分期定量春灌一水对麦田蒸散量与产量构成的影响

李晓爽 党红凯 宋 妮 申孝军 马筱建 孙景生

(1.中国农业科学院农田灌溉研究所， 新乡 453003； 2.河北省农林科学院旱作农业研究所， 衡水 053000)

0 引言

作为世界性粮食作物，小麦产量与种植面积均居第一[1]。从全球分布来看，小麦集中分布在北半球欧亚大陆和北美，占总种植面积的90%。世界不同地区由于生产水平与生态环境差异致使小麦水分管理模式截然不同。美国高平原区开展灌溉可提高小麦产量2倍，提高玉米产量10倍，该地区小麦生产以雨养为主[2]。加拿大春小麦产区，采用秸秆储雪、土地免耕等技术，提高周年水分利用效率，雨养条件下获取稳定产量[3]。法国小麦主要分布在大西洋沿岸地区，该区属于温带海洋性气候，水分不是产量提高的限制因素[4]。与其他国家或地区不同，我国雨养农区也种植小麦，但重要小麦产区主要分布在灌区，灌溉是维系小麦高产稳产的主要因素。进一步比较发现，北纬37.5°穿过中国河北平原，与世界著名小麦产区美国堪萨斯州、土耳其地中海沿岸及伊朗北部麦区纬度相近。美国堪萨斯州与土耳其小麦产区既有地表径流又有一定降雨[5-6]；伊朗虽为缺水区，但径流全部为内陆河，高山雪水为小麦生产提供了主要水源[7]。我国河北平原冬小麦生长季多年平均降水量不足110 mm，雨养条件下籽粒产量不足2 250 kg/hm2[8]。而该区冬小麦产量达7 500 kg/hm2，需水量约420 mm，降雨不足又无地表径流，高产麦田水分需求的差额由抽取深层地下水补给[9]。在本地区长期抽取地下水形成了巨大的漏斗群，生态危机严重制约了农业的可持续生产[10]。

河北平原属于华北平原一部分, 具有中国北方半干旱农业生产区的典型特征。受温带季风性气候影响，小麦生长处于长期且稳定的干旱期。在水资源极度匮乏且需确保粮食安全条件下，为缓解小麦栽培用水与水资源短缺的矛盾，学者们围绕区域的生态特点，开展了大量节水技术研究。DENG等[11]研究指出，小麦不同生育时期对水分亏缺的敏感性不同，其中拔节前后对水分亏缺最为敏感。ZHANG等[12]发现，拔节期间适度水分胁迫有助于提高后期根系对深层土壤水肥的吸收，提高水肥利用效率，同时在雨季来临前可腾出库容，提高周年水分利用效率。邱新强等[13]认为，拔节期间是冬小麦根系生长最旺盛且生长中心逐渐下移的时期，该阶段通过水肥调节对根系调控效果最佳。ZHANG等[14]认为，在河北平原减少农田灌水条件下，开展小麦节水栽培研究，有助于区域农业生产的可持续发展。但关于本地区大田栽培环境对拔节期间土壤含水率的影响、不同时期灌水对小麦耗水特性的影响及春季限水优化灌溉对群体构建与产量特征的影响缺乏系统研究。为此本文在大田条件下，连续4年于冬小麦需水关键期设置6个灌水时期，研究不同处理对农田水分平衡、冬小麦干物质积累运转及水分利用效率的影响，旨在为实现冬小麦节水丰产、地下水综合治理和农业可持续发展提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

田间试验于2013—2017年连续4个冬小麦生长季，在河北省农林科学院旱作节水试验站(115.72°E，37.90°N，海拔21.0 m)进行。该站位于河北平原中南部，属于华北冬小麦生长区，具有中国北方半干旱农业生产区的典型特征。常年采用冬小麦-夏玉米一年两熟制。年均日照时数、无霜期、蒸发量、降水量、气温分别为2 509.4 h、188 d、1 785 mm、510 mm、12.8℃[15]。试验田土质为壤土，0～20 cm耕层土壤养分质量比为：有机质15.68～17.42 g/kg、全氮1.48～1.54 g/kg、速效氮127.24～134.68 mg/kg、速效磷21.95～24.13 mg/kg、速效钾113.68～128.42 mg/kg。该区冬小麦生长季多年平均降水量110 mm[8]，本研究连续4个冬小麦生长季降水量115.7～158.3 mm，与平均降水量相近，具有生产代表性。播前9月与冬小麦生长季逐月降水量见表1。为保证冬小麦足墒播种，每年于9月25日玉米收获前灌水45 mm。播种前土壤体积含水率见表2。

