楊麗霞，王仰仁

(1.山西省水利水電科學(xué)研究院，山西 太原 030002;2.天津農(nóng)學(xué)院，天津，300384)

我國(guó)是一個(gè)水資源短缺、旱災(zāi)頻繁的國(guó)家，人均水資源占有量只有2 500 m3，約為世界人均量的1/4，已經(jīng)被聯(lián)合國(guó)列為13個(gè)貧水國(guó)家之一。干旱是我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的最大威脅，農(nóng)田灌溉用水尤其是北方地區(qū)的農(nóng)田灌溉用水常因水資源匱乏而不能滿足農(nóng)作物的正常需水要求。研究作物的需水規(guī)律及其對(duì)產(chǎn)量的影響對(duì)于節(jié)水灌溉與灌溉預(yù)報(bào)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

冬小麥?zhǔn)巧轿魇∨R汾市重要的經(jīng)濟(jì)作物，是該地區(qū)的支柱產(chǎn)業(yè)之一。研究表明，小麥產(chǎn)量受土壤水分脅迫的影響，灌溉是小麥高產(chǎn)的重要保證。根據(jù)山西省科技攻關(guān)項(xiàng)目的要求，結(jié)合山西省臨汾地區(qū)冬小麥種植情況，在山西省臨汾市進(jìn)行了本試驗(yàn)。通過(guò)試驗(yàn)，研究了不同灌溉處理對(duì)小麥各生育階段0～160 cm土層含水率的動(dòng)態(tài)變化和耗水特性的影響，研究灌水時(shí)間和灌水量及施肥量對(duì)土壤水分變化動(dòng)態(tài)、對(duì)冬小麥蒸發(fā)蒸騰規(guī)律和產(chǎn)量的影響，探索適合當(dāng)?shù)貤l件下冬小麥實(shí)時(shí)灌溉預(yù)報(bào)方法。

1 試驗(yàn)概況

1.1 試驗(yàn)點(diǎn)基本情況

試驗(yàn)點(diǎn)位于臨汾市堯都區(qū)劉村鎮(zhèn)東宜村西，海拔高程449.00 m，該地所屬氣候?yàn)榇箨懶园敫珊殿愋?。多年平均氣溫?2.1℃，降雨量為486.7 mm左右，蒸發(fā)量(20 cm口徑)為1 568 mm。耕作制度為冬小麥－夏玉米一年兩作，施肥管理水平較高。引用龍子祠泉水和試驗(yàn)田水井灌溉，灌溉條件優(yōu)越，中壤土，肥力中等，0～100 cm土壤平均干容重1.42 g/cm3，田間持水率 25.7% 。

1.2 處理設(shè)計(jì)

根據(jù)冬小麥生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律，把冬小麥整個(gè)生育期劃分為播種～越冬、越冬～返青、返青～拔節(jié)、拔節(jié) ～抽穗、抽穗～灌漿、灌漿～收獲六個(gè)生育階段。田間試驗(yàn)根據(jù)灌水次數(shù)與施肥水平設(shè)置處理，實(shí)施過(guò)程中每次灌水定額采用固定值，取灌水定額為750 m3/hm2。可供灌水次數(shù)為不灌水、灌水1次、灌水2次與灌水3次，施肥水平分為當(dāng)?shù)厥┓仕?、高于與低于當(dāng)?shù)厥┓仕?0%，施肥量分別為750 kg/hm2、1 125 kg/hm2與375 kg/hm2。處理1、處理2和處理3，灌水均為1次，灌水量均為75 mm，當(dāng)?shù)厥┓仕?，僅灌水時(shí)間不同;處理4、處理5、處理6、處理9與處理10，灌水均為2次，灌水量均為150 mm，施肥水平不同;處理7灌水3次，灌水量為225 mm，當(dāng)?shù)厥┓仕?處理8為對(duì)照處理，全生育期不灌水、不施肥。處理數(shù)共計(jì)10個(gè)。田間處理設(shè)計(jì)及實(shí)施結(jié)果見表1。每個(gè)處理重復(fù)3次，共有30個(gè)小區(qū)。設(shè)置每個(gè)小區(qū)長(zhǎng)20 m，寬3.3 m。試驗(yàn)田周圍設(shè)有5 m的保護(hù)區(qū)。

