补充灌溉对土壤水分和胡麻籽粒产量的影响

燕 鹏，崔红艳，方子森，牛俊义，高玉红

（1.甘肃农业大学 农学院，兰州730070；2.甘肃省干旱生境作物学重点实验室，兰州730070）

补充灌溉对土壤水分和胡麻籽粒产量的影响

燕 鹏1，2，崔红艳1，2，方子森1，2，牛俊义1，2，高玉红1，2

（1.甘肃农业大学 农学院，兰州730070；2.甘肃省干旱生境作物学重点实验室，兰州730070）

为探讨不同灌水条件下胡麻田土壤水分动态特征和增产效果，以“陇亚杂1号”为材料，研究了不同灌溉处理对胡麻田土壤水分、籽粒产量和水分利用效率的影响。试验设置5个处理：不灌水（T0）、分茎水80 mm（T1）、分茎水60 mm+盛花水40 mm（T2）、分茎水80 mm+盛花水40 mm（T3）、分茎水60 mm+现蕾水40 mm+盛花水40 mm（T4）。结果表明：分茎期灌水而现蕾期不灌水有利于增加现蕾期80—140 cm土层含水量。在盛花期，T2处理120—140 cm土层含水量分别比T3，T4处理增加了11.40%和11.08%，这表明T2处理对此时期深层土壤水分的提高有明显的促进作用。胡麻成熟期表层土壤的含水量与盛花期相比有所下降，而100—200 cm土层的水分随灌水量的增加而明显增加，导致土壤中的无效水增多。随着灌水量增加，农田耗水量增加，而土壤贮水消耗量、降雨量和土壤贮水消耗量占农田总耗水量的比例均降低。可见，减少灌溉量可以提高胡麻对土壤贮水的吸收利用，降低了农田总耗水量，从而更有效地增加灌溉水分利用效率。与T0处理相比，T2处理的籽粒产量和产量水分利用效率分别显著增加36.50%和12.27%。因此，在本试验条件下，T2处理具有明显的增产节水效益。

胡麻；灌水；土壤水分；产量

胡麻（Linum usitatissimumLinn）又称油用亚麻，是世界上继大豆、向日葵、花生之后和芝麻并列的第四大油料作物[1]，具有较强的耐旱、耐寒和耐瘠薄能力，生育期短、适应性广[2]。我国胡麻种植面积近70万hm2[3]，是干旱半干旱地区的主要经济作物，主要分布于甘肃、河北、陕西、内蒙古、宁夏和新疆等省份，西藏、云南、贵州、广西和山东等地也有零星种植。胡麻油是我国工业用干性植物油和产区群众食用油的主要来源，富含人体必须的不饱和脂肪酸——α-亚麻酸，具有抗癌、增强免疫力等重要作用[4-5]。随着人们消费水平的提高和食用油消费市场的拉动，胡麻种植效益不断提升，种植面积逐步扩大，已日益受到农

民的青睐并成为调整种植结构的重要作物[1]。因此，促进胡麻生产实现高产优质对于胡麻产业的可持续发展具有重要的意义。

干旱缺水是我国面临的重大资源和环境问题，特别是在北方干旱和半干旱地区，水资源短缺已成为制约农业可持续发展面临的瓶颈。在胡麻的栽培种植中，春季干旱常常影响着胡麻的正常播种和出苗，致使产量低而不稳，一般只有600～975 kg/hm2，水分亏缺严重制约着胡麻商品化、产业化的发展和农民的增产增收[6-7]。姚玉璧等[8]研究认为，5月中、下旬前后的干旱对甘肃省胡麻产量的影响最大，此时期胡麻正处于现蕾、开花后的关键生育时期，对水分的需要最为迫切，在春旱发生频率＞50%的地方，胡麻产量明显偏低。可见，根据胡麻的需水规律科学合理灌水是保证胡麻高产稳产的关键所在。然而，近年来在胡麻种植方面普遍存在灌水次数过多、灌水量偏大，水资源严重浪费的现象，引起胡麻贪青晚熟、倒伏和病虫害大量发生，最终导致胡麻减产，同时也不利于胡麻油分的积累[8]。节水农业要解决的关键问题是提高自然降水和灌溉水的利用效率[9]。因此，在胡麻不同的生育时期合理的灌水，最大限度地利用有限的水资源，势在必行。本研究基于当前我国西北干旱地区胡麻生产的现状，探讨灌溉时期和灌水量对土壤水分动态变化和胡麻籽粒产量以及水分利用效率的影响，旨在为优化胡麻灌溉制度和高产稳产栽培技术提供理论依据和技术指导。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2014年3—8月在甘肃省兰州市榆中县（92°13′—108°46′E，32°11′—42°57′N）良种繁育场进行。试验区地处黄土高原丘陵沟壑区，海拔高度1 875 m，年平均气温7℃，年日照时数2 563 h，无霜期146 d，年降雨量382 mm，年蒸发量1 341 mm。