表1 播前9月与冬小麦生育期逐月降水量Tab.1 Monthly precipitation in September before sowing and in growing period of winter wheat mm

表2 试验地土壤类型与播前土壤含水率Tab.2 Soil types and moistures before seeding in test area

1.2 试验设计

选用当地当前大面积推广的节水高产冬小麦品种衡4399，按照常规播种量(225 kg/hm2)足墒播种。翌年小麦需水关键期设置6个灌水时期处理：拔节后0 d(AJ0)、拔节后5 d(AJ5)、拔节后10 d(AJ10)、拔节后15 d(AJ15)、拔节后20 d(AJ20)、拔节后30 d(AJ30)，灌水量75 mm，各处理从播种至收获期间均灌1次水，灌水与追肥同步。每个处理小区面积40 m2(5 m×8 m)，3次重复，顺序排列，处理间设置0.5 m宽隔离区。冬小麦夏玉米收获后秸秆全量粉碎还田。整地前底施磷酸二铵525 kg/hm2、氯化钾150 kg/hm2。春季补水时追施尿素375 kg/hm2。折合施用化肥量为N 267 kg/hm2、P2O5241.5 kg/hm2、K2O 90 kg/hm2。2013—2016年分别于10月10、12、13、15日播种，2014—2017年5月2—5日、5—7日、4—5日、4—7日扬花，6月5、6、12、10日收获。

1.3 相关指标测定和计算

采用土钻取土，干燥法测定土壤含水率，测定时间为播种后与各生育阶段末，灌水或降雨前后加测，同一处理每小区钻取0～200 cm土层土样，每10 cm为一层进行取土。采用水量平衡公式计算作物耗水量

(1)

式中Et——阶段耗水量，mm

i——土层编号n——总土层数

γi——第i层土壤干容重，g/cm3

Hi——第i层土壤厚度，cm

θi1、θi2——第i层土壤时段初和时段末的含水率(以占干土质量的百分数计算)，%

P——降水量，mm

I——时段内的灌水量，mm

G——时段内地下水对作物根系的补给量，mm

R——时段内测定区域的地表径流量，mm，试验区地势平坦，无地表径流产生，故R为0

F——时段内根区深层渗漏量，mm

当地下水埋深大于2.5 m时，G可以不计，本试验的地下水埋深在7 m以下，因此无地下水补给。其中F计算方法为灌水(或降水)前200 cm土层内的土壤储水量(mm)加上灌水量(或降水量，mm)再减去田间持水量(mm)，如果F小于0，说明没有深层渗漏产生，则F取值为0。

产量水平的水分利用效率计算公式为

WUE=Y/ETc

(2)

式中Y——籽粒产量(该阶段生物产量)，kg/hm2

ETc——小麦生育期间蒸散量，mm

1.4 干物质测定

于扬花期和收获期连取代表性植株20株，作为考察样本。将样本地下部分剪去，按叶片、茎和叶鞘、穗壳、籽粒等器官拆分(除籽粒外，包括茎叶在内的其他器官为营养器官)，105℃干燥箱杀青30 min后，于80℃干燥至质量恒定，冷却后称干质量。与每公顷干物质转移效率相关的计算公式分别为[17]

Tv=W1-W2

(3)

R1=Tv/W1×100%

(4)

Tg=W3-Tv

(5)

R2=Tv/W3×100%

(6)

hi=W3/(W2+W3)×100%

(7)

式中Tv——扬花前营养器官同化物运转量，kg

Tg——扬花后同化物输入籽粒量，kg

W1——扬花期营养器官干质量，kg

W2——收获期营养器官干质量，kg

W3——收获期籽粒干质量，kg

R1——扬花前营养器官同化物运转率，%

R2——扬花前同化物对籽粒产量贡献率，%

hi——收获指数，%

1.5 数据处理方法

采用Excel 2010和SPSS 19.0软件进行数据处理和统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同时间水分处理对冬小麦耗水的影响

