宋文品，王志敏，陳曉麗，王利春，薛緒掌，

孫維拓1，郭文忠1，李友麗1，陳 菲1

(1.國家農(nóng)業(yè)智能裝備工程技術(shù)研究中心，北京 100097； 2.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，北京 100193)

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深層滲灌對(duì)冬小麥蒸散動(dòng)態(tài)及水分利用效率的影響

宋文品1,2，王志敏2，陳曉麗1，王利春1，薛緒掌1，

孫維拓1，郭文忠1，李友麗1，陳 菲1

(1.國家農(nóng)業(yè)智能裝備工程技術(shù)研究中心，北京 100097； 2.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，北京 100193)

為了解滲灌方式下冬小麥的水分蒸散動(dòng)態(tài)及水分利用情況，設(shè)置春不灌水(T1)、地上灌拔節(jié)水(T2)、地下灌拔節(jié)水(T3)、地下灌拔節(jié)水+開花水(T4)、地上灌溉拔節(jié)水+開花水(T5)5個(gè)水分處理，利用稱重式蒸滲儀研究了5種水分管理模式下冬小麥的蒸散特征、水分動(dòng)態(tài)及水分利用效率。結(jié)果表明，從全生育期來看，冬小麥的耗水速率呈雙峰曲線變化，滲灌(T3和T4)的蒸散速率高峰出現(xiàn)在灌拔節(jié)水后第五天，常規(guī)灌溉(T2和T5)的高峰值出現(xiàn)在灌拔節(jié)水后第三天；從每天蒸散動(dòng)態(tài)來看，滲灌和常規(guī)灌溉耗水速率均呈“單峰曲線”變化，滲灌拔節(jié)水前期呈現(xiàn)“反奢侈耗水”現(xiàn)象，將更多的水用在拔節(jié)后期-灌漿期，而滲灌開花水明顯抑制了冬小麥耗水，全生育期耗水總量比常規(guī)灌溉低1.99%～4.77%；滲灌主要增加了60～100 cm土層含水量，常規(guī)灌溉增加了0～40 cm土層含水量；滲灌增加了穗粒數(shù)、千粒重、水分利用效率和收獲指數(shù)，降低了生物量、籽粒的氮素積累量。綜合來看，滲灌通過影響不同土層含水量改變植物的耗水模式，即抑制土壤蒸發(fā)并將節(jié)余水用于生長后期；提高了水分利用效率和收獲指數(shù)，降低了籽粒蛋白質(zhì)含量。

滲灌；冬小麥；蒸散；水分利用效率

水資源是農(nóng)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)資源，農(nóng)田灌溉水的利用效率只有30%～40%，農(nóng)田灌溉有效利用系數(shù)每提高0.1，就能節(jié)省300多億m3水[1]，因此提高水資源利用效率已成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)亟待解決的問題。地面灌溉是目前小麥生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛、最主要的灌水方式，但這種灌溉由于地表徑流、土壤蒸發(fā)、滲漏等因素造成水資源浪費(fèi)較大，因此噴灌、膜上灌、滴灌、滲灌、膜下滴灌等節(jié)水灌溉新技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。加強(qiáng)節(jié)水灌溉技術(shù)的研究和應(yīng)用對(duì)中國農(nóng)業(yè)節(jié)水有重要的指導(dǎo)意義。滲灌技術(shù)亦稱地下灌溉，是通過滲漏管以土壤滲漏的方式，為植物的根層進(jìn)行供水的新型節(jié)水灌溉方式[2]。目前，該種灌溉方式在日本、美國等國家廣泛應(yīng)用于溫室、果園及綠化灌溉上[3-4]。滲灌能促進(jìn)冬小麥地上部干物質(zhì)積累、葉面積及根系生長，有利于吸收20～60 cm土層的水分[5]，具有節(jié)水、節(jié)能、降濕、增溫、改善土壤結(jié)構(gòu)、增加產(chǎn)量、改善作物品質(zhì)、減少病蟲害等優(yōu)點(diǎn)[6-11]。以往有關(guān)滲灌的研究主要集中于水分利用、作物產(chǎn)量、品質(zhì)改善等方面，而對(duì)其耗水方式、蒸散動(dòng)態(tài)探討甚少。本研究在北京市昌平區(qū)國家精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)示范基地，利用24套中型稱重式蒸滲儀和一套大型蒸滲儀研究滲灌下冬小麥的耗水模式、土層土壤含水量的變化及該種灌溉方式對(duì)冬小麥產(chǎn)量及品質(zhì)的影響，以期為小麥節(jié)水灌溉技術(shù)的推廣應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于北京市昌平區(qū)小湯山鎮(zhèn)國家精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)示范研究基地進(jìn)行。試驗(yàn)場地建有24套中型稱重式蒸滲儀和一套大型稱重式蒸滲儀(3 m×3 m)，每個(gè)中型蒸滲儀小區(qū)有效種植面積為0.75 m2(1 m×0.75 m)，深2 m，內(nèi)裝大田原狀土壤，配有國外進(jìn)口的杠桿式稱重系統(tǒng)和重量傳感器，能將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，每隔5 min記錄一次土體重量變化，靈敏度為0.05 mm，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制采集記錄。試驗(yàn)場地配備有自動(dòng)氣象站，全程按小時(shí)間隔記錄空氣溫度、空氣濕度、太陽輻射強(qiáng)度、風(fēng)速、風(fēng)向和降雨量。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