试验地前茬为小麦，常年精耕细作，土质较好，肥力中等。试验地土壤属沙壤土，胡麻播种前试验田0—20 cm土层土壤养分含量为：有机质16.50 g/kg，全氮1.12 g/kg，全磷0.80 g/kg，全钾20.11 g/kg，碱解氮59.26 mg/kg，速效磷13.11 mg/kg，速效钾125.34 mg/kg，p H 值7.69。

1.2 试验设计

采用单因素随机区组设计方法。试验设置2个浇水时期，分别为分茎期+盛花期＼分茎期+现蕾期+盛花期；分茎期设60，80 mm的2个灌水量处理，现蕾期和盛花期均灌水40 mm，由此构成 T1，T2，T3，T4处理，以不灌水为对照（T0），共5个处理（表1）。小区面积为28 m2（7 m×4 m），3次重复。小区之间，留1.5 m的隔离区。基肥用量为 N 90 kg/hm2，P2O575 kg/hm2，K2O 53 kg/hm2。所施肥料为尿素（含 N 46.4%）、磷酸二铵（含P2O546%，N 18%）、硫酸钾（含K2O 52%）。供试胡麻品种为陇亚杂1号，3月22日播种，播种密度为750万株/hm2，人工条播，播深3 cm，行距20 cm。灌水量用水表计量，田间管理同当地大田生产，8月7日收获。2014年胡麻生育期间总降雨量为274.6 mm。

表1 水分处理方案 mm

1.3 测定项目与方法

1.3.1 土壤含水量 于胡麻播种前和主要生育时期用土钻随机取不同处理各小区0—200 cm土层的土，20 cm为1层，称土壤鲜重后，在105℃恒温下烘8 h至恒重，称土壤干重，计算土壤含水量，其公式为：土壤含水量=（土壤鲜重—土壤干重）/土壤干重×100%。根据土壤含水量计算土壤贮水量[10]。土壤贮水量：Sw=d·r·w×0.1，式中：Sw为土壤贮水量（mm）；d为土层厚度（cm）；r为土壤容重（g/cm3）；w为土壤含水量（%）。

1.3.2 耗水量 采用农田水分平衡法[11]计算作物耗水量（mm）：ETa=P+I+ΔW，式中：ETa为作物生育期耗水量（mm），包括植物蒸腾量与棵间蒸发量；P为降雨量（mm）；I为灌溉量（mm）；ΔW为作物不同生育时期之间的土壤贮水变化量，即土壤贮水消耗量。

1.3.3 籽粒产量测定 收获时在每个小区中随机取样30株，带回实验室进行考种。分别测定单株有效果数、果粒数、千粒重和单株产量。收获时按小区单打单收，晒干后称取胡麻籽粒重量，测得小区实际产量。

1.3.4 水分利用效率 产量水分利用效率[kg/（hm2·mm）]=籽粒产量（kg/hm2）/作物全生育期耗水量（mm）；灌水利用效率[kg/（hm2·mm）]=籽粒产量（kg/hm2）/灌水量（mm）[12]。

1.4 数据分析

采用Microsoft Excel 2010和SPSS 17.0统计软件进行数据处理和差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 胡麻不同生育时期0-200 cm土层土壤含水量的动态变化

