微噴帶灌溉下帶長對小麥耗水特性和籽粒產量的影響

王冰心，于振文，石 玉，趙俊曄，王玉秋

(1.山東農業大學農業部作物生理生態與耕作重點實驗室, 山東泰安 271018; 2.中國農業科學院農業信息研究所, 北京 100081; 3.濟寧市兗州區氣象局, 山東濟寧 272100)

山東省水資源總量為1.68×1011m3，為全國水資源總量的0.6%，缺水是制約山東小麥生產的主要因素[1]。山東省小麥生育期內平均需水400 mm左右，平均降水不超過250 mm，虧缺部分主要依靠抽取地下水灌溉[2-3]。生產中多用畦灌，用水量大，水分分布不勻，水分利用效率低。因此，在穩定產量的基礎上提高水分利用效率是生產中亟待解決的技術問題[4-5]。

微噴帶灌溉能精確控制灌水量，具有灌水強度低、噴灑均勻的特點[6]，所需設施價格低廉，易于收放，是一種新型的節水灌溉方式。有研究認為，采用微噴帶灌水30 mm，較畦灌150 mm處理總耗水量低104 mm，土壤貯水消耗量高17 mm[7]。亦有研究表明，與漫灌相比，采用帶長40 m微噴帶灌水150 mm，總耗水量低17.3～51.8 mm，土壤貯水消耗量占總耗水量的比例低1.6%～8.3%[8]。采用微噴帶灌溉，水分主要分布在0～30 cm土層，能有效濕潤小麥根層，提高灌溉水利用效率和水分利用效率[9-10]。有研究結果顯示，采用帶長30 m微噴帶灌溉，灌水量較畦灌低11.3～22.5 mm，小麥籽粒產量高375.1～459.6 kg·hm-2[11]。亦有學者認為，微噴帶灌溉120 mm，小麥籽粒產量較畦灌138 mm無顯著差異，千粒重高3.8 g，水分利用效率和灌溉水利用效率分別提高3.4和23.62 kg·hm-2·mm-1[12]。微噴帶工作狀態下存在沿程壓力損失，沿程壓力損失越大，首尾端噴水流量差異越大，內徑20 mm的微噴帶，鋪設長度60 m水頭損失為1.5 m，鋪設長度100 m水頭損失為2.3 m[13]。帶寬32 mm微噴帶噴孔流量偏差在20%以內的最大鋪設長度為58 m[14]。有學者認為微噴帶鋪設長度一般不超過40 m。不同帶寬的微噴帶有不同的最佳鋪設長度。本研究比較了在帶寬80 mm時用60、80和100 m長的微噴帶灌溉對拔節期和開花期灌水后麥田土壤質量含水量和水分利用效率的影響，以期篩選出用帶寬80 mm微噴帶進行小麥節水灌溉的最優帶長。

1 材料與方法

1.1 試驗田概況

于2015-2016小麥生長季，在山東省濟寧市兗州區小孟鎮史家王子村(35.41°N, 116.41°E)進行田間試驗，供試品種為濟麥22。試驗田坡度為2.09‰，土壤質地為壤土。播種前試驗地0～20 cm土壤有機質含量為14.73 g·kg-1，全氮含量為1.14 g·kg-1，堿解氮含量為110.51 mg·kg-1，速效磷含量為33.70 mg·kg-1，速效鉀含量為119.73 mg·kg-1。試驗地0～200 cm土壤容重和田間持水量見表1。小麥全生育期降水212.70 mm，其中播種至拔節期降水162.90 mm，拔節至開花期降水15.40 mm，開花至成熟期降水34.40 mm 。

