基于蒸发皿蒸发量制定的华北地区冬小麦滴灌计划

摘要： 为了探究适用于华北地区基于蒸发皿蒸发量的冬小麦滴灌灌溉计划，通过在冬小麦冠层上方设置直径为20 cm的蒸发皿，研究不同灌水处理对土壤水分动态及冬小麦生长和产量的影响.试验设置2因素3水平裂区试验设计，2因素分别是累计水面蒸发量（Ep）和蒸发皿系数（Kp），其灌水定额（I）由Ep和Kp相乘计算取得.由试验可知，灌溉对土壤含水率的影响主要集中在（0，60] cm土层，（60，100] cm土层土壤含水率随生育期推进逐渐降低；灌水量越少，对土壤储水的消耗越大，而总耗水量则随之降低.滴灌处理的小麦株高、叶面积指数、产量和水分利用效率（WUE）显著高于地面灌处理（CK）（Plt;0.05），不同的Ep和Kp的主效应对小麦的株高、叶面积指数、穗数、穗粒数、产量和WUE影响均达显著水平，而千粒质量则是Ep和Ep与Kp的交互效应对其有显著影响.通过基于主成分的灌水处理寻优分析发现滴灌条件下的Ep2Kp3处理更有利于小麦生长发育和产量及WUE提升.经过综合分析，Ep2Kp3处理为最优处理，即冬小麦进入返青期后累计水面蒸发量为40 mm，蒸发皿系数在返青期至拔节期为0.7、拔节期至灌浆期为1.0和灌浆期至乳熟期为0.8处理的产量和WUE均最大，产量为9 920.27 kg/hm²，WUE可达23.35 kg/（mm·hm2）.

关键词： 滴灌；蒸发皿蒸发量；冬小麦；产量；水分利用效率

中图分类号： S275.6 文献标志码： A 文章编号： 1674-8530（2024）12-1287-10

DOI：10.3969/j.issn.1674-8530.24.0026

范艺璇，吴占今，王晓森，等.基于蒸发皿蒸发量制定的华北地区冬小麦滴灌计划[J]. 排灌机械工程学报，2024，42（12）：1287-1296.

FAN Yixuan， WU Zhanjin， WANG Xiaosen， et al. Drip irrigation scheduling of winter wheat planted in North China based on pan evaporation capacity of evaporating dishes[J]. Journal of drainage and irrigation machinery engineering（JDIME）， 2024， 42（12）： 1287-1296. （in Chinese）

Drip irrigation scheduling of winter wheat planted in North China

based on pan evaporation capacity of evaporating dishes

FAN Yixuan^1，2， WU Zhanjin^1，2， WANG Xiaosen^1，2*， JIANG Mingliang^1，2， QIN Jingtao^1，2， LYU Mouchao^1，2

（1. Institute of Farmland Irrigation， Chinese Academy of Agricultural Sciences， Xinxiang， Henan 453002， China; 2. Key Laboratory of Water-saving Irrigation Engineering， Ministry of Agriculture and Rural Affairs， Xinxiang， Henan 453002， China）

Abstract： In order to explore the drip irrigation strategy for winter wheat based on the pan evaporation in North China， a 20 cm diameter evaporating dish was positioned above the winter wheat canopy. The setup was utilized to study the effects of different irrigation treatments on soil water dynamics， growth and yield of winter wheat. The split-plot experiment was designed with 2 factors and 3 levels. The two factors were cumulative water evaporation （Ep） and pan coefficient （Kp）， and the irrigation water quota （I） was obtained by multiplying Ep and Kp. According to the experiment， the effects of irrigation on soil water content were mainly concentrated in （0，60] cm soil layer， and the soil moisture content in the （60，100] cm soil layer gradually decreased with the growth of winter wheat." The less irrigation amount resulted in the greater consumption of water in soil and the total water consumption decreased accordingly. The wheat plant height， leaf area index， yield and water use efficiency （WUE） of winter wheat under drip irrigation were significantly higher than those under surface irrigation （CK） （Plt;0.05）. The main effects of different Ep and Kp treatments on plant height， leaf area index， spike number， grain number per spike， yield and WUE of wheat were all significant， while the thousand-grain weight quality was significantly affected by the the interaction effect of Ep and Ep with Kp. Through principal component based on the optimization analysis of irrigation treatments， it was found that the Ep2Kp3 treatment under the drip irrigation was the best to improve the growth， yield and WUE of wheat. The Ep2Kp3 treatment was found to be the optimal treatment which held the highest yield and WUE， and that′s when the cumulative pan water evaporation attained 40 mm after the re-greening period of winter wheat. The drip irrigation was implemented with the Kp of 0.7， 1.0 and 0.8 at the re-greening to join-ting， jointing to filling and filling to milk maturity stages of wheat， respectively. The treatment had the highest yield and WUE， with a yield of 9 920.27 kg/hm2 and 23.35 kg/（mm·hm2）.

