不同土层测墒补灌对小麦耗水特性和产量的影响

郭增江+于振文

摘要：大田条件下，设置5个试验处理，即：小麦拔节期和开花期各灌溉60 mm （W1）；拔节期和开花期测定0～20 cm（W2）、0～40 cm（W3）和0～60 cm （W4）土层土壤含水量，并补灌至土壤相对含水量为70%；全生育期不灌溉（W0）；以此研究不同土层测墒补灌对小麦耗水特性和产量的影响。结果表明：土壤贮水消耗量为W3>W1>W2、W4>W0，60～140 cm土层贮水消耗量W3处理最高；W3的籽粒产量最高，其水分利用效率高于W0和W4处理。这表明依据0～40 cm土层含水量测墒补灌拔节期和开花期目标相对含水量为70%的W3处理达到节水高产的效果。

关键词：小麦；测墒补灌；土壤贮水消耗量；籽粒产量

中图分类号：S512.1+1文献标识号：A文章编号：1001-4942（2014）09-0034-05

黄淮海地区水资源总量仅为1 500.2×108 m3[1]，水资源短缺成为限制该地区小麦生产的关键因素。在小麦越冬期和拔节期各灌水75 mm条件下，籽粒产量较越冬期灌溉75 mm的处理高2 068.7 kg·hm-2[2]。研究指出，小麦拔节期和抽穗期分别灌溉60 mm较拔节、抽穗和灌浆期各灌溉40 mm处理的籽粒产量高269.0 g·m-2[3]。亦有研究指出，拔节期和开花期是小麦关键需水时期，各灌溉60 mm其水分利用效率与拔节、开花和灌浆期各灌溉40 mm的处理相比高0.16 kg·m-3[4]。前人研究多采用定量灌溉方法，本试验设计依据不同土层土壤含水量进行测墒补灌，研究其对小麦耗水特性和产量的影响，并与常规定量灌溉方法相比较，旨在为创建小麦高产节水栽培技术提供理论依据。

1材料与方法

1.1试验地概况

2011-2012、2012-2013年度在山东兖州小孟镇史王村大田（35°40′N，116°41′E）进行小麦田间试验。土壤质地为壤土。2011-2012年度播种前试验田0～20 cm土层有机质含量为1.4%、全氮0.1%、碱解氮142.3 mg·kg-1、速效磷31.0 mg·kg-1和速效钾112.6 mg·kg-1。小麦生育期间降水量为183 mm。2012-2013年度播种前试验田0～20 cm土层有机质含量为1.4%、全氮0.1%、碱解氮143.6 mg·kg-1、速效磷34.5 mg·kg-1和速效钾118.5 mg·kg-1。小麦生育期间降水量为238 mm。试验田0～60 cm土层的田间持水量和容重见表1。

1.2试验设计

试验设置5个处理，即：分别于小麦拔节期和开花期灌溉60 mm （W1）；测定0～20 cm（W2）、0～40 cm（W3）、0～60 cm（W4）土层土壤含水量，并补充灌溉至土壤相对含水量为70%；全生育期不灌溉（W0）。于拔节期和开花期灌水前测墒计算补充灌水量，灌水3天后取土测定实际土壤含水量。灌水量计算公式为：

M=10γH（βi-βj）[5]

式中：M为灌水量（mm），H为土壤计划湿润层的深度（cm），γ为计划湿润层的土壤容重（g·cm-3），βi为目标含水量（田间持水量乘以目标相对含水量），βj为灌溉前土壤含水量。用水表计量实际灌水量。

供试小麦品种为济麦22。小区面积4 m×4 m=16 m2，随机区组排列，重复3次，小区之间留1.5 m宽隔离区，并播种小麦。播种前每公顷底施纯氮105 kg、P2O5和K2O各150 kg，拔节期每公顷开沟追施纯氮135 kg；肥料种类为尿素、磷酸二铵和氯化钾。分别于2011年10月12日和2012年10月9日播种，2012年6月12日和2013年6月14日收获。三叶期定苗，留苗密度为180株·m-2。其它管理措施同一般高产田。

2011-2012、2012-2013年度，测得土壤相对含水量与目标相对含水量的平均相对偏差分别为1.7%和2.4% （表1），表明本试验中采取测墒补灌方法能够达到预期设计的目标相对含水量。

1.3测定项目与方法

1.3.1土壤含水量的测定用土钻取0～200 cm土层的鲜土，每20 cm为一层，将土样立即装入铝盒，称重，105℃烘干至恒重，计算土壤质量含水量和土壤相对含水量。

土壤质量含水量（%）=（土壤鲜土质量-土壤干土质量）/土壤干土质量×100

土壤相对含水量（%）=土壤质量含水量/田间持水量×100

1.3.2土壤贮水消耗量的计算采用测定土壤含水量计算土壤贮水消耗量的方法[6]，公式为：

ΔS=∑ni=1γiHi（θi1-θi2）

式中：ΔS为土壤贮水消耗量（mm）；i为土层编号；n为总土层数；γi为第i层土壤容重（g·cm-3）；Hi为第i层土壤厚度（cm）；θi1和θi2分别为第i层土壤时段初和时段末的含水量，以占干土重的百分数计（%）。

1.3.3农田耗水量的计算根据水分平衡法计算小麦全生育期耗水量[6]，公式为：

式中：ET为农田耗水量（mm）；ΔS为小麦生育期土壤贮水消耗量（mm）；M为灌水量（mm）；P为降水量（mm）；K为时段内的地下水补给量（mm），当地下水埋深大于2.5 m时，K值可以不计。本试验的地下水埋深在6 m以下[7]，因此无地下水补给。

