1981－2020年黄土旱塬区冬小麦田耗水组分特征及其影响

贾建英，方 锋，万 信，韩兰英，王 兴，周忠文，梁 芸，王小巍，王 帆，黄鹏程

·农业水土工程·

1981－2020年黄土旱塬区冬小麦田耗水组分特征及其影响

贾建英1，方 锋1，万 信1，韩兰英1，王 兴1，周忠文2，梁 芸1，王小巍1，王 帆1，黄鹏程1

（1. 兰州区域气候中心，兰州 730020；2. 庆阳市气象局，庆阳 745000）

深入理解农田耗水组分特征对提高干旱地区作物产量和水资源利用效率具有重要意义。该研究利用1981－2020年西峰国家农业气象试验站冬小麦定位观测资料，分析黄土旱塬区冬小麦田耗水组分特征及年代际变化规律，并探究其对叶面积指数（Leaf Area Index，LAI）、干物质积累分配和转运、产量及水分利用效率（Water Use Efficiency，WUE）的影响。结果表明：近40年研究区冬小麦田全生育期耗水量平均为315 mm，生育期降水和休闲期土壤贮水消耗占比分别为69.4% 和30.6%，不同年代、不同生育阶段耗水组分存在差异，起身-开花期是休闲期土壤贮水消耗的主要时期；随着年代际推移，LAI、干物质量、产量及WUE均呈现增加趋势，其中LAI增加主要受年际降水的调控作用，且与耗水组分中生育期内降水增加密切相关，而近10年（2011－2020年）受生育期降水增加及抗旱高产品种影响，冬小麦干物质量、产量及WUE显著增加（<0.05）。研究成果可为黄土高原旱作农业水资源高效利用提供参考。

土壤；产量；耗水组分；土壤贮水；干物质积累和分配；水分利用效率（WUE）；冬小麦

0 引 言

干旱地区占地球陆地面积的41%，供养了全球38%的人口，水分是制约该区域农业发展的主要因素[1]。黄土高原是中国粮食主产区，也是传统旱作农业区，降水资源是该地区最主要的农业用水来源，由于地处中国半干旱气候区和亚洲夏季风影响边缘区，降水量年际波动较大，有效降雨少且时空分布不均，造成粮食主要生长季干旱频繁发生，导致该区域粮食生产水平低且不稳定[2-3]。随着全球气候变暖，黄土高原暖干化趋势明显，尤其春、夏季呈现干旱化加重趋势，水资源短缺成为制约农业可持续发展的重要因素[4-5]。因此，深入剖析以降水资源为主体的农田耗水组分特征，对保障干旱地区的水安全和粮食安全至关重要。

冬小麦是黄土高原旱作农业区的主要粮食作物之一，全生育期需水量为350～500 mm，但生长季降水大多不足250 mm，只能满足耗水量的65%～95%，干旱频繁发生[6-7]，而夏季7－9月休闲期（冬小麦收割后到下一季播种前）降水占全年降水的60%以上。深厚的黄土层具有结构疏松、透水、易耕、性熟等特点，能将降水蓄存于土体之中，在干旱缺水季节可为作物提供“保命水”，最终通过土壤深层贮水来应对气候干旱，具备显著的储蓄和调节水分功能，被称为“土壤水库”[8-9]，许多学者就其对冬小麦生产的重要性开展大量研究[10-14]。休闲期土壤水库充水占主导地位，土壤贮水量显著增加，即土壤水库“水位”上升；从播种到收割，整个生长期土壤贮水量显著下降，土壤水库放水占主导地位[10-12]，及时为冬小麦生长供给所需水分。因此，冬小麦生长发育所需水分一部分来自生育期内降水，而另一部分则是休闲期贮存的土壤水分补给[13-17]，冬小麦田耗水组分主要由生育期降水和休闲期土壤贮水消耗构成。崔亚强等[15]采用人工干预降水在长武黄土高原农业生态试验站研究表明，生育期降水对冬小麦田耗水量的贡献率超过50%。Zhang等[16]利用不同耕作试验表明，黄土高原休闲期土壤贮水与生育期降水对冬小麦生产同等重要，产量和水分利用效率的变化与开花前后降水的分配及土壤蒸发变化关系密切，而目前产量主要受环境特别是降水的季节分配及管理因素的限制。李超等[12]通过田间试验表明在黄土塬区降水季节分布特征下，播前底墒变化与生育期差别供水对冬小麦产量均有影响，由底墒或不同生育时期分别增加等量供水在总供水水平相同时其增产效应基本一致。然而，目前耗水组成中各分量对冬小麦生长发育、产量形成以及水分利用效率的作用和贡献尚不明确，缺乏系统性的研究。因此，深入研究黄土高原冬小麦田耗水组分特征及其变化规律，并探明其对生长发育和产量形成的影响，对提高黄土高原作物产量和水分利用效率具有一定科学价值。

