不同节水灌溉方式对小麦产量及水分利用效率的影响

张洁梅，武继承，杨永辉，潘晓莹，王 越，何 方(1. 河南省农业科学院植物营养与资源环境研究所，郑州 450002；2. 农业部作物高效用水科学观测实验站，河南 原阳 453514)

我国是世界上13个贫水国之一，淡水资源仅占世界总量的8%，人均水资源占有量不足世界水平的25%[1]，水资源短缺形势十分严峻。同时我国也是一个农业大国，农业灌溉用水占水资源总量的70%以上[2,3]，但是农业用水中却存在浪费严重问题，粮食作物水分利用效率约1.0～1.2 kg/(mm·hm2)，远低于发达国家2.3 kg/(mm·hm2)的水平[4]，农业灌溉水的利用率也仅为40%～45%[5]。因此，大力发展节水农业，推广节水灌溉，提高农业水资源利用效率尤为重要。

节水灌溉技术是比传统的灌溉技术明显节约用水和高效用水的灌水方法、措施和制度等的总称。目前，对节水灌溉技术的研究报道已有不少，研究表明，节水灌溉能够提高土层土壤水稳性团聚体的含量和大小，培肥土壤[6]，增强表层土壤保水效果，提高土壤含水量[7]，使作物根系集中于表层，更适合作物生长需要[8]；可以增加冬小麦叶面积指数，提高叶片光合作用的能力[9,10]，促进小麦干物质的积累、分配和转运[11]，提高小麦穗数、穗粒数、千粒重，进而增加小麦产量，提高水分利用效率[12-15]。但是前人主要是针对某一种或两种节灌技术的与传统灌溉的比较研究，而对多种节灌技术之间的进一步比较研究还比较少，因此，笔者开展了滴灌、微喷灌灌、喷灌以及小白龙四种节水灌溉方式下小麦灌溉的对比研究，分析了在不同节水灌溉方式下小麦耗水量，土壤储水量，以及小麦生长发育特征和节水性，以期为节水高效灌溉技术的实际应用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验在通许节水农业试验示范基地进行，海拔62 m。该地区属温暖带半干旱型气候，年降水量657.9 mm，其中68.8%集中在6-9月份，年际变化大，地表径流丰枯年份非常悬殊，常有旱涝灾害发生，旱灾多于涝灾。试验地土壤属于潮土类两合土种，肥力均匀，地势平坦，耕层有机质11.4 g/kg、全氮0.81 g/kg、碱解氮74.31 mg/kg、速效磷19.8 mg/kg、速效钾90.3 mg/kg。该区种植方式为小麦、玉米轮作。

1.2 试验设计

试验处理：①采用4 种灌溉技术即滴灌、微喷灌、喷灌、小白龙，分别用DG、WP、PG、XBL表示；②每种灌溉技术设置3个灌溉水平即灌水量45、90、135 mm，用1、2、3表示，分别于小麦拔节期和灌浆期分2次平均灌够所设的水量。共12个处理组合，重复3次。

1.3 试验材料

小麦品种：供试材料为黄淮平原区广泛种植的半冬性品种矮抗58。

1.4 数据处理

各样地各指标值均为3次重复的算术平均值。植株及土样分析所得的数据应用统计学及相关的数理统计软件(DPS)进行处理。

2 结果与分析

2.1 不同节水灌溉方式下小麦群体动态变化

由图1可知，不同处理下小麦群体数均成先升高再下降的趋势，拔节期群体数量达到最大。不同灌溉方式下小麦苗期群体数基本一致，越冬期时小麦群体数量表现出差异，微喷灌群体最高，滴灌次之，返青期后小麦群体数量均表现为滴灌>微喷灌>喷灌 >小白龙，拔节期和灌浆期同一灌水处理与小白龙灌溉方式相比，小麦群体数量除PG-3处理有所减少外，其他各相应处理均明显增加。滴灌、微喷灌和喷灌小麦群体数较小白龙灌溉方式，拔节期高12.8%～39.1%、4.1%～18.8%和9.2%～12.4%，灌浆期高4.5%～27.4%、2.1%～10.2%和3.8%～5.7%，说明滴灌的效果最好，微喷灌次之，且至灌浆期时滴灌、微喷灌和喷灌群体数在灌水90 mm时最高，小白龙的则是在135 mm时最高。

图1 不同节水灌溉方式对小麦群体动态的影响Fig.1 Effect of different irrigation technology on dynamics of wheat population

2.2 不同节水灌溉方式下小麦不同生育时期土壤储水量的变化

如图2显示，随着生育期的推进土壤储水量呈现降低趋势。其中越冬期至拔节期不同节水灌溉方式各处理下土壤储水量相对稳定；灌水后表现出差异，抽穗期时滴灌和微喷灌的储水量明显高于小白龙；灌浆期喷灌的储水量最高而微喷灌的最低；至成熟期时土壤储水量表现为滴灌>微喷灌>喷灌>小白龙，与小白龙灌溉相比，滴灌高29.5%～37.8%，微喷灌次之高27.3%～31.2%，喷灌高17.1%～20.6%。

