補充灌溉對土壤水分和胡麻籽粒產量的影響

燕 鵬，崔紅艷，方子森，牛俊義，高玉紅

（1.甘肅農業大學 農學院，蘭州730070；2.甘肅省干旱生境作物學重點實驗室，蘭州730070）

補充灌溉對土壤水分和胡麻籽粒產量的影響

燕 鵬1，2，崔紅艷1，2，方子森1，2，牛俊義1，2，高玉紅1，2

（1.甘肅農業大學 農學院，蘭州730070；2.甘肅省干旱生境作物學重點實驗室，蘭州730070）

為探討不同灌水條件下胡麻田土壤水分動態特征和增產效果，以“隴亞雜1號”為材料，研究了不同灌溉處理對胡麻田土壤水分、籽粒產量和水分利用效率的影響。試驗設置5個處理：不灌水（T0）、分莖水80 mm（T1）、分莖水60 mm+盛花水40 mm（T2）、分莖水80 mm+盛花水40 mm（T3）、分莖水60 mm+現蕾水40 mm+盛花水40 mm（T4）。結果表明：分莖期灌水而現蕾期不灌水有利于增加現蕾期80—140 cm土層含水量。在盛花期，T2處理120—140 cm土層含水量分別比T3，T4處理增加了11.40%和11.08%，這表明T2處理對此時期深層土壤水分的提高有明顯的促進作用。胡麻成熟期表層土壤的含水量與盛花期相比有所下降，而100—200 cm土層的水分隨灌水量的增加而明顯增加，導致土壤中的無效水增多。隨著灌水量增加，農田耗水量增加，而土壤貯水消耗量、降雨量和土壤貯水消耗量占農田總耗水量的比例均降低。可見，減少灌溉量可以提高胡麻對土壤貯水的吸收利用，降低了農田總耗水量，從而更有效地增加灌溉水分利用效率。與T0處理相比，T2處理的籽粒產量和產量水分利用效率分別顯著增加36.50%和12.27%。因此，在本試驗條件下，T2處理具有明顯的增產節水效益。

胡麻；灌水；土壤水分；產量

胡麻（Linum usitatissimumLinn）又稱油用亞麻，是世界上繼大豆、向日葵、花生之后和芝麻并列的第四大油料作物[1]，具有較強的耐旱、耐寒和耐瘠薄能力，生育期短、適應性廣[2]。我國胡麻種植面積近70萬hm2[3]，是干旱半干旱地區的主要經濟作物，主要分布于甘肅、河北、陜西、內蒙古、寧夏和新疆等省份，西藏、云南、貴州、廣西和山東等地也有零星種植。胡麻油是我國工業用干性植物油和產區群眾食用油的主要來源，富含人體必須的不飽和脂肪酸——α-亞麻酸，具有抗癌、增強免疫力等重要作用[4-5]。隨著人們消費水平的提高和食用油消費市場的拉動，胡麻種植效益不斷提升，種植面積逐步擴大，已日益受到農

民的青睞并成為調整種植結構的重要作物[1]。因此，促進胡麻生產實現高產優質對于胡麻產業的可持續發展具有重要的意義。

干旱缺水是我國面臨的重大資源和環境問題，特別是在北方干旱和半干旱地區，水資源短缺已成為制約農業可持續發展面臨的瓶頸。在胡麻的栽培種植中，春季干旱常常影響著胡麻的正常播種和出苗，致使產量低而不穩，一般只有600～975 kg/hm2，水分虧缺嚴重制約著胡麻商品化、產業化的發展和農民的增產增收[6-7]。姚玉璧等[8]研究認為，5月中、下旬前后的干旱對甘肅省胡麻產量的影響最大，此時期胡麻正處于現蕾、開花后的關鍵生育時期，對水分的需要最為迫切，在春旱發生頻率＞50%的地方，胡麻產量明顯偏低。可見，根據胡麻的需水規律科學合理灌水是保證胡麻高產穩產的關鍵所在。然而，近年來在胡麻種植方面普遍存在灌水次數過多、灌水量偏大，水資源嚴重浪費的現象，引起胡麻貪青晚熟、倒伏和病蟲害大量發生，最終導致胡麻減產，同時也不利于胡麻油分的積累[8]。節水農業要解決的關鍵問題是提高自然降水和灌溉水的利用效率[9]。因此，在胡麻不同的生育時期合理的灌水，最大限度地利用有限的水資源，勢在必行。本研究基于當前我國西北干旱地區胡麻生產的現狀，探討灌溉時期和灌水量對土壤水分動態變化和胡麻籽粒產量以及水分利用效率的影響，旨在為優化胡麻灌溉制度和高產穩產栽培技術提供理論依據和技術指導。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2014年3—8月在甘肅省蘭州市榆中縣（92°13′—108°46′E，32°11′—42°57′N）良種繁育場進行。試驗區地處黃土高原丘陵溝壑區，海拔高度1 875 m，年平均氣溫7℃，年日照時數2 563 h，無霜期146 d，年降雨量382 mm，年蒸發量1 341 mm。