2.1.1灌水前与成熟期0～200 cm土层含水率差异

图1是不同处理灌水前0～200 cm土层剖面土壤含水率的分布结果。由图1可以看出，同一年份不同处理各土层的土壤含水率不同，0～40 cm土层较低，40～80 cm土层较高，100～200 cm土层较低；同一土层处理间比较，灌水越早含水率越高，特别是100 cm以下土层，此趋势尤为明显，AJ0、AJ5与AJ10较高， AJ30最低或较低。受降雨等天气因素影响，同年份不同处理间差异程度不同，2017年处理间差异较大，2015年差异较小；各年份同一处理均值比较，AJ30处理0～200 cm土层平均含水率最小，为15.61%；其次是AJ20处理，比AJ30处理高出18.99%；AJ15和AJ10处理土壤含水率相当，比AJ30高30%以上。AJ0处理0～200 cm土层平均含水率最大，和AJ5处理稍有差异，分别比AJ30处理高51.12%和45.07%。说明随着灌水时间推迟，0～200 cm土层含水率越来越少，被作物吸收利用的越多。

图1 灌水前各处理0～200 cm土层体积含水率Fig.1 Volumetric water content in 0 ～ 200 cm soil profile at each treatment before irrigation in 2014—2017

图2 收获期各处理0～200 cm土层土壤体积含水率Fig.2 Volumetric water content in 0～200 cm soil profile under different treatments at mature stage in 2014—2017

图2是不同处理收获期0～200 cm土层剖面土壤含水率的分布结果。由图2可以看出，同一年份不同处理成熟期土壤含水率与灌水前土壤含水率分布相似，但不完全相同。2014、2016、2017年0～40 cm与80～120 cm土层含水率较低，40～80 cm和120 cm以下较高；2015年不同土层土壤含水率差异不具规律。同一土层处理间比较，2014年和2017年0～100 cm土层处理间差异较小，2016年则以AJ15处理最低；3年100 cm以下处理差异较大，以AJ0处理最高，AJ20和AJ30最低或较低，只有2015年处理间差异最小。各年份同一处理均值比较，AJ0处理0～200 cm土层平均含水率最大，为24.04%；接下来依次为AJ5、AJ10、AJ30和AJ15，分别为23.30%、21.54%、20.89%、20.81%；以AJ20处理0～200 cm土层平均含水率最小，为20.35%。可见拔节后15～30 d灌水处理更利于土壤水分的吸收利用。

2.1.2不同处理冬小麦耗水规律分析

由表3可以看出，各处理耗水量随生育进程而增加，同一年份处理间的差异较大。越冬前各处理耗水量为71.36～103.15 mm。拔节后15 d耗水量较大，达到112.97～205.01 mm。拔节后15 d到扬花期耗水量也较大，至扬花期已达232.82～310.82 mm。扬花期到成熟期耗水量进入另一快速增长期。总体来看，耗水量以拔节后15 d到孕穗期和灌浆期间较高。累积耗水百分率，在越冬前、拔节后15 d、扬花期和成熟期分别达到总积累量的16.83%～22.51%、25.13%～48.61%、53.11%～67.68%和100%。另外，鉴于3年数据重复性较好，文中仅对2年数据加以分析，下同。

由表4可见，2年中冬小麦耗水量较高的阶段，都在扬花期到成熟期，其前的拔节期至扬花期的耗水量也较高，播种期-越冬期阶段耗水量较小，越冬期到拔节期最小。同一处理不同年份冬小麦耗水量差异较大，以2014—2015年较高；同一年份不同处理冬小麦耗水量差异也较大，以AJ20最高，AJ0与AJ5较低。

表3 各处理耗水量变化和累积耗水百分率Tab.3 Change in water consumption and accumulative percentages of evapotranspiration under different treatments (2013—2015)

注：同列不同小写字母表示不同处理在0.05水平上差异显著，下同。

表4 2013—2015年不同处理阶段耗水量和耗水强度Tab.4 Water consumption amount and water consumption intensity under different treatments during 2013—2015

