張永忠 柴福強(qiáng)
(平?jīng)鍪兴帘3挚茖W(xué)研究所,甘肅平?jīng)?744000)
冬小麥?zhǔn)瞧經(jīng)鍪兄饕募Z作物,2019年全市小麥播種面積9.99萬hm2,占全市糧食作物播種面積(27.84萬hm2)的35.88%,作物需水量在水利和農(nóng)業(yè)區(qū)劃、水資源開發(fā)利用以及流域規(guī)劃和灌溉制度設(shè)計、規(guī)劃與管理中起著重要作用。農(nóng)田水利工程規(guī)劃設(shè)計和運(yùn)行管理所要求的作物棵間蒸發(fā)量和葉面蒸騰量、作物需水規(guī)律、灌溉制度、灌溉效益等基礎(chǔ)資料需要通過試驗來確定[1-3]。
2020年平?jīng)鍪兴帘3挚茖W(xué)研究所灌溉試驗站編制冬小麥需水量試驗方案,并于當(dāng)年開始實施,設(shè)定不同生育期不同灌水量,計算每種方案的需水量,選擇最高產(chǎn)量下的需水量作為平?jīng)鍪挟?dāng)年的作物需水量。
試驗在平?jīng)鍪兴帘3挚茖W(xué)研究所灌溉試驗站大型測坑群進(jìn)行,測坑分為有底測坑和觀測廊道兩部分,有底測坑共24組,分列觀測廊道兩側(cè),每個測坑長3.33 m、寬2.0 m、深1.867 m。測坑土壤類型為中壤,田間最大持水量27.4%,土壤容重1.31 g/cm3,灌溉水源為地下水,水質(zhì)符合農(nóng)田灌溉用水標(biāo)準(zhǔn)。試驗田周圍為開闊的農(nóng)田,其土壤條件(包括土壤質(zhì)地、土壤結(jié)構(gòu)及肥力條件)具有較好的代表性,試驗田四周種植冬小麥作保護(hù)帶。
1.2.1 試驗因素的確定。將冬小麥灌水時期確定為因素,在平?jīng)鍪袞|部,冬小麥一般在9月下旬播種,在6月下旬至7月初收獲,在這段時間中,冬小麥可劃分為5個生育時段,即播種—越冬、越冬—返青、返青—拔節(jié)、拔節(jié)—抽穗、抽穗—成熟。灌水從越冬開始,灌水時期是越冬期、返青期、拔節(jié)期、揚(yáng)花期、灌漿期,試驗因素?fù)?jù)此確定為5個因素。
1.2.2 試驗水平的確定。在冬小麥需水量試驗中,根據(jù)冬小麥需水特征確定土壤濕度作為水平。按照水利部灌溉試驗總站要求,需水量試驗水平為土壤濕度 30%、45%、60%、75%、90%等 5個水平,根據(jù)平?jīng)鍪兴帘3挚茖W(xué)研究所灌溉試驗站1983—1995年期間多年冬小麥試驗,45%以下土壤濕度不利于小麥生長,所以冬小麥需水量試驗水平最小值取土壤濕度45%。該水平設(shè)計于冬小麥揚(yáng)花期。根據(jù)前幾年試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn),選取土壤濕度45%作為上限容易造成水分脅迫,這與需水量試驗的要求不符。因此,2021年試驗在小麥揚(yáng)花期灌溉水平選取土壤濕度75%、60%。本試驗灌溉水平越冬期設(shè)計為土壤濕度75%、90%,返青期設(shè)計為土壤濕度60%、75%,拔節(jié)期設(shè)計為土壤濕度75%、90%,揚(yáng)花期設(shè)計為土壤濕度60%、75%,灌漿期設(shè)計為土壤濕度60%和75%。采用L8(27)正交試驗表,得到8個試驗處理(表1)。3次重復(fù),隨機(jī)排列[4-6],小區(qū)面積為6.66 m2。
表1 試驗各處理因子與水平設(shè)計
供試小麥品種為銅麥6號,2020年9月25日播種,播種量300 kg/hm2,人工按行定量條播,行距為20 cm。試驗地塊前茬為小麥,播種時施用磷酸二銨375 kg/hm2,返青期施用農(nóng)家肥(羊糞)60 t/hm2。 灌水采用管道灌溉,水表計量。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日灌拔節(jié)水、5月12日灌揚(yáng)花水、6月1日灌灌漿水。其他農(nóng)事活動各處理完全一致。2021年6月23日收割,收獲時小區(qū)單收單打。
