華北平原限水灌溉條件下冬小麥產量及水分利用效率變化的Meta分析

丁蓓蓓，張雪靚，趙振庭，侯永浩

?作物水肥高效利用?

華北平原限水灌溉條件下冬小麥產量及水分利用效率變化的Meta分析

丁蓓蓓，張雪靚*，趙振庭，侯永浩

（中國農業大學 土地科學與技術學院，北京 100193）

【】定量綜合分析華北平原限水灌溉條件下冬小麥產量及水分利用效率的變化。以現狀灌溉情形作為對照，基于47篇公開發表的學術論文中所收集的551對冬小麥產量觀測數據與459對冬小麥水分利用效率觀測數據，采用Meta-analysis方法對限水灌溉條件下的田間試驗結果進行綜合歸納，并通過亞組分析探討了不同灌溉方案、土壤質地和田間管理措施等對產量和水分利用效率的影響。與現狀灌溉相比，限水灌溉條件下冬小麥平均減產10.5%，水分利用效率平均增加4.3%。其中，灌溉3次方案可使得冬小麥穩產增效；在關鍵需水期灌溉1～2次的方案下，冬小麥的減產率可基本控制在10%以內，水分利用效率提高5%以上，顯示出適度減產但效率增加。推薦的冬小麥種植田間管理方案包括：選用“石家莊8號”、“石4185”等節水品種；在10月中旬播種（適當晚播或晚播）；種植密度控制為400～600株/m2；增加有機肥施用；使用地覆或秸稈覆蓋；實施深松耕等農藝節水措施。另外，冬小麥限水灌溉方案更適宜在砂壤土區域進行推廣。限水灌溉下冬小麥減產但增效，適當的田間管理方案可有效降低減產程度，提高水分利用效率。

限水灌溉；冬小麥；產量；水分利用效率；Meta分析；華北平原

0 引 言

【研究意義】小麥作為最重要的糧食作物之一，占我國口糧的40%以上，其產量能否穩定對于國家糧食安全具有重要意義[1]。華北平原作為典型的冬小麥?夏玉米一年二熟輪作區，冬小麥產量約占全國的60%[2]。但是，在大陸性季風氣候下，該區域冬小麥生育期內的降水量只能滿足其25%～40%的需水量，因此灌溉成為冬小麥產量的重要保障[3-4]。受上游水庫修建等的影響，華北平原可利用的地表水資源十分匱乏，該區域用水總量中的地下水用量約占70%，而其中農業用水占地下水總用水量的80%左右[5]，連續高強度開采引發了地下水位下降、地面沉降、地裂縫、海水入侵等生態環境問題[6-7]。為了緩解水資源短缺問題，我國政府和相關管理部門頒布了多項政策和行動方案[8-9]，其中在四部委聯合印發的《華北地區地下水超采綜合治理行動方案》中明確指出要強化重點領域節水，壓減用于農業灌溉的地下水開采量，推廣農藝節水措施。對于華北平原冬小麥生產而言，如何在控制灌溉總量的同時穩定冬小麥產量是眾多學者關注的重點議題。限水灌溉[10]是指在作物生長季節特定的時間減少灌溉量，以節省水資源，并確保產量穩定或是盡可能減少產量損失，從而達到節水增效之目的。因此，在華北平原這一糧食主產區地下水資源嚴重超采的情勢下，定量探討限水灌溉對冬小麥產量及水分利用效率（Water Use Efficiency,；又稱水分生產率，Water Productivity,）的影響可為節水灌溉方案的制定與推廣提供科學參考。