从图2中还可以看出，相同节水灌溉方式不同灌水处理之间的土壤储水量差异不明显，且土壤储水量并没有随着灌水量的增加而增加。可见，滴灌、微喷灌和喷灌较小白龙灌溉方式有利于土壤储水量提高，滴灌和微喷灌更利于小麦籽粒的形成过程中水分的消耗。

图2 不同节水灌溉方式下小麦不同生育时期土壤储水量Fig.2 Water storage capacity under different irrigation technology during various growth stages of wheat

2.3 不同节水灌溉方式下小麦不同生育阶段耗水量的变化

不同节水灌溉方式下的小麦耗水量如图3所示。从图3中可知，在返青-拔节阶段，不同节水灌溉方式下小麦的耗水量最低；滴灌、喷灌和小白龙在拔节-抽穗阶段耗水量最高，微喷灌在抽穗-灌浆阶段耗水量最高。从小麦全生育期总耗水量看，不同节水灌溉方式滴灌的耗水量最少，较小白龙减少6.1%～15.7%，其次是微喷灌减少1.7%～11.0%，喷灌减少1.0%～1.4%，且灌水量90 mm以下时小麦总耗水量明显较少。因此，滴灌和微喷灌灌更有效地减少小麦全生育期的无效蒸发，但灌水量应适宜避免水资源浪费。

图3 不同节水灌溉方式下小麦耗水特征Fig.3 Characteristics of water consumption under different irrigation technology

2.4 不同节水灌溉方式对小麦生长特征、产量和水分利用效率的影响

不同节水灌溉方式对小麦生长发育、产量和水分利用效率的影响见表1。由表1可知，小麦株高、穗长、小穗数和穗粒数以滴灌处理下表现较好，其中穗长、小穗数和穗粒数(除滴灌条件下)均基本呈现随灌水量的增加而增加的趋势。不同节水灌溉方式各处理下小麦千粒重表现为微喷灌>滴灌>喷灌>小白龙，微喷灌、滴灌、喷灌较小白龙分别提高13.2%～19.7%、7.0%～14.7%和1.0%～3.4%，其中，微喷灌以灌水量90 mm时最高，滴灌、喷灌和小白龙以45 mm最高，在同一节水灌溉方式下小麦千粒重随灌水量增加有降低的趋势。

表1 不同节水灌溉方式对小麦成产因素及水分利用效率的影响Tab.1 Effect of different irrigation technology on main factors of yield and WUE of wheat

表1还可以看出，不同节水灌溉方式下小麦产量随灌水量的增加而增加，而水分利用效率则呈现降低的趋势，相同灌水量条件下小麦产量和水分利用效率均表现出滴灌>微喷灌>喷灌>小白龙，滴灌、微喷灌和喷灌与白龙灌溉方式相比，小麦产量分别增加14.1%～20.8%、6.6%～11.4%和1.5%～2.0%，水分利用效率提高了21.8%～28.5%、7.4%～12.9%和9.7%～10.4%，小麦产量在滴灌135 mm处理下最高，而水分利用效率以滴灌90 mm处理为最高。

3 结 语

拔节期和灌浆期是决定小麦群体数和籽粒充实度的两个关键时期，此时的水分补充及土壤的储水能力十分重要，有研究表明，为冬小麦生长提供水分的主要是0～130 cm土层[16]。但随灌水量的增加，小麦总耗水量显著增加，灌水利用效率显著降低[17]，减少了降水和土壤供水占总耗水量的比例，增加了灌溉水占总耗水量的比例[18,19]。笔者研究发现，灌水后不同处理的小麦各生育时期0～100 cm的土壤储水量和耗水量变化较大，而到收获时土壤储水量表现为滴灌>微喷灌>喷灌>小白龙，4种节灌方式下小麦总耗水量均随着灌水量增加而增加，且滴灌和微喷灌下耗水量较少。说明，滴灌和微喷灌节灌方式更有利于减少小麦全生育期的无效蒸发和耗水量。

已有研究表明，产量和灌水量呈抛物线的关系，即随着灌水量的增加，产量先增加后下降或保持稳定[20,21]，适度的水分胁迫可以提高小麦的水分利用效率[17,22]。本研究中，小麦产量随灌水量增加而增加，但当灌水量在90 mm以上时小麦产量增加缓慢基本趋于稳定，而水分利用效率随灌水量的增加而降低，水分利用效率在45 mm时最高。不同节水灌溉相同处理条件下，滴灌的节水性最好，微喷灌次之，产量和水分利用效率均表现为滴灌>微喷灌>喷灌>小白，产量在滴灌方式下灌水135 mm时最高，水分利用效率在滴灌方式下灌水45 mm时最高。

小麦穗数、穗粒数和千粒重在不同节水灌溉方式下有较明显的变化，在小白龙灌溉方式下均最差，群体数和穗粒数在滴灌下最佳，微喷灌方式下千粒重明显高于其他处理，滴灌次之。而杨具瑞等[23]研究表明不同节水灌溉技术间小麦穗数、穗粒数和千粒重变化不明显。这可能是因为研究地域的差异。此外喷灌条件下小麦株高最高。在滴灌条件下小麦穗长和小穗数均表现较佳，但随灌水量的增加会使小麦的千粒重有所降低，这与张志山等[24]的研究结果一致。

综上，灌水对土壤储水量的变化影响较小，小麦田间耗水量随灌水量的增加而增加，水分利用效率随灌水量的增加而降低；滴灌和微喷灌的节水增产效果优于喷灌和小白龙，而小白龙的节灌效果相对较差；同一灌溉方式下，以灌水45 mm的水分利用率最高，产量以灌溉135 mm最高。因此，在实际生产中应根据实际降雨情况适当调整灌溉水量，实现节本增效。

[1] 李庆朝. 节水灌溉与我国粮食生产[J]. 河北农业科学, 2010,14 (6):123 -124.