稱重式蒸滲儀內(nèi)耕層土壤容重為1.43 g·cm-3，供試冬小麥品種為農(nóng)大212。播前有機(jī)肥一次性基施，澆足底墑水，基施尿素45 g·m-2、磷二銨45 g·m-2、硫酸鉀30 g·m-2和硫酸鋅1.5 g·m-2。小麥于2014年9月29日播種，2015年6月1日收獲。每個(gè)蒸滲儀小區(qū)播5行小麥，行間距15 cm，株間距1 cm。為了保證麥苗安全越冬，所有試驗(yàn)小區(qū)均灌溉了越冬水，播種至起身期未遮雨，期間累計(jì)降雨量26.1 mm，待返青起身后利用遮雨棚阻隔降水。阻隔降水期間，進(jìn)行灌溉處理：春不灌水(T1)、地上灌拔節(jié)水(T2)、地下灌拔節(jié)水(T3)、地下灌拔節(jié)水+開花水(T4)、地上灌溉拔節(jié)水+開花水(T5)，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)，隨機(jī)排列。各水分處理按大田灌溉量標(biāo)準(zhǔn)，每次灌溉每個(gè)小區(qū)時(shí)，利用電子稱稱取所需要的灌水。常規(guī)灌溉處理小區(qū)(T2、T5)一次性灌溉，地下灌溉處理(T3、T4)由于滲灌難度大，采用多次多天灌溉(拔節(jié)水用時(shí)7 d，開花水用時(shí)5 d)，每天的灌水量視滲灌速率而定。越冬水、拔節(jié)水和開花水的灌溉(初始)時(shí)間分別為11月16日、4月14日和5月4日，總灌水量均為75 mm。春季不追肥，常規(guī)栽培管理。

滲灌系統(tǒng)的安置：利用85 cm的PVC(內(nèi)徑3.52 cm)管(出水口管壁用砂輪打磨至1mm)，在滲灌處理(T2、T3)的6個(gè)小區(qū)里面，每個(gè)小區(qū)均勻安裝10根PVC管，管間距19.5 cm，地下出水口距離地面55 cm，地上進(jìn)水口距離地面30 cm。灌溉時(shí)，水分經(jīng)過PVC管直接到達(dá)距離地面55 cm的小麥根系周圍。

1.3 測定指標(biāo)與方法

1.3.1 實(shí)際蒸散量的測定

稱重式蒸滲儀自動(dòng)連續(xù)記錄各個(gè)小區(qū)土體重量變化。試驗(yàn)期間，通過在每個(gè)蒸滲儀上增減鉛塊的方法，得到關(guān)于重量-電壓(kg-mV)的標(biāo)準(zhǔn)曲線，最終計(jì)算出冬小麥實(shí)際耗水量：

ETa=(AΔV+B)/S

式中，ETa為小麥實(shí)際蒸散(mm·d-1)，A、B為常數(shù)，ΔV為一天內(nèi)電壓的變化值(mV)，S為每個(gè)蒸滲儀小區(qū)面積(m2)。

1.3.2 土壤含水量的測定

儀器的校準(zhǔn)：首先用Diviner2000在3個(gè)蒸滲儀小區(qū)分別測出每10 cm一個(gè)土層含水量的對(duì)應(yīng)頻率，然后用土鉆在小區(qū)內(nèi)垂直方向120 cm取土樣，分別將每10 cm一個(gè)土層的土樣放在對(duì)應(yīng)的鋁盒內(nèi)，稱其濕重；再將土樣放在105 ℃烘箱內(nèi)，至重量不在發(fā)生變化，稱其干重。最后利用線性回歸得到一個(gè)關(guān)于儀器測量值和實(shí)測值的函數(shù)。

