去電子水灌溉對冬小麥生長及其水分利用的影響

王艷會，趙國慶，王全九，王 力*

（1.西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，陜西 楊凌 712100；2.西安理工大學(xué)水利水電學(xué)院，西安 710048）

在全球范圍內(nèi)，水資源短缺是作物生長和高產(chǎn)的主要限制因子，并可能導(dǎo)致許多地區(qū)作物產(chǎn)量的損失[1-2]。關(guān)中平原是陜西省乃至西北的主要糧食種植區(qū)，其土地肥沃、灌溉條件完善、光溫充足，小麥播種面積和總產(chǎn)量分別約占陜西省的80%和85%[3]，對我國糧食安全保障有重要意義。近50 a 來關(guān)中平原年均降水量為574.1 mm，平均以每10 a 減少1.2 mm 的趨勢變化，并且氣溫呈波動上升趨勢，表現(xiàn)出氣候暖干化傾向[4]。同時，該區(qū)為氣候敏感地區(qū)，年降水量差異較大，干旱脅迫通常發(fā)生在該地區(qū)的生長季節(jié)，嚴(yán)重制約著冬小麥的生長，導(dǎo)致產(chǎn)量降低[5]。因此進(jìn)行適量灌溉是提升冬小麥產(chǎn)量的關(guān)鍵措施。目前，該地區(qū)的小麥田灌溉存在灌水量大、灌溉方式粗放等問題，導(dǎo)致水分利用效率較低[6]，不僅造成有限水資源的嚴(yán)重浪費(fèi)，而且制約了該區(qū)小麥產(chǎn)量的有效提升。因此，在水資源不足的條件下，需進(jìn)一步探索冬小麥在各生育期水分消耗方式的機(jī)制，并以此為依據(jù)將有限的灌溉水量投入到對作物產(chǎn)量貢獻(xiàn)最大的生育階段，使水資源發(fā)揮更大的作用，提高小麥水分利用效率，以期實現(xiàn)農(nóng)業(yè)節(jié)水高效的可持續(xù)發(fā)展。

多年來我國農(nóng)業(yè)水資源供需矛盾十分突出，尤其西北雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)水資源短缺問題更為嚴(yán)重。因此，發(fā)展節(jié)水高效的農(nóng)業(yè)用水方式是解決這一問題的關(guān)鍵措施。目前，我國在農(nóng)藝節(jié)水、工程節(jié)水、生理節(jié)水和管理節(jié)水等方面已取得長足發(fā)展[7]，同時一些新穎的農(nóng)業(yè)節(jié)水增效的途徑也應(yīng)運(yùn)而生。活化水技術(shù)指利用物理技術(shù)將普通水進(jìn)行處理，使水的理化性質(zhì)（pH值、電導(dǎo)率、表面張力、黏滯系數(shù)、滲透性等）發(fā)生顯著改變，從而提高水分子活性[8]。這些變化有利于土壤理化性質(zhì)改良和作物生長[9]，間接提高水、肥、土的有效利用率[10]。近年來，磁化（水分子通過特定磁場）、去電子（水分子通過去電子器）等灌溉水活化技術(shù)因其具有簡便、低耗能、低投入、無污染且高效的特點[11]，受到學(xué)者們的廣泛關(guān)注。去電子水處理技術(shù)最早由美國提出，廣泛用于工業(yè)水油分離處理，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，主要利用其可以中和劣質(zhì)灌溉水高鹽度的特性，從而降低劣質(zhì)水灌溉對作物的不利影響，以更好地促進(jìn)作物植株生長[8]。目前國內(nèi)外對于去電子水理化特性的研究還相對較少，其在農(nóng)業(yè)灌溉過程中的應(yīng)用也是近年來才開始被關(guān)注[12]。有學(xué)者認(rèn)為利用去電子微咸水進(jìn)行灌溉，不僅可以提高水分利用效率和作物產(chǎn)量，還可以改善土壤水鹽運(yùn)移特性，減輕土壤鹽分脅迫[12-13]。

