测墒补灌对小麦水分利用特性和籽粒产量的影响

吴复学，孙慧敏，李海彦，吴长路，刘树念，苏晓舟，于振文，石玉

(1.鄄城县农业技术推广站，山东 鄄城 274600；2.山东农业大学农学院，山东 泰安 271018)

测墒补灌对小麦水分利用特性和籽粒产量的影响

吴复学1，孙慧敏1，李海彦1，吴长路1，刘树念1，苏晓舟1，于振文2，石玉2

(1.鄄城县农业技术推广站，山东 鄄城 274600；2.山东农业大学农学院，山东 泰安 271018)

于2014—2015、2015—2016年两个小麦生长季，以丰川6号和丰川9号为试验材料，在大田设置5个处理，即全生育期不灌水(W0)、当地传统灌溉(Wck)、拔节期和开花期均补灌至0～40 cm土层土壤相对含水量分别为70%(W70)、75%(W75)、80%(W80)，研究不同测墒补灌处理对小麦水分利用特性和籽粒产量的影响。结果表明：W75处理较Wck灌水量少，土壤贮水消耗量及其占总耗水量的比例高；W75处理对20～160 cm土层土壤水分的消耗量显著高于Wck，促进小麦对深层土壤水分的利用。综合两年结果， W75处理籽粒产量、水分利用效率和灌溉水生产效率高，是本试验条件下高产节水的最优处理。

小麦；测墒补灌；土壤贮水消耗量；籽粒产量

黄淮海地区是我国小麦主产区，该区小麦产量占全国总产的60%以上[1]，而该区人均水资源为519 m3，仅占全国的1/5[2]；同时小麦生育期降水少，不能满足其生长发育需要。水资源短缺和分配不均已成为限制该区小麦高产的主要因素，因此如何合理灌溉、提高水分利用率是该区小麦生产亟待解决的问题[3]。有研究表明，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[4]；在底墒充足条件下，拔节期和开花期分别灌水50 mm，可实现小麦高产和水分高效利用[5]；拔节期和开花期目标土壤相对含水量为70%时进行不同土层测墒补灌，可以获得高产和高水分利用效率[6]。但前人的研究多采用定量灌溉方式，而小麦生长季不同年度间降水量、降水时期和土壤贮水量均存在差异，因此灌水量也应不同。本试验以鄄城当地传统灌溉方式为对照，于拔节期和开花期实施0～40 cm土层不同土壤相对含水量的测墒补灌处理，研究小麦水分利用特性和产量对其的响应，以期为小麦高产节水栽培提供依据。

1 材料与方法

1.1试验地概况与管理

试验于2014—2016连续两年度在山东省鄄城县大埝镇连庄村大田进行。2014—2015年度供试品种为丰川6号，2015—2016年度供试品种为丰川9号。试验田为壤土。2014—2015年度播种前0～20 cm土层含有机质18.6 g·kg-1、全氮1.3 g·kg-1、碱解氮119.0 mg·kg-1、速效磷33.6 mg·kg-1、速效钾156.0 mg·kg-1。0～40 cm土层田间持水量为28.67%，容重为1.33 g·cm-3。小麦生长期间各生育阶段降水量见表1。分别于2014 年10月7日和2015年10月11日播种。每公顷施45%复合肥600 kg、16%过磷酸钙750 kg、生物菌肥150 kg、有机肥1 800 kg。拔节期每公顷追施45%复合肥300 kg。其它管理措施与高产田相同。2015年6月8日和2016年6月12日收获。

表1 小麦各生育阶段降水量 (mm)

1.2试验设计

试验设置5个处理：全生育期不灌水(W0)；传统灌溉(Wck)；拔节期和开花期0～40 cm土层测墒补灌至土壤相对含水量分别为70%(W70)、75%(W75)、80%(W80)。测墒补灌处理于拔节期和开花期灌水前测定0～40 cm土壤含水量，利用下式计算达到目标含水量需要的补灌水量：

m=10ρbH (βi-βj) 。

式中，H为该时段土壤计划湿润层的深度(cm)，本试验计划湿润深度为40 cm；ρb为计划湿润层内土壤容重(g·cm-3)，βi为设计含水量(田间持水量乘以设计相对含水量)，βj为自然含水量，即灌溉前土壤含水量。用水表计量实际灌水量。

