涇惠渠灌區(qū)冬小麥合理灌溉制度研究

邵 穎，李 強(qiáng)，曹曉華，陳新明(.西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院/旱區(qū)農(nóng)業(yè)水土工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 楊凌 700; .陜西省涇惠渠管理局，陜西 三原 73800)

灌溉試驗(yàn)主要研究作物需水規(guī)律，揭示水分與作物生長發(fā)育及產(chǎn)量的關(guān)系，探求經(jīng)濟(jì)合理的灌溉制度和灌水技術(shù)等問題的科學(xué)試驗(yàn)。作物灌溉制度是按全生育期各階段需水量要求制定的灌水次數(shù)、灌水定額、灌水時間及灌溉定額。水分對作物的影響以生物量的累積及產(chǎn)量的形成體現(xiàn)出來。在不同水分條件下作物的根系與地上部分的生長特征直接影響著作物產(chǎn)量[1]。研究[2]表明，適當(dāng)合理減少冬小麥灌溉次數(shù)和灌水量對產(chǎn)量影響并不大，而且能提高水分利用效率。近年來，涇惠渠灌區(qū)河源來水銳減，地下水超量開采，水位大幅度下降，灌區(qū)水資源緊缺矛盾日趨突出[3]。因此，研究涇惠渠灌區(qū)合理的節(jié)水灌溉制度，對灌區(qū)水資源合理高效利用有著重要的意義。冬小麥?zhǔn)菦芑萸鄥^(qū)傳統(tǒng)主要的種植作物，為了研究和探索不同生育期灌水對冬小麥生長發(fā)育和產(chǎn)量的影響，通過冬小麥合理灌溉制度的試驗(yàn)，找出適合本區(qū)域的合理節(jié)水、高產(chǎn)的灌溉方法，為農(nóng)民增產(chǎn)增收提供理論依據(jù)和技術(shù)參考。

1 試驗(yàn)區(qū)簡介及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

陜西省涇惠渠灌溉試驗(yàn)站位于陜西省關(guān)中平原中部涇陽縣三渠鎮(zhèn)，地理坐標(biāo)為東經(jīng)108°54′，北緯34°33′，海拔433.72 m，水源為井水，用水表控制灌水量，灌區(qū)地勢平坦，土壤肥沃，氣候溫和，灌溉條件較好。冬小麥試驗(yàn)于2013年10月至2016年7月由該灌溉試驗(yàn)站進(jìn)行，試驗(yàn)地前茬為玉米。冬小麥于2013年10月11日、2014年10月16日、2015年10月16日撒種播種，供試品種為“鄭麥366”，該冬小麥品種矮稈，耐旱，耐后期高溫，采用原種無種子處理，播種量為375 kg/hm2。底肥為腐酸三安摻混肥料，施肥量為600 kg/hm2。土壤以中壤土為主，土壤容重為1.43 g/cm3, 孔隙率46%，最大田間持水量24.4%，耕種條件良好。

涇惠渠灌區(qū)多年平均降水量512.4 mm，蒸發(fā)量1 136.9 mm，多年平均降水天數(shù)77.5 d，年均氣溫13.1 ℃左右，1月份氣溫最低為-20.6 ℃，8月份最高氣溫為41.3 ℃。2013-2016年冬小麥生育期內(nèi)各生育階段氣象資料見表1。

根據(jù)涇惠渠灌區(qū)1953-2015年降水資料，繪制冬小麥生育期降水頻率曲線圖見圖1。由圖1可以看出，冬小麥生育期內(nèi)多年平均降水量為178 mm；2013-2014年冬小麥生育期內(nèi)降水量為144.0 mm，屬于75%枯水年，2014-2015年冬小麥生育期內(nèi)降水量為165.2 mm，2015-2016年為173.3 mm，均屬于50%中水年。

表1 2013-2016年冬小麥生育期內(nèi)氣象資料 mm

圖1 涇惠渠冬小麥生育期內(nèi)降水頻率曲線

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)冬小麥生長發(fā)育規(guī)律，參照作物耕作栽培和植物生理學(xué)方面的有關(guān)內(nèi)容，把冬小麥整個生育期劃分為6個生育階段：出苗期、越冬期、返青期、拔節(jié)期、抽穗期和灌漿期。試驗(yàn)期為2013-2016年，于當(dāng)年10月播種，次年6月收獲，每次設(shè)計(jì)8個設(shè)計(jì)處理，重復(fù)兩次，水分處理用M表示。由于2013年秋季天氣干旱，秋播期間也無大的降水，出苗問題成為試驗(yàn)的突出問題，因而在播后于10月26日進(jìn)行播種后壓茬灌水一次，灌水定額750 m3/hm2。試驗(yàn)為大田試驗(yàn)，試驗(yàn)小區(qū)隨機(jī)排列，小區(qū)長×寬=20 m×2.6 m=52 m2，田間設(shè)有保護(hù)區(qū)。供試水源為井水，用水表讀數(shù)計(jì)量。除灌水不同，各次各處理農(nóng)技措施保持一致，統(tǒng)一按照農(nóng)業(yè)豐產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)施細(xì)則進(jìn)行。灌溉試驗(yàn)設(shè)計(jì)處理見表2。