水分作為冬小麥生產(chǎn)的主要限制因子，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中存在灌溉水生產(chǎn)效率低、水資源總量不足及分布不均、開發(fā)難度大等突出問題，影響了農(nóng)業(yè)的高效可持續(xù)發(fā)展[14-15]。針對這一問題，本研究以灌溉水活化技術(shù)為手段，選取位于關(guān)中平原典型灌區(qū)的曹新莊試驗農(nóng)場為研究區(qū)，在冬小麥關(guān)鍵生育期進(jìn)行去電子水灌溉（普通水作對照），深入研究冬小麥生長與水分利用對去電子水灌溉的響應(yīng)，并探討去電子水灌溉的最佳模式，為冬小麥節(jié)水增產(chǎn)提供新視角，也為雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)節(jié)水增效提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2018年10月—2019年5月在陜西省楊凌區(qū)曹新莊試驗農(nóng)場（108°04′02″E，34°17′38″N，海拔520 m）進(jìn)行。該區(qū)屬于黃土臺塬地貌，坡地與塬地相間，年均降水量550～600 mm，年均氣溫12.9 ℃，屬半濕潤易旱區(qū)，其中冬小麥生育期總有效降水量為187.2 mm，且主要集中在4、5 月份，分別占總降水量的35.2%與36.1%，生育期內(nèi)最低氣溫為-5.4 ℃，最高氣溫為28.2 ℃（圖1）。

供試土壤類型為土墊旱耕人為土（塿土），土質(zhì)疏松，主要耕作方式為冬小麥與夏玉米輪作，播前0～20 cm 耕層土壤容重 1.38 g·cm-3，有機(jī)碳含量 9.80 g·kg-1，全氮含量0.97 g·kg-1，礦質(zhì)氮含量14.14 mg·kg-1，速效磷6.21 mg·kg-1，速效鉀124.55 mg·kg-1。

1.2 試驗設(shè)計

供試冬小麥品種為小偃22 號，播種時間為2018年 10月15 日，播種量為 187.5 kg·hm-2，播種前施基肥，參照當(dāng)?shù)剞r(nóng)作水平，施用242 kg N·hm-2的氮肥和172 kg P2O5·hm-2的磷肥，肥料分別為尿素和磷酸二銨，同時施農(nóng)藥辛硫磷45 kg·hm-2（防止地下蛀蟲），并且對前茬玉米進(jìn)行了秸稈還田，隨后深翻30 cm。

圖1 冬小麥生育期內(nèi)降水量與氣溫分布（2018—2019年）Figure 1 Monthly precipitation and temperatures during growing period of winter wheat（2018—2019）

試驗采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，涉及灌水量與灌水類型兩個因素。在冬小麥越冬期（1月15日）、拔節(jié)期（4月12 日）、灌漿期（5 月24 日）分別采用滴灌系統(tǒng)進(jìn)行灌溉。灌水類型包括普通水和去電子水，其中去電子水灌溉設(shè)置灌溉量梯度，單次灌溉量為20、40、60 mm和80 mm 4個梯度；普通水單次灌溉量為60 mm，并且試驗設(shè)0 mm 灌溉為空白對照，共計6 個處理（見表1），每個處理重復(fù)3 次，共18 個小區(qū)，小區(qū)面積16 m2（4 m×4 m），小區(qū)間隔0.6 m。

表1 試驗各處理不同灌水時期及灌水量（mm）Table 1 The different irrigation periods and irrigation amount of each treatment（mm）

1.3 活化水制備

去電子水由去電子處理系統(tǒng)制成，該系統(tǒng)包括去電子處理器、導(dǎo)線、接地電極等。去電子處理器[韓國亞美華（北京）環(huán)境科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)]型號為W600DELF，接地電極的電阻為5 Ω，與導(dǎo)線連接并將其插入地下。當(dāng)水流經(jīng)去電子處理器時，接地電極將水中的電子和負(fù)電荷導(dǎo)入地下，水體中的鹽分物質(zhì)只剩正離子和正電荷，從而制成去電子水[12]。