1.2 試驗設計

本試驗采用帶寬80 mm微噴帶，設置60 m(T1) 、80 m(T2)和100 m(T3)3個帶長處理。沿畦長方向，T1處理設置0～6 m(A)、14～20 m(B)、34～40 m(C)、54～60 m(D)4個取樣區段，T2處理在T1處理的基礎上增設74～80 m(E)取樣區段，T3處理在T2處理的基礎上增設94～100 m(F)取樣區段，取樣區段長6 m，面積12 m2。各參試微噴帶噴孔組距35 cm，每組噴孔6個，各噴孔直徑分別為1.2、1.0、1.0、1.0、1.0和1.2 mm，對應噴射角分別為80°、83°、86°、86°、83°和80°。采用測墑補灌的方法確定補灌水量。

小區畦寬2 m，畦面寬1.6 m，畦埂寬0.4 m，T1、T2、T3處理小區畦長分別為60、80、100 m。各處理3次重復，小區隨機區組排列，小區間設2 m 保護行，防止水分滲漏。小區內種植8行小麥，行距為23 cm。拔節期灌水前將微噴帶鋪設在第4行和第5行小麥中間，噴孔一面朝上。在畦田首端按照水表-壓力表-球閥的順序連接供水管道和微噴帶首端。水表計量灌水量，用于控制不同壓力下小區內噴灌量的差異。壓力表控制微噴帶首端壓力，調節T1、T2、T3處理田間最大噴灑寬度均為1.6 m，此時微噴帶首端壓力分別為0.025、0.030 和0.035 MPa。

播種前前茬玉米秸稈粉碎翻壓還田；底施N 105 kg·hm-2、P2O5150 kg·hm-2和K2O 112.5 kg·hm-2，拔節期追N 135 kg·hm-2。肥料選用尿素、磷酸二銨和氯化鉀。2015年10月16日播種，2016年6月12日收獲，4葉期定苗為180 株·m-2，其他管理措施同大田。

表1 播種前試驗地0～200 cm各土層土壤容重、田間持水量和土壤質量含水量Table 1 Soil bulk density, field capacity and soil water mass content of 0-200 cm soil layers in experimental field before sowing

1.3 測定項目與方法

1.3.1 土壤含水量測定

播前、拔節期、開花期和成熟期用土鉆取土樣，每個樣段3次重復。其中，拔節期灌水后3 d、開花期灌水前1 d和灌水后3 d及成熟期在各處理不同取樣區段內取土。取樣區段內，在微噴帶鋪設行間以及位于其右側的3個行間取土，各行間與微噴帶鋪設行間距離分別為0、23、46和69 cm。區段內行間隨機取3個點，以3個點土壤質量含水量的平均值代表該行間的土壤質量含水量，以4個行間土壤質量含水量的平均值代表該區段的土壤質量含水量，以處理內各區段土壤質量含水量的平均值代表該處理的土壤質量含水量。

取樣深度0～200 cm，20 cm為1層，置于鋁盒中，稱鮮土質量，于105 ℃下烘干至恒重，計算土壤質量含水量和相對含水量[15]。

福鼎四季柚以一年四季開花結果而得名，是福鼎重要的名、特 、優水果，享有國家“證明商標”和“原產地地理標志”使用權。在福鼎已有270多年的栽培歷史，果實肉嫩無籽，汁多味甜，皮薄耐儲藏，深受廣大消費者喜歡。全市種植面積約0.13萬畝，主要分布在前岐、店下等鄉鎮，四季柚經過規范管理，五年后即可達到豐產年，畝產可達到3000-4000 kg以上。根據2015-2018三年來在前岐大嵐果場和老區果場的試驗示范，技術總結如下：

1.3.2 拔節期和開花期補灌水量的確定

拔節期和開花期分別測定各處理0～40 cm土層土壤質量含水量，補灌至目標土層土壤相對含水量為70%和70%。補灌水量公式[16]為：

m=10ρb·H(βi-βj)

式中，m為補灌水量(mm)；H為土壤計劃濕潤層的深度(cm)，本試驗中為40 cm；ρb為計劃濕潤層內土壤容重(g·cm-3)；βi為目標土壤質量含水量(田間持水量×目標土壤相對含水量)；βj為不同區段實際土壤質量含水量的平均值。T1、T2和T3處理拔節期灌水量均為52.00 mm，開花期灌水量分別為48.98、52.17和52.19 mm。

