拔节期和开花期测墒补灌对邯麦16号小麦产量及耗水特征的影响

苏玉环，刘保华，王雪香，张清华，宋彦龙，陈冬梅，马永安

(1.邯郸市农业科学院，河北邯郸 056001;2.河北省魏县气象局，河北魏县 056800)

小麦是河北省的主要粮食作物，播种面积和总产量约占全国的1/10，而该区水资源仅占全国的0.65%[1]，人均水资源311 m3，占全国的1/7，以邯郸为例，邯郸地区的水资源人均占有量为191.6 m3，是河北省平均水平的62%，在邯郸市用水总量中，农业用水占72.8%，而麦田灌溉用水占到农业灌溉用水的86%[2]。因此发展小麦节水栽培对大幅度提高降水利用率和减少灌溉用水、促进农田水分高效利用、保证小麦生产的可持续发展具有重要意义。

合理灌溉可以提高小麦产量和水分利用效率。关于灌水时期、灌溉次数、灌水量对小麦产量及耗水特性的影响研究报道较多。研究表明，灌水时期和灌水量显著影响小麦的总耗水量、土壤贮水消耗量及阶段耗水量，拔节期和开花期灌水显著提高了拔节至成熟阶段小麦的耗水量[3]。拔节至抽穗是冬小麦需水的关键时期，此时水分亏缺可导致小麦产量显著降低[4-7]。在小麦拔节期和抽穗期各灌水60 mm时，小麦籽粒产量较拔节、抽穗、灌浆期各灌40 mm处理显著提高[8]。在底墒充足的条件下，拔节水和开花水各灌50 mm，可以实现小麦高产和水分高效利用[9]。但是前人研究多采用定量灌溉，而不同年度间降雨量、降水时期和土壤注水量都存在差异，因此灌水量也应不同。据笔者调查，邯郸地区小麦全生育期内需要灌水3～4次，个别年份需要4～5次，水资源浪费严重。有试验结果表明，根据0～40 cm土层含水量，在越冬期补灌至目标相对含水量为75%、拔节期和开花期补灌至目标相对含水量为70%时，小麦产量和水分利用效率与依据0～140 cm土层含水量测墒补灌间无显著差异，但灌溉水利用效率和灌溉效益显著提高[10]。因此测墒补灌对我国缺水地区小麦节水栽培具有重要价值，但不同地区生态条件、小麦种植方式、推广品种、施肥等因素存在差异，此方面的研究结果尚不一致。本研究以邯郸市农业科学院自育高产小麦品种邯麦16号为供试材料，研究测墒补灌对小麦水分利用率和产量的影响，以期为该技术在邯郸地区小麦节水栽培中的应用提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料与设计

试验于2016-2017年在邯郸市邯山区河沙镇镇苗庄村试验农场进行。试验地土壤为壤土，地力中等偏上，试验地前茬作物为玉米，秸秆不还田。供试品种为邯麦16。该年度小麦生长季降水量184.7 mm，其中播种至越冬73.2 mm，越冬至返青期11.6 mm，返青至拔节期4.6 mm，拔节期至开花期28.6 mm，开花期至成熟66.7 mm，小麦生长季常年降水量141.6 mm。

试验采用随机区组设计，三次重复。在浇灌底墒的基础上，全生育期浇灌拔节水和开花水。依据拔节期、开花期0～40 cm土层的土壤含水量计算补灌水量，设置3个处理，分别为W70、W75和W80，即用SU-LA型土壤水分速测仪(北京盟创伟业科技有限公司)测定拔节期、开花期0～40 cm土层的含水量进行测墒补灌，土壤的相对含水量分别补灌至70%、75%、80%，以全生育期不浇水(W0)和当地传统灌溉(WN)为对照。在测墒后的第二天进行补灌，补灌时用水龙带从井口接水均匀灌溉试验小区,水龙带出水口安装水表控制灌水量。