表1 田間處理設(shè)計(jì)及灌水實(shí)施結(jié)果表

1.3 測(cè)試內(nèi)容與方法

(1)灌水量觀測(cè)及方法:按試驗(yàn)處理設(shè)計(jì)的灌水方案進(jìn)行灌水，灌水量用水表觀測(cè)計(jì)量。

(2)土壤含水量觀測(cè):采用取土烘干稱重法測(cè)定，測(cè)定深度160 cm，共分8個(gè)測(cè)定段，在土層20～160 cm深度，每20 cm土層取一樣，最后用加權(quán)平均法分別計(jì)算0～100cm、100～160 cm土體的含水量。觀測(cè)時(shí)間為15天一次，在灌水前后和降雨后(＞30 mm)加測(cè)。

(3)土壤養(yǎng)分測(cè)定:硝態(tài)氮 N、P、K含量，有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷和全鉀，采用室內(nèi)常規(guī)測(cè)試方法。

(4)氣象條件:觀測(cè)與試驗(yàn)同期的氣象要素有:最高溫度、最低溫度、濕度、水面蒸發(fā)量(20 cm蒸發(fā)皿)和降雨量5項(xiàng)，其他氣象要素如日照、風(fēng)速等采用市氣象站逐日值。

(5)考種測(cè)產(chǎn):作物收獲測(cè)定畝穗數(shù)、穗長(zhǎng)、穗粒數(shù)、千粒重等性狀，并單打單收測(cè)定實(shí)際產(chǎn)量。

(6)其余觀測(cè)項(xiàng)目按照灌溉試驗(yàn)規(guī)范要求測(cè)試。如病蟲害治理方法、農(nóng)藥名稱、肥料名稱等。

2 結(jié)果與分析

2.1 作物耗水量計(jì)算

作物全生育期耗水量是指作物通過(guò)蒸發(fā)和蒸騰從土壤中損失的水分，即通過(guò)蒸散損失的水分。作物耗水量計(jì)算公式為:

式中:ET為階段耗水量，mm;i為土層編號(hào);n為總土層數(shù);Yi為第 i層土壤干容重，g/cm3;Hi為第 i層土壤厚度，mm;θi1和為第i層土壤時(shí)段初和時(shí)段末的含水率;M為時(shí)段內(nèi)的灌水量，mm;P為時(shí)段內(nèi)的降雨量，mm;K為時(shí)段內(nèi)的地下水補(bǔ)給量，mm。試驗(yàn)區(qū)的地下水位常年在地表5m以下，因此K值忽略不計(jì)。

表2 不同處理各生育期不同深度范圍內(nèi)平均含水率

2.2 不同灌水模式冬小麥耗水情況

試驗(yàn)灌水水源為水井，水井深度約30 m，采用管道輸水灌溉，試驗(yàn)期間灌水量和灌水次數(shù)、施肥量及施肥次數(shù)均嚴(yán)格按照試驗(yàn)方案進(jìn)行。測(cè)得冬小麥不同處理各土層的土壤含水率、養(yǎng)分、干物質(zhì)等資料，表2給出了不同處理各生育期0～100 cm、100～160 cm土層土壤含水量，按照公式(1)計(jì)算不同處理全生育期的土壤供水量及耗水量，表3給出了不同處理模式對(duì)耗水量及產(chǎn)量影響表。

由表3可見，在同樣的灌水施肥條件下，耗水量差異不大，處理2灌拔節(jié)水較處理1、3灌冬澆水與灌漿水可增產(chǎn)達(dá)14.4%;處理4較處理5、處理6耗水量增大，產(chǎn)量增高在10.7～17.5之間，說(shuō)明這種灌2水模式(也即冬澆水與拔節(jié)水)較其它的灌水模式更適合于當(dāng)?shù)毓嗨那闆r;處理4、處理9與處理10，灌水模式相同，只是施肥水平不同，耗水量與產(chǎn)量變化不明顯，增產(chǎn)1.3～3.5%。處理7產(chǎn)量與耗水量均有明顯的增高。試驗(yàn)表明，在同樣的灌水條件下，施肥量對(duì)耗水量與產(chǎn)量影響不大，灌水量是冬小麥高產(chǎn)的關(guān)鍵因素。

2.3 不同灌水模式的水分利用率情況

冬小麥?zhǔn)斋@后分別測(cè)定每個(gè)小區(qū)產(chǎn)量、理論產(chǎn)量、千粒重、穗粒數(shù)、每公頃穗數(shù)。分別于越冬、拔節(jié)、灌漿期用水表測(cè)定各處理的灌水量。

