调亏灌溉对冬小麦耗水特性和产量影响分析

宋曲武

(陕西省渭南市洛惠渠管理局，陕西 渭南 715100)

调亏灌溉对冬小麦耗水特性和产量影响分析

宋曲武

(陕西省渭南市洛惠渠管理局，陕西 渭南 715100)

[摘要]为给冬小麦节水和调亏灌溉指标及灌水模式的建立提供依据，在移动式防雨棚条件下，采用小区试验，以小堰22号冬小麦为试验样品，分析土层中含水量与灌溉水量、灌溉水量与产量和水分利用率等因素间的关系。结果表明：土层中含水量与灌溉水量基本成正比关系，产量与水分利用率间是一对博弈项，推荐采用苗期低定额、拔节期高定额、扬花期和灌浆成熟期中定额的节水灌水制度，以匹配冬小麦全生育期的需水特性，为其高产节水提供良好的灌溉水环境和生长条件。

[关键词]冬小麦；调亏灌溉；小区试验；水分利用率；高产节水

陕西省地处内陆中纬度气候带，陕北、渭北高原和关中东部等地属于干旱半干旱地区，降水稀少且变化较大。冬小麦是渭南市的重要粮食作物，该市大部分地区常年降雨量为529～638 mm，且主要集中在夏季，尤其是在冬小麦生长期内降雨量较少，加剧了冬小麦生长发育期的干旱程度。大量研究和实践统计数据表明，水分胁迫会严重影响到冬小麦生长发育的生理生态指标和形态结构，进而由于干旱缺水导致小麦产量低且不稳[1～3]。根据冬小麦生长发育期的生理生态反应，分析作物水分利用率、灌溉水量和土层含水量及产量间的关系，提高有限水资源的灌溉效率和灌溉效益，是实现该区域冬小麦高产高效的重要途径。

调亏灌溉是调控土壤-植物-大气间的关系，通过合理灌溉安排将有限水资源有效利用到作物生长发育的水分敏感期，即在水分临界期合理灌溉供水降低或补偿干旱缺水对作物生长发育和产量的影响。研究表明在干旱地区，即便冬小麦水分亏缺程度达到田间持水量的45%～50%，冬小麦品质及产量也没有较大影响，同时还可以提高冬小麦水分利用效率[4～5]。在田间试验条件下，探讨冬小麦生长发育期内各阶段的需水规律、生理生态指标和形态结构，了解冬小麦生长发育全过程对水分胁迫的反应，确定最优的灌水期和灌水量组合，进而为渭南地区冬小麦高产节水种植提供调亏灌溉指标及灌溉制度依据。

1试验材料与方法

1.1样品选择与试验设计

试验于2013年9月～2014年8月在灌溉试验站进行，试验样品冬小麦选用小堰22号。试验场地海拔436 m，所处地理位置属于暖温带半湿润半干旱季风气候。试验场内地形平整、土层深厚，为均质壤土，1 m土层的平均含水量为27%～30%，凋萎含水量为8.7%，平均干容重为1.46 g·cm-3。按照小区试验将试验场地划分为4.5 m×1.8 m的试验小区，如图1所示。为了防止出现侧渗等问题，采用1 m深的聚乙塑料作为小区间的隔离层，同时设置移动遮雨棚，在降雨时人为关闭避免降雨对试验数据的干扰，如图2所示。

图1　4.5m×1.8m试验小区

图2　移动遮雨棚

1.2调亏灌溉水分处理方案

按照冬小麦生长发育及产量形成关键期，选择苗期、拔节期、扬花期和灌浆成熟期，4个生育阶段作为试验时间控制期。按照高(80 mm)、中(65 mm)、低(50 mm)3个水平进行调亏灌水定额划分。采用四因素三水平的正交试验方法，并考虑苗期、拔节期、扬花期分别不灌水的三个特殊工况，共设计12个调亏灌水试验组合(CK1，T2～T12)。为确保试验数据的准确可靠性，12个试验组合每个进行2次试验，共设置24个试验小区。采用M297844型中子土壤水分仪进行水分变化分析，灌溉采用畦灌系统，由数字式流量计进行水量控制。冬小麦各生育期水分处理(0～1 m土层相对含水量平均值)设计方案，如表1所示。