灌溉系統(tǒng)由去電子處理系統(tǒng)、塑料水桶（800 L）、自吸噴射泵（中國臺州匯精機(jī)電有限公司，JET-1100）、壓力表、滴灌系統(tǒng)（包括主管道與滴灌帶）等構(gòu)成。水流經(jīng)過去電子器后進(jìn)入水桶中，進(jìn)而由自吸泵導(dǎo)入滴灌系統(tǒng)中，滴灌帶鋪設(shè)在靠近冬小麥的部位，每小區(qū)鋪設(shè)20條，滴頭間距30 cm，滴頭流量1.38 L·h-1，單次灌溉量為20、40、60、80 mm 時，灌溉水量分別為320、640、960、1280 L，并以此為依據(jù)制備去電子水。

1.4 測定指標(biāo)與方法

1.4.1 降水量

利用位于試驗區(qū)附近（50 m）的自動氣象站，對研究期間的降水量（mm）進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測。

1.4.2 冬小麥生長指標(biāo)

生物量：分別于冬小麥拔節(jié)期（4月15日）與灌漿期（5 月9 日）測定一次植株鮮質(zhì)量和干質(zhì)量，每個小區(qū)隨機(jī)采集具有代表性的植株5 株（只取地上部分），帶回實驗室先測其鮮質(zhì)量，然后放入烘箱，于105 ℃殺青0.5 h后調(diào)至70 ℃烘干，稱質(zhì)量。

株高：以上用于測定生物量的樣品采回后，用卷尺測定冬小麥植株的高度，取平均值。

1.4.3 光合指標(biāo)

采用美國LI-COR 公司產(chǎn)LI-6800 便攜式光合測定儀，在冬小麥拔節(jié)期（4 月19 日）與灌漿期（5 月13日）上午09：30—11：30 分別測定一次旗葉凈光合速率（A）、蒸騰速率（E），在人工光源的條件下，設(shè)定光強(qiáng)為 1000 μmol·m-2·s-1，每重復(fù)取 3 片生長一致且受光方向相近的旗葉測定。

1.4.4 旗葉SPAD值（相對葉綠素含量）

采用日本柯尼卡美能達(dá)公司生產(chǎn)的手持式SPAD-502 型葉綠素儀，分別在拔節(jié)期（最上部展開葉）和灌漿期測定冬小麥旗葉的SPAD 值，每重復(fù)隨機(jī)取5片生長一致的旗葉測定。

1.4.5 水分指標(biāo)

土壤含水量：每個小區(qū)中心位置打3 m 深的土鉆，然后埋設(shè)PVC 材質(zhì)中子管，使用CNC503B 型智能中子水分儀（北京核子儀器公司），從冬小麥返青后期到成熟期每隔15 d（陰雨天適當(dāng)延遲）測定一次，其中0～100 cm 土層每 10 cm 測定一次，100～280 cm 土層每20 cm測定一次。中子儀進(jìn)行標(biāo)定后根據(jù)標(biāo)定曲線計算0～280 cm各土層土壤體積含水量[16]。

土壤儲水量由公式（1）[17-18]計算：

式中：SWS是土壤儲水量，mm；SWCi是第i層的土壤含水量,cm3·cm-3；Hi是第i層土壤的厚度，cm；k是轉(zhuǎn)換系數(shù)，10 mm·cm-1。

土壤儲水量變化的計算公式[18]為：

式中：?SWSj是第j個生育期的土壤儲水量變化，mm；SWSj,i是第j個生育期第i層土壤的儲水量，mm；SWSj-1,i是第j個生育期的前一個生育期第i層土壤的儲水量，mm。

