不同水分测墒补灌处理对冀中南麦区强筋麦耗水量及产量的影响

任红晓，许永红，王贺，范战胜，郭佳，朱晓龙，姚振刚，李建波，宗丽娟，冯立辉*

（1.石家庄市藁城区农业技术推广中心，河北 藁城 052160；2.石家庄市农业技术推广中心，河北 石家庄 050051）

小麦是我们重要的谷物蛋白来源[1]。冀中南麦区为我国冬小麦主产区，属于黄淮海麦区的一部分。小麦高产对保障我国粮食安全意义重大[2]。水分是影响作物产量的主要因素之一[3，4]，随着地下水资源的日益紧缺，灌溉水资源供给不足已经成为许多小麦种植区限制生产的主要因子[5，6]。据调查，该区冬小麦生育期内有效降水量为100 mL 左右，远远不能满足小麦整个生育期对水分的需求，需根据田间墒情进行灌水，提高农业用水的水分利用率和灌溉面积[7]。

麦田灌溉是农业用水的主要方面，前人研究表明，合理的灌溉措施是减少农业用水、提高水分利用效率的重要手段[8]。在小麦拔节前进行轻度水分亏缺处理，叶片光合速率下降不明显，且在拔节期田间灌水具有超补偿效应，产量和水分利用效率均出现不同程度的提高[9]。小麦拔节期灌水量增加能够提高单位面积穗数[10]。拔节期限水+扬花期足水的灌溉组合能够加快小麦干物质积累，增加穗粒数，提高子粒产量[11]。这些研究为小麦关键生育期需水特点提供了理论参考，但是前人对田间灌水的研究大多是针对普通小麦进行的，而针对强筋麦的相关研究尚少。立足冀中南强筋麦主产区，以当地主栽优质强筋麦品种藁优2018为试材，研究不同水分处理对强筋麦田间耗水量和产量的影响，旨为强筋麦减水高产栽培技术模式集成与推广提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

参试强筋麦品种为藁优2018。该品种是石家庄市藁城区农科所选育的优质、专用、广适性优质强筋小麦新品种，2008 年通过河北省品种审定（审定编号：冀审麦2008007 号），其表现株型紧凑、分蘖力较强、抗寒性好、抗倒性强、穗层较整齐、优质强筋、高产稳产的特点[12，13]。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计 试验于2017～2018 年在石家庄市藁城区高玉村强筋麦示范方内进行。前茬作物为玉米。试验田随机区组排列，小麦全生育期水分灌溉水平设5 个处理，其中，W0为不灌溉处理，WCK为当地传统灌溉处理，W70（灌水量为当地传统灌溉处理的70%）、W75（灌水量为当地传统灌溉处理的75%）和W80（灌水量为当地传统灌溉处理的80%）为测墒补灌处理。小区面积30 m2，3 次重复。2017 年10 月16 日采用15 cm 等行距机械播种小麦，播种量187.5 kg/hm2，播前旋耕2 遍，播前、播后各镇压1 次；N、P2O5、K2O 施肥量分别为210、135 和90 kg/hm2，磷钾肥全部作为底肥施用，氮肥60%作为底肥施用、40%在拔节期追施。小区之间留宽2 m 的隔离区，隔离区不浇水，其他管理措施同大田常规。2018 年6 月7 日每个小区收获2 m2，装入尼龙网袋，风干后脱粒，计算子粒产量。

1.2.2 测定项目与方法

1.2.2.1 补灌水量计算。测墒补灌处理于拔节期灌水前测定0～40 cm 土壤含水量，然后利用公式计算补灌水量：

补灌水量（m3/hm2）=20/3×aH（B1-B2）×15

式中，a为测墒土层土壤平均容重（g/cm3）；H为测墒土层深度（cm）；B1为目标土壤质量含水量（%，田间持水量×目标相对含水量）；B2为灌溉前土壤质量含水量（%）。

1.2.2.2 土壤容重和含水量。在麦田耕作之前，每20cm一层，用环刀取0～140 cm 土层土壤样品，测定土壤容重[14]。土壤含水量测定方法包括烘干法和仪器法2 种。播种前和成熟期0～200 cm 土层土壤含水量测定采用烘干法[15]，每20 cm 一层，用土钻分层取土，置烘箱内105 ℃烘12 h 至恒重；拔节期灌水前0～40 cm 土层土壤含水量测定采用仪器法，用SU-LA 型土壤水分速测仪每10 cm 一层测定土壤体积含水量，再利用公式换算为土壤质量含水量：

