條帶種植模式下微噴帶對冬小麥產(chǎn)量和耗水特性的影響

宋鑫玥，劉勝堯，賈宋楠，高震，范鳳翠, ，杜雄*，齊浩，張哲

條帶種植模式下微噴帶對冬小麥產(chǎn)量和耗水特性的影響

宋鑫玥1，劉勝堯2，賈宋楠2，高震1，范鳳翠1, 2，杜雄1*，齊浩2，張哲2

（1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，河北 保定 071001；2.河北省農(nóng)林科學(xué)院 農(nóng)業(yè)信息與經(jīng)濟(jì)研究所，石家莊 050051）

【】緩解華北平原淡水資源匱乏與冬小麥高耗水的矛盾，解決當(dāng)?shù)厮Y源利用率低的問題。以濟(jì)麥22為試驗材料，在條帶種植微噴帶灌溉設(shè)置了4個灌水量處理：在小麥拔節(jié)期、灌漿初期、灌漿中期（灌漿期5月下旬）3個生育時期設(shè)灌水15 mm（W1）、22.5 mm（W2）、30 mm（W3）、37.5 mm（W4），以等行距種植常規(guī)地面畦灌在拔節(jié)期和灌漿初期各灌60 mm為對照（CK），分析了不同灌溉處理的耗水特性、籽粒產(chǎn)量及水分利用特征。小麥生育期內(nèi)總耗水量在306.46~399.4 mm，W1、W2、W3、W4處理和CK土壤水占總耗水的比例分別為44.2%、42.97%、41.24%、40.15%和38.41%；隨著灌水量的增加，灌溉水占總耗水的比例增加；冬小麥拔節(jié)至灌漿初期耗水量最大，占全生育期的45.33%~53.68%，條帶種植模式各處理在播種至灌漿初期耗水所占比重較大，CK則在灌漿初期至成熟期較大。微噴帶灌溉條件下冬小麥籽粒產(chǎn)量隨著灌水量的增加而增加，W4處理產(chǎn)量最高達(dá)9 682.66 kg/hm2；W3處理的水分利用率最高，比CK提高了7.54%。微噴帶灌溉灌水量在135~157.5 mm，耗水量在367.5~400 mm時，冬小麥能獲得最高的產(chǎn)量和水分利用效率。

