滴灌下秸稈覆蓋與灌水量對華北冬小麥土壤水分的影響

史佳良，王秀茹，崔偉杰，胡蜀東

(北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院， 北京 100083)

滴灌下秸稈覆蓋與灌水量對華北冬小麥土壤水分的影響

史佳良，王秀茹，崔偉杰，胡蜀東

(北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院， 北京 100083)

試驗于2014—2015年在北京市大興區(qū)進行，以冬小麥為研究對象，以秸稈覆蓋和灌水量為處理，對各小區(qū)棵間蒸發(fā)量(E)、土壤各層含水率(θ)、土壤表層溫度(Tc)、葉面積指數(shù)及產(chǎn)量等指標(biāo)進行實測與分析。結(jié)果表明：滴灌條件下濕潤帶E普遍高于干燥帶，全觀測期平均高出16.45 mm，較強降雨后干燥帶E的波動更劇烈；秸稈覆蓋可以有效減少各生育期E，低、中、高灌水量處理下秸稈覆蓋比未覆蓋處理分別減少20.45%、24.77%、19.14%，但在較強降雨后秸稈覆蓋處理E波動更劇烈，不同灌水量對E影響不顯著；低灌水量時，秸稈覆蓋對灌溉水有明顯的截留作用，中、高灌水量時則起到明顯的保墑作用；整個觀測期，E/ET先變小再變大，灌水量差異對E/ET影響顯著，低、中、高灌水量下均值分別為29.71%、25.64%、21.38%；秸稈覆蓋和未覆蓋相比三種灌水處理E/ET分別減少8.93%、3.01%、0.44%。水分利用效率秸稈覆蓋處理要普遍高于未覆蓋處理，并與灌溉定額之間呈負(fù)相關(guān)。整體來看，中灌水量秸稈覆蓋處理的產(chǎn)量和水分利用效率均較優(yōu)，適合當(dāng)?shù)囟←湹喂喾N植。

冬小麥；滴灌；秸稈覆蓋；土壤蒸發(fā)；土壤水分；水分利用效率

田間蒸散量(ET)的變化特征及其構(gòu)成比例是農(nóng)田水分利用的重要影響因素，降低其中無效的棵間土壤蒸發(fā)量(E)是提高農(nóng)業(yè)水分利用效率(WUE)的重要途徑[1-3]。滴灌被公認(rèn)是高效節(jié)水的灌溉方式[4]，已有研究表明，滴灌較傳統(tǒng)溝灌可有效提高水分利用效率[5]，能夠在時間與空間上精確滿足作物的需水要求[6]，能夠提高田間蒸發(fā)蒸騰量(ET)中用于作物蒸騰的水分比例[7]，而且控制灌溉量不超過田間持水量能夠最大限度減少深層滲透造成的水分流失[8]。秸稈覆蓋以其保墑作用和對農(nóng)田生態(tài)的改善效果被廣泛推廣，在傳統(tǒng)灌溉方法中能夠起到降低棵間蒸發(fā)量、提高土壤含水率的作用[9]，能夠增加土壤團聚體和有機質(zhì)含量[10]，但也有許多研究表明秸稈覆蓋會降低土壤表層溫度，使生育期延緩甚至影響作物生長，出現(xiàn)減產(chǎn)現(xiàn)象[11]。目前，秸稈覆蓋是華北冬小麥種植廣泛采取的措施，而在華北地區(qū)滴灌種植冬小麥的研究還較少[12]，滴灌的推廣仍需要深入研究其土壤水分運移機理，以及二者結(jié)合對冬小麥田間水分及其利用的影響。本試驗在滴灌條件下，設(shè)計秸稈覆蓋和不同的灌水制度，對冬小麥各個生育期內(nèi)土壤水分平衡的動態(tài)變化進行研究，解釋了各時期棵間蒸發(fā)、田間蒸散、土壤含水率、土壤表層溫度和葉面積指數(shù)、產(chǎn)量及其構(gòu)成要素之間的關(guān)系，分析了秸稈覆蓋和滴灌灌水量差異在不同的生長期內(nèi)對各因子的影響，尤其是揭示了低灌水量下秸稈覆蓋的截留作用，為華北地區(qū)冬小麥滴灌提供了理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗在北京市大興區(qū)(39°39′N，116°15′E，海拔40.1 m)進行，試驗區(qū)內(nèi)土壤質(zhì)地為壤土，多年試驗測量區(qū)內(nèi)耕作層田間持水量為30.60%，土壤容重為1.60 g·cm-3，多年平均降水量為540 mm，年均氣溫11.6℃。以冬小麥為研究對象，田間試驗在其生育期(2015年4—6月)開展，供試作物品種為中麥175，2014年10月16日播種，2015年6月9日收獲，播種量300 kg·hm-2，播種行距30 cm，田間滴灌帶布設(shè)間距為60 cm。試驗區(qū)已連續(xù)四年免耕種植，除設(shè)置試驗器材和取土外不對土層進行任何翻動。試驗觀測期內(nèi)降雨與氣溫情況如圖1所示，總降雨量為88.14 mm。