【研究進展】近年來，相關學者在華北平原的典型區域開展了大量限水灌溉的田間試驗和數值模擬研究[11-18]。裴宏偉等[11]在欒城試驗站的研究量化了灌溉量增加對冬小麥產量的正效益，灌溉增產效率約為1.6 kg/m3；王德梅等[12]在山東農業大學農場的研究表明灌溉量增加到120 mm時冬小麥的產量會穩定在某個水平，而灌溉量超過180 mm時產量則有所下降。另一方面，灌溉方案也影響冬小麥的水分利用效率，曹彩云等[13]在深州試驗站的研究表明隨著灌水次數和灌溉量的增加，冬小麥的呈先增加再降低的趨勢，但不同品種間存在差異，衡觀35冬小麥在灌溉量為150 mm時最高，石4185冬小麥在灌溉量為225 mm時最高；而王海霞等[14]在吳橋試驗站的研究表示石麥15在灌溉量為165 mm時達到最高。目前，針對華北平原冬小麥限水灌溉方案的研究一般是在某一試驗站點（區）分析不同灌水次數和灌溉定額（灌溉量）下冬小麥生長的情況[11-16]。由于各試驗站點（區）間的灌溉處理、土壤性質、氣候條件不盡相同，為了提高產量而采取的田間管理措施也不完全一致，因而試驗結果往往存在差異，尚缺乏在區域尺度上對多個試驗點（區）的試驗結果的綜合分析。此外，已有研究中對限水灌溉條件下點尺度的田間試驗結果與區域尺度模型模擬[17-18]結果進行比較尚顯不足。Zhang等[17]和Li等[18]分別基于SWAT模型和SWAP-WOFOST模型對河北省太行山山前平原與河北省黑龍港地區在限水灌溉方案下的冬小麥產量與進行了分布式模擬，上述研究構成了京津以南河北平原農業水文模擬數據庫?？紤]到京津以南河北平原是華北地區地下水超采最嚴重、亟需推行限水灌溉以實現節水壓采的井灌區，本文聚焦于這一典型區，開展限水灌溉下不同田間試驗結果的定量綜合歸納分析，并與區域尺度的模型結果進行比較與討論。

【切入點】Meta-analysis是一種對同一主題下大量獨立試驗結果進行綜合歸納的統計方法[19]。盡管Meta-analysis在分析灌溉對冬小麥產量及影響領域有所應用[20-23]，但針對地下水超采區如何權衡“水-糧”關系這一特定背景探究限水灌溉問題、特別是綜合分析不同農藝節水措施的研究相對較少。【擬解決的關鍵問題】本文通過收集河北省限水灌溉的相關文獻資料，以現狀灌溉情形作為對照，應用Meta-analysis方法綜合評價限水灌溉下田間試驗的產量和的變化，定量分析田間試驗中不同品種、播種方式、施肥方式等對冬小麥產量和的影響，對比模型模擬結果，力求為相關管理部門提供定量參考。

表1 數據統計描述

注 試驗地點列中的*表示除試驗站以外的在該縣域內其他田塊的試驗結果。例如：欒城*表示除欒城試驗站以外的欒城地區內的其他田間試驗結果。密播列中的#表示該密播程度是通過單位換算而來，是估計值。傳統播期表示在10月5日前播種；適當晚播表示在10月5—10日播種；晚播表示在10月11—20日播種；極端晚播表示在10月20日以后播種。施肥情況只統計施肥種類未統計施量與次數。

1 材料與方法

1.1 數據選擇

在中國知網（CNKI）和Web of Science 2個中英文數據庫中，以“灌溉”、“冬小麥”、“海河流域”或“華北平原”或“太行山山前平原”或“黑龍港流域”或“河北省”（英文檢索詞有Irrigation, winter wheat, Haihe River basin, North China Plain, Hebei Province）等及其組合為檢索詞搜集了自1988年以來國內外發表的有關華北平原、特別是京津以南河北平原在不同灌溉條件下研究冬小麥產量或的學術論文。根據研究需要，進一步對檢索的文獻進行了篩選，具體的篩選標準如下：①試驗點（區）位于華北平原內屬于河北省的區域；②試驗是針對冬小麥限水灌溉方案進行的研究，并有相應的現狀灌溉或近似的現狀灌溉處理作為對照組；③文獻中詳細記錄了試驗觀測的冬小麥產量和或其中的一項，在本研究中的定義為作物產量與實際蒸散量（Actual evapotranspiration,a）之間的比率[24]；④試驗年份≥2 a或同年相同試驗≥2組，并有對應的圖表數據；⑤文獻中試驗地、田間管理措施記錄完整；⑥剔除試驗地點、試驗年份、試驗數據結果有重疊的文獻。經過以上標準的篩選，共獲得47篇文獻。進一步對符合標準的文獻提取試驗點位置、土壤類型、試驗時間、灌溉定額、灌溉方式、播種方式等數據。若是表格數據直接提??；若是統計圖中數據則采用圖形數字化軟件GetData Graph Digitizer 2.22進行數字化轉換后再提取。考慮到不同文獻中試驗地點、灌溉定額、灌水次數、播期、施肥情況等表述的差異性，將其進行適當分類用于后期的亞組分析，主要分類方式如表1所示。

