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

摘要：【目的】探究不同栽培方式对冬小麦生育期内产量、耗水的影响，为冬小麦的科学种植提供理论依据。【方法】选择一处农田开展试验，分别设计常规畦作（TC）、垄作（RC）、高低畦栽培（HLC）3种栽培模式，并且在RC和HLC栽培模式下分别设置高水、中水、低水3种灌溉处理。以TC作为对照，探究3种栽培模式、7种处理方式下，冬小麦生育期内土壤水分变化、农田耗水量及产量的具体情况。【结果】不同栽培方式下，冬小麦生育期内土壤含水量变化明显，在40-100cm深度，HLC栽培模式下土壤含水量明显低于TC和RC栽培模式。同样的，HLC栽培模式下冬小麦耗水量更高，这与其栽培密度有较大关系。HLC栽培模式下植株发育更好，成穗数、穗粒数及亩产量也要高于另外两种栽培模式。【结论】HLC栽培能显著提高冬小麦产量，并提高水分利用效率，具有推广应用价值。

关键词：冬小麦；垄作栽培；灌浆期；土壤含水量

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。該地以粉砂壤土为主，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。

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。

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。

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：

ET=P+I+ΔWK-ΔR+ΔSW （1）

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。

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RC-H。

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。

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，滿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）：

WUE=籽粒产量/全生育期农田耗水量    （2）

WUE1+P =籽粒产量/（全生育期灌溉总量+降水总量）  （3）

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。

参考文献

[1] 刘俊明，高阳，司转运，等.栽培方式对冬小麦耗水量、产量及水分利用效率的影响[J].水土保持学报，2020，34（1）：210-216.

[2] 赵彦茜，肖登攀，齐永青，等.华北平原不同降水年型和作物种植模式下的产量和耗水模拟[J].农业工程学报，2018，34（20）：108-116.

[3] 刘佳，袁宏伟，杨继伟.不同气候条件下不同生育期干旱胁迫对冬小麦耗水量和水分利用效率的影响[J].节水灌溉，2020（12）：22-27+31.

[4] 宋鑫玥，刘胜尧，贾宋楠，等.条带种植模式下微喷带对冬小麦产量和耗水特性的影响[J].灌溉排水学报，2021，40（1）：15-21.

[5] 毛祥敏，钟雯雯，王兴亚，等.种植方式与施氮量对小麦光合特性及产量的影响[J].江苏农业科学，2018，46（3）：56-60.

[6] 刘宏胜，吴兵，高玉红，等.旱区集雨种植方式对春小麦产量和水分利用效率的影响[J].土壤通报，2018，49（4）：862-868.