不同灌溉水量下春小麥復種西蘭花產量及水分利用效率研究

李澤坤 ，田德龍，徐 冰，任 杰

(水利部牧區水利科學研究所，呼和浩特 010020)

0 引 言

內蒙古河套灌區作為我國三大灌區之一，是自治區重要的商品糧輸出基地，同時也是我國優質小麥產區。河套灌區光熱資源豐富，但該區域種植制度一季有余兩季不足，春小麥收獲后多數土地閑置，造成了光、熱資源的浪費。同時由于小麥收獲后農田閑置無植被覆蓋，也極易造成土壤鹽分表聚，加重土壤鹽漬化[1-3]。西蘭花營養豐富，含蛋白質、糖、脂肪、維生素和胡蘿卜素，營養成分位居同類蔬菜之首，被譽為“蔬菜皇冠”[4,5]。由于其具有很高的營養價值和食療價值，因而越來越受人們喜愛。同時其適應性廣，容易栽培[6]。因而，可以充分利用麥收至冬前2～3個月的農田空閑時間，種植生育期短的經濟作物西蘭花。這不僅可充分利用光、熱資源，提高空閑農田資源利用率，而且可減輕土壤鹽漬化，同時還可實現灌區作物種植模式由一年一熟向一年二熟轉變，提高總體收益。近年來，有學者對小麥、向日葵及西蘭花等作物進行了單作[7-10]、間作套種[11,12]及復種模式[13-15]的研究，均得到了較好的效果。因此，本試驗通過對不同灌水量下春小麥復種西蘭花產量、水分利用效率及氮肥偏生產力進行研究，尋求復種模式最佳灌水量，以期為春小麥復種西蘭花提供依據，同時豐富河套灌區復種模式，為促進灌區農業高效發展提供支撐。

1 試驗設計與方法

1.1 試驗區概況

試驗區位于內蒙古磴口縣三海子，該地多年平均降水量為142.7 mm，多年平均蒸發量為2 377.1 mm，多年平均氣溫7.7 ℃，干燥度16.51，日照時數3 209.5 h，無霜期139 d，2017年作物生育期降水量為56.85 mm。試驗區土壤質地0～20 cm為砂壤土，20～100 cm為粉壤土，0～100 cm土壤容重為1.52 g/cm3、田間持水率為22%，作物生育期地下水位埋深3 m以下。

1.2 試驗設計

試驗于2017年3-10月進行，以傳統畦灌為對照，分別設置不同灌溉量春小麥復種不同灌溉量西蘭花的膜下滴灌試驗(春小麥與西蘭花復種按灌溉水量大小依次對應)。春小麥、西蘭花膜下滴灌試驗均設3個灌水水平，根據當地不同作物膜下滴灌與傳統畦灌對比節水水平，春小麥分別取節水49%、36%、24% 3個水平作為試驗設置灌水水平，分別為：2 175 m3/hm2(MZ1)、2 700 m3/hm2(MZ2)、3 225 m3/hm2(MZ3)；西蘭花分別取節水45%、35%、29%作為試驗設置灌水水平，分別為2 325 m3/hm2(BZ1)、2 730 m3/hm2(BZ2)、3 000 m3/hm2(BZ3)。試驗設4個處理，3次重復，共12個小區，小區面積為7.0 m×50.0 m，各小區均設有隔離帶。

1.3 農藝措施

春小麥品種為永良4號，采用機械穴播，穴、行距均為12.5 cm，每穴播種8～12 粒，播種量為300 kg/hm2。地膜膜寬為170 cm，每膜播種12行。滴灌帶選用單翼迷宮式，每膜設置2條滴灌帶，每條滴灌帶控制6行。播種前種肥施用磷酸二銨375 kg/hm2(質量分數為N：18%；P2O5：46%)，尿素75 kg/hm2(N：46%)，追肥施用尿素420 kg/hm2(分別在分蘗期、拔節期、抽穗期、灌漿期5次隨水滴施)。生育期灌水7次，每次灌水定額為225～555 m3/hm2。2017年3月12日播種，7月5日收獲。

春小麥對照(MCK)播種前種肥施用磷酸二銨525 kg/hm2，尿素75 kg/hm2，追肥施用尿素600 kg/hm2(分別在分蘗～拔節期、抽穗～花期2次等量撒施)。生育期灌水4次(分蘗期、拔節期、抽穗期、灌漿期)，每次灌水定額為1 050 m3/hm2。2017年3月12日播種，7月15日收獲。

復種西蘭花品種為綠洲1號，2017年6月1日在日光溫室內進行基質育苗，于小麥收獲后進行移栽(膜下滴灌7月5日，對照地面畦灌7月15日)，于10月15日完成采收。西蘭花行、株距均為50 cm，密度為30 000株/hm2。追肥施用尿素300 kg/hm2，在苗期、蓮座期分兩次等量施入。膜下滴灌西蘭花生育期灌水10次，每次灌水定額為225～300 m3/hm2，西蘭花對照(BCK)生育期灌水5次，每次灌水定額為1 050 m3/hm2。