注：A表示耗水强度。

冬小麦耗水强度变化趋势与阶段耗水量的趋势相似(表4)，最高值出现在水分处理后的拔节期到扬花期，平均每日吸收量最高达到6.26 mm/d，越冬期-拔节期耗水强度最小，仅为0.16～0.18 mm/d。不同处理之间耗水强度的差异，也与不同处理之间阶段耗水量的差异类似。概括来看，全生育期阶段耗水量和耗水强度都以生育中期灌水处理后(拔节后15 d至扬花)最高，生育后期(扬花至成熟)次之，生育前期(出苗至拔节)最低。

2.2 不同处理对冬小麦干物质积累分配的影响

表5为不同限水处理冬小麦群体成穗数、穗粒数、千粒质量及产量。由表5可见，各年份群体成穗数随灌水时间的推迟变化不同。2014年逐渐减小，其他年份先增加后减小，以AJ10与AJ15最高或较高。穗粒数与产量随处理先增加后降低，总体以AJ30处理最低。千粒质量受处理影响与产量及其他构成因素不同，随处理时间的推迟，先减小后增大，以AJ10处理较低或最低。同处理年际间比较，群体成穗数以2014年最低；穗粒数年际间差异不具规律性；千粒质量以2014年最高，2016年与2017年最低或较低；产量以2015年最高。

由表6可知，扬花前营养器官同化物运转量、运转率及对籽粒贡献率均随灌水时间的推迟先增加后减小，以拔节后5～15 d期间灌水处理较高。同一处理年际间比较，扬花前营养器官同化物转移量、转移率及对籽粒贡献率均以2015年较高。与灌水处理对扬花前营养器官同化物运转量影响不同，扬花后同化物输入籽粒的量与扬花后同化物运转量对籽粒的贡献率，2014年以拔节期-拔节后10 d与拔节后20 d灌水处理较高；2015年以拔节期与拔节后20～30 d灌水处理较高。年际间比较，差异不具规律性。扬花后同化物运转量对籽粒的贡献率各处理均在60%以上，是籽粒产量的主要构成部分。2年收获指数差异不具规律性。

表5 2014—2017年不同处理冬小麦产量特征统计Tab.5 Statistics of population characteristics in winter wheat under different treatments during 2014 to 2017

表6 不同处理对干物质再分配的影响Tab.6 Effect of different treatments on dry matter translocation of winter wheat from vegetative organs to grain

2.3 不同处理耗水组成与水分利用效率及相关性

2.3.1不同处理耗水组成与籽粒水分生产率

由表7可见，农田蒸散量为361.1～505.8 mm。同一年份不同处理间比较，随灌水时间推迟，蒸散量先增加后减小，以AJ15或AJ20处理最高或较高，以AJ0灌水处理较低。同一处理年际间比较，以2014—2015年和2016—2017年蒸散量较高，2015—2016年最低。蒸散量由灌溉水量、土壤水量和降水量组成。同一年份不同处理间比较，随灌水时间推迟，蒸散量先增加后减小，土壤供水量变幅为169.4～311.6 mm，与蒸散量变化相同。同一处理年际间比较也以2014—2015年和2016—2017年土壤供水量较高，2015—2016年最低，与蒸散量变化相同。土壤供水量占蒸散量的46.0%～61.6%，同一年份不同处理间比较，随灌水时间推迟，比例先增加后减小，以AJ15或AJ20处理最高或较高。农田灌水量为75 mm，占蒸散量的14.8%～20.8%，处理间以AJ0和AJ5占蒸散量的比例较高。降水量变幅为115.7～158.3 mm，以2014—2015年最高，2013—2014年最低。降水量占蒸散量的比例为23.5%～36.6%。同一年份，降水量占蒸散量的比例与灌水量所占比例变化相似，以AJ0和AJ5处理占蒸散量的比例较高。

由表7还可以发现，WUE为1.32～2.54 kg/m3。同一年份不同处理间比较，除2017年以AJ5最高，其他年份均是以AJ0最高或较高，随时间推迟呈现减小趋势。籽粒产量(表5)随灌水时间推迟，呈先增加后减小趋势，以AJ10和AJ15处理较高，均以AJ30处理最低；同一灌水时间处理年际间比较，2015年和2016年的籽粒产量高于2014年，但不同年份处理间均是以AJ10和AJ15处理的产量较高且稳定。

