西南喀斯特地區(qū)小麥節(jié)水灌溉試驗(yàn)研究

余 青，方小宇，馮 城

（貴州省水利科學(xué)研究院，貴州 貴陽(yáng) 550002）

農(nóng)作物的灌溉制度是為滿足作物生長(zhǎng)需要且又獲得一定產(chǎn)量而制定的適時(shí)、適量的灌水方案。合理的灌溉制度是指在作物生長(zhǎng)、發(fā)育和產(chǎn)量形成對(duì)水分條件反映的基礎(chǔ)上，把給定的供水量在時(shí)間上作合理的分配，達(dá)到產(chǎn)量最大化的目的[1-4]。灌溉試驗(yàn)是研究作物需水規(guī)律，揭示水分與作物生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量的關(guān)系，探求經(jīng)濟(jì)合理的灌溉制度和灌水技術(shù)等問題的科學(xué)試驗(yàn)。目前小麥灌溉試驗(yàn)在北方已經(jīng)進(jìn)行了系統(tǒng)研究，但對(duì)西南喀斯特地區(qū)小麥灌溉制度系統(tǒng)的研究很少，貴州的小麥節(jié)水高效灌溉制度研究還是空白。因此，該研究擬對(duì)貴州地區(qū)小麥不同水分處理下的生長(zhǎng)狀況和水分利用情況等進(jìn)行研究，以找出適合西南喀斯特地區(qū)的小麥節(jié)水高效灌溉制度。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于貴州省灌溉試驗(yàn)中心站暨修文高科技節(jié)水灌溉示范園內(nèi)，東經(jīng) 106°37′，北緯 26°52′，園區(qū)海拔在1 270～1 280 m之間。多年平均降雨1 235 mm，多年平均徑流深550 mm；多年平均氣溫12.6℃，年日照時(shí)數(shù)1 324 h，年活動(dòng)積溫4 097℃，無(wú)霜期270 d；多年平均風(fēng)速2.3 m/s，強(qiáng)風(fēng)以南風(fēng)為主。灌溉試驗(yàn)小區(qū)土壤為黃壤土，耕作層40 cm左右，土壤pH值為7.32，全氮1.26 g/kg，堿解氮65.89 mg/kg，全磷 0.33 g/kg，有效磷 11.61 mg/kg，全鉀 10.36 g/kg，有效鉀 186.53 mg/kg，有機(jī)質(zhì) 20.35 g/kg，土壤肥力中等。

1.2 供試材料

試驗(yàn)小麥選擇當(dāng)?shù)卮竺娣e種植的川麥36。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.1 大田露地試驗(yàn) 以土壤含水率的下限為參考，在各個(gè)生育期低于設(shè)計(jì)的土壤含水率下限（見表1）時(shí)即灌溉至適宜含水率上限。各生育期適宜含水率上限（相對(duì)于飽和土壤含水量）：播種—拔節(jié)期為80%，拔節(jié)—抽穗期為80%，抽穗—灌漿期為85%，灌漿—成熟期為70%，計(jì)劃濕潤(rùn)層為40 cm。試驗(yàn)區(qū)總面積為0.12 hm2，分4個(gè)處理，3個(gè)重復(fù)，采用隨機(jī)排列，小區(qū)面積100 m2。按0.40 m、0.70 m寬窄行進(jìn)行條播。

表1 大田露地小麥灌溉試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.2 水分調(diào)虧灌溉試驗(yàn) 試驗(yàn)布置在測(cè)坑區(qū)，根據(jù)作物生育階段的適宜土壤含水率下限值。在播種—拔節(jié)期和拔節(jié)—抽穗期設(shè)置低于土壤含水率下限值15%1個(gè)水平，在抽穗—灌漿期和灌漿—成熟期設(shè)置低于土壤含水率下限值15%和30%2個(gè)水平；當(dāng)小麥各生育期含水率達(dá)到下限值時(shí)，即灌至適宜含水率[5-6]，具體見表2。試驗(yàn)分8個(gè)處理，3個(gè)重復(fù)，共24個(gè)測(cè)坑，隨機(jī)排列。每個(gè)測(cè)坑種植2行小麥，按間距0.4 m、0.7 m寬窄行進(jìn)行條播。

