姚毛毛，王阿靜，陳新明

(1.西北農林科技大學水利與建筑工程學院/旱區(qū)農業(yè)水土工程教育部重點實驗室，陜西楊凌 712100；2.陜西省永壽縣水利管理站，陜西 永壽 712300)

0 引 言

目前國家水資源短缺、水污染嚴重等問題導致農業(yè)用水供需矛盾日益突出，田間灌溉用水非常緊張，因此節(jié)水灌溉制度的研究具有重大意義[1]，非充分灌溉制度是節(jié)約水資源提高水分利用效率的主要方法之一[2]。國內外研究表明，水分階段性虧缺對作物效益具有雙重性，不同生育階段對植物進行缺水灌溉，不但不會降低作物的產量，反而會很大程度上提高作物的經濟效益和水分利用效率[3]。玉米和小麥是我國北方的主要糧食作物，是農產品的重要組成部分，但有些地區(qū)在小麥玉米種植期間，會出現過量灌水的現象，這樣不僅會抑制作物的生長發(fā)育，而且很大程度上會造成水資源浪費[4]。研究涇惠渠灌區(qū)作物的非充分灌溉制度，對提高灌區(qū)作物產量和水分利用效率的模式進行深入研究，進而找出適合本區(qū)域的節(jié)水、高產的灌溉方法，以期為灌區(qū)用水配水調度提供理論依據[5]。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2013-2016年，連續(xù)3個年度在陜西省咸陽市涇陽縣三渠鎮(zhèn)涇惠渠灌溉試驗站大田進行。此灌溉試驗站的地理坐標為東經108°54′，北緯34°33′，海拔433.72 m，水源為井水，灌溉水量采用水表控制。灌區(qū)土壤肥沃，地勢平坦，氣候條件溫和，灌溉條件較好[6]。土壤以中壤土為主，容重為1.43 g/cm3，孔隙率46%，最大田間持水量(質量含水率)為24.4%，耕種條件良好，地下水埋藏深度為30 m，故試驗中地下水向上補給部分可忽略不計。

試驗于2013年6月至2016年7月展開。冬小麥分別于2013年10月10日、2014年10月15日、2015年10月16日撒種播種，供試品種為“鄭麥366”，該冬小麥品種具有矮稈、耐旱、耐后期高溫的特點。采用原種無種子處理，播種量為375 kg/hm2，底肥為冬小麥專用肥料，施肥量為700 kg/hm2。夏玉米分別于2013年6月8日、2014年6月17日，2015年6月10日采用玉米穴播機進行播種，供試品種為“中科11”，播種量為45 kg/hm2，伴施種肥腐殖酸復混肥375 kg/hm2。

涇惠渠灌區(qū)多年平均降雨量565.4 mm，蒸發(fā)量1 178.3 mm，多年平均降雨天數81 d，年均氣溫13.4 ℃左右，1月份氣溫最低為-20.1 ℃，8月份最高氣溫為42.0 ℃。2013-2016年冬小麥夏玉米各年生育階段降雨量見表1。根據涇惠渠灌區(qū)30年的降雨資料排頻分析，其中2013-2016均接近枯水年。

表1 冬小麥夏玉米生育期內的降雨量 mm

1.2 冬小麥夏玉米試驗設計

依據冬小麥夏玉米生長規(guī)律，參照作物耕作栽培和植物生理學方面的內容，把冬小麥全生育期劃分為7個階段:播種期、出苗期、越冬期、返青期、拔節(jié)期、抽穗期和灌漿期[7]。試驗將夏玉米灌水時期分為5個階段：出苗期、壓茬期、拔節(jié)期、抽雄期和灌漿期。冬小麥夏玉米各設8個試驗處理，每個處理重復兩次，夏玉米水分處理用H表示，冬小麥水分處理用T表示。試驗為大田試驗，小區(qū)隨機排列，每個小區(qū)長×寬為20 m×2.6 m，小區(qū)四周設有保護區(qū)，供水源為井水，采用水表讀數計量。試驗設計處理見表2和表3。

