冬小麦节水高效灌溉制度试验研究

居英威

（山西省汾河灌溉管理局 山西祁县 030900）

山西省汾河灌区位于太原盆地，跨三市、十一个县（市、区），是山西省最大的自流灌区,灌区受益面积10万hm2，约占全省水浇地面积的1/10，土地面积为1396.54km2，灌溉面积9.97万hm2，是山西省主要粮棉生产基地之一。灌区多年平均降水量为453.1mm，年平均蒸发量高达1031.9mm，干燥度指标1.1～2.2，但年际降雨量变化很大，从20世纪50年代到21世纪初期丰水年与枯水年降雨量的比值为2.8，最多年份730mm，最少年份仅为260mm左右。水资源的短缺不能满足农业用水需求，严重制约了国民经济的可持续发展。冬小麦是汾河灌区传统主要种植作物，为了研究和探索不同土壤水分控制下限对冬小麦生长发育和产量的影响，寻找冬小麦生长适宜的土壤水分下限及其耗水规律，制定冬小麦节水灌溉制度，为农民增产增收提供技术保障，为水利工程规划设计提供科学依据，2010年在山西省汾河灌溉管理局中心试验站进行了冬小麦节水高效灌溉制度试验。

1 材料与方法

1.1 试验基本情况

试验于2009年10月至2010年6月在山西省汾河灌溉管理局中心试验站试验田进行。该站位于山西省文水县胡兰镇，属大陆性季风气候。年平均气温11℃，气温在0℃以上总积温为4300℃，无霜期171d，多年平均降水量456mm，平均蒸发量750mm。土壤0～30cm为中壤土，30～90cm为重黏土，90～150cm为细砂土。0～100cm土壤平均干容重为1.38 t/m3，田间持水量26.9%（重量百分比），地下水矿化度为787mg/L，pH值为8.12，全盐量0～80cm平均0.6174%，0～50cm有机质含量为0.85%，速效磷含量为0.31%。冬小麦品种“良星99”，于10月13日播种，播量为300kg/hm2，播种深度为5cm,行距为20cm。底肥施复混肥料，施肥量为750kg/hm2，追肥为尿素，施肥量为750kg/hm2。6月22日收获。

1.2 试验处理设计

根据冬小麦生长发育规律，参照作物耕作栽培和植物生理学方面的有关内容，以及灌溉试验规范，把冬小麦整个生育期大体分为拔节前、拔节-抽穗、抽穗后三个阶段，每个阶段分别从田持的50%到75%划分了不同的水分控制下限，共设置了7个处理（见表1）。每个处理试验小区面积0.006667hm2，每个处理重复三次。

表1 冬小麦试验处理设计表

1.3 测试内容与方法

气象条件：由站内气象站同期观测小麦生长期内水面蒸发量(中国20cm 蒸发皿)、地温(地表、-5、-10、-15、-20cm)、气温(干湿球)，湿度用（干湿表法确定）、日照等。

土壤水分：观测到1m，每隔20cm一层，用土钻取土，烘干称重法测水分。观测时间在每旬开始的第一天观测，灌水前、灌水后、生育阶段和降雨后加测。

土壤盐分、养分观测：在冬小麦播种和收获观测土壤养分和盐分状况，盐分观测层次0～10cm、10～30cm、30～50cm和50～80cm四层；养分观测层次0～20cm和20～50cm二层。

冬小麦亩株数和叶面积指数：从苗期开始，定期观测冬小麦群体变化状况，每个处理区一行中固定5株，观测叶面积指数。每片叶面积测量采用叶片长度和宽度的乘积乘以常数0.80得出。

考种测产：冬小麦成熟后，单打单收，考种测产。

2 结果与分析

2.1 灌水量

冬小麦2009年10月13日播种，10月21日出苗，11月12日越冬，2010年3月21日返青，4月11日拔节，5月11日抽穗，5月26日灌浆，6月22日收获，整个生育期累计253d。期间总降雨量为148.4mm。由于土壤水分下限的不同，冬小麦各处理间灌水次数和灌水量各不相同，处理1为不灌水对照处理，处理2至处理7分别灌水1至6次。各处理每次灌水时间和灌水定额见表2。

表2 冬小麦灌溉制度表（mm）

2.2 冬小麦生育期耗水量

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、棵间蒸发量以及构成植株体的水量之和。气候条件、土壤水分状况、作物种类及生长阶段、农业技术措施、灌溉排水措施等都会影响作物耗水量。作物田间耗水量由水量平衡公式计算得到：

式中：ET—阶段耗水量，mm；

△W—时段内土壤储水量变化量，mm；

P—时段内降雨量，mm；

I—时段内灌水量，mm；

SG—时段内地下水补给量，mm；DP—时段内深层渗漏量，mm。

△W为100cm深度内土壤储水量的变化量；本试验地下水埋深在5m以下，无地下水补给，没有深层渗漏量，二者皆为零。冬小麦是直播品种，因此从播种后计算其耗水量，土壤储水量的变化量为单位面积内竖直方向水量变化。