土壤含水量測定：試驗(yàn)期間，每天17：00-18：00在每個(gè)蒸滲儀小區(qū)用Diviner2000測量重復(fù)3次，水分處理前后加測。

1.3.3 小麥生物量、產(chǎn)量及器官氮素含量的測定

生育期內(nèi)，因拔節(jié)水處理方式不同，各處理小麥開花和收獲的時(shí)間有所差異。常規(guī)灌溉處理(T2、T5)于5月2日開花，滲灌處理(T3、T4)于5月3日開花，春不灌水T1處理于5月1日開花，5月31日達(dá)到收獲標(biāo)準(zhǔn)的處理有T1、T2、T5處理。

為了保證各處理耗水時(shí)間的一致性，于6月1日統(tǒng)一收獲每個(gè)小區(qū)，測其生物量、籽粒產(chǎn)量；每個(gè)小區(qū)收取10株地上部器官，分為莖、葉、籽粒、穗殘，放在105 ℃烘箱，殺青0.5 h，然后在75 ℃下烘干粉樣，用凱氏定氮儀測每個(gè)器官的氮素含量。收獲時(shí)，每個(gè)小區(qū)取10個(gè)單莖，65 ℃烘干至恒量，稱總干重，手工脫粒并將所有籽粒全部收集，烘干至恒量，稱籽粒干重。計(jì)算水分利用效率(WUE)和收獲指數(shù)：

WUE=Y×103/ET

收獲指數(shù)=籽粒干質(zhì)量/地上部干質(zhì)量

Y為籽粒產(chǎn)量(kg·m-2)，ET為實(shí)際耗水量(mm)。

1.4 數(shù)據(jù)分析及處理

利用Microsoft office 2010對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行繪圖，用SPSS 20.0 進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水分處理下冬小麥全生育期耗水特征

2.1.1 各處理冬小麥全生育期日蒸散速率的變化

春不灌水(T1)、地上灌拔節(jié)水(T2)、地下灌拔節(jié)水(T3)、地下灌拔節(jié)水+開花水(T4)、地上灌拔節(jié)水+開花水(T5)5個(gè)處理的冬小麥日耗水速率變化規(guī)律一致，均隨時(shí)間的變化呈雙峰曲線(圖1)。冬前，蒸散速率高峰值平均為2.44 mm·d-1；冬后，不同處理的蒸散速率高峰值不盡相同，五個(gè)處理分別為8.4、11.6、9.3、9.32和12.8 mm·d-1。越冬期間，蒸散速率最低，平均在0.5 mm·d-1以下；3月初，隨著冬小麥返青起身，日蒸散速率逐漸增大，于拔節(jié)期達(dá)到最大。

拔節(jié)期是耗水量較大的時(shí)期，地上灌拔節(jié)水處理的日蒸散速率高達(dá)11.6 mm·d-1，地下灌拔節(jié)水處理日耗水速率最大值相對(duì)較小，為9.3 mm·d-1。開花期也是冬小麥耗水較大的時(shí)期，該時(shí)期水分的供應(yīng)直接關(guān)系到最終產(chǎn)量的形成。地下灌開花水處理日蒸散速率最大值為8.93 mm·d-1，出現(xiàn)在5月14日(地下灌溉開花水時(shí)間：5月4日-5月8日)；地上開花水處理日蒸散速率最大值為11.2 mm·d-1，出現(xiàn)在5月5日(5月4日灌溉開花水)。以上分析表明，地下灌溉處理能夠降低小麥蒸散高峰值，平均降低23.69%，這可能是由于減少了土壤蒸發(fā)引起的。

2.1.2 不同處理冬小麥全生育期總耗水量

5種不同處理冬小麥全生育期的總耗水量表現(xiàn)為T5(577.81 mm)>T4(550.22 mm)>T2(500.90 mm)>T3(494.22 mm)>T1(442.18 mm)(圖2)。與春不灌水(T1)相比，常規(guī)灌溉春后一水(拔節(jié)水)、春后兩水(拔節(jié)水+開花水)能顯著增加冬小麥全生育期耗水量，增幅分別為13.28%、30.67%；同常規(guī)灌溉相比，地下灌春后一水、春后兩水的耗水量分別減少1.33%、4.77%，但差異不顯著。

