吳復(fù)學(xué)，孫慧敏，李海彥，吳長路，劉樹念，蘇曉舟，于振文，石玉

(1.鄄城縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站，山東 鄄城 274600；2.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，山東 泰安 271018)

測墑補(bǔ)灌對小麥水分利用特性和籽粒產(chǎn)量的影響

吳復(fù)學(xué)1，孫慧敏1，李海彥1，吳長路1，劉樹念1，蘇曉舟1，于振文2，石玉2

(1.鄄城縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站，山東 鄄城 274600；2.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，山東 泰安 271018)

于2014—2015、2015—2016年兩個(gè)小麥生長季，以豐川6號和豐川9號為試驗(yàn)材料，在大田設(shè)置5個(gè)處理，即全生育期不灌水(W0)、當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)灌溉(Wck)、拔節(jié)期和開花期均補(bǔ)灌至0～40 cm土層土壤相對含水量分別為70%(W70)、75%(W75)、80%(W80)，研究不同測墑補(bǔ)灌處理對小麥水分利用特性和籽粒產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明：W75處理較Wck灌水量少，土壤貯水消耗量及其占總耗水量的比例高；W75處理對20～160 cm土層土壤水分的消耗量顯著高于Wck，促進(jìn)小麥對深層土壤水分的利用。綜合兩年結(jié)果， W75處理籽粒產(chǎn)量、水分利用效率和灌溉水生產(chǎn)效率高，是本試驗(yàn)條件下高產(chǎn)節(jié)水的最優(yōu)處理。

小麥；測墑補(bǔ)灌；土壤貯水消耗量；籽粒產(chǎn)量

黃淮海地區(qū)是我國小麥主產(chǎn)區(qū)，該區(qū)小麥產(chǎn)量占全國總產(chǎn)的60%以上[1]，而該區(qū)人均水資源為519 m3，僅占全國的1/5[2]；同時(shí)小麥生育期降水少，不能滿足其生長發(fā)育需要。水資源短缺和分配不均已成為限制該區(qū)小麥高產(chǎn)的主要因素，因此如何合理灌溉、提高水分利用率是該區(qū)小麥生產(chǎn)亟待解決的問題[3]。有研究表明，小麥拔節(jié)期和抽穗期分別灌溉60 mm，較拔節(jié)、抽穗和灌漿期各灌溉40 mm處理的籽粒產(chǎn)量高 269.0 g·m-2[4]；在底墑充足條件下，拔節(jié)期和開花期分別灌水50 mm，可實(shí)現(xiàn)小麥高產(chǎn)和水分高效利用[5]；拔節(jié)期和開花期目標(biāo)土壤相對含水量為70%時(shí)進(jìn)行不同土層測墑補(bǔ)灌，可以獲得高產(chǎn)和高水分利用效率[6]。但前人的研究多采用定量灌溉方式，而小麥生長季不同年度間降水量、降水時(shí)期和土壤貯水量均存在差異，因此灌水量也應(yīng)不同。本試驗(yàn)以鄄城當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)灌溉方式為對照，于拔節(jié)期和開花期實(shí)施0～40 cm土層不同土壤相對含水量的測墑補(bǔ)灌處理，研究小麥水分利用特性和產(chǎn)量對其的響應(yīng)，以期為小麥高產(chǎn)節(jié)水栽培提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1試驗(yàn)地概況與管理

試驗(yàn)于2014—2016連續(xù)兩年度在山東省鄄城縣大埝鎮(zhèn)連莊村大田進(jìn)行。2014—2015年度供試品種為豐川6號，2015—2016年度供試品種為豐川9號。試驗(yàn)田為壤土。2014—2015年度播種前0～20 cm土層含有機(jī)質(zhì)18.6 g·kg-1、全氮1.3 g·kg-1、堿解氮119.0 mg·kg-1、速效磷33.6 mg·kg-1、速效鉀156.0 mg·kg-1。0～40 cm土層田間持水量為28.67%，容重為1.33 g·cm-3。小麥生長期間各生育階段降水量見表1。分別于2014 年10月7日和2015年10月11日播種。每公頃施45%復(fù)合肥600 kg、16%過磷酸鈣750 kg、生物菌肥150 kg、有機(jī)肥1 800 kg。拔節(jié)期每公頃追施45%復(fù)合肥300 kg。其它管理措施與高產(chǎn)田相同。2015年6月8日和2016年6月12日收獲。

表1 小麥各生育階段降水量 (mm)