小区面积24 m2，小区长6 m，宽4 m。小区之间设2 m宽的隔离区，种植与试验小区相同的小麦品种，隔离区不浇水，播种前底施复合肥750 kg·hm-2(N-P-K∶15-15-15)，拔节期结合浇水追施尿素(N%=46%)300 kg·hm-2。三叶期定基本苗345万株·hm-2。其他管理同一般高产田。

1.2 测定项目与方法

1.2.1 土壤含水量的测定

在小麦播种前、收获后，在0～200 cm土层取样，每20 cm一层，用烘干法测定土壤含水量。土壤质量含水量=(土壤鲜质量-土壤干质量)/土壤干质量×100%，土壤相对含水量=土壤质量含水量/田间持水量×100%。田间持水量用环刀法测定[3]。在拔节期、开花期用仪器法测定0～40 cm土层的土壤体积含水量，依据含水量计算补灌水量(m)。m=10aH(B1-B2)，a为测墒土层土壤平均容重(g·cm-3)，H为测墒土层深度(cm)，B1为目标土壤质量含水量(田间持水量乘以目标相对含水量)，B2为灌溉前土壤质量含水量。

1.2.2 小麦全生育期耗水量的计算

麦田耗水量=全生育期总灌水量+全生育期降水量+全生育期土壤贮水消耗量

全生育期土壤水消耗量=10aH(θ1-θ2)，10为换算系数，a为测墒土层土壤平均容重(g·cm-3)，H为测墒土层深度(cm)，θ1和θ2为时段初和时段末土壤质量含水量。本试验主要测定0～200 cm土层的土壤水消耗量。

1.2.3 水分利用率和灌溉效益的计算

水分利用效率WUE=Y/Eta；灌溉水分利用效率IWUE=Y/I；灌溉效益IB=⊿Y/I。

式中，Y为籽粒产量(kg·hm-2)，⊿Y为灌溉后增加的产量(kg·hm-2)，Eta为小麦全生育期总耗水量(mm)，I为补灌量(mm)。

1.2.4 籽粒产量的测定

于小麦成熟后全区收获，脱粒、自然风干后称重，折算成公顷产量。

1.3 数据处理

数据采用Excel 2003和DPS 7.05进行分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理灌水量的差异

不同处理间补灌量存在明显差异(表1)。测墒补灌处理的拔节期和开花期补灌量均表现为W80>W75>W70，拔节期不同处理间补灌量差异较大，开花期W80处理的补灌量均显著高于W75、W70，W75、W70处理间差异不显著；全生育期的总灌水量和各时期的变化规律相同，且处理间差异均显著。与当地传统灌溉(WN)相比，拔节期测墒补灌处理的灌水量均显著下降；开花期的补灌量以W80处理最高，但与WN处理差异不显著，两者均极显著高于W70处理；WN处理的总灌水量显著高于测墒补灌处理。这说明测墒补灌能够节水。

表1 不同处理下拔节期和开花期0～40 cm土层的土壤体积含水量和灌水量Table 1 Soil volumetric water content and irrigation amount of different treatments during the whole growth and the jointing stage at 0-40 cm soil layer

同列数据后不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。下表同。

Different letters following the values in the same column mean significant differences among the treatments at 0.05 level. The same in tables 2-4.

2.2 测墒补灌对麦田土壤水消耗的影响

随着土层深度的增加，各处理的土壤水消耗量逐渐减少(表2)。在0～20 cm土层，不同处理间土壤水消耗量差异不显著；在20～200 cm土层，不灌溉处理(W0)的土壤水消耗量显著高于灌溉处理，说明土壤干旱有利于小麦对土壤水分的利用。灌溉处理间，随着灌水量的增加，土壤水消耗量逐渐减少，20～140 cm土层土壤水消耗量在不同灌溉处理间差异不显著，但140～160 cm的土层土壤水消耗量表现为W70>W75>W80>WN，180～200 cm土层的土壤水清耗量表现为W70>W75>W80>WN，说明与传统灌溉相比，测墒补灌处理更能有效利用深层土壤水，尤其是W70、W75处理。

表2 不同处理下0～200 cm各土层的土壤水消耗量Table 2 Soil water consumption amount in 0-200 cm soil layer under different treatments mm