2.1.3 不同灌溉方式對(duì)冬小麥每小時(shí)蒸散量的影響

整體上看，灌拔節(jié)水處理在拔節(jié)期-抽穗期、開花期-灌漿期及灌開花水處理在開花期-灌漿期的每小時(shí)蒸散量變化趨勢一致(圖3)。地上灌溉拔節(jié)水(4月14日)后，從4月14日至4月23日每小時(shí)蒸散量高于地下灌拔節(jié)水(4月14-20日)處理，從4月24日至5月31日每小時(shí)蒸散量低于地下灌拔節(jié)水處理；地上灌開花水(5月4日)后，每天的每小時(shí)蒸散量均高于地下灌開花水(5月4-8日)處理。說明地下灌溉改變了冬小麥的耗水模式，即地下灌溉時(shí)冬小麥拔節(jié)期對(duì)拔節(jié)水消耗減少，孕穗期-灌漿期增加了對(duì)拔節(jié)水的消耗力度；地下灌溉也減少了冬小麥開花期對(duì)水分的消耗。

圖1 冬小麥全生育期每日蒸散量(ET)的變化

圖柱上的字母不同表示處理間差異顯著(P<0.05)。

Different letters on the columns mean significantly different among the treatments at 0.05 level.

圖2 不同處理冬小麥全生育期總耗水量

Fig.2 Total water consumption of wheat

under different water treatments

2.1.4 拔節(jié)水、開花水對(duì)累計(jì)蒸散量的影響

由圖4可以看出，從4月14日至5月10日，地上灌拔節(jié)水處理的累計(jì)蒸散增長速率高于地下灌拔節(jié)水處理；從5月11日至5月31日，累計(jì)蒸散速率逐漸降低至0，但地上灌拔節(jié)水處理的累計(jì)蒸散增長速率依然低于地下灌拔節(jié)水處理。就開花水而言，地上灌溉處理的累計(jì)蒸散增長速率始終大于地下灌溉處理。整體來看，各處理的累計(jì)蒸散增長速率均逐漸減少，成熟期幾乎降低到0。這表明，引起各處理累計(jì)蒸散量變化的原因是地下灌溉降低了蒸散速率；同時(shí)通過改變作物耗水模式，保證了后期水分供應(yīng)。這種“反奢侈耗水”的現(xiàn)象跟水分在不同土層的分布有關(guān)。

2.2 水分處理前后土壤含水量的變化動(dòng)態(tài)

2.2.1 拔節(jié)水處理后土壤含水量的時(shí)空動(dòng)態(tài)變化

圖5為拔節(jié)期-灌漿期各處理1 m土層含水量的變化。5月25日之前，春不灌水處理80和90 cm土層水分下降較為明顯；5月25日之后，各土層水分無明顯變化。地上灌拔節(jié)水處理提高了0～50 cm土層的含水量，在4月15日至4月25日期間，0～50 cm土層的含水量下降迅速；4月25日之后，各土層含水量均有所下降，但下降緩慢；5月25日之后，各土層含水量幾乎不變。地下灌拔節(jié)水處理明顯增加了60～90 cm土層的含水量；由于土壤毛細(xì)管的作用，該處理對(duì)40和50 cm土層也有輕微的改善作用，增加了土壤含水量；4月15日至4月20日，每天補(bǔ)灌的拔節(jié)水使40～100 cm土層含水量都有上升；4月21日至5月6日，40～100 cm土層的含水量下降較快；5月7日至5月25日，各土層含水量下降緩慢；5月25日之后，各土層含水量幾乎不變。因此，地下灌溉處理改變了灌溉水在土層的分布。引起這種灌溉方式“反奢侈蒸散”的原因：一是不同土層根系數(shù)量分布不同；二是植物吸取深層地下水需要消耗較大的能量。

圖3 不同水分處理下冬小麥每小時(shí)蒸散量ET的變化

表1 不同水分處理的土壤含水量

同行數(shù)值后字母不同表示同一時(shí)間不同處理間差異顯著(P<0.05)。

The different letters after the values in a line mean significantly different among the treatments at the same time at 0.05 level.

圖4 不同水分處理下累計(jì)蒸散量的變化

2.2.2 拔節(jié)水對(duì)0～160 cm土層含水量垂直分布的影響

對(duì)于春不灌水處理，由于未補(bǔ)充灌溉，所以各土層含水量前后變化不明顯；在地上灌拔節(jié)水后第二天(4月15日)。0～50 cm土層水分顯著增加，但冬小麥對(duì)水分的強(qiáng)烈需求和土壤蒸發(fā)，最終也導(dǎo)致了水分的大量消耗；地下灌拔節(jié)水處理減少了土壤水的損失，相對(duì)增加了60～100 cm土層的水分，但影響不顯著(表1)。由此可知，地下灌溉處理下耕層土壤較干燥，不利于上層土壤養(yǎng)分的吸收利用，對(duì)生物量、產(chǎn)量、產(chǎn)量品質(zhì)可能產(chǎn)生影響。