表2 測(cè)坑小麥灌溉試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.4 試驗(yàn)方法

1.4.1 主要栽培管理 人工均勻翻耕土地，按設(shè)計(jì)畫線開溝作畦及清理畦面雜草，施底肥。為防治蟲害，每10 kg麥種用辛硫磷100 g對(duì)水1 kg拌種堆悶4 h，晾干后干拌15%粉銹寧200 g對(duì)種子進(jìn)行處理，然后按預(yù)畫線進(jìn)行條播（窄行0.4 m，寬行0.7 m）。除草1次，施肥1次，施肥以尿素為主，在除草后1 d進(jìn)行。在拔節(jié)前以25%吡蚜酮、40%新農(nóng)寶、10%蚜虱凈的混合藥液噴施3次。

1.4.2 指標(biāo)的測(cè)定及計(jì)算方法 露地灌溉采用軟管澆灌，在軟管進(jìn)水口安裝水表，同一處理等量灌溉，并記錄各小區(qū)的灌水量的水表讀數(shù)。水分調(diào)虧灌溉試驗(yàn)采用噴壺澆灌，預(yù)先測(cè)量壺的容積，每次灌溉記錄灌溉壺?cái)?shù)。土壤水分采用頻域反射儀（FDR）進(jìn)行測(cè)定，土壤水分測(cè)定深度分別為：10、15、20 cm。測(cè)定點(diǎn)選擇在距離小麥根部10～15 cm的圓環(huán)范圍內(nèi)。定植前先測(cè)定試驗(yàn)區(qū)田間持水量，土壤含水率按FDR實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)除以田間持水量獲得。相關(guān)氣象資料由示范園自動(dòng)氣象站提供。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同生育階段水分脅迫對(duì)小麥生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量的影響

表3是不同生育階段不同程度水分脅迫對(duì)小麥產(chǎn)量的影響。在不同的生育階段，作物生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量對(duì)水分虧缺的敏感性不同。試驗(yàn)表明：小麥在發(fā)芽出苗階段，一般土壤水分脅迫使植株短小，葉小、穗短、籽粒數(shù)少，嚴(yán)重時(shí)甚至死苗。拔節(jié)—抽穗期是麥株由營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)轉(zhuǎn)為營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)與生殖生長(zhǎng)并進(jìn)階段，此時(shí)小麥生長(zhǎng)速率加快，干物質(zhì)累積增加，光合作用加強(qiáng)，如此時(shí)期麥株受水分脅迫，則會(huì)影響光合作用及干物質(zhì)累積。抽穗—灌漿階段是幼穗分化的最后階段，小麥株體代謝作用最強(qiáng)，蒸騰作用也十分強(qiáng)烈，對(duì)光合作用的需求量達(dá)到最大，對(duì)水分虧缺的反應(yīng)最為敏感，是小麥的需水臨界期。此時(shí)期麥株受水分脅迫，不僅減少穗數(shù)，穗粒數(shù)也明顯降低，嚴(yán)重影響產(chǎn)量。

表3 小麥不同階段不同程度脅迫對(duì)產(chǎn)量的影響

可見，小麥對(duì)缺水的敏感性，是開花期大于產(chǎn)量形成期，產(chǎn)量形成期大于營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期。因此，在灌溉水量有限的條件下，應(yīng)保證作物缺水敏感期內(nèi)的水分供應(yīng)，把該時(shí)期的水分脅迫減少到最低程度，這對(duì)于穩(wěn)定產(chǎn)量，提高水的利用率均有很大的作用。

2.2 不同處理的水分生產(chǎn)率

消耗每單位水量所生產(chǎn)的小麥重量稱之為小麥的水分生產(chǎn)效率，該指標(biāo)可用于衡量水資源開發(fā)利用的程度。因此，以單位灌溉水量所生產(chǎn)的小麥產(chǎn)量計(jì)算小麥灌溉水的生產(chǎn)效率，則可用以衡量同一降水量范圍內(nèi)的灌區(qū)所采用灌溉技術(shù)的先進(jìn)性和合理性。灌溉水分生產(chǎn)率的計(jì)算如下：I=Y/ET，式中，Y 為作物產(chǎn)量（kg/667m2）；ET 為作物灌溉定額（m3/667m2）。

由露地和測(cè)坑試驗(yàn)的小麥水分生產(chǎn)率結(jié)果可知，水分生產(chǎn)率隨灌溉水量的增加而減小。在露地試驗(yàn)的3種水分處理下（不灌除外），各處理的水分生產(chǎn)率分別為 9.77、12.08、17.89 kg/m3；在測(cè)坑試驗(yàn)的8種水分處理下（圖1），處理7的水分生產(chǎn)率最高，為16.67 kg/m3；處理8的灌溉水利用效率最低，水分生產(chǎn)率為6.04 kg/m3。