試驗地前茬為小麥，常年精耕細作，土質較好，肥力中等。試驗地土壤屬沙壤土，胡麻播種前試驗田0—20 cm土層土壤養分含量為：有機質16.50 g/kg，全氮1.12 g/kg，全磷0.80 g/kg，全鉀20.11 g/kg，堿解氮59.26 mg/kg，速效磷13.11 mg/kg，速效鉀125.34 mg/kg，p H 值7.69。

1.2 試驗設計

采用單因素隨機區組設計方法。試驗設置2個澆水時期，分別為分莖期+盛花期＼分莖期+現蕾期+盛花期；分莖期設60，80 mm的2個灌水量處理，現蕾期和盛花期均灌水40 mm，由此構成 T1，T2，T3，T4處理，以不灌水為對照（T0），共5個處理（表1）。小區面積為28 m2（7 m×4 m），3次重復。小區之間，留1.5 m的隔離區。基肥用量為 N 90 kg/hm2，P2O575 kg/hm2，K2O 53 kg/hm2。所施肥料為尿素（含 N 46.4%）、磷酸二銨（含P2O546%，N 18%）、硫酸鉀（含K2O 52%）。供試胡麻品種為隴亞雜1號，3月22日播種，播種密度為750萬株/hm2，人工條播，播深3 cm，行距20 cm。灌水量用水表計量，田間管理同當地大田生產，8月7日收獲。2014年胡麻生育期間總降雨量為274.6 mm。

表1 水分處理方案 mm

1.3 測定項目與方法

1.3.1 土壤含水量 于胡麻播種前和主要生育時期用土鉆隨機取不同處理各小區0—200 cm土層的土，20 cm為1層，稱土壤鮮重后，在105℃恒溫下烘8 h至恒重，稱土壤干重，計算土壤含水量，其公式為：土壤含水量=（土壤鮮重—土壤干重）/土壤干重×100%。根據土壤含水量計算土壤貯水量[10]。土壤貯水量：Sw=d·r·w×0.1，式中：Sw為土壤貯水量（mm）；d為土層厚度（cm）；r為土壤容重（g/cm3）；w為土壤含水量（%）。

1.3.2 耗水量 采用農田水分平衡法[11]計算作物耗水量（mm）：ETa=P+I+ΔW，式中：ETa為作物生育期耗水量（mm），包括植物蒸騰量與棵間蒸發量；P為降雨量（mm）；I為灌溉量（mm）；ΔW為作物不同生育時期之間的土壤貯水變化量，即土壤貯水消耗量。

1.3.3 籽粒產量測定 收獲時在每個小區中隨機取樣30株，帶回實驗室進行考種。分別測定單株有效果數、果粒數、千粒重和單株產量。收獲時按小區單打單收，曬干后稱取胡麻籽粒重量，測得小區實際產量。

1.3.4 水分利用效率 產量水分利用效率[kg/（hm2·mm）]=籽粒產量（kg/hm2）/作物全生育期耗水量（mm）；灌水利用效率[kg/（hm2·mm）]=籽粒產量（kg/hm2）/灌水量（mm）[12]。

1.4 數據分析

采用Microsoft Excel 2010和SPSS 17.0統計軟件進行數據處理和差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 胡麻不同生育時期0-200 cm土層土壤含水量的動態變化

