趙小蓉，趙燮京，王昌桃

（四川省農業(yè)科學院土壤肥料研究所，成都 610066）

川中丘陵區(qū)節(jié)水栽培技術對冬小麥水分利用效率的影響

趙小蓉，趙燮京，王昌桃

（四川省農業(yè)科學院土壤肥料研究所，成都 610066）

水分不足是限制川中丘陵區(qū)冬小麥生長發(fā)育及產(chǎn)量的重要因子。通過不同節(jié)水栽培措施條件下耗水特性、潛在蒸散量與作物系數(shù)的研究成果，對冬小麥的產(chǎn)量與水分利用效率進行了分析。試驗結果表明：①在冬小麥全生育期，常規(guī)灌溉（保證田間持水量75%）耗水量最高，達到421 mm；依賴于降雨耗水量最低，僅為348 mm。②川中丘陵區(qū)冬小麥生育期逐日的潛在蒸散量（ET0）的平均值在0.93～3.81 mm／d幅度內變動，并呈現(xiàn)出前期平穩(wěn)、中后期逐漸增加的特征。③在冬小麥全生育期，各處理措施的Kc值幅0.23～1.92之間，并呈現(xiàn)一拋物線特征。在拔節(jié)期達到最大值，成熟期達到最低值；且秸稈覆蓋＋常規(guī)灌溉栽培措施平均Kc值最大，對照平均Kc值最小。④冬小麥產(chǎn)量以秸稈覆蓋＋常規(guī)灌溉處理最高，達到6 222.53 kg／hm2，而以對照（A）最低，僅為3 852.00 kg／hm2；冬小麥的水分生產(chǎn)率與灌水生產(chǎn)率則均表現(xiàn)為秸稈覆蓋＋節(jié)水灌溉處理最高，分別達到0.55 kg／m3和3.62 kg／m3。

川中丘陵區(qū)；節(jié)水栽培；冬小麥；水分生產(chǎn)效率

1 概 述

川中丘陵位于盆地中部，地貌以丘陵為主，占78.6%，平壩、山地分別占6.8%、14.6%，為四川省丘陵集中分布區(qū)，也是中國最典型的丘陵區(qū)之一。該區(qū)包括內江、南充、遂寧、廣安、資陽、綿陽、樂山、德陽、成都9個地市29個縣（市），耕地面積147萬hm2，占四川省耕地面積的32.7%，耕地中旱地多水田少，比例約為6∶4［1］。旱地又以坡耕地為主，田高水低，地下水資源貧乏，灌溉設施不足，大部分坡耕地作物主要依靠雨養(yǎng)。

冬小麥是該區(qū)第二大糧食作物。2008年，四川冬小麥面積1 374 461 hm2，單產(chǎn)為4 097 kg／hm2，其中丘陵區(qū)冬小麥面積944 561 hm2，單產(chǎn)為4 158 kg／hm2，因此，丘陵區(qū)冬小麥在四川糧食作物中占有重要的地位。川中丘陵區(qū)降水總量較豐富，年降水量約900～1 000 mm，由于時空分布不均，季節(jié)性干旱又十分明顯，是四川著名旱區(qū)［2］。1951－1995年的統(tǒng)計資料，春干頻率58%，夏干頻率76%，伏旱頻率67%；春夏連旱頻率36%，夏伏連旱頻率44%，春夏伏旱頻率33%，連旱率高達91%，因此，干旱是制約本區(qū)農業(yè)生產(chǎn)的主要因素［3］。以川中丘陵區(qū)簡陽市為例，1953－2009年，在冬小麥生長季節(jié)（11月1日至5月10日）平均降雨為186.9 mm，水分不足是限制冬小麥生長發(fā)育及產(chǎn)量形成的重要因子。

為使農田水最大程度地被冬小麥充分利用，以提高冬小麥的產(chǎn)量與水分利用效率，筆者通過研究多種節(jié)水栽培措施條件下的耗水特性、潛在蒸散量、作物系數(shù)，對冬小麥與水分利用效率進行了分析，旨在為該區(qū)冬小麥節(jié)水灌溉措施和高產(chǎn)綜合技術提供參考。

2 試驗地點基本情況

試驗時間：2008年11月至2010年5月。

試驗地點：簡陽市東溪鎮(zhèn)萬古村八社的四川省農科院野外試驗站，地理位置為東經(jīng)140°33′36″、北緯30°22′12″，海拔高度為573 m。試驗區(qū)多年平均降雨量882.9 mm，多年平均氣溫17.7℃，年累積日照時數(shù)1 250.9 h，無霜期300 d，氣候條件適宜冬小麥的生長發(fā)育。