1.3 冬小麥夏玉米試驗測定指標與方法

(1)土壤含水率的測定。土壤含水率的測定方法采用土鉆取土烘干法，在每個小區(qū)前中后選取3個測點，每個測點測定土壤深度為0～100 cm，深度每隔10 cm選取一個測點進行測定。在灌水期前后3 d和生育期內每7 d測定1次，若有大量降雨需加測。

(2)冬小麥、夏玉米生理指標測定。對于冬小麥產量的測定，是冬小麥收獲時，在每個試驗小區(qū)取1 m×1 m區(qū)域的長勢平均且具有代表性的植株，用直尺和游標卡尺測量植株根部到植株最高點的長度即為株高，同樣方法測量穗長。在室內脫粒考種，同時測定穗數，用電子天平(感量為0.01 g)稱千粒重和單位面積的產量,進而折合計算每公頃產量。夏玉米生理指標測定在每個生育期內取3株具有代表性的植株，用游標卡尺、直尺等測定夏玉米成熟后的株高、莖粗等生理指標。夏玉米成熟后，進行穗長、穗粗等產量因素的測定，然后考種計算實收的百粒重與產量。

表2 2013-2016年夏玉米試驗設計處理 m3/hm2

表3 2013-2016年冬小麥試驗設計處理 m3/hm2

1.4 數據處理及分析方法

試驗采用Excel2010進行數據錄入和計算，DPS軟件進行數據統計分析處理，LSD法進行多重比較，運用方差分析統計法分析不同生育期灌水組合對冬小麥、夏玉米產量及水分利用效率等的影響。

2 試驗結果分析

不同灌水組合對冬小麥、夏玉米的產量影響不同。2013-2016年不同灌水組合下冬小麥、夏玉米三年平均產量因素如表4和表5所示。

2.1 不同灌水組合對冬小麥夏玉米產量的影響

表4為不同處理下3年平均的夏玉米產量構成要素表。由表4可知，不同灌水組合對夏玉米的株高及產量構成因素的影響不同[8]。2013-2016年中，夏玉米不同灌水組合下三年平均株高在H3(壓茬灌+拔節(jié)灌)處理下達到最大值，顯著高于其他處理7.27%，說明拔節(jié)期是夏玉米株高的需水敏感期，壓茬期和拔節(jié)期灌水對夏玉米的株高有很大促進作用。H8(壓茬灌+灌漿灌)處理下夏玉米株高顯著低于其他處理7.3%，說明灌漿期灌水或不灌水對夏玉米的株高并無顯著影響，因為灌漿期夏玉米的生長發(fā)育已趨于穩(wěn)定，株高增長速率也趨于穩(wěn)定。

表4 2013-2016年不同灌水組合下夏玉米三年平均產量因素表

注：采用DPS軟件的LSD法進行多重比較，表中以小寫字母標記5%顯著水平，字母相同表示差異不顯著，字母不同表示差異顯著，下同。

夏玉米的產量因素主要包括畝株數、穗粒重、百粒重。由表4可看出，H6(壓茬灌+拔節(jié)灌+抽雄灌)處理下玉米產量達到最大值，說明夏玉米生育前期旱象明顯時，增加灌水次數可以提高夏玉米產量，這與張有菊[9]等的研究結論是一致的，而H2(壓茬灌)處理下的夏玉米產量顯著低于其他處理的6.48%，說明壓茬期灌水對夏玉米產量并無顯著影響。穗粒重和百粒重受灌水處理影響較大，H6、H7(壓茬灌+拔節(jié)灌+灌漿灌)的平均穗粒重顯著高于其他處理的6.54%、3.23%，百粒重顯著高于其他處理的2.1%、1.74%，說明生長階段灌水次數多水分充足，夏玉米生長狀況較好。而H2(壓茬灌)處理下的穗粒重顯著低于其他處理的5.2%，百粒重顯著低于其他處理的2.84%，說明灌水次數少水分不充足對夏玉米的生長狀況影響較大。