Key words： drip irrigation;pan evaporation;winter wheat;yield;water use efficiency

随着人口快速增长，中国对水资源和粮食的需求量越来越大^[1].华北地区是中国主要粮食产区，冬小麦的产出量约占小麦产出总量的71%，对中国的粮食安全发挥着重要作用^[2].然而，华北地区的年降雨量仅为500～700 mm，其中冬小麦生育期内的降雨量仅占年降雨量的25%左右，冬小麦生长发育所需水量供给不足，因此，为满足冬小麦的正常生长发育需要发展节水灌溉农业^[3].中国华北地区常用地下水进行灌溉，农民为保证冬小麦可以得到充分灌溉，使产量最大化，通常会选择3—4次灌溉.在地表水资源有限的背景下，无序开采导致了地下水位逐年下降，形成巨大的漏斗区，严重威胁地下水安全^[4-5].因此，选择适宜的灌溉方式和灌水量至关重要.

已有研究表明，节水灌溉技术可以提高作物产量和水分利用效率^[6-7].滴灌作为很省水的节水灌溉技术之一，具有节水增产优点.有研究表明，滴灌冬小麦与漫灌冬小麦相比，灌水量减少43.88%，穗粒数和千粒质量分别提高了9.1%和11.78%，灌溉水利用效率则提高了42.79%^[8].以上研究表明，滴灌技术具有巨大的节水潜力.目前滴灌技术主要应用于宽幅种植的作物，例如果园、温室蔬菜、棉花及绿化带景观等，而具有高效节水的滴灌灌溉系统应用于类似小麦等密植作物的研究成果较少^[9].故研究华北平原冬小麦适宜的滴灌灌溉制度非常必要.

已有学者依据土壤基质势，田间持水量的上、下限制定灌水计划^[10-11].还有专家基于彭曼公式参考作物耗水量（ET0）制定灌溉计划，但实际应用中需采集的气象数据较多，且计算步骤复杂^[12].而基于蒸发皿蒸发量制定灌溉制度是利用蒸发皿的水面蒸发量与ET0相关性原理，计算灌水定额制定灌溉计划.但A级蒸发皿直径较大且价格昂贵，目前科学研究中应用较多的是直径为20 cm的蒸发皿，操作方便且价格便宜^[13]，因此许多学者开展基于20 cm蒸发皿蒸发量制定作物灌溉计划的相关研究^[14-15].基于水面蒸发量制定作物灌溉制度要解决两个关键科学问题，其一是累计水面蒸发量数值的设置，这决定着灌水时间间隔的长短，其二是蒸发皿系数的设置，这决定了单次灌水定额的大小.两者均需要通过田间试验结合土壤水分变化、作物长势和产量构成等指标来综合评价确定.

因此，文中通过田间试验，设置不同的累计水面蒸发量和生育期的不同蒸发皿系数，以研究灌水处理对土壤水分、冬小麦生长发育和产量构成的影响，并综合分析产量和水分利用效率，探究基于蒸发皿蒸发量的华北地区冬小麦适宜的滴灌灌溉计划，以期为华北地区冬小麦的高产节水栽培提供理论与技术支撑.

1 研究地区与研究方法

1.1 试验地概况

试验于2022年10月下旬至2023年6月在中国农业科学院农田灌溉研究所新乡七里营综合试验基地（113°54′E，35°18′N）进行，试验地属暖温带大陆性季风气候，土壤质地为砂壤土，容重为1.53 g/cm3，田间持水率为24%（体积含水率，下同）.在冬小麦生长季节（10月下旬至次年6月上旬）总降雨量为210.3 mm，超过5 mm的有效降雨量为191.9 mm.最高气温为35.26 ℃，最低气温为-9.03 ℃，年平均气温为14 ℃.图1显示了2022年10月—2023年6月冬小麦生育期的温度T（日最高温度Tmax和日最低温度Tmin）与降雨量P变化情况.

