水分胁迫对冬小麦耗水量及产量的影响研究

杨丽霞，王仰仁

(1.山西省水利水电科学研究院，山西 太原 030002;2.天津农学院，天津，300384)

我国是一个水资源短缺、旱灾频繁的国家，人均水资源占有量只有2 500 m3，约为世界人均量的1/4，已经被联合国列为13个贫水国家之一。干旱是我国农业生产的最大威胁，农田灌溉用水尤其是北方地区的农田灌溉用水常因水资源匮乏而不能满足农作物的正常需水要求。研究作物的需水规律及其对产量的影响对于节水灌溉与灌溉预报具有重要的现实意义。

冬小麦是山西省临汾市重要的经济作物，是该地区的支柱产业之一。研究表明，小麦产量受土壤水分胁迫的影响，灌溉是小麦高产的重要保证。根据山西省科技攻关项目的要求，结合山西省临汾地区冬小麦种植情况，在山西省临汾市进行了本试验。通过试验，研究了不同灌溉处理对小麦各生育阶段0～160 cm土层含水率的动态变化和耗水特性的影响，研究灌水时间和灌水量及施肥量对土壤水分变化动态、对冬小麦蒸发蒸腾规律和产量的影响，探索适合当地条件下冬小麦实时灌溉预报方法。

1 试验概况

1.1 试验点基本情况

试验点位于临汾市尧都区刘村镇东宜村西，海拔高程449.00 m，该地所属气候为大陆性半干旱类型。多年平均气温为12.1℃，降雨量为486.7 mm左右，蒸发量(20 cm口径)为1 568 mm。耕作制度为冬小麦－夏玉米一年两作，施肥管理水平较高。引用龙子祠泉水和试验田水井灌溉，灌溉条件优越，中壤土，肥力中等，0～100 cm土壤平均干容重1.42 g/cm3，田间持水率 25.7% 。

1.2 处理设计

根据冬小麦生长发育规律，把冬小麦整个生育期划分为播种～越冬、越冬～返青、返青～拔节、拔节 ～抽穗、抽穗～灌浆、灌浆～收获六个生育阶段。田间试验根据灌水次数与施肥水平设置处理，实施过程中每次灌水定额采用固定值，取灌水定额为750 m3/hm2。可供灌水次数为不灌水、灌水1次、灌水2次与灌水3次，施肥水平分为当地施肥水平、高于与低于当地施肥水平50%，施肥量分别为750 kg/hm2、1 125 kg/hm2与375 kg/hm2。处理1、处理2和处理3，灌水均为1次，灌水量均为75 mm，当地施肥水平，仅灌水时间不同;处理4、处理5、处理6、处理9与处理10，灌水均为2次，灌水量均为150 mm，施肥水平不同;处理7灌水3次，灌水量为225 mm，当地施肥水平;处理8为对照处理，全生育期不灌水、不施肥。处理数共计10个。田间处理设计及实施结果见表1。每个处理重复3次，共有30个小区。设置每个小区长20 m，宽3.3 m。试验田周围设有5 m的保护区。

表1 田间处理设计及灌水实施结果表

1.3 测试内容与方法

(1)灌水量观测及方法:按试验处理设计的灌水方案进行灌水，灌水量用水表观测计量。

(2)土壤含水量观测:采用取土烘干称重法测定，测定深度160 cm，共分8个测定段，在土层20～160 cm深度，每20 cm土层取一样，最后用加权平均法分别计算0～100cm、100～160 cm土体的含水量。观测时间为15天一次，在灌水前后和降雨后(＞30 mm)加测。

(3)土壤养分测定:硝态氮 N、P、K含量，有机质、全氮、全磷和全钾，采用室内常规测试方法。

(4)气象条件:观测与试验同期的气象要素有:最高温度、最低温度、湿度、水面蒸发量(20 cm蒸发皿)和降雨量5项，其他气象要素如日照、风速等采用市气象站逐日值。

(5)考种测产:作物收获测定亩穗数、穗长、穗粒数、千粒重等性状，并单打单收测定实际产量。

(6)其余观测项目按照灌溉试验规范要求测试。如病虫害治理方法、农药名称、肥料名称等。

2 结果与分析

2.1 作物耗水量计算

作物全生育期耗水量是指作物通过蒸发和蒸腾从土壤中损失的水分，即通过蒸散损失的水分。作物耗水量计算公式为:

式中:ET为阶段耗水量，mm;i为土层编号;n为总土层数;Yi为第 i层土壤干容重，g/cm3;Hi为第 i层土壤厚度，mm;θi1和为第i层土壤时段初和时段末的含水率;M为时段内的灌水量，mm;P为时段内的降雨量，mm;K为时段内的地下水补给量，mm。试验区的地下水位常年在地表5m以下，因此K值忽略不计。

