不同栽培方式对冬小麦生育期内耗水规律及产量的影响

王立华

（山东省滨州市沾化区利国乡农业综合服务中心，山东 滨州 256811）

滨州市地处华北平原、黄河三角洲腹地，是山东省内重要的冬小麦生产区之一。在冬小麦全生育期内保证水分充足供应，对提高产量、质量有显著影响。但是受温带大陆性季风气候的影响，冬小麦生育期内降水较少，因此对机械灌溉的依赖性较强。另外，选择垄作、畦作等栽培方式，冬小麦生长过程中对水分的消耗量也不尽相同。基于此，探究不同栽培方式下冬小麦生育期内耗水规律，以及分析土壤水分与小麦产量关系，将有助于指导农户选择合适的栽培方式，并且在冬小麦不同生育期内灵活调节灌溉，在确保土壤水分能够满足冬小麦生长所需的前提下，做到节约用水和降低种植成本[1]。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于滨州市沾化区下洼镇，地理坐标为：北纬36°38′，东经116°23′。地处鲁北平原，地貌类型为黄河冲击平原。该地以粉砂壤土为主，田间持水率21.8%。属于典型的温带大陆性季风气候，夏季高温多雨，降水集中在7、8月份，全年平均降雨量564.8mm，年平均气温为12.8℃，无霜期205d。

1.2 试验设计

试验中设置两个变量，分别是栽培方式、灌水定额。其中，栽培方式分为3种，即常规畦作（TC）、垄作（RC）、高低畦栽培（HLC），各种栽培方式的田间布置如图1所示。

图1 冬小麦的3种栽培方式

灌水定额设有3个水平，只用于RC和HLC栽培，分别是：（1）高水处理，灌水定额等于TC栽培模式下的灌溉定额，用水量为850m3/hm2；（2）中水处理，灌水定额为高水处理的80%，即680m3/hm2；（3）低水处理，灌水定额为高水处理的60%，即510m3/hm2。这样就得到了7个处理，见表1。

表1 不同栽培方式的处理方法

本次试验选用的冬小麦品种为“鲁原502”，播种量按照115kg/hm2，播种时间为2019年10月9日，收割时间为2020年6月10日。为消除无关因素干扰，试验地所用肥料的种类、用量均保持一致。使用氮肥为180kg/hm2，磷肥和钾肥均为60kg/hm2，将三种肥料在播前整地时一次性施入。冬小麦生育期内检测土壤含水量，当监测结果显示地表100cm土层平均含水量＜60%时，即进行灌溉。整个生育期内共进行两次灌溉[2]。一次为冬灌，时间为2019年11月15日，用水量统一为850m3/hm2。另一次为春灌，时间为2020年4月5日，进行不同灌溉用水量处理（见表1），灌溉用水均为地下水。冬小麦播种后整个生育期内降水情况如图2所示。

图2 冬小麦播种后降水情况统计

1.3 试验内容与方法

1.3.1 土壤含水量的测定

试验中共进行8次土壤含水量的测定，分别是播种前、返青期、拔节期、抽穗期、开花期、灌浆期、成熟期、收获后。测定方法选择负压计法，测定深度统一设置为150mm，共分为10个层次，按照从上到下的顺序依次为0-5cm、6-10cm、11-20cm、21-30cm、31-40cm、41-60cm、61-80cm、81-100cm、100-120cm、121-150cm。将负压计插入各个土层中，可以直接读取土壤含水量。另外，不同栽培方式下选取的样点也存在差异，TC栽培模式下设有1个样点，位于小畦中心处；RC栽培模式下，分别在垄顶和沟底各设1个样点，取两点测量结果的平均值；HLC栽培模式下，分别在高畦和低畦各设1个样点，同样取两点测量结果的平均值。