1.3.4水分利用效率和灌溉效益的计算根据参考文献[8，9]的方法计算：水分利用效率=籽粒产量/全生育期耗水量；灌溉效益=灌溉后增加的产量/灌水量。

1.4数据处理

采用Sigma Plot 10.0软件作图，DPS 7.05 统计分析软件进行差异显著性检验。

2结果与分析

2.1不同处理对麦田耗水来源及其占总耗水量比例的影响

由表2可知，2011-2012生长季，W1的灌溉量最高，土壤贮水消耗量为W3>W1>W2、W4，总耗水量为W1>W3、W4>W2>W0，土壤贮水消耗量占总耗水量的比例为W0、W2、W3>W1、W4。W3的灌水量显著低于W1处理，灌水量少57.7 mm，土壤贮水消耗量显著高于W1处理，表明依据0～40 cm土层土壤含水量测墒补灌有利于提高土壤贮水消耗量，节省灌溉量，优于定量灌溉60 mm的处理。2012-2013生长季，灌溉量为W4>W1、W3>W2，土壤贮水消耗量为W0、W3>W1>W2>W4，W3的总耗水量最高，土壤贮水消耗量占总耗水量的比例为W0>W1、W2、W3>W4，降水量和土壤贮水消耗量占总耗水量的比例W1与W3间无显著差异。

2.2不同处理对成熟期土壤相对含水量的影响

由图1可知，2011-2012生长季，成熟期土壤相对含水量0～20 cm土层各处理间无显著差异，60～140 cm土层为W4>W0、W1、W2>W3，该土层平均土壤相对含水量W1、W2、W3和W4分别为62.0%、61.1%、54.8%和70.8%，W3较W1处理低7.2%。表明依据0～40 cm土层土壤含水量测墒补灌对土壤贮水的消耗较定量灌溉60 mm处理高。2012-2013生长季，0～40 cm土层土壤相对含水量各处理间无显著差异，60～160 cm土层为W0、W2、W4>W1、W3。成熟期土壤相对含水量W1与W3间无显著差异，均低于W2和W4处理。

2.3不同处理对0～200 cm土层土壤贮水消耗量的影响

由图2可知，2011-2012生长季，土壤贮水消耗量60～140 cm土层为W3>W0、W1、W2>W4，160～200 cm土层为W2、W3、W4>W0、W1，表明依据0～40 cm土层土壤含水量测墒补灌对土壤贮水的消耗高于定量灌溉60 mm的处理，促进了小麦对土壤水的利用，有利于腾出土壤贮水容积，提高降水接纳量。2012-2013生长季，土壤贮水消耗量0～40 cm土层各处理间无显著差异，60～140 cm土层为W1、W3>W0、W2>W4。

2.4不同处理对籽粒产量和水分利用效率的影响

由表3可知，2011-2012生长季，籽粒产量为W3>W1、W4>W2>W0，水分利用效率和灌溉效益为W3>W2>W4>W1；W3比W1处理显著增产，水分利用效率和灌溉效益最高。表明依据0～40 cm土层测墒补灌较定量灌溉60 mm处理有利于提高籽粒产量和水分利用效率。2012-2013生长季，籽粒产量为W3>W1>W4>W2>W0，水分利用效率为W1、W2、W3>W4>W0，灌溉效益为W2、W3>W1>W4，W3的灌溉效益显著高于W1处理。

3讨论与结论

前人研究表明，小麦越冬期和拔节期各灌溉60 mm，其0～200 cm土层土壤贮水消耗量比越冬、返青、拔节、开花和灌浆期灌溉5水的处理高77.9 mm[10]。生育期灌溉量由247.9 mm增至404.8 mm，土壤贮水消耗量从82.9 mm降至42.2 mm[11]。亦有研究指出，拔节期灌溉75 mm其土壤贮水耗水量较起身、孕穗和灌浆期各灌溉75 mm的处理高79.1 mm[12]。在耗水构成中，小麦生育期不灌溉、拔节期灌溉1水和拔节与开花期灌溉2水，每次灌溉75 mm，其土壤贮水消耗量占总耗水量的比例分别为66.7%、49.2%和37.8%[13]。本试验条件下，W3的灌水量显著低于W1处理，60～140 cm土层土壤贮水消耗量最高。表明依据0～40 cm土层土壤含水量测墒补灌，有利于腾出土壤贮水容积，提高降水接纳量，节省灌溉量，优于定量灌溉60 mm的处理。

陕西关中灌区，小麦越冬期和拔节期各灌溉75 mm，其开花后干物质同化量比越冬期灌溉75 mm的处理高19.8%，并获得最高籽粒产量，为9 210.9 kg·hm-2 [2]。河北山前冲积平原地区，拔节期灌溉70 mm促进了花后土壤水的利用，较底墒灌溉70 mm的处理增产21.6%，其水分利用效率为18.0 kg·hm-2 ·mm-1[14]。亦有研究指出，华北平原地区小麦拔节期灌溉60 mm的水分利用效率比拔节和开花期各灌溉60 mm的处理高4.3 kg·hm-2·mm-1；灌溉量由320 mm增至510 mm，水分利用效率从20.0 kg·hm-2·mm-1降至12.0 kg·hm-2·mm-1，增加灌溉量水分利用效率降低[15]。本试验2011-2012年度，W3的籽粒产量、水分利用效率和灌溉效益显著高于W1处理；2012-2013年度，W3与W1处理的籽粒产量和水分利用效率无显著差异，灌溉效益显著高于W1处理。表明小麦拔节和开花期目标土壤相对含水量分别为70%，依据0～40 cm土层土壤含水量测墒补灌是获得高产和高水分利用效率的最优灌溉处理。

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