不同土層測墑補(bǔ)灌對小麥耗水特性和產(chǎn)量的影響

郭增江+于振文

摘要：大田條件下，設(shè)置5個(gè)試驗(yàn)處理，即：小麥拔節(jié)期和開花期各灌溉60 mm （W1）；拔節(jié)期和開花期測定0～20 cm（W2）、0～40 cm（W3）和0～60 cm （W4）土層土壤含水量，并補(bǔ)灌至土壤相對含水量為70%；全生育期不灌溉（W0）；以此研究不同土層測墑補(bǔ)灌對小麥耗水特性和產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明：土壤貯水消耗量為W3>W1>W2、W4>W0，60～140 cm土層貯水消耗量W3處理最高；W3的籽粒產(chǎn)量最高，其水分利用效率高于W0和W4處理。這表明依據(jù)0～40 cm土層含水量測墑補(bǔ)灌拔節(jié)期和開花期目標(biāo)相對含水量為70%的W3處理達(dá)到節(jié)水高產(chǎn)的效果。

關(guān)鍵詞：小麥；測墑補(bǔ)灌；土壤貯水消耗量；籽粒產(chǎn)量

中圖分類號：S512.1+1文獻(xiàn)標(biāo)識號：A文章編號：1001-4942（2014）09-0034-05

黃淮海地區(qū)水資源總量僅為1 500.2×108 m3[1]，水資源短缺成為限制該地區(qū)小麥生產(chǎn)的關(guān)鍵因素。在小麥越冬期和拔節(jié)期各灌水75 mm條件下，籽粒產(chǎn)量較越冬期灌溉75 mm的處理高2 068.7 kg·hm-2[2]。研究指出，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[3]。亦有研究指出，拔節(jié)期和開花期是小麥關(guān)鍵需水時(shí)期，各灌溉60 mm其水分利用效率與拔節(jié)、開花和灌漿期各灌溉40 mm的處理相比高0.16 kg·m-3[4]。前人研究多采用定量灌溉方法，本試驗(yàn)設(shè)計(jì)依據(jù)不同土層土壤含水量進(jìn)行測墑補(bǔ)灌，研究其對小麥耗水特性和產(chǎn)量的影響，并與常規(guī)定量灌溉方法相比較，旨在為創(chuàng)建小麥高產(chǎn)節(jié)水栽培技術(shù)提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)地概況

2011-2012、2012-2013年度在山東兗州小孟鎮(zhèn)史王村大田（35°40′N，116°41′E）進(jìn)行小麥田間試驗(yàn)。土壤質(zhì)地為壤土。2011-2012年度播種前試驗(yàn)田0～20 cm土層有機(jī)質(zhì)含量為1.4%、全氮0.1%、堿解氮142.3 mg·kg-1、速效磷31.0 mg·kg-1和速效鉀112.6 mg·kg-1。小麥生育期間降水量為183 mm。2012-2013年度播種前試驗(yàn)田0～20 cm土層有機(jī)質(zhì)含量為1.4%、全氮0.1%、堿解氮143.6 mg·kg-1、速效磷34.5 mg·kg-1和速效鉀118.5 mg·kg-1。小麥生育期間降水量為238 mm。試驗(yàn)田0～60 cm土層的田間持水量和容重見表1。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置5個(gè)處理，即：分別于小麥拔節(jié)期和開花期灌溉60 mm （W1）；測定0～20 cm（W2）、0～40 cm（W3）、0～60 cm（W4）土層土壤含水量，并補(bǔ)充灌溉至土壤相對含水量為70%；全生育期不灌溉（W0）。于拔節(jié)期和開花期灌水前測墑計(jì)算補(bǔ)充灌水量，灌水3天后取土測定實(shí)際土壤含水量。灌水量計(jì)算公式為：

M=10γH（βi-βj）[5]

式中：M為灌水量（mm），H為土壤計(jì)劃濕潤層的深度（cm），γ為計(jì)劃濕潤層的土壤容重（g·cm-3），βi為目標(biāo)含水量（田間持水量乘以目標(biāo)相對含水量），βj為灌溉前土壤含水量。用水表計(jì)量實(shí)際灌水量。

