灌水、施肥与冬小麦蒸发蒸腾量及产量的关系

王文龙

(山西水利职业技术学院,山西 运城044004)

作物水肥利用率偏低是我国农业生产面临的重大问题之一。在干旱地区水资源严重缺乏的条件下,如何解决有限的补充灌溉水与养分之间的最优耦合问题,以最大限度地提高水分与养分的利用率,对我国干旱农业的可持续发展具有特别重要的意义。研究表明,非充分灌溉不仅适宜于果树,也适宜于小麦等大田农作物,与充分灌溉相比,非充分灌溉具有一定的节水增产功效[1～7]。随着非充分灌溉研究的发展,国内学者开始研究调亏灌溉和施肥的交互作用。莫江华等[3]研究表明,在较低施肥条件下,伸根期轻度水分亏缺处理(占田间持水量的50%～60%)可明显提高产量和水分利用效率。祈有玲等[4]研究表明,冬小麦对水分亏缺的敏感期为拔节期,其次是开花期、灌浆期和苗期,水分逆境条件下,施用氮肥对冬小麦植株生长和干物质积累及氮吸收具有明显调节效应。但目前相关研究主要集中在单一生育期水分亏缺的水肥效应方面,缺乏多个生育期水分亏缺和施肥对作物生长和产量影响的研究。因此,本文以冬小麦为参考作物,对灌水与施肥对冬小麦蒸腾量及产量的影响进行了探索,以期提供理论依据。

1 试验材料与方法

1.1 试验区基本情况

试验于2007年度和2008年度在山西省运城市盐湖区山西水利职业技术学院节水灌溉技术实训基地连续进行。山西省运城市盐湖区位于山西省的南部,平均海拔高度370 m,属于大陆温带季风气候,四季分明,年平均降雨量550mm,年平均气温13.5℃,年平均日照射时数为2 247 h,全年无霜期为206 d,最大冻土深度0.5 m。试验区土壤属于中壤土,土壤有机质为10.39 g/kg,全氮量为0.5 g/kg,全磷为0.5 g/kg。土壤孔隙度为41.6%,地下水埋深大于6 m。

试验测试项目,主要包括降雨量、灌水量、土壤含水率(采用烘干法测定,在每次灌水前后及日降雨量大于30 mm时各测1次)、施肥(每次施肥的种类、数量及时间)、土壤养分(测定采用烘干法,灌水前测1次,每次灌水后测1次,灌水后的取样时间在2次灌水之间)、考种、产量、土壤肥力。

1.2 田间试验方案设置

田间试验方案包括2个部分,一部分是田间小区试验(见表1的编号1～5);另一部分是大田试验示范(见表1的编号6～8)。小区之间设置1 m宽的隔离带,以预防不同处理之间的水分侧移。每个处理设3个重复,采用畦灌方式(水表量水),规格为3.3 m×20 m=66 m2,整个试区周边设置保护区。产量按照小区单打单收。试验的控制因素是不同生育阶段的土壤水分、施肥水平,其他的管理措施均相同。

灌水时间,2007年度冬水为1月18日,拔节水为3月23日,抽穗水为4月22日,灌浆水5月5日;2008年度冬水为12月20日,拔节水为3月28日,抽穗水为4月22日,灌浆水5月6日。

表1 试验处理设计情况

施肥情况,两个试验年度底肥均采用小麦专用肥,氮磷钾含量分别为11%、8%和 6%,施肥时间,2007年度为2006-10-09,2008年度为2007-10-16。施肥数量相同,其中处理1～处理3和处理5为5375 kg/hm2,处理6为375 kg/hm2,处理7和处理8分别为562.5 kg/hm2和187.5 kg/hm2;追肥采用尿素,氮素含量为46%,随拔节水追施,追肥数量两年度相同,其中,处理1、处理2、处理3和处理5均为 150 kg/hm2,处理 6、处理 7、处理 8 分别为 150 kg/hm2、225 kg/hm2和 75 kg/hm2。

1.3 作物蒸发蒸腾量的计算

作物蒸发蒸腾量,也称作物耗水量,是指作物在任一土壤水分条件下的植株蒸腾量、棵间土壤蒸发量以及构成植株体的水量之和。作物蒸发蒸腾量的测定方法有筒测法、坑测法和田测法。本研究采用是田测法,即在测验小区中直接测定参考作物的蒸发蒸腾量,计算公式如下[8]:

式中:ET为时段需水量(mm);k为土壤层次序号;n为土壤层次总数目;γk为第k层土壤容重(g/cm3);Hk为第k层土壤的厚度(cm);θk1为第i层土壤在时段开始的含水率(占干土重 %);θk2为第i层土壤在时段末的含水率(占干土重%);M为时段内的灌水量(mm);P为时段内的降雨量(mm);K为时段内的地下水补给量(mm);C为时段内的排水量(地表排水与下层排水之和)(mm)。