1.3 試驗(yàn)測定指標(biāo)及方法

(1)土壤含水率的測定。土壤含水量的測定采用土鉆取土烘干法，每個小區(qū)選取前中后3個測點(diǎn)，每個測點(diǎn)測定土壤深度為0～100 cm，土樣間距10 cm進(jìn)行測定。在灌水期前后3 d和生育期內(nèi)每7 d的測定1次,若有大量降雨期加測。

(2)冬小麥生理指標(biāo)測定。對于冬小麥產(chǎn)量的測定，是在冬小麥?zhǔn)斋@時，每試驗(yàn)小區(qū)取1 m×1 m的區(qū)域的植株，在室內(nèi)脫粒考種，同時測定穗數(shù)，用電子天平(感量為0.01 g)稱千粒重及單位面積產(chǎn)量，折合計(jì)算每公頃產(chǎn)量，并進(jìn)行千粒重、穗粒數(shù)等產(chǎn)量分析。

表2 2013-2016年冬小麥試驗(yàn)設(shè)計(jì)處理 m3/hm2

試驗(yàn)采用Microsoft Excel和DPS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，Duncan新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較，用Microsoft Excel軟件畫圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同生育期灌水對冬小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

在冬小麥生育前期、中期適度灌溉，是保證適宜畝穗數(shù)和幼苗正常發(fā)育的前提，而在后期補(bǔ)充灌溉，為穗粒數(shù)和粒重提供了必要保證，這是確定高產(chǎn)高效灌溉方案的原則[4]。不同生育期灌水對冬小麥的產(chǎn)量影響程度是不同的。冬小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素主要包括畝穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重。產(chǎn)量構(gòu)成因素表如表3所示。由表3可知，在保證適宜的畝穗數(shù)的情況下，2013-2014年，由于秋播時的氣候已呈現(xiàn)旱象，1 m土壤含水率為18.5%左右，40 cm土壤含水率為16.6%左右，為了保證小麥出苗，于播種期進(jìn)行壓茬灌，但各處理的畝穗數(shù)分布在514.05～616.05 萬株/hm2之間，平均540.15 萬株/hm2，距離豐產(chǎn)的一般要求675 萬株/hm2差距明顯；穗粒數(shù)的變化在24～41之間，差異比較顯著；該年度冬小麥的千粒重普遍偏高，平均51.57 g，分布范圍46.12～55.22 g之間，大部分在平均值附近，究其原因，是受益于4月中旬至5月上旬的降雨，對冬小麥的抽穗養(yǎng)花和灌漿生長很有益處。冬春灌基本奠定了冬小麥豐產(chǎn)的基礎(chǔ)，由于該年度冬春旱象明顯，因而進(jìn)行冬灌、返青灌的M2、M3及M4的產(chǎn)量就相對較高；抽穗揚(yáng)花期是冬小麥的需水關(guān)鍵期之一，此期間應(yīng)保證冬小麥不受旱的原則，由M6及M7的產(chǎn)量可知，該期間灌水對取得高產(chǎn)量有明顯作用；灌漿期是顆粒增重的時期，從試驗(yàn)結(jié)果可知，M6、M7及M8分別在抽穗揚(yáng)花期和灌漿期灌水，千粒重的排序都較為靠前，而產(chǎn)量則受限于畝穗數(shù)及穗粒數(shù)。2014-2015年，各處理的畝粒數(shù)分布在484.05～792.00 萬株/hm2之間，平均672.15 萬株/hm2，基本達(dá)到豐產(chǎn)要求；2015-2016年，各處理的畝粒數(shù)分布在561.00～772.95 萬株/hm2之間，平均658.95 萬株/hm2，基本達(dá)到豐產(chǎn)要求。2014-2016兩年年度冬小麥產(chǎn)量因素分析情況大體與2013-2014年度相似。