供試小麥品種為濟(jì)麥22。小區(qū)面積4 m×4 m=16 m2，隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3次，小區(qū)之間留1.5 m寬隔離區(qū)，并播種小麥。播種前每公頃底施純氮105 kg、P2O5和K2O各150 kg，拔節(jié)期每公頃開溝追施純氮135 kg；肥料種類為尿素、磷酸二銨和氯化鉀。分別于2011年10月12日和2012年10月9日播種，2012年6月12日和2013年6月14日收獲。三葉期定苗，留苗密度為180株·m-2。其它管理措施同一般高產(chǎn)田。

2011-2012、2012-2013年度，測得土壤相對含水量與目標(biāo)相對含水量的平均相對偏差分別為1.7%和2.4% （表1），表明本試驗(yàn)中采取測墑補(bǔ)灌方法能夠達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)的目標(biāo)相對含水量。

1.3測定項(xiàng)目與方法

1.3.1土壤含水量的測定用土鉆取0～200 cm土層的鮮土，每20 cm為一層，將土樣立即裝入鋁盒，稱重，105℃烘干至恒重，計(jì)算土壤質(zhì)量含水量和土壤相對含水量。

土壤質(zhì)量含水量（%）=（土壤鮮土質(zhì)量-土壤干土質(zhì)量）/土壤干土質(zhì)量×100

土壤相對含水量（%）=土壤質(zhì)量含水量/田間持水量×100

1.3.2土壤貯水消耗量的計(jì)算采用測定土壤含水量計(jì)算土壤貯水消耗量的方法[6]，公式為：

ΔS=∑ni=1γiHi（θi1-θi2）

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)田耗水量的計(jì)算根據(jù)水分平衡法計(jì)算小麥全生育期耗水量[6]，公式為：

式中：ET為農(nóng)田耗水量（mm）；ΔS為小麥生育期土壤貯水消耗量（mm）；M為灌水量（mm）；P為降水量（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6 m以下[7]，因此無地下水補(bǔ)給。

1.3.4水分利用效率和灌溉效益的計(jì)算根據(jù)參考文獻(xiàn)[8，9]的方法計(jì)算：水分利用效率=籽粒產(chǎn)量/全生育期耗水量；灌溉效益=灌溉后增加的產(chǎn)量/灌水量。

1.4數(shù)據(jù)處理

采用Sigma Plot 10.0軟件作圖，DPS 7.05 統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。

2結(jié)果與分析

2.1不同處理對麥田耗水來源及其占總耗水量比例的影響

由表2可知，2011-2012生長季，W1的灌溉量最高，土壤貯水消耗量為W3>W1>W2、W4，總耗水量為W1>W3、W4>W2>W0，土壤貯水消耗量占總耗水量的比例為W0、W2、W3>W1、W4。W3的灌水量顯著低于W1處理，灌水量少57.7 mm，土壤貯水消耗量顯著高于W1處理，表明依據(jù)0～40 cm土層土壤含水量測墑補(bǔ)灌有利于提高土壤貯水消耗量，節(jié)省灌溉量，優(yōu)于定量灌溉60 mm的處理。2012-2013生長季，灌溉量為W4>W1、W3>W2，土壤貯水消耗量為W0、W3>W1>W2>W4，W3的總耗水量最高，土壤貯水消耗量占總耗水量的比例為W0>W1、W2、W3>W4，降水量和土壤貯水消耗量占總耗水量的比例W1與W3間無顯著差異。

2.2不同處理對成熟期土壤相對含水量的影響

由圖1可知，2011-2012生長季，成熟期土壤相對含水量0～20 cm土層各處理間無顯著差異，60～140 cm土層為W4>W0、W1、W2>W3，該土層平均土壤相對含水量W1、W2、W3和W4分別為62.0%、61.1%、54.8%和70.8%，W3較W1處理低7.2%。表明依據(jù)0～40 cm土層土壤含水量測墑補(bǔ)灌對土壤貯水的消耗較定量灌溉60 mm處理高。2012-2013生長季，0～40 cm土層土壤相對含水量各處理間無顯著差異，60～160 cm土層為W0、W2、W4>W1、W3。成熟期土壤相對含水量W1與W3間無顯著差異，均低于W2和W4處理。

