灌水、施肥與冬小麥蒸發(fā)蒸騰量及產量的關系

王文龍

(山西水利職業(yè)技術學院,山西 運城044004)

作物水肥利用率偏低是我國農業(yè)生產面臨的重大問題之一。在干旱地區(qū)水資源嚴重缺乏的條件下,如何解決有限的補充灌溉水與養(yǎng)分之間的最優(yōu)耦合問題,以最大限度地提高水分與養(yǎng)分的利用率,對我國干旱農業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有特別重要的意義。研究表明,非充分灌溉不僅適宜于果樹,也適宜于小麥等大田農作物,與充分灌溉相比,非充分灌溉具有一定的節(jié)水增產功效[1～7]。隨著非充分灌溉研究的發(fā)展,國內學者開始研究調虧灌溉和施肥的交互作用。莫江華等[3]研究表明,在較低施肥條件下,伸根期輕度水分虧缺處理(占田間持水量的50%～60%)可明顯提高產量和水分利用效率。祈有玲等[4]研究表明,冬小麥對水分虧缺的敏感期為拔節(jié)期,其次是開花期、灌漿期和苗期,水分逆境條件下,施用氮肥對冬小麥植株生長和干物質積累及氮吸收具有明顯調節(jié)效應。但目前相關研究主要集中在單一生育期水分虧缺的水肥效應方面,缺乏多個生育期水分虧缺和施肥對作物生長和產量影響的研究。因此,本文以冬小麥為參考作物,對灌水與施肥對冬小麥蒸騰量及產量的影響進行了探索,以期提供理論依據。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗區(qū)基本情況

試驗于2007年度和2008年度在山西省運城市鹽湖區(qū)山西水利職業(yè)技術學院節(jié)水灌溉技術實訓基地連續(xù)進行。山西省運城市鹽湖區(qū)位于山西省的南部,平均海拔高度370 m,屬于大陸溫帶季風氣候,四季分明,年平均降雨量550mm,年平均氣溫13.5℃,年平均日照射時數為2 247 h,全年無霜期為206 d,最大凍土深度0.5 m。試驗區(qū)土壤屬于中壤土,土壤有機質為10.39 g/kg,全氮量為0.5 g/kg,全磷為0.5 g/kg。土壤孔隙度為41.6%,地下水埋深大于6 m。

試驗測試項目,主要包括降雨量、灌水量、土壤含水率(采用烘干法測定,在每次灌水前后及日降雨量大于30 mm時各測1次)、施肥(每次施肥的種類、數量及時間)、土壤養(yǎng)分(測定采用烘干法,灌水前測1次,每次灌水后測1次,灌水后的取樣時間在2次灌水之間)、考種、產量、土壤肥力。

1.2 田間試驗方案設置

田間試驗方案包括2個部分,一部分是田間小區(qū)試驗(見表1的編號1～5);另一部分是大田試驗示范(見表1的編號6～8)。小區(qū)之間設置1 m寬的隔離帶,以預防不同處理之間的水分側移。每個處理設3個重復,采用畦灌方式(水表量水),規(guī)格為3.3 m×20 m=66 m2,整個試區(qū)周邊設置保護區(qū)。產量按照小區(qū)單打單收。試驗的控制因素是不同生育階段的土壤水分、施肥水平,其他的管理措施均相同。

灌水時間,2007年度冬水為1月18日,拔節(jié)水為3月23日,抽穗水為4月22日,灌漿水5月5日;2008年度冬水為12月20日,拔節(jié)水為3月28日,抽穗水為4月22日,灌漿水5月6日。

表1 試驗處理設計情況

施肥情況,兩個試驗年度底肥均采用小麥專用肥,氮磷鉀含量分別為11%、8%和 6%,施肥時間,2007年度為2006-10-09,2008年度為2007-10-16。施肥數量相同,其中處理1～處理3和處理5為5375 kg/hm2,處理6為375 kg/hm2,處理7和處理8分別為562.5 kg/hm2和187.5 kg/hm2;追肥采用尿素,氮素含量為46%,隨拔節(jié)水追施,追肥數量兩年度相同,其中,處理1、處理2、處理3和處理5均為 150 kg/hm2,處理 6、處理 7、處理 8 分別為 150 kg/hm2、225 kg/hm2和 75 kg/hm2。

1.3 作物蒸發(fā)蒸騰量的計算

作物蒸發(fā)蒸騰量,也稱作物耗水量,是指作物在任一土壤水分條件下的植株蒸騰量、棵間土壤蒸發(fā)量以及構成植株體的水量之和。作物蒸發(fā)蒸騰量的測定方法有筒測法、坑測法和田測法。本研究采用是田測法,即在測驗小區(qū)中直接測定參考作物的蒸發(fā)蒸騰量,計算公式如下[8]:

式中:ET為時段需水量(mm);k為土壤層次序號;n為土壤層次總數目;γk為第k層土壤容重(g/cm3);Hk為第k層土壤的厚度(cm);θk1為第i層土壤在時段開始的含水率(占干土重 %);θk2為第i層土壤在時段末的含水率(占干土重%);M為時段內的灌水量(mm);P為時段內的降雨量(mm);K為時段內的地下水補給量(mm);C為時段內的排水量(地表排水與下層排水之和)(mm)。