冬小麥；微噴帶灌溉；灌水量；耗水特性；產(chǎn)量

0 引言

【研究意義】水資源匱乏已經(jīng)成為全國重點(diǎn)關(guān)注的問題，也是我國農(nóng)業(yè)發(fā)展中面臨的主要問題，其中農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水占全國水資源使用量的70%左右[1]。河北平原作為冬小麥的主要產(chǎn)區(qū)，存在自然降水和作物需水的供需矛盾[2-5]，生產(chǎn)上需要抽取地下水進(jìn)行補(bǔ)充灌溉，導(dǎo)致地下水位以每年1 m的速度下降[6]，同時大水漫灌造成無效耗水多，水分利用率低，水資源浪費(fèi)嚴(yán)重等問題。因此研發(fā)高效的節(jié)水灌溉技術(shù)，提高水資源利用率是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑?！狙芯窟M(jìn)展】伴隨著節(jié)水灌溉技術(shù)的大量研究，微噴帶灌溉作為一種新的節(jié)水灌溉方式逐漸地發(fā)展起來，可以精確地控制灌水量，實現(xiàn)水肥一體化[7-9]。與地面灌溉相比，微噴帶灌溉可以改變土壤結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)田間小氣候，降低冠層溫度，提高冬小麥籽粒產(chǎn)量及水分利用率[10-12]。滿建國等[13]研究指出，冬小麥拔節(jié)期和開花期采用微噴帶測墑補(bǔ)灌，開花期灌水量和總灌水量減少，總耗水量顯著降低，但小麥籽粒產(chǎn)量和水分利用率顯著增加。董志強(qiáng)等[14]、徐袁博等[15]研究發(fā)現(xiàn)單次灌水定額在30~45 mm可提高冬小麥籽粒產(chǎn)量和水分利用率，發(fā)揮節(jié)水潛力。張西平等[16]研究表明，在河北省山前平原區(qū)分別在返青期和灌漿期每次灌水52.5~60.0 mm時，可達(dá)到節(jié)水高產(chǎn)的效果；周麗麗等[17]研究發(fā)現(xiàn)噴灌量在109.5~154.5 mm范圍內(nèi)，灌水量為154.5 mm時產(chǎn)量最高，不同灌水量對水分利用率差異不顯著。【切入點(diǎn)】目前關(guān)于微噴帶灌溉、噴灌和傳統(tǒng)灌溉模式（畦灌）條件下對小麥生長發(fā)育、產(chǎn)量和水分利用率的研究相對較多，而對微噴帶灌溉與小麥條帶種植相結(jié)合方面的研究相對較少。【擬解決關(guān)鍵問題】在條帶種植模式下，采用地表微噴帶灌溉方式探究定量灌溉對冬小麥生長發(fā)育、耗水特性和產(chǎn)量的影響，以期為華北地區(qū)解決水資源利用率低，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)資源的可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2018—2019年在河北省農(nóng)林科學(xué)院鹿泉市大河綜合試驗站進(jìn)行。該區(qū)屬溫帶半濕潤偏旱大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，日平均氣溫 13.6 ℃，年降水量536 mm且主要分布在7、8月，日照時間2 554 h，無霜期230 d。試驗地土壤為黏壤質(zhì)洪沖積石灰性褐土，0～100 cm土體土壤體積質(zhì)量1.63 g/cm3，田間持水率為21.17%；0~20 cm耕層土壤有機(jī)質(zhì)百分量1.24%、全氮量1.43 g/kg、速效氮量96.58 mg/kg、速效磷量31.21 mg/kg、速效鉀量180.71 mg/kg，pH值7.94。小麥生長季降水量為81.2 mm。

1.2 試驗設(shè)計

試驗以濟(jì)麥22為試驗材料，將小麥等行距種植改為條帶種植模式，采用50∶30的條帶種植模式，各處理每帶種植行數(shù)相同，均種植6行，即50 cm種6行，空30 cm，種植行與空行的邊界為過渡行，于2018年10月11日播種，播種量225 kg/hm2，播深3 cm。條帶種植模式下分別在小麥拔節(jié)期、灌漿初期、灌漿中期（灌漿期5月下旬）采用地表微噴帶進(jìn)行灌溉，噴灌管鋪在50∶30種植行中間，空行不進(jìn)行鋪設(shè)，設(shè)15、22.5、30、37.5 mm共計4個灌水量處理；對照為等行距種植（行距15 cm）在拔節(jié)期和灌漿初期各灌水60 mm，灌溉方式為常規(guī)地面畦灌；共5個處理，每個處理3次重復(fù)，隨機(jī)排列。小區(qū)面積為60 m2（行長10 m，寬度6 m）。條帶種植模式施肥量按氮（N）49.5 kg/hm2、P2O513.6 kg/hm2、K2O 28.4 kg/hm2施底肥，之后隨灌水總追施氮（N）175.5 kg/hm2、P2O5106.4 kg/hm2、K2O 129.1 kg/hm2；對照施肥量按氮（N）108.7 kg/hm2、P2O530.0 kg/hm2、K2O 62.3 kg/hm2施底肥，之后隨灌水總追施氮（N）116.3 kg/hm2、P2O590.0 kg/hm2、K2O 95.2 kg/hm2。其他管理措施同大田生產(chǎn)。

1.3 測定項目與方法

收獲前定點(diǎn)調(diào)查穗數(shù)，計算單位面積穗數(shù)。隨機(jī)取20穗，調(diào)查每穗結(jié)實粒數(shù)，取平均數(shù)為每穗粒數(shù)。成熟后各小區(qū)收獲2 m2，風(fēng)干后稱質(zhì)量，計算籽粒產(chǎn)量。之后用曬干的籽粒測定千粒質(zhì)量。

