居英威

（山西省汾河灌溉管理局 山西祁縣 030900）

山西省汾河灌區(qū)位于太原盆地，跨三市、十一個縣（市、區(qū)），是山西省最大的自流灌區(qū),灌區(qū)受益面積10萬hm2，約占全省水澆地面積的1/10，土地面積為1396.54km2，灌溉面積9.97萬hm2，是山西省主要糧棉生產基地之一。灌區(qū)多年平均降水量為453.1mm，年平均蒸發(fā)量高達1031.9mm，干燥度指標1.1～2.2，但年際降雨量變化很大，從20世紀50年代到21世紀初期豐水年與枯水年降雨量的比值為2.8，最多年份730mm，最少年份僅為260mm左右。水資源的短缺不能滿足農業(yè)用水需求，嚴重制約了國民經濟的可持續(xù)發(fā)展。冬小麥是汾河灌區(qū)傳統(tǒng)主要種植作物，為了研究和探索不同土壤水分控制下限對冬小麥生長發(fā)育和產量的影響，尋找冬小麥生長適宜的土壤水分下限及其耗水規(guī)律，制定冬小麥節(jié)水灌溉制度，為農民增產增收提供技術保障，為水利工程規(guī)劃設計提供科學依據，2010年在山西省汾河灌溉管理局中心試驗站進行了冬小麥節(jié)水高效灌溉制度試驗。

1 材料與方法

1.1 試驗基本情況

試驗于2009年10月至2010年6月在山西省汾河灌溉管理局中心試驗站試驗田進行。該站位于山西省文水縣胡蘭鎮(zhèn)，屬大陸性季風氣候。年平均氣溫11℃，氣溫在0℃以上總積溫為4300℃，無霜期171d，多年平均降水量456mm，平均蒸發(fā)量750mm。土壤0～30cm為中壤土，30～90cm為重黏土，90～150cm為細砂土。0～100cm土壤平均干容重為1.38 t/m3，田間持水量26.9%（重量百分比），地下水礦化度為787mg/L，pH值為8.12，全鹽量0～80cm平均0.6174%，0～50cm有機質含量為0.85%，速效磷含量為0.31%。冬小麥品種“良星99”，于10月13日播種，播量為300kg/hm2，播種深度為5cm,行距為20cm。底肥施復混肥料，施肥量為750kg/hm2，追肥為尿素，施肥量為750kg/hm2。6月22日收獲。

1.2 試驗處理設計

根據冬小麥生長發(fā)育規(guī)律，參照作物耕作栽培和植物生理學方面的有關內容，以及灌溉試驗規(guī)范，把冬小麥整個生育期大體分為拔節(jié)前、拔節(jié)-抽穗、抽穗后三個階段，每個階段分別從田持的50%到75%劃分了不同的水分控制下限，共設置了7個處理（見表1）。每個處理試驗小區(qū)面積0.006667hm2，每個處理重復三次。

表1 冬小麥試驗處理設計表

1.3 測試內容與方法

氣象條件：由站內氣象站同期觀測小麥生長期內水面蒸發(fā)量(中國20cm 蒸發(fā)皿)、地溫(地表、-5、-10、-15、-20cm)、氣溫(干濕球)，濕度用（干濕表法確定）、日照等。

土壤水分：觀測到1m，每隔20cm一層，用土鉆取土，烘干稱重法測水分。觀測時間在每旬開始的第一天觀測，灌水前、灌水后、生育階段和降雨后加測。

土壤鹽分、養(yǎng)分觀測：在冬小麥播種和收獲觀測土壤養(yǎng)分和鹽分狀況，鹽分觀測層次0～10cm、10～30cm、30～50cm和50～80cm四層；養(yǎng)分觀測層次0～20cm和20～50cm二層。

冬小麥畝株數和葉面積指數：從苗期開始，定期觀測冬小麥群體變化狀況，每個處理區(qū)一行中固定5株，觀測葉面積指數。每片葉面積測量采用葉片長度和寬度的乘積乘以常數0.80得出。