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置5個(gè)處理：全生育期不灌水(W0)；傳統(tǒng)灌溉(Wck)；拔節(jié)期和開花期0～40 cm土層測墑補(bǔ)灌至土壤相對含水量分別為70%(W70)、75%(W75)、80%(W80)。測墑補(bǔ)灌處理于拔節(jié)期和開花期灌水前測定0～40 cm土壤含水量，利用下式計(jì)算達(dá)到目標(biāo)含水量需要的補(bǔ)灌水量：

m=10ρbH (βi-βj) 。

式中，H為該時(shí)段土壤計(jì)劃濕潤層的深度(cm)，本試驗(yàn)計(jì)劃濕潤深度為40 cm；ρb為計(jì)劃濕潤層內(nèi)土壤容重(g·cm-3)，βi為設(shè)計(jì)含水量(田間持水量乘以設(shè)計(jì)相對含水量)，βj為自然含水量，即灌溉前土壤含水量。用水表計(jì)量實(shí)際灌水量。

小區(qū)面積為10.0 m×3.1 m，隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3次?；久?90萬·hm-2，行距26 cm。小區(qū)間留1 m寬隔離溝，3個(gè)重復(fù)之間留2 m隔離區(qū)，播種相同的小麥品種。

1.3測定項(xiàng)目與方法

1.3.1 土壤含水量測定 土壤含水量采用烘干法[7]測定，田間持水量用環(huán)刀法[8]測定。

1.3.2 土壤貯水消耗量計(jì)算 土壤貯水消耗量計(jì)算公式為：

式中，ΔS 為土壤貯水消耗量(mm)；i為土層編號；n為總土層數(shù)；γi為第i層土壤容重(g·cm-3)；Hi為第i層土壤厚度(cm)；θi1和θi2分別為第i層土壤時(shí)段初和時(shí)段末的含水量，以占干土重的百分?jǐn)?shù)計(jì)。

1.3.3 農(nóng)田耗水量計(jì)算 用農(nóng)田水分平衡法[9]計(jì)算，公式為：ET1-2=ΔS +M+P0+K ，式中：ET1-2為階段耗水量(mm)，ΔS為小麥生育期間土壤貯水變化量(mm)，M為灌水量，P0為有效降水量(mm)，K為時(shí)段內(nèi)的地下水補(bǔ)給量(mm)，當(dāng)?shù)叵滤裆畲笥?.5 m時(shí)，K值可以不計(jì)。本試驗(yàn)的地下水埋深在5 m以下，因此無地下水補(bǔ)給。

1.3.4 水分利用效率和灌溉水生產(chǎn)效率的計(jì)算 水分利用效率(kg·hm-2·mm-1)=籽粒產(chǎn)量/農(nóng)田耗水量；灌溉水生產(chǎn)效率(kg·hm-2·mm-1)=籽粒產(chǎn)量/灌水量。

1.4數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2003計(jì)算數(shù)據(jù)和做圖，并應(yīng)用SPSS 19.0進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)(LSD法)。

2 結(jié)果與分析

2.1不同處理對小麥耗水來源及其占總耗水量比例的影響

由表2可知，2014—2015年度，傳統(tǒng)灌溉處理Wck的總耗水量顯著高于測墑補(bǔ)灌處理，測墑補(bǔ)灌處理間無顯著差異，不灌水處理最低；灌溉水表現(xiàn)為Wck﹥W80﹥W75﹥W70，處理間差異顯著，占總耗水量的比例為Wck﹥W80﹥W75、W70；降水占總耗水量的比例為W0最高，W70、W75和W80處理間無顯著差異，顯著高于Wck；土壤貯水消耗量表現(xiàn)為W0﹥W70﹥W75﹥W80﹥Wck，處理間差異顯著，占總耗水量的比例為W0﹥W70、W75﹥W80﹥Wck，處理W70和W75之間無顯著差異。2015—2016年度亦表現(xiàn)相同趨勢，表明當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)灌溉處理灌水量大，導(dǎo)致總耗水量大，但土壤貯水消耗量顯著降低，不利于節(jié)水；測墑補(bǔ)灌處理(W70和W75)依據(jù)土壤墑情和小麥生長發(fā)育對水分的需求，進(jìn)行補(bǔ)充灌溉，節(jié)約用水，促進(jìn)對土壤水分的利用，達(dá)到節(jié)水的目的。

表2 不同處理的總耗水量、耗水來源及其占總耗水量的比例

注：同一生長季同列不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)，下同。

2.2不同處理對0～200 cm各土層土壤貯水消耗量的影響

由圖1可以看出，2014—2015年度，0～20 cm土層各處理土壤貯水消耗無顯著差異，20～160 cm土層土壤貯水消耗量為W0顯著高于其它處理，測墑補(bǔ)灌處理顯著高于Wck處理，160～200 cm土層各處理間無顯著差異，表明測墑補(bǔ)灌處理有利于小麥對20～160 cm土層土壤水分的吸收利用。