2.1.1 胡麻分莖期和現蕾期0—200 cm土層土壤含水量的動態變化 由圖1可知，在胡麻分莖期，各處理0—120 cm土層的土壤含水量變化幅度較大，而在120—200 cm土層各處理土壤含水量的變化趨勢幾乎相同。就0—60 cm土層的土壤含水量而言，T1處理的土壤含水量比T0處理增加了15.46%；T2處理在60—100 cm土層的土壤含水量較高，較T0處理增加了29.94%；在100—120 cm土層的土壤含水量以T4處理的最高，高于T0處理24.72%。可見，不同的灌水量對胡麻分莖期0—120 cm土層的土壤含水量有一定的影響，且T1處理有利于提高土壤淺層的含水量，而與T2處理相比，對深層的土壤含水量沒有明顯作用。就現蕾期0—200 cm土層土壤含水量的變化趨勢來看，由于胡麻植株生長的加快和土壤表層水分的強烈蒸發，在0—40 cm和140—200 cm土層的土壤含水量明顯低于分莖期相同處理各土層土壤含水量。0—40 cm土層土壤含水量處理間差異表現為T4＞T2＞T1＞T0，與T0處理相比，灌水處理的土壤含水量增加了8.03%～27.53%；在60—80 cm土層土壤含水量仍以T4處理的最高，高于T0處理26.82%；而80—140 cm土層土壤含水量處理間差異表現為T2＞T4＞T1＞T0，且各處理的土壤含水量分別比T0處理增加了18.60%，11.46%和5.06%；各處理在140—200 cm土層土壤含水量差異不大，以T1處理的最大，T2處理的次之，分別高于T0處理7.42%和7.20%。現蕾期是胡麻植株營養生長和生殖生長并進階段，此時胡麻需水較多，生長也旺盛，但與T2處理相比，T4處理盡管在現蕾期多澆了1次水，但是并沒有增加80—140 cm土層土壤含水量。

圖1 胡麻不同生育時期各處理0-200 cm土層土壤含水量的動態變化

2.1.2 胡麻盛花期和成熟期0—200 cm土層土壤含水量的動態變化 由圖2可知，胡麻開花以后，隨著植株耗水的加劇，各土層的土壤含水量下層（100—200 cm）的明顯大于上層（0—100 cm）。不同處理土壤含水量0—20 cm土層的明顯高于20—40 cm和40—60 cm，這可能與測定前遇到較大的降雨有關。在60—80 cm土層的土壤含水量最低，而后隨著土層的不斷加深，各處理的土壤含水量逐漸增加，灌水處理在80—200 cm土層的土壤含水量比T0增加了11.41%～21.33%。在120—140 cm土層，T2處理的土壤含水量高于T0處理19.41%，與其他處理相比，增幅為10.31%～11.40%，這表明T2處理對此時期土壤含水量的提高有明顯的促進作用。在盛花期灌水量均為40 mm的條件下，T2處理較T3，T4處理更有利于提高120—140 cm土層的土壤含水量。就胡麻成熟期土壤含水量的變化趨勢來看，胡麻植株進入衰老階段生長，根系對深層土壤的水分吸收有所降低，因此各處理在100—200 cm土層的土壤含水量明顯高于盛花期相同處理各土層土壤含水量。此外，由于溫度較高和未進行灌溉，土壤表層土壤含水量明顯低于盛花期的。0—40 cm土層各處理土壤含水量的變化趨勢不大，表現為T4＞T3＞T2＞T1＞T0，且灌水處理的土壤含水量比T0處理增加了8.49%～34.46%。在40—200 cm土層，T1，T2，T3和T4處理的土壤含水量隨著土層的加深一直維持增大的趨勢，各處理的土壤含水量較T0處理分別增加了5.80%，8.20%，13.83%和17.84%。可見，隨著灌水量增加，土壤中滯留的水分也隨土層的加深而逐漸增加，但此時胡麻已經成熟，導致土壤中的無效水增多，這將不利于胡麻水分利用效率的提高。