1.2 试验设计

试验研究的冬小麦品种为“轮选266”，于2022年10月24日足墒播种，行距为20 cm，每公顷基本苗控制在375万株.冬小麦播种前施复合肥（N-P2O5-K2O：15-15-15）600 kg/hm2作为底肥，在冬小麦返青期随水滴施氮素125.38 kg/hm2作为追肥.试验所用小区长13 m，宽3.3 m，每个小区布设6条滴灌带，所用滴灌带滴头流量为1.38 L/h，滴水元件间距为30 cm，滴灌带间距为60 cm，即1带3行冬小麦.

试验采用二因素三水平裂区试验设计，分别是累计水面蒸发量Ep和蒸发皿系数Kp，Ep为主区，Kp为副区.Ep设计3水平，分别是Ep1（30 mm）、Ep2（40 mm）和Ep3（50 mm），自返青期开始，当测定的累计水面蒸发量达到设计的累计水面蒸发量时开始灌溉.Kp分生育期（返青-拔节，拔节-灌浆和灌浆-乳熟）设计3水平，分别是Kp1（0.3，0.6和0.4），Kp2（0.5，0.8和0.6）和Kp3（0.7，1.0和0.8）.实际应用时，灌水定额Iij=Epi·Kpj（i，j=1，2，3）；各处理不同生育期滴灌灌水定额见表1.试验中，设地面灌处理作为对照（CK），当1 m土层平均含水率下降至田间持水率的60%时灌水，灌至田间持水率的80%时停止灌溉，全生育期共计灌水3次.试验期间当有降雨发生时，各处理的实际灌水量为灌水定额减去降雨量，而当降雨量大于灌水定额时，灌水定额由降雨量抵扣，直至降雨量抵扣结束再进行灌水.试验不同处理的组合共计10组，3次重复，共计使用试验小区30个.各处理组合及对应的编号见表1.

1.3 测定项目与方法

1.3.1 土壤含水量

土壤含水量采用取土烘干法分5层{（0，20]，（20，40]，（40，60]，（60，80]，（80，100] cm}进行测定，在小麦的苗期、越冬期和返青前各测1次土壤体积含水率（下同），自返青后起，各小区每次灌水的前后取土测定土壤含水率，直至小麦收获.考虑到滴灌点源入渗的特性，故土壤含水量测定点选滴灌带出水口正下方、垂直于滴灌带15 cm处和垂直于滴灌带30 cm（小麦中间行）3个取样点，如图2所示，土壤含水率取3点平均值.

1.3.2 小麦的生长指标

冬小麦的株高于拔节期开始每隔7 d测定1次直至生育期结束，叶面积于孕穗期开始每周测1次，直至生育期结束（叶面积=叶长×叶宽×0.75^[16]）.然后根据叶面积及种植密度计算叶面积指数LAI.

1.3.3 小麦产量和产量构成

小麦成熟后，每个小区中选取3个一米双行，收获小麦后装入网袋中，记录一米行的穗数，从一米行小麦中随机选取10株小麦用于确定平均穗粒数^[17]，小麦经过自然风干，进行室内考种，测定千粒质量，后计算小麦产量（小麦理论产量=穗数×穗粒数×千粒质量×0.8^[18]）.

1.3.4 小麦的耗水量和水分利用效率

小麦耗水量采用水量平衡法进行计算，公式为

ETc=P+I+K+ΔW-C，（1）

式中：ETc为小麦耗水量，mm；P为有效降水量，mm；I为灌水量，mm；K为地下水补给量，mm，考虑到地下水埋深大于5 m，故K=0；ΔW为作物生育期开始与结束时土壤含水量变化量，mm；C为时段内的深层渗漏量，试验所用灌水方式为滴灌，几乎不会发生深层渗漏，故C=0 mm.

ΔW=10γ∑5i=1［Hi（θi1-θi2）］，（2）

式中：γ为土壤容重，g/cm3；i为土壤层次号数；Hi为第i层土壤厚度，cm；θi1，θi2分别为作物生育期开始时和结束时第i层土壤质量含水率，%.

1.3.5 水分利用效率（WUE）

WUE=Y/ETc，（3）

式中：WUE为水分利用效率，kg/（mm·hm2）；Y为冬小麦籽粒产量，kg/hm2.