在播種前和小麥的關(guān)鍵生育時期用取土烘干法測定0~100 cm土層含水率（每10 cm為1層，共分10層），灌溉前后加測。采用農(nóng)田水量平衡方程計算農(nóng)田耗水量[18]：

Δ， （1）

式中：Δ為土壤貯水消耗量（mm）；為該時段的有效降水量（mm）；為灌水量（mm）；為地下水通過毛管的作用上移補(bǔ)給作物水量（mm）；為地表徑流量（mm）；為補(bǔ)給地下水量（mm）。本試驗地塊地勢平坦，地下水埋深10 m以下，小麥生長季降水和灌水量≤75 mm[19]，因此計算式中均可忽略。

作物水分利用效率（kg/m3）計算式為：

a，（2）

式中：為籽粒產(chǎn)量（kg/hm2）；a為作物全生育期的總耗水量（m3/hm2）。

灌溉水分利用率（kg/m3）計算式為：

，（3）

式中：為籽粒產(chǎn)量（kg/hm2）；為全生育期灌水量（m3/hm2）。

1.4 統(tǒng)計分析

用 Microsoft Excel 2013 處理數(shù)據(jù)和作圖，采用DPS7.05 軟件進(jìn)行方差分析，用新復(fù)極差法（Duncan）檢驗差異顯著性。

表1 不同處理灌溉量

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

表2為不同處理冬小麥產(chǎn)量及構(gòu)成因素，由表2可知，不同灌水量對產(chǎn)量具有顯著影響，籽粒產(chǎn)量以W4處理最高，與CK和W3處理差異不顯著，但顯著高于W1和W2處理；說明增加灌水量顯著提高冬小麥籽粒產(chǎn)量。W4處理穗數(shù)最高，W1處理最低，二者相差17.00%，達(dá)顯著水平（<0.05），但W4處理與CK差異不顯著；穗粒數(shù)在條帶種植模式下隨著灌水量的增加呈增加趨勢，以W4處理最高，與W3、W2處理無顯著差異，分別比W1處理和CK顯著增加了5.94%和15.31%?？梢?，條帶種植模式灌水可以改善冬小麥的穗部性狀，提高穗粒數(shù)。千粒質(zhì)量受灌水量的影響較小，各處理差異不顯著。

表2 不同處理冬小麥產(chǎn)量及構(gòu)成因素

注 同列數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異達(dá)5%顯著水平，下同。

2.2 不同處理對耗水量和耗水特性的影響

小麥耗水主要由灌水量、降水量和土壤貯水量組成。由表3可知，生育期總耗水量及灌水量占總耗水量的百分比均隨著灌水量的增加而增加，總耗水量在306.46~399.4 mm，以CK和W4處理最高，二者與W3處理差異不顯著，但顯著高于W1、W2處理。灌水量及占總耗水量的比例均為CK>W4處理>W3處理>W2處理>W1處理；降水量占總耗水量的比例表現(xiàn)為W1處理>W2處理>W3處理>W4處理>CK，土壤貯水消耗量隨灌水量的增加而增加，W1處理的土壤耗水量最少，與CK相比減少17.94%，CK、W4處理和W3處理之間差異不顯著；可能是由于W1處理和W2處理生育后期長勢弱，作物需水量少，使降雨、灌溉水等保留在土壤中，進(jìn)而增加后期土壤的含水率，降低土壤水消耗量；土壤耗水所占比例隨灌水量的增加呈降低趨勢，為CK