2.1.1 胡麻分茎期和现蕾期0—200 cm土层土壤含水量的动态变化 由图1可知，在胡麻分茎期，各处理0—120 cm土层的土壤含水量变化幅度较大，而在120—200 cm土层各处理土壤含水量的变化趋势几乎相同。就0—60 cm土层的土壤含水量而言，T1处理的土壤含水量比T0处理增加了15.46%；T2处理在60—100 cm土层的土壤含水量较高，较T0处理增加了29.94%；在100—120 cm土层的土壤含水量以T4处理的最高，高于T0处理24.72%。可见，不同的灌水量对胡麻分茎期0—120 cm土层的土壤含水量有一定的影响，且T1处理有利于提高土壤浅层的含水量，而与T2处理相比，对深层的土壤含水量没有明显作用。就现蕾期0—200 cm土层土壤含水量的变化趋势来看，由于胡麻植株生长的加快和土壤表层水分的强烈蒸发，在0—40 cm和140—200 cm土层的土壤含水量明显低于分茎期相同处理各土层土壤含水量。0—40 cm土层土壤含水量处理间差异表现为T4＞T2＞T1＞T0，与T0处理相比，灌水处理的土壤含水量增加了8.03%～27.53%；在60—80 cm土层土壤含水量仍以T4处理的最高，高于T0处理26.82%；而80—140 cm土层土壤含水量处理间差异表现为T2＞T4＞T1＞T0，且各处理的土壤含水量分别比T0处理增加了18.60%，11.46%和5.06%；各处理在140—200 cm土层土壤含水量差异不大，以T1处理的最大，T2处理的次之，分别高于T0处理7.42%和7.20%。现蕾期是胡麻植株营养生长和生殖生长并进阶段，此时胡麻需水较多，生长也旺盛，但与T2处理相比，T4处理尽管在现蕾期多浇了1次水，但是并没有增加80—140 cm土层土壤含水量。

图1 胡麻不同生育时期各处理0-200 cm土层土壤含水量的动态变化

2.1.2 胡麻盛花期和成熟期0—200 cm土层土壤含水量的动态变化 由图2可知，胡麻开花以后，随着植株耗水的加剧，各土层的土壤含水量下层（100—200 cm）的明显大于上层（0—100 cm）。不同处理土壤含水量0—20 cm土层的明显高于20—40 cm和40—60 cm，这可能与测定前遇到较大的降雨有关。在60—80 cm土层的土壤含水量最低，而后随着土层的不断加深，各处理的土壤含水量逐渐增加，灌水处理在80—200 cm土层的土壤含水量比T0增加了11.41%～21.33%。在120—140 cm土层，T2处理的土壤含水量高于T0处理19.41%，与其他处理相比，增幅为10.31%～11.40%，这表明T2处理对此时期土壤含水量的提高有明显的促进作用。在盛花期灌水量均为40 mm的条件下，T2处理较T3，T4处理更有利于提高120—140 cm土层的土壤含水量。就胡麻成熟期土壤含水量的变化趋势来看，胡麻植株进入衰老阶段生长，根系对深层土壤的水分吸收有所降低，因此各处理在100—200 cm土层的土壤含水量明显高于盛花期相同处理各土层土壤含水量。此外，由于温度较高和未进行灌溉，土壤表层土壤含水量明显低于盛花期的。0—40 cm土层各处理土壤含水量的变化趋势不大，表现为T4＞T3＞T2＞T1＞T0，且灌水处理的土壤含水量比T0处理增加了8.49%～34.46%。在40—200 cm土层，T1，T2，T3和T4处理的土壤含水量随着土层的加深一直维持增大的趋势，各处理的土壤含水量较T0处理分别增加了5.80%，8.20%，13.83%和17.84%。可见，随着灌水量增加，土壤中滞留的水分也随土层的加深而逐渐增加，但此时胡麻已经成熟，导致土壤中的无效水增多，这将不利于胡麻水分利用效率的提高。