1.3.6 水面蒸发量

将直径20 cm蒸发皿置于冬小麦冠层上方20 cm处，且随小麦冠层高度的变化而改变；采用直径20 cm蒸发皿配套的量筒观测水面蒸发量，每天8：30测量.

1.3.7 气象因子

由试验田附近的小气候自动气象站观测气温、太阳辐射、风速、相对湿度、日照时数和降水量等气象资料.

1.4 统计分析

试验数据采用Microsoft Excel 2010进行处理，SPSS 26软件进行统计分析和原始数据进行标准化处理，对标准化后的数据进行KOM检验和Bartlett球体检验，OriginPro 2021作图.

2 试验结果与分析

2.1 不同灌水处理下土壤水分的变化

图3为不同灌水处理下1 m深土层的土壤含水率变化情况，图中H为土壤深度，θ为土壤体积含水率.灌溉对土壤含水率的影响主要集中在（0，60] cm土层，（60，100] cm土层土壤含水率随生育期逐渐降低.

在播种到返青期，冬小麦群体小，作物耗水主要以土壤蒸发为主，各处理下的土壤含水率变化不大，（0，20] cm土层的土壤含水率减小较多，（20，60] cm土层的土壤含水率次之，（60，100] cm土层的土壤含水率变化较小.

在拔节期前，滴灌处理灌水量相同，而CK处理灌水量较所有滴灌处理灌水量高38.5 mm，故CK处理拔节初期0～100 cm土层土壤含水率高于滴灌处理拔节初期的土壤含水率，滴灌处理之间土壤含水率的差异不大.在拔节抽穗期，平均土壤含水量随灌水量的增加而增加，1 m土层平均土壤含水量按处理排序由大到小为CK，Ep2Kp3，Ep2Kp2，Ep1Kp3，Ep3Kp3，Ep1Kp2，Ep2Kp1，Ep1Kp1，Ep3Kp2，Ep3Kp1.

在抽穗灌浆期，降雨量为77.6 mm，超过了处理计划灌水量，因此灌水较少，此生育期为冬小麦耗水主要生育期，1 m土层的土壤含水率下降较多.

在小麦灌浆成熟期，Ep1Kp3，Ep3Kp3处理进行了灌水，期间有降雨29.3 mm，故所有处理0～40 cm土层土壤含水率增大，各处理土壤含水率按处理排序由大到小为CK，Ep2Kp3，Ep1Kp3，Ep3Kp3，Ep2Kp2，Ep1Kp2，Ep2Kp1，Ep1Kp1，Ep3Kp2，Ep3Kp1.

2.2 不同灌水处理下冬小麦株高和叶面积指数

不同处理下小麦株高均随小麦生育期逐渐增加，在拔节至开花期为小麦株高快速增长期，增幅为20.77～24.30 cm，开花期至灌浆期的增幅为1.37～3.57 cm，灌浆期至成熟期主要为小麦生殖生长，株高增长幅度不大，仅为0.40～2.13 cm，成熟期的株高为67.9～76.57 cm.图4为不同累计水面蒸发量和蒸发皿系数对小麦株高h的影响.

由图4可知，滴灌小麦的株高显著高于CK处理（Plt;0.05）.图4a显示不同累计水面蒸发量下冬小麦株高的变化，由图可知，在不同累计水面蒸发量下，拔节期至成熟期在累计水面蒸发量为Ep2时的株高显著高于Ep3和CK，Ep1处理与Ep2和Ep3时的株高差异不具有统计学意义.图4b显示不同蒸发皿系数下冬小麦株高的变化，由图可知，在小麦全生育期，蒸发皿系数为Kp3时的株高显著高于Kp1和CK；而蒸发皿系数为Kp2的株高与Kp1的株高差异不具有统计学意义.拔节期至灌浆期，蒸发皿系数为Kp3时的株高与Kp2时的株高差异不具有统计学意义，但成熟期Kp3株高显著大于Kp2株高.

图5为不同累计水面蒸发量和蒸发皿系数对小麦叶面积指数LAI的影响.

