适宜滴灌春小麦的土壤含水率下限研究

张大海

（新疆巴州水利水电勘测设计院 新疆库尔勒841000）

土壤含水率的大小和作物的生长有着密切的关系，当土壤含水率介于作物生长阻滞含水率与田间持水率之间时，作物生长正常；当土壤含水率介于凋萎含水率与作物生长阻滞含水率之间时，作物将处于中度受旱状态；当土壤含水率接近凋萎系数时，说明作物严重受旱[1]。适宜的土壤含水率下限，就是要在作物形态指标、生理指标和产量等不出现明显下降时的土壤水分最低值。土壤含水率下限，决定着灌水时间的开始、灌水量和灌水次数等灌溉指标，灌溉指标指导着作物的实际生产，从节约水资源避免盲目灌溉方面考虑，适宜的土壤含水率下限有着十分重要的作用。为了探讨适宜滴灌春小麦的含水率下限，进行了一年的实验。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

实验所在地4-10月降雨量为102.2 mm，4月—10月月平均气温分别为10.6℃、21.4℃、23.69℃、27.4℃、23.7℃、15.4℃和11.0℃，土壤类型为黏壤土，地下水埋深大于5 m。

试验在具有田间测坑的条件下进行，每个测坑面积3.3 m×2 m（6.67 m2），测坑两端设保护行，测坑安装有可移动的防雨棚，控制土壤水相互侧渗的设施。春小麦采用普通滴灌灌溉方式，生育期内采用和当地一致的施肥、打药等常规农艺管理措施。

1.2 试验设计

试验采用土壤含水率下限单因素设计，按照含水率下限不同设置4 个处理，分别为田间持水率θfc的45%、55%、65%、75%，分别用I45、I55、I65 和I75 表示，每个处理设置3 个重复，共12 个测坑。试验采用完全随机区组法在12 个测坑中进行。试验用春小麦品种和当地大田选用一致，滴灌春小麦测坑布置4 条滴灌带，间距60 cm，小麦行距18～20 cm，每亩播种量为30 kg。

1.3 试验观测项目与方法

1.3.1 田间持水率和土壤含水率测量

试验在测坑中离地面10 cm 和30 cm 处安装土壤水分传感器（体积含水率），分别可以测量土壤0～20 cm、20～40 cm 含水率的变化，并自动计算其平均值来判断当前土壤含水率是否处在田间持水率和含水率下限之间，低于含水率下限时进行灌溉，灌溉时间、灌溉次数和灌水定额由土壤含水率下限来控制。

在春小麦播种前测量测坑田间持水率，田间持水率测定方法为围框淹灌法[2]，灌水之后当10 cm 和30 cm土壤水分传感器测量的含水率的平均值稳定之后，即为田间持水率，并计算土壤含水率下限值，12 个测坑田间持水率和相应含水率下限值见表1。

这里需要说明的是，由于是滴灌试验，根据滴灌实验的特点，作物根系主要分布在滴灌水量渗透区域，因此春小麦土壤计划湿润层深度取40 cm。

表1 测坑田间持水率测定值和含水率下限

1.3.2 灌水量的测量

土壤含水率降至土壤含水率下限时，开始灌水，增大到田间持水率时，停止灌水。期间每次灌水量由仪器自动记录。

1.3.3 春小麦水分生产函数

目前以全生育期灌水量为变量的作物水分生产函数分为两种[3]，由于本实验中，灌溉水源充足，管理水平较高，故采用抛物线模型，抛物线模型公式为:

式中，Y 为作物生育期的实际产量，kg/667 m2；W为作物生育期的灌水量，mm；a、b、c 为经验系数，可以通过实验资料来确定。

1.3.4 春小麦水分利用效率

目前作物水分利用效率（WUE）计算方式有三种[4]，一是作物产量Y 与作物耗水量ET 的比值；二是作物产量Y 与作物灌溉水量W 的比值；三是作物产量Y 与天然降雨量P 的比值。本实验滴灌春小麦的水分利用效率采用第二种，即:

式中，WUE 为作物水分生产利用效率，kg/m3；Y是作物全生育期的产量，kg/667 m2；W 为全生育期的灌水量，m3/667 m2。

2 不同土壤含水率下限的滴灌春小麦灌水试验

一年春小麦的灌溉试验中，I45 处理春小麦平均灌水次数为3 次；I55 处理春小麦平均灌水次数为5 次；I65 处理春小麦平均灌水次数为7 次；I75 处理春小麦平均灌水次数为12 次。I45 处理春小麦平均灌水定额为88.0 mm；I55 处理春小麦平均灌水定额为76.7 mm；I65 处理春小麦平均灌水定额为64.7 mm；I75 处理春小麦平均灌水定额为47.3 mm。根据实际数据，统计出不同处理的灌水量和相应的产量，见表2。

表2 灌水量与作物产量的关系

3 土壤含水率下限与作物产量和水分利用效率

根据表2中产量Y 和灌水量W 的统计数据，拟合出春小麦的水分生产函数:

公式（3）为春小麦水分生产函数，图1的图像对应于公式（3），水分利用效率WUE 的图像是根据实测值和公式（3）的拟合值绘制。

作物产量的高低体现出水分的生产能力，而水分利用效率的高低体现出水分的利用程度，图1中春小麦在不同点达到产量和水分利用效率的最大值，说明灌水时，水分的生产能力和水资源的利用效率不能同时达到最大，而适宜的土壤含水率下限要求兼顾两者。图1中春小麦水分利用效率I45 最高，I75 最低，依次为I45＞I55＞I65＞I75，和I45 比较降低率分别为15.1%、12.8%和33.3%；春小麦产量I65 最高，I45 最低，依次为I65＞I75＞I55＞I45，和I65 比较降低率分别为4.1%、17.4%和32.9%，四个处理中表现出土壤含水率下限越低，水分利用效率越高，产量越低的特点。结合春小麦水分利用效率和产量两面的因素，初步确定适宜滴灌春小麦土壤含水率下限为田间持水率θfc的55%～70%。

图1 作物产量Y、水分利用效率WUE 和灌水量W 的关系

4 结论

经过一年灌溉试验，初步确定适宜滴灌春小麦的土壤含水率下限为田间持水率θfc的55%～70%。