土壤质量含水量（%）=土壤体积含水量（%，V/V）/土壤容重（g/m3）

1.2.2.3 降水量。降水量数据来源于石家庄市藁城区气象局观测站，为实际观测数据。

1.2.2.4 小麦全生育期麦田总耗水量和土壤贮水消耗量。计算公式为：

麦田总耗水量（mm） =小麦全生育期总灌水量（mm）+小麦全生育期有效降水量（mm）+小麦全生育期土壤贮水消耗量（mm）

土壤贮水消耗量（mm）=10×r×h×（θ1-θ2）

式中，10 为换算系数；r为土壤容重（g/cm3）；h为土层深度（cm）；θ1为播种前土壤质量含水量（%）；θ2为成熟期土壤质量含水量（%）。

1.2.2.5 水分利用效率和灌溉水生产效率。计算公式为：

水分利用效率〔kg/（hm2·mm）〕=子粒产量（kg/hm2）/麦田总耗水量（mm）

灌溉水生产效率〔kg/（hm2·mm）〕=子粒产量（kg/hm2）/灌水量（mm）

1.2.3 数据处理及统计分析 利用Excel 2016 软件进行数据整理，利用SPSS 20.0 软件进行数据的差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 测墒补灌处理的强筋麦总耗水量及其来源

不同水分处理的麦田总耗水量为316.60 ～404.50 mm，指标值顺序为W80＞W75＞W0＞（W70=WCK），其中，W80与W75处理差异显著，且二者均与其他3个处理差异也达到了显著水平，而WCK、W70和W0处理三者差异均不显著（表1）。

表1 不同水分处理的强筋麦总耗水量和耗水来源Table 1 Total water consumption and water sources of strong gluten wheat under different water treatments

不同处理的土壤贮水消耗量为63.10～183.18 mm，指标值顺序为W80＞W0＞W75＞W70＞WCK，除W75与W0处理差异不显著外，其他处理差异均达到了显著水平；占总耗水量的比例顺序为W0＞W80＞W75＞W70＞WCK，其中W80与W0处理差异不显著，但二者均与其他处理差异达到了显著水平。

进一步对不同水分处理的耗水来源进行分析发现，传统灌溉（WCK）处理的灌水量最大（86.01 mm），致使土壤贮水消耗量（63.10 mm）以及麦田总耗水量（316.60 mm）均最少，与W0、W70、W75和W80处理相比，土壤贮水消耗量分别低92.50、48.78、82.87 和120.08 mm，总耗水量分别低7.50、0.00、42.39 和87.90 mm，因此不利于节水；不灌溉处理（W0）的小麦需水依靠降水和土壤贮水，致使土壤贮水消耗量占比最大（48.01%），但其土壤贮水消耗量（155.60 mm）以及麦田总耗水量（324.10 mm） 并不是最多，因此不是最节水；测墒补灌处理下，随着灌水量的增加，土壤贮水消耗量和比例以及麦田总耗水量均逐渐增大，其中W80处理的土壤贮水消耗量和麦田总耗水量显著＞W0和WCK处理，土壤贮水消耗量占比与W0处理基本相当，因此认为W80处理利用土壤贮水的效果最好，最利于节水。W80处理下，土壤贮水消耗量达183.18 mm，占总耗水量的比例为45.29%。

2.2 测墒补灌处理的强筋麦产量及其构成因素

W0处理全生育期不灌水，致使小麦单位面积穗数和穗粒数最少，虽然千粒重最高且显著＞其他处理，但最终产量最低；WCK处理灌水充足，虽然小麦单位面积穗数和穗粒数均为最高，但千粒重最低，最终产量并不是最高；测墒补灌处理下，随着灌水量的增加，小麦单位面积穗数和穗粒数逐渐增多，千粒重呈先增加后降低的变化，最终产量逐渐提高，其中W80处理的产量显著＞W75处理，且二者均显著＞其他3 个处理，而W70、W0和WCK处理三者差异均不显著（表2），由此认为W80处理效果最好。W80处理下，小麦单位面积穗数为450.00 万穗/hm2、穗粒数为30.00 粒、千粒重为34.20 g，产量达到7 280.40 kg/hm2，较W75处理（产量6 598.80 kg/hm2）增产681.6 kg/hm2，增产率为10.33%。

表2 测墒补灌处理的强筋麦产量及其构成因素Table 2 Yield and its components of strong gluten wheat with supplementary irrigation treatment for measuring soil moisture treatment