蒸散量根據(jù)農(nóng)田水分平衡原理，按照公式（3）[19]進(jìn)行計算：

式中：P為生育期內(nèi)有效降水量，mm；I代表生育期灌溉量，mm；ΔSWS為土壤儲水消耗量（播種期的土壤儲水量與收獲期的土壤儲水量之差），mm；CR為毛管上升到根區(qū)的水量，mm；R為地表徑流量，mm；D為深層滲漏量，mm。試驗區(qū)地下水深埋10 m 以下，故地下水通過土壤毛管孔隙補(bǔ)充土壤水量可不計，CR=0；且該區(qū)地勢平坦，生育期內(nèi)降雨與灌水無徑流形成，R=0；使用蒸滲儀長期測定表明沒有滲漏，D=0，式（3）簡化為：

不同耗水來源所占比例為各耗水來源與總耗水量的比值。

1.4.6 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成指標(biāo)

成熟期，每個小區(qū)收獲1 m2樣方內(nèi)冬小麥，曬干后測定其穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重與籽粒產(chǎn)量。

1.4.7 水分利用效率及灌溉水生產(chǎn)力

籽粒產(chǎn)量水分利用效率采用公式（5）[20]計算：

灌溉水生產(chǎn)力采用公式（6）[21]計算：

式中：WUE為籽粒產(chǎn)量水分利用效率，kg·hm-2·mm-1；Y為籽粒產(chǎn)量，kg·hm-2；ET為冬小麥生育期蒸散量，mm；IWP為灌溉水生產(chǎn)力，kg·hm-2·mm-1；Y0為零灌溉處理籽粒產(chǎn)量，kg·hm-2；I為生育期灌溉量，mm。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 和SPSS 22 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。用單因素（One-way ANOVA）和Duncan 新復(fù)極差法進(jìn)行方差分析和多重比較（α=0.05），并用Ori?gin 9.0軟件進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 去電子水灌溉下土壤水分垂直分布差異

2.1.1 土壤儲水量變化

為了明確不同灌溉處理下冬小麥各生育期對不同土層的水分消耗，計算了各生育期之間不同土層的土壤儲水量變化量，通過比較0～100、100～200 cm 與200～280 cm 土層土壤儲水量的變化來確定各處理冬小麥生長的水分消耗深度（圖2），變化量值越小，說明該層次水分消耗越多。分析圖2 可知，相較于其他處理，I0處理從返青后期到成熟期土壤儲水量變化量最大，所有層次共減少41.1 mm，說明無灌溉水補(bǔ)給，冬小麥主要利用土壤儲水，導(dǎo)致土壤儲水量顯著降低。同一灌溉量（180 mm）水平下，冬小麥返青期到拔節(jié)期，I180 處理下土壤水分消耗深度為0～100 cm，而DI180 處理為100～200 cm；從拔節(jié)期到灌漿期，I180與DI180處理均主要消耗200～280 cm 土層水分；灌漿期到成熟期，該兩種處理土壤水分消耗最多的深度均為100～200 cm。整體看來，冬小麥返青到成熟期，DI180處理下0～280 cm 土層儲水量減少30.9 mm，普通水灌溉則增加21.5 mm。說明同一灌溉量條件下，去電子水灌溉比普通水灌溉的冬小麥水分消耗量更大。

不同深度土層的土壤儲水量變化隨著灌溉量的不同表現(xiàn)出一定差異。從返青后期到拔節(jié)期，去電子水灌溉處理下，總灌溉量為240、180 mm 與120 mm時，冬小麥主要消耗100～200 cm 土層的水分；對總灌溉量為240 mm 而言，盡管土壤儲水量表現(xiàn)為在不同層次均有增加，但100～200 cm 土層增加最少，顯示冬小麥更多地消耗了該層次的水分；當(dāng)灌溉量為60 mm時則消耗0～100 cm 土層水分較多。冬小麥拔節(jié)期到灌漿期，去電子水灌溉處理土壤水分消耗深度都集中在200～280 cm；灌漿期到成熟期，去電子水灌溉60 mm 與 180 mm 分別消耗 0～100 cm 與 100～200 cm 土層水分較多，其他處理都集中在200～280 cm土層。

2.1.2 冬小麥拔節(jié)期與灌漿期土壤含水量對不同灌溉的響應(yīng)