[2] 逄焕成. 我国节水灌溉技术现状与发展趋势分析[J]. 中国土壤与肥料, 2006,(5):1-6.

[3] 武继承, 杨稚娟, 何 方, 等. 试论河南省旱地节水农业发展的有效途径[J]. 河南农业科学, 2006,(1):5-8.

[4] 董宝娣, 张正斌, 刘孟雨. 小麦不同品种的水分利用特性及对灌溉制度的响应[J]. 农业工程学报, 2007,23(9):27-33.

[5] 黄修桥, 王景雷. 河南省节水潜力及实施半旱地农业可行性研究[J]. 中国工程科学， 2012,14(3):46-52.

[6] 袁德玲, 张玉龙, 唐首锋, 等. 不同灌溉方式对保护地土壤水稳性团聚体的影响[J]. 水土保持学报, 2009,23(3):125-128,134.

[7] 陈 静, 王迎春, 李 虎, 等. 滴灌施肥对免耕冬小麦水分利用及产量的影响[J]. 中国农业科学, 2014,47(10):1 966-1 975.

[8] 高 鹭, 胡春胜, 陈素英. 喷灌条件下冬小麦根系分布于土壤水分的关系[J]. 华南农业大学学报, 2006,27(1):5-8.

[9] Xue Q, Zhu Z, Musick J T. Root growth and water uptake in winter wheat under deficit irrigation[J]. Plant and Soil, 2003,257(1):151-161.

[10] 董志强, 张丽华, 吕丽华, 等. 不同灌溉方式对冬小麦光合速率及产量的影响[J]. 干旱地区农业研究, 2015,33(6):1-7.

[11] 姚素梅, 康跃虎, 吕国华, 等. 喷灌与地面灌溉条件下冬小麦籽粒灌浆过程特征分析[J]. 农业工程学报, 2011,27(7):13-17.

[12] 李建民, 周殿玺, 王 璞, 等. 冬小麦水肥高效利用栽培技术原理[M]. 北京: 中国农业大学出版社, 2000.

[13] 王 东, 徐学欣, 张洪波, 等. 微喷带灌溉对小麦灌浆期冠层温湿度变化和粒重的影响[J]. 作物学报, 2015,41(10):1 564-1 574.

[14] 杜文勇, 何雄奎, 胡振方, 等. 不同灌溉技术条件对冬小麦生产的影响[J]. 排灌机械工程学报, 2011,29(2):170-174.

[15] Dogan E, Kirnak H, Dogan Z. Effect of varying the distance of collectors below a sprinkler head and travel speed on measurements of mean water depth and uniformity for a linear move irrigation sprinkler system[J]. Biosystems Engineering, 2008,99(2):190-195.

[16] 李建民, 王 璞, 周殿玺, 等. 冬小麦灌溉制度对土壤贮水利用率的影响[J]. 生态农业研究, 1999,7(1):54-57.

[17] 郑成岩, 于振文, 马兴华, 等. 高产小麦耗水特性及干物质的积累与分配[J]. 作物学报, 2008,34(8):1 450-1 458.

[18] 王淑芬, 张喜英, 裴 冬. 不同供水条件对冬小麦根系分布、产量及水分利用效率的影响[J]. 农业工程学报, 2006,22(2):27-32.

[19] 闫学梅, 于振文, 张永丽, 等. 不同小麦品种耗水特性和籽粒产量的差异[J]. 应用生态学报, 2011,22(3):694-700.

[20] 张忠学, 于贵瑞. 不同灌水处理对冬小麦生长及水分利用效率的影响[J]. 灌溉排水学报, 2003,22(2):1-4.

[21] 位国峰, 刘义国, 姜 雯, 等. 不 同滴灌制度对冬小麦光合特性及水分利用效率的影响[J]. 华北农学报, 2013,28(5):149-156.

[22] Panda R K, Behera S K, Kashyap P S. Effective management of irrigation water for wheat under stressed conditions[J]. Agricultural Water Management, 2003,63(1):37-56.

[23] 杨具瑞, 方 铎, 贾 晔, 等. 不同节水灌溉技术的节水机理试验研究[J]. 中国农村水利水电, 2003,(6):66-68.

[24] 张志山, 李新荣, 蔺海明, 等. 集雨微灌对春小麦产量灌浆和水分利用效率的影响[J]. 兰州大学学报(自然科学版), 2003,39(6):85-89.