本研究基于黄土高原西峰国家农业气象试验站1981－2020年冬小麦田间定位观测资料，重点分析气候变化背景下冬小麦田耗水组分特征及其年代际变化规律，并研究其对叶面积指数（Leaf Area Index，LAI）、干物质积累分配和转运、产量和水分利用效率（Water Use Efficiency，WUE）的影响，揭示冬小麦田耗水组分与产量及WUE间的关系，以期为黄土高原旱作农业可持续发展提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

西峰农业气象试验站（35°44′N，107°38′E）为国家级农业气象试验站（图1），位于甘肃陇东黄土高原中北部的董志塬。董志塬为黄土高原最大的原面，黄土层厚达150～200 m，海拔在1 200～1 400 m，地下水位大部分在50～100 m。该区属大陆性半干旱气候，1991－2020年平均气温9.8 ℃，无霜期202 d，年日照时数为2 424.3 h，多年平均降水量542.2 mm，降水集中在7－9月，占全年降水量的55.2%。土壤类型以黑垆和黄绵土为主，田间持水量在20.8%～24.2%，萎蔫系数在4.2%～5.4%。塬区总耕地面积6.1×104hm2，基本无灌溉条件，为典型旱作区，主要农作物为冬小麦和春玉米。

图1 黄土高原及西峰农业气象试验站分布

1.2 资料及来源

土壤水分测定时段为每年3月上旬至11月上旬，每旬逢8日（8日、18日、28日，下同）测定。其中1981－2014年采用土钻法进行土壤含水率的测定，测定深度为100 cm，每间隔10 cm取一次样土，测定4 个重复，烘干法测定土壤含水率（%）；2015－2020年资料为经标定后投入业务应用的自动土壤水分观测仪测定，选取每月逢8日0～100 cm共10个土层观测资料。冬小麦试验品种为当地主栽品种，其中1981－1984年以昌乐5、6、7、8号为主，1985－1990年、1991－1993年分别种植庆丰1号、长武131号，1994－2008年主要种植西峰20、24号，2009－2016年和2020年主要以陇育218、386、5、7为主，2017－2019年种植陇生2、中麦175。观测时段为9月中、下旬（播种）至翌年6月下旬、7月上旬（收获），期间生育期、叶面积指数（LAI）、干物质量及产量观测方法均按中国气象局《农业气象观测规范》，其中LAI分别在三叶、分蘖、越冬开始、返青、拔节、抽穗、乳熟期测定，干物质量与LAI同时期观测，并在成熟期最后观测记录。1981－2020年土壤水分观测资料、冬小麦生育期和产量及气象资料均来源于甘肃省气象信息中心，1995－2020年叶面积指数（LAI）及干物质量测定资料来源于西峰国家农业气象试验站。

