不同節(jié)水灌溉方式對小麥產(chǎn)量及水分利用效率的影響

張潔梅，武繼承，楊永輝，潘曉瑩，王 越，何 方(1. 河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物營養(yǎng)與資源環(huán)境研究所，鄭州 450002；2. 農(nóng)業(yè)部作物高效用水科學(xué)觀測實驗站，河南 原陽 453514)

我國是世界上13個貧水國之一，淡水資源僅占世界總量的8%，人均水資源占有量不足世界水平的25%[1]，水資源短缺形勢十分嚴(yán)峻。同時我國也是一個農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)灌溉用水占水資源總量的70%以上[2,3]，但是農(nóng)業(yè)用水中卻存在浪費嚴(yán)重問題，糧食作物水分利用效率約1.0～1.2 kg/(mm·hm2)，遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國家2.3 kg/(mm·hm2)的水平[4]，農(nóng)業(yè)灌溉水的利用率也僅為40%～45%[5]。因此，大力發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)，推廣節(jié)水灌溉，提高農(nóng)業(yè)水資源利用效率尤為重要。

節(jié)水灌溉技術(shù)是比傳統(tǒng)的灌溉技術(shù)明顯節(jié)約用水和高效用水的灌水方法、措施和制度等的總稱。目前，對節(jié)水灌溉技術(shù)的研究報道已有不少，研究表明，節(jié)水灌溉能夠提高土層土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的含量和大小，培肥土壤[6]，增強(qiáng)表層土壤保水效果，提高土壤含水量[7]，使作物根系集中于表層，更適合作物生長需要[8]；可以增加冬小麥葉面積指數(shù)，提高葉片光合作用的能力[9,10]，促進(jìn)小麥干物質(zhì)的積累、分配和轉(zhuǎn)運[11]，提高小麥穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重，進(jìn)而增加小麥產(chǎn)量，提高水分利用效率[12-15]。但是前人主要是針對某一種或兩種節(jié)灌技術(shù)的與傳統(tǒng)灌溉的比較研究，而對多種節(jié)灌技術(shù)之間的進(jìn)一步比較研究還比較少，因此，筆者開展了滴灌、微噴灌灌、噴灌以及小白龍四種節(jié)水灌溉方式下小麥灌溉的對比研究，分析了在不同節(jié)水灌溉方式下小麥耗水量，土壤儲水量，以及小麥生長發(fā)育特征和節(jié)水性，以期為節(jié)水高效灌溉技術(shù)的實際應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗在通許節(jié)水農(nóng)業(yè)試驗示范基地進(jìn)行，海拔62 m。該地區(qū)屬溫暖帶半干旱型氣候，年降水量657.9 mm，其中68.8%集中在6-9月份，年際變化大，地表徑流豐枯年份非常懸殊，常有旱澇災(zāi)害發(fā)生，旱災(zāi)多于澇災(zāi)。試驗地土壤屬于潮土類兩合土種，肥力均勻，地勢平坦，耕層有機(jī)質(zhì)11.4 g/kg、全氮0.81 g/kg、堿解氮74.31 mg/kg、速效磷19.8 mg/kg、速效鉀90.3 mg/kg。該區(qū)種植方式為小麥、玉米輪作。

1.2 試驗設(shè)計

試驗處理：①采用4 種灌溉技術(shù)即滴灌、微噴灌、噴灌、小白龍，分別用DG、WP、PG、XBL表示；②每種灌溉技術(shù)設(shè)置3個灌溉水平即灌水量45、90、135 mm，用1、2、3表示，分別于小麥拔節(jié)期和灌漿期分2次平均灌夠所設(shè)的水量。共12個處理組合，重復(fù)3次。

1.3 試驗材料

小麥品種：供試材料為黃淮平原區(qū)廣泛種植的半冬性品種矮抗58。

1.4 數(shù)據(jù)處理

各樣地各指標(biāo)值均為3次重復(fù)的算術(shù)平均值。植株及土樣分析所得的數(shù)據(jù)應(yīng)用統(tǒng)計學(xué)及相關(guān)的數(shù)理統(tǒng)計軟件(DPS)進(jìn)行處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同節(jié)水灌溉方式下小麥群體動態(tài)變化