试验中冬小麦各生育期日均耗水量和累计耗水量结果见表3。

表3 冬小麦各生育期日均耗水量和累计耗水量表

图1 冬小麦耗水规律分析图

图1是根据表3结果绘制的冬小麦耗水规律分析图。从表3和图1可以看到，由于土壤水分下限的不同，各处理冬小麦耗水量各不相同，从281.54mm至528.27mm不等，但各处理间日均耗水量变化规律基本相同。苗期日均耗水量为1.54～2.05mmd-1，均值为1.85mmd-1；越冬期日均耗水量为0.21～1.66mmd-1，均值为0.55mmd-1；返青期日均耗水量1.392.98mmd-1之间，均值为2.05mmd-1；拔节期日均耗水量在2.01～4.68mmd-1之间，均值为3.67mmd-1；抽穗期气温升高，作物生长急剧加速，作物耗水量也随之增大，日均耗水量在1.86～5.86mmd-1之间，均值为4.32mmd-1；之后进入灌浆成熟期，日均耗水量有所下降，在1.56～2.88mmd-1之间，均值为2.11mmd-1。这种规律和小麦各生育阶段的外部生长环境和形态是相符合的。因为在小麦的播种出苗期，气温并不很高，耗水量基本上只有棵间蒸发，随着小麦的出苗，气温逐渐下降，植株较小，棵间蒸发和植株蒸腾都相对较小，到了越冬期的邻近，气温逐渐降到零度以下，小麦进入了越冬期，耗水量也基本停止。进入返青期后，气温回升，大地复苏，小麦的需水量也逐渐升高，到了拔节期和抽穗期，小麦进入快速生长阶段，这个时候一方面小麦营养生长、生殖生长光合作用需要大量的水分，另一方面随着外部气温的升高和小麦叶面积指数的增大，棵间蒸发和植株蒸腾也逐渐加大，日需水量大大增强；进入灌浆成熟阶段以后，小麦植株已不再增长，部分叶片开始枯萎，作物蒸腾减少，耗水量开始慢慢降落。拔节期和抽穗期间土壤水分对冬小麦生长影响比较大，是需水关键期。

2.3 冬小麦耗水量与产量关系

表4是冬小麦不同水分下限处理产量和耗水结果，图2是根据此结果绘制的耗水量与产量关系图。试验结果表明，冬小麦的耗水量与产量之间存在着十分密切的关系，当耗水量由281.54mm渐次提高到528.27mm时，产量也随之由4288.50kg/hm2递增到7842.00kg/hm2。说明在本次试验的耗水量范围内，随着耗水量的增加，冬小麦的产量相应增加。经过计算机拟合，二者之间的函数关系为：

y=0.006x2+9.5896x+1188.1（相关系数 R2=0.9755）

式中：y—冬小麦经济产量，kg/hm2；

x—冬小麦耗水量，mm。

表4 不同水分下限处理冬小麦产量与耗水量表

图2 冬小麦产量与耗水量关系图

2.4 冬小麦适宜土壤水分下限分析

从本次试验所设置的七个处理中，确定冬小麦最优土壤水分下限控制指标，本着这样两个原则来进行分析：一是冬小麦产量较高，但不一定是最高产量，同时考虑单位耗水产量（产量和耗水量的比值）比较大。在两个产量比较接近时，尽量取较小的耗水量；二是尽量符合一般的耗水规律，考查其需水规律，选择尽量没有异常现象的处理。根据这样的原则来分析，处理7产量最高，为7842.00kg/hm2，处理6次高，为7500.00kg/hm2，两个处理产量比较接近，需水规律也都比较合理，但是，从单位耗水产量比较来看，处理 7（14.84kg/hm2·mm）小于处理 6（15.49 kg/hm2·mm）。处理 6的单位耗水产量为第二高值，仅次于处理2的15.63kg/hm2·mm，但二者差距较小，且处理2产量（5433.00kg/hm2）远小于处理6（7500.00kg/hm2）。综合比较分析认为，处理6的水分下限设置既高产又节水高效，即在冬小麦生长拔节-抽穗期控制田间土壤水分在田持的70%，其它时期控制在田持的65%，这种水分控制比较合理。

2.5 冬小麦节水高效灌溉制度

综合以上几方面的结果分析，处理6的灌溉模式是比较节水而又高效的冬小麦灌溉制度，其灌溉制度为：在3月下旬小麦返青时期灌第一水，灌水定额56.2mm，第二水在5月上旬，灌水定额56.4mm，第三水在5月上旬，灌水定额48.7mm，第四水在5月中旬，灌水定额56.2mm，第五水在5月下旬，灌水定额45.0mm，全生育期灌溉定额262.6mm，灌水次数5次。

3 结论

通过本次试验得出以下结论：

（1）在当年气候条件下，冬小麦平均日耗水强度苗期为1.85mmd-1，越冬期为0.55mmd-1，返青期为2.05mmd-1，拔节期为3.67mmd-1，抽穗期为4.32mmd-1，灌浆成熟期为2.11mmd-1。全生育期日耗水规律呈“马鞍形”，有两个高峰期，分别在冬前分蘖和冬后抽穗灌浆期，抽穗期是需水关键期。全生育期总耗水量281.54mm至528.27mm。

（2）在本试验耗水量范围内，耗水量越大，冬小麦产量越高，产量随着耗水量的增加而增加，二者之间相关方程式为：y=0.006x2+9.5896x+1188.1。

（3）拔节期-抽穗期控制田间土壤水分在田持的70%，其他时期控制在田持的65%，这是当地生产条件下比较合理的冬小麦土壤水分灌溉参考指标。

（4）冬小麦比较科学合理的灌溉制度是：在3月下旬小麦返青时期灌第一水，灌水定额56.2mm，第二水在5月上旬，灌水定额56.4mm，第三水在5月上旬，灌水定额48.7mm，第四水在5月中旬，灌水定额56.2mm，第五水在5月下旬，灌水定额45.0mm，全生育期灌溉定额262.6mm，灌水次数5次。

试验结论仅是在当年条件下得出，是否正确与准确有待于进一步实践检验。