圖1 水分調(diào)虧灌溉試驗(yàn)中不同處理的水分生產(chǎn)率

2.3 不同處理的灌水量及產(chǎn)量分析

雖然作物產(chǎn)量是很多因素共同作用的結(jié)果，但水分起到了最為主要的作用。圖2、圖3所示的是各處理產(chǎn)量和灌水定額之間的擬合曲線：露地試驗(yàn)小麥產(chǎn)量（y）和灌溉定額（x）之間關(guān)系為y=-0.040 8 x2+2.315 9 x+329.98，相關(guān)系數(shù)R2=0.971 9（圖2）；水分調(diào)虧灌溉試驗(yàn)小麥產(chǎn)量和灌溉定額的關(guān)系為y=-0.037 6 x2+4.303 4 x+239.47，相關(guān)系數(shù)R2=0.908 7（圖3）。

圖2 露地試驗(yàn)小麥產(chǎn)量與灌溉定額的關(guān)系

圖3 水分調(diào)虧灌溉試驗(yàn)小麥產(chǎn)量與灌溉定額的關(guān)系

該試驗(yàn)結(jié)果表明，小麥的產(chǎn)量和灌溉定額成明顯的二次拋物線型關(guān)系；當(dāng)灌水量小于某一臨界值時(shí)，產(chǎn)量會(huì)隨著水量的增加而增加，但當(dāng)超過最大之后，產(chǎn)量反而會(huì)隨著水量的增加而減少。這說(shuō)明，雖然小麥?zhǔn)且环N高耗水性作物，但當(dāng)灌水量或耗水量增加到一定數(shù)值時(shí)，此時(shí)再增加供水不能增加產(chǎn)量，反而會(huì)使產(chǎn)量下降。具體而言，在露地試驗(yàn)中，灌水量為28.38 m3/667m2時(shí)，小麥產(chǎn)量最高，可達(dá)362.84 kg/667m2；在測(cè)坑試驗(yàn)中，灌水量為57.23 m3/667m2時(shí)產(chǎn)量最高，達(dá) 362.60 kg/667m2。

3 結(jié)論與討論

本試驗(yàn)結(jié)果表明，小麥不同階段不同水分脅迫對(duì)產(chǎn)量的影響很大，以開花期最為敏感，其次是產(chǎn)量形成期和營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期。因此，在灌溉水量有限的條件下，應(yīng)保證作物缺水敏感期內(nèi)的水分供應(yīng)，把該時(shí)期的水分脅迫減少到最低程度，以穩(wěn)定產(chǎn)量，提高水的利用效率。小麥的水分生產(chǎn)率隨著灌水量的增加而減小，其產(chǎn)量與灌水定額成明顯的二次拋物線型關(guān)系，露地試驗(yàn)產(chǎn)量和灌溉定額之間的關(guān)系式為：y=-0.040 8 x2+2.315 9 x+329.98，相關(guān)系數(shù)R2=0.971 9；水分調(diào)虧灌溉試驗(yàn)小麥產(chǎn)量和灌溉定額之間的關(guān)系式為：y=-0.037 6 x2+4.303 4 x+239.47，相關(guān)系數(shù)R2=0.908 7。當(dāng)灌水量和耗水量小于某一臨界值時(shí)，產(chǎn)量會(huì)隨著水量的增加而增加，但當(dāng)超過最大值之后，產(chǎn)量反而會(huì)隨著水量的增加而減少。這與前人關(guān)于節(jié)水灌溉的研究結(jié)果一致[7-9]。在大田露地試驗(yàn)中，推薦灌水量為30 m3/667m2比較適宜，估計(jì)小麥產(chǎn)量可達(dá)380 kg/667m2。

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力水平的提高，以及農(nóng)業(yè)灌溉方式、灌溉技術(shù)、作物品種、種植結(jié)構(gòu)和種植技術(shù)的變化，作物需水規(guī)律、用水定額已隨之發(fā)生了很大的改變，這些具體的參數(shù)都需要通過灌溉試驗(yàn)加以確定。該小麥系統(tǒng)的灌溉試驗(yàn)研究，不僅可為西南喀斯特地區(qū)水利灌溉工程規(guī)劃設(shè)計(jì)、大型灌區(qū)節(jié)水改造建設(shè)、集雨灌溉工程、水資源評(píng)價(jià)和優(yōu)化配置、防旱抗旱以及黔中樞紐工程農(nóng)業(yè)用水量分析與各受益區(qū)配水量分析等提供科學(xué)依據(jù)，同時(shí)也可指導(dǎo)生產(chǎn)，為西南喀斯特地區(qū)的農(nóng)業(yè)豐收、農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和農(nóng)民增收作出貢獻(xiàn)。

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