2.2 不同处理对总耗水量、总耗水量中不同来源水分及其占总耗水量比例的影响

由表2可知，不同灌水处理胡麻总耗水量的变化趋势表现一致：随着灌水量的增加，耗水量随之也增加。与T0处理相比，不同灌水处理的耗水量显著增加了16.89%～25.00%，而降雨量和土壤贮水消耗量占总耗水量的比例分别降低了14.48%～20.04%和27.97%～55.52%，均达到了显著差异水平（p＜0.05），这表明在不灌水条件下，降雨和土壤水是供应胡麻生长发育的主要耗水来源。就不同处理的土壤贮水消耗量而言，不同处理间表现为T0＞T1＞T2＞T3＞T4，与T0处理相比，灌水处理的土壤贮水消耗量降低幅度为15.82%～44.43%，且呈显著差异水平。不同处理的灌水量占总耗水量的百分率表现为随灌水量的增大而增加，而降水和土壤贮水所占比例则呈下降趋势。可见，增加灌水量明显促进了胡麻对灌溉水的吸收利用，而不利于降水和土壤贮水的吸收利用。

表2 不同处理对不同来源水分消耗量占总耗水量百分率的影响

2.3 不同处理对胡麻籽粒产量及其构成因子的影响

由表3可见，不同灌水处理对胡麻的籽粒产量及其构成因子的影响比较明显。就单株有效果数而言，T3处理的最多，T3处理的次之，较T0处理分别显著增加了11.15%，8.99%。除T4处理外，其他灌水处理的果粒数比T0处理显著增加了4.80%～10.01%（p＜0.05）。不同灌水处理的千粒重从大到小依次为：T2＞T3＞T4＞T1＞T0，除T1处理外，其他灌水处理的千粒重均显著高于T0处理，且T2，T3处理的千粒重比T0处理分别显著增加了12.13%和9.66%，但T2，T3处理之间差异不显著（p＞0.05）。T4处理的单株产量最大，T3处理的次之，分别比T0处理显著增加了53.18%和38.64%，而T2，T3处理之间未达到显著差异水平（p＞0.05）。随着灌水量的增加，胡麻的籽粒产量呈现先增加后降低的趋势。T2处理的籽粒产量最大，高达2 579.00 kg/hm2，显著高于T0处理36.50%，T3处理的次之，为2 361.33 kg/hm2，比T0增加了24.98%，差异显著；而T1，T4处理的籽粒产量也分别比T0处理显著增加了14.02%和16.37%，但T1和T4处理之间差异不显著。可见，适量灌水的T2处理却有利于胡麻高产的形成。

表3 不同处理对胡麻籽粒产量及其构成因子的影响

2.4 不同处理对胡麻水分利用效率的影响

由图2可知，不同灌水处理间的产量水分利用效率表现为T2＞T3＞T0＞T1＞T4，与T0处理相比，T2，T3处理的产量水分利用效率分别增加了12.27%和2.05%，且T2处理与T0处理之间有显著差异（p＜0.05），而T1，T4处理较T0处理分别降低了2.46%和6.91%，且T4处理与T0处理之间差异显著。就胡麻的灌水利用效率而言，随着灌水量的增加，灌水利用效率不断减小。不同灌水处理中以T1处理的最高，为26.93 kg/（hm2·mm），T2处理的次之，为25.79 kg/（hm2·mm），T4处理的最低，为15.70 kg/（hm2·mm），与T4处理相比，T1，T2处理的灌水利用效率显著增加了71.45%和64.22%，且各灌水处理间差异表现显著。可见，在本试验条件下，T3处理是兼顾高产和节水的最佳灌溉方式。

图2 不同处理对胡麻产量水分利用效率和灌水利用效率的影响

3 讨论

土壤水分是作物赖以生存的基础，地面水与地下水相互转化以及降水和人工灌溉补给地下水的过程受到灌溉、降雨、耕作方式、农田形式和大气条件等多种因素的影响[13-14]。旱地农业的实践表明，作物对水分的吸收利用具有高度的可塑性，节水灌溉可以满足作物代谢需水，增强作物的抗逆性，同时由于诱导了作物根系补偿吸水的特性，从而使水分利用效率得到明显的提高[15-17]。因此，发展节水灌溉，力求用尽可能少的水资源达到农作物的高产和稳产[18]，是缓解我国干旱和半干旱地区水资源紧缺的有效途径。

