宋曲武

(陜西省渭南市洛惠渠管理局，陜西 渭南 715100)

調(diào)虧灌溉對冬小麥耗水特性和產(chǎn)量影響分析

宋曲武

(陜西省渭南市洛惠渠管理局，陜西 渭南 715100)

[摘要]為給冬小麥節(jié)水和調(diào)虧灌溉指標(biāo)及灌水模式的建立提供依據(jù)，在移動式防雨棚條件下，采用小區(qū)試驗，以小堰22號冬小麥為試驗樣品，分析土層中含水量與灌溉水量、灌溉水量與產(chǎn)量和水分利用率等因素間的關(guān)系。結(jié)果表明：土層中含水量與灌溉水量基本成正比關(guān)系，產(chǎn)量與水分利用率間是一對博弈項，推薦采用苗期低定額、拔節(jié)期高定額、揚花期和灌漿成熟期中定額的節(jié)水灌水制度，以匹配冬小麥全生育期的需水特性，為其高產(chǎn)節(jié)水提供良好的灌溉水環(huán)境和生長條件。

[關(guān)鍵詞]冬小麥；調(diào)虧灌溉；小區(qū)試驗；水分利用率；高產(chǎn)節(jié)水

陜西省地處內(nèi)陸中緯度氣候帶，陜北、渭北高原和關(guān)中東部等地屬于干旱半干旱地區(qū)，降水稀少且變化較大。冬小麥?zhǔn)俏寄鲜械闹匾Z食作物，該市大部分地區(qū)常年降雨量為529～638 mm，且主要集中在夏季，尤其是在冬小麥生長期內(nèi)降雨量較少，加劇了冬小麥生長發(fā)育期的干旱程度。大量研究和實踐統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，水分脅迫會嚴(yán)重影響到冬小麥生長發(fā)育的生理生態(tài)指標(biāo)和形態(tài)結(jié)構(gòu)，進而由于干旱缺水導(dǎo)致小麥產(chǎn)量低且不穩(wěn)[1～3]。根據(jù)冬小麥生長發(fā)育期的生理生態(tài)反應(yīng)，分析作物水分利用率、灌溉水量和土層含水量及產(chǎn)量間的關(guān)系，提高有限水資源的灌溉效率和灌溉效益，是實現(xiàn)該區(qū)域冬小麥高產(chǎn)高效的重要途徑。

調(diào)虧灌溉是調(diào)控土壤-植物-大氣間的關(guān)系，通過合理灌溉安排將有限水資源有效利用到作物生長發(fā)育的水分敏感期，即在水分臨界期合理灌溉供水降低或補償干旱缺水對作物生長發(fā)育和產(chǎn)量的影響。研究表明在干旱地區(qū)，即便冬小麥水分虧缺程度達到田間持水量的45%～50%，冬小麥品質(zhì)及產(chǎn)量也沒有較大影響，同時還可以提高冬小麥水分利用效率[4～5]。在田間試驗條件下，探討冬小麥生長發(fā)育期內(nèi)各階段的需水規(guī)律、生理生態(tài)指標(biāo)和形態(tài)結(jié)構(gòu)，了解冬小麥生長發(fā)育全過程對水分脅迫的反應(yīng)，確定最優(yōu)的灌水期和灌水量組合，進而為渭南地區(qū)冬小麥高產(chǎn)節(jié)水種植提供調(diào)虧灌溉指標(biāo)及灌溉制度依據(jù)。

