王麗玄，王利書，程東娟

(河北工程大學(xué)，河北 邯鄲 056021)

0 引 言

黃淮海地區(qū)是中國小麥主產(chǎn)區(qū)，而該區(qū)水資源總量僅占全國的7%左右，水資源供需矛盾是限制農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要因素[1]。并且受氣候的影響，該區(qū)的降雨主要集中在夏季，不能夠滿足小麥生長期的需求[2]，所以灌溉和提高小麥水分利用效率是提高小麥高產(chǎn)的重要措施[3-5]。地面畦灌是目前該區(qū)的主要灌溉形式之一，具有灌溉成本低、易于實(shí)施等優(yōu)點(diǎn)[6]，但也由于管理不當(dāng)，普遍存在灌水均勻度差、水肥利用效率低等問題。研究畦灌下灌水量和出水口數(shù)量對畦灌水流推進(jìn)和小麥產(chǎn)量的影響，對指導(dǎo)該區(qū)小麥節(jié)水高產(chǎn)栽培具有重要意義。

前人主要研究了入畦單寬流量、不同畦寬、不同畦長、不同畦灌改水成數(shù)單因素下對水流特性和小麥產(chǎn)量的影響[7-10]，亦有學(xué)者研究了灌溉模式、灌水量和灌水時(shí)期對小麥耗水特性和籽粒產(chǎn)量的影響[11-14]。對于水流特性的研究，胡昊等研究表明入溝流量對灌水質(zhì)量和水流推進(jìn)影響最大[15]；鄭和祥等利用SIRMOD模型、SRFR模型和田間實(shí)測方法分別計(jì)算灌水效率和灌水均勻度，對畦田灌水質(zhì)量進(jìn)行評價(jià)[16]。關(guān)于大田條件不同灌水量下不同出水口數(shù)量對畦灌水流推進(jìn)和小麥產(chǎn)量的研究鮮見報(bào)道。

本研究在河北寧晉縣原種場開展不同灌水量下不同出水口數(shù)量對畦灌水流推進(jìn)和小麥產(chǎn)量的影響研究，以期為制定小麥節(jié)水高產(chǎn)栽培的畦灌適宜灌水量和出水口數(shù)量提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

該試驗(yàn)于2017-2018年在河北省邢臺(tái)市寧晉縣原種場(114°53′E, 37°37′N)進(jìn)行。寧晉縣海拔25～35 m，處于暖溫帶大陸性氣候區(qū)，屬半濕潤氣候。年平均氣溫13 ℃，1月平均氣溫-4.2 ℃，4月平均氣溫14 ℃，7月平均氣溫26.7 ℃，10月平均氣溫13.4 ℃。極端最低氣溫-23.3 ℃，極端最高氣溫41.9 ℃。年平均降水量501 mm，年內(nèi)分配不均，年際變化較大。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)2個(gè)因素、3個(gè)水平，2個(gè)因素分別為灌水量和出水口數(shù)量。灌水量設(shè)60 mm(W1)、75 mm(W2)2個(gè)水平，每個(gè)灌水量下設(shè)1孔(D1)、2孔(D2)、3孔(D3)3個(gè)不同出水口數(shù)量。共設(shè)6個(gè)處理，每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù)，畦灌小區(qū)10 m×6 m。

表1 冬小麥生育時(shí)期灌水量 mm

1.3 測定項(xiàng)目與方法

(1)水流推進(jìn)曲線的測定。灌溉試驗(yàn)開始前沿畦長方向，距畦首每隔1 m插入一根塑料直尺，保持豎直，用于觀測水流到達(dá)的距離。灌溉水進(jìn)入畦首時(shí)開始計(jì)時(shí)，當(dāng)水流推進(jìn)前鋒鋒面的2/3水面寬度到達(dá)豎尺橫斷面時(shí)，作為水流推進(jìn)到該觀測點(diǎn)處的推進(jìn)時(shí)間。

(2)土壤含水量的測定。于小麥生育期灌水前后，在每個(gè)取樣區(qū)間內(nèi)均以10 cm 為一層取0～100 cm 各土層土樣，用烘干法測定土壤含水量。