合理的灌溉量和灌溉时期是保证节水农业可持续发展的前提。农作物的水分供应主要来源于土壤水分，土壤水分的运移规律对于科学制定灌溉方案、有效调控土壤水分，节约水资源和提高农作物产量等起着举足轻重的作用[19-20]。李淑文等[21]研究表明，农田土壤水分以0—20 cm土壤表层贮水量变动受降水、灌水影响较大，作物根系主要吸收0—80 cm土层的土壤水分。在本试验中，胡麻分茎期灌水使0—120 cm土层的土壤水分含量增加了11.81%～14.52%，与灌溉量60 mm的T2处理相比，灌溉量为80 mm的T1处理更有利于提高土壤浅层的含水量，而在120—200 cm土层各处理土壤含水量的变化趋势几乎相同。现蕾期是胡麻植株营养生长和生殖生长并进阶段，此时胡麻需水较多，生长比较旺盛，且土壤表层水分强烈蒸发。在0—40 cm和140—200 cm土层的土壤含水量明显低于分茎期相同处理各土层土壤含水量，在0—80 cm土层以T4处理的平均土壤含水量最高，明显高于对照T0处理27.31%；而在80—140 cm土层却以T2处理的最高，T4处理尽管在现蕾期多浇了1次水，但是并没有增加80—140 cm土层土壤含水量。胡麻开花以后，随着植株耗水的加剧，在60—80 cm土层的土壤含水量最低，而后随着土层的不断加深，各处理的土壤含水量随之增加；在盛花期灌水量均为40 mm的条件下，T2处理在120—140 cm土层的土壤含水量分别高于T3，T4处理11.40%和11.08%。这表明T2处理对此时期深层土壤水分的提高有明显的促进作用，这可能与现蕾期限制供水增强了胡麻深层根系的吸水能力，而盛花期补灌则延缓了根系的衰老，产生了补偿效应有关，这为籽粒产量的形成奠定了良好的基础。胡麻成熟期，根系对深层土壤的水分吸收有所降低，与盛花期相比，由于温度较高和未进行灌溉，表层土壤的含水量有所下降，而100—200 cm土层的土壤含水量却有明显的增加，且T4，T3处理的土壤含水量维持较高。可见，随着灌水量增加，土壤中滞留的水分也随土层的加深而逐渐增加，但此时胡麻已经成熟，导致土壤中的无效水增多，这将不利于胡麻水分利用效率的提高。

适宜的灌溉时期和灌水量可以调整作物水分的供需关系，有利于优化作物的灌溉制度。过多或过少的灌水不仅抑制作物根系对土壤贮水的利用能力，而且还会造成水资源的无效浪费[22]。水分状况对作物生长发育和耗水规律的影响作用最终会反映在产量和水分利用效率上[23]。有研究表明，随着灌水量增加，农田耗水量增加，而土壤贮水消耗量减少[24-25]，本文与前人在小麦上的研究结果一致。王志敏等[26]研究认为，减少灌溉量能够提高土壤水分利用效率，降低麦田的总耗水量。张永玲等[27]研究发现，适度缺水在不减产或略有增产的前提下，玉米的耗水量大大降低，而水分利用效率明显增加。本研究中，随着灌水量的增加，降雨量和土壤贮水消耗量占农田总耗水量的比例均降低，而灌水量占总耗水量的比例提高。可见，减少灌溉量可以提高胡麻对土壤贮水的吸收利用，降低了农田总耗水量，从而更有效地利用土壤水资源，增加灌溉水分利用效率。高延军等[28]研究认为，实现作物高效用水的基本途径是将作物充分利用环境水和最大限度地节约本身用水有效结合。Kang等[29]研究表明，在不同的生育时期，小麦对水分的需求存在一定的差异，同时灌水时期也是影响水分利用效率的重要因素。通过调控有限水分在作物全生育期的分配比例，实现有限土壤水分的高效利用，是增加作物水分利用效率的有效途径[30-32]。本试验结果表明，不同灌水量和灌水时期对胡麻的籽粒产量和水分利用效率影响比较明显。T2处理获得了最高的籽粒产量和产量水分利用效率，比T0处理显著增加了36.50%和12.27%。可见，在本试验条件下，4种灌水方式中以T2处理（分茎期、盛花期分别灌水60 mm和40 mm）的灌溉效果最佳，具有明显的增产节水效益。