2.2 不同處理對總耗水量、總耗水量中不同來源水分及其占總耗水量比例的影響

由表2可知，不同灌水處理胡麻總耗水量的變化趨勢表現一致：隨著灌水量的增加，耗水量隨之也增加。與T0處理相比，不同灌水處理的耗水量顯著增加了16.89%～25.00%，而降雨量和土壤貯水消耗量占總耗水量的比例分別降低了14.48%～20.04%和27.97%～55.52%，均達到了顯著差異水平（p＜0.05），這表明在不灌水條件下，降雨和土壤水是供應胡麻生長發育的主要耗水來源。就不同處理的土壤貯水消耗量而言，不同處理間表現為T0＞T1＞T2＞T3＞T4，與T0處理相比，灌水處理的土壤貯水消耗量降低幅度為15.82%～44.43%，且呈顯著差異水平。不同處理的灌水量占總耗水量的百分率表現為隨灌水量的增大而增加，而降水和土壤貯水所占比例則呈下降趨勢。可見，增加灌水量明顯促進了胡麻對灌溉水的吸收利用，而不利于降水和土壤貯水的吸收利用。

表2 不同處理對不同來源水分消耗量占總耗水量百分率的影響

2.3 不同處理對胡麻籽粒產量及其構成因子的影響

由表3可見，不同灌水處理對胡麻的籽粒產量及其構成因子的影響比較明顯。就單株有效果數而言，T3處理的最多，T3處理的次之，較T0處理分別顯著增加了11.15%，8.99%。除T4處理外，其他灌水處理的果粒數比T0處理顯著增加了4.80%～10.01%（p＜0.05）。不同灌水處理的千粒重從大到小依次為：T2＞T3＞T4＞T1＞T0，除T1處理外，其他灌水處理的千粒重均顯著高于T0處理，且T2，T3處理的千粒重比T0處理分別顯著增加了12.13%和9.66%，但T2，T3處理之間差異不顯著（p＞0.05）。T4處理的單株產量最大，T3處理的次之，分別比T0處理顯著增加了53.18%和38.64%，而T2，T3處理之間未達到顯著差異水平（p＞0.05）。隨著灌水量的增加，胡麻的籽粒產量呈現先增加后降低的趨勢。T2處理的籽粒產量最大，高達2 579.00 kg/hm2，顯著高于T0處理36.50%，T3處理的次之，為2 361.33 kg/hm2，比T0增加了24.98%，差異顯著；而T1，T4處理的籽粒產量也分別比T0處理顯著增加了14.02%和16.37%，但T1和T4處理之間差異不顯著。可見，適量灌水的T2處理卻有利于胡麻高產的形成。

表3 不同處理對胡麻籽粒產量及其構成因子的影響

2.4 不同處理對胡麻水分利用效率的影響

由圖2可知，不同灌水處理間的產量水分利用效率表現為T2＞T3＞T0＞T1＞T4，與T0處理相比，T2，T3處理的產量水分利用效率分別增加了12.27%和2.05%，且T2處理與T0處理之間有顯著差異（p＜0.05），而T1，T4處理較T0處理分別降低了2.46%和6.91%，且T4處理與T0處理之間差異顯著。就胡麻的灌水利用效率而言，隨著灌水量的增加，灌水利用效率不斷減小。不同灌水處理中以T1處理的最高，為26.93 kg/（hm2·mm），T2處理的次之，為25.79 kg/（hm2·mm），T4處理的最低，為15.70 kg/（hm2·mm），與T4處理相比，T1，T2處理的灌水利用效率顯著增加了71.45%和64.22%，且各灌水處理間差異表現顯著。可見，在本試驗條件下，T3處理是兼顧高產和節水的最佳灌溉方式。

圖2 不同處理對胡麻產量水分利用效率和灌水利用效率的影響

3 討論

土壤水分是作物賴以生存的基礎，地面水與地下水相互轉化以及降水和人工灌溉補給地下水的過程受到灌溉、降雨、耕作方式、農田形式和大氣條件等多種因素的影響[13-14]。旱地農業的實踐表明，作物對水分的吸收利用具有高度的可塑性，節水灌溉可以滿足作物代謝需水，增強作物的抗逆性，同時由于誘導了作物根系補償吸水的特性，從而使水分利用效率得到明顯的提高[15-17]。因此，發展節水灌溉，力求用盡可能少的水資源達到農作物的高產和穩產[18]，是緩解我國干旱和半干旱地區水資源緊缺的有效途徑。