1.3.3 變異系數的計算

灌水后各處理不同區段土壤質量含水量差異程度用變異系數CV[17]表示。CV=σ/μ。式中σ為標準差，μ為土壤質量含水量平均值。

1.3.4 不同生育階段農田耗水量、土壤貯水消耗量的計算

采用水分平衡法[18]計算農田耗水量。

耗水強度=階段耗水量/ 生育階段天數；

耗水模系數=階段農田耗水量/ 農田總耗水量×100%。

1.3.5 籽粒產量的測定

成熟期在不同區段選取2 m2收獲脫粒，3次重復。自然風干至籽粒含水率為12.5%時稱重，計算不同區段籽粒產量，各處理籽粒產量取處理內各區段籽粒產量的平均值。

1.3.6 水分利用效率的計算

水分利用效率=Y/ETα[19]，灌溉水利用效率=Y/I[20]。式中，Y為籽粒產量，ETα為總耗水量，I為灌水量。

1.4 數據處理

采用SPSS 13.0軟件進行數據分析，利用LSD法進行差異顯著性檢驗(α=0.05)，采用Excel 2003作圖。

2 結果與分析

2.1 微噴帶長度對拔節期灌水后不同區段土壤質量含水量的影響

拔節期灌水后，T1處理下不同區段間0～60 cm土層土壤質量含水量無顯著差異，T2處理下表現為A、B、C、D>E，T3處理下表現為A、B、C>D>E>F；開花期灌水后，T1處理下不同區段間0～60 cm土層土壤質量含水量無顯著差異，T2處理下表現為A、B、C>D>E，T3處理下表現為A、B、C>D>E>F；拔節期和開花期灌水后，各處理土壤質量含水量變異系數均表現為T3>T2>T1(表2)。這表明T1處理促進了灌溉水在畦田不同區段的均勻分配。

表2 不同處理各取樣區段小麥拔節期和開花期噴灌3 d后0～60 cm土層土壤的質量含水量Table 2 Soil water content in 0-60 cm soil layer of each sample area under different treatments at jointing and anthesis stages of wheat

相同時期同行土壤水分含量數值后的不同小寫字母表示取樣區段間差異在0.05水平上顯著。相同時期變異系數后不同小寫字母表示處理間差異在0.05水平上顯著。

Different small letters following the soil water values in the same line at the same stage mean significant difference among sample areas at 0.05 level. Different small letters following the coefficient values of variation column among treatments at the same stage mean significant difference among the treatments at 0.05 level.

2.2 微噴帶長度對小麥不同生育階段耗水量、耗水強度和耗水模系數的影響

不同處理拔節至開花期耗水量、耗水強度和耗水模系數均表現為T3>T2>T1；T1和T2處理開花至成熟期階段耗水量分別較T3處理高5.63和4.37 mm，耗水強度和耗水模系數亦顯著高于T3處理(表3)。表明T1和T2處理在開花至成熟階段的水分消耗顯著較高。開花至成熟階段是小麥籽粒灌漿期，保證此階段的水分供應，有利于提高小麥光合作用，增加粒重。

2.3 微噴帶長度對小麥籽粒產量和水分利用效率的影響

由表4可以看出，T1、T2處理間小麥籽粒產量無顯著差異，但分別較T3處理顯著增產，增幅6.0%和3.9%；水分利用效率表現為T1、T2>T3，灌溉水利用效率以T1處理最高，分別較T2和T3高5.3%和9.4%。表明T1處理既高產，水分利用效率和灌溉水利用效率亦高，是最優處理；T2產量和水分利用效率高，但灌溉水利用效率低于T1處理，是本試驗的較優處理。

表3 各處理小麥不同生育階段的耗水量、耗水強度和耗水模系數Table 3 Amounts of water consumption, water consumption intensity and water consumption percentage at different growth stages under each treatments

同列數值后不同小寫字母表示處理間差異在0.05水平上顯著。CA:耗水量;CI:耗水強度;CP:耗水模系數。表4同。

Different small letters following the values in the same column mean significant difference among treatments at 0.05 level. CA:Water consumption; CI:Water consumption intensity; CP:Water consumption proportion. The same in table 4.

