平凉市冬小麦需水量研究

张永忠 柴福强

（平凉市水土保持科学研究所，甘肃平凉 744000）

冬小麦是平凉市主要夏粮作物，2019年全市小麦播种面积9.99万hm2，占全市粮食作物播种面积（27.84万hm2）的35.88%，作物需水量在水利和农业区划、水资源开发利用以及流域规划和灌溉制度设计、规划与管理中起着重要作用。农田水利工程规划设计和运行管理所要求的作物棵间蒸发量和叶面蒸腾量、作物需水规律、灌溉制度、灌溉效益等基础资料需要通过试验来确定[1-3]。

2020年平凉市水土保持科学研究所灌溉试验站编制冬小麦需水量试验方案，并于当年开始实施，设定不同生育期不同灌水量，计算每种方案的需水量，选择最高产量下的需水量作为平凉市当年的作物需水量。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验在平凉市水土保持科学研究所灌溉试验站大型测坑群进行，测坑分为有底测坑和观测廊道两部分，有底测坑共24组，分列观测廊道两侧，每个测坑长3.33 m、宽2.0 m、深1.867 m。测坑土壤类型为中壤，田间最大持水量27.4%，土壤容重1.31 g/cm3，灌溉水源为地下水，水质符合农田灌溉用水标准。试验田周围为开阔的农田，其土壤条件（包括土壤质地、土壤结构及肥力条件）具有较好的代表性，试验田四周种植冬小麦作保护带。

1.2 试验设计

1.2.1 试验因素的确定。将冬小麦灌水时期确定为因素，在平凉市东部，冬小麦一般在9月下旬播种，在6月下旬至7月初收获，在这段时间中，冬小麦可划分为5个生育时段，即播种—越冬、越冬—返青、返青—拔节、拔节—抽穗、抽穗—成熟。灌水从越冬开始，灌水时期是越冬期、返青期、拔节期、扬花期、灌浆期，试验因素据此确定为5个因素。

1.2.2 试验水平的确定。在冬小麦需水量试验中，根据冬小麦需水特征确定土壤湿度作为水平。按照水利部灌溉试验总站要求，需水量试验水平为土壤湿度 30%、45%、60%、75%、90%等 5个水平，根据平凉市水土保持科学研究所灌溉试验站1983—1995年期间多年冬小麦试验，45%以下土壤湿度不利于小麦生长，所以冬小麦需水量试验水平最小值取土壤湿度45%。该水平设计于冬小麦扬花期。根据前几年试验结果发现，选取土壤湿度45%作为上限容易造成水分胁迫，这与需水量试验的要求不符。因此，2021年试验在小麦扬花期灌溉水平选取土壤湿度75%、60%。本试验灌溉水平越冬期设计为土壤湿度75%、90%，返青期设计为土壤湿度60%、75%，拔节期设计为土壤湿度75%、90%，扬花期设计为土壤湿度60%、75%，灌浆期设计为土壤湿度60%和75%。采用L8（27）正交试验表，得到8个试验处理（表1）。3次重复，随机排列[4-6]，小区面积为6.66 m2。

表1 试验各处理因子与水平设计

1.3 试验实施

供试小麦品种为铜麦6号，2020年9月25日播种，播种量300 kg/hm2，人工按行定量条播，行距为20 cm。试验地块前茬为小麦，播种时施用磷酸二铵375 kg/hm2，返青期施用农家肥（羊粪）60 t/hm2。 灌水采用管道灌溉，水表计量。全生育期灌水5次，即2020年11月24日灌越冬水、翌年4月1日灌返青水、4月21日灌拔节水、5月12日灌扬花水、6月1日灌灌浆水。其他农事活动各处理完全一致。2021年6月23日收割，收获时小区单收单打。

1.4 测定内容与方法

气象数据采用本所灌溉试验站自动气象观测站观测的数据。土壤水分测定采用取土烘干法测定，土层深度为60 cm。含水量每旬测定1次，即每月的1日、10日、20日测定，逢生育期和灌水前加测。棵间蒸发量采用小型蒸渗仪测定，与测定土壤水分同步进行。

生长期进行了群体密度、穗长、株高调查。室内考种项目主要有株数、株高、穗长、穗数、小穗数、穗粒数、千粒重、区产、干物质重等。

1.5 数据分析

数据采用Excel 2007进行分析计算和制表。

2 结果与分析

2.1 产量

将各处理小区产量折算成单位面积产量，按照正交试验结果分析方法进行直观分析（表2）。由极差R值大小可知，各因子对产量的影响表现为扬花水（D）＞返青水（B）＞拔节水（C）＞灌浆水（E）＞越冬水（A），最佳的处理组合是A1B1C1D1E2。但是，根据实际试验结果，处理1产量最高，即A1B1C1D1E1是最好处理。即在试验特定气候条件下，冬小麦全生育期灌5次水，产量最高。灌溉模式：越冬期灌水量为土壤湿度90%，返青期灌水量为土壤湿度75%，拔节期灌水量为土壤湿度90%，扬花期灌水量为土壤湿度75%，灌浆期灌水量为土壤湿度75%。变量分析的结果表明，处理间差异不显著，各因子不同水平间差异也不显著。

表2 不同处理冬小麦产量

2.2 冬小麦生长期需水量分析

利用试验取得的土壤水分资料，根据水量平衡方程计算得到各处理不同生育阶段需水量。从表3可以看出，在特定气候条件下，冬小麦全生期需水量最大为465.92 mm，最小为330.65 mm，平均日耗水强度变化范围为1.281～1.810 mm/d，随着供水量的变化而变化，其关系为正比关系。