2.3 测墒补灌对麦田耗水量及其分配的影响

灌溉处理的全生育期总耗水量均显著高于不灌溉处理(表3)。与WN处理比较，W70、W75处理的全生育期总耗水量显著下降，说明测墒补灌的W70、W75处理可以有效减少小麦耗水。补灌量占总耗水量的比例表现为WN>W80>W75>W70，并且处理间差异显著；土壤水消耗量占总耗水量的比例表现为W0>W70>W75>W80>WN，处理间差异程度不同；降水量占总耗水量的比例表现为随着灌水量增加而逐渐降低，其中W0处理显著高于灌溉处理，W70处理显著高于WN处理,表明与传统灌溉相比，拔节期、开花期依据0～40 cm土层的土壤相对含水量补灌至75%、70%的处理显著降低了总耗水量，灌水量及其占总耗水量的比例显著降低，土壤水消耗量及其占总耗水量的比例明显提高，有利于节约灌溉用水。

表3 不同处理下冬小麦耗水量及其分配Table 3 Water consumption and its distribution under different treatments

2.4 测墒补灌对小麦籽粒产量、水分利用效率的影响

从表4可知，灌溉可提高小麦穗数，尤其是测墒补灌效果更明显，但不同灌溉处理间差异不显著；穗粒数、千粒重在不同处理间差异均不显著。小麦籽粒产量表现为W75>W80>WN>W70>W0。水分利用效率则以W0处理最高，但与W75处理差异不显著，两者均显著高于WN处理。灌溉水利用效率表现为W70>W75>W80>WN，灌溉效益表现为W75>W80>W70>WN，说明与传统灌溉处理相比，W75处理可以显著提高小麦籽粒产量和水分利用效率，而且灌溉水利用效率和灌溉效益也较高，是本试验条件下的最佳处理。

3 讨 论

前人研究表明，随着灌水量的增加，麦田总耗水量增大，土壤水消耗量占总耗水量的比例下降[11-13]。供水量(灌溉和降雨)从100 mm增加到300 mm时，土壤水消耗比例由65%下降到20%左右，供水深度由120～140 cm上升到80 cm左右[14]。小麦对土壤水的消耗主要来自0～140 cm土层，随着灌水量的减少，小麦耗水层可达到140～180 cm[15]。本研究与前人研究结果相似。

表4 不同处理下小麦籽粒产量、水分利用效率、灌溉水利用效率和灌溉效益Table 4 Grain yield,water use efficiency,irrigation water use efficiency and irrigation benefit of winter wheat under different treatments

本研究中，测墒补灌处理的土壤水消耗量主要来源于0～140 cm土层，并且随着灌水量的减少，各土层的土壤水消耗量逐渐增加，W75处理140～200 cm土层的土壤水消耗量高于其他灌溉处理，说明相对于其他测墒补灌处理，W75处理更能有效利用深层土壤水，达到节水灌溉的目的。

拔节期至成熟期是小麦生长发育的关键时期，拔节期和开花期灌水可以获得较高的籽粒产量[11,16]，灌水多少因品种及环境不同而存在差异。拔节期灌溉70 mm可促进小麦花后对土壤水分的利用，较底墒水灌溉70 mm处理增产21.6%，其水分利用效率为54 kg·hm-2·mm-1[17]。拔节期和开花期目标相对含水量均为70%的灌水处理产量比拔节期和开花期均灌水60 mm的处理提高5.1%，水分利用效率和灌溉水利用效率分别提高9.6%、43.0%[18]。本试验结果表明，W75处理的灌水量显著低于WN处理，产量、水分利用效率、灌溉水利用效率和灌溉效益均显著高于WN处理，其中产量、水分利用效率、灌溉水利用效率和灌溉效益分别提高2.63%、5.04%、29.53%和102.0%。这说明测墒补灌的W75处理能在保证高产的前提下进一步减少灌溉量，提高水分利用效率，有利于小麦节水高产，是本试验条件下的最佳节水灌溉处理。