合理的灌溉量和灌溉時期是保證節水農業可持續發展的前提。農作物的水分供應主要來源于土壤水分，土壤水分的運移規律對于科學制定灌溉方案、有效調控土壤水分，節約水資源和提高農作物產量等起著舉足輕重的作用[19-20]。李淑文等[21]研究表明，農田土壤水分以0—20 cm土壤表層貯水量變動受降水、灌水影響較大，作物根系主要吸收0—80 cm土層的土壤水分。在本試驗中，胡麻分莖期灌水使0—120 cm土層的土壤水分含量增加了11.81%～14.52%，與灌溉量60 mm的T2處理相比，灌溉量為80 mm的T1處理更有利于提高土壤淺層的含水量，而在120—200 cm土層各處理土壤含水量的變化趨勢幾乎相同。現蕾期是胡麻植株營養生長和生殖生長并進階段，此時胡麻需水較多，生長比較旺盛，且土壤表層水分強烈蒸發。在0—40 cm和140—200 cm土層的土壤含水量明顯低于分莖期相同處理各土層土壤含水量，在0—80 cm土層以T4處理的平均土壤含水量最高，明顯高于對照T0處理27.31%；而在80—140 cm土層卻以T2處理的最高，T4處理盡管在現蕾期多澆了1次水，但是并沒有增加80—140 cm土層土壤含水量。胡麻開花以后，隨著植株耗水的加劇，在60—80 cm土層的土壤含水量最低，而后隨著土層的不斷加深，各處理的土壤含水量隨之增加；在盛花期灌水量均為40 mm的條件下，T2處理在120—140 cm土層的土壤含水量分別高于T3，T4處理11.40%和11.08%。這表明T2處理對此時期深層土壤水分的提高有明顯的促進作用，這可能與現蕾期限制供水增強了胡麻深層根系的吸水能力，而盛花期補灌則延緩了根系的衰老，產生了補償效應有關，這為籽粒產量的形成奠定了良好的基礎。胡麻成熟期，根系對深層土壤的水分吸收有所降低，與盛花期相比，由于溫度較高和未進行灌溉，表層土壤的含水量有所下降，而100—200 cm土層的土壤含水量卻有明顯的增加，且T4，T3處理的土壤含水量維持較高。可見，隨著灌水量增加，土壤中滯留的水分也隨土層的加深而逐漸增加，但此時胡麻已經成熟，導致土壤中的無效水增多，這將不利于胡麻水分利用效率的提高。

適宜的灌溉時期和灌水量可以調整作物水分的供需關系，有利于優化作物的灌溉制度。過多或過少的灌水不僅抑制作物根系對土壤貯水的利用能力，而且還會造成水資源的無效浪費[22]。水分狀況對作物生長發育和耗水規律的影響作用最終會反映在產量和水分利用效率上[23]。有研究表明，隨著灌水量增加，農田耗水量增加，而土壤貯水消耗量減少[24-25]，本文與前人在小麥上的研究結果一致。王志敏等[26]研究認為，減少灌溉量能夠提高土壤水分利用效率，降低麥田的總耗水量。張永玲等[27]研究發現，適度缺水在不減產或略有增產的前提下，玉米的耗水量大大降低，而水分利用效率明顯增加。本研究中，隨著灌水量的增加，降雨量和土壤貯水消耗量占農田總耗水量的比例均降低，而灌水量占總耗水量的比例提高。可見，減少灌溉量可以提高胡麻對土壤貯水的吸收利用，降低了農田總耗水量，從而更有效地利用土壤水資源，增加灌溉水分利用效率。高延軍等[28]研究認為，實現作物高效用水的基本途徑是將作物充分利用環境水和最大限度地節約本身用水有效結合。Kang等[29]研究表明，在不同的生育時期，小麥對水分的需求存在一定的差異，同時灌水時期也是影響水分利用效率的重要因素。通過調控有限水分在作物全生育期的分配比例，實現有限土壤水分的高效利用，是增加作物水分利用效率的有效途徑[30-32]。本試驗結果表明，不同灌水量和灌水時期對胡麻的籽粒產量和水分利用效率影響比較明顯。T2處理獲得了最高的籽粒產量和產量水分利用效率，比T0處理顯著增加了36.50%和12.27%。可見，在本試驗條件下，4種灌水方式中以T2處理（分莖期、盛花期分別灌水60 mm和40 mm）的灌溉效果最佳，具有明顯的增產節水效益。