1.2 統計分析

本文在MetaWin軟件中使用反應比作為效應值[25]，以反映限水灌溉對冬小麥產量和的影響：

式中：e、c分別為試驗組和對照組（現狀灌溉）的產量均值（kg/hm2）或均值（kg/m3）。Ln為無單位指標，具有正值和負值，分別表示與現狀灌溉相比限水灌溉條件下產量或的增加或減少；Ln越接近于0表明限水灌溉對產量或的影響越小或沒有。

與每個Ln值相關的列內方差Ln RR根據與每個產量和值相關的標準差進行計算：

式中：e、c分別為試驗組和對照組中目標變量的標準差；在試驗組和對照組中，e、c分別為目標變量的樣本大小。文獻中已標有標準差，則使用該標準差；文獻中沒有明確標出標準差的，本研究使用以下方法：如果研究提供了多年數據，將不同年限的試驗數值視為重復試驗，計算標準差；否則參考相關文獻中的做法[26-27]，假定偏差為平均值的1/10。

由于試驗數據來源于田間條件與農藝管理措施具有差異性的不同站點，故選用平衡權重的隨機效應模型對原始數據進行Meta-Analysis[19]。

加權平均響應比[27]計算式為：

式中：為研究樣本的數量；為累積數；L為觀察效應值；為每個反應比的權重。使用以下方程式計算出95%置信區間（Confidence Interval，95%）：

如果95%置信區間包含0，可認為試驗組和對照組差異不顯著；如果95%置信區間不包含0，則認為差異顯著。

為了更加直觀地反映和解釋限水灌溉對冬小麥產量和的影響，將效應值Ln轉化為產量變化率或變化率[25]：

=（exp（Ln）-1）×100%， （5）

式中：為產量變化率或變化率。

本文采用R語言進行制圖、采用Visio軟件進行圖面整飾。

2 結果與分析

2.1 限水灌溉對冬小麥產量及WUE的綜合效應

對本研究篩選出的551對產量觀測值與459對觀測值進行計算，總效應值分別為-0.110 5與0.042 3，即限水灌溉下冬小麥產量總體呈負效應，總體呈正效應。限水灌溉條件下，研究區內冬小麥平均減產10.5%，平均增加4.3%。由圖1可知，研究結果中約48%的點位于Ⅱ區（亦即：減產增效）；約28%的點位于Ⅲ區（亦即：減產減效）；約20%的點位于Ⅰ區（最佳，亦即：增產增效）；只有少量點位于Ⅳ區（亦即：增產減效）。有試驗結果在Ⅰ區中出現意味著即便是在灌溉定額有所減少的情況下，田間試驗中也出現了冬小麥增產增效的情形，因此需要結合亞組分析進一步探討在哪些區域、有哪些節水品種以及采用哪些田間管理措施對于冬小麥的保產增效產生了影響。

2.2 不同試驗地點限水灌溉對冬小麥產量及WUE的影響

在研究區內的12個田間試驗站（區），限水灌溉條件下冬小麥在整體上呈現出不同程度的減產效應（圖2（a））。其中，在藁城*、藁城試驗站、欒城試驗站、南皮*、深州試驗站、吳橋試驗站和涿州*，冬小麥產量變化效應值（Ln）的95%置信區間不包含0（圖2（a）），呈現出顯著的減產效應。限水灌溉條件下這些試驗站（區）內冬小麥減產率的平均值為16.8%，其中在吳橋試驗站的減產率最低，在涿州*的減產率最高。從限水灌溉對冬小麥的影響來看，在藁城*、南皮*、吳橋*和涿州*等地呈現出不顯著的減效效應；而在欒城試驗站、深州試驗站、吳橋試驗站和邢臺*呈現出顯著的增效效應（圖2（b）），且其限水灌溉條件下的冬小麥的平均變化率為12.3%，其中在邢臺*的增效效應相對最高。值得注意的是，由于不同試驗站（區）的數據量不盡相同，在具有長期試驗條件的隸屬于科研單位與高校的吳橋試驗站、欒城試驗站和深州試驗站，本研究分析所用的樣本數分別不少于229、133和39個，數據量相對較為豐富，而在這3個站點限水灌溉條件下的冬小麥產量和均分別表現出顯著的負效應和正效應（圖2）。特別是在樣本量超過100的吳橋試驗站和欒城試驗站，冬小麥產量與的效應值也非常接近（圖2）。