圖1 不同處理對0～200 cm 土層土壤貯水消耗量的影響(2014—2015)

2.3不同處理對籽粒產(chǎn)量、水分利用效率和灌溉水生產(chǎn)效率的影響

由表3知，2014—2015年度籽粒產(chǎn)量為W75>W80、Wck、W70>W0；水分利用效率為W0、W75>W80、W70>Wck；灌溉水生產(chǎn)效率表現(xiàn)為W70、W75>W80>Wck。2015—2016年度各處理籽粒產(chǎn)量為W75>W80、Wck>W70>W0；水分利用效率為W0與W75無顯著差異，顯著高于其它處理，Wck最低；灌溉水生產(chǎn)效率為W70、W75>W80>Wck。連續(xù)兩年度的試驗(yàn)結(jié)果表明，W0處理水分利用效率較高，但產(chǎn)量最低；隨著目標(biāo)含水量的增加，灌溉量增加，籽粒產(chǎn)量、水分利用效率和灌溉水生產(chǎn)效率呈先增加后降低趨勢。綜合考慮兩年的小麥籽粒產(chǎn)量、水分利用效率和灌溉水生產(chǎn)效率， 認(rèn)為W75處理是本試驗(yàn)條件下節(jié)水高產(chǎn)的最優(yōu)處理。

表3 不同處理的籽粒產(chǎn)量和水分利用效率、灌溉水生產(chǎn)效率

3 討論與結(jié)論

前人研究表明，隨著灌水量的增加，麥田總耗水量亦增加，但土壤貯水消耗占總耗水量的比例降低[10]。小麥生育期灌2水，每次灌60 mm處理的0～200 cm土層土壤貯水消耗量比灌5水的處理高77.9 mm[11]。拔節(jié)期灌溉75 mm處理的土壤貯水消耗量較起身、孕穗和灌漿期各灌溉75 mm的處理高 79.1 mm[12]。拔節(jié)期和開花期0～40 cm土層補(bǔ)灌至目標(biāo)土壤相對含水量均為70%的灌水量比在拔節(jié)期和開花期均灌水60 mm(對照)低12.96 mm和43.41 mm，土壤貯水消耗量較對照高10.49 mm和14.99 mm[7]。本試驗(yàn)條件下，兩年度W75灌水量比Wck分別少88.1 mm和97.4 mm，土壤貯水消耗量比傳統(tǒng)灌溉Wck多39.0 mm和55.9 mm，而且W75處理20～160 cm土層土壤貯水消耗量顯著高于Wck處理，表明W75處理有利于小麥對20～160 cm土層土壤水分的利用，達(dá)到節(jié)約灌溉水、充分利用深層土壤貯水的效果。

拔節(jié)期灌溉70 mm促進(jìn)花后土壤水分的利用，較底墑灌溉70 mm處理增產(chǎn)21.6%，其水分利用效率為54 kg·hm-2·mm-1[13]。小麥全生育期灌水量由202.5 mm增至270.0 mm，總耗水量由462.9 mm增至513.2 mm，水分利用效率則由17.0 kg·hm-2·mm-1降至15.5 kg·hm-2·mm-1[14]。拔節(jié)期和開花期目標(biāo)相對含水量均為70%的灌水量，比拔節(jié)期和開花期均灌水60 mm的處理產(chǎn)量分別增加455.82 kg·hm-2和502.2 kg·hm-2，水分利用效率分別提高0.97 kg·hm-2·mm-1和2.45 kg·hm-2·mm-1，灌溉水生產(chǎn)效率分別提高12.27 kg·hm-2·mm-1和46.75 kg·hm-2·mm-1[7]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，兩年度W75的灌水量顯著低于Wck，土壤水消耗顯著高于Wck，小麥產(chǎn)量和水分利用效率分別比Wck處理平均提高5.04%和18.65%。表明小麥拔節(jié)和開花期目標(biāo)土壤相對含水量為75%的W75處理，依據(jù)0～40 cm土層土壤含水量測墑補(bǔ)灌能在保證產(chǎn)量的前提下進(jìn)一步減少灌水量，增加土壤貯水的消耗，提高水分利用效率，是本試驗(yàn)條件下的最佳節(jié)水灌溉處理。

[1] 中華人民共和國國家統(tǒng)計(jì)局. 中國統(tǒng)計(jì)年鑒[M]. 北京：中國統(tǒng)計(jì)出版社，2013：449， 453.

[2] 武雪萍，梅旭榮，蔡典雄，等. 節(jié)水農(nóng)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展趨勢及國內(nèi)外差異分析[J]. 中國農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃，2005，26(4)：28-32.