2.2.3 開花水處理后土壤含水量的時(shí)空動(dòng)態(tài)變化

地上灌開花水處理(5月4日)增加了0～30 cm土層的含水量(圖6)。地上灌開花水后5 d內(nèi)，0～30 cm土層含水量下降較快；5月9日至5月20日，0～30 cm土層含水量下降緩慢；5月20日之后，0～100 cm土層含水量無明顯變化。地下灌開花水處理(5月4日至5月8日)增加了40～100 cm土層含水量；5月9日至5月13日，冬小麥對(duì)40～100 cm土層水分消耗緩慢；5月14日至5月20日，60～90 cm土層水分被大量消耗，該土層含水量下降較快；5月20日之后，只有80～90 cm土層水分有所減少，但減少幅度很小。

圖5 T1、T2和T3處理下土壤水分含量的變化

2.3 不同水分處理對(duì)冬小麥產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成、水分利用效率及各器官氮素積累的影響

從表2可以看出，5種處理間小麥基本苗、穗數(shù)差異不顯著；T1處理的穗粒數(shù)低于其他處理，T3處理的穗粒數(shù)高于T2處理，但差異不明顯；T4處理的千粒重最大，但不同處理間差異不明顯；T5的產(chǎn)量最大，但耗水量達(dá)到577.81 mm； T4處理產(chǎn)量僅次于T5處理，耗水量比T5少27.59 mm；T3的耗水量比T2僅少6.39 mm；T3、T4的水分利用效率最大，分別為1.63、1.62 kg·m-3，但處理間無明顯差異；T4處理的收獲指數(shù)最大，但處理間差異不明顯。這表明，春灌一水條件下，地下灌拔節(jié)水有利于提高小麥穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重，從而增產(chǎn)；同時(shí)因?yàn)榻档土苏羯?減少6.39 mm)，水分利用效率提高。春灌兩水條件下，地下灌溉雖然提高了千粒重，但產(chǎn)量降低，耗水量只減少27.59 mm。

從表3可以看出，T1、T2處理的生物量明顯低于其他三種處理。T5處理的莖氮素積累量最大，與其他處理差異顯著；T2、T5處理的葉氮素積累量高于T3、T4處理，但差異不顯著；T5處理的穗殘氮素積累量最大，但與T1、T3、T4處理差異不顯著。從籽粒氮素積累和蛋白積累量來看，T2與T3、T4與T5處理間無明顯差異。所以，春后地下灌溉降低了氮素在莖、葉、穗的積累，但對(duì)冬小麥蛋白質(zhì)含量影響不明顯。

3 討 論

從全生育期來看，地下灌溉與常規(guī)灌溉的蒸散速率變化趨勢一致，表現(xiàn)為雙峰曲線，但高峰值及其出現(xiàn)的時(shí)間均有所差異：地上灌溉處理出現(xiàn)在灌溉后第三天，最大為12.79 mm·d-1；地下灌溉處理出現(xiàn)在灌溉后第六天，最大值為9.32 mm·d-1。這可能是與地下灌溉對(duì)土壤蒸發(fā)的抑制[11]、灌溉水在土壤層的分布[13-14]及滲灌水需要借助土壤毛細(xì)管滲透作用向植物根系中的擴(kuò)散[15-17]有關(guān)。與常規(guī)灌溉相比，地下灌溉明顯降低了全生育期的水分消耗[18]，是灌溉水利用效率最高的灌溉方式[19]，但可能由于滲灌的深度[20]差異，全生育期耗水量平均減少(滲灌比常規(guī)灌溉)僅16.99 mm。

灌溉方式影響了每天作物的蒸散動(dòng)態(tài)，改變了灌溉水在土層的分布。本研究中由于滲灌深度的原因，地下灌溉主要增加了60～100 cm土層水分，地上灌溉主要增加了0～40 cm土層水分；冬小麥的次生根群一般在40 cm以上的土層，初生根可以達(dá)到2 m土層，所以兩種灌溉方式每天的蒸散動(dòng)態(tài)變化不一，可能是由于次生根群與灌溉水的耦合度有關(guān)。圖3中，拔節(jié)前期，地下灌拔節(jié)水處理每天蒸散高峰低于地上灌拔節(jié)水處理；拔節(jié)后期至灌漿期地下灌拔節(jié)水處理的每日蒸散高峰高于地上灌拔節(jié)水處理；同時(shí)，開花期至灌漿期，地下灌開花水處理每天的蒸散高峰始終低于地上灌開花水處理。綜合來看，地下灌溉改變了冬小麥的耗水模式，每天的蒸散高峰與地下灌溉速率無關(guān)。

表2 不同水分處理下冬小麥的產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成及水分利用效率

同列數(shù)值后的字母不同表示處理間差異顯著(P<0.05)。下同。

Different letters after the values in a column mean significantly different among the treatments at 0.05 level.The same as in table 3.