圖1 冬小麥生育期內(nèi)降雨與氣溫情況

Fig.1 Precipitation and temperature distribution during growth period of winter wheat

1.2 試驗設(shè)計

試驗設(shè)計了2種覆蓋處理和3種灌水處理，共6個組合(處理D1～D6)，每種處理設(shè)4次重復(fù)，共24個小區(qū)，隨機區(qū)組，每個小區(qū)面積30.24 m2，長寬分別為6.3 m、4.8 m。覆蓋處理分為秸稈覆蓋和未覆蓋，覆蓋量為5 500 kg·hm-2；灌溉均采用地表滴灌，在冬小麥返青后的生育期內(nèi)根據(jù)當(dāng)時土壤實際含水量設(shè)置低、中、高3種灌溉水平，分別為：1、2號處理灌水量為田間持水量的55%～75%，3、4號處理灌水量為田間持水量的65%～85%，5、6號處理灌水量為田間持水量的75%～95%。每個處理在4月28日灌水時，采用文丘里施肥器施氮肥(100 kg·hm-2)。各處理覆蓋與灌水情況見表1。

1.3 測定指標(biāo)與方法

1.3.1 棵間蒸發(fā)量(E) 采用微型蒸滲儀(Micro-lysimeter，MLS)和電子天平(精度0.1 g)測定，經(jīng)檢驗該儀器測定E誤差低于5%[13]。MLS由內(nèi)外兩個高度相同的PVC材質(zhì)小桶組成，桶高15 cm，內(nèi)桶外徑11 cm，壁厚0.36 cm，外桶內(nèi)徑12 cm，壁厚0.3 cm。內(nèi)桶首先打入土壤中取土，修平底部后用通透性好的尼龍網(wǎng)布和寬膠帶包裹，再將外桶固定于取土處，內(nèi)外桶頂端與地面齊平。每個小區(qū)布設(shè)兩個MLS，分別在滴灌帶正下方(濕潤帶)和非滴灌帶(干燥帶)上，濕潤帶與干燥帶寬度比為3∶2。每隔5—7天換土，在灌水或降雨(>5 mm)后增加換土，測量時間為每日17∶00，取每日MLS重量變化值除以內(nèi)桶表面積得到E(mm·d-1)。冬小麥滴灌試驗的棵間蒸發(fā)(E)分為濕潤帶棵間蒸發(fā)(Ew)和干燥帶棵間蒸發(fā)(Ed)，按實際面積比例分別為60%、40%。

表1 各處理的實際灌水時間和灌水量

1.3.2 土壤含水率(θ)和土壤地表溫度(T) 利用Decagon公司的EC-5、EC-TM傳感器采集，分別置于各試驗小區(qū)土壤表層下0～20 cm(EC-TM)和20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm(EC-5)處，每日17∶00 測定。在灌水或降雨(>5 mm)后的1、3、5天在每個小區(qū)傳感器附近取土，烘干稱量并換算出體積含水率，對傳感器數(shù)據(jù)進行標(biāo)定。同時EC-TM傳感器也可采集地下10 cm處土壤溫度。

1.3.3 葉面積指數(shù)(LAI) 各生育期內(nèi)，每個小區(qū)隨機選取連續(xù)20 cm×25 cm的小麥進行考種，測定株高并稱量葉片總重；隨機選取其中10片葉，采用葉面積掃描儀測量葉面積，并稱量該10片葉片的重量，并由此計算出總?cè)~面積與地表面積的比值(LAI)。

1.3.4 田間蒸發(fā)蒸騰量(ET) 冬小麥ET通過水量平衡原理計算得到[14]，公式為：

ET=P+I+U-R-F-ΔW

式中，P為降水量，由試驗站內(nèi)氣象站測得；I是灌水量，通過灌水定額換算得到；ΔW是土壤含水量變化值，通過實測逐日土壤含水率計算得出；U是地下水補給量；R為地表徑流量；F為深層滲漏量。該試驗中R、F、U三項可忽略不計，因此將公式簡化為：

ET=P+I-ΔW

1.3.5 水分利用效率(WUE) 在冬小麥成熟以后，對產(chǎn)量(g·m-2)、千粒重(g)與穗數(shù)進行考種測量。WUE分為土壤水分利用效率(WUEs)和灌溉水分利用效率(WUEI)兩種[15]，公式分別為：