本試驗采用坑測法。每個小區(qū)面積3 m2（2 m× 1.5 m）。土層厚度為1.0 m。土層下部設有反濾層，并安有排水管，以排除土體內多余的水量?？釉詧龅闹車O保護行。供試土壤為侏羅紀蓬萊鎮(zhèn)組母質發(fā)育的棕紫泥土，土壤基本理化性狀如表1。

表1 供試土壤理化性狀表Table1 Physical and chem ical properties of the soil sam ple

3 試驗設置

3.1 試驗材料

（1）供試冬小麥品種為川麥42。播種量117 kg／hm2，行距20 cm×8 cm。每個小區(qū)均單打單收。

第一年度試驗于2008－2009年度：于2008年11月30日播種，翌年5月10日收獲；

第二年度試驗于2009－2010年度：于2009年10月31日播種，翌年5月17日收獲。

（2）供試肥料和用量：純氮150 kg／hm2（尿素，326.87 kg／hm2）；P2O545 kg／hm2（過磷酸鈣，375 kg／hm2）作底肥一次用。每個處理的施肥水平和田間管理措施均保持一致。

3.2 試驗布置

試驗設計為5個處理措施，每個處理設3次重復：

處理措施A：對照（ck），全生育期不覆蓋也不灌溉；

處理措施B：常規(guī)灌溉（田間持水量保持在75%）；

處理措施C：秸稈覆蓋＋常規(guī)灌溉（田間持水量保持在75%）；

處理措施D：節(jié)水灌溉（田間持水量保持在65%）；

處理措施E：秸稈覆蓋＋節(jié)水灌溉（田間持水量保持在65%）。

3.3 冬小麥生育期的劃分

根據(jù)川中丘陵區(qū)冬小麥的發(fā)育特性將其生育期劃分為苗期、分蘗期、拔節(jié)期、抽穗孕穗期、開花灌漿期和成熟期6個時期。

4 氣象基礎數(shù)據(jù)

1999年1月至2010年6月的氣象資料來源于簡陽市氣象局。氣象數(shù)據(jù)包括大氣壓（hPa）、平均溫度（℃）、最高氣溫（℃）、最低氣溫（℃）、水汽壓（hPa）、日照時數(shù)（h）、風速（m／s）、大氣相對濕度（%）和水面蒸發(fā)量（mm／d）等。

5 測定項目和方法

5.1 土壤水分測定

（1）測量儀器：中國農大研制的土壤墑情監(jiān)測系統(tǒng)（包括SWR2型）土壤水分傳感器、TSC型數(shù)據(jù)采集器。

（2）測量方法：每個小區(qū)每10 d測定一次土壤水分，測量深度分別為0～10 cm，10～20 cm，20～40 cm，40～60 cm，60～80 cm和80～100 cm，共計6個層次，然后用加權平均法計算整個土層的含水量。同時降雨或灌水前后各加測一次。

5.2 作物生長狀況的測定

本試驗主要是對其株高和葉面積指數(shù)的測定。定期（每隔10 d）觀測冬小麥株高和葉面積、查看分蘗數(shù)。每次測定均在小區(qū)內隨機取20株樣本。株高采用鋼卷尺直接測量；葉面積指數(shù)的測定是先測量各葉片的葉長和最大葉寬，然后對二者進行相乘和累加求和后再乘以折算系數(shù)（1.2）確定。

5.3 灌水時間和灌水量的確定

每隔10 d左右，當土壤含水率下限值分別低于田間持水率75%（常規(guī)）和65%（節(jié)水）時進行灌溉，灌水量以達到田間持水率75%（常規(guī)）和達到65%（節(jié)水）為止。灌水計量工具為量杯。

5.4 產(chǎn)量測定

冬小麥產(chǎn)量單打單收，分區(qū)考種測產(chǎn)。

6 計算方法

6.1 耗水量（ETm）計算

采用測定土壤含水率計算作物耗水量時，耗水量的計算公式為

式中：ET1－2為階段耗水量；i為土壤層次序號；n為土壤層次總數(shù)目；γdi為第i層土壤的干密度（g／cm3），當土壤含水率采用體積百分率時為1；Hi為第i層土壤的厚度（cm）；θi1與θi2分別是第i層土壤在時段始末的含水率（本試驗是占體積的百分數(shù)）；I為時段內的灌水量（mm）；P為時段內的降雨量（mm），如有防雨棚時P＝0；SG為時段內的地下水補給量（mm），在有底的測坑條件下，SG＝0；R為時段內的徑流量（地表徑流與壤中徑流之和，mm）。