(3)不同生育階段農(nóng)田耗水量、土壤貯水消耗量、耗水強(qiáng)度和耗水模系數(shù)。

土壤貯水消耗量按照以下公式計(jì)算：

根據(jù)水量平衡法計(jì)算農(nóng)田耗水量，公式如下：

ET1-2=ΔW+M+P

式中：ET1-2為生育階段耗水量；ΔW為土層編號；n為土壤層次總數(shù)；γi為第i層土壤干容重，g/cm3；Hi為第i層土壤厚度，cm；θi1為第i層土壤時(shí)段初的含水量，以占干土重的百分?jǐn)?shù)計(jì)；θi2為第層土壤時(shí)段末的含水量，以占干土重的百分?jǐn)?shù)計(jì)；M為時(shí)段內(nèi)的灌水量；P為有效降水量。

耗水強(qiáng)度=各生育階段農(nóng)田耗水量/生育階段天數(shù)

耗水模系數(shù)=各生育階段農(nóng)田耗水量/農(nóng)田總耗水量×100%

水分利用效率=產(chǎn)量/生育期農(nóng)田總耗水量

(4)測產(chǎn)。成熟期在不同區(qū)段取1 m雙行收獲，考查有效穗數(shù)，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)取30株，分別考查每穗粒數(shù)、千粒重等性狀。

2 結(jié)果分析

2.1 灌水量和出水口數(shù)量對水流推進(jìn)的影響

本試驗(yàn)對不同灌水量下，不同出水口數(shù)量的水流推進(jìn)數(shù)據(jù)進(jìn)行測定分析，水流推進(jìn)過程均符合冪函數(shù)。由圖1和圖2可以看出水流推進(jìn)時(shí)間隨著出水口數(shù)量的增大而增大，各處理下的水流推進(jìn)耗時(shí)有差別，D1處理耗時(shí)最短。W1處理下，D1處理的水流推進(jìn)到距畦首10 m處的時(shí)間分別較D2、D3處理減少了11.2%和12.0%?？赡苁且?yàn)镈1的流量大，從而水流推進(jìn)速度快。拔節(jié)期各處理下的水流推進(jìn)的耗時(shí)明顯比返青期的短，可能是因?yàn)榈?次灌水后，土壤變密實(shí)，表層土壤入滲能力減小，明顯加快了水流推進(jìn)的速度。

圖1 返青期不同出水口數(shù)量對水流推進(jìn)的影響

圖2 拔節(jié)期不同出水口數(shù)量對水流推進(jìn)的影響

2.2 灌水量和出水口數(shù)量對土壤平均含水量變異系數(shù)的影響

表2給出了不同處理下灌后0～60 cm土層平均含水量的變異系數(shù)(灌后24 h測量)，返青期和拔節(jié)期，不同灌水量下出水口數(shù)量對0～60 cm土壤平均含水量的影響趨勢基本一致。D1處理距畦首10 m處土壤含水量顯著高于畦首；D2處理不同觀測點(diǎn)含水量無顯著差異；D3處理畦首土壤含水量顯著高于其他觀測點(diǎn)。返青期不同處理土壤平均含水量的變異系數(shù)表現(xiàn)為W1D3>W2D3>W2D1>W1D1>W2D2>W1D2，拔節(jié)期不同處理土壤平均含水量的變異系數(shù)表現(xiàn)為W1D3>W2D1>W2D3>W1D1>W1D2>W2D2，處理間差異顯著。上述結(jié)果表明，不同出水口數(shù)量影響了畦內(nèi)土壤水分分布，D2處理灌水后可能使整個(gè)畦田迅速形成水面，從而土壤水分能均勻下滲，有利于提高畦田的灌水均勻度。不同處理的拔節(jié)期的變異系數(shù)小于返青期的變異系數(shù)，經(jīng)過一次灌水，土壤變密實(shí)，土壤水分更均勻下滲。相同出水孔數(shù)量下不同灌水量的變異系數(shù)相差不大，說明灌水量對土壤水分分布均勻度影響不大。

表2 不同處理0～60 cm土層平均含水量變異系數(shù)

注：不同小寫字母表示表示處理間差異顯著(P<0.05)，下同。

2.3 灌水量和出水口數(shù)量對生育期耗水影響

2.3.1 灌水量和出水口數(shù)量對土壤貯水消耗量的影響

由圖3可以看出，返青-拔節(jié)期，降雨較少，灌水不能滿足小麥生長的要求，需要消耗土壤水。0～20 cm土層，相同灌水量處理下，D2處理的土壤貯水消耗量小于其他處理；W2處理的土壤貯水消耗量大于W1處理。20～60 cm土層，D2處理的貯水消耗量為負(fù)值，說明儲(chǔ)存了部分土壤水。