氣象數(shù)據(jù)采用本所灌溉試驗站自動氣象觀測站觀測的數(shù)據(jù)。土壤水分測定采用取土烘干法測定,土層深度為60 cm。含水量每旬測定1次,即每月的1日、10日、20日測定,逢生育期和灌水前加測??瞄g蒸發(fā)量采用小型蒸滲儀測定,與測定土壤水分同步進(jìn)行。
生長期進(jìn)行了群體密度、穗長、株高調(diào)查。室內(nèi)考種項目主要有株數(shù)、株高、穗長、穗數(shù)、小穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重、區(qū)產(chǎn)、干物質(zhì)重等。
數(shù)據(jù)采用Excel 2007進(jìn)行分析計算和制表。
將各處理小區(qū)產(chǎn)量折算成單位面積產(chǎn)量,按照正交試驗結(jié)果分析方法進(jìn)行直觀分析(表2)。由極差R值大小可知,各因子對產(chǎn)量的影響表現(xiàn)為揚(yáng)花水(D)>返青水(B)>拔節(jié)水(C)>灌漿水(E)>越冬水(A),最佳的處理組合是A1B1C1D1E2。但是,根據(jù)實際試驗結(jié)果,處理1產(chǎn)量最高,即A1B1C1D1E1是最好處理。即在試驗特定氣候條件下,冬小麥全生育期灌5次水,產(chǎn)量最高。灌溉模式:越冬期灌水量為土壤濕度90%,返青期灌水量為土壤濕度75%,拔節(jié)期灌水量為土壤濕度90%,揚(yáng)花期灌水量為土壤濕度75%,灌漿期灌水量為土壤濕度75%。變量分析的結(jié)果表明,處理間差異不顯著,各因子不同水平間差異也不顯著。
表2 不同處理冬小麥產(chǎn)量
利用試驗取得的土壤水分資料,根據(jù)水量平衡方程計算得到各處理不同生育階段需水量。從表3可以看出,在特定氣候條件下,冬小麥全生期需水量最大為465.92 mm,最小為330.65 mm,平均日耗水強(qiáng)度變化范圍為1.281~1.810 mm/d,隨著供水量的變化而變化,其關(guān)系為正比關(guān)系。
表3 不同處理冬小麥各生育階段需水量 單位:mm
以處理1為例,出苗—越冬需水量為47.22 mm,占全生育期需水量10.14%;越冬—返青需水量為80.06 mm,占全生育期需水量的17.18%;返青—拔節(jié)需水量為39.86 mm,占全生育期需水量的8.56%;拔節(jié)—抽穗需水量為113.69 mm,占全生育期需水量的24.40%;抽穗—灌漿需水量為87.87 mm,占全生育期需水量的18.86%;灌漿—成熟需水量為97.22 mm,占全生育期需水量的20.87%;從模系數(shù)來看,拔節(jié)—抽穗最大,其次為灌漿—成熟,返青—拔節(jié)模系數(shù)最小。
從表4可以看出,小麥產(chǎn)量最高的處理1,其10月需水量為14.44 mm、11月需水量為41.17 mm、越冬期需水量為17.74 mm,且2021年3月需水量為53.93 mm、4月需水量為 106.49 mm、5月需水量為134.93 mm、6月需水量為97.22 mm、全生育期需水量為465.92 mm。
表4 不同處理冬小麥各月需水量 單位:mm
對冬小麥生長期棵間蒸發(fā)量按生育時段和各月分別進(jìn)行了統(tǒng)計分析。從表5可以看出,處理1冬小麥出苗—越冬棵間蒸發(fā)量為23.99 mm、越冬—返青棵間蒸發(fā)量為31.70 mm、返青—拔節(jié)棵間蒸發(fā)量為14.95mm、拔節(jié)—抽穗棵間蒸發(fā)量為11.66mm,抽穗—灌漿棵間蒸發(fā)量為14.74 mm,灌漿—成熟棵間蒸發(fā)量為24.43 mm,全生育期棵間蒸發(fā)量為121.47 mm,占全生育期需水量的26.07%。從各月棵間蒸發(fā)量來看(表6),處理1的棵間蒸發(fā)量10月為17.33 mm、11月為7.29 mm、越冬期為25.22 mm、翌年3月為5.85 mm、4月為 21.00 mm、5月為 20.35 mm、6月為24.43 mm,全生育期為121.47 mm。