表7 2014—2017年不同处理对耗水组成和籽粒水分利用效率的影响Tab.7 Effects of different treatments on water use efficiency of biomass and grain yield during 2014 to 2017

2.3.2不同处理灌前土壤含水率与产量构成因素的相关性

由表8可见，成穗数与不同处理各土层土壤含水率的相关性因年度不同而不同。除2017年各土层土壤含水率与成穗数负相关外，其他年份均呈正相关，其中2015年0～80 cm达到极显著水平，2015年0～160 cm与2016年0～20 cm、0～200 cm均达到显著水平。穗粒数与各土层土壤含水率呈正相关(2015年0～40 cm除外)，千粒质量2014年与2015年负相关，2017年正相关。穗粒数和千粒质量与各土层土壤含水率相关性较差，均未达到显著水平。产量与各土层土壤含水率正相关，其中2016年0～200 cm达到显著水平。

表8 灌前不同土层土壤含水率与产量特征的相关系数Tab.8 Correlation coefficient between soil moisture of different soil layers before irrigation and population production characteristics of wheat

注：*表示P<0.05，** 表示P<0.01。

3 讨论

3.1 限水优化灌溉与水分利用效率

本研究条件下，不同处理农田蒸散量为361.1～505.8 mm，略低于ZHANG等[12]的结果，但高于王红光等[17]的结果，其原因是本研究为春季限水灌溉1次，ZHANG等[12]的研究为春季灌水2～3次，而王红光等[17]的研究为旱地小麦。说明随灌水量、灌水次数的增多，冬小麦耗水量有增多的趋势[16]。本研究在灌水量相等的条件下，由于灌水时间不同，蒸散量与产量也不同，这与CHEN等[18]的研究结果一致；同一处理不同年份耗水量和产量有一定差异，均以AJ15或AJ20处理最高或较高，但其WUE并不是最高；相比之下，耗水量少的AJ0处理，虽然产量低，WUE却是最高或较高。从农田高效用水评价指标来看，AJ15或AJ20耗水量高，WUE低；而AJ0，耗水少，WUE高，似乎更具高效用水特征。进一步分析发现，耗水量较高的AJ15或AJ20，成熟期100 cm以下的深层土壤水含率较低。说明该处理促进了小麦对深层土壤水分的吸收利用[11]。本区域的气候特点，是冬小麦收获后雨季来临，充足的降水有效补给了深层土壤水分。受降水入渗补给、蒸散等因素影响，当季冬小麦对深层土壤水分利用的差异，在下季冬小麦播种前已经消除[9,12]。基于上述诸多因素，产量较高的AJ15或AJ20水资源利用效率更高。因此，在本研究条件下，用耗水量和WUE表述用水效率，既不能衡量水资源的综合利用情况，又不能反映产量水平。在一定产量条件下，冬小麦高效利用土壤水和雨水，减小灌溉水用量，还需在精确设定不同灌水水平下，进行更深入的研究。可见，井灌区小麦生产，通过水肥调控，促进冬小麦对深层土壤水分吸收利用，改善群体结构并提高产量，在此基础上实现WUE的提高，才是高效用水的真谛所在。

另外，受降雨年型等因素影响，播前0～80 cm浅层土壤含水率年际间有一定差异(变异系数为1.31%)，80 cm以下深层土层含水率年际间差异较小(变异系数为0.95%)。进一步分析发现，2013年播种前0～80 cm土层土壤含水率为34.81%，高于2015年(31.83%)和2016年(32.87%)，2014年拔节期1 m以下深层土壤含水率(24.52%)也高于2016年(19.92%)和2017年(16.72%)。说明底墒水在保障出苗的基础上，降低了表层土壤含水率，增加了深层土壤含水率，这既能减小地面无效蒸发，又可利用根系趋水肥性，诱导根系下扎，是有效提高作物吸收利用深层土壤水分的一种方法[19]。2017年拔节期AJ0、AJ5、AJ10、AJ15、AJ20和AJ15处理，成熟期1 m以下土层含水率分别为23.45%、23.36%、19.00%、15.16%、15.93%和15.30%，说明适期推迟拔节水，也可引导根系下扎并提高其对深层土壤水分的利用[13, 20]。