表3 不同處理冬小麥耗水量及耗水特性

2.3 不同處理對小麥不同生育期耗水量及耗水強(qiáng)度的影響

由表4可知，在冬小麥整個生育期內(nèi)，W1處理除播種—拔節(jié)期外其余生育時期的耗水量顯著低于W2、W3、W4處理、CK，表明灌水對冬小麥階段耗水影響顯著。播種到拔節(jié)期各處理耗水量在72~82 mm，耗水模系數(shù)表現(xiàn)為W1處理>W2處理>W3處理>W4處理>CK；拔節(jié)至灌漿初期各處理耗水量為144.9~190.26 mm，是整個生育期耗水量最大的階段，CK和W4處理的耗水量顯著高于其他處理，W3處理耗水量比CK減少39.36 mm，耗水模系數(shù)表現(xiàn)為W1處理>W4處理>W3處理>CK>W2處理；表明拔節(jié)期灌水對該階段各處理耗水表現(xiàn)出顯著差異，條帶種植模式各灌水處理占總耗水比例較大。灌漿初期到灌漿中期，階段耗水量表現(xiàn)為CK>W2處理>W4處理>W3處理>W1處理，CK顯著高于其他處理；灌漿中期到成熟期以CK的耗水量和耗水強(qiáng)度最大，說明CK增加了生育后期耗水量。階段耗水量表明條帶種植模式下微噴帶灌溉對水分的消耗在播種至灌漿初期所占比重較大，CK則在灌漿初期至成熟期較大，造成這一現(xiàn)象的原因可能是在冬小麥生育前期，主要以棵間蒸發(fā)為主，條帶種植模式下的帶間距加大了土壤蒸發(fā)，常規(guī)種植模式（CK）在生育后期冠層覆蓋率高，葉面積達(dá)到最大，群體長勢較旺，葉片呼吸與蒸騰速率增大，增加了后期作物的耗水量。

2.4 不同處理對小麥籽粒產(chǎn)量和水分利用率的影響

由表5可知，小麥籽粒產(chǎn)量以W4處理最高。條帶種植微噴帶灌溉條件下冬小麥籽粒產(chǎn)量隨著灌水量的增加而增加（圖1），回歸方程及決定系數(shù)為=-0.122 52+63.992+2 701.7（2=0.977 3），擬合程度達(dá)到顯著水平（<0.05），畦灌（CK）灌水在165 mm時，產(chǎn)量為9 283.52 kg/hm2，與W3處理差異不顯著；表明與畦灌相比，微噴帶灌溉顯著提高冬小麥的籽粒產(chǎn)量。不同處理水分利用效率以W3處理最高，為2.52 kg/m3，顯著高于CK，與W1、W2處理和W4處理差異不顯著；與CK相比，W3處理產(chǎn)量降低0.08%，但水分利用率提高了7.54%；灌溉水利用率表現(xiàn)為W1處理>W2處理>W3處理>W4處理>CK，灌溉水利用率隨著灌水量的增加而降低。W3處理提高了土壤貯水占總耗水的比例，促進(jìn)了小麥對土壤水和灌溉水的吸收利用，與CK和W4處理相比減少了無效水的消耗與蒸散。因此在該試驗條件下，灌水在135~157.5 mm時，冬小麥能獲得最高的產(chǎn)量和水分利用效率，即W3處理為獲得高產(chǎn)和節(jié)水的最佳灌溉量。

表4 不同處理冬小麥階段耗水量及耗水強(qiáng)度

表5 不同灌水量冬小麥水分利用率

圖1 灌水量與產(chǎn)量的相關(guān)性

3 討論

3.1 不同灌水量的土壤耗水特性

節(jié)水農(nóng)業(yè)的關(guān)鍵在于提高灌溉水和降水的利用率，對于灌溉水不足的地方，主要提高土壤貯水利用率[20]，如何協(xié)調(diào)三者比例，達(dá)到最優(yōu)的水分利用率成為關(guān)鍵問題。有研究表明，減少灌水量會增加土壤貯水消耗量，提高土壤水的利用效率，降低麥田的總耗水量[21]。本試驗表明，總耗水量在306.46~399.4 mm，隨著灌水量的增加，總耗水量逐漸增加；降水和土壤貯水占總耗水量的比例隨著灌水量的增加而降低，灌水量的增加降低作物對降水和土壤水的利用。有研究指出小麥在播種至拔節(jié)期和灌漿至成熟期耗水最多，分別占全生育期總耗水的30%~40%和20%~30%[22]；張興娟等[23]研究指出拔節(jié)至成熟期是冬小麥耗水的主要時期，占總耗水的60%以上。研究表明，拔節(jié)至灌漿初期耗水量最大，達(dá)144.6~190.26 mm，占全生育期總耗水量的45.33%~53.68%。各處理在不同的生育階段耗水模系數(shù)表現(xiàn)顯著的差異，其中條帶種植模式微噴帶灌溉各處理在播種至灌漿初期對水分的消耗占比較大，常規(guī)種植模式（CK）在灌漿初期至成熟期對水分的消耗比重較大?？赡苁怯捎贑K葉面積指數(shù)大，植株生長旺盛，群體蒸散量大，增大后期作物的耗水量。該研究中各階段的耗水總量比全生育期總耗水量少，可能是由于灌溉前后有部分水分消耗蒸散未能計算。根據(jù)灌溉前后土壤水分的分布，與CK相比，條帶種植微噴帶灌溉適宜的灌水量增加種植行土壤含水率，減少灌溉水向邊行和空行的側(cè)滲及深層土壤的下滲，提高灌溉水的利用率。