表3 不同处理冬小麦各生育阶段需水量 单位：mm

以处理1为例，出苗—越冬需水量为47.22 mm，占全生育期需水量10.14%；越冬—返青需水量为80.06 mm，占全生育期需水量的17.18%；返青—拔节需水量为39.86 mm，占全生育期需水量的8.56%；拔节—抽穗需水量为113.69 mm，占全生育期需水量的24.40%；抽穗—灌浆需水量为87.87 mm，占全生育期需水量的18.86%；灌浆—成熟需水量为97.22 mm，占全生育期需水量的20.87%；从模系数来看，拔节—抽穗最大，其次为灌浆—成熟，返青—拔节模系数最小。

从表4可以看出，小麦产量最高的处理1，其10月需水量为14.44 mm、11月需水量为41.17 mm、越冬期需水量为17.74 mm，且2021年3月需水量为53.93 mm、4月需水量为 106.49 mm、5月需水量为134.93 mm、6月需水量为97.22 mm、全生育期需水量为465.92 mm。

表4 不同处理冬小麦各月需水量 单位：mm

2.3 冬小麦生长期棵间蒸发量分析

对冬小麦生长期棵间蒸发量按生育时段和各月分别进行了统计分析。从表5可以看出，处理1冬小麦出苗—越冬棵间蒸发量为23.99 mm、越冬—返青棵间蒸发量为31.70 mm、返青—拔节棵间蒸发量为14.95mm、拔节—抽穗棵间蒸发量为11.66mm，抽穗—灌浆棵间蒸发量为14.74 mm，灌浆—成熟棵间蒸发量为24.43 mm，全生育期棵间蒸发量为121.47 mm，占全生育期需水量的26.07%。从各月棵间蒸发量来看（表6），处理1的棵间蒸发量10月为17.33 mm、11月为7.29 mm、越冬期为25.22 mm、翌年3月为5.85 mm、4月为 21.00 mm、5月为 20.35 mm、6月为24.43 mm，全生育期为121.47 mm。

表5 不同处理冬小麦棵间蒸发量 单位：mm

表6 不同处理冬小麦各月棵间蒸发量 单位：mm

2.4 冬小麦生长期叶面蒸腾量分析

作物的需水量由棵间蒸发量、叶面蒸腾量两部分组成，可以根据作物需水量、棵间蒸发量计算求得作物叶面蒸腾量。从表7可以看出，处理1冬小麦出苗—越冬叶面蒸腾量为23.23mm、越冬—返青叶面蒸腾量为48.36mm、返青—拔节叶面蒸腾量为24.91mm、拔节—抽穗叶面蒸腾量为102.03 mm，抽穗—灌浆叶面蒸腾量为73.12 mm，灌浆—成熟叶面蒸腾量为72.80 mm，全生育期叶面蒸腾量为344.45 mm，占需水量的73.93%。

表7 不同处理冬小麦各生育时段叶面蒸腾量 单位：mm

从表8可以看出，处理1各月叶面蒸腾量10月为-2.89 mm、11月为33.88 mm、越冬期为-7.48 mm、翌年 3月为 48.08 mm、4月为 85.49 mm、5月为114.59 mm、6月为 72.80 mm。

表8 不同处理冬小麦各月叶面蒸发量 单位：mm

3 结论与讨论

试验结果表明，在2020—2021年度特定气候条件下，冬小麦全生育期灌5次水，产量最高，即灌溉模式为越冬期灌水量为土壤湿度90%、返青期灌水量为土壤湿度75%、拔节期灌水量为土壤湿度90%、抽穗期灌水量为土壤湿度75%、灌浆期灌水量为土壤湿度75%，该处理模式下冬小麦需水量最高，全生育期需水量为465.92 mm，其中出苗—越冬需水量为47.22 mm，占全生育期需水量的10.14%；越冬—返青需水量为80.06 mm，占全生育期需水量的17.18%；返青—拔节需水量为39.86 mm，占全生育期需水量的8.56%；拔节—抽穗需水量为113.69 mm，占全生育期需水量的24.4%；抽穗—灌浆需水量为87.86mm，占全生育期需水量的18.86%；灌浆—成熟需水量为97.22 mm，占全生育期需水量的20.87%；冬小麦全生育期棵间蒸发量为121.47 mm，占需水量的26.07%；叶面蒸腾量为344.47 mm，占需水量的73.93%。

平凉市水土保持科学研究所灌溉试验站在20世纪80年代初至90年代初对冬小麦需水量进行了试验研究，获得了冬小麦需水量试验成果，但由于作物需水量受土壤水分、作物品种、气象因素和农业措施的影响且随作物发育状况的不同而有很大变化，加之受当时测坑数量的限制，在设计试验方案时，各生育时段适宜土壤湿度控制下限只有一个水平，不符合《灌溉试验规范》（SL 13—2015）相关要求。随着农业科技的发展，灌溉技术和种植结构不断发生变化，过去的灌溉试验成果已不能满足当前农业生产的需要，特别是灌溉用水定额和灌溉水利用系数的确定，迫切需要通过作物需水量试验来获得。为此，平凉市水土保持科学研究所灌溉试验站开展了冬小麦需水量试验，通过多年试验研究，分析提出了平凉市冬小麦需水量、需水规律、参考作物腾发量及作物系数，以期为平凉市乃至陇东地区水资源开发利用、流域规划和灌溉制度制定、农田用水管理提供基础资料。