表3 不同處理下冬小麥成熟期的生物量、器官氮素積累及籽粒蛋白積累

圖6 T4和T5處理的土壤含水量變化

有研究表明，滲灌小麥的成穗數(shù)低于常規(guī)灌溉[21]，但增加了產(chǎn)量[22-25]。本研究中春灌一水和春灌兩水的滲灌對(duì)穗數(shù)的影響也不一樣：同T2處理相比，T3處理增加了穗數(shù)、產(chǎn)量、水分利用效率，僅減少耗水量6.39 mm；同T5處理相比，T4處理減少了穗數(shù)、產(chǎn)量，提高了水分利用效率，但耗水量僅減少27.59 mm；滲灌的籽粒品質(zhì)要低于常規(guī)灌溉。造成以上結(jié)果的原因可能是：(1) T4處理小區(qū)的基本苗少于T5處理，導(dǎo)致成穗數(shù)、產(chǎn)量偏低；(2)產(chǎn)量降低可能跟滲灌處理的生育期延遲有關(guān)；(3)雖然滲灌能減少蒸發(fā)[26]，T4處理比T5處理減少耗水27.59 mm，但T3處理在拔節(jié)期節(jié)省的大量水分，于開花期至灌漿期時(shí)，冬小麥的主根群發(fā)揮主要作用，吸收了大量的深層地下水，所以相對(duì)地上拔節(jié)水處理而言，地下拔節(jié)水處理僅節(jié)省了6.39 mm；(4)滲灌深度太深[26- 27]，造成大量養(yǎng)分滯留在耕層[28]不被植物利用。

4 結(jié) 論

深層滲灌(地下55 cm供水)增加了60～100 cm土層水分，抑制了位于40 cm以上土層次生根群對(duì)水分的吸收，同時(shí)深層滲灌也抑制了土壤蒸發(fā)，這是滲灌處理蒸散速率高峰、總耗水量低于常規(guī)灌溉的主要原因。盡管滲灌提高了水分利用效率和收獲指數(shù)，但深層滲灌造成灌溉水與耕層養(yǎng)分不能高效溶合，導(dǎo)致籽粒氮素積累量和蛋白質(zhì)含量下降。

[1]王 虎.大力推動(dòng)干旱半干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)水資源高效利用的建議[J].中國經(jīng)貿(mào)導(dǎo)刊,2015(3):14.

WANG H.Vigorously promote the efficient utilization of agricultural water resources in arid and semi-arid region [J].ChinaEconomic&TradeHerald,2015(3):14.

[2]ACHARYA S,MYLAVARAPU R S.Modeling shallow water table dynamics under subsurface irrigation and drainage [J].AgriculturalWaterManagement,2015,149:166-174.

[3]諸葛玉平,張玉龍,張旭東,等.塑料大棚滲灌灌水下限對(duì)番茄生長和產(chǎn)量的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2004,15(5):767-771.

ZHUGE Y P,ZHANG Y L,ZHANG X D,etal.Effect of subsurface irrigation lower limit on tomato growth and yield in plastic greenhouses [J].ChineseJournalofAppliedEcology,2004,15(5):767-771.

[4]李永偉,婁寶明.滲灌節(jié)水技術(shù)及其經(jīng)濟(jì)效益研究[J].河南水利與南水北調(diào),2009(2):34-35.

LI Y W,LOU B M.Water saving technology of subsurface irrigation and its economic benefit [J].HenanWaterResources&South-to-NorthWaterDiversion,2009(2):34-35.

[5] 甄文超,馮利平.北京地區(qū)滲灌條件下冬小麥生長發(fā)育狀況的研究[J].麥類作物學(xué)報(bào),2001,21(2):46-50.

ZHEN W C,FENG L P.Study on winter wheat growth under subsurface irrigation in Beijing region [J].JournalofTriticeaeCrops,2001,21(2):46-50.

[6]宗曉琴.不同滲灌處理對(duì)露地番茄生長及產(chǎn)量形成的影響[J].山西農(nóng)業(yè)科學(xué),2008,35(6):65-67.

ZONG Z Q.Effect of different subsurface irrigation on tomato growth and yield formation [J].JournalofShanxiAgriculturalSciences,2008,35(6):65-67.