由图可知，不同灌水处理下小麦叶面积指数均随小麦生育期先增加后降低，在抽穗期达到最大，为5.99～7.72，成熟期的叶面积指数最小，为1.99～3.57.滴灌小麦的叶面积指数显著大于CK的（Plt;0.05）.图5a显示不同累计水面蒸发量下冬小麦叶面积指数的变化，由图得，不同生育期的叶面积指数按处理排序由大到小均表现为Ep2， Ep1，Ep3，CK.在拔节期、抽穗期和灌浆期，Ep2处理的叶面积指数显著高于Ep1，Ep3和CK处理的叶面积指数，且Ep1处理的叶面积指数与Ep3处理的叶面积指数差异不具有统计学意义.开花期表现为Ep2处理的叶面积指数显著大于Ep3和CK处理的叶面积指数.在成熟期，Ep1，Ep2，Ep3和CK处理的叶面积指数差异不具有统计学意义，Ep2处理的叶面积指数较Ep1，Ep3和CK处理的叶面积指数增加9.25%，20.40%和50.25%.

图5b显示不同蒸发皿系数下冬小麦叶面积指数的变化，由图可知，在小麦各生育期下，叶面积指数按处理排序由大到小均表现为Kp3，Kp2，Kp1，CK，且在拔节期至灌浆期，Kp3处理的叶面积指数均显著大于Kp2，Kp1和CK处理的叶面积指数.

2.3 不同灌水处理下冬小麦的耗水量

表2为不同灌水量下冬小麦耗水总量及来源结构，由表知，不同灌水量下冬小麦耗水的来源为降雨、灌溉水和土壤储水，不同处理下的灌水量按处理排序由大到小为CK，Ep2Kp3，Ep1Kp3，Ep3Kp3，Ep2Kp2，Ep1Kp2，Ep2Kp1，Ep1Kp1，Ep3Kp2，Ep3Kp1.CK处理的耗水量与所有滴灌处理的耗水量之间差异具有统计学意义，且各处理耗水量随灌溉水量增加而增加，灌溉水占比也随灌水量增加而增加，降雨和土壤储水的占比则随灌水量增加而降低.当蒸发皿系数相同时，冬小麦的耗水量按处理排序由大到小表现为CK，Ep2，Ep1，Ep3，且Ep1，Ep2和Ep3的平均耗水量较CK的耗水量分别降低61.47，57.71和69.53 mm，说明当累计水面蒸发量为50 mm的滴灌处理更能降低冬小麦耗水量.而当累计水面蒸发量相同时，总耗水量按处理排序由大到小表现为CK，Kp3，Kp2，Kp1.

2.4 不同灌水处理下冬小麦的产量及WUE

表3为不同灌水量下小麦产量、产量构成因子和水分利用效率WUE.由表可知，滴灌处理的穗数、穗粒数、产量和WUE均高于CK的.蒸发皿系数和累计水面蒸发量对小麦穗数和穗粒数影响的主效应均达显著水平，冬小麦的穗数和穗粒数随蒸发皿系数Kp增大而增加，随累计水面蒸发量Ep增加而先增加后降低，按处理排序由大到小为Ep2，Ep1，Ep3.当累计水面蒸发量为Ep2时，Kp3处理的冬小麦的穗数和穗粒数较Kp1，Kp2和CK处理的穗数和穗粒数分别提高15.86%，7.83%，32.05%和5.00%，2.65%，14.46%，当蒸发皿系数为Kp3时，Ep2处理的冬小麦的穗数和穗粒数较Ep1，Ep3和CK处理的穗数和穗粒数分别高3.66%，5.70%，32.05%和0.46%，1.72%，14.46%，表明Ep2Kp3处理的穗数和穗粒数最大，而CK处理的穗数和穗粒数最小.

由表3还得出，累计水面蒸发量对千粒质量影响的主效应达显著水平，且累计水面蒸发量和蒸发皿系数的交互效应对冬小麦千粒质量影响也达显著水平，各处理除Ep3Kp3处理外差异不具有统计学意义，而Ep3Kp3处理的冬小麦千粒质量显著低于其他处理.累计水面蒸发量和蒸发皿系数的主效应对冬小麦产量的影响均具有统计学意义（Plt;0.01）.当累计水面蒸发量相同时，小麦产量按处理排序从大到小为Kp3，Kp2，Kp1，CK；蒸发皿系数相同时，为Ep2，Ep1，Ep3，CK.因此Ep2Kp3处理的产量最大，为9 920.27 kg/hm²，CK处理的产量最小，为6 287.06 kg/hm2.水分利用效率是指作物消耗单位耗水量形成作物干物质量的效率指标，累计水面蒸发量和蒸发皿系数主效应对WUE均具有显著影响，在水面蒸发量相同时，WUE按处理排序由大到小表现为Kp3，Kp2，Kp1，CK；当蒸发皿系数相同时，WUE按处理排序由大到小则表现为Ep2，Ep1，Ep3，CK，此影响顺序与二因素对小麦产量的影响相同.