式中，Y為冬小麥籽粒產(chǎn)量(kg·hm-2)，收獲后脫粒曬干，折算為每平方米產(chǎn)量；∑ET是整個生育期田間蒸發(fā)蒸騰量的總和(mm)，通過逐日量換算得到；QI為冬小麥全生育期灌水總量(mm)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理與分析采用軟件Excel 2013和SPSS 20.0，采用Duncan法對試驗數(shù)據(jù)進行多重比較和方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 滴灌量和秸稈覆蓋對棵間蒸發(fā)的影響

2.1.1 不同生育期棵間蒸發(fā)變化分析 各處理下全觀測期內(nèi)棵間蒸發(fā)量(E)在43.61～60.25 mm之間波動，低、中、高灌水量處理下秸稈覆蓋比未覆蓋分別減少12.32、14.36、10.79 mm，減少比例依次為20.45%、24.77%、19.14%，表明秸稈覆蓋可顯著減少E；而低、中、高灌水量處理下全觀測期平均E為54.09、50.79、50.97 mm，可知灌水量的差異對該地區(qū)冬小麥棵間蒸發(fā)的影響并不顯著；各處理在全觀測期內(nèi)的濕潤帶E明顯高于干燥帶，如圖2所示，D1～D6處理分別多出20.71、17.67、13.70、21.30、10.33、16.19 mm，與周楊等[16]的研究結(jié)果一致。

注：圖中w與d分別表示各處理滴灌濕潤帶和干燥帶，下同。 Note: the “w” and “d” represent wet zone and dry zone, the same below.

圖2 不同生育期棵間蒸發(fā)量的變化

Fig.2 Soil evaporation during growth period of winter wheat

從整個觀測期來看，D1～D6處理日均E值分別為0.83、1.07、0.78、1.02、0.80、1.00 mm，日均棵間蒸發(fā)量在灌漿期達(dá)到頂峰(1.12 mm)，這與張娜等[17]的研究結(jié)果相似，但本試驗中各處理日均E與氣溫升高的趨勢并不同步。氣溫上升最迅速的抽穗期的日均E較拔節(jié)期僅上升了0.04 mm，而氣溫升幅較小的灌漿期的日均E較抽穗期上升了0.28 mm，成熟期的日均E較灌漿期則下降了0.17 mm。說明隨著冬小麥拔節(jié)生長，葉面積迅速增加，耗水逐漸由土壤蒸發(fā)為主轉(zhuǎn)變?yōu)槿~面蒸騰為主，故日均E增長較少，而進入了抽穗期后氣溫持續(xù)上升，葉面積指數(shù)開始下降，在冬小麥蒸騰能力趨于飽和的情況下，日均E再次上升。

2.1.2 降雨與灌水后逐日E變化分析 由圖3可以看出， 除拔節(jié)期的D5、D6處理之外， 濕潤帶E均大于干燥帶E， 這可能是因為高灌水量處理下， 濕潤帶內(nèi)土壤水分過多， 土壤升溫較慢， 使拔節(jié)期內(nèi)D5、D6濕潤帶E小于干燥帶E的情況出現(xiàn)。各小區(qū)降雨或灌水后，E均有大幅提升， 其中5月17—18日較強降水后， 19日各處理干燥帶E上升在2.87倍(D6)到6.23倍(D1)之間， 均值為4.03倍， 而各處理濕潤帶E上升在1.99倍(D1)到3.45倍(D4)之間， 均值為2.73倍， 說明濕潤帶E更加穩(wěn)定； 而覆蓋處理E平均上升3.50倍， 未覆蓋處理E平均上升2.99倍， 說明在較大降水情況下覆蓋處理E反而變化更劇烈， 這一現(xiàn)象在其他較大降雨后的4月16日(覆蓋上升1.34倍，未覆蓋上升0.92倍)和5月10日(覆蓋上升8.98倍，未覆蓋上升3.19倍)的降雨時也均有體現(xiàn)， 原因可能是秸稈本身孔隙度較大， 隨天氣放晴蒸發(fā)更快從而拉動土壤蒸發(fā)。本試驗中， 灌水后各小區(qū)E沒有出現(xiàn)明顯升高， 覆蓋處理與不同灌水量處理的E在灌水后未出現(xiàn)顯著差異。

注：圖中斷點處為當(dāng)天降雨或灌水。

Note: the breakpoints of the figure are the days of rainfall or irrigation.

圖3 棵間蒸發(fā)量的動態(tài)變化

Fig.3 Dynamic variation of soil evaporation

2.2 滴灌量和秸稈覆蓋對土壤水分的影響

如表2所示，在整個觀測期內(nèi)D1～D6處