表5是2013-2016年不同灌水組合下冬小麥的平均產量因素表。由表5可知，冬小麥的株高以及各產量因素在不同的灌水組合下結果不同。

小麥株高隨著灌水次數和灌溉定額的增大呈現逐漸增高的趨勢。2013-2016年，小麥平均株高在T8(冬灌+拔節(jié)灌+灌漿灌)處理下達到最大值，灌水次數為兩次的T4、T5、T6之間相互比較株高差異性不大，但與T2(僅冬灌)處理下的小麥株高差異性顯著，分別增加了4.61%、7.24%、4.97%，這說明冬灌對越冬期小麥株高增長并無顯著影響，這一結果與劉泉斌[10]的研究結論是一致的，返青期、拔節(jié)期、抽穗期灌水對冬小麥的株高均有顯著影響，且T3(返青灌)處理下株高比T1(不灌水)處理下顯著增高4.26%，說明返青灌對冬小麥株高有著顯著影響，冬小麥進入返青期后，隨著溫度升高，小麥的需水量增大，所以返青期是冬小麥株高的需水敏感期。

表5 2013-2016年不同灌水組合下冬小麥年平均產量因素表

冬小麥的產量因素主要包括：穗粒數、畝株數、千粒重。2013-2016年，小麥三年平均產量在T7(冬灌+拔節(jié)灌+抽穗灌)、T8(冬灌+拔節(jié)灌+灌漿灌)處理下顯著高于其他處理下的產量。灌二水處理中，T4(冬灌+返青灌)>T6(冬灌+抽穗灌)>T5(冬灌+拔節(jié)灌)，T4處理下小麥產量最高，說明返青期是冬小麥產量的需水敏感期。T2處理下三年平均產量顯著大于T1處理下的產量，且T1的小麥產量顯著低于其他所有處理，可見冬小麥的產量與需水量呈正相關關系，灌水次數越多，小麥產量越高。小麥三年平均穗粒數無顯著差異，T2處理下的穗粒數為最大值，說明越冬期灌水可以增加小麥穗粒數。2013-2016年，T2處理下的三年平均株數顯著高于T1處理，這說明冬小麥生育前期旱象明顯時，越冬期適當灌水可以增加小麥的株數。T8處理下小麥千粒重達到最大值，且顯著高于T5，說明灌漿期灌水對小麥的千粒重有顯著影響。

2.2 不同灌水處理下夏玉米冬小麥耗水量與產量的關系

根據不同灌水處理下夏玉米冬小麥年耗水量與年產量之間的關系，擬合繪制二次曲線圖。由圖1、3可知，冬小麥夏玉米產量和隨著耗水量的增加而增加[11]，但超過某一特定值之后，年產量卻隨年耗水量的增加而減少。由圖2可知，作物需水量受土壤水分、降雨量和氣候等外界條件影響，灌溉量增加，產量反而減少，水分利用效率降低，造成水資源的浪費[12]。

圖1 2013-2014年夏玉米冬小麥耗水量與產量的關系

圖3 2015-2016年夏玉米冬小麥耗水量與產量的關系

圖2 2014-2015年夏玉米冬小麥耗水量與產量的關系

圖4 冬小麥夏玉米三年平均耗水量與產量的關系

表6 不同灌水處理下冬小麥夏玉米水分利用效率分析表

水分利用效率受作物耗水量和產量的影響，表6是不同灌水處理下的水分利用效率分析表。每年的產量之和由高到低排列，耗水量與產量在一定范圍內呈正相關關系，耗水量越多，產量越高。由表6可以看出，隨著作物耗水量的增加，產量增加，水分利用效率呈下降趨勢，這一結果與吳寶建[13]的研究結論是一致的。從三年不同灌水處理下產量與耗水量的平均值看，T5與H1處理下的水分利用效率最高，與2014-2015年的結果是一致的，雖說達到了節(jié)水的目的，但卻不符合高產的要求。T8與H6處理下的產量達到最高值，與2013-2014年的研究結果是一致的，但其水分利用效率較低。T4與H4的產量與水分利用效率相對較高，可同時滿足高產和節(jié)水的要求，因此，要在高產和節(jié)水之間做好協調，需要在合理的生長階段內對作物進行灌溉，保證小麥在越冬期和返青期、玉米在壓茬期和抽雄期內適宜的灌水量，即可做到高產和節(jié)水之間的協調，對提高水分利用效率有積極作用。