不同灌溉處理下冬小麥拔節(jié)期與灌漿期0～280 cm 土層土壤水分垂直變化狀況如圖3 所示。普通水與去電子水均灌溉 180 mm 時，在 0～25 cm 土層，拔節(jié)期和灌漿期各處理土壤水分垂直變化趨勢一致，表現(xiàn)為增加趨勢，拔節(jié)期增加幅度小，灌漿期土壤水分增加幅度大，這是因為灌漿期降雨多（圖1）。在25～75 cm 土層，拔節(jié)期各處理土壤水分呈現(xiàn)先減少后增加的變化趨勢，這是由于拔節(jié)期需水量大，但拔節(jié)前期補(bǔ)灌一次，水分入滲補(bǔ)給土壤水；灌漿期各處理土壤含水量波動遞減，說明灌漿期亦為冬小麥需水的關(guān)鍵期。75～280 cm 土層，拔節(jié)期與灌漿期各灌溉處理下土壤水分垂直變化差異較大，波動幅度亦比較大。

分析圖3c 可知，拔節(jié)期去電子水灌溉的土壤含水量呈現(xiàn)為波動遞增趨勢，并且總灌溉量為240 mm與180 mm 時的0～280 cm 土層土壤儲水量（830.5 mm與709.4 mm）明顯高于總灌溉量為120 mm 與60 mm時的土壤儲水量（693.1 mm 與682.2 mm），這是由于拔節(jié)期進(jìn)行一次補(bǔ)灌，灌溉量越多，入滲補(bǔ)給也就越充分。從圖3d 可以看出，灌漿期去電子水灌溉處理下土壤水分變化趨勢在0～75 cm 土層呈先增加后減少再增加的分布特點，且波動幅度較大。在75～280 cm 土層，各處理土壤含水量垂直變化的波動幅度均較大，其中 DI240 與 DI180 處理 0～280 cm 平均土壤含水量（28.8%與26.3%）高于DI120與DI60處理（25.7%與26.0%）?？傮w看來，冬小麥拔節(jié)期與灌漿期，去電子水灌溉表現(xiàn)為灌溉量高的土壤深層含水量較大，灌溉量低的土壤深層含水量較小。這表明較低的灌溉量水分下滲較少，而較高灌溉（240 mm）雖使得土壤水分得到有效補(bǔ)給，但不能完全被冬小麥吸收利用，不符合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)高效節(jié)水灌溉的理念，所以需要確定適宜的灌溉量，從而節(jié)約水資源。

圖2 不同灌溉處理各生育期不同深度土層土壤儲水量變化量Figure 2 The variations of soil water storage in different depths at different growth stages under different irrigation treatments

2.2 去電子水灌溉對冬小麥耗水特性的影響

冬小麥生育期耗水主要來源于降水、灌溉水和土壤貯水。從表2 可看出，冬小麥生育期總耗水量以I0處理最低，DI240 處理最高。同一灌溉水平下，DI180處理的冬小麥全生育期總耗水量（439.2 mm）高于I180處理（429.2 mm），但兩處理間冬小麥總耗水量及

土壤水、降水與灌水占總耗水量的比例均無顯著差異（P＞0.05）。從去電子水灌溉量梯度的角度分析，冬小麥總耗水量均隨著灌水量的增加而增加，但各處理間無顯著差異；土壤水消耗量則表現(xiàn)為隨著灌水量的增加而降低，且各處理均與其他處理差異顯著（P＜0.05）；降水量占總耗水量的比例亦隨著灌水量的增加而降低，但各處理間差異不顯著（P＞0.05）。由此可知，灌水增加了總耗水量而降低了土壤水與降水的消耗，隨著灌水量的增加，土壤水和降水的消耗比例顯著降低。

圖3 不同灌溉處理下冬小麥拔節(jié)期與灌漿期0～280 cm土層土壤含水量Figure 3 The soil water content of 0～280 cm soil layer at the jointing and filling stage of winter wheat under different irrigation treatments