表2 不同处理各生育期不同深度范围内平均含水率

2.2 不同灌水模式冬小麦耗水情况

试验灌水水源为水井，水井深度约30 m，采用管道输水灌溉，试验期间灌水量和灌水次数、施肥量及施肥次数均严格按照试验方案进行。测得冬小麦不同处理各土层的土壤含水率、养分、干物质等资料，表2给出了不同处理各生育期0～100 cm、100～160 cm土层土壤含水量，按照公式(1)计算不同处理全生育期的土壤供水量及耗水量，表3给出了不同处理模式对耗水量及产量影响表。

由表3可见，在同样的灌水施肥条件下，耗水量差异不大，处理2灌拔节水较处理1、3灌冬浇水与灌浆水可增产达14.4%;处理4较处理5、处理6耗水量增大，产量增高在10.7～17.5之间，说明这种灌2水模式(也即冬浇水与拔节水)较其它的灌水模式更适合于当地灌水的情况;处理4、处理9与处理10，灌水模式相同，只是施肥水平不同，耗水量与产量变化不明显，增产1.3～3.5%。处理7产量与耗水量均有明显的增高。试验表明，在同样的灌水条件下，施肥量对耗水量与产量影响不大，灌水量是冬小麦高产的关键因素。

2.3 不同灌水模式的水分利用率情况

冬小麦收获后分别测定每个小区产量、理论产量、千粒重、穗粒数、每公顷穗数。分别于越冬、拔节、灌浆期用水表测定各处理的灌水量。

表3 不同灌水模式对耗水量及产量影响表

水分利用效率(WUE)是用来描述作物生长量与水分利用状况之间关系的指标。本研究用籽粒产量(Y)与作物生育期总耗水量(ET)的比值表示水分利用效率，

见式(2)。

用这一公式可以评价不同灌水水平的水分有效利用程度的影响。水分利用效率计算结果见图1。

图1 不同处理冬小麦水分利用率图

结果表明，同样施肥情况下，处理4水分利用效率较高，高于灌1水的处理1、2、3，高于灌3水的处理7。增加灌水量，其水分利用效率先增加后降低。同样灌水条件下，处理4与处理9、处理10水分利用效率相差不大，说明当地施肥水平较为合理，过高或过低与当地施肥水平对水分利用效率影响不大，产量还降低。

同时增加灌水量和施肥量的条件下，其水分利用效率先增加后降低。处理8的水分利用效率为0.92 kg/m3，处理1、2与3的水分利用效率为1.08 kg/m3，处理4、5、6的水分利用效率为1.14 kg/m3，处理7的水分利用效率为1.10，处理4比处理8的水分利用效率增加了0.26 kg/m3，而处理7比处理4的水分利用效率降低了0.08 kg/m3。其原因是在灌水量与施肥量较小时，增加施肥量和灌水量，有明显增产，可提高水分利用效率;在灌水量较大时，再增加灌水量，增产幅度不大，因而水分利用效率明显降低。从图1也明显看出，处理4水分利用效率最高。

3 结论与展望

(1)本研究中各处理设计灌水次数与时间与当地灌水习惯吻合，冬小麦的产量和理论产量基本吻合，表明灌溉预报具有较大的增产潜力。

(2)本试验结果表明，当地灌水施肥水平的处理，其水分的利用效率最高，产量也较高。即灌水2次，灌水时间为越冬水、拔节水，灌水定额为50 mm;施肥750 kg/hm2，其中，底肥为复合肥600 kg/hm2，追肥为尿素150 kg/hm2(随拔节水追肥)，该处理可以作为冬小麦适宜的灌溉施肥处理模式，其灌水施肥方案对类似地区具有一定指导意义。

(3)在降水量为146.4 mm的条件下，全生育期灌水3次，灌水定额75 mm，灌溉定额225 mm，可实现高产高效的目的。

(4)冬小麦在当地气候、土壤及栽培模式下，一般年份，随着灌水量的增加，冬小麦的耗水量在增加，相应地产量也在增加，灌3水模式全生育期的耗水量与产量最大。施肥量增大或减少对冬小麦的产量与耗水量影响不大。

(5)本试验最高灌水量为225 mm。全生育期的耗水量在277～515 mm之间。不同灌水模式每次灌水时间的确定还需要进一步研究确定，以达到准确预报的效果，更有利于水分利用效率的提高。对干旱少雨年份，对于提高灌水量，产量是否能够进一步提高还需要做进一步研究。

［1］王仰仁，孙小平.山西农业节水理论与作物高效用水模式［M］.北京:中国科学技术出版社，2003.

［2］韩娜娜，王仰仁，孙书洪等.灌水量对冬小麦耗水量与产量影响的试验研究［J］.节水灌溉，2010，(4):4－7.

［3］段爱旺，孙景生，刘钰等，北方地区主要农作物灌溉用水定额［M］.北京:中国农业科学技术出版社，2004.52－80