圖1 基于隨機效應模型的限水灌溉下冬小麥產量和WUE變化率的分布圖

圖2 不同試驗地點限水灌溉下冬小麥產量與WUE的效應值

2.3 不同限水灌溉方案對冬小麥產量及WUE的影響

限水灌溉條件下，灌水次數、灌溉定額、灌水時間對冬小麥的產量和均有顯著影響。在雨養、灌溉1次、灌溉2次條件下，冬小麥產量變化效應值（Ln）的95%置信區間不包含0（圖3（a）），這表明上述3種限水灌溉方案具有顯著的冬小麥減產效應。與現狀灌溉相比，雨養、灌溉1次和灌溉2次條件下冬小麥的平均減產率分別為24.2%、9.3%和2.3%。與之相比，灌溉3～6次的方案不會導致冬小麥顯著減產（圖3（a））。而在灌溉1次、灌溉2次、灌溉3次條件下水分利用效率有顯著的提高（圖3（b）），冬小麥較現狀灌溉制度分別平均增長了5.8%、6.1%和7.6%。從不同灌溉定額區間的分析結果來看，當灌溉定額超過200 mm時，冬小麥的減產效應變的不顯著（圖3（c））；當灌溉定額在100～250 mm時，冬小麥水分利用效率的增長較為顯著，增長幅度約為4.9%～12.3%（圖3（d））。綜上，從穩產且增效的角度看，灌溉定額為200～250 mm、灌水次數為3次的限水灌溉方案表現最佳；若要壓減更多的灌溉量以保護地下水資源，但同時實現冬小麥輕度減產（減產率小于10%）且增效的目標，灌溉定額為50～200 mm、灌水次數為1～2次的限水灌溉方案具有一定的可行性。

圖3 不同灌水次數、灌溉定額分別對冬小麥產量及WUE的影響

表2 限水灌溉不同灌水時間條件下冬小麥產量與WUE的變化

考慮到灌水時間的不同也會對作物生長產生影響，進一步將灌溉1次至灌溉5次方案中按照灌水時間的不同細化了冬小麥產量與的變化，結果見表2。由表2可知，在灌溉1次的方案中，約有75%的樣本量都是在拔節期進行灌溉，這是因為拔節期是冬小麥最為關鍵的需水期。在拔節期灌溉1次的方案下，冬小麥的平均減產率約為8.4%，平均增加4.3%，效應值Ln的范圍顯示這一變化在統計上是顯著的。對于灌溉2次方案，綜合考慮樣本數量、顯著性和盡可能小的減產率，在拔節期和開花期進行灌溉的方案相對較優，冬小麥平均減產1.6%，平均增加4.8%。在灌溉3次方案中，盡管穩產增效的效應不是非常顯著，但在拔節期、孕穗期和灌漿期（或在拔節期、開花期和灌漿期）進行灌溉的這2種方案的表現是相對更佳的。更多灌水次數的樣本量較少，在此不再做詳細分析，具體結果見表2。

2.4 不同播種方式對冬小麥產量及WUE的影響

冬小麥的播種密度與播種時間（即：播期）也會影響其生長過程，從而影響產量及水分利用效率。分析結果顯示，播種密度在300～700株/m2之間，限水灌溉方案對冬小麥產量的影響較為顯著，其中400～500株/m2的播種密度具有相對最小的冬小麥減產效果（圖4（a）），500～600株/m2的播種密度具有相對最高的冬小麥水分利用效率提升效果（圖4（b））。

從播期對冬小麥產量及的影響來看：極端晚播的樣本量只有4個，且統計結果不顯著；與傳統播期相比，適當晚播（種植時間為10月5—10日）和晚播（種植時間為10月11—20日）顯著地降低了限水灌溉條件下的冬小麥減產率（圖4（c））、提高了（圖4（d））。具體地，適當晚播及晚播可將傳統播期下冬小麥平均減產率從13.4%減低到10%以內，并將冬小麥的增效效果提升了2.4%～5.6%左右。因此，為了降低限水灌溉對冬小麥減產的影響，并進一步提高水分利用效率，可適當延后冬小麥的播種時間，在10月中旬左右進行播種。