表5 不同處理冬小麥棵間蒸發(fā)量 單位:mm
表6 不同處理冬小麥各月棵間蒸發(fā)量 單位:mm
作物的需水量由棵間蒸發(fā)量、葉面蒸騰量兩部分組成,可以根據(jù)作物需水量、棵間蒸發(fā)量計算求得作物葉面蒸騰量。從表7可以看出,處理1冬小麥出苗—越冬葉面蒸騰量為23.23mm、越冬—返青葉面蒸騰量為48.36mm、返青—拔節(jié)葉面蒸騰量為24.91mm、拔節(jié)—抽穗葉面蒸騰量為102.03 mm,抽穗—灌漿葉面蒸騰量為73.12 mm,灌漿—成熟葉面蒸騰量為72.80 mm,全生育期葉面蒸騰量為344.45 mm,占需水量的73.93%。
表7 不同處理冬小麥各生育時段葉面蒸騰量 單位:mm
從表8可以看出,處理1各月葉面蒸騰量10月為-2.89 mm、11月為33.88 mm、越冬期為-7.48 mm、翌年 3月為 48.08 mm、4月為 85.49 mm、5月為114.59 mm、6月為 72.80 mm。
表8 不同處理冬小麥各月葉面蒸發(fā)量 單位:mm
試驗結(jié)果表明,在2020—2021年度特定氣候條件下,冬小麥全生育期灌5次水,產(chǎn)量最高,即灌溉模式為越冬期灌水量為土壤濕度90%、返青期灌水量為土壤濕度75%、拔節(jié)期灌水量為土壤濕度90%、抽穗期灌水量為土壤濕度75%、灌漿期灌水量為土壤濕度75%,該處理模式下冬小麥需水量最高,全生育期需水量為465.92 mm,其中出苗—越冬需水量為47.22 mm,占全生育期需水量的10.14%;越冬—返青需水量為80.06 mm,占全生育期需水量的17.18%;返青—拔節(jié)需水量為39.86 mm,占全生育期需水量的8.56%;拔節(jié)—抽穗需水量為113.69 mm,占全生育期需水量的24.4%;抽穗—灌漿需水量為87.86mm,占全生育期需水量的18.86%;灌漿—成熟需水量為97.22 mm,占全生育期需水量的20.87%;冬小麥全生育期棵間蒸發(fā)量為121.47 mm,占需水量的26.07%;葉面蒸騰量為344.47 mm,占需水量的73.93%。
平?jīng)鍪兴帘3挚茖W(xué)研究所灌溉試驗站在20世紀(jì)80年代初至90年代初對冬小麥需水量進(jìn)行了試驗研究,獲得了冬小麥需水量試驗成果,但由于作物需水量受土壤水分、作物品種、氣象因素和農(nóng)業(yè)措施的影響且隨作物發(fā)育狀況的不同而有很大變化,加之受當(dāng)時測坑數(shù)量的限制,在設(shè)計試驗方案時,各生育時段適宜土壤濕度控制下限只有一個水平,不符合《灌溉試驗規(guī)范》(SL 13—2015)相關(guān)要求。隨著農(nóng)業(yè)科技的發(fā)展,灌溉技術(shù)和種植結(jié)構(gòu)不斷發(fā)生變化,過去的灌溉試驗成果已不能滿足當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要,特別是灌溉用水定額和灌溉水利用系數(shù)的確定,迫切需要通過作物需水量試驗來獲得。為此,平?jīng)鍪兴帘3挚茖W(xué)研究所灌溉試驗站開展了冬小麥需水量試驗,通過多年試驗研究,分析提出了平?jīng)鍪卸←溞杷?、需水?guī)律、參考作物騰發(fā)量及作物系數(shù),以期為平?jīng)鍪心酥岭]東地區(qū)水資源開發(fā)利用、流域規(guī)劃和灌溉制度制定、農(nóng)田用水管理提供基礎(chǔ)資料。