由圖1可知，不同處理下小麥群體數(shù)均成先升高再下降的趨勢，拔節(jié)期群體數(shù)量達(dá)到最大。不同灌溉方式下小麥苗期群體數(shù)基本一致，越冬期時小麥群體數(shù)量表現(xiàn)出差異，微噴灌群體最高，滴灌次之，返青期后小麥群體數(shù)量均表現(xiàn)為滴灌>微噴灌>噴灌 >小白龍，拔節(jié)期和灌漿期同一灌水處理與小白龍灌溉方式相比，小麥群體數(shù)量除PG-3處理有所減少外，其他各相應(yīng)處理均明顯增加。滴灌、微噴灌和噴灌小麥群體數(shù)較小白龍灌溉方式，拔節(jié)期高12.8%～39.1%、4.1%～18.8%和9.2%～12.4%，灌漿期高4.5%～27.4%、2.1%～10.2%和3.8%～5.7%，說明滴灌的效果最好，微噴灌次之，且至灌漿期時滴灌、微噴灌和噴灌群體數(shù)在灌水90 mm時最高，小白龍的則是在135 mm時最高。

圖1 不同節(jié)水灌溉方式對小麥群體動態(tài)的影響Fig.1 Effect of different irrigation technology on dynamics of wheat population

2.2 不同節(jié)水灌溉方式下小麥不同生育時期土壤儲水量的變化

如圖2顯示，隨著生育期的推進(jìn)土壤儲水量呈現(xiàn)降低趨勢。其中越冬期至拔節(jié)期不同節(jié)水灌溉方式各處理下土壤儲水量相對穩(wěn)定；灌水后表現(xiàn)出差異，抽穗期時滴灌和微噴灌的儲水量明顯高于小白龍；灌漿期噴灌的儲水量最高而微噴灌的最低；至成熟期時土壤儲水量表現(xiàn)為滴灌>微噴灌>噴灌>小白龍，與小白龍灌溉相比，滴灌高29.5%～37.8%，微噴灌次之高27.3%～31.2%，噴灌高17.1%～20.6%。

從圖2中還可以看出，相同節(jié)水灌溉方式不同灌水處理之間的土壤儲水量差異不明顯，且土壤儲水量并沒有隨著灌水量的增加而增加。可見，滴灌、微噴灌和噴灌較小白龍灌溉方式有利于土壤儲水量提高，滴灌和微噴灌更利于小麥籽粒的形成過程中水分的消耗。

圖2 不同節(jié)水灌溉方式下小麥不同生育時期土壤儲水量Fig.2 Water storage capacity under different irrigation technology during various growth stages of wheat

2.3 不同節(jié)水灌溉方式下小麥不同生育階段耗水量的變化

不同節(jié)水灌溉方式下的小麥耗水量如圖3所示。從圖3中可知，在返青-拔節(jié)階段，不同節(jié)水灌溉方式下小麥的耗水量最低；滴灌、噴灌和小白龍在拔節(jié)-抽穗階段耗水量最高，微噴灌在抽穗-灌漿階段耗水量最高。從小麥全生育期總耗水量看，不同節(jié)水灌溉方式滴灌的耗水量最少，較小白龍減少6.1%～15.7%，其次是微噴灌減少1.7%～11.0%，噴灌減少1.0%～1.4%，且灌水量90 mm以下時小麥總耗水量明顯較少。因此，滴灌和微噴灌灌更有效地減少小麥全生育期的無效蒸發(fā)，但灌水量應(yīng)適宜避免水資源浪費。

圖3 不同節(jié)水灌溉方式下小麥耗水特征Fig.3 Characteristics of water consumption under different irrigation technology

2.4 不同節(jié)水灌溉方式對小麥生長特征、產(chǎn)量和水分利用效率的影響

不同節(jié)水灌溉方式對小麥生長發(fā)育、產(chǎn)量和水分利用效率的影響見表1。由表1可知，小麥株高、穗長、小穗數(shù)和穗粒數(shù)以滴灌處理下表現(xiàn)較好，其中穗長、小穗數(shù)和穗粒數(shù)(除滴灌條件下)均基本呈現(xiàn)隨灌水量的增加而增加的趨勢。不同節(jié)水灌溉方式各處理下小麥千粒重表現(xiàn)為微噴灌>滴灌>噴灌>小白龍，微噴灌、滴灌、噴灌較小白龍分別提高13.2%～19.7%、7.0%～14.7%和1.0%～3.4%，其中，微噴灌以灌水量90 mm時最高，滴灌、噴灌和小白龍以45 mm最高，在同一節(jié)水灌溉方式下小麥千粒重隨灌水量增加有降低的趨勢。