以上研究結(jié)果表明，在生育期前期旱象明顯的枯水年型，適當(dāng)冬灌可以顯著增加冬小麥的分蘗數(shù)，從而增加株數(shù)，進(jìn)而增加穗粒數(shù)，是冬小麥豐產(chǎn)的基本保障；拔節(jié)期和抽穗揚(yáng)花期階段灌水是影響冬小麥產(chǎn)量的關(guān)鍵需水期，而在一般水平年，灌漿期階段適當(dāng)節(jié)水不會造成減產(chǎn)。在灌溉水量方面，合理的灌溉制度下，一定范圍內(nèi)，隨著灌水量的增加，產(chǎn)量逐漸增高，但超過這一范圍，隨著灌溉水量的增加，產(chǎn)量反而有所降低(在2013-2014年水平年下，灌溉水量在2 700 kg/m3內(nèi)，產(chǎn)量隨灌溉水量增加而增加，M4>M2>M3>M1；而當(dāng)灌溉水量超過2700kg/m3的處理中，隨著灌溉水量的增加，產(chǎn)量隨灌溉水量的增加而降低，M6>M5>M7>M8)，因此，合理的非充分灌溉，有助于取得高產(chǎn)量的結(jié)果。在千粒重方面，3 a的數(shù)據(jù)顯示灌漿階段的水分虧缺會導(dǎo)致千粒重降低，同時千粒重也和灌溉水量呈正相關(guān)關(guān)系，在一定范圍內(nèi)灌溉水量越多，千粒重就越大。

表3 不同灌水處理產(chǎn)量及其因素構(gòu)成表

注：采用DPS軟件的Duncan新負(fù)極差發(fā)進(jìn)行多重比較，表中以小寫字母標(biāo)記5%顯著水平，字母相同表示差異不顯著，字母不同表示差異顯著。

2.2 不同生育期灌水對冬小麥耗水量的影響

根據(jù)不同生育期灌水處理下冬小麥各生育期日均耗水量繪制冬小麥耗水規(guī)律分析圖(見圖2)。通過研究分析可知，不同生育期灌水處理下，冬小麥各生育期耗水比例相差較大，且總耗水量隨灌水量的增加而增大。從圖2可以看到，由于灌水階段、土壤水分及降雨量的不同，各處理中冬小麥耗水量各不相同，但各處理之間日均耗水量變化規(guī)律基本相同。呈現(xiàn)出播種出苗期耗水量較為穩(wěn)定，越冬期日均耗水量開始降低，至返青拔節(jié)、抽穗期日均耗水量隨作物生長速度的增加而增大，在進(jìn)入灌漿成熟期后，日均耗水量則有所下降。這種規(guī)律和冬小麥整個生育期的外部生長環(huán)境及其生理形態(tài)是相符合的，在冬小麥播種期，外界氣溫不高，耗水量基本上由棵間蒸發(fā)提供，隨著冬小麥出苗，氣溫開始下降，但苗期植株較小，棵間蒸發(fā)和植株蒸騰都相對較??；在越冬期，氣溫逐漸下降到零度以下，冬小麥進(jìn)入越冬期，耗水也基本停止了；進(jìn)入返青期后，氣溫開始回升，棵間蒸發(fā)和植株蒸騰則逐漸增大，此期間冬小麥的需水量也逐漸增加；拔節(jié)期和抽穗期是冬小麥關(guān)鍵需水期，冬小麥加速生長，其光合作用會消耗大量水分；灌漿成熟期，部分葉片開始枯萎，植株蒸騰減少，耗水量也隨之減少。研究分析可知，在拔節(jié)-灌漿階段的耗水量一般要占全生育期耗水量的1/2以上，是冬小麥的需水最為關(guān)鍵的時期?？梢?，拔節(jié)期和抽穗期是其生長發(fā)育需水關(guān)鍵期。

圖2 冬小麥耗水規(guī)律分析圖

2.3 不同生育期灌水對冬小麥產(chǎn)量及水分利用效率的影響

根據(jù)不同生育期灌水處理下的冬小麥耗水量和產(chǎn)量的關(guān)系繪制二次曲線圖(見圖3)，從耗水量的結(jié)果來看，生長期灌水2～3次的冬小麥產(chǎn)量的水平相對較好。且由圖3中二次函數(shù)關(guān)系式分析可知，冬小麥產(chǎn)量與耗水量關(guān)系密切，但并非越多越好。在一定范圍內(nèi)，冬小麥的產(chǎn)量隨著耗水量的增加而增加，但不是無限制的，過量的水分不僅會造成產(chǎn)量的降低，還會造成水資源的浪費(fèi)。