表1　冬小麦各生育期水分处理设计方案　×10-3 m3/m2

1.3测定项目及指标

认真记录冬小麦播种、出苗、拔节期、扬花期和灌浆成熟期等关键生育期的开始(Start)和结束(End)日期。采用M297844型中子土壤水分仪，按七天/次的频率、10 cm分层间隔，定期测定各试验小区0～1 m土层中的水分动态；采用钢卷尺按七天/次的频率测定冬小麦株高动态；七天/次的频率测定冬小麦地上部分鲜重及干重；在灌水前后各项目均加测一次。

2结果与分析

2.1调亏灌溉不同组合下土层水分变化规律

冬小麦在生长发育期，愈接近地面的土层其根系分布量愈大，且在扬花期小麦根系无论是分布量还是根深均达到最大值。根系向下生长下扎到一定深度土层后继续向横向生长发育，直到土壤中的有效水分含量剩下40%～20%为止。虽然小麦根深可以深达180 cm，但其水分有效吸收绝大部分来自于0～60 cm土层。为此，此处筛选出0～60 cm土层含水量变化的代表数据进行分析，如图3所示。

从图3可以看出，冬小麦生长发育各阶段0～60 cm土层的含水量主要受灌溉水的影响，总灌水量大的组合其土壤含水量高，并随小麦不断生长发育土壤含水量呈现逐步减小趋势。在拔节期和灌浆成熟期，土层中的含水量呈现较大波动，主要是由于这两个时期为冬小麦生理生态指标和形态结构形成的关键期；而扬花期土层含水量虽有波动，但较拔节期和灌浆成熟期其波动幅度较缓。土层水分变化规律，与小麦生长发育关键期的需水特性完全匹配。

2.2调亏灌溉不同组合下耗水强度分析

冬小麦在水分供应充足的条件下，其耗水量变化反应了冬小麦在特定环境气候条件下的需水特性，也即冬小麦生长发育各阶段对水分内在需水特征。对于生产发育过程中的蒸发蒸腾量，此处采用水量平衡法进行分析。经记录，冬小麦苗期历时最长为141 d，拔节期历时最短为26 d，扬花期历时次短为29 d，灌浆成熟期历时次长为55 d，在调亏灌溉不同组合下各生长发育关键阶段的耗水强度测试数据，如表2和图4所示。

图3　调亏灌溉不同组合下0～60 cm土层含水量变化

图4　冬小麦调亏灌溉不同组合下耗水强度

从表2和图4可以看出，冬小麦总耗水量与总灌水量间基本成正比关系；苗期除T10(苗期未灌溉)外，其余试验组合耗水量在整个生长发育期内最多且日蒸发强度基本相等；拔节期除T11(拔节期未灌溉)外，其余试验组合虽历时较短且耗水量最少，但其耗水强度较苗期有较大提高；扬花期除T12(扬花期未灌溉)外，其余试验组合耗水量和日耗水强度均较拔节期略高，这与此阶段气温持续升高和冬小麦成长特性密不可分；灌浆成熟期是冬小麦品质和产量形成的关键期，该阶段气温最高，相应蒸发蒸腾强度也最大，日耗水强度也较其它阶段高，虽灌浆成熟期其历时还不到苗期的一半，但该阶段耗水总量几乎接近苗期。

表2　冬小麦调亏灌溉不同关键期的耗水量比较

2.3调亏灌溉不同组合下冬小麦产量与水分利用效率分析

在试验年度，根据表1调亏灌溉方案不同水分胁迫情形对冬小麦的产量构成因子(穗数、千粒重)及产量均产生较为明显的影响，如表3所示。冬小麦穗数、千粒重、产量和水分利用率WUE等指标与耗水量关系，如图5～8所示。