2.5 不同品種對冬小麥產量及WUE的影響

本文從文獻中所篩選的限水灌溉條件下40多個冬小麥品種對產量和的影響進行了定量分析，結果見表3。受樣本數量的限制，部分品種的統計結果并不顯著，在具有顯著效應的品種中，“石家莊8號”、“石4185”、“石麥15”、“濟麥22”、“濟南17”表現出相對較?。ɑ拘∮?0%）的冬小麥減產率；“石4185”、“衡4399”、“衡觀35”、“石優20”、“濟麥36”、“冀麥26”、“石家莊8號”表現出相對較高（基本大于5%）的冬小麥增長率。這表明，上述品種是京津以南河北平原在實施限水灌溉時推薦采用的冬小麥品種。

2.6 土壤質地及其他田間管理措施對冬小麥產量及WUE的影響

土壤質地、覆膜方式、耕作方式、施肥方式對限水灌溉條件下冬小麥產量的影響比其對的影響更加顯著（圖5）。不同的土壤質地會導致限水灌溉條件下冬小麥產量有所差異，其中砂壤土的相關試驗結果冬小麥減產率最小，可見砂壤土更適合作為限水灌溉模式的推廣土壤。與露地（農田不覆蓋）相比，秸稈覆蓋、使用地膜均會減低冬小麥的減產率，但產量的變化幅度不大。在耕作方式統計效果顯著的結果中，深松耕較旋耕條件下冬小麥的減產率更低且更高，即具有更優的保產增效效果（圖5）。對于施肥方式，在“有機肥+追肥”的組合下，冬小麥具有最小的減產率（平均-6.1%）和最高的增長率（平均16.0%），在“有機肥+氮肥”或“有機肥+氮肥+追肥”的組合下，冬小麥的保產增效效果也相對較好（圖5），這些結果對研究區內畜禽糞便資源化利用及有機肥使用的推廣具有一定的指導意義。

圖5 其他因素對冬小麥產量及WUE的影響

3 討 論

受降水時空異質性的影響，在我國北方大部分區域小麥的生長都離不開灌溉，定量分析二者之間的關系對農業水資源的高效利用具有重要意義。Meta-analysis可將已有研究結果進行綜合歸納，而在關于灌溉對小麥影響的議題中，有的將生育期內不灌溉的處理作為對照組，研究灌溉對小麥的增產效應[20-22]；有的則將現狀灌溉制度（亦即：農民目前普遍采用的灌溉方案）作為對照組，研究灌溉定額的減少（包括雨養）對小麥生產的影響[23]。本研究采用第2種技術路線，對亟須壓減冬小麥灌溉定額（灌溉量）的華北地下水超采區已發表的相關文獻進行統計分析，得到的限水灌溉方案下冬小麥的減產程度是國家有關管理部門在政策制定時所關心的重要變量。20世紀60年代以來，華北平原農民大多在冬小麥生育期內灌溉4～5次[28-29]，實施限水灌溉可以在一定程度上減緩地下水位的繼續下降，但能否做到冬小麥穩產或是輕度減產也尤為關鍵，特別是在我國高度重視糧食安全的背景下[30]。但這樣的分析思路要求必須有現狀灌溉情形或近似現狀灌溉處理作為對照組，盡管本研究共收集統計了47篇符合所有篩選條件的文獻，但與篩選前的500多篇文獻相比，大多數難以采用的數據都是因為缺少現狀灌溉處理做對照。未來的田間試驗工作可增加與限水灌溉相對應的現狀灌溉處理（其他條件不變），這樣便于對冬小麥減產程度進行更為客觀的量化，而這恰恰是目前該區域水資源管理工作的參考依據。