文中试验，Ep2Kp3处理的WUE最大，为23.35 kg/（mm·hm²），CK处理的WUE最小，为13.38 kg/（mm·hm²）.

2.5 基于主成分分析的灌水处理寻优分析

对冬小麦的产量、WUE、穗粒数、穗数、LAI、株高、千粒质量和耗水量分别以x1—x8编号并进行主成分分析.各指标标准化后的数据经SPSS 26分析得出KMO值为0.596，Plt;0.001，说明各指标相关，数据可使用主成分分析法进行分析.根据特征值大于1的标准，选取2个主成分，既可以减少变量个数，又可以保留大部分原始信息，进而得出2个新的综合指标表达式：

Y1=0.437x1+0.426x2+0.403x3+0.402x4+0.391x5+0.371x6+0.096x7-0.061x8；

Y2=-0.041x1-0.241x2+0.049x3+0.051x4+0.293x5+0.179x6-0.664x7+0.613x8.

第1主成分的特征值PC1为4.963，贡献率为62.041%，第1主成分中x1—x6的特征向量值均较大，说明除千粒质量外，主成分1反映生长指标及WUE和其他产量指标的信息较多.第2主成分的特征值PC2为1.384，更多地反映了小麦耗水量和千粒质量的情况，贡献率为17.305%.

冬小麦各指标数据标准化，利用2个主成分的特征值和系数得出不同灌水处理下的因子得分，如图6所示.由图可知，CK与滴灌各处理之间差异具有统计学意义，且结合上述分析可知，与CK相比较，滴灌处理可显著提高小麦的株高、LAI、穗数、穗粒数、千粒质量、产量和WUE，显著降低冬小麦的耗水量.且由图6还可知综合得分最高的处理为Ep2Kp3，得分为3.49，说明与其他处理相比较，Ep2Kp3处理为最优处理.

3 讨 论

灌水量是影响土壤含水率变化的主要因素之一，研究得出各滴灌处理在不同灌水量下（0，60] cm土层的土壤含水率变化剧烈，（60，100] cm土层的土壤含水率随生育期逐渐降低.这是因为小麦的根系主要集中在（0，60] cm土层，该土层受灌水和根系吸水影响较大，而（60，100] cm土层的土壤水分则由于大部分灌溉及降雨外部补给未能到达，在小麦深层根系吸水作用下表现为随生育期逐渐降低.作物在不同的生育时期，耗水量不同，而耗水量主要来源于灌溉水、降雨和土壤储水.在播种至返青期时，各处理的土壤含水率变化无明显差异，均是（0，20] cm土层的土壤含水率下降大，这是因为冬小麦在返青期前的麦苗较小，地表处于裸露状态，冬小麦耗水以土壤蒸发为主.拔节至抽穗期为冬小麦营养生长期，在此生育期内的灌水量和降雨量较多，占此阶段耗水量的75%～89%.而在抽穗至灌浆期以生殖生长为主，此生育期气温较高，蒸发强烈，为小麦主要耗水生育期，试验期间降雨量为77.6 mm，大多灌水量被降雨量抵扣，灌水较少，主要消耗降雨和土壤储水，（60，100] cm土层土壤含水率下降较大.而在小麦整个生育期内，灌溉水占总耗水量的比例随灌水量增加而增加，降雨和土壤储水的占比则随灌水量增加而降低，总耗水量随灌水量增加而增加.