表1 不同節(jié)水灌溉方式對小麥成產(chǎn)因素及水分利用效率的影響Tab.1 Effect of different irrigation technology on main factors of yield and WUE of wheat

表1還可以看出，不同節(jié)水灌溉方式下小麥產(chǎn)量隨灌水量的增加而增加，而水分利用效率則呈現(xiàn)降低的趨勢，相同灌水量條件下小麥產(chǎn)量和水分利用效率均表現(xiàn)出滴灌>微噴灌>噴灌>小白龍，滴灌、微噴灌和噴灌與白龍灌溉方式相比，小麥產(chǎn)量分別增加14.1%～20.8%、6.6%～11.4%和1.5%～2.0%，水分利用效率提高了21.8%～28.5%、7.4%～12.9%和9.7%～10.4%，小麥產(chǎn)量在滴灌135 mm處理下最高，而水分利用效率以滴灌90 mm處理為最高。

3 結(jié) 語

拔節(jié)期和灌漿期是決定小麥群體數(shù)和籽粒充實度的兩個關(guān)鍵時期，此時的水分補(bǔ)充及土壤的儲水能力十分重要，有研究表明，為冬小麥生長提供水分的主要是0～130 cm土層[16]。但隨灌水量的增加，小麥總耗水量顯著增加，灌水利用效率顯著降低[17]，減少了降水和土壤供水占總耗水量的比例，增加了灌溉水占總耗水量的比例[18,19]。筆者研究發(fā)現(xiàn)，灌水后不同處理的小麥各生育時期0～100 cm的土壤儲水量和耗水量變化較大，而到收獲時土壤儲水量表現(xiàn)為滴灌>微噴灌>噴灌>小白龍，4種節(jié)灌方式下小麥總耗水量均隨著灌水量增加而增加，且滴灌和微噴灌下耗水量較少。說明，滴灌和微噴灌節(jié)灌方式更有利于減少小麥全生育期的無效蒸發(fā)和耗水量。

已有研究表明，產(chǎn)量和灌水量呈拋物線的關(guān)系，即隨著灌水量的增加，產(chǎn)量先增加后下降或保持穩(wěn)定[20,21]，適度的水分脅迫可以提高小麥的水分利用效率[17,22]。本研究中，小麥產(chǎn)量隨灌水量增加而增加，但當(dāng)灌水量在90 mm以上時小麥產(chǎn)量增加緩慢基本趨于穩(wěn)定，而水分利用效率隨灌水量的增加而降低，水分利用效率在45 mm時最高。不同節(jié)水灌溉相同處理條件下，滴灌的節(jié)水性最好，微噴灌次之，產(chǎn)量和水分利用效率均表現(xiàn)為滴灌>微噴灌>噴灌>小白，產(chǎn)量在滴灌方式下灌水135 mm時最高，水分利用效率在滴灌方式下灌水45 mm時最高。

小麥穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重在不同節(jié)水灌溉方式下有較明顯的變化，在小白龍灌溉方式下均最差，群體數(shù)和穗粒數(shù)在滴灌下最佳，微噴灌方式下千粒重明顯高于其他處理，滴灌次之。而楊具瑞等[23]研究表明不同節(jié)水灌溉技術(shù)間小麥穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重變化不明顯。這可能是因為研究地域的差異。此外噴灌條件下小麥株高最高。在滴灌條件下小麥穗長和小穗數(shù)均表現(xiàn)較佳，但隨灌水量的增加會使小麥的千粒重有所降低，這與張志山等[24]的研究結(jié)果一致。

綜上，灌水對土壤儲水量的變化影響較小，小麥田間耗水量隨灌水量的增加而增加，水分利用效率隨灌水量的增加而降低；滴灌和微噴灌的節(jié)水增產(chǎn)效果優(yōu)于噴灌和小白龍，而小白龍的節(jié)灌效果相對較差；同一灌溉方式下，以灌水45 mm的水分利用率最高，產(chǎn)量以灌溉135 mm最高。因此，在實際生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)實際降雨情況適當(dāng)調(diào)整灌溉水量，實現(xiàn)節(jié)本增效。

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