表2 去電子水灌溉下冬小麥耗水量和不同耗水來源所占比例Table 2 The water consumption of winter wheat and the proportion of different water consumption sources under de-electronic water irrigation

2.3 去電子水灌溉下冬小麥的株高與干物質(zhì)量變化

如表3 所示，不同灌溉處理下，冬小麥拔節(jié)至灌漿期株高與干物質(zhì)量的變化表現(xiàn)出一定差異。同一灌溉量（180 mm）條件下，冬小麥拔節(jié)期與灌漿期，DI180 與I180 處理的株高差異不顯著（P＞0.05）；從拔節(jié)期到灌漿期，I180 處理下株高增加了8.2 cm，DI180處理下則增加了13.3 cm，且二者存在顯著差異（P＜0.05），說明與普通水相比，去電子水灌溉下冬小麥的增長速率更快。從灌溉梯度的角度分析，拔節(jié)期去電子水各灌溉處理下冬小麥的株高無顯著差異（P＞0.05）；到灌漿期DI240 處理的株高（81.9 cm）最大，其次為DI180 處理，二者之間差異顯著，且均顯著大于其他處理（P＜0.05）；從拔節(jié)至灌漿期，株高的增幅隨著灌溉量的增加而增加，DI240 處理的增幅（20.6 cm）顯著高于其他處理（P＜0.05）。

冬小麥干物質(zhì)量方面，相同灌溉量水平（180 mm）下，拔節(jié)期與灌漿期的干物質(zhì)量均表現(xiàn)為DI180處理顯著大于I180 處理（P＜0.05），分別提高了11.3%與29.7%；且從拔節(jié)期到灌漿期，DI180 處理的干物質(zhì)量增幅（1.0 g·株-1）顯著大于I180 處理（0.4 g·株-1）（P＜0.05）。不同灌溉量梯度下，拔節(jié)期 DI240 與DI180 處理的干物質(zhì)量顯著大于其他處理（P＜0.05），二者之間差異不顯著；到灌漿期，DI180 處理的干物質(zhì)量（3.9 g·株-1）顯著最高，DI240 處理次之；且從拔節(jié)期到灌漿期，DI180 處理的干物質(zhì)量增幅亦顯著大于其他處理（P＜0.05）。綜上所述，去電子水灌溉對地上部干物質(zhì)量的累積效果優(yōu)于普通水灌溉，其中去電子水灌溉180 mm時累積效果最好。

2.4 去電子水灌溉對冬小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響

不同灌溉處理對冬小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響不同（表4）。同一灌溉量水平（180 mm）下，DI180 與I180處理的冬小麥穗數(shù)、穗粒數(shù)與千粒重的差異均未達(dá)到顯著水平，但DI180 處理的產(chǎn)量（9 354.1 kg·hm-2）顯著大于I180 處理（7 940.2 kg·hm-2）（P＜0.05），提高了17.8%。去電子水不同灌溉梯度下，DI120 處理的千粒重（46.6 g）顯著大于 DI60 處理（44.5 g）（P＜0.05），DI180處理的產(chǎn)量顯著大于DI120與DI60處理（P＜0.05），其他各處理間冬小麥產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成差異不顯著（P＞0.05）?？傮w看來，與 I0 處理相比，I180 處理的冬小麥增產(chǎn)24.7%，而DI180 處理則增產(chǎn)46.9%，說明同一灌溉量處理下，去電子水較普通水灌溉增產(chǎn)作用大；且去電子水不同灌溉量處理下，灌溉180 mm時獲得最高的產(chǎn)量。

表3 冬小麥生育期各處理株高與干物質(zhì)量的變化Table 3 The change of plant height and dry matter in each treatment during growth stages

表4 去電子水灌溉處理下冬小麥的產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成Table 4 The yield and yield components of winter wheat under de-electronic water irrigation