1.4 水分利用效率計算

水分利用效率,一般是指單位耗水量的產量,這里耗水量是指作物全生育期的蒸發(fā)蒸騰量,用下式計算[7]:

式中:WUE水分利用效率(kg/m3);y為產量(t/hm2);其它符號意義同前。試驗年度各處理水分利用效率的計算結果,見表2。

2 試驗結果與分析

2.1 不同灌水、施肥條件下累計蒸發(fā)蒸騰量變化情況

對試驗期間的每個處理均按測土時段進行作物蒸發(fā)蒸騰量計算,進而求得冬小麥生長期逐旬的蒸發(fā)蒸騰量及相應的累計蒸發(fā)蒸騰量。不同灌水次數、不同施肥情況下的2007和2008年度冬小麥生長期累計蒸發(fā)蒸騰量隨時間變化過程,見圖 1、圖 2、圖 3。

圖1 不同灌水條件下累計蒸發(fā)蒸騰量變化過程

圖2 不同施肥條件下累計蒸發(fā)蒸騰量變化過程

圖3 灌水時間對冬小麥蒸發(fā)蒸騰量變化過程的影響

2.2 灌溉和施肥對冬小麥產量的影響

2.2.1 蒸發(fā)蒸騰量對產量的影響

在試驗范圍內,冬小麥蒸發(fā)蒸騰量隨灌水量的增加而增加,相應地產量也明顯地提高(表2和圖1)。蒸發(fā)蒸騰量對產量的影響,見圖4。

圖4 蒸發(fā)蒸騰量與產量的關系

2.2.2 不同施肥水平對產量的影響

圖5中是中等灌水(灌水次數為3次)不同施肥條件下的冬小麥的產量情況。

圖5 施肥量對冬小麥產量的影響

圖6 灌水時間對冬小麥產量影響

由圖5可見,除2007年度低肥產量較高外,冬小麥產量隨施肥量的增加呈明顯增加趨勢。

2.2.3 灌水時間對產量的影響

處理1、處理5和處理 6灌水均為3次,灌水量均為225 mm,中等施肥,僅灌水時間不同,其中處理5拔節(jié)水較處理1推后15 d,處理6抽穗水較處理1推后15 d。不同年份灌水時間不同對冬小麥產量有較明顯的影響(圖6)。由表2可見,在同樣的灌水施肥條件下,同一年度內采用合理的灌水時間可增產8.1%(2008年度)～18.2%(2007年度)。

2.2.4 各處理在試驗年度冬小麥的產量、ET、W UE及播前土壤含水率(見表2)

表2 各處理在試驗年度的產量、騰發(fā)量、ET、WUE及播前土壤含水率

對試驗期間的每個處理均按測土時段進行作物蒸發(fā)蒸騰量的計算,并且由此計算求得了冬小麥的蒸發(fā)蒸騰量及相應的累計蒸發(fā)蒸騰量。

3 結 論

(1)隨著灌水量的增加,冬小麥的蒸發(fā)蒸騰量在增加,2007年度增加幅度大于2008年的增加幅度(見圖1)?？赡芘c當年的大氣蒸發(fā)力有關,2007年度的參考作物騰發(fā)量較2008年度的值大23 mm。

(2)在相同灌水條件下,不同施肥量處理的蒸發(fā)蒸騰量差異不大(見圖2),表明在本項目試驗田的肥力水平條件下施肥量對冬小麥的蒸發(fā)蒸騰量影響不明顯。

(3)施肥和灌水相同條件下,灌水時間不同只在一定程度上影響作物蒸發(fā)蒸騰量在生育期內的分配,對蒸發(fā)蒸騰量的總量影響不大(見圖3)。

(4)在同樣灌水定額及施肥條件下,同一年度內采用合理的灌水時間可增產8.1%(2008年度)～18.2%(2007年度)。

[1] 蔡煥杰,康紹忠,張振華,等.作物調虧灌溉的適宜時間與調虧程度的研究[J].農業(yè)工程學報,2000,16(3):24-27.

[2] 孟兆江,賈大林,劉安能,等.調虧灌溉對冬小麥生理機制及水分利用效率的影響[J].農業(yè)工程學報,2003,19(4):66-69.

[3] 莫江華,李伏生,李桂湘,等.不同生育期適度缺水對烤煙生長、水分利用和氮鉀含量的影響[J].土壤通報,2008,39(5):1071-1076.

[4] 祁有玲,張富倉,李開峰,等.不同生育期水分虧缺及氮營養(yǎng)對冬小麥生長和產量的影響[J].灌溉排水學報,2009,28(1):24-27.

[5] 翟丙年,李生秀.冬小麥水氮配合關鍵期和虧缺敏感期的確定[J].中國農業(yè)科學,2005,38(6):1188-1195.

[6] 王偉,蔡煥杰,王分鍵,等.水分虧缺對冬小麥株高、葉綠素相對含量及產量的影響[J].灌溉排水學報,2009,28(1):41-44.

[7] 申孝軍,孫景生,張寄陽,等.非充分灌溉條件下冬小麥耗水規(guī)律研究[J].人民黃河,2007,29(11):68-70.

[8] 王仰仁,孫小平.山西農業(yè)節(jié)水理論與作物高效用水模式[M].北京:中國科學技術出版社,2003.