3.2 不同灌水量對冬小麥產(chǎn)量和水分利用率的影響

土壤水分通過對小麥籽粒貯藏物質(zhì)量和轉(zhuǎn)運(yùn)的調(diào)控最終影響籽粒產(chǎn)量。有研究指出減少生育期總灌水量或生育后期多灌水及水分脅迫都不利于籽粒產(chǎn)量和水分利用率的提高[24-25]。在一定范圍內(nèi)，隨著灌水量的增加，產(chǎn)量也增加，但過量的灌水會降低作物產(chǎn)量和水分利用效率[26]。呂麗華等[27]研究指出微灌灌水量從90 mm增至180 mm時，冬小麥產(chǎn)量增加了747.6 kg/hm2，水分利用率僅降低了0.10 kg/m3。小麥經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量由穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量三因素共同影響，在冬小麥關(guān)鍵生育期進(jìn)行適量的灌水，可以有效改善冬小麥穗部性狀，在拔節(jié)期和抽穗期各灌水60 mm處理的籽粒產(chǎn)量最高，主要由于穗數(shù)的增加[15,28]。從本試驗的結(jié)果可以看出，不同灌溉處理對千粒質(zhì)量無顯著差異，穗數(shù)和穗粒數(shù)是影響產(chǎn)量形成的主要因素，且灌水過多過少都不利于穗粒數(shù)的形成，條帶種植模式下微噴帶灌溉有利改善穗部性狀。本試驗表明，在微噴帶灌溉下，產(chǎn)量隨著灌水量的增加呈增加趨勢，灌水量為157.5 mm的W4處理，產(chǎn)量最高為9 682.66 kg/hm2，與CK無顯著差異，灌水量為135 mm（W3處理）時，產(chǎn)量與CK相比有所降低但差異不顯著；灌水135 mm的W3處理具有最高的水分利用率，比CK提高了7.54%，灌溉水的利用效率隨灌水的增加而降低，W3處理在不降低產(chǎn)量的同時還提高了作物的水分利用率。因此W3灌水處理提高了作物的產(chǎn)量和水分利用效率；CK灌水量大造成前期營養(yǎng)生長過旺，削弱了后期生殖器官的生長，降低了籽粒產(chǎn)量。因此，在該試驗種植方式下于關(guān)鍵時期進(jìn)行適量的微噴帶灌溉，即能充分利用土壤水分，提高灌溉水的利用率，也有利于產(chǎn)量的提高。

4 結(jié)論

1）不同種植和灌水處理下冬小麥總耗水量在306.46~399.4 mm之間，隨著灌水量的增加，總耗水量逐漸增加；降水和土壤貯水占總耗水量的比例隨著灌水量的增加而降低；微噴帶灌溉W3處理減少無效水消耗，提高灌溉水的利用效率；全生育期內(nèi)拔節(jié)至灌漿期耗水量最大，其中條帶種植模式微噴帶灌溉各處理在播種至灌漿初期對水分的消耗占比較大，常規(guī)種植模式（CK）在灌漿初期—成熟期對水分的消耗比重較大。