1.4 水分利用效率计算

水分利用效率,一般是指单位耗水量的产量,这里耗水量是指作物全生育期的蒸发蒸腾量,用下式计算[7]:

式中:WUE水分利用效率(kg/m3);y为产量(t/hm2);其它符号意义同前。试验年度各处理水分利用效率的计算结果,见表2。

2 试验结果与分析

2.1 不同灌水、施肥条件下累计蒸发蒸腾量变化情况

对试验期间的每个处理均按测土时段进行作物蒸发蒸腾量计算,进而求得冬小麦生长期逐旬的蒸发蒸腾量及相应的累计蒸发蒸腾量。不同灌水次数、不同施肥情况下的2007和2008年度冬小麦生长期累计蒸发蒸腾量随时间变化过程,见图 1、图 2、图 3。

图1 不同灌水条件下累计蒸发蒸腾量变化过程

图2 不同施肥条件下累计蒸发蒸腾量变化过程

图3 灌水时间对冬小麦蒸发蒸腾量变化过程的影响

2.2 灌溉和施肥对冬小麦产量的影响

2.2.1 蒸发蒸腾量对产量的影响

在试验范围内,冬小麦蒸发蒸腾量随灌水量的增加而增加,相应地产量也明显地提高(表2和图1)。蒸发蒸腾量对产量的影响,见图4。

图4 蒸发蒸腾量与产量的关系

2.2.2 不同施肥水平对产量的影响

图5中是中等灌水(灌水次数为3次)不同施肥条件下的冬小麦的产量情况。

图5 施肥量对冬小麦产量的影响

图6 灌水时间对冬小麦产量影响

由图5可见,除2007年度低肥产量较高外,冬小麦产量随施肥量的增加呈明显增加趋势。

2.2.3 灌水时间对产量的影响

处理1、处理5和处理 6灌水均为3次,灌水量均为225 mm,中等施肥,仅灌水时间不同,其中处理5拔节水较处理1推后15 d,处理6抽穗水较处理1推后15 d。不同年份灌水时间不同对冬小麦产量有较明显的影响(图6)。由表2可见,在同样的灌水施肥条件下,同一年度内采用合理的灌水时间可增产8.1%(2008年度)～18.2%(2007年度)。

2.2.4 各处理在试验年度冬小麦的产量、ET、W UE及播前土壤含水率(见表2)

表2 各处理在试验年度的产量、腾发量、ET、WUE及播前土壤含水率

对试验期间的每个处理均按测土时段进行作物蒸发蒸腾量的计算,并且由此计算求得了冬小麦的蒸发蒸腾量及相应的累计蒸发蒸腾量。

3 结 论

(1)随着灌水量的增加,冬小麦的蒸发蒸腾量在增加,2007年度增加幅度大于2008年的增加幅度(见图1)。可能与当年的大气蒸发力有关,2007年度的参考作物腾发量较2008年度的值大23 mm。

(2)在相同灌水条件下,不同施肥量处理的蒸发蒸腾量差异不大(见图2),表明在本项目试验田的肥力水平条件下施肥量对冬小麦的蒸发蒸腾量影响不明显。

(3)施肥和灌水相同条件下,灌水时间不同只在一定程度上影响作物蒸发蒸腾量在生育期内的分配,对蒸发蒸腾量的总量影响不大(见图3)。

(4)在同样灌水定额及施肥条件下,同一年度内采用合理的灌水时间可增产8.1%(2008年度)～18.2%(2007年度)。

[1] 蔡焕杰,康绍忠,张振华,等.作物调亏灌溉的适宜时间与调亏程度的研究[J].农业工程学报,2000,16(3):24-27.

[2] 孟兆江,贾大林,刘安能,等.调亏灌溉对冬小麦生理机制及水分利用效率的影响[J].农业工程学报,2003,19(4):66-69.

[3] 莫江华,李伏生,李桂湘,等.不同生育期适度缺水对烤烟生长、水分利用和氮钾含量的影响[J].土壤通报,2008,39(5):1071-1076.

[4] 祁有玲,张富仓,李开峰,等.不同生育期水分亏缺及氮营养对冬小麦生长和产量的影响[J].灌溉排水学报,2009,28(1):24-27.

[5] 翟丙年,李生秀.冬小麦水氮配合关键期和亏缺敏感期的确定[J].中国农业科学,2005,38(6):1188-1195.

[6] 王伟,蔡焕杰,王分键,等.水分亏缺对冬小麦株高、叶绿素相对含量及产量的影响[J].灌溉排水学报,2009,28(1):41-44.

[7] 申孝军,孙景生,张寄阳,等.非充分灌溉条件下冬小麦耗水规律研究[J].人民黄河,2007,29(11):68-70.

[8] 王仰仁,孙小平.山西农业节水理论与作物高效用水模式[M].北京:中国科学技术出版社,2003.