1.3 研究方法

干物质积累和分配相关指标[18]计算式如下：

营养器官开花前贮藏干物质转运量=

开花前干物质量−成熟期营养器官干物质量 （1）

花前干物质转运量对穗重的贡献率=

花前贮藏干物质转运量/成熟期籽粒干物质量×100%（2）

花后干物质积累量=成熟期总干物质量−

花前干物质转运量 （3）

花后干物质积累对穗重贡献率=

花后干物质积累量/成熟期穗部干物质量×100% （4）

土壤贮水量[19]计算式如下：

=10/100×（5）

式中为土壤贮水量，mm；为土壤厚度，cm；为土壤容量，g/cm3；为土壤含水量，%。

采用农田水量平衡法计算农田耗水量ET[19-20]：

ET−−−Δ（6）

式中ET为农田耗水量，mm；为作物生育期内降水量，mm；为地下水补给量，mm；为径流量，mm；为深层渗漏量，mm；Δ为计算时段内土壤贮水量的变化，mm。由于冬小麦总根长或根质量的60%集中于0～40 cm 的土壤上层，根系吸水深度主要集中在0～70 cm[21-22]，本文采用0～100 cm的土壤水分观测资料计算土壤贮水量，其变化基本可以反映冬小麦消耗的大部分土壤水分。试验田位于黄土高原半干旱地区 , 地下水埋深较大，多在几十米以下，因此可以不考虑地下水补给影响。试验田较为平坦且有田埂，侧向水分交换较少发生，可忽略不计。同时，冬小麦生长季正好处于研究区降水偏少时期，土壤大部时段处于水分亏缺状态，基本不会发生深层渗漏。综上，可以忽略不计[19-20]，式（6）可简化为

ETΔ（7）

耗水速率[19]计算式如下：

WFVΔ/（8）

式中WFV为土壤贮水（耗水）速率，mm/d；Δ为计算时段内土壤贮水量的变化，mm；为同时期的天数，d。

水分利用效率计算式如下：

WUE=/ET （9）

式中WUE为水分利用效率，kg/(hm2·mm)；为小麦产量，kg/hm2；ET为农田耗水量，mm。

2 结果与分析

2.1 冬小麦田耗水组分特征

2.1.1 全生育期

从图2a可知，近40年陇东黄土高原旱塬区冬小麦田全生育期耗水量平均为315 mm，以4 mm/10a速率增加，但年际间差异较大，最多年份（2002年为453 mm）耗水量是最少年份（2000年158 mm）的2.9倍。1990 s冬小麦田平均耗水量最少为278 mm，为耗水量最少年代，本世纪以来随着降水量增加耗水量明显增加，平均耗水量达到332 mm。

从耗水组成分析，近40年冬小麦生育期内降水量（平均217 mm）和休闲期土壤贮水消耗（平均97.5 mm）对冬小麦田全生育期耗水贡献占比分别为69.4%和30.6%（图2b），且耗水量随播前底墒和生育期降水量的增加而增加，相关系数分别达到0.654 0、0.611 5，均通过0.05水平显著性检验。

从年代际变化看，1980 s和2010 s较为相似，生育期降水在230 mm左右，休闲期土壤贮水消耗90 mm左右，2010 s为近40年全年降水最多年代；2000 s冬小麦生育期降水最少，为196 mm，但由于休闲期降水充沛达到349 mm，土壤底墒充足，生育期内土壤贮水消耗平均为145 mm，对冬小麦田耗水贡献占比达43%；1990s生育期内降水平均为213 mm，但由于休闲期降水较少，土壤贮水不足，冬小麦田耗水量（278 mm）为最少年代，据《甘肃省志-气象志》[23]记载，1990s由于降水量持续偏少，气温偏高，导致干旱频繁发生，特别是1995年、1997年和2000年干旱最为严重。

2.1.2 不同生育阶段

不同生育期耗水组分和耗水速率存在差异（图3a），播种-越冬前、越冬-起身期、起身-拔节期、拔节-开花期、开花-成熟期耗水量分别占全生育期的22.4%、19.8%、11.6%、23.8%、22.4%，各生育阶段日平均耗水速率分别为1.7、0.4、1.7、2.5、2.3 mm/d，拔节-成熟期是冬小麦田主要耗水阶段，而起身-拔节期是土壤水库对冬小麦供水的主要时期，土壤贮水消耗占该阶段耗水量的51.6%，其次为拔节-开花期，占35.5%。从各个年代变化看（图3b），起身-开花期是土壤贮水消耗的主要时期，此阶段研究区正处于春季少雨时期，1981－2020年起身-开花期研究区平均降水量为65.5 mm，占全年降水量的12%，通常不能满足冬小麦日渐增加的需水量，土壤水库通过上年休闲期贮存的土壤水不断补充冬小麦生育所需水分，发挥年际间的调节作用，缓解冬小麦春季干旱。