圖3 不同灌水處理下冬小麥產(chǎn)量與耗水量、WUE的關(guān)系圖

水分利用效率指植物消耗單位水量所產(chǎn)出的同化量[5]，反映植物生產(chǎn)過程中的能量轉(zhuǎn)化效率, 也是評價水分虧缺下植物生長適宜度的綜合指標(biāo)之一[6]。產(chǎn)量和WUE是目前研究較多的一個方面，且相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果多數(shù)表明：耗水量-產(chǎn)量關(guān)系曲線與耗水量-WUE關(guān)系曲線二者最高點(diǎn)并不重合[7]。2013-2014年水平年中，當(dāng)耗水量到達(dá)386.31 mm時，產(chǎn)量達(dá)到最大值，但是WUE則在耗水量最低時最大，且呈現(xiàn)出隨耗水量增大而降低的趨勢。由圖3分析可知，不同生育期灌水處理對冬小麥水分利用效率影響顯著。通過3 a的試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，灌1次水的M1處理WUE均排在前列，究其原因是該年生育期后期降水豐沛，對產(chǎn)量影響較大。2013-2014年水平年，在生育期灌水2次的處理下，WUE的大小順序依次為M6>M4>M5，且均大于灌3次水的水分利用效率。2014-2015年水平年，在生育期灌水2次的處理下，WUE的大小順序依次為M4>M6>M5，同樣大于灌水3次的水分利用效率。2015-2016年水平年，在生育期灌水2次的處理下，WUE的大小順序依次為M2>M6>M3>M5同樣大于灌水3次的水分利用效率。說明在冬小麥的整個生育期內(nèi)，適當(dāng)?shù)臏p少灌水次數(shù)，在合理的灌水時期灌水是提高作物水分利用效率、增加產(chǎn)量的有效途徑[8]。

3 結(jié) 語

(1)不同生育期灌水處理，對冬小麥的產(chǎn)量及其構(gòu)成因素影響很大。在生育期前期旱象明顯的枯水年型，適當(dāng)冬灌可以顯著增加冬小麥的分蘗數(shù)，是冬小麥豐產(chǎn)的基本保障；灌漿期是顆粒增重的時期，因此灌水對小麥千粒重影響較大，3 a的數(shù)據(jù)顯示灌漿階段的水分虧缺會導(dǎo)致千粒重降低；在灌溉水量方面，合理的灌溉制度下，隨著灌水量的增加，產(chǎn)量會逐漸增高，但存在一定范圍，如2013-2014年，灌溉水量在2 700 kg/m3內(nèi)，產(chǎn)量隨灌溉水量增加而增加，超過這一范圍，反之。因此，合理的非充分灌溉，有助于取得高產(chǎn)量的結(jié)果。

(2)不同生育期灌水處理，在對冬小麥的耗水量的影響方面，由于土壤水分及降雨量的不同，各處理冬小麥耗水量各不相同，但各處理之間日均耗水量變化規(guī)律基本相同。呈現(xiàn)出播種期耗水量較為穩(wěn)定，越冬期日均耗水量降低，返青拔節(jié)期、抽穗期日均耗水量隨作物生長速度增加而增大，之后進(jìn)入灌漿成熟期，日均耗水量有所下降。

(3)不同生育期灌水處理，對冬小麥耗水量和產(chǎn)量的影響。從耗水量的結(jié)果來看，生長期灌水2～3次的冬小麥產(chǎn)量的水平相對較好，且冬小麥產(chǎn)量與耗水量關(guān)系密切，但并非越多越好，過量的水分不僅會造成產(chǎn)量的降低，還會造成水資源的浪費(fèi)。由產(chǎn)量和水分利用效率來看，在冬小麥的整個生育期內(nèi)，適當(dāng)?shù)臏p少灌水次數(shù)，合理的灌水時期灌水是提高作物水分利用效率、增加產(chǎn)量的有效途徑。

(4)通過對產(chǎn)量、耗水量及WUE的綜合評價，2013-2014年降雨年型(75%枯水年)，從高產(chǎn)的目的看，M4產(chǎn)量最高，經(jīng)濟(jì)效益相對較好，在非充分灌溉組合中，M4顯然也是較好的。因而，該年型冬小麥非充分灌溉制度的最優(yōu)灌溉制度為壓茬灌+冬灌+返青灌全生育期灌水3次組合，灌溉定額2 700 m3/hm2；2014-2015年與2015-2016年降雨年型相似，屬50%中水年，最優(yōu)灌溉制度為冬灌+拔節(jié)灌+抽穗灌漿灌全生育期灌水3次組合，灌溉定額3 412.5 m3/hm2。試驗(yàn)結(jié)論僅是在該3 a條件下得出，是否正確與準(zhǔn)確有待于進(jìn)一步實(shí)踐檢驗(yàn)。

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