小区面积为10.0 m×3.1 m，随机区组排列，重复3次。基本苗390万·hm-2，行距26 cm。小区间留1 m宽隔离沟，3个重复之间留2 m隔离区，播种相同的小麦品种。

1.3测定项目与方法

1.3.1 土壤含水量测定 土壤含水量采用烘干法[7]测定，田间持水量用环刀法[8]测定。

1.3.2 土壤贮水消耗量计算 土壤贮水消耗量计算公式为：

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 农田耗水量计算 用农田水分平衡法[9]计算，公式为：ET1-2=ΔS +M+P0+K ，式中：ET1-2为阶段耗水量(mm)，ΔS为小麦生育期间土壤贮水变化量(mm)，M为灌水量，P0为有效降水量(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5 m以下，因此无地下水补给。

1.3.4 水分利用效率和灌溉水生产效率的计算 水分利用效率(kg·hm-2·mm-1)=籽粒产量/农田耗水量；灌溉水生产效率(kg·hm-2·mm-1)=籽粒产量/灌水量。

1.4数据处理

采用Microsoft Excel 2003计算数据和做图，并应用SPSS 19.0进行显著性检验(LSD法)。

2 结果与分析

2.1不同处理对小麦耗水来源及其占总耗水量比例的影响

由表2可知，2014—2015年度，传统灌溉处理Wck的总耗水量显著高于测墒补灌处理，测墒补灌处理间无显著差异，不灌水处理最低；灌溉水表现为Wck﹥W80﹥W75﹥W70，处理间差异显著，占总耗水量的比例为Wck﹥W80﹥W75、W70；降水占总耗水量的比例为W0最高，W70、W75和W80处理间无显著差异，显著高于Wck；土壤贮水消耗量表现为W0﹥W70﹥W75﹥W80﹥Wck，处理间差异显著，占总耗水量的比例为W0﹥W70、W75﹥W80﹥Wck，处理W70和W75之间无显著差异。2015—2016年度亦表现相同趋势，表明当地传统灌溉处理灌水量大，导致总耗水量大，但土壤贮水消耗量显著降低，不利于节水；测墒补灌处理(W70和W75)依据土壤墒情和小麦生长发育对水分的需求，进行补充灌溉，节约用水，促进对土壤水分的利用，达到节水的目的。

表2 不同处理的总耗水量、耗水来源及其占总耗水量的比例

注：同一生长季同列不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)，下同。

2.2不同处理对0～200 cm各土层土壤贮水消耗量的影响

由图1可以看出，2014—2015年度，0～20 cm土层各处理土壤贮水消耗无显著差异，20～160 cm土层土壤贮水消耗量为W0显著高于其它处理，测墒补灌处理显著高于Wck处理，160～200 cm土层各处理间无显著差异，表明测墒补灌处理有利于小麦对20～160 cm土层土壤水分的吸收利用。

图1 不同处理对0～200 cm 土层土壤贮水消耗量的影响(2014—2015)

2.3不同处理对籽粒产量、水分利用效率和灌溉水生产效率的影响

由表3知，2014—2015年度籽粒产量为W75>W80、Wck、W70>W0；水分利用效率为W0、W75>W80、W70>Wck；灌溉水生产效率表现为W70、W75>W80>Wck。2015—2016年度各处理籽粒产量为W75>W80、Wck>W70>W0；水分利用效率为W0与W75无显著差异，显著高于其它处理，Wck最低；灌溉水生产效率为W70、W75>W80>Wck。连续两年度的试验结果表明，W0处理水分利用效率较高，但产量最低；随着目标含水量的增加，灌溉量增加，籽粒产量、水分利用效率和灌溉水生产效率呈先增加后降低趋势。综合考虑两年的小麦籽粒产量、水分利用效率和灌溉水生产效率， 认为W75处理是本试验条件下节水高产的最优处理。