2.5 去電子水灌溉對冬小麥水分利用效率與灌溉水生產(chǎn)力的影響

不同灌水處理冬小麥的水分利用效率與灌溉水生產(chǎn)力有所差異（圖4）。如圖4 所示，同一灌溉量（180 mm）水平下，DI180 處理的WUE比 I180 處理提高了15.1%，且二者差異顯著（P＜0.05）；灌溉水生產(chǎn)力方面亦表現(xiàn)為 DI180 處理的IWP（16.6 kg·hm-2·mm-1）顯著大于I180處理（8.7 kg·hm-2·mm-1）（P＜0.05）。去電子水不同灌溉梯度下，DI180 處理的WUE最高，DI60 處理最低，各處理間無顯著差異；DI60處理的IWP（25.4 kg·hm-2·mm-1）顯著最高，DI120 與 DI180處理間的IWP（15.4 kg·hm-2·mm-1與16.6 kg·hm-2·mm-1）無顯著差異 ，二者均顯著高于DI240處理（9.1 kg·hm-2·mm-1）（P＜0.05）。

3 討論

3.1 去電子水灌溉對作物生長的影響

圖4 去電子水灌溉處理下冬小麥的WUE與IWPFigure 4 The WUE and IWP of winter wheat under de-electronic water irrigation

水是土壤和作物生物體重要的組成成分，作為土壤物質(zhì)運(yùn)移、養(yǎng)分輸送與作物新陳代謝的載體，存在于植株生長的整個過程?；罨ù呕⑷ル娮铀龋┰谝欢ǔ潭壬细淖兞怂睦砘匦?，因此可能會對作物生長產(chǎn)生一定的影響[22]。研究表明去電子微咸水灌溉可以促進(jìn)棉花植株生長發(fā)育，與未活化微咸水處理相比，棉花的株高、莖粗、葉面積指數(shù)及葉綠素含量均有不同程度的提高，并且使作物根系吸水能力增強(qiáng)，從而增加耗水量，進(jìn)而增加作物產(chǎn)量[13，23-24]。本研究結(jié)果也表明去電子水灌溉有利于冬小麥地上部生長，并提高冬小麥產(chǎn)量。具體表現(xiàn)為同一灌溉量水平（180 mm）下，從拔節(jié)期到灌漿期，去電子水灌溉的冬小麥株高的增長速率與干物質(zhì)的累積量均顯著高于普通水灌溉處理；且去電子水灌溉的籽粒產(chǎn)量顯著大于普通水灌溉，提高了17.8%

作物的生長幾乎都依賴于光合作用的產(chǎn)物，形成作物產(chǎn)量的有機(jī)物都直接或間接來自光合產(chǎn)物，光合作用是作物產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)[25]。作物產(chǎn)量的多少及品質(zhì)的好壞與作物葉片光合作用有關(guān)，一般來說光合速率越高，作物產(chǎn)量越高。因此去電子水灌溉對作物生長的影響需要從光合作用機(jī)制角度來進(jìn)行分析?？赡芡緩街饕幸韵聨追矫妫海?）影響水分利用效率。水分是光合作用的原料，當(dāng)細(xì)胞缺水時，氣孔關(guān)閉，CO2進(jìn)入受阻，從而間接影響光合作用。本研究發(fā)現(xiàn)DI180 處理的WUE比I180 處理顯著提高了15.1%，且DI180 處理的IWP（16.6 kg·hm-2·mm-1）顯著大于 I180處理（8.7 kg·hm-2·mm-1）。（2）影響光合面積和光合參數(shù)，包括凈光合速率、蒸騰速率等。如圖5（a），本研究中DI180 處理的拔節(jié)期與灌漿期冬小麥旗葉凈光合速率、蒸騰速率較I180 處理分別提高了13.7%與9.0%、38.0%與5.9%。（3）影響葉綠素含量，葉綠素是葉綠體中最為重要的色素，在光合作用過程中吸收和轉(zhuǎn)化光能。如圖5（b），本研究中DI180處理拔節(jié)期與灌漿期冬小麥旗葉SPAD 值較I180 處理分別提高了0.8%與4.0%，且與普通水灌溉相比，去電子水各灌溉處理都表現(xiàn)為灌漿期的葉片SPAD 值不低于拔節(jié)期，可能是因為去電子水各灌溉量處理下灌漿后期冬小麥葉片仍保持綠色，可以推測去電子水灌溉可減慢生長后期葉片SPAD 值的降低，延長冬小麥灌漿期，有利于光合產(chǎn)物的增加。（4）影響碳水化合物在作物主要器官內(nèi)的相互轉(zhuǎn)換過程，調(diào)控光合同化產(chǎn)物的合成、分配與消耗，進(jìn)而決定作物產(chǎn)量的高低和品質(zhì)的好壞，如通過影響反應(yīng)過程中調(diào)控酶的活性來實現(xiàn)。這一原因還有待于進(jìn)一步研究。