2.2 冬小麦田耗水组分间关系

耗水组分中生育期降水和土壤贮水消耗处于此消彼长的平衡关系，且生育期降水占主导地位。从图4可知，土壤贮水消耗占比与生育期降水（）和收获后1 m土层贮水量（1）呈线性递减关系（<0.05），与播前1 m土层贮水量（2）呈线性递增关系（<0.05）。当大于270 mm时，土壤贮水消耗占比小于10%，收获后1也达到田间持水量的60%以上；当介于230～270 mm，播前2在200～230 mm时，通常土壤贮水消耗占比在10%～26%，收获后1达田间持水量的50%～60%；当在193～230 mm，播前2在230～255 mm时，土壤贮水消耗占比在26%～40%，收获后1达到田间持水量的40%～50%；当在141～193 mm，播前2在230～255 mm时，通常土壤贮水消耗占比在40%～60%，收获后1达到田间持水量的30%～40%。

注：P为生育期降水量，W1为收获后1 m土层贮水量，W2为播种前1 m土层贮水量，单位均为mm。

2.3 耗水组分对LAI影响

叶面积指数（LAI）可以反映作物生长发育状况，是作物产量形成过程中的重要参数。1980s和1990s前期研究区主要种植庆丰、长武等系列，1994年以后西峰农业气象试验站开始对冬小麦LAI、生物量等要素观测，品种主要以西峰20号（1995－2002年）、西峰24号（2003－2008年）、陇育218（2009－2010年、2014年、2016年）、陇育386（2011－2013年）等为主，而这4个主栽品种不同生育期间LAI并无显著性差别（<0.05）。从年代际变化看（图5a），1990s中后期（1995－2000年）冬小麦返青后LAI普遍低于本世纪，特别是同年代抽穗期LAI低于拔节期，主要是1990s干旱频发，1995年、1997年和2000年甘肃出现较为严重干旱[21]。1995－2020年最大LAI（抽穗期）与冬小麦田耗水量符合幂函数关系（图5b，<0.05），LAI随耗水量增加而呈现上升趋势。

不同阶段降水、土壤贮水及耗水量与关键生育期LAI的相关分析表明（表1），拔节期LAI与返青-拔节期的降水相关性最高（=0.546），抽穗期LAI与播种以来降水量相关性最高（=0.614），乳熟期LAI与播种以来耗水总量相关性最高（=0.570）。综合来看，LAI与生育期降水相关性要高于和土壤贮水消耗的相关性，可见耗水组分中生育期降水对LAI影响更大。

表1 耗水组分与冬小麦关键生育期LAI相关性

注：*、**分别表示通过0.05和0.01水平显著性检验。

Note: * Represents the significance test of 0.05, ** represents the significance test of 0.01.

2.4 耗水组分对干物质积累、分配和转运的影响

不同品种不同时期干物质量差异比较（表2，<0.05）表明：返青期西峰20和陇育218间差异显著，拔节期各品种间干物质量差异不显著，抽穗期西峰20和西峰24、陇育386差异显著，乳熟和成熟期西峰20与陇育218、386间差异显著，与西峰24差异不显著。在营养生长阶段（拔节期）品种间干物质量差异不大，生殖生长阶段（抽穗期）品种间干物质量差异显现，至乳熟-成熟期穗重占比增大，产量已逐渐形成，西峰和陇育系列品种间差异显著并趋于稳定。

表2 不同品种冬小麦不同时期干物质量

注：各列数据后不同字母表示在0.05水平差异显著。

Note: Values followed by the different letter within a column are significantly different at<0.05.