冬小麥節水抗逆品種的使用、田間農藝補償措施的實施以及土壤質地的差異都會對限水灌溉條件下冬小麥的減產程度和水分利用效率產生影響。結果顯示，“石家莊8號”和“石4185”在限水灌溉條件下都表現出顯著的降低減產程度、提升的結果，而“石家莊8號”正是被農業農村部列為國家節水高產小麥主推品種[31]。通過對播種密度和播種時間的亞組分析，當播量在400～600株/m2（適當的高播種密度）、播期在10月中旬左右（晚播或適當晚播），可較現狀播量和傳統播期實現增產增效。梁翠麗等[32]研究得出適當的高播種密度對增產和改善不同穗位結實特性具有積極作用，劉萍等[33]研究得出適當晚播可以減少無效分蘗和無效葉面積、提高成穗率，這都支撐了本文的綜合分析結果。覆膜可以通過改善土壤含水量和冬小麥生長狀況、提高冬小麥產量。郭孟楚等[34]研究表明冬小麥灌溉條件下覆膜比不覆膜增產25%、雨養條件下覆膜比不覆膜增產19%。本文的統計樣本中盡管大部分試驗處理中農田都是不覆蓋的，但20多個有覆膜或秸稈覆蓋處理的數據依然表現出了較農田不覆蓋的處理有明顯的增產增效結果。吳金芝等[35]研究表明，深松耕提高了土壤水分貯蓄和利用能力，進而增產增效，這與本研究的綜合分析結果也是一致的。有機肥和化肥施用均對冬小麥產量具有顯著的提升效果，而有機肥在培肥土壤方面效果明顯優于化肥，且有機肥處理隨施肥量的增加能夠持續提高土壤養分庫容量[36]。與上述結果一致，本研究推薦在冬小麥生育期內更多地施用有機肥，以降低灌溉定額的減少所帶來的減產程度。未來若有更豐富的田間試驗數據，要進一步探討上述冬小麥種植的田間管理配套措施之綜合效應并進行定量分析。

在水資源的約束下，冬小麥生育期內灌水次數和灌溉定額的減少會對其產量造成多大程度的影響，是在地下水超采的華北冬小麥主產區亟待回答的科學問題。本研究結果表明，與現狀灌溉情形相比，灌溉3次方案可實現穩產，而在雨養、灌溉1次、灌溉2次條件下，冬小麥產量分別平均降低了24.2%、9.3%、2.3%。除了在點尺度進行田間試驗外，定量探究不同灌溉方案的影響還可通過數學模擬方法，特別是基于分布式水文模型在區域尺度上的應用情景分析。Zhang等[17]和任理等[37]在河北省太行山山前平原（約2.3萬km2）運用SWAT模型進行了雨養、灌溉1次（75 mm）、灌溉2次（每次75 mm）的模擬研究，上述情景下區域內冬小麥的平均減產率分別約為54%、28%、13%。根據Li等[18]在河北省黑龍港地區（約4.0萬km2）運用SWAP-WOFOST模型的模擬結果，我們估算出上述3種情景下該區域內冬小麥平均減產率分別約為82%、63%、43%。這種差異主要與田間試驗點和區域上的土壤質地、氣象條件、模型概化的作物品種及輸入的田間管理措施的精細程度等有關。本研究可為區域尺度模擬結果的進一步細化或深化提供參考。一方面，若能夠收集到涉及某一農藝節水措施的田間試驗多年數據（如：秸稈覆蓋條件下的土壤水分監測數據、冬小麥葉面積變化及產量數據），未來可進一步對模型進行針對性修改及參數率定，使之能夠合理模擬這一過程。另一方面，我們可以將本研究獲得的不同亞組結果（如：氮肥和有機肥施用的差異）設置為“調整系數”，修正雖不能反映有機肥施用但能反映氮肥施用的模擬結果，也可進一步對區域內有機肥不同推廣程度下冬小麥的產量估計提供參考。受益于更精細的管理措施，試驗站（區）尺度的冬小麥產量往往高于區域尺度大田的產量，而無論是Zhang等[17]和任理等[37]在太行山山前平原，還是Li等[18]在黑龍港地區模擬的限水灌溉下冬小麥產量，都是相對偏于保守的估計。因此，在某種意義上需要結合田間試驗的整合分析與區域尺度的數學模擬，對不同限水灌溉方案的減產效應再進行評估。本文采用Meta綜合歸納分析的結果表明，灌水時間的差異也會顯著地影響冬小麥產量，灌溉1次方案應在拔節期進行，灌溉2次方案應該在拔節期和開花期進行，這與農業水文模型的模擬結果[17-18,37-38]是一致的。

