轉(zhuǎn)量與運(yùn)轉(zhuǎn)率，最終使其產(chǎn)量較低。可見，該階段降水量大或供水充足，不利于花前物質(zhì)向籽粒中運(yùn)轉(zhuǎn)[12]?？傮w來看，降雨時(shí)期不同對群體構(gòu)建與耗水特征有不同的影響。在本研究條件下，該影響沒有改變不同灌水處理對冬小麥產(chǎn)量和水分利用的整體變化趨勢。

3.3 限水優(yōu)化灌溉與墑情苗情互作效應(yīng)對冬小麥生產(chǎn)的影響

土壤有效水分是土壤所含大于凋萎濕度的水分。本研究連續(xù)4年播種時(shí)0～80 cm土壤有效水含量均在180 mm以上，而播種-拔節(jié)階段平均耗水量不足180 mm，說明本研究條件下，土壤水可滿足小麥在播種-拔節(jié)階段的水分需求[16]。

2013年冬前積溫(441.7℃，其他年份均在480℃以上)低，積溫不足導(dǎo)致本年苗期群體較小；與其他年份不同，2013年秋季播種到次年4月25日有效降雨不足20 mm，本年份群體較弱的條件下，起身拔節(jié)期及早水肥處理，促進(jìn)冬小麥早發(fā)育，以彌補(bǔ)群體不足，最終提高了揚(yáng)花期干物質(zhì)積累量和群體成穗數(shù)。水肥處理最晚的AJ30，冬小麥在缺水缺肥雙重脅迫下，群體成穗數(shù)、揚(yáng)花期生物產(chǎn)量和籽粒產(chǎn)量歷年均最低。進(jìn)一步比較2014年與2015年物質(zhì)再分配，2014年群體較小，物質(zhì)生產(chǎn)不足(揚(yáng)花期干物質(zhì)量比2015年低19.45%)，揚(yáng)花后營養(yǎng)器官同化物轉(zhuǎn)移率小(平均僅占7.44%，2015年為16.50%)。因此2014年早灌水處理，轉(zhuǎn)弱苗為壯苗，提高成穗數(shù)，利于產(chǎn)量提高。但苗情較好的2015年，隨灌水時(shí)間的推移，冬小麥成穗數(shù)、揚(yáng)花后營養(yǎng)器官同化物轉(zhuǎn)移量與轉(zhuǎn)移率變化不具規(guī)律，早灌水處理不僅沒有提高群體成穗數(shù)，還降低了物質(zhì)生產(chǎn)量，整體表現(xiàn)為隨灌水時(shí)間的推遲群體成穗數(shù)與生物產(chǎn)量先增加后下降。

同一年內(nèi)群體成穗數(shù)最高的處理，其最終產(chǎn)量也較高，2014—2017年群體成穗數(shù)最高的處理分別為AJ0(639.4萬穗/hm2)、AJ15(800.0萬穗/hm2)、AJ10(715.1萬穗/hm2)和AJ15(711.0萬穗/hm2)。結(jié)合灌前不同土層土壤含水率與產(chǎn)量特征的相關(guān)性，成穗數(shù)和籽粒產(chǎn)量與0～160 cm土層土壤水分相關(guān)性較高。上述各處理灌前0～160 cm土壤含水率依次為23.64%、21.23%、18.21%和22.26%。另外，最高群體成穗數(shù)還與起身期群體總莖數(shù)有關(guān)[21]，2014—2017年起身期群體總莖數(shù)分別為749.4、1537.4、1200.3、1183.6 萬株/hm2。綜上可見，起身期群體總莖數(shù)不足750萬株/hm2，拔節(jié)期土壤含水率接近23%時(shí)即應(yīng)及早灌水；土壤含水率高于20%，群體總莖數(shù)不低于1 100萬株/hm2，可適當(dāng)推遲春季水肥管理，于拔節(jié)后15 d補(bǔ)水補(bǔ)肥；起身期群體總莖數(shù)1 200萬株/hm2，土壤含水率接近18%，及時(shí)灌水追肥。實(shí)際實(shí)施過程中，結(jié)合當(dāng)年降水量預(yù)報(bào)來確定具體灌水日期，有利于產(chǎn)量及水分利用效率提高[16]。

4 結(jié)束語

本研究條件下，不同灌水處理的蒸散量和籽粒產(chǎn)量變化范圍分別為361.1～505.8 mm和6 620.4～8 650.5 kg/hm2。蒸散量與產(chǎn)量隨灌水時(shí)間推移均表現(xiàn)為先增加后減小的變化趨勢。揚(yáng)花前營養(yǎng)器官同化物運(yùn)轉(zhuǎn)量、運(yùn)轉(zhuǎn)率及對籽粒貢獻(xiàn)率均隨灌水時(shí)間的推移先增加后減小，以拔節(jié)后5～15 d灌水處理較高。揚(yáng)花后同化物運(yùn)轉(zhuǎn)量對籽粒的貢獻(xiàn)率各處理均在60%以上，以AJ10和AJ15較高，以AJ0最低。各處理冬小麥的水分利用效率為1.32～2.54 kg/m3，且隨灌水時(shí)間推移水分利用效率逐漸減小，AJ0處理的水分利用效率最高(除2017年以AJ5最高)。產(chǎn)量與灌前土壤含水率、土壤供水量及蒸散量正相關(guān)。拔節(jié)后10～15 d的灌水處理，既能充分利用土壤蓄水，又利于冬小麥產(chǎn)量和水分利用效率的提高。結(jié)合不同年份返青期群體總莖數(shù)，起身期不足750萬株/hm2，拔節(jié)時(shí)土壤含水率接近23%則需要灌水；土壤含水率高于20%，群體總莖數(shù)不低于1 100萬株/hm2，可適當(dāng)推遲春季水肥管理，于拔節(jié)后15 d灌水追肥；起身期群體總莖數(shù)為1 200萬株/hm2，土壤含水率在18%左右，需要及時(shí)灌水追肥。實(shí)際實(shí)施過程中，結(jié)合當(dāng)年降水量預(yù)報(bào)來確定具體灌水時(shí)間，將會更有利于產(chǎn)量及水分利用效率的提高。