拔節(jié)-揚(yáng)花期，0～100 cm土層的土壤貯水消耗量表現(xiàn)為D3>D1>D2，說明D3處理的水分進(jìn)行了較多的無效的耗散。拔節(jié)-揚(yáng)花期降雨較多，同時(shí)灌水，所以主要以蓄水為主。W1處理下，0～20 cm土層，D2和D1處理儲(chǔ)水量大于D3處理；20～60 cm土層，D1處理消耗土壤水，D2處理儲(chǔ)存水分，遠(yuǎn)大于D3處理；60～100 cm土層，D1和D3處理土壤貯水消耗量小于D2處理。W2處理下，0～60 cm土層，D2處理的土壤貯水消耗量小于其他處理，說明D2處理能儲(chǔ)存更多的水分。同時(shí)W2處理的蓄水量大于W1處理。

揚(yáng)花-灌漿期，降雨較少，土壤水成為耗水的主要部分。0～20 cm土層，相同灌水量下，D2處理的土壤貯水消耗量大于其他處理，尤其W2D2處理明顯大于其他處理。20～60 cm土層，W1處理下，各出水口數(shù)量下的土壤貯水消耗量無明顯差異；W2處理下，土壤貯水消耗量表現(xiàn)為D2>D3>D1，說明D2處理對20～60 cm土層的土壤貯水利用能力強(qiáng)。60～100 cm土層，相同灌水量處理下，D1處理的土壤貯水消耗量大于其他處理。相同出水口數(shù)量下，W2處理在20～60 cm土層的土壤貯水消耗量大于W1處理。

灌漿-收獲期，沒有降雨，逐漸消耗儲(chǔ)存在土體中的土壤水。相同灌水量處理下，不同出水口數(shù)量的0～20 cm土層土壤貯水消耗量的差異不大。W1處理下，20～60 cm土層的土壤貯水消耗量表現(xiàn)為D2>D3>D1，60～100 cm土層，D1處理大于其他處理。W2處理下，20～60 cm 土層的土壤貯水消耗量無顯著差異，60～100 cm土層，D1處理的土壤貯水消耗量大于其他處理。

綜上所述，W2D2處理能夠有效地調(diào)節(jié)不同土層的土壤水分，20～60 cm土壤貯水的利用能力強(qiáng)，以供小麥根系吸收利用。

2.3.2 灌水量和出水口數(shù)量對小麥生育期耗水特性影響

由表3可知，冬小麥生育期內(nèi)，各階段耗水量、耗水強(qiáng)度和耗水模系數(shù)，呈先增大后減小的趨勢。其中拔節(jié)-揚(yáng)花期的耗水量最多，約占生育期總耗水量的37%～41%，耗水強(qiáng)度以揚(yáng)花-灌漿期最大。返青-拔節(jié)期的耗水量D1和D3處理大于D2處理，此階段以土壤蒸發(fā)為主；說明D1和D3處理有更多的水分進(jìn)行無效的耗散。拔節(jié)-揚(yáng)花期，隨著植株生長，氣溫升高，植株蒸騰和棵間蒸發(fā)增強(qiáng)，耗水迅速增加。此階段降雨與灌溉能為小麥生長提供充足的水分，D1、D3與D2處理差異顯著。說明D1與D3更多的水分進(jìn)行無效的耗散。揚(yáng)花-灌漿期雖然歷時(shí)較短，但是耗水模系數(shù)達(dá)到了20%～22%，各處理間差異顯著，D2處理耗水量顯著高于其他處理。同時(shí)耗水強(qiáng)度揚(yáng)花-灌漿期各處理間差異顯著。灌漿-成熟期各處理仍保持較高的耗水量，但差異不顯著。在相同出水口數(shù)量下，不同灌水量相比，全生育期總耗水量表現(xiàn)為W2>W1。灌水量對小麥生育期耗水影響較大，W2比W1處理平均增加了8.5%，尤其是返青-拔節(jié)期和拔節(jié)-揚(yáng)花期不同灌水量的耗水差異顯著，與灌水時(shí)間相吻合，說明耗水量隨灌水量的增加而增加。

圖3 不同處理土壤貯水消耗量

表3 各處理小麥不同生育階段的耗水量、耗水強(qiáng)度和耗水模系數(shù)

注：ET為耗水量；CD為耗水強(qiáng)度；CP為耗水模系數(shù)。

2.4 灌水量和出水口數(shù)量對小麥生長指標(biāo)的影響

由圖4可以看出，不同處理的小麥拔節(jié)期-灌漿期，小麥株高呈增高趨勢，拔節(jié)期-抽穗期增長迅速，抽穗期到灌漿期增長緩慢。全生育期，灌水量W2較W1的小麥株高有優(yōu)勢，最大增幅達(dá)到7.9%，尤其到灌漿期W2與W1處理差異顯著。從拔節(jié)-灌漿期，在各灌水量處理下，D2處理的株高大于其他處理，并且差異顯著。其中W2D2處理的小麥株高最大，并與其他處理差異顯著。