1試驗材料與方法

1.1樣品選擇與試驗設(shè)計

試驗于2013年9月～2014年8月在灌溉試驗站進行，試驗樣品冬小麥選用小堰22號。試驗場地海拔436 m，所處地理位置屬于暖溫帶半濕潤半干旱季風(fēng)氣候。試驗場內(nèi)地形平整、土層深厚，為均質(zhì)壤土，1 m土層的平均含水量為27%～30%，凋萎含水量為8.7%，平均干容重為1.46 g·cm-3。按照小區(qū)試驗將試驗場地劃分為4.5 m×1.8 m的試驗小區(qū)，如圖1所示。為了防止出現(xiàn)側(cè)滲等問題，采用1 m深的聚乙塑料作為小區(qū)間的隔離層，同時設(shè)置移動遮雨棚，在降雨時人為關(guān)閉避免降雨對試驗數(shù)據(jù)的干擾，如圖2所示。

圖1　4.5m×1.8m試驗小區(qū)

圖2　移動遮雨棚

1.2調(diào)虧灌溉水分處理方案

按照冬小麥生長發(fā)育及產(chǎn)量形成關(guān)鍵期，選擇苗期、拔節(jié)期、揚花期和灌漿成熟期，4個生育階段作為試驗時間控制期。按照高(80 mm)、中(65 mm)、低(50 mm)3個水平進行調(diào)虧灌水定額劃分。采用四因素三水平的正交試驗方法，并考慮苗期、拔節(jié)期、揚花期分別不灌水的三個特殊工況，共設(shè)計12個調(diào)虧灌水試驗組合(CK1，T2～T12)。為確保試驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠性，12個試驗組合每個進行2次試驗，共設(shè)置24個試驗小區(qū)。采用M297844型中子土壤水分儀進行水分變化分析，灌溉采用畦灌系統(tǒng)，由數(shù)字式流量計進行水量控制。冬小麥各生育期水分處理(0～1 m土層相對含水量平均值)設(shè)計方案，如表1所示。

表1　冬小麥各生育期水分處理設(shè)計方案　×10-3 m3/m2

1.3測定項目及指標(biāo)

認(rèn)真記錄冬小麥播種、出苗、拔節(jié)期、揚花期和灌漿成熟期等關(guān)鍵生育期的開始(Start)和結(jié)束(End)日期。采用M297844型中子土壤水分儀，按七天/次的頻率、10 cm分層間隔，定期測定各試驗小區(qū)0～1 m土層中的水分動態(tài)；采用鋼卷尺按七天/次的頻率測定冬小麥株高動態(tài)；七天/次的頻率測定冬小麥地上部分鮮重及干重；在灌水前后各項目均加測一次。

2結(jié)果與分析

2.1調(diào)虧灌溉不同組合下土層水分變化規(guī)律

冬小麥在生長發(fā)育期，愈接近地面的土層其根系分布量愈大，且在揚花期小麥根系無論是分布量還是根深均達到最大值。根系向下生長下扎到一定深度土層后繼續(xù)向橫向生長發(fā)育，直到土壤中的有效水分含量剩下40%～20%為止。雖然小麥根深可以深達180 cm，但其水分有效吸收絕大部分來自于0～60 cm土層。為此，此處篩選出0～60 cm土層含水量變化的代表數(shù)據(jù)進行分析，如圖3所示。

從圖3可以看出，冬小麥生長發(fā)育各階段0～60 cm土層的含水量主要受灌溉水的影響，總灌水量大的組合其土壤含水量高，并隨小麥不斷生長發(fā)育土壤含水量呈現(xiàn)逐步減小趨勢。在拔節(jié)期和灌漿成熟期，土層中的含水量呈現(xiàn)較大波動，主要是由于這兩個時期為冬小麥生理生態(tài)指標(biāo)和形態(tài)結(jié)構(gòu)形成的關(guān)鍵期；而揚花期土層含水量雖有波動，但較拔節(jié)期和灌漿成熟期其波動幅度較緩。土層水分變化規(guī)律，與小麥生長發(fā)育關(guān)鍵期的需水特性完全匹配。