1.3.2 农田耗水量的计算

影响农田耗水量（ET）的因素较多，具体计算方法为：

在式（1）中，P表示降水量，I表示灌水量，ΔWK表示土壤150cm深处界面上垂直方向水分交换量，ΔR表示地表水平径流量交换量，ΔSW表示作物生育期开始与结束时土壤含水量的变化量。单位均为mm。在实际计算时，由于试验区周边筑起高畦埂，因此整个生育期内不存在地表径流变化，故ΔR可以视为0。同样的，如果试验期间未出现深层渗漏的情况，则ΔWK亦可视为0[3]。

1.3.3 产量测定

选择在冬小麦成熟后、收割前的时间段进行产量测定。从每个小区中随机选出一个1m×1m的测区，将该区域内的冬小麦全部收割后，装入尼龙袋中带至室内。人工考种，计算有效穗数。从有效穗中随机挑出10株，计算各株的穗粒数，相加求和后再求其平均值。将所有麦穗置于阳光下晾晒，晒干之后使用小型脱粒机完成脱粒，计算产量。将计算结果折算成标准含水量（14%）下的产量使用。另外，从脱粒后的籽实中随机数出1000粒，共3份。使用精密天平称取其重量，将3份的称重结果求平均值，作为千粒重值使用[4]。

2 结果与分析

2.1 不同栽培方式下麦田土壤含水率的变化

在3种栽培方式下，冬小麦的6个生育期内土壤水分状况有明显差异，并且从整体上来看，基本上表现出“随着土壤深度增加和生育期的后移，水分差异更加明显”的规律。6个生育期（返青期、拔节期、抽穗期、开花期、灌浆期、成熟期）土壤含水量随土层深度增加的变化曲线如图3所示。

图3 不同栽培方式下冬小麦6个生育期内土壤含水量对比

在冬小麦的返青期，无论是TC栽培、RC栽培还是HLC栽培，土壤水分随土层深度增加的变化曲线基本一致。在拔节期进行一次灌水后，各监测层的土壤含水量较为均匀。其中，采用RC栽培和HLC栽培，由于在地表形成了垄和畦，使得灌溉水只能借助于土壤的毛细管达到高处的垄和畦。因此土壤表层30cm内，TC栽培下的土壤含水率要高于RC栽培和HLC栽培。到了抽穗期、开花期和灌浆期，各有1次降雨，其中前两次降雨量较少，分别是22.6mm和30.5mm，灌浆期降雨量较大，达到了93.0mm，但是由于气温升高，蒸发比较强烈，因此3种栽培模式下土壤水分变化规律也基本一致。值得注意的是，在HLC-H栽培模式下，由于播种密度大，植株数量多，因此耗水量也更多[5]。在150cm内土壤含水率要低于TC和RC-H。在收获期也有相同的表现，即HLC-H栽培模式下土壤含水量要低于相同灌溉条件下的TC和RCH。

2.2 不同栽培方式下冬小麦生育期内耗水规律分析

冬小麦生育期内所需水分的主要来源有3个途径，分别是降雨、灌溉、土壤储水，具体组成及占比如表2所示。

表2 不同栽培处理下冬小麦耗水量及水分来源

结合表2数据，3种栽培模式下冬小麦生育期内耗水量的差异比较显著，其中最高耗水量出现在HLC-H栽培模式，为586.82mm，最低耗水量出现在RC-L栽培模式，为475.20mm。从整体上来看，基本上呈现出“灌水量越多，耗水量越高”的规律。以TC、RC-H和HLC-H三种充分灌溉的处理方式为例，在灌水量均为195mm的情况下，冬小麦耗水量由高到低排序为HLC＞TC＞RC。分析其原因，HLC栽培模式下耗水量最高与栽培密度有关，而RC栽培模式下耗水量最低与田间结构有关。从总耗水量的水分来源上看，相比于RC-H，TC与HLC-H栽培模式下，降雨占比分别降低了2.2%和7.1%；灌溉占比分别降低了1.7%和5.7%；土壤储水则分别增加了4.0%和16.0%。上述数据表明RC栽培模式下对降雨和灌溉水的利用率更高，这是因为垄作可以充分发挥垄沟结构得到富集降水和灌水的效果，使得相同灌溉与降雨条件下，土壤的贮水量更多，满足冬小麦根系的吸收需要。而同样是选择RC栽培模式，相比于RC-H处理，RC-M和RC-L处理下土壤储水占总耗水量的比例分别升高了4.1%和2.5%，表明RC栽培模式下中水灌溉和低水灌溉，可以使土壤储水利用率进一步提高。这一数据表明在RC栽培模式下，适度的水分亏缺有利于提高冬小麦植株对土壤贮水的利用率[6]。