6.2 潛在蒸散量（ET0）的計算

FAO Penman-Monteith公式［3］是聯(lián)合國糧農組織（FAO）1998年推薦使用的具有相對較小誤差的計算潛在蒸散量的方法。這里，定義潛在蒸散量為一種假想?yún)⒄兆魑锕趯拥恼羯⑺俾?，假設作物植株高度為0.12 m，固定的作物表面阻力為70 m／s，反射率為0.23，非常類似于表面開闊、高度一致、生長旺盛、完全遮蓋地面而不缺水的綠色草地的蒸散量。FAO Penman-Monteith修正公式表達如下：

式中：ET0為潛在蒸散量（mm·d－1）；Rn為地表凈輻射（MJ·m－2·d－1）；G為土壤熱通量（MJ· m－2·d－1）；T為日平均氣溫（℃）；u2為2 m高處風速（m／s）；es為飽和水汽壓（kPa）；ea為實際水汽壓（kPa）；Δ為飽和水汽壓曲線斜率（kPa·℃－1）；γ為干濕表常數(shù)（kPa·℃－1）。

6.3 作物系數(shù)（Kc）的計算

作物系數(shù)（Kc）是計算農田實際蒸散量的重要參數(shù)之一。作物系數(shù)受土壤、氣候、作物生長狀況和管理方式等多種因素影響，在本研究中冬小麥的作物系數(shù)是根據(jù)簡陽市冬小麥生育期內氣候變化特征以及冬小麥耗水試驗的成果來確定。對作物系數(shù)（Kc）的基本定義為在土壤水分充分供應時，作物耗水量（ETm）與潛在蒸散量（ET0）的比值。其公式表達如下：

式中：Kc為作物系數(shù)；ETm為作物耗水量（mm·d－1）；ET0為潛在蒸散量（mm·d－1）。

7 結果與分析

7.1 不同節(jié)水栽培措施對冬小麥耗水量的影響

根據(jù)川中丘陵區(qū)冬小麥生長規(guī)律和特點，可將其主要生育期分成6個階段。從播種期到收獲期，逐日、逐階段進行土壤含水量計算，并逐日、逐階段進行有效雨量分析，再根據(jù)公式（1）計算出階段耗水量和全生育期冬小麥的耗水量。計算結果見圖1。

圖1 不同節(jié)水栽培措施對冬小麥各生育期耗水量的影響Fig.1 The effect of different saving-water cultivation measurements on water consumption of w inter wheat in different grow th period

計算結果表明，不同條件下冬小麥全生育期的耗水量明顯存在差異：在無秸稈覆蓋栽培條件下，當保證田間持水量分別為65%，75%時，節(jié)水灌溉（D）與常規(guī)灌溉（B）耗水量分別為410，421 mm；在秸稈覆蓋栽培條件下，當保證田間持水量分別為65%，75%時，節(jié)水灌溉（E）與常規(guī)灌溉（C）耗水量分別為378，399 mm；而僅依賴于降雨（即對照A：不灌水也不覆蓋）栽培條件下的耗水量最少，僅為348 mm。

7.2 川中丘陵區(qū)冬小麥生育期的潛在蒸散量（ET0）特征

根據(jù)簡陽市1999－2010年逐日相關氣象數(shù)據(jù)和公式（2）計算出簡陽市冬小麥生育期的潛在蒸散量如圖2。在冬小麥生育期逐日的潛在蒸散量的平均值在0.93～3.81 mm／d變幅內變動，苗期至拔節(jié)期變化較為平緩，而且蒸散量較少，大約為0.93～1.30 mm／d；拔節(jié)至成熟期變化較大且蒸散量較大，從1.30 mm／d增至3.81 mm／d。呈現(xiàn)出前期平穩(wěn)，中后期逐漸增加的特征。

圖2 川中丘陵區(qū)冬小麥生育期潛在蒸發(fā)量（ET0）的變化特征Fig.2 The variation of potential evapotranspiration of w inter wheat in grow th period in m iddle Sichuan Province hilly area

7.3 不同節(jié)水栽培措施對冬小麥作物系數(shù)Kc的影響

作物系數(shù)是計算作物需水量的重要參數(shù)，它反映了作物本身生物學特性、產(chǎn)量水平、土壤耕作條件等對作物需水量的影響。在作物系數(shù)方面的研究，我國主要集中在北方［4－6］，而在南方的研究較少。本研究根據(jù)實測不同節(jié)水措施的耗水量和相應氣象資料計算出的冬小麥潛在蒸散量，并通過公式（3）求出川中丘陵區(qū)冬小麥的作物系數(shù)Kc值。不同節(jié)水措施對冬小麥作物系數(shù)Kc值變化過程的影響見圖3。