考種測產：冬小麥成熟后，單打單收，考種測產。

2 結果與分析

2.1 灌水量

冬小麥2009年10月13日播種，10月21日出苗，11月12日越冬，2010年3月21日返青，4月11日拔節(jié)，5月11日抽穗，5月26日灌漿，6月22日收獲，整個生育期累計253d。期間總降雨量為148.4mm。由于土壤水分下限的不同，冬小麥各處理間灌水次數和灌水量各不相同，處理1為不灌水對照處理，處理2至處理7分別灌水1至6次。各處理每次灌水時間和灌水定額見表2。

表2 冬小麥灌溉制度表（mm）

2.2 冬小麥生育期耗水量

作物耗水量是指作物在任一土壤水分條件下的植株蒸騰量、棵間蒸發(fā)量以及構成植株體的水量之和。氣候條件、土壤水分狀況、作物種類及生長階段、農業(yè)技術措施、灌溉排水措施等都會影響作物耗水量。作物田間耗水量由水量平衡公式計算得到：

式中：ET—階段耗水量，mm；

△W—時段內土壤儲水量變化量，mm；

P—時段內降雨量，mm；

I—時段內灌水量，mm；

SG—時段內地下水補給量，mm；DP—時段內深層滲漏量，mm。

△W為100cm深度內土壤儲水量的變化量；本試驗地下水埋深在5m以下，無地下水補給，沒有深層滲漏量，二者皆為零。冬小麥是直播品種，因此從播種后計算其耗水量，土壤儲水量的變化量為單位面積內豎直方向水量變化。

試驗中冬小麥各生育期日均耗水量和累計耗水量結果見表3。

表3 冬小麥各生育期日均耗水量和累計耗水量表

圖1 冬小麥耗水規(guī)律分析圖

圖1是根據表3結果繪制的冬小麥耗水規(guī)律分析圖。從表3和圖1可以看到，由于土壤水分下限的不同，各處理冬小麥耗水量各不相同，從281.54mm至528.27mm不等，但各處理間日均耗水量變化規(guī)律基本相同。苗期日均耗水量為1.54～2.05mmd-1，均值為1.85mmd-1；越冬期日均耗水量為0.21～1.66mmd-1，均值為0.55mmd-1；返青期日均耗水量1.392.98mmd-1之間，均值為2.05mmd-1；拔節(jié)期日均耗水量在2.01～4.68mmd-1之間，均值為3.67mmd-1；抽穗期氣溫升高，作物生長急劇加速，作物耗水量也隨之增大，日均耗水量在1.86～5.86mmd-1之間，均值為4.32mmd-1；之后進入灌漿成熟期，日均耗水量有所下降，在1.56～2.88mmd-1之間，均值為2.11mmd-1。這種規(guī)律和小麥各生育階段的外部生長環(huán)境和形態(tài)是相符合的。因為在小麥的播種出苗期，氣溫并不很高，耗水量基本上只有棵間蒸發(fā)，隨著小麥的出苗，氣溫逐漸下降，植株較小，棵間蒸發(fā)和植株蒸騰都相對較小，到了越冬期的鄰近，氣溫逐漸降到零度以下，小麥進入了越冬期，耗水量也基本停止。進入返青期后，氣溫回升，大地復蘇，小麥的需水量也逐漸升高，到了拔節(jié)期和抽穗期，小麥進入快速生長階段，這個時候一方面小麥營養(yǎng)生長、生殖生長光合作用需要大量的水分，另一方面隨著外部氣溫的升高和小麥葉面積指數的增大，棵間蒸發(fā)和植株蒸騰也逐漸加大，日需水量大大增強；進入灌漿成熟階段以后，小麥植株已不再增長，部分葉片開始枯萎，作物蒸騰減少，耗水量開始慢慢降落。拔節(jié)期和抽穗期間土壤水分對冬小麥生長影響比較大，是需水關鍵期。