小麦株高和叶面指数反映小麦的生长状况，灌水量作为重要影响因素之一，通过影响1 m深土层土壤含水量，进而影响小麦的生长.文中研究得出，滴灌处理通过局部灌溉可使（0，60] cm土层持续保持在小麦适宜生长的土壤含水量范围，且灌水间隔较地面灌处理短，更有助于冬小麦生长，故滴灌处理的株高和叶面积指数较地面灌处理的株高和叶面积指数显著提高^[19].而滴灌处理下累计水面蒸发量和蒸发皿系数对小麦的株高和叶面积指数均具有显著影响，当累计水面蒸发量增大时，灌水间隔随之增大，土壤水分因冬小麦耗水无法得到及时有效的补充而减少，产生水分胁迫，致使小麦的株高和叶面积指数降低，故Ep3处理的株高和叶面积指数较Ep1和Ep2的低.而当累计水面蒸发量减小时计算出的灌水定额较小，小定额灌溉可湿润的土层深度有限，且因小麦生育期内的降雨量作用抵扣了多次计划灌水量，导致灌水间隔较Ep2反而加大，故Ep1处理的株高和叶面积指数低于Ep2的株高和叶面积指数.当累计水面蒸发量相同时，蒸发皿系数越大，灌水定额则越大，累计灌水量也越多，故小麦的株高和叶面积指数随蒸发皿系数增加而增加，即蒸发皿系数为Kp3时的株高和叶面积指数最高^[20].在小麦整个生育期中，株高在拔节期至开花期快速增长，灌浆成熟期增长缓慢，而叶面积指数则是在抽穗期达到峰值，抽穗期后叶面积指数逐步降低，这与田旭浪^[21]的研究结果相同.

文中研究得出，小麦在滴灌处理下的产量较地面灌处理显著提高，这是因为滴灌处理以小定额多次灌溉使小麦的0～60 cm主根系层一直处于较适宜的土壤水分环境，更利于作物根系吸水供给植株蒸腾和光合作用的需要，而地面灌处理虽单次灌水定额较大、总灌水量较多，但由于作物蒸腾耗水和土壤水分向下的运移作用使小麦的0～60 cm主根系层在灌水后的某个时期处于较低的土壤水分环境中，导致产量较滴灌处理的降低^[22].而要使地面灌达到滴灌相同的产量效果，则要增加灌水次数从而消耗更多的灌溉水量，降低了水分利用效率，不经济.

文中研究表明滴灌处理产量增加的主要驱动因子为穗数和穗粒数的显著增加，穗数和穗粒数亦随累计水面蒸发量Ep增大而先增加后减少，这就要求在使用蒸发皿制定滴灌灌溉计划时应选择合适的Ep数值来确定灌水间隔.过小的Ep，灌水频率高但灌水定额较小，灌水不能湿润到作物主根系层，且频繁的启动给滴灌系统安全运行带来较大的风险；而过大的Ep，灌水间隔大，灌水频率低，无法及时满足作物生理需水要求.研究还表明穗数和穗粒数随蒸发皿系数Kp增大而增加，这意味着文中试验设置的Kp的最大值并未达到产量上限的要求，需要在后续的研究中继续增加Kp，加大单次灌水定额和总灌水量以探索是否存在更大的产量响应.

文中试验产量最高的处理为Ep2Kp3，其产量显著大于其他处理的，水分利用效率也最高，经主成分分析因子得分最高，是试验条件下推荐的最优处理.但试验期间降雨量较大，达到了191.9 mm，约占小麦生育期耗水的1/2，属于华北地区冬小麦生长季降水较多的年份，折抵各处理灌水次数和灌水量较多，也掩盖了部分滴灌条件下小麦生长发育和产量增加的真实效应.此外，据已有文献[23]研究报道，冬小麦的根系深度可达2 m以上，文中耗水土层计算仅为1 m以内土层，因此所得计算结果有可能小于实际值.因此文中试验结论仍需后续多年的大田验证.

4 结 论

1） 在小麦整个生育期中，（0，60] cm土层土壤含水率的变化剧烈，（60，100] cm土层土壤含水率随生育期逐渐降低.小麦株高随生育期逐渐上升，拔节至开花期为迅速增长期，开花期后为缓慢增长期；小麦叶面积指数则随生育期呈先上升后降低的变化趋势，在抽穗期叶面积指数最大.滴灌处理中不同的累计水面蒸发量和蒸发皿系数的主效应对小麦的株高、叶面积指数、穗数、穗粒数、产量和水分利用效率影响显著，千粒质量则是累计水面蒸发量和累计水面蒸发量与蒸发皿系数的交互效应对其有显著影响.而小麦构成因素中的穗数和穗粒数对产量贡献率大.

2） 经综合分析得，当水面蒸发量为Ep2即40 mm时，蒸发皿系数为Kp3，即返青期至拔节期蒸发皿系数为0.7、拔节期至灌浆期为1.0、灌浆期至乳熟期为0.8时，更有利于小麦生长发育，产量和水分利用率也最大，分别为9 920.27 kg/hm²和23.35 kg/（mm·hm²）.

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（责任编辑 张文涛）