[7]謝 飛,王 艷,朱文平.灌溉方式對(duì)大棚西紅柿生長發(fā)育的影響研究[J].南方農(nóng)業(yè),2014,8(7):17-18.

XIE F,WANG Y,ZHU W P.Effect of irrigation methods on tomato growth of greenhouse [J].SouthChinaAgriculture,2014,8(7):17-18.

[8]唐 寧.果園節(jié)水灌溉技術(shù)[J].農(nóng)村新技術(shù),2015(5):12-13.

TANG N.Irrigation technology is of orchard water-saving [J].NewRuralTechnology,2015(5):12-13.

[9]岳 兵.滲灌技術(shù)存在問題與建議[J].灌溉排水,1997,16(2):40-44.

YUE B.Problems and suggestions belong to subsurface irrigation [J].IrrigationandDrainage,1997(2):42-46.

[10]杜堯東,劉作新.滲灌-設(shè)施園藝先進(jìn)的節(jié)水灌溉技術(shù)[J].資源開發(fā)與市場,2000,16(5):266-267.

DU R D,LIU Z X.Subsurface irrigation is advanced water-saving irrigation technology of facility horticulture [J].ResourceDevelopment&Marker,2000,16(5):266-267.

[11]THOMPSON T L,DOERGE T A,GODIN R E.Subsurface drip irrigation and fertigation of broccoli [J].SoilScienceSocietyofAmericaJournal,2002,66(1):186-192.

[12]孫惜華.簡述農(nóng)田水利地下滴灌技術(shù)的運(yùn)用[J].科學(xué)中國人,2015(17):32.

SUN X H.The underground drip irrigation technology use of irrigation and water conservancy is outlined [J].ScientificChinese,2015(17):32.

[13]巴特爾·巴克,鄭大瑋,宋秉彝,等.滲灌節(jié)水技術(shù)及其經(jīng)濟(jì)效益淺析[J].節(jié)水灌溉,2005(2):8-10.

B.BAKE,H,ZHENG D W,SONG B Y,etal.Analysis for water saving technology and its economic benefits of subsurface irrigation [J].WaterSavingIrrigation,2005(2):8-10.

[14]ABIDIN M S B Z,SHIBUSAWA S,OHABA M,etal.Capillary flow responses in a soil-plant system for modified subsurface precision irrigation [J].PrecisionAgriculture,2014,15(1):17-30.

[15]高 鵬,李增嘉,楊慧玲,等.滲灌與漫灌條件下果園土壤物理性質(zhì)異質(zhì)性及其分形特征[J].水土保持學(xué)報(bào),2008,22(2):155-158.

GAO P,LI Z J,YANG H L,etal.Orchard soil physical property heterogeneity and its fractal characteristics under subsurface and flood irrigation [J].JournalofSoilandWaterConservation,2008,22(2):155-158.

[16]GILLHAM R W.The capillary fringe and its effect on water-table response [J].JournalofHydrology,1984,67(1):307-324.

[17]SKAGGS R W.Water table movement during sub-irrigation [J].TransactionsoftheASAE,1973,16(5):988-993.

[18]劉 影,張玉龍,張 凱,等.灌溉方法對(duì)溫室栽培番茄產(chǎn)量及水分利用效率的影響[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2015,33(2):141-145.

LIU Y,ZHANG Y L,ZHANG K,etal.Effect of irrigation methods on greenhouse tomato yield and water use efficiency [J].AgriculturalResearchintheAridAreas,2015,33(2):141-145.

[19]錢曉輝,孟德財(cái),李茂林.試述農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉中的滲灌技術(shù)[J].農(nóng)機(jī)化研究,2000(4):72-73.

QIAN X H,MENG D C,LI M L.Agricultural water-saving irrigation technology [J].JournalofAgriculturalMechanizationResearch,2000(4):72-73.

[20]甄文超,王殿武,代 麗.北京地區(qū)滲灌條件下冬小麥田間土壤水分動(dòng)態(tài)及節(jié)水機(jī)理的研究[J].自然資源學(xué)報(bào),2000,15(3):246-251.

ZHEN W C,WANG D W,DAI L,etal.Research of subsurface irrigation on soil water dynamics and water saving mechanism of winter wheat in Beijing area [J].JournalofNaturalResources,2000,15(3):246-251.

[21]裴艷婷,李娜娜,李 慧,等.滲灌和地膜覆蓋對(duì)冬小麥產(chǎn)量及綠色面積構(gòu)成的影響[J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào),2009,25(4):115-118.

PEI Y T,LI N N,LI H,etal.Effect of subsurface irrigation and plastic film mulching on winter wheat yield and green area constitute [J].ChineseAgriculturalScienceBulletin,2009,25(4):115-118.