3.2 去電子水灌溉下耗水量、灌水量與產(chǎn)量、WUE 的關(guān)系

研究表明，作物產(chǎn)量在一定范圍內(nèi)與灌溉水量呈正比例關(guān)系，但是當(dāng)增加到一定灌溉量時，產(chǎn)量的增幅變小或者不增產(chǎn)，高灌水量不一定高產(chǎn)量，過多的灌水不僅會對冬小麥生長產(chǎn)生負(fù)面影響，更容易產(chǎn)生“奢侈蒸散”現(xiàn)象[26-27]。本研究的試驗結(jié)果與此結(jié)論相似，如圖6（a）所示，去電子水灌溉量在60～180 mm范圍內(nèi)，產(chǎn)量與耗水量均隨著灌溉量的增加而增加，當(dāng)灌溉量大于180 mm時，產(chǎn)量降低，且耗水量的增加幅度變小。本研究發(fā)現(xiàn)，從拔節(jié)期到灌漿期，DI240處理的株高增幅（20.6 cm）顯著大于其他處理，但其干物質(zhì)累積量則低于DI180 處理，最高產(chǎn)量亦是在灌溉180 mm 處理下獲得的。Qiu 等[28]的研究也表明，耗水強(qiáng)度會隨著灌水量的增加而增大，但水分利用效率會隨著灌水量的增加呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。由圖6（b）可看出，本研究中去電子灌溉處理與此結(jié)果相似，DI180 處理的冬小麥水分利用效率最高，DI240與DI120 處理的WUE相近，DI60 處理最低。因此在生產(chǎn)實踐中，合理選擇灌水定額對作物的生長、產(chǎn)量及水分利用效率至關(guān)重要。

4 結(jié)論

（1）同一灌溉量水平（180 mm）下，相較于普通水灌溉，去電子水灌溉處理加快冬小麥地上部的生長，產(chǎn)量、水分利用效率比普通水灌溉顯著提高了17.8%與15.1%，且增產(chǎn)效果顯著，與I0 處理相比，普通水灌溉的冬小麥增產(chǎn)24.7%，去電子水灌溉則增產(chǎn)46.9%。原因可能在于去電子水灌溉可增強(qiáng)冬小麥光合作用，進(jìn)而影響產(chǎn)量與品質(zhì)。

圖5 冬小麥拔節(jié)期與灌漿期各處理旗葉凈光合速率、蒸騰速率與SPAD值Figure 5 Net photosynthetic rate,transpiration rate and SPAD values of flag leaves in each treatment at the jointing and filling stages of winter wheat

圖6 去電子水灌溉下耗水量、灌水量與冬小麥產(chǎn)量、WUE的關(guān)系Figure 6 The relationship between water consumption,irrigation amount and winter wheat yield,WUE under de-electronic water irrigation

（2）從不同灌溉量角度看，相較于其他灌溉量處理，DI180處理的WUE（21.3 kg·hm-2·mm-1）最高，同時獲得最高的籽粒產(chǎn)量。因此，可以將DI180 處理作為關(guān)中平原冬小麥高效用水和高產(chǎn)的較優(yōu)灌溉方案。