1.4 測定項目及方法

(1)作物產量測定。春小麥收獲時，在每個處理內具有代表性的區域內選定樣方面積1 m2，重復3次，將樣方內的所有小麥人工收割、風干、脫粒，統計實際產量，最后折算為每公頃產量。西蘭花收獲時，在每個處理內都選取具有代表性的5株進行花球產量測定，重復3次，折算為每公頃產量。

(2)土壤水分測定。采用取土烘干法測定。用直徑為40 mm土鉆于各作物播種期及收獲期采集0～100 cm土層土樣，每20 cm為一層，每個小區取3個樣點，同層均勻混合，在105 ℃下烘干8 h至質量恒定不變后測定土壤質量含水率。

土壤容重采用環刀法測定。在作物播種前，用體積為100 cm3的環刀采集0～100 cm的原狀土樣，每20 cm為1層，重復3次，密封帶回實驗室，烘干稱重，測定土壤容重。

不同土層土壤貯水量及水分利用效率計算方法為[16]：

SWS=10WShr

(1)

式中：SWS為土壤貯水量，mm；WS為土壤質量含水率，%；h為土層深度，cm；r為土壤容重，g/cm3。

ET=SWSb-SWSh+P+M+K+S

(2)

WUE=Y/ET

(3)

式中：WUE為水分利用效率，kg/m3；Y為作物產量，kg/hm2；ET為作物生育期耗水量，mm；SWSb為播前土壤貯水量，mm；SWSh為收獲后土壤貯水量，mm；P為生育期降水量，mm；M為生育期灌溉水量，mm；K為生育期地下水補給量，mm(生育期地下水位埋深3 m以下，地下水補給量忽略不計[17])；S為生育期深層滲漏量，mm(根據田間持水率結合灌溉前取土測定含水率計算，灌溉不會造成水分深層滲漏，因而忽略不計)。

(3)作物氮素利用率。使用氮肥偏生產力來說明氮素利用情況[18]，計算公式如下：

PFPN=Y/N

(4)

式中：PFPN為氮肥偏生產力，kg/kg；Y為作物產量，kg/hm2；N為純施氮量，kg/hm2。

(4)數據統計分析。試驗數據采用EXCEL2007進行制圖、制表，SPSS17.0軟件進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 不同處理對春小麥、西蘭花產量的影響

不同處理下春小麥、西蘭花產量變化如圖1(a)、圖1(b)所示。從圖1(a)中可看出，春小麥各處理隨著灌溉水量的增加，其產量同樣呈增大趨勢。與MCK相比，MZ1～MZ3處理增產率分別為21.31%、28.72%、29.32%，差異較MCK均達到顯著水平(P<0.05)。因此，MZ3處理春小麥增產效果較佳。由圖1(b)可知，西蘭花各處理產量變化不同于小麥。總體上隨著灌溉水量的增加，西蘭花產量呈現先增大后減小的變化趨勢。與BCK相比，MZ1～MZ3處理增產率分別為7.03%、32.83%、29.03%，差異較BCK均達到顯著水平(P<0.05)。因此，BZ2處理西蘭花增產效果較佳。

圖1 不同處理春小麥、西蘭花產量變化

作物(春小麥、西蘭花)產量的增加，是適宜灌溉水量與肥料共同作用的結果。作物產量隨著灌溉水量的增加呈增大趨勢，但當灌溉水量達到某一值時，若繼續增加灌溉水量，其產量增加幅度降低，甚至出現減產。主要由于一方面當灌溉水量達到作物生長最適宜水分環境之前，增加灌溉水量能夠很好地促進作物生長，但當超過極限值時，繼續增大灌溉量會使得土壤中水、氣比例失調，進而影響植物呼吸作用，不利于其生長；另一方面，土壤水分是肥料最好的溶劑，當灌溉水量增加，能夠將施入土壤中的肥料更好地溶解，以利于作物吸收利用。但當超過某一極限值時，繼續增大灌溉量，溶解于水中的養分會隨水分向下遷移，進而影響作物對其吸收利用。

2.2 不同處理對春小麥、西蘭花水分利用效率的影響

水分利用效率為產量和耗水量比值。不同處理春小麥、西蘭花水分利用效率如圖2(a)、圖2(b)所示。從圖2(a)可看出，總體上，春小麥各處理水分利用效率隨著灌溉水量的增加呈下降趨勢。與MCK相比，MZ1～MZ3處理水分利用效率分別提高45.61%、38.40%、36.43%，差異較MCK均達到顯著水平(P<0.05)。因此，MZ1處理春小麥水分利用效率提高效果較佳。由圖2(b)可知，西蘭花各處理水分利用效率變化趨勢同其產量變化相同。與MCK相比，MZ1～MZ3處理水分利用效率分別提高29.59%、42.56%、35.47%，差異均達到顯著性水平(P<0.05)。因此，BZ2處理西蘭花水分利用效率提高效果較佳。