2.3 测墒补灌处理的强筋麦水分利用效率和灌溉水生产效率

不同水分处理的小麦水分利用效率为18.00～19.86 kg/（hm2·mm），指标值顺序为WCK＞W70＞W0＞W75＞W80，其中W70与WCK处理差异不显著，二者与W0处理差异也不显著，但与其他2 个处理差异均达到了显著水平，而W80处理仅与W75处理差异不显著；灌溉水生产效率为73.11～173.54 kg/（hm2·mm），指标值顺序为W70＞W75＞W80＞WCK，不同处理间差异均达到了显著水平（表3）。WCK处理水分利用率最高、灌溉水生产效率最低，W70处理水分利用率〔19.85 kg/（hm2·mm）〕较高、灌溉水生产效率〔173.54 kg/（hm2·mm）〕最高，但2 个处理的产量均较低；W80处理的水分利用效率最低，灌溉水生产效率〔137.83 kg/（hm2·mm）〕也显著＜W70和W75处理，但产量明显＞W0、WCK和其他2个测墒补灌处理。因此，对于强筋麦应综合考虑产量、水分利用效率和灌溉水生产效率，在冀中南麦区节水抗旱、合理利用水分显得尤为重要，认为本研究条件下W80处理是节水、高产的最优处理。

表3 不同水分处理的水分利用效率和灌溉水生产效率Table 3 Water use efficiency and irrigation water production efficiency of different water treatments〔kg/（hm2·mm）〕

3 结论与讨论

3.1 强筋麦的灌水量和耗水量

试验结果表明，传统灌溉（WCK）处理的灌水量最大（86.01 mm），致使小麦全生育期的土壤贮水消耗量（63.10 mm）和总耗水量（316.60 mm）最少，与W0、W70、W75和W80处理相比，土壤贮水消耗量分别低92.50、48.78、82.87 和120.08 mm，总耗水量分别低7.50、0、42.39 和87.90 mm，因此不利于节水。Liu 等[16]研究显示，随着灌水量的增加，麦田总耗水量也增加，但土壤贮水消耗占总耗水量的比例降低。本研究条件下，麦田总耗水量随灌水量的增加呈降低—增加—降低的变化，与前人研究结果不一致，可能与不同强筋麦品种对水分和气候条件的需求不同有关。田间测墒补灌是依据土壤墒情和小麦关键生长发育期对水分的需求进行补充灌溉，本研究结果显示，W80处理的土壤贮水消耗量和麦田总耗水量显著高于其他处理，能充分促进强筋麦对土壤贮水的利用，达到节水的目的。

3.2 灌水量与强筋麦产量及产量构成

本研究条件下，随着灌溉量的增加，小麦单位面积穗数和穗粒数逐渐增多，千粒重呈降低—增加—降低的变化，最终产量呈先增加后降低的趋势，其中W80处理产量最高且与其他处理差异均达到了显著水平。前人研究表明，拔节期水分不足会引起小麦小花败育，造成穗粒数减少[17～19]。本试验中，全生育期不灌水（W0处理）时小麦穗粒数最少，增加灌溉量能够促进穗数形成和穗粒数增多，与前人研究结果基本一致。小麦产量是产量构成三因素综合作用的结果，本研究结果显示，W80和W75处理在实现节水的同时产量较其他3 个处理明显提高，其中W80处理的产量显著＞W75处理。这与张忠学等[20]“在一定范围内，随着灌水量不断增大，小麦的生物产量提高，但是总灌水定额最大的处理并未获得最高子粒产量”的研究结果一致。W80处理下，小麦单位面积穗数为450.00 万穗/hm2、穗粒数为30.00粒、千粒重为34.20 g，产量达到7 280.40 kg/hm2，较W75处理（产量6 598.80 kg/hm2）增产681.6 kg/hm2，增产率为10.33%。

3.3 灌水量与强筋麦水分利用效率和灌溉水生产效率

本研究条件下，随着灌溉量的增加，小麦产量呈先增加后降低的变化，水分利用效率呈增加—降低—增加的变化，灌溉水生产效率呈递减趋势。WCK和W70处理水分利用率较高，且W70处理灌溉水生产效率最高，但2 个处理的产量均较低；W80处理的水分利用效率最低，灌溉水生产效率〔137.83 kg/（hm2·mm）〕也显著＜W70和W75处理，但产量明显＞W0、WCK和其他2 个测墒补灌处理。因此，对强筋麦应将产量、水分利用效率和灌溉水生产效率3 项指标综合考虑，在冀中南麦区节水抗旱、合理利用水分尤为重要。本试验中，虽然W80和W75处理均实现了节水的同时产量较W0、WCK和W70处理明显提高，但W80较W75产量高681.6 kg/hm2，因此在产量相差较大的情况下，认为W80处理是本研究条件下节水、高产的最优处理。这与张忠学等[20]和许振柱等[21]研究得到的适度限量灌溉可以降低麦田耗水量、提高水分利用率的结果不一致，这可能与不同品种强筋麦具有特殊的需水机制有关，具体原因有待今后进一步研究。