3.2 产量与降雨年型及栽培环境的关系

2013—2014年与2016—2017年降水量相似，同处理农田蒸散量以2016—2017年高。究其原因，2016年秋季降水量大，提高了土壤蓄水量；2017年3—6月冬小麦生长季日均气温(17.94℃)、日照时数(8.39 h)及日均风速(1.96 m/s)均高于2013—2014年(分别为17.13℃、8.04 h、1.86 m/s)，上述两个因素是2016—2017年农田蒸散量高的原因[15]。另外，比较2017年与2016年AJ20处理，降水量与成穗数相近，但2016年3—6月冬小麦生长季日均气温(17.05℃)、日照时数(8.10 h)及日均风速(1.86 m/s)均低于2017年，故2017年农田蒸散量(503.4 mm)高于2016年(427.8 mm)；2014年与2015年气象条件相近，AJ20处理2015年群体成穗数(769.9万穗/hm2)高于2014年(508.5万穗/hm2)，2015年农田蒸散量(482.6 mm)高于2014年(449.6 mm)。可见，在气象因子差异较大时，蒸散量与栽培年型相关；在天气差异较小时，蒸散量与群体成穗数相关[16,21]。且降雨年型造成的差异比群体更大。

拔节期根密度以20～80 cm最大[13]，4年土层含水率统计，AJ0、AJ5、AJ10、AJ15、AJ20与AJ30灌水前土壤含水率分别为23.8%、23.0%、21.7%、22.0%、20.4%和19.1%，各处理灌水前20～80 cm土层含水率均高于凋萎湿度，说明本研究灌水前土壤水分本底值虽有差异，但对冬小麦生产影响较小。本研究连续4年的AJ0、AJ5、AJ10、AJ15、AJ20与AJ30处理，群体成穗数分别为650.08、656.93、682.55、677.05、643.08、573.68万穗/hm2，对冬小麦成穗数的影响不同，但不同土层对小麦生产的相关性不具明显规律。仅从土壤有效水分分析不出灌水前土壤墒情差异对冬小麦生长与产量造成的影响。本研究春季灌水追肥同步，肥水耦合是影响群体成穗数和扬花期生物量的因素之一[22]。另外，纵观4年来扬花期群体与生物产量和成熟期籽粒产量，均以2015年最高或较高，从灌水处理上也不能发现原因。本研究0～20 cm耕层土壤肥力全氮质量比1.48～1.54 g/kg，速效磷质量比21.95～24.13 mg/kg，速效钾质量比113.68～128.42 mg/kg，高于土壤养分缺乏临界值[23](全氮质量比1.0 g/kg，速效磷质量比10.3 mg/kg，速效钾质量比67.2 mg/kg)。2015年3月30日—4月5日的有效降水过程，实现了雨水与土壤中的养分耦合，利于冬小麦的吸收利用，进而增加了扬花期的生物产量[24]。而该年AJ30扬花期群体和生物产量虽然高于其他年份，但各年处理间比较均以AJ30最低。可见，AJ30主要是追肥过晚，田间肥力不足所致。穗数建成后，2015年5月降雨也较高(64.0 mm)，本年高产与上述因素密切相关。综上可见，本区域生产水平下，水分对产量的贡献比肥大[25]；但在关键生育期不能及时补肥，肥力不足时水对高产的调控也会一定程度上减弱[18, 25]。水肥处理还对生育期有一定影响，AJ30处理扬花期比其他处理提前1～3 d。

从本研究结果还可以看出，物质生产还受降雨时期的影响。2015年拔节后5 ～10 d(3月30日—4月5日)有一次降雨过程，导致扬花期特别是成熟期AJ15、AJ20与AJ30处理生物产量差异较小。2014年降雨集中在拔节后30 d(4月25日)以后，降雨对生物产量的影响较小，但降低了扬花前营养器官同化物运转量与运转率，最终使其产量较低。可见，该阶段降水量大或供水充足，不利于花前物质向籽粒中运转[12]。总体来看，降雨时期不同对群体构建与耗水特征有不同的影响。在本研究条件下，该影响没有改变不同灌水处理对冬小麦产量和水分利用的整体变化趋势。