2.3 不同處理下冬小麥夏玉米經濟效益分析

根據涇惠渠管理局提供的資料顯示，涇惠渠灌區(qū)2013-2016年種植小麥玉米各6 600 hm2，當地灌溉用水價格為0.2 元/m3，玉米收購價格2.5 元/kg，小麥收購價格為2.0 元/kg，得出不同灌水處理下小麥玉米的節(jié)水經濟效益分析表如表7所示。

表7 不同處理下冬小麥夏玉米的節(jié)水經濟效益分析表

節(jié)水灌溉與高產兩者之間的協調關系是灌溉水資源供需矛盾的主要問題，過量灌溉不僅不會使作物增產，反而浪費了水資源，過量節(jié)水必定會影響作物的產量，因此需要通過分析作物的節(jié)水經濟效益確定合理的灌溉制度，做好兩者之間的協調。

從三年平均節(jié)水量與減產量來看，T5與H1處理下的節(jié)水量較多，但其減產量也較高，這與2015-2016年的研究結果是一致的。綜合考慮低減產量和高節(jié)水量，以益損比為基礎，T4與H4的益損比最大，且其產量與水分利用效率相對較高，可同時滿足節(jié)水和高產的要求，因此冬灌+返青灌、壓茬灌+抽雄灌有較好的節(jié)水經濟效益，保證小麥在越冬期和返青期、玉米在壓茬期和抽雄期內適宜的灌水量，能獲得較高的經濟效益。這與上述水分利用效率分析的結論是一致的。

3 結 論

(1)不同灌水處理對夏玉米和冬小麥株高和產量的影響不同。夏玉米壓茬期+拔節(jié)期是玉米株高增長的關鍵時期，拔節(jié)期是株高的需水敏感期。灌漿期灌水對株高并無顯著影響。增加灌水次數可以提高夏玉米產量，拔節(jié)期是產量的需水敏感期。百粒重和穗粒重受灌水量影響較大，當水分充足時，百粒重和穗粒重增加，一定程度下，百粒重和灌水量呈正相關關系，灌水量越大，百粒重越大。

冬小麥株高隨著灌水次數和灌溉定額的增多呈增高趨勢，返青期、拔節(jié)期、抽穗期灌水對冬小麥株高有顯著影響，返青期尤為顯著。在一定程度下，小麥的產量與需水量呈正相關關系，灌水量越大，產量越高，但超過一定范圍后，隨著灌水量的增大產量反而減少，水分利用效率降低。返青期是小麥產量的需水敏感期，冬灌+返青灌處理下小麥產量最高。越冬期適當灌水可以增加小麥穗粒數和株數，灌漿期灌水對小麥的千粒重有顯著影響。

(2)水分利用效率受作物耗水量和產量影響，隨著灌水量增加，水分利用效率呈下降趨勢，T4與H4的產量與水分利用效率相對較高，能同時滿足高產和節(jié)水的要求，保證小麥在越冬期和返青期、玉米壓茬期和拔節(jié)期內得到適宜的灌水量，做到了高產和節(jié)水之間的協調，對提高水分利用效率有促進作用。

(3)綜合考慮低減產量和高節(jié)水量，以益損比為基礎，T4與H4的益損比最大，因此冬灌+返青灌、壓茬灌+抽雄灌有較好的節(jié)水經濟效益，保證小麥在越冬期和返青期、玉米在壓茬期和拔節(jié)期內適宜的灌水量，能獲得較高的經濟效益。因此，灌區(qū)追求高產的最優(yōu)灌溉制度是T8(冬灌+拔節(jié)灌+灌漿灌)與H6(壓茬灌+拔節(jié)灌+抽雄灌)，全生育期六次灌水，灌溉定額為6 900 m3/hm2。綜合考慮產量、水分利用效率和益損比，推薦涇惠渠灌區(qū)高效灌溉制度為T4(冬灌+返青灌)與H4(壓茬灌+抽雄灌)，全生育期四次灌水，灌溉定額為4 800 m3/hm2。

上述實驗結果表明，合理的非充分灌溉制度不但不會造成作物減產，一定程度上還可提高水分的利用效率，實現最大的經濟效益。