圖3 不同節(jié)水栽培措施對冬小麥作物系數(shù)（Kc）變化過程的影響Fig.3 The effect of different water-saving cultivation measurements on crop coefficient（Kc）variation of w inter wheat

從圖3可以看出，在冬小麥全生育期各處理的Kc值幅度在0.23～1.92之間，并呈現(xiàn)一拋物線特征，其中分蘗期、拔節(jié)期和抽穗孕穗期Kc值均大于1.0。在苗期，由于葉面積指數(shù)較小，依靠作物蒸騰的水分較少，ETm小于或者接近ET0，因此Kc值小于1.0；隨著作物的生長，葉面積指數(shù)逐漸增大，這時農田蒸散主要是作物的蒸騰耗水，因此ETm逐漸增大，并超過ET0，這時Kc值大于1.0，并在拔節(jié)期達到最大值，并基本保持到抽穗孕穗期；抽穗孕穗期后，作物逐漸從營養(yǎng)生長轉為生殖生長，ETm逐漸減小，在開花灌漿期后ETm小于ET0，使Kc值小于1.0，到成熟期達到最低值。

不同處理措施的Kc值也有差異，其順序為：C＞B＞D＞E＞A。其中以秸稈覆蓋＋常規(guī)灌溉栽培措施平均Kc值最大，為1.27；對照平均Kc值最小，為1.03。

7.4 不同節(jié)水栽培措施對冬小麥產(chǎn)量與水分利用率的影響

表2表明不同處理對冬小麥產(chǎn)量與水分利用率有明顯的影響：

冬小麥產(chǎn)量以秸稈覆蓋＋常規(guī)灌溉處理（C）最高，達到6 222.53 kg／hm2；而以對照（A）最低，僅為3 852.00 kg／hm2。

水分利用效率（water use efficiency，WUE）即水資源的平均生產(chǎn)能力，表示一單位水資源生產(chǎn)的作物產(chǎn)量或生產(chǎn)1 kg作物產(chǎn)量的耗水量，它是節(jié)水農業(yè)研究的最終目標［7］。

不同處理措施的冬小麥水分生產(chǎn)率在1.12～1.55 kg／m3之間變化，表現(xiàn)為E＞C＞B＞D＞A，其中對照處理最低；秸稈覆蓋＋節(jié)水灌溉最高。

不同節(jié)水栽培措施冬小麥的灌水生產(chǎn)率在3.13～3.62 kg／m3之間變化，灌水利用率為E＞C＞D＞B。其中常規(guī)灌溉處理最低；秸稈覆蓋＋節(jié)水灌溉最高。

表2 不同節(jié)水栽培措施對冬小麥產(chǎn)量與水分利用率的影響Table 2 The effect of different water-saving cultivation treatments on yield and water use efficiency of w inter wheat

8 結論與建議

通過對川中丘陵區(qū)冬小麥耗水量、潛在蒸散量（ET0）、Kc值研究表明，不同節(jié)水栽培措施對川中丘陵區(qū)冬小麥產(chǎn)量與水分利用率有顯著的影響。

（1）在冬小麥全生育期，當保證田間持水量分別為65%，75%時，在無秸稈覆蓋栽培條件下時節(jié)水灌溉（D）與常規(guī)灌溉（B）耗水量分別為410，421 mm，在秸稈覆蓋栽培條件下，節(jié)水灌溉（E）與常規(guī)灌溉（C）耗水量則分別為378，399 mm；而僅依賴于降雨的對照（即A：不灌水也不覆蓋）耗水量最少，僅為348 mm。

（2）川中丘陵區(qū)冬小麥生育期逐日的潛在蒸散量（ET0）的平均值在0.93～3.81 mm／d變幅內變動，拔節(jié)至成熟期變化較大且蒸散量較大，從1.30 mm／d增至3.81 mm／d。呈現(xiàn)出前期平穩(wěn)，中后期逐漸增加的特征。

（3）在冬小麥全生育期，各處理的Kc值幅度在0.23～1.92之間變化，并呈現(xiàn)一拋物線特征。在苗期，Kc值小于1.0；隨著作物的生長，Kc值逐漸增大，并在拔節(jié)期達到最大值，平均值為1.97，并基本保持到抽穗孕穗期；抽穗孕穗期后，Kc值逐漸減小，到成熟期達到最低值，平均值僅為0.25左右。