2.3 冬小麥耗水量與產量關系

表4是冬小麥不同水分下限處理產量和耗水結果，圖2是根據此結果繪制的耗水量與產量關系圖。試驗結果表明，冬小麥的耗水量與產量之間存在著十分密切的關系，當耗水量由281.54mm漸次提高到528.27mm時，產量也隨之由4288.50kg/hm2遞增到7842.00kg/hm2。說明在本次試驗的耗水量范圍內，隨著耗水量的增加，冬小麥的產量相應增加。經過計算機擬合，二者之間的函數關系為：

y=0.006x2+9.5896x+1188.1（相關系數 R2=0.9755）

式中：y—冬小麥經濟產量，kg/hm2；

x—冬小麥耗水量，mm。

表4 不同水分下限處理冬小麥產量與耗水量表

圖2 冬小麥產量與耗水量關系圖

2.4 冬小麥適宜土壤水分下限分析

從本次試驗所設置的七個處理中，確定冬小麥最優(yōu)土壤水分下限控制指標，本著這樣兩個原則來進行分析：一是冬小麥產量較高，但不一定是最高產量，同時考慮單位耗水產量（產量和耗水量的比值）比較大。在兩個產量比較接近時，盡量取較小的耗水量；二是盡量符合一般的耗水規(guī)律，考查其需水規(guī)律，選擇盡量沒有異常現象的處理。根據這樣的原則來分析，處理7產量最高，為7842.00kg/hm2，處理6次高，為7500.00kg/hm2，兩個處理產量比較接近，需水規(guī)律也都比較合理，但是，從單位耗水產量比較來看，處理 7（14.84kg/hm2·mm）小于處理 6（15.49 kg/hm2·mm）。處理 6的單位耗水產量為第二高值，僅次于處理2的15.63kg/hm2·mm，但二者差距較小，且處理2產量（5433.00kg/hm2）遠小于處理6（7500.00kg/hm2）。綜合比較分析認為，處理6的水分下限設置既高產又節(jié)水高效，即在冬小麥生長拔節(jié)-抽穗期控制田間土壤水分在田持的70%，其它時期控制在田持的65%，這種水分控制比較合理。

2.5 冬小麥節(jié)水高效灌溉制度

綜合以上幾方面的結果分析，處理6的灌溉模式是比較節(jié)水而又高效的冬小麥灌溉制度，其灌溉制度為：在3月下旬小麥返青時期灌第一水，灌水定額56.2mm，第二水在5月上旬，灌水定額56.4mm，第三水在5月上旬，灌水定額48.7mm，第四水在5月中旬，灌水定額56.2mm，第五水在5月下旬，灌水定額45.0mm，全生育期灌溉定額262.6mm，灌水次數5次。

3 結論

通過本次試驗得出以下結論：

（1）在當年氣候條件下，冬小麥平均日耗水強度苗期為1.85mmd-1，越冬期為0.55mmd-1，返青期為2.05mmd-1，拔節(jié)期為3.67mmd-1，抽穗期為4.32mmd-1，灌漿成熟期為2.11mmd-1。全生育期日耗水規(guī)律呈“馬鞍形”，有兩個高峰期，分別在冬前分蘗和冬后抽穗灌漿期，抽穗期是需水關鍵期。全生育期總耗水量281.54mm至528.27mm。

（2）在本試驗耗水量范圍內，耗水量越大，冬小麥產量越高，產量隨著耗水量的增加而增加，二者之間相關方程式為：y=0.006x2+9.5896x+1188.1。

（3）拔節(jié)期-抽穗期控制田間土壤水分在田持的70%，其他時期控制在田持的65%，這是當地生產條件下比較合理的冬小麥土壤水分灌溉參考指標。

（4）冬小麥比較科學合理的灌溉制度是：在3月下旬小麥返青時期灌第一水，灌水定額56.2mm，第二水在5月上旬，灌水定額56.4mm，第三水在5月上旬，灌水定額48.7mm，第四水在5月中旬，灌水定額56.2mm，第五水在5月下旬，灌水定額45.0mm，全生育期灌溉定額262.6mm，灌水次數5次。

試驗結論僅是在當年條件下得出，是否正確與準確有待于進一步實踐檢驗。