2.2調(diào)虧灌溉不同組合下耗水強度分析

冬小麥在水分供應(yīng)充足的條件下，其耗水量變化反應(yīng)了冬小麥在特定環(huán)境氣候條件下的需水特性，也即冬小麥生長發(fā)育各階段對水分內(nèi)在需水特征。對于生產(chǎn)發(fā)育過程中的蒸發(fā)蒸騰量，此處采用水量平衡法進行分析。經(jīng)記錄，冬小麥苗期歷時最長為141 d，拔節(jié)期歷時最短為26 d，揚花期歷時次短為29 d，灌漿成熟期歷時次長為55 d，在調(diào)虧灌溉不同組合下各生長發(fā)育關(guān)鍵階段的耗水強度測試數(shù)據(jù)，如表2和圖4所示。

圖3　調(diào)虧灌溉不同組合下0～60 cm土層含水量變化

圖4　冬小麥調(diào)虧灌溉不同組合下耗水強度

從表2和圖4可以看出，冬小麥總耗水量與總灌水量間基本成正比關(guān)系；苗期除T10(苗期未灌溉)外，其余試驗組合耗水量在整個生長發(fā)育期內(nèi)最多且日蒸發(fā)強度基本相等；拔節(jié)期除T11(拔節(jié)期未灌溉)外，其余試驗組合雖歷時較短且耗水量最少，但其耗水強度較苗期有較大提高；揚花期除T12(揚花期未灌溉)外，其余試驗組合耗水量和日耗水強度均較拔節(jié)期略高，這與此階段氣溫持續(xù)升高和冬小麥成長特性密不可分；灌漿成熟期是冬小麥品質(zhì)和產(chǎn)量形成的關(guān)鍵期，該階段氣溫最高，相應(yīng)蒸發(fā)蒸騰強度也最大，日耗水強度也較其它階段高，雖灌漿成熟期其歷時還不到苗期的一半，但該階段耗水總量幾乎接近苗期。

表2　冬小麥調(diào)虧灌溉不同關(guān)鍵期的耗水量比較

2.3調(diào)虧灌溉不同組合下冬小麥產(chǎn)量與水分利用效率分析

在試驗?zāi)甓?，根?jù)表1調(diào)虧灌溉方案不同水分脅迫情形對冬小麥的產(chǎn)量構(gòu)成因子(穗數(shù)、千粒重)及產(chǎn)量均產(chǎn)生較為明顯的影響，如表3所示。冬小麥穗數(shù)、千粒重、產(chǎn)量和水分利用率WUE等指標(biāo)與耗水量關(guān)系，如圖5～8所示。

表3　冬小麥調(diào)虧灌溉產(chǎn)量構(gòu)成因子、產(chǎn)量及水分利用率影響

圖5　調(diào)虧灌溉下穗數(shù)與耗水量關(guān)系

圖6　調(diào)虧灌溉下千粒重與耗水量關(guān)系

圖7　調(diào)虧灌溉下產(chǎn)量與耗水量關(guān)系

圖8　調(diào)虧灌溉下水分利用率WUE與耗水量關(guān)系

從表3和圖5～8可以看出，各灌水組合條件下冬小麥穗數(shù)，千粒重等產(chǎn)量構(gòu)成因子呈現(xiàn)明顯差異，而穗長和穗粒數(shù)則差異不大。其中，穗數(shù)、千粒重和產(chǎn)量三個測試指標(biāo)與冬小麥全生育期內(nèi)的總灌水量基本成正比關(guān)系。在總灌水量相同的情況下，小麥生育關(guān)鍵期的灌溉水組合不同，其千粒重和產(chǎn)量有較大差異，如：T4、T5、T6和T7雖然全生育期內(nèi)總灌水量相同為260×10-3m3/m2，但是T4和T7在拔節(jié)期和揚花期其灌水量總量為145×10-3m3/m2大于T5和T6，測試結(jié)果顯示T4和T7的千粒重、產(chǎn)量等指標(biāo)要大于T5和T6，再次驗證拔節(jié)期和揚花期的土層含水量對冬小麥產(chǎn)量影響較為顯著。其次，T10、T11和T12組合下的畝穗數(shù)、千粒重和產(chǎn)量等指標(biāo)，均較其它組合明顯偏小，測試論證苗期、拔節(jié)期和揚花期等任一生育關(guān)鍵期不灌水將會對冬小麥畝穗數(shù)、千粒重和產(chǎn)量等造成較大影響。T12較T10和T11在畝穗數(shù)、千粒重和產(chǎn)量等指標(biāo)上，又呈現(xiàn)較大的劣勢，這與揚花期是冬小麥產(chǎn)量形成的最核心生育期完全匹配。