2.3不同處理對0～200 cm土層土壤貯水消耗量的影響

由圖2可知，2011-2012生長季，土壤貯水消耗量60～140 cm土層為W3>W0、W1、W2>W4，160～200 cm土層為W2、W3、W4>W0、W1，表明依據(jù)0～40 cm土層土壤含水量測墑補(bǔ)灌對土壤貯水的消耗高于定量灌溉60 mm的處理，促進(jìn)了小麥對土壤水的利用，有利于騰出土壤貯水容積，提高降水接納量。2012-2013生長季，土壤貯水消耗量0～40 cm土層各處理間無顯著差異，60～140 cm土層為W1、W3>W0、W2>W4。

2.4不同處理對籽粒產(chǎn)量和水分利用效率的影響

由表3可知，2011-2012生長季，籽粒產(chǎn)量為W3>W1、W4>W2>W0，水分利用效率和灌溉效益為W3>W2>W4>W1；W3比W1處理顯著增產(chǎn)，水分利用效率和灌溉效益最高。表明依據(jù)0～40 cm土層測墑補(bǔ)灌較定量灌溉60 mm處理有利于提高籽粒產(chǎn)量和水分利用效率。2012-2013生長季，籽粒產(chǎn)量為W3>W1>W4>W2>W0，水分利用效率為W1、W2、W3>W4>W0，灌溉效益為W2、W3>W1>W4，W3的灌溉效益顯著高于W1處理。

3討論與結(jié)論

前人研究表明，小麥越冬期和拔節(jié)期各灌溉60 mm，其0～200 cm土層土壤貯水消耗量比越冬、返青、拔節(jié)、開花和灌漿期灌溉5水的處理高77.9 mm[10]。生育期灌溉量由247.9 mm增至404.8 mm，土壤貯水消耗量從82.9 mm降至42.2 mm[11]。亦有研究指出，拔節(jié)期灌溉75 mm其土壤貯水耗水量較起身、孕穗和灌漿期各灌溉75 mm的處理高79.1 mm[12]。在耗水構(gòu)成中，小麥生育期不灌溉、拔節(jié)期灌溉1水和拔節(jié)與開花期灌溉2水，每次灌溉75 mm，其土壤貯水消耗量占總耗水量的比例分別為66.7%、49.2%和37.8%[13]。本試驗(yàn)條件下，W3的灌水量顯著低于W1處理，60～140 cm土層土壤貯水消耗量最高。表明依據(jù)0～40 cm土層土壤含水量測墑補(bǔ)灌，有利于騰出土壤貯水容積，提高降水接納量，節(jié)省灌溉量，優(yōu)于定量灌溉60 mm的處理。

陜西關(guān)中灌區(qū)，小麥越冬期和拔節(jié)期各灌溉75 mm，其開花后干物質(zhì)同化量比越冬期灌溉75 mm的處理高19.8%，并獲得最高籽粒產(chǎn)量，為9 210.9 kg·hm-2 [2]。河北山前沖積平原地區(qū)，拔節(jié)期灌溉70 mm促進(jìn)了花后土壤水的利用，較底墑灌溉70 mm的處理增產(chǎn)21.6%，其水分利用效率為18.0 kg·hm-2 ·mm-1[14]。亦有研究指出，華北平原地區(qū)小麥拔節(jié)期灌溉60 mm的水分利用效率比拔節(jié)和開花期各灌溉60 mm的處理高4.3 kg·hm-2·mm-1；灌溉量由320 mm增至510 mm，水分利用效率從20.0 kg·hm-2·mm-1降至12.0 kg·hm-2·mm-1，增加灌溉量水分利用效率降低[15]。本試驗(yàn)2011-2012年度，W3的籽粒產(chǎn)量、水分利用效率和灌溉效益顯著高于W1處理；2012-2013年度，W3與W1處理的籽粒產(chǎn)量和水分利用效率無顯著差異，灌溉效益顯著高于W1處理。表明小麥拔節(jié)和開花期目標(biāo)土壤相對含水量分別為70%，依據(jù)0～40 cm土層土壤含水量測墑補(bǔ)灌是獲得高產(chǎn)和高水分利用效率的最優(yōu)灌溉處理。

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