表4 不同處理下小麥的總耗水量、籽粒產量和水分利用效率Table 4 Total water consumption, grain yield and water use efficiency of wheat under different treatments

3 討 論

研究表明，畦灌條件下，畦長30 m處理灌水均勻度較畦長50 m處理高10.49%[21]。前人采用帶寬39.3 mm微噴帶進行噴水試驗，10 m長微噴帶與20 m長微噴帶相比，其平均噴灑均勻度高37.37%[22]。另有研究結果顯示，0.08 Mpa下寬63 mm、長90 m的微噴帶首端噴水流量為15.74 L·h-1，距畦首60 m處噴水流量為首端的64.5%，末端噴水流量僅為首端的26.4%[23]。本試驗中，T1處理拔節期和開花期灌水后不同區段土壤質量含水量變異系數最低，有利于提高微噴帶在畦內不同區域的水分均勻度，創造整畦小麥生長的適宜土壤水分條件。

開花至成熟期是小麥籽粒產量形成的關鍵時期。研究表明，灌水量增加75 mm，開花至成熟期階段耗水量增加23.7 mm[24]。總灌水量一定時，噴灌4次處理的開花至成熟期階段耗水量較噴灌3次和2次處理分別高41.2 mm和33.3 mm[11]。畦灌條件下，與畦長120 m處理相比，畦長80 m處理的灌水均勻度高6.0%，拔節至成熟期階段耗水量低26.87 mm[25]。本試驗中，T1和T2處理下小麥拔節至開花階段的耗水量低于T3處理，而開花至成熟階段的耗水高于T3處理。表明T1和T2處理促進了小麥籽粒灌漿期對水分的利用，有利于產量形成。

畦灌條件下，畦長影響籽粒產量和水分利用效率。研究表明，畦長30 m處理的產量較畦長50 m處理高671.85 kg·hm-2，水分利用效率高2.18 kg·hm-2·mm-1[21]。亦有研究認為，畦長100 m處理籽粒產量和水分利用效率與畦長50 m 處理無顯著差異，灌溉水利用效率低36.7%[26]。畦田面積相等下，畦長50 m和畦長70 m處理籽粒產量分別為6 159.1和6 147.5 kg·hm-2，較畦長90 m處理分別高292.1和280.5 kg·hm-2[27]。本試驗中，T1處理既高產，水分利用效率和灌溉水利用效率亦高，是最優處理；T2產量和水分利用效率高，但灌溉水利用效率低于T1處理，是本試驗的較優處理。

[1]中華人民共和國國家統計局.中國統計年鑒-2016[M].北京:中國統計出版社,2016.

National bureau of statistics of the People's Republic of China.China Statistical Yearbook-2016 [M].Beijing:China Statistics Press,2016.

[2]孫 爽,楊曉光,李克南,等.中國冬小麥需水量時空特征分析[J].農業工程學報,2013,29(15):72.

SUN S,YANG X G,LI K N,etal.Analysis of spatial and temporal characteristics of water requirement of winter wheat in China [J].TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering,2013,29(15):72.

[3]SUN H,SHEN Y,YU Q,etal.Effect of precipitation change on water balance and WUE of the winter wheat-summer maize rotation in the North China Plain [J].AgriculturalWaterManagement,2010,97(8):1139.

[4]ZHANG X,CHEN S,SUN H,etal.Changes in evapotranspiration over irrigated winter wheat and maize in North China Plain over three decades [J].AgriculturalWaterManagement,2011,98(6):1097.