表3　冬小麦调亏灌溉产量构成因子、产量及水分利用率影响

图5　调亏灌溉下穗数与耗水量关系

图6　调亏灌溉下千粒重与耗水量关系

图7　调亏灌溉下产量与耗水量关系

图8　调亏灌溉下水分利用率WUE与耗水量关系

从表3和图5～8可以看出，各灌水组合条件下冬小麦穗数，千粒重等产量构成因子呈现明显差异，而穗长和穗粒数则差异不大。其中，穗数、千粒重和产量三个测试指标与冬小麦全生育期内的总灌水量基本成正比关系。在总灌水量相同的情况下，小麦生育关键期的灌溉水组合不同，其千粒重和产量有较大差异，如：T4、T5、T6和T7虽然全生育期内总灌水量相同为260×10-3m3/m2，但是T4和T7在拔节期和扬花期其灌水量总量为145×10-3m3/m2大于T5和T6，测试结果显示T4和T7的千粒重、产量等指标要大于T5和T6，再次验证拔节期和扬花期的土层含水量对冬小麦产量影响较为显著。其次，T10、T11和T12组合下的亩穗数、千粒重和产量等指标，均较其它组合明显偏小，测试论证苗期、拔节期和扬花期等任一生育关键期不灌水将会对冬小麦亩穗数、千粒重和产量等造成较大影响。T12较T10和T11在亩穗数、千粒重和产量等指标上，又呈现较大的劣势，这与扬花期是冬小麦产量形成的最核心生育期完全匹配。

耗水量只能在一定程度上对冬小麦的穗数、千粒重等指标起正面贡献，但耗水量超过一定值时，耗水量增加反而会使穗数和千粒重等指标降低。从水分利用率(WUE)指标可知，在灌溉过程中并不是灌水越多越好，其中产量最高6 124 kg·hm-2的T1组合，其水分利用率WUE为1.64 kg·m-3，不是最高；而WUE最高1.73 kg·m-3的T3，其产量为4 942 kg·hm-2，也不是最高。也就是说单纯追求WUE指标就会牺牲产量，单纯追求产量指标就会牺牲WUE。综合对比穗数、穗长、千粒重、产量和WUE水分利用率等指标，测试表明T7组合试验组合里的最佳灌水方案，即苗期采用低定额灌水、拔节期采用高定额灌水，而扬花期和灌浆成熟期则采用中定额灌水，推荐作为冬小麦节水高产调亏灌溉应用方案。

3结语

土层水分含量对冬小麦生理生态指标和形态结构的影响是多方面的，主要表现在冬小麦生育期和土层水分亏缺程度。12个组合的测试数据分析结果表明，调亏灌溉是可行的，适时适度的水分调亏灌溉可以起到较好“补偿生长效应”或“超补偿生长效应”，是提高水分利用效率，实现冬小麦节水、高产、高效的有效途径。

(1)冬小麦各生育期内，总耗水量与总灌溉量间基本成正比关系，灌水量愈大则作物总耗水量也越大。

(2)苗期耗水总量最大且日蒸发强度基本相等；拔节期、扬花期和灌浆成熟期其随环境温度增加，耗水强度也较苗期不断增强；灌浆成熟期其历时虽不到苗期的一半，但其耗水总量接近苗期且耗水强度比苗期大很多。

(3)穗数、千粒重和产量与总灌水量间有明显差异，穗长和穗粒数与总灌水量间差异不明显；拔节期和扬花期的土层含水量对冬小麦产量及水分利用率影响较为显著；产量与水分利用率WUE是一对相互博弈的指标，单纯追求某一方面必然会导致另一方面的牺牲。

(4)推荐苗期低定额、拔节期高定额、扬花期和灌浆成熟期中定额的节水灌水制度，以匹配高产冬小麦的需水特性，实现调亏补偿确保冬小麦正常生长发育，提高水分利用率，增加有效穗数、千粒重和产量。

参考文献

[1]胡继超,曹卫星,姜东,等.小麦水分胁迫影响因子的定量研究[J].作物学报.2004,30(4):315-320.

[2]胡梦芸,张正斌,徐萍,等.亏缺灌溉下小麦水分利用效率与光合产物积累转运相关研究[J].作物学报.2007，33(11):1884-1891.

[3]黄彩霞,柴守玺,赵德明,等.不同水分处理对冬小麦产量和水分利用效率的影响[J].草业学报.2010,19(05):196-203.

[4]姚宁,宋利兵,刘健,等.不同生长阶段水分胁迫对旱区冬小麦生长发育和产量的影响[J].中国农业科学.2015,48(12):2379-2389.

[5]裴冬,孙振山,陈四龙,等.水分调亏对冬小麦生理生态的影响[J].农业工程学报.2006,22(8):68-72.

[6]柴红敏,蔡焕杰,王健,等.调亏灌溉下小麦产量与品质协调统一的可能性分析[J].安徽农业科学.2008,36(12):4915-4917.

[收稿日期]2016-03-20

[作者简介]宋曲武(1972-)，男，陕西渭南人，工程师，主要从事水利科技及水利工程管理工作。

[中图分类号]S274.4

[文献标识码]B

[文章编号]1004-1184(2016)03-0115-04