[3] Kang S Z，Hu X T，Cai H J，et al. New ideas and development tendency of theory for water saving in modern agriculture and ecology [J]. J. Hydraulic Eng.，2004，35(12)：1-7.

[4] Li Q Q，Dong B D，Qiao Y Z，et al. Root growth，available soil water，and water-use efficiency of winter wheat under different irrigation regimes applied at different growth stages in North China[J]. Agricultural Water Management，2010， 97(10)：1676-1682.

[5] Zhang S Q，F(xiàn)ang B T，Wang Z M，et al. Influences of different spring irrigation treatments on water use and yield for mation of late-sowing winter wheat[J]. Acta Ecologica Sinica，2009，29(4)：2035-2044.

[6] 郭增江，于振文. 不同土層測墑補(bǔ)灌對小麥耗水特性和產(chǎn)量的影響[J]. 山東農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2014，46(9)：34-38.

[7] 許驥坤，石玉，趙俊曄，等. 測墑補(bǔ)灌對小麥水分利用特征和產(chǎn)量的影響[J]. 水土保持學(xué)報(bào)，2015，29(3)：277-281，329.

[8] 中國科學(xué)院南京土壤研究所物理研究室. 土壤物理性質(zhì)測定法[M]. 北京：科學(xué)出版社， 1978：11-13.

[9] 房全孝，陳雨海，李全起，等. 土壤水分對冬小麥生長后期光能利用及水分利用效率的影響[J]. 作物學(xué)報(bào)，2006，32(6)：861-866.

[10] Liu H J，Yu L P，Luo Y，et al. Response of winter wheat (TriticumaestivumL.) evapotranspiration and yield to sprinkler irrigation regimes[J]. Agricultural Water Management，2011，98(4)：483-492.

[11] 張勝全，方保停，張英華，等. 冬小麥節(jié)水栽培三種灌溉模式的水氮利用與產(chǎn)量形成[J]. 作物學(xué)報(bào)，2009，35(11)：2045-2054.

[12] 薛麗華，段俊杰，王志敏，等. 不同水分條件對冬小麥根系時(shí)空分布、土壤水利用和產(chǎn)量的影響[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)，2010，30(9)：5296-5305.

[13] Zhang X Y，Wang Y Z，Sun H Y，et al. Optimizing the yield of winter wheat by regulating water consumption during vegetative and reproductive stages under limited water supply[J]. Irrig. Sci.，2013，31：1103-1112.

[14] 門洪文，張秋，代興龍，等. 不同灌水模式對冬小麥籽粒產(chǎn)量和水、氮利用效率的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2011，22(10)：2517-2523.

EffectsofSupplementalIrrigationBasedonMeasuringSoilMoistureonWaterUseCharacteristicsandGrainYieldofWheat

Wu Fuxue1，Sun Huimin1，Li Haiyan1，Wu Changlu1，Liu Shunian1， Su Xiaozhou1，Yu Zhenwen2，Shi Yu2

(1.JuanchengCountyAgriculturalTechnologyExtendingStation，Juancheng274600，China; 2.CollegeofAgronomy，ShandongAgriculturalUniversity,Taian271018，China)

In the wheat growing seasons of 2014—2015 and 2015—2016，taking wheat cultivars Fengchuan 6 and Fengchuan 9 as materials, 5 irrigation treatments were designed in field，including no irrigation during the whole growth stage(W0)， local traditional irrigation(Wck)，supplemental irrigation to make the moisture content of 0～40-cm soil reach 70%(W70)，75%(W75)，80%(W80) at jointing and anthesis stages，respectively. The effects of different soil moisture treatments on water use characteristics and grain yield of wheat were studied. The results showed that compared with Wck，W75showed lower irrigation amount, higher soil water consumption and higher proportion in the total water consumption. The soil water consumption amount of 20～160-cm soil layer of W75was significantly higher than that of Wck，which showed that W75promoted the deep soil water absorption of wheat. According to the two-year experiments，W75had higher grain yield，water use efficiency and irrigation water production efficiency，thus it was the best treatment with high yield and water conservation under the experimental conditions.

Wheat; Supplemental irrigation based on measuring soil moisture; Soil water consumption; Grain yield

S512.107

A

1001-4942(2017)10-0023-04

10.14083/j.issn.1001-4942.2017.10.005

2017-05-05

農(nóng)業(yè)部現(xiàn)代小麥產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項(xiàng)目(CARS-3-1-19)；山東省科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(2014GNC111017)

吳復(fù)學(xué)(1968—)，男，山東鄄城人，高級農(nóng)藝師，長期從事農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣工作。

石玉(1979—)，女，博士，副教授，主要從事小麥高產(chǎn)高效栽培理論與技術(shù)研究。E-mail：shiyu@sdau.edu.cn