[5]ZHANG X,WANG Y,SUN H,etal.Optimizing the yield of winter wheat by regulating water consumption during vegetative and reproductive stages under limited water supply [J].IrrigationScience,2013,31(5):1103.

[6]中華人民共和國農業部.中華人民共和國農業行業標準:NY/T 1361-2007農業灌溉設備微噴帶[S].北京:中國農業出版社,2007.

Ministry of Agriculture of the People's Republic of China.Agricultural Industry Standards of the People's Republic of China:NY/T 1361-2007 Agricultural Irrigation Equipment [S].Beijing:China Agriculture Press,2007.

[7]董志強,呂麗華,崔永增,等.不同種植模式對冬小麥產量及水分利用特性的影響[J].麥類作物學報,2016,36(11):1532.

DONG Z Q,Lü L H,CUI Y Z,etal.Effect of different cropping patterns on yield and water use characteristics of winter wheat [J].JournalofTriticeaeCrops,2016,36(11):1532.

[8]張英華,張 琪,徐學欣,等.適宜微噴灌灌水頻率及氮肥量提高冬小麥產量和水分利用效率[J].農業工程學報,2016,32(5):88.

ZHANG Y H,ZHANG Q,XU X X,etal.Optimal irrigation frequency and nitrogen application rate improving yield formation and water utilization in winter wheat under micro-sprinkling condition [J].TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering,2016,32(5):88.

[9]史宏志,高衛鍇,常思敏,等.微噴灌水定額對煙田土壤物理性狀和養分運移的影響[J].河南農業大學學報,2009,43(5):485.

SHI H Z,GAO W K,CHANG S M,etal.Effect of irrigating water quota with micro-irrigation on soil physical properties and nutrient transport in different layers of tobacco soil [J].JournalofHenanAgriculturalUniversity,2009,43(5):485.

[10]梁哲軍,王玉香,董 鵬,等.低壓微噴對小麥、玉米產量和水分利用效率的影響[J].山西農業科學,2016,44(9):1272.

LIANG Z J,WANG Y X,DONG P,etal.Effect of lower pressure micro-sprinkling irrigation on yield of winter wheat and summer maize and water use efficiency [J].JournalofShanxiAgriculturalSciences,2016,44(9):1272.

[11]孫會娜,王 科,徐心志,等.低壓噴灌對冬小麥光合作用和葉綠素熒光特征的影響[J].麥類作物學報,2013,33(6):1216.

SUN H N,WANG K,XU X Z,etal.Effects of low pressure sprinkler irrigation on the photosynthesis and chlorophyll fluorescence characteristics of winter wheat [J].JournalofTriticeaeCrops,2013,33(6):1216.

[12]董志強,張麗華,李 謙,等.微噴灌模式下冬小麥產量和水分利用特性[J].作物學報,2016,42(5):725.

DONG Z Q,ZHANG L H,LI Q,etal.Grain yield and water use characteristics of winter wheat under micro-sprinkler irrigation [J].ActaAgronomicaSinica,2016,42(5):725.

[13]吳政文,張學軍.微噴帶沿程水頭損失的試驗研究[J].節水灌溉,2011(8):40.

WU Z W,ZHANG X J.Experimental study on frictional head loss of micro-sprinkling hose [J].WaterSavingIrrigation,2011(8):40.

[14]鄭迎春.微噴帶水力性能試驗研究[D].保定:河北農業大學,2009:4-5.

ZHENG Y C.Experimental study on hydraulic characteristics of micro-spraying hoses [D].Baojing:Hebei Agricultural University,2009:4-5.

[15]柴守璽,楊長剛,張淑芳,等.不同覆膜方式對旱地冬小麥土壤水分和產量的影響[J].作物學報,2015,41(5):787.

CHAI S X,YANG C G,ZHANG S F,etal.Effect of plastic mulching modes on soil moisture and grain yield in dryland winter wheat [J].ActaAgronomicaSinica,2015,41(5):787.