耗水量只能在一定程度上對冬小麥的穗數(shù)、千粒重等指標(biāo)起正面貢獻，但耗水量超過一定值時，耗水量增加反而會使穗數(shù)和千粒重等指標(biāo)降低。從水分利用率(WUE)指標(biāo)可知，在灌溉過程中并不是灌水越多越好，其中產(chǎn)量最高6 124 kg·hm-2的T1組合，其水分利用率WUE為1.64 kg·m-3，不是最高；而WUE最高1.73 kg·m-3的T3，其產(chǎn)量為4 942 kg·hm-2，也不是最高。也就是說單純追求WUE指標(biāo)就會犧牲產(chǎn)量，單純追求產(chǎn)量指標(biāo)就會犧牲WUE。綜合對比穗數(shù)、穗長、千粒重、產(chǎn)量和WUE水分利用率等指標(biāo)，測試表明T7組合試驗組合里的最佳灌水方案，即苗期采用低定額灌水、拔節(jié)期采用高定額灌水，而揚花期和灌漿成熟期則采用中定額灌水，推薦作為冬小麥節(jié)水高產(chǎn)調(diào)虧灌溉應(yīng)用方案。

3結(jié)語

土層水分含量對冬小麥生理生態(tài)指標(biāo)和形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響是多方面的，主要表現(xiàn)在冬小麥生育期和土層水分虧缺程度。12個組合的測試數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，調(diào)虧灌溉是可行的，適時適度的水分調(diào)虧灌溉可以起到較好“補償生長效應(yīng)”或“超補償生長效應(yīng)”，是提高水分利用效率，實現(xiàn)冬小麥節(jié)水、高產(chǎn)、高效的有效途徑。

(1)冬小麥各生育期內(nèi)，總耗水量與總灌溉量間基本成正比關(guān)系，灌水量愈大則作物總耗水量也越大。

(2)苗期耗水總量最大且日蒸發(fā)強度基本相等；拔節(jié)期、揚花期和灌漿成熟期其隨環(huán)境溫度增加，耗水強度也較苗期不斷增強；灌漿成熟期其歷時雖不到苗期的一半，但其耗水總量接近苗期且耗水強度比苗期大很多。

(3)穗數(shù)、千粒重和產(chǎn)量與總灌水量間有明顯差異，穗長和穗粒數(shù)與總灌水量間差異不明顯；拔節(jié)期和揚花期的土層含水量對冬小麥產(chǎn)量及水分利用率影響較為顯著；產(chǎn)量與水分利用率WUE是一對相互博弈的指標(biāo)，單純追求某一方面必然會導(dǎo)致另一方面的犧牲。

(4)推薦苗期低定額、拔節(jié)期高定額、揚花期和灌漿成熟期中定額的節(jié)水灌水制度，以匹配高產(chǎn)冬小麥的需水特性，實現(xiàn)調(diào)虧補償確保冬小麥正常生長發(fā)育，提高水分利用率，增加有效穗數(shù)、千粒重和產(chǎn)量。

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[收稿日期]2016-03-20

[作者簡介]宋曲武(1972-)，男，陜西渭南人，工程師，主要從事水利科技及水利工程管理工作。

[中圖分類號]S274.4

[文獻標(biāo)識碼]B

[文章編號]1004-1184(2016)03-0115-04