[22]劉玲玲,張松令.滲灌條件下覆蓋對(duì)旱區(qū)冬小麥增產(chǎn)效應(yīng)研究[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2001,19(1):48-53.

LIU L L,ZHANG S L.Research of coverage on winter wheat yield in arid area under subsurface irrigation [J].AgriculturalResearchintheAridAreas,2001,19(1):48-53.

[23]張松令,劉玲玲,劉新月,等.旱地小麥滲灌覆蓋栽培技術(shù)研究[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2000,18(2):7-12.

ZHANG S L,LIU L L,LIU X Y,etal.Research of covering cultivation technology in dryland under subsurface irrigation [J].AgriculturalResearchintheAridAreas,2000,18(2):7-12.

[24]AYARS J E,SCHONEMAN R A,DALE F,etal.Managing subsurface drip irrigation in the presence of shallow ground water [J].AgriculturalWaterManagement,2001,47(3):243-264.

[25]AYARS J E,PHENE C J,HUTMACHER R B,etal.Subsurface drip irrigation of row crops:a review of 15 years of research at the Water Management Research Laboratory [J].AgriculturalWaterManagement,1999,42(1):1-27.

[26]XI B,LI G,BLOOMBERG M,etal.The effects of subsurface irrigation at different soil water potential thresholds on the growth and transpiration ofPopulustomentosain the North China Plain [J].AustralianForestry,2014,77(3-4):159-167.

[27]WANG Y,ZHANG Y.Soil inorganic phosphorus fractionation and availability under greenhouse subsurface irrigation [J].CommunicationsinSoilScienceandPlantAnalysis,2012,43(3):519-532.

[28]?STERHOLM P,VIRTANEN S,ROSENDAHL R,etal.Groundwater management of acid sulfate soils using controlled drainage,by-pass flow prevention,and subsurface irrigation on a boreal farmland [J].ActaAgriculturaeScandinavica,SectionB-Soil&PlantScience,2015,65(S1):110-120.

Effect of Deep Subsurface Irrigation on Evapotranspiration and Water Use Efficiency of Winter Wheat Based on Weighing Lysimeters

SONG Wenpin1,2,WANG Zhimin2,CHEN Xiaolin1,WANG Lichun1,XUE Xuzhang1,SUN Weituo1,GUO Wenzhong1,LI Youli1,CHEN Fei1

(1.National Research Center of Intelligent Equipment for Agriculture,Beijing 100097,China;2.College of Agriculture,China Agricultural University,Beijing 100193,China)

In order to understand water consumption patterns and water use efficiency of winter wheat under subsurface irrigation,the study was designed five treatments(T1: no spring irrigation,T2:conventional irrigation at jointing stage,T3:subsurface irrigation at jointing stage,T4:subsurface irrigation at jointing and flowering stage,T5:conventional irrigation at jointing and flowering stage). Evapotranspiration,soil moisture dynamic and water use efficiency of these treatments were studied by weighing lysimeters. The results showed that water consumption characteristic of winter wheat was bimodal curve over the whole growth stage; evapotranspiration peak appeared in fifth day of subsurface jointing irrigation,while in third day of conventional jointing irrigation. The daily evapotranspiration characteristic was “single peak curve” under subsurface and conventional irrigation; the treatment of subsurface jointing irrigation appeared “negative luxury water consumption” in the early jointing stage,and much more water was used from late jointing stage to filling stage,then,subsurface flowering irrigation decreased water consumption,thus,the total water use of subsurface irrigation treatment was lower 1.33%-4.77% than conventional.Subsurface irrigation mainly increased soil moisture of 60 cm to 100 cm,while conventional irrigation increased soil moisture of 0-40 cm. Subsurface irrigation increased spike grain number,thousand seed weight,water use efficiency,harvest index,and reduced the biomass,grain nitrogen accumulation amount. Generally,subsurface irrigation changed the water consumption model by affecting soil moisture of layers,namely,saving water was used for late growth stage by restraining soil evaporation; increased water use efficiency and harvest index,reduced grain quality.

Infiltration irrigation；Winter wheat；Evapotranspiration；Water use efficiency

時(shí)間：2016-07-07

2015-12-29

2016-01-25

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31171489); 國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)項(xiàng)目(2012CB955904); 農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)專項(xiàng)(200903007); 國家小麥產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項(xiàng)目(CARS-3)

E-mail：wpsong520@163.com

薛緒掌(E-mail：xuexz@nercita.org.cn)

S512.1；S311

A

1009-1041(2016)07-0896-10

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