[16]韓占江,于振文,王東,等.測墑補灌對冬小麥干物質積累與分配及水分利用效率的影響[J].作物學報,2010,36(3):457.

HAN Z J,YU Z W,WANG D,etal.Effects of supplemental irrigation based on testing soil moisture on dry matter accumulation and distribution and water use efficiency in winter wheat [J].ActaAgronomicaSinica,2010,36(3):457.

[17]王道中,花可可,郭志彬.長期施肥對砂姜黑土作物產量及土壤物理性質的影響[J].中國農業科學,2015,48(23):4781.

WANG D Z,HUA K K,GUO Z B.Effects of long-term fertilization on crop yield and soil physical properties in lime concretion black soil [J].ScientiaAgriculturaSinica,2015,48(23):4781.

[18]LIU H J,KANG Y,YAO S M,etal.Field evaluation on water productivity of winter wheat under sprinkler or surface irrigation in the north china plain [J].Irrigation&Drainage,2013,129(1):37.

[19]TARI A F.The effects of different deficit irrigation strategies on yield,quality,and water-use efficiencies of wheat under semi-arid conditions [J].AgriculturalWaterManagement,2016,167:1.

[20]LIU H,WANG X,ZHANG X,etal.Evaluation on the responses of maize(ZeamaysL.) growth,yield and water use efficiency to drip irrigation water under mulch condition in the Hetao irrigation District of China [J].AgriculturalWaterManagement,2017,179:144.

[21]洪 瑜,王 芳,劉汝亮,等.不同畦灌方式對冬小麥土壤水分和水分利用效率的影響[J].干旱地區農業研究,2014,32(3):70.

HONG Y,WANG F,LIU R L,etal.Effect of different border irrigation mode to the soil water and water using efficiency of winter wheat [J].AgriculturalResearchintheAridAreas,2014,32(3):70.

[22]張 偉.微噴帶灌水均勻度試驗研究[D].吉林:吉林農業大學,2016:3-4.

ZHANG W.Experimental study on irrigation uniformity of punched thin-soft spray [D].Jilin:Jilin Agricultural University,2016:3-4.

[23]許金金,張治平,劉 浩,等.長度和水壓對微噴帶沿程水肥均勻性的影響[J].灌溉排水學報,2015,34(10):30.

XU J J,ZHANG Z P,LIU H,etal.Effects of length and hydraulic pressure on the uniformity of spraying water volume and fertilizer concentration along micro-sprinkling hoses [J].JournalofIrrigationandDrainage,2015,34(10):30.

[24]侯翠翠,馮 偉,李世瑩,等.不同水氮處理對小麥耗水特性及產量的影響[J].麥類作物學報,2013,33(4):699.

HOU C C,FENG W,LI S Y,etal.Effects of different irrigation and nitrogen treatments on water consumption characteristics and grain yield in wheat [J].JournalofTriticeaeCrops,2013,33(4):699.

[25]胡 雅.畦灌改水成數對農田土壤水氮時空分布影響研究[D].楊凌:西北農林科技大學,2015:5-7.

HU Y.Study on the effect of different inflow cutoff on temporal and spatial distribution of water-nitrogen under border irrigation [D].Yangling:Northwest A&F University,2015:5-7.

[26]董寶娣,劉孟雨,喬勻周,等.不同畦長灌溉對冬小麥產量及水分利用特性的影響[J].中國生態農業學報,2016,24(8):1080.

DONG B D,LIU M Y,QIAO Y Z,etal.Effects of irrigated field border length on grain yield and water use characteristics of winter wheat [J].ChineseJournalofEco-Agriculture,2016,24(8):1080.

[27]任建民,李明順,董玉云,等.水平畦灌技術參數對灌水質量及春小麥產量影響的試驗研究[J].水利水電技術,2010,41(4):75.

REN J M,LI M S,DONG Y Y,etal.Experimental study on influence from technical parameter of level-border irrigation on irrigation quality and spring wheat yield [J].WaterResourcesandHydropowerEngineering,2010,41(4):75.