以西峰20、西峰24和陇育系列为代表的不同年代干物质量积累与分配（表3）可知，在抽穗期后冬小麦干物质量随年代际变化呈不断增加趋势，2010s冬小麦成熟期干物质量增加显著（<0.05），较1990s、2000s分别增加65.3%、19.9%，其中穗质量较1990 s、2000s分别增加57.3%、15.1%。干物质量在叶片、茎鞘、穗的分配也随年代发生变化，叶片占比增加，穗占比呈减少趋势，茎鞘占比在抽穗至乳熟期呈减少趋势，在成熟期呈增加趋势。干物质量积累和分配与播前底墒、生育期内降水及其组成的耗水量显著相关（<0.05），而与生育期降水相关性均高于播前底墒。

表3 干物质积累、分配和转运年代际变化及其与耗水组分相关性

花前营养器官干物质转运对穗重贡献率随着年代推移呈减少趋势，而花后干物质积累对穗重贡献率呈增加趋势，从1990s的72.7%逐步增加到2010s的96.5%（表3）；从相关性分析可知，花前干物质转运对穗重的贡献率与耗水量呈负相关，而花后干物质积累对穗重的贡献率与耗水量呈显著正相关，且均与生育期降水相关性最高。

2.5 耗水组分对产量的影响

耗水组分不仅影响冬小麦生长发育，也是决定最终产量的重要因素之一[16]。从观测地段冬小麦产量年代际变化可知（图6a），1990s产量最低，为2 747 kg/hm2，其次是2000s和1980s，分别为3 247、3 389 kg/hm2，2010 s最高，为4 502 kg/hm2，较1980s、1990s、2000s分别增产32.8%、63.9%、38.7%（<0.01）。基于冬小麦近40年产量变化趋势，并参考西峰、陇育等系列品种间差异，将时序以2010年为界分成两段对产量和耗水量间进行回归拟合，两时段内产量和耗水量序列均符合二次函数关系模型，并通过显著性检验（图6b，<0.05）。前30 a冬小麦产量整体在1 057～4 755 kg/hm2间变化，当耗水量分别达到250、350、450 mm时，产量分别达到2 683、3 551、3 645 kg/hm2，耗水量每增加1 mm，单产增加8.2 kg/hm2；而近10年冬小麦地段单产可达1 975～6 914 kg/hm2，当耗水量分别达到250、350、450 mm时，产量则分别可达到2 643、5 233、7 441 kg/hm2，产量随耗水量增产幅度明显，耗水量每增加1 mm，单产可增加24.6 kg/hm2，增幅是前30 a的3倍。而从产量与耗水组分相关性对比来看，冬小麦产量与生育期降水相关性（=0.556 7）高于和土壤贮水消耗的相关性（=0.353 5）。

图6 冬小麦产量年代际变化及其与耗水量的关系

2.6 耗水组分与WUE的关系

从图7可知，近40年陇东黄土高原冬小麦作物水分利用效率WUE平均为11.04 kg/(hm2·mm)，2000s最低，为9.59 kg/(hm2·mm)，1990s和1980s次之，分别为9.84、10.93 kg/(hm2·mm)，2010s最高，为13.69 kg/(hm2·mm)，较其他年代增加显著（<0.05）。由图2（b）可知，2000s为生育期降水最少（196.0 mm）、土壤贮水消耗最多（145.3 mm）、冬小麦全生育期耗水量最多的年代，1990s则为生育期降水次少（213.7 mm）、土壤贮水消耗最少（64.0 mm）、全生育期耗水量最少年代，而2010s则为生育期降水最多（232.6 mm）、土壤贮水消耗次少（81.6 mm，仅少于1990s）的年代，1980s和2010s冬小麦耗水组成相似，生育期降水和全生育期耗水都略少于2010s。从WUE与耗水组成年代际变化关系来看，WUE与生育期内降水呈显著正相关（=0.815 9，<0.01），而与土壤贮水消耗呈负相关（=0.358 4，<0.05），可见生育期内降水较土壤水库贮水消耗能更有效提高WUE。WUE与冬小麦收获后1 m土层土壤贮水量变化趋势一致（图7），相关系数达到0.903 4，也说明生育期内降水直接影响WUE的提高。