表3 不同处理的籽粒产量和水分利用效率、灌溉水生产效率

3 讨论与结论

前人研究表明，随着灌水量的增加，麦田总耗水量亦增加，但土壤贮水消耗占总耗水量的比例降低[10]。小麦生育期灌2水，每次灌60 mm处理的0～200 cm土层土壤贮水消耗量比灌5水的处理高77.9 mm[11]。拔节期灌溉75 mm处理的土壤贮水消耗量较起身、孕穗和灌浆期各灌溉75 mm的处理高 79.1 mm[12]。拔节期和开花期0～40 cm土层补灌至目标土壤相对含水量均为70%的灌水量比在拔节期和开花期均灌水60 mm(对照)低12.96 mm和43.41 mm，土壤贮水消耗量较对照高10.49 mm和14.99 mm[7]。本试验条件下，两年度W75灌水量比Wck分别少88.1 mm和97.4 mm，土壤贮水消耗量比传统灌溉Wck多39.0 mm和55.9 mm，而且W75处理20～160 cm土层土壤贮水消耗量显著高于Wck处理，表明W75处理有利于小麦对20～160 cm土层土壤水分的利用，达到节约灌溉水、充分利用深层土壤贮水的效果。

拔节期灌溉70 mm促进花后土壤水分的利用，较底墒灌溉70 mm处理增产21.6%，其水分利用效率为54 kg·hm-2·mm-1[13]。小麦全生育期灌水量由202.5 mm增至270.0 mm，总耗水量由462.9 mm增至513.2 mm，水分利用效率则由17.0 kg·hm-2·mm-1降至15.5 kg·hm-2·mm-1[14]。拔节期和开花期目标相对含水量均为70%的灌水量，比拔节期和开花期均灌水60 mm的处理产量分别增加455.82 kg·hm-2和502.2 kg·hm-2，水分利用效率分别提高0.97 kg·hm-2·mm-1和2.45 kg·hm-2·mm-1，灌溉水生产效率分别提高12.27 kg·hm-2·mm-1和46.75 kg·hm-2·mm-1[7]。本试验结果表明，两年度W75的灌水量显著低于Wck，土壤水消耗显著高于Wck，小麦产量和水分利用效率分别比Wck处理平均提高5.04%和18.65%。表明小麦拔节和开花期目标土壤相对含水量为75%的W75处理，依据0～40 cm土层土壤含水量测墒补灌能在保证产量的前提下进一步减少灌水量，增加土壤贮水的消耗，提高水分利用效率，是本试验条件下的最佳节水灌溉处理。

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EffectsofSupplementalIrrigationBasedonMeasuringSoilMoistureonWaterUseCharacteristicsandGrainYieldofWheat

Wu Fuxue1，Sun Huimin1，Li Haiyan1，Wu Changlu1，Liu Shunian1， Su Xiaozhou1，Yu Zhenwen2，Shi Yu2

(1.JuanchengCountyAgriculturalTechnologyExtendingStation，Juancheng274600，China; 2.CollegeofAgronomy，ShandongAgriculturalUniversity,Taian271018，China)

In the wheat growing seasons of 2014—2015 and 2015—2016，taking wheat cultivars Fengchuan 6 and Fengchuan 9 as materials, 5 irrigation treatments were designed in field，including no irrigation during the whole growth stage(W0)， local traditional irrigation(Wck)，supplemental irrigation to make the moisture content of 0～40-cm soil reach 70%(W70)，75%(W75)，80%(W80) at jointing and anthesis stages，respectively. The effects of different soil moisture treatments on water use characteristics and grain yield of wheat were studied. The results showed that compared with Wck，W75showed lower irrigation amount, higher soil water consumption and higher proportion in the total water consumption. The soil water consumption amount of 20～160-cm soil layer of W75was significantly higher than that of Wck，which showed that W75promoted the deep soil water absorption of wheat. According to the two-year experiments，W75had higher grain yield，water use efficiency and irrigation water production efficiency，thus it was the best treatment with high yield and water conservation under the experimental conditions.

Wheat; Supplemental irrigation based on measuring soil moisture; Soil water consumption; Grain yield

S512.107

A

1001-4942(2017)10-0023-04

10.14083/j.issn.1001-4942.2017.10.005

2017-05-05

农业部现代小麦产业技术体系项目(CARS-3-1-19)；山东省科技发展计划项目(2014GNC111017)

吴复学(1968—)，男，山东鄄城人，高级农艺师，长期从事农业技术推广工作。

石玉(1979—)，女，博士，副教授，主要从事小麦高产高效栽培理论与技术研究。E-mail：shiyu@sdau.edu.cn