4 結 論

1）研究區內冬小麥在限水灌溉方案下普遍呈產量下降但水分利用效率提高的變化態勢，其中在樣本量超過100對的欒城試驗站和吳橋試驗站統計結果更為顯著。

2）與現狀灌溉情形相比，灌溉3次方案可以實現冬小麥穩產增效；在灌溉2次和灌溉1次條件下，冬小麥產量分別平均降低了大約2.3%和9.3%，屬于輕度（或適度）減產，分別提高了大約6.1%和5.8%。灌溉1次方案所推薦灌水時間為拔節期，灌溉2次方案所推薦灌水時間為拔節期和開花期，灌溉3次方案所推薦灌水時間為拔節期、孕穗期和灌漿期（或拔節期、開花期和灌漿期）。

3）冬小麥限水灌溉方案更適宜在砂壤土區域進行推廣。為盡可能降低減產程度并提高水分利用效率，綜合分析所推薦的冬小麥種植的田間管理方案包括：選用“石家莊8號”、“石4185”等節水品種；在10月中旬播種（適當晚播或晚播）；種植密度在400～600株/m2；使用地覆或秸稈覆蓋；配合深松耕；增加有機肥施用。

致謝：感謝中國科學院遺傳與發育學研究所農業資源研究中心張喜英研究員在作者到欒城農業生態系統試驗站調研期間就冬小麥限水灌溉田間試驗方面所給予的指教。感謝長安大學水利與環境學院李佩博士對本文相關科學問題的指教與幫助。感謝中國農業大學任理教授對本文修改稿進一步提出修改建議。

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Change in Winter Wheat Yield and Its Water Use Efficiency as Affected by Limited Irrigation in North China Plain: A Meta-analysis

DING Beibei, ZHANG Xueliang*, ZHAO Zhenting, HOU Yonghao

(College of Land Science and Technology, China Agricultural University, Beijing 100193, China)

【】Limited irrigation is a strategy introduced in northern China to alleviate groundwater depletion by marginally scarifying winter wheat yield. The purpose of this paper is to analyze the variation in winter wheat yield and its associated water use efficiency () following implementation of this strategy.【】The analysis was based on experimental studies published in 47 papers; they consisted of 511 pairs of dataset for yield comparison and 459 pairs of data forcomparison. In both comparisons, business-as-usual was taken as the control. The effects of different limited irrigation schemes, soil texture and agronomic management on yield andof the wheat werecalculated using subgroup analysis.【】On average, limited irrigation reduced the wheat yield by 10.5% and increasedby 4.3%, with the reduction and increase both depending on irrigation method and irrigation frequency. When the irrigation amount was the same, irrigating the crop three times during its growing season could minimize yield reduction while in the meantime improve. In contrast, reducing the irrigation frequency to twice or once during the growing season of the crop reduced its yield by >10% despite the >5% increase in. To minimize yield reduction due to the limited irrigation, we recommend crop varieties of Shijiazhuang 8 and Shi 4185, with their seeds drilled in the middle of October at planting density of 400～600 plants/m2. Also, increasing organic fertilization, straw mulching, coupled with deep ploughing, was found effective to alleviate yield reduction due to the reduced irrigation.The analysis showed that the limited irrigation was more suitable for implementing in sandy loam soils than in other soils.【】Increasing irrigation frequency can partly offset the detrimental impact of the limited irrigation on winter wheat yield in the North China Plain in China. Yield reduction can be further reduced by changing some agronomic management practices such as increasing organic fertilization and deep ploughing.

limited irrigation;winter wheat; seed yield; water use efficiency; Meta-analysis; North China Plain

S274.1；S275.5

A

10.13522/j.cnki.ggps.2021377

1672 - 3317（2021）12 - 0007 - 11

2021-10-09

國家自然科學基金項目（41807183）

丁蓓蓓（1997-），女，山東日照人。碩士研究生，主要從事農業水土資源的定量模擬研究。E-mail: 13793449196@163.com

張雪靚（1991-），女，河北承德人。碩士生導師，主要從事水土資源可持續利用的研究。E-mail: zhangxueliang@cau.edu.cn

丁蓓蓓, 張雪靚, 趙振庭, 等. 華北平原限水灌溉條件下冬小麥產量及水分利用效率變化的Meta分析[J]. 灌溉排水學報, 2021, 40(12): 7-17.

DING Beibei, ZHANG Xueliang, ZHAO Zhenting, et al.Change in Winter Wheat Yield and Its Water Use Efficiency as Affected by Limited Irrigation in North China Plain: A Meta-analysis[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2021, 40(12): 7-17.

責任編輯：韓 洋