4 结论

分茎水有利于提高土壤表层的贮水量，而现蕾期控制灌水却增加了80—140 cm土层的土壤含水量。在盛花期灌水量均为40 mm的条件下，与T3，T4处理相比，T2处理在120—140 cm土层的土壤含水量分别增加了11.40%和11.08%，这表明T2处理对此时期深层土壤水分的提高有明显的促进作用。胡麻成熟期土壤表层含水量与盛花期相比有所下降，而100—200 cm土层的水分随灌水量的增加而明显增加，导致土壤中的无效水增多，这将不利于提高胡麻的水分利用效率。本研究中，随着灌水量增加，农田耗水量增加，而土壤贮水消耗量、降雨量和土壤贮水消耗量占农田总耗水量的比例均降低。可见，减少灌溉量可以提高胡麻对土壤贮水的吸收利用，降低了农田总耗水量，从而更有效地增加灌溉水分利用效率。与不灌水处理相比，T2处理的籽粒产量和产量水分利用效率分别显著增加36.50%和12.27%。因此，在本试验条件下，T2处理（分茎期、盛花期分别灌水60 mm和40 mm）具有明显的增产节水效益。

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Effects of Supplemental Irrigation on Soil Moisture and Grain Yield of Linum usitatissimumLinn

YAN Peng1，2，CUI Hongyan1，2，FANG Zisen1，2，NIU Junyi1，2，GAO Yuhong1，2
（1.College of Agronomy，Gansu Agricultural University，Lanzhou730070，China；2.Gansu Province Key Laboratory of Arid land Crop Science，Lanzhou730070，China）

In order to investigate the soil moisture dynamic characteristic and yield-increasing effect under different irrigation conditions，field experiment was carried out to elucidate the effect of different irrigation modes on soil moisture，grain yield and water use efficiency of oil flax which was‘Longyaza 1’.The experiment had five treatments：no irrigation during the whole growth season （represented as CK）；irrigation amount was 80 mm at stem stage（T1）；irrigation began at stem and full flowering stages，and irrigation amounts were 60 mm and 40 mm （T2），80 mm and 40 mm （T3），respectively；irrigation was carried out at stem，squaring and full flowering stages，and irrigation amounts were also 60 mm，40 mm and 40 mm（T4）.The results showed that irrigation at stem stage and no irrigation at squaring stage were beneficial to the increase of 80—140 cm soil moisture.Moreover，T2treatment increased 120—140 cm soil water storage at full flowering stage and enhanced by 11.40%and 11.08%compared with T3and T4，suggesting that T2treatment had an obvious promoting effect on the improvement of deep soil moisture during this period.The water content in topsoil layer at harvest decreased while the soil moisture in 100—200 cm layer obviously enhanced with the increase of irrigation amount in full flowering stage，but also could boost the invalid water in the soil.Generally，the total water consumption raised and the proportion of soil water consumption amount and precipitation to total water consumption amount reduced with the increase of irrigation amount.Therefore，reducing irrigation improved the absorption and utilization of soil storage water and decreased the total water consumption，which resulted in much more availably increase of irrigation water use efficiency.In addition，the yield and water use efficiency of T2treatment significantly increased by 36.50%and 12.27%compared with T0，respectively.As far as water-saving and high-yield were concerned in the experiment，T2has the distinct water-saving and yield-increasing benefits.

Linum usitatissimumLinn；irrigation；soil moisture；grain yield

S274;S563.2;S152.7

A

1005-3409（2017）01-0328-06

2015-11-16

2016-03-17

现代农业产业技术体系建设专项资金（CARS-17-GW-9）

燕鹏（1990—），男，甘肃金昌人，在读硕士研究生，研究方向为作物栽培学与耕作学。E-mail：1248517282＠qq.com

方子森（1958—），男，甘肃兰州人，教授，主要从事大田作物和中草药栽培研究。E-mail：fangzs＠gsau.edu.cn