2.3 不同栽培方式对冬小麦产量的影响

7种处理方式下冬小麦的产量也表现出明显差异，其中HLC-H处理下有最高产量，为8088.22kg/hm2； 而RC-L处理下有最低产量，为6166.74kg/hm2。产量及构成要素如表3所示。

结合表3数据可知，3种栽培模式下冬小麦产量排序为：HLC栽培＞TC栽培＞RC栽培。同等灌溉水平下，HLC-H处理下冬小麦的产量，要比RC-H和TC处理高出了21.7%和18.7%，增产效果明显。在产量构成要素方面，HLC栽培模式下的成穗数、穗粒数均高于TC栽培模式和RC栽培模式。另外，在RC栽培模式下，随着灌溉水量的增加，产量变化并不明显；而HLC栽培模式下，灌溉水量的变化对冬小麦产量影响较为显著。在HLC-L处理下，冬小麦产量为7817.63kg/hm2；而HLC-H处理下，产量达到了8088.22kg/hm2，增长了3.3个百分点。但是通过计算水分利用率（WUE）和灌溉水+降水利用率（WUE1+P）：

表3 不同栽培方式下冬小麦产量构成要素对比

可以发现HLC-H处理下，虽然产量较高，但是水分利用率为1.30；而HLC-M和HLC-L处理下，水分利用率分别为1.33和1.36。这一数据也表明了在灌溉水量增加的情况下，虽然冬小麦产量同步提升，但是水分利用效率却出现了降低。在灌溉水量一样的情况下，冬小麦WUE存在“HLC栽培模式＞TC栽培方式＞RC栽培方式”的规律。同样的，在WUE1+P一项指标中也表现出了同样的规律。另外，结合表3中数据还发现，在同一栽培模式下，随着灌溉水量的增加，WUE和WUE1+P两项指标也表现为降低趋势。以HLC栽培方式为例，在HLC-L处理方式下，WUE要比HLC-H处理方式增加4.4%，比HLC-M处理方式增加2.2%，WUE1+P指标也有相同的表现。这一数据也证明了在相同栽培模式下，适度的水分亏缺能够降低冬小麦生育期内的水分浪费，对提高水分利用率有积极帮助。

3 结论

栽培方式与灌溉水量是影响冬小麦耗水、产量的两个重要因素。不同栽培模式下，土壤0-150cm内不同深度下的土壤水分有明显差异，这主要与灌溉水量、种植结构以及冬小麦生育期有关。在相同栽培模式下，随着灌溉水量的增加，冬小麦的总耗水量也同步上升，但是水分利用率却下降，适度的水分亏缺有助于提高水分利用率。这是因为在灌溉水量较少的情况下，冬小麦为获取充足水分，会向土壤深层扎根，从而提高对土壤储水的利用率，降低对灌溉水的依赖性。相同灌溉水量下，HLC栽培方式下的冬小麦，在各个生育期和全生育期内的耗水，均要高于RC栽培方式和TC栽培方式。其原因是HLC栽培模式下地表为波浪形结构，使得地表土壤水分蒸发更快。此外也与HLC栽培模式下冬小麦种植密度高，植株蒸腾作用更加旺盛，加速水分蒸发有关。HLC栽培模式下冬小麦产量明显高于RC栽培模式和TC栽培模式，这主要与HLC栽培下冬小麦对降雨、灌水、土壤储水的利用率更高，并且种植密度更大有关。因此，滨州地区冬小麦种植应优先考虑使用HLC（高低畦）栽培模式，可提高冬小麦产量。