图7 生育期降水、收获后土壤贮水量与WUE关系

3 讨 论

关于黄土高原冬小麦田耗水量的相关研究较多[8-12,14-17]。廖允成等[24]通过1987－2000年黄土台塬乾县试区旱地试验得出冬小麦田多年平均耗水量为305.2 mm。崔亚强等[15]采用人工干预降水在长武黄土高原农业生态试验站研究表明，塬区冬小麦生育期降水对耗水量的贡献率超过50%，当土壤底墒充足且生育期降水量较多时，冬小麦对土壤水分的消耗深度较浅，反之，则较深。本研究利用40年陇东黄土高原观测资料得出，冬小麦田全生育期平均耗水量为315 mm，并明确了耗水组分中生育期降水和休闲期土壤贮水消耗对耗水量贡献占比分别为69.4%和30.6%，且处于此消彼长的关系。

作物耗水组分显著影响作物生长及同化物在植株各器官的积累和分配。本研究表明冬小麦LAI主要受耗水量及耗水组分的影响，且耗水组分中生育期降水对LAI影响更大。研究区1990s干旱频发[23]，本世纪以来尤其近10年降水增加明显，花前营养器官干物质转运对穗重贡献率随着年代推移呈减少趋势，而花后干物质积累对穗重贡献率呈增加趋势，且主要受生育期降水变化影响，进一步证实了在干旱条件下, 营养器官转移再分配进入籽粒的干物质对产量的贡献率显著增加, 但开花后的同化产物减少, 最终导致产量较低, 适宜水分条件下，开花后同化的干物质对产量的贡献率则占主要地位[25]。

旱作冬小麦产量和水分利用效率主要受品种、环境等因素限制。许多学者在品种选育[26-28]等方面做了大量试验研究。施万喜等[28]通过区域试验表明，抗旱丰产新品种陇育4号较西峰27号增产15.2%。赵益民[25]通过2000－2019年陇东地区不同参试品系冬小麦评价试验表明，近20年陇东冬小麦品种区域试验经历了4次对照品种的更替，主要包括西峰、陇育等系列，研究发现籽粒产量水平以每年71.3 kg/hm2递增，年增速为2.2%，但年际波动较大，而年际波动则主要受环境影响。本研究也表明近10年种植的陇育系列品种与西峰系列等品种干物质量、产量均存在显著差异（<0.05），可见抗旱丰产品种出现对陇东冬小麦产量和WUE提高贡献较大。从试验观测记录来看环境影响因素，近40年本研究试验地段种植模式变化不大，施肥种类有变化，1980年代主要施农家肥，1990s中期以来则主要以氮、磷、钾等化学肥料为主，而1980s平均产量和WUE均高于1990s和2000s，可见养分不是限制陇东冬小麦增产的主控因素。而本研究表明耗水组分和陇东冬小麦生长发育和产量形成关系密切，近10年生育期降水增加引起耗水组分变化对产量和WUE的提高起到重要作用。综上所述，本研究认为品种和耗水组分是影响陇东冬小麦产量和WUE提高的主要限制因素。

4 结 论

本文基于黄土高原西峰国家农业气象试验站1981－2020年冬小麦田间定位观测资料，分析冬小麦耗水组分特征及其对叶面积指数（Leaf Area Index，LAI）、干物质积累分配和转运、产量及水分利用效率（Water Use Efficiency，WUE）的影响，主要结论如下：

1）近40年研究区冬小麦田全生育期耗水量平均为315 mm，生育期降水和休闲期土壤贮水消耗占比分别为69.4%和30.6%，拔节-成熟期是冬小麦主要耗水阶段，而起身-开花期是土壤贮水消耗的主要时期，耗水量受年际降水调控作用明显，冬小麦对生育期降水消耗和休闲期土壤贮水消耗处于此消彼长的平衡关系。