4 結論

分莖水有利于提高土壤表層的貯水量，而現蕾期控制灌水卻增加了80—140 cm土層的土壤含水量。在盛花期灌水量均為40 mm的條件下，與T3，T4處理相比，T2處理在120—140 cm土層的土壤含水量分別增加了11.40%和11.08%，這表明T2處理對此時期深層土壤水分的提高有明顯的促進作用。胡麻成熟期土壤表層含水量與盛花期相比有所下降，而100—200 cm土層的水分隨灌水量的增加而明顯增加，導致土壤中的無效水增多，這將不利于提高胡麻的水分利用效率。本研究中，隨著灌水量增加，農田耗水量增加，而土壤貯水消耗量、降雨量和土壤貯水消耗量占農田總耗水量的比例均降低。可見，減少灌溉量可以提高胡麻對土壤貯水的吸收利用，降低了農田總耗水量，從而更有效地增加灌溉水分利用效率。與不灌水處理相比，T2處理的籽粒產量和產量水分利用效率分別顯著增加36.50%和12.27%。因此，在本試驗條件下，T2處理（分莖期、盛花期分別灌水60 mm和40 mm）具有明顯的增產節水效益。

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Effects of Supplemental Irrigation on Soil Moisture and Grain Yield of Linum usitatissimumLinn

YAN Peng1，2，CUI Hongyan1，2，FANG Zisen1，2，NIU Junyi1，2，GAO Yuhong1，2
（1.College of Agronomy，Gansu Agricultural University，Lanzhou730070，China；2.Gansu Province Key Laboratory of Arid land Crop Science，Lanzhou730070，China）

In order to investigate the soil moisture dynamic characteristic and yield-increasing effect under different irrigation conditions，field experiment was carried out to elucidate the effect of different irrigation modes on soil moisture，grain yield and water use efficiency of oil flax which was‘Longyaza 1’.The experiment had five treatments：no irrigation during the whole growth season （represented as CK）；irrigation amount was 80 mm at stem stage（T1）；irrigation began at stem and full flowering stages，and irrigation amounts were 60 mm and 40 mm （T2），80 mm and 40 mm （T3），respectively；irrigation was carried out at stem，squaring and full flowering stages，and irrigation amounts were also 60 mm，40 mm and 40 mm（T4）.The results showed that irrigation at stem stage and no irrigation at squaring stage were beneficial to the increase of 80—140 cm soil moisture.Moreover，T2treatment increased 120—140 cm soil water storage at full flowering stage and enhanced by 11.40%and 11.08%compared with T3and T4，suggesting that T2treatment had an obvious promoting effect on the improvement of deep soil moisture during this period.The water content in topsoil layer at harvest decreased while the soil moisture in 100—200 cm layer obviously enhanced with the increase of irrigation amount in full flowering stage，but also could boost the invalid water in the soil.Generally，the total water consumption raised and the proportion of soil water consumption amount and precipitation to total water consumption amount reduced with the increase of irrigation amount.Therefore，reducing irrigation improved the absorption and utilization of soil storage water and decreased the total water consumption，which resulted in much more availably increase of irrigation water use efficiency.In addition，the yield and water use efficiency of T2treatment significantly increased by 36.50%and 12.27%compared with T0，respectively.As far as water-saving and high-yield were concerned in the experiment，T2has the distinct water-saving and yield-increasing benefits.

Linum usitatissimumLinn；irrigation；soil moisture；grain yield

S274;S563.2;S152.7

A

1005-3409（2017）01-0328-06

2015-11-16

2016-03-17

現代農業產業技術體系建設專項資金（CARS-17-GW-9）

燕鵬（1990—），男，甘肅金昌人，在讀碩士研究生，研究方向為作物栽培學與耕作學。E-mail：1248517282＠qq.com

方子森（1958—），男，甘肅蘭州人，教授，主要從事大田作物和中草藥栽培研究。E-mail：fangzs＠gsau.edu.cn