2）本試驗條件下，實現(xiàn)高產(chǎn)和水分高效利用相結(jié)合的最適灌溉量范圍為135.0~157.5 mm，在該范圍內(nèi)，能獲得9 682.66 kg/hm2籽粒產(chǎn)量，同時提高了冬小麥的水分利用率；因此適宜的微噴帶灌溉量即提高作物產(chǎn)量，也提高水分利用率。

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The Effect of Hose-micro-sprinkling Irrigation Amount on Yield and Water Consumption of Strip-planted Winter Wheat

SONG Xinyue1, LIU Shengyao2, JIA Songnan2, GAO Zhen1, FAN Fengcui1,2, DU Xiong1*, QI Hao2, ZHANG Zhe2

(1.College of Agronomy, Agricultural University of Hebei, Baoding 071001, China; 2.Agricultural Information and Economic Research Institute, Hebei Academy of Agriculture and Forestry Sciences, Shijiazhuang 050051, China)

【】Hebei plain is one of the most important winter wheat production bases in China and plays an critical role in national food security. Most precipitations within wheat growth season in this region fall in July- August and cannot sustain wheat growth. Therefore, supplementary irrigation using groundwater is needed. Over exploitation of groundwater combining with the inefficient flood irrigation over the past few decades has led to serious environmental and ecological degradation, and developing water-saving irrigation techniques has thus become essential to sustaining wheat production in this region.【】The purpose of this paper is to study how hose-micro-sprinkler irrigation amount impacts water consumption and yield of winter wheat planted in strip pattern, in attempts to improve water use efficacy without undermining crop yield.【】The field experiment was conducted in 2019 with the cultivar Jimai 22 used as the model plant. We compared four irrigation amounts: 15 mm (W1), 22.5 mm (W2), 30 mm(W3) and 37.5 mm(W4), with the 60 mm furrow-irrigation used by local farmers taken as the control (CK). Crops in each treatment were irrigated at jointing, early and middle grain-filling stages, respectively. During the experiment, we measured and calculated water consumption, grain yield and water use efficiency of the wheat.【】The total water consumption during the growth season was 306.46~399.4 mm, varying with treatments, and the proportion of soil water consumed by the crops under W1, W2, W3, W4 and CK was 44.2%, 42.97%, 41.24%, 40.15% and 38.41%, respectively. With the irrigation amount increasing, the proportion of irrigation water consumed by the crops increased. The crops were most water-demanding from the jointing stage to the early filling stage, with 45.33%~53.68% of the total water they consumed occurring in this period. The crops consumed more water from sowing stage to early grouting stage in all treatments, while in CK the crops took up more water they consumed between the early grain-filling stage and the ripening stage. The grain yield increased with irrigation amount, peaking at 9 682.66 kg/hm2in W4. In contrast, water use efficiency in W3 was the highest, increasing by 7.54% compared to the CK.【】In terms of high-yield and high-water use efficiency, the most appropriate irrigation was 135~157.5 mm, with its associated water consumption being 367.5~400 mm.

winter wheat; micro-sprinkling-hoses irrigation; irrigation amount; water consumption; yield

S512.1

A

10.13522/j.cnki.ggps.2020271

1672 - 3317（2021）01 - 0015 - 07

2020-05-21

國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項目（2017YFD0300908）；河北省重點(diǎn)研發(fā)計劃項目（20326414D）

宋鑫玥（1995-），女。碩士研究生，主要從事資源高效利用研究。E-mail: 1064977507@qq.com

杜雄（1979-），男。副教授，主要從事作物豐產(chǎn)與資源高效利用工程研究。E-mail: duxiong2002@163.com

宋鑫玥, 劉勝堯, 賈宋楠, 等. 條帶種植模式下微噴帶對冬小麥產(chǎn)量和耗水特性的影響[J]. 灌溉排水學(xué)報, 2021, 40(1): 15-21.

SONG Xinyue, LIU Shengyao, JIA Songnan, et al. The Effect of Hose-micro-sprinkling Irrigation Amount on Yield and Water Consumption of Strip-planted Winter Wheat[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2021, 40(1): 15-21.

責(zé)任編輯:韓 洋