圖4 不同處理對小麥株高和干重的影響

不同處理的干物質(zhì)隨著小麥的生長在不斷地積累。從拔節(jié)-灌漿期，W2處理的小麥干物質(zhì)積累量顯著高于W1處理。其中W2D2處理的干物質(zhì)積累量達(dá)到最大，增幅最大達(dá)到12.1%。并與其他處理差異顯著。拔節(jié)期除了W2D1和W2D2處理，其他處理差異不顯著。抽穗期和灌漿期，在各灌水量處理下，不同出水口數(shù)量的干物質(zhì)積累量表現(xiàn)為D2>D1>D3，并且各處理間差異顯著。

2.5 灌水量和出水口數(shù)量對冬小麥產(chǎn)量及水分利用效率的影響

各處理冬小麥的千粒重、有效穗數(shù)、穗粒數(shù)等產(chǎn)量指標(biāo)見表4。從產(chǎn)量構(gòu)成因素來看，在相同灌水量下，不同出水口數(shù)量處理相比，千粒重、有效穗數(shù)、穗粒數(shù)均表現(xiàn)為D2>D1>D3，W1處理下，D2與D3處理的千粒重、有效穗數(shù)、穗粒數(shù)都達(dá)到了差異顯著，W1D2比W1D3處理的3個(gè)因素分別增大了8.6%、4.3%、5.7%；D1處理的各因素與其他處理差異不顯著。W2條件下，D2處理的千粒重、有效穗數(shù)、穗粒數(shù)與其他處理差異明顯，相同出水口數(shù)量下，千粒重、有效穗數(shù)、穗粒數(shù)隨灌水量增加而增加，但差異不顯著。從產(chǎn)量來看，相同灌水量下，不同出水口數(shù)量的產(chǎn)量表現(xiàn)為D2>D1>D3，各處理間差異顯著。W1D2比W1D1和W1D3處理分別增大了10.4%和19.7%，W2D2比W2D1和W2D3處理分別增大了6.1%和18.3%。相同出水口數(shù)量下，W1處理的產(chǎn)量大于W2處理，并且差異顯著。從水分利用效率來看，相同灌水量下，D2處理的水分利用效率高于其他處理，并且差異顯著。W1D2比W1D1和W1D3處理分別增大了12.7%和18.6%，W2D2比W2D1和W2D3處理分別增大了13.0%和17.2%，D1大于D2處理，但差異不顯著。相同出水口數(shù)量下，W2的水分利用效率大于W1處理，但差異不顯著。綜合來看，W2D2處理增加了小麥產(chǎn)量和提高了水分利用效率。

表4 不同處理下冬小麥產(chǎn)量及水分利用效率

3 結(jié) 論

(1)水流推進(jìn)時(shí)間隨著出水口數(shù)量的增大而增大，拔節(jié)期各處理水流推進(jìn)的耗時(shí)明顯比返青期的短。W2D2處理灌水后0～60 cm土壤平均含水量的變異系數(shù)最低，拔節(jié)期觀測點(diǎn)的含水量高于其他處理，同時(shí)拔節(jié)期的變異系數(shù)小于返青期。

(2)W2D2處理在生育前期在土層20～60 cm土層貯水能力強(qiáng)，后期土壤貯水消耗量大于其他處理，水分利用能力高于其他處理，能夠充分調(diào)動(dòng)土壤水分。

(3)拔節(jié)-揚(yáng)花期的耗水量最多，約占生育期總耗水量的37%～41%，耗水強(qiáng)度以揚(yáng)花-灌漿期最大。同一灌水量下，返青-拔節(jié)期和拔節(jié)-揚(yáng)花期D1和D3的耗水量、耗水強(qiáng)度和耗水模系數(shù)高于D2處理，揚(yáng)花-灌漿期D2的耗水量、耗水強(qiáng)度和耗水模系數(shù)顯著高于其他處理。各生育期耗水量隨灌水量的增加而增加。

(4)W2D2處理株高和干物質(zhì)重都顯著高于其他處理。W2D2處理的小麥千粒重、有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、理論產(chǎn)量均高于其他處理并且差異顯著，同時(shí)W2D2處理水分利用效率最高。