3.3 限水优化灌溉与墒情苗情互作效应对冬小麦生产的影响

土壤有效水分是土壤所含大于凋萎湿度的水分。本研究连续4年播种时0～80 cm土壤有效水含量均在180 mm以上，而播种-拔节阶段平均耗水量不足180 mm，说明本研究条件下，土壤水可满足小麦在播种-拔节阶段的水分需求[16]。

2013年冬前积温(441.7℃，其他年份均在480℃以上)低，积温不足导致本年苗期群体较小；与其他年份不同，2013年秋季播种到次年4月25日有效降雨不足20 mm，本年份群体较弱的条件下，起身拔节期及早水肥处理，促进冬小麦早发育，以弥补群体不足，最终提高了扬花期干物质积累量和群体成穗数。水肥处理最晚的AJ30，冬小麦在缺水缺肥双重胁迫下，群体成穗数、扬花期生物产量和籽粒产量历年均最低。进一步比较2014年与2015年物质再分配，2014年群体较小，物质生产不足(扬花期干物质量比2015年低19.45%)，扬花后营养器官同化物转移率小(平均仅占7.44%，2015年为16.50%)。因此2014年早灌水处理，转弱苗为壮苗，提高成穗数，利于产量提高。但苗情较好的2015年，随灌水时间的推移，冬小麦成穗数、扬花后营养器官同化物转移量与转移率变化不具规律，早灌水处理不仅没有提高群体成穗数，还降低了物质生产量，整体表现为随灌水时间的推迟群体成穗数与生物产量先增加后下降。

同一年内群体成穗数最高的处理，其最终产量也较高，2014—2017年群体成穗数最高的处理分别为AJ0(639.4万穗/hm2)、AJ15(800.0万穗/hm2)、AJ10(715.1万穗/hm2)和AJ15(711.0万穗/hm2)。结合灌前不同土层土壤含水率与产量特征的相关性，成穗数和籽粒产量与0～160 cm土层土壤水分相关性较高。上述各处理灌前0～160 cm土壤含水率依次为23.64%、21.23%、18.21%和22.26%。另外，最高群体成穗数还与起身期群体总茎数有关[21]，2014—2017年起身期群体总茎数分别为749.4、1537.4、1200.3、1183.6 万株/hm2。综上可见，起身期群体总茎数不足750万株/hm2，拔节期土壤含水率接近23%时即应及早灌水；土壤含水率高于20%，群体总茎数不低于1 100万株/hm2，可适当推迟春季水肥管理，于拔节后15 d补水补肥；起身期群体总茎数1 200万株/hm2，土壤含水率接近18%，及时灌水追肥。实际实施过程中，结合当年降水量预报来确定具体灌水日期，有利于产量及水分利用效率提高[16]。

4 结束语

本研究条件下，不同灌水处理的蒸散量和籽粒产量变化范围分别为361.1～505.8 mm和6 620.4～8 650.5 kg/hm2。蒸散量与产量随灌水时间推移均表现为先增加后减小的变化趋势。扬花前营养器官同化物运转量、运转率及对籽粒贡献率均随灌水时间的推移先增加后减小，以拔节后5～15 d灌水处理较高。扬花后同化物运转量对籽粒的贡献率各处理均在60%以上，以AJ10和AJ15较高，以AJ0最低。各处理冬小麦的水分利用效率为1.32～2.54 kg/m3，且随灌水时间推移水分利用效率逐渐减小，AJ0处理的水分利用效率最高(除2017年以AJ5最高)。产量与灌前土壤含水率、土壤供水量及蒸散量正相关。拔节后10～15 d的灌水处理，既能充分利用土壤蓄水，又利于冬小麦产量和水分利用效率的提高。结合不同年份返青期群体总茎数，起身期不足750万株/hm2，拔节时土壤含水率接近23%则需要灌水；土壤含水率高于20%，群体总茎数不低于1 100万株/hm2，可适当推迟春季水肥管理，于拔节后15 d灌水追肥；起身期群体总茎数为1 200万株/hm2，土壤含水率在18%左右，需要及时灌水追肥。实际实施过程中，结合当年降水量预报来确定具体灌水时间，将会更有利于产量及水分利用效率的提高。