圖2 不同處理春小麥、西蘭花水分利用效率變化

春小麥各處理產量隨灌溉水量的增加呈單調增加趨勢，而水分利用效率變化則相反。主要由于盡管春小麥產量隨著灌溉水量的增加而增大，耗水量同樣增加，但由于耗水量增加幅度大于對應產量增加幅度，因而水分利用效率呈降低趨勢。盡管MZ3處理產量大于MZ2處理，但差異不顯著，同時MZ3處理耗水量大于MZ2處理耗水量，由于MZ3處理產量增加幅度低于耗水量增加幅度，因此其水分利用效率低于MZ2處理。西蘭花各處理產量與水分利用效率變化趨勢相同。主要由于隨著灌溉水量的變化，西蘭花產量變化較為顯著，盡管各處理耗水量隨著灌溉水量增加呈增大趨勢，但由于產量增加幅度遠遠大于耗水量增加幅度，因而其水分利用效率變化與產量變化趨勢相同。

2.3 不同處理對春小麥、西蘭花氮肥偏生產力的影響

肥料偏生產力是指施用某一特定肥料下的作物產量與施肥量的比值。它是反映當地土壤基礎養分水平和化肥施用量綜合效應的重要指標。由于春小麥、西蘭花施用磷酸二銨與尿素中均含有氮元素，因而采用氮肥偏生產力來表征作物氮素的利用情況。不同處理下春小麥、西蘭花氮肥偏生產力如圖3(a)、圖3(b)所示。從圖3(a)中可看出，隨著灌溉水量的增加，春小麥氮肥偏生產力呈逐漸增大的變化趨勢。其中MZ3處理氮肥偏生產力最大，增長率為95.72%；MZ1處理氮肥偏生產力最小，增長率為83.60%。各處理差異較MCK均達到顯著水平(P<0.05)。因此，MZ3處理對氮肥的利用效果較佳。

圖3 不同處理春小麥、西蘭花氮肥偏生產力變化

圖3(b)為不同處理下西蘭花氮肥偏生產力變化。由于西蘭花為復種于前茬小麥上，因而其肥料施用量為小麥施肥量與西蘭花施肥量之和，但由于施于小麥的肥料部分為小麥所吸收利用，因而西蘭花氮肥偏生產力為相對于前茬小麥的相對值。因此，西蘭花氮肥偏生產力表示復種于前茬小麥的相對值。從圖3(b)中可看出，隨著灌溉水量的增加，西蘭花氮肥偏生產力同其產量變化趨勢相同。其中BZ2處理氮肥偏生產力最大，增長率為77.82%；BZ1處理氮肥偏生產力最小，增長率為43.29%。各處理差異較BCK均達到顯著水平(P<0.05)。因此，BZ2處理對氮肥的利用效果較佳。

綜上可知，隨著灌溉水量的增加，春小麥、西蘭花氮肥偏生產力隨之變化，變化趨勢同其相應產量相同。說明灌溉水量的增加，一方面改善了土壤水分狀況，另一方面使得施入土壤中的肥料能夠更好的溶解，有利于作物吸收利用。作物對肥料利用程度的增加，更好的促進了作物生長，從而使得產量相應增加。

3 結 論

(1)不同灌溉水量下春小麥復種西蘭花提高了相應產量、水分利用效率及氮肥偏生產力。其中，當春小麥灌溉水量為2 175、2 700、3 225 m3/hm2時，產量分別提高21.31%、28.72%、29.32%；水分利用效率分別提高45.61%、38.40%、36.43%；氮肥偏生產力分別提高83.60%、94.81%、95.72%。當西蘭花灌溉水量為2 325、2 730、3 000 m3/hm2時，產量分別提高7.03%、32.83%、29.03%；水分利用效率分別提高29.59%、42.56%、35.47%；氮肥偏生產力分別提高43.29%、77.82%、72.75%。

(2)對于春小麥而言，隨著灌溉水量增加，產量及氮肥偏生產力均呈增大趨勢，而水分利用效率呈減小趨勢。但當灌溉水量由2 700 m3/hm2增加到3 235 m3/hm2時，產量、氮肥偏生產力增幅較小，差異不顯著。而水分利用效率降幅較小，差異同樣不顯著；對于西蘭花而言，當灌溉水量為2 730 m3/hm2時，產量、水分利用效率及氮肥偏生產力增幅效果較佳。通過對小麥復種西蘭花產量、水分利用效率等因素綜合考慮，建議小麥復種西蘭花模式下各自最佳灌溉水量為2 700～2 730 m3/hm2。

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