不同方法處理Kc值也有差異，其平均值順序為：C＞B＞D＞E＞A。其中以秸稈覆蓋＋常規(guī)灌溉栽培措施Kc值最大，平均值為1.27；對照Kc值最小，平均值為1.03。

（4）產(chǎn)量結果表明，冬小麥產(chǎn)量以秸稈覆蓋＋常規(guī)灌溉處理最高，達到6 222.53 kg／hm2，而以對照（A）最低，僅為3 852.00 kg／hm2；但冬小麥的水分生產(chǎn)率與灌水生產(chǎn)率則均表現(xiàn)為秸稈覆蓋＋節(jié)水灌溉處理最高，分別達到0.55，3.62 kg／m3。

盡管以上試驗結果表明：冬小麥產(chǎn)量以秸稈覆蓋＋常規(guī)灌溉處理最高，而秸稈覆蓋＋節(jié)水灌溉水分利用率則最顯著。但面對水資源日益緊張的嚴峻形勢，僅從滿足作物的生物學需水以奪取高產(chǎn)的角度來確定灌溉是不夠的，如何用好有限的水資源，如何使有限的水分取得最好的生產(chǎn)效益是今后繼續(xù)值得關注的問題。

［1］ 徐精文，楊文鈺，任萬君，等.川中丘陵區(qū)主要農業(yè)氣象災害及其防御措施［J］.中國農業(yè)氣象，2002，23（3）：49－52.（XU Jing-wen，YANG Wen-yu，REN Wan-jun，et al.Major agrometeorological disasters in the hilly region of the middle Sichuan and their preventive measures［J］.Agricultural Meteorology，2002，23（3）：49－52.（in Chinese））

［2］ 趙燮京，張建華，楊文元.四川丘陵區(qū)旱地節(jié)水農業(yè)發(fā)展的思考［J］.西南農業(yè)學報，1998，11（s1）：107－110.（ZHAO Xie-jing，ZHANG Jian-hua，YANG Wenyuan.Thoughtofwater saving agriculture development on dryland of the hilly area of Sichuan［J］.Southwest China Journal of Agricultural Sciences，1998，11（s1）：107－110.（in Chinese））

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（編輯：劉運飛）

Effect of W ater-saving Cultivation Technique on W ater Use Efficiency of W inter W heat in M idd le Sichuan Hilly Area

ZHAO Xiao-rong，ZHAO Xie-jing，WANG Chang-tao
（Soil and Fertilizer Institute of Sichuan Academy of Agricultural Sciences，Chengdu 610066，China）

The insufficiency ofwater is the important factor that limits the growth and yield ofwinter wheat inmiddle Sichuan Province hilly area.In this paper，we analyzed the yield and water use efficiency of winter wheat in differentwater-saving cultivation conditions by studying water consumption，potential evapotranspiration，and crop coefficient.The results indicated as follows：In the whole growth period of winter wheat the water consumption of regular irrigation with 75%field water capacity to be ensured was the highestwhich reached 421 mm，while thewater consumption of dependent on rainfallwas the lowestwhich was only 348 mm.The average day-to-day potential evapotranspiration in growth period ofwinterwheat ranged from 0.93 mm／d to 3.81 mm／d，which presented stability in earlier stage and increased in mid-and late-period.Furthermore，in the whole growth period of winter wheat the Kcvalues in different treatments ranged from 0.23 to 1.92，which presented a parabola character.The Kcvalue reached the highest value in jointing stage while it did the lowest value in maturity stage.Besides，the average Kc

value in straw mulch plus regular irrigation cultivation treatmentwas the highestwhile itwas the lowest in contrast treatment.The yield of winter wheat was the highest in straw mulch plus regular irrigation cultivation treatment which reached 6 222.53 kg／hm2，while the yield was the lowest in contrast treatment which was only 3 852.00 kg／hm2.The water productivity and irrigation productivity ofwinter wheatwas the highest in straw mulch pluswater-saving irrigation cultivation treatmentwhich reached 55 kg／m3and 3.62 kg／m3.

middle Sichuan Province hilly area；water-saving cultivation；winter wheat；water productivity

S274.1

A

1001－5485（2010）11－0010－05

2010-09-10

國家“十一五”科技支撐項目（2008BAD98B02，2006BAD29B08，2007BAD88B08，2007BAD89B15）

趙小蓉（1956-），女，四川合江人，研究員，長期從事農業(yè)資源環(huán)境保護和利用研究，（電話）028-84674396，13018244061（電子信箱）xrzhao＠sohu.com。