2）冬小麦田耗水量与最大LAI存在幂函数关系，和产量符合二次函数关系模型，耗水组分中生育期降水对LAI、干物质积累和分配、产量的影响更大。

3）近40年WUE平均为11.04 kg/(hm2·mm)，最高为2010s，最低为2000s，与耗水组分中生育期内降水呈正相关，而与土壤贮水消耗呈负相关，同时品种也是影响WUE提高的重要因素。

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Characteristics of the water consumption components of winter wheat fields and their effects in the Loess Plateau from 1981 to 2020

Jia Jianying1, Fang Feng1, Wan Xin1, Han Lanying1, Wang Xing1, Zhou Zhongwen2, Liang Yun1, Wang Xiaowei1, Wang Fan1, Huang Pengcheng1

(1.,730020,; 2.,745000,)

Water consumption components can greatly contribute to crop yield and water resource utilization efficiency in arid regions. The Loess Plateau is located in the semi-arid climate region, which is an important dryland grain-producing area in China. Among them, the precipitation resource is the main agricultural water source in the crop fields. Winter wheat is one of the main grain crops in the dryland farming area in the Loess Plateau. Because of the uneven distribution of precipitation in time and space, drought occurs frequently in the main growing season, resulting in the low and unstable production level of winter wheat. This study aims to analyze the characteristics of water consumption components for winter wheat, in order to investigate the effects on the Leaf Area Index (LAI), yield, and Water Use Efficiency (WUE). The observation data of winter wheat was collected from 1981 to 2020 in the Xifeng State Agrometeorological Experimental Station in Gansu Province of China. The results showed that the average water consumption was 315 mm in the winter wheat fields over the past 40 years. The soil water was first converted from the precipitation during the growing season, accounting for 69.4%, and then consumed the soil water storage in the fallow period, accounting for 30.6%. The interannual precipitation greatly dominated the water consumption of winter wheat fields. Among them, the beginning of grow-flowering was the main supply period of soil water storage in the summer fallow period. As the years went by, the LAI, dry matter mass, yield, and WUE all showed an increasing trend. There was a power function relationship between the water consumption of winter wheat fieldsand the maximum LAI. The LAI was closely related to the interannual precipitation in the growth periods. However, the varieties had no significant effect on the LAI, but a significant effect was found on the dry matter mass. Dry matter mass accumulation and distribution were significantly correlated with the soil moisture before sowing, precipitation and water consumption during growth periods. The contribution rate of pre-anthesis dry matter transport to panicle mass was negatively correlated with the water consumption, whereas the contribution rate of post-anthesis dry matter accumulation to panicle mass was positively correlated with the water consumption. Both of them had a high correlation with the precipitation during growth periods. At the same time, there was a quadratic function model between the water consumption and yield of winter wheat. The high yield with the increase in water consumption over the recent 10 years was significantly higher than that over the previous 30 years, particularly with the emergence of excellent varieties. The average WUE was 11.04 kg/(hm2·mm) over the past 40 years, with the highest and lowest values in the 2010s and 2000s, respectively. Dry matter mass, yield, and WUE increased significantly in recent 10 years. One reason was the emergence of a series of drought-resistant and high-yield varieties, such as Longyu. Another was the increase in precipitation in the growth periods. The findings can provide a theoretical basis for the efficient utilization of water resources in the Loess Plateau and the sustainable development of dry farming.

soils; yield; water consumption components; soil water storage; dry matter accumulation and distribution; Water Use Efficiency (WUE); winter wheat

10.11975/j.issn.1002-6819.2022.19.009

S162.5

A

1002-6819(2022)-19-0078-09

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Jia Jianying, Fang Feng, Wan Xin, et al. Characteristics of the water consumption components of winter wheat fields and their effects in the Loess Plateau from 1981 to 2020[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2022, 38(19): 78-86. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2022.19.009 http://www.tcsae.org

2022-07-19

2022-09-20

甘肃省自然科学基金项目（20JR10RA452）；甘肃省气象局人才专项（2122rczx-英才计划-07）

贾建英，硕士，高级工程师，研究方向为农业干旱监测及风险评估。Email：jiajianying2014@163.com