表3 不同灌水模式對(duì)耗水量及產(chǎn)量影響表

水分利用效率(WUE)是用來(lái)描述作物生長(zhǎng)量與水分利用狀況之間關(guān)系的指標(biāo)。本研究用籽粒產(chǎn)量(Y)與作物生育期總耗水量(ET)的比值表示水分利用效率，

見式(2)。

用這一公式可以評(píng)價(jià)不同灌水水平的水分有效利用程度的影響。水分利用效率計(jì)算結(jié)果見圖1。

圖1 不同處理冬小麥水分利用率圖

結(jié)果表明，同樣施肥情況下，處理4水分利用效率較高，高于灌1水的處理1、2、3，高于灌3水的處理7。增加灌水量，其水分利用效率先增加后降低。同樣灌水條件下，處理4與處理9、處理10水分利用效率相差不大，說(shuō)明當(dāng)?shù)厥┓仕捷^為合理，過(guò)高或過(guò)低與當(dāng)?shù)厥┓仕綄?duì)水分利用效率影響不大，產(chǎn)量還降低。

同時(shí)增加灌水量和施肥量的條件下，其水分利用效率先增加后降低。處理8的水分利用效率為0.92 kg/m3，處理1、2與3的水分利用效率為1.08 kg/m3，處理4、5、6的水分利用效率為1.14 kg/m3，處理7的水分利用效率為1.10，處理4比處理8的水分利用效率增加了0.26 kg/m3，而處理7比處理4的水分利用效率降低了0.08 kg/m3。其原因是在灌水量與施肥量較小時(shí)，增加施肥量和灌水量，有明顯增產(chǎn)，可提高水分利用效率;在灌水量較大時(shí)，再增加灌水量，增產(chǎn)幅度不大，因而水分利用效率明顯降低。從圖1也明顯看出，處理4水分利用效率最高。

3 結(jié)論與展望

(1)本研究中各處理設(shè)計(jì)灌水次數(shù)與時(shí)間與當(dāng)?shù)毓嗨?xí)慣吻合，冬小麥的產(chǎn)量和理論產(chǎn)量基本吻合，表明灌溉預(yù)報(bào)具有較大的增產(chǎn)潛力。

(2)本試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)?shù)毓嗨┓仕降奶幚?，其水分的利用效率最高，產(chǎn)量也較高。即灌水2次，灌水時(shí)間為越冬水、拔節(jié)水，灌水定額為50 mm;施肥750 kg/hm2，其中，底肥為復(fù)合肥600 kg/hm2，追肥為尿素150 kg/hm2(隨拔節(jié)水追肥)，該處理可以作為冬小麥適宜的灌溉施肥處理模式，其灌水施肥方案對(duì)類似地區(qū)具有一定指導(dǎo)意義。

(3)在降水量為146.4 mm的條件下，全生育期灌水3次，灌水定額75 mm，灌溉定額225 mm，可實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效的目的。

(4)冬小麥在當(dāng)?shù)貧夂?、土壤及栽培模式下，一般年份，隨著灌水量的增加，冬小麥的耗水量在增加，相應(yīng)地產(chǎn)量也在增加，灌3水模式全生育期的耗水量與產(chǎn)量最大。施肥量增大或減少對(duì)冬小麥的產(chǎn)量與耗水量影響不大。

(5)本試驗(yàn)最高灌水量為225 mm。全生育期的耗水量在277～515 mm之間。不同灌水模式每次灌水時(shí)間的確定還需要進(jìn)一步研究確定，以達(dá)到準(zhǔn)確預(yù)報(bào)的效果，更有利于水分利用效率的提高。對(duì)干旱少雨年份，對(duì)于提高灌水量，產(chǎn)量是否能夠進(jìn)一步提高還需要做進(jìn)一步研究。

［1］王仰仁，孫小平.山西農(nóng)業(yè)節(jié)水理論與作物高效用水模式［M］.北京:中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社，2003.

［2］韓娜娜，王仰仁，孫書洪等.灌水量對(duì)冬小麥耗水量與產(chǎn)量影響的試驗(yàn)研究［J］.節(jié)水灌溉，2010，(4):4－7.

［3］段愛旺，孫景生，劉鈺等，北方地區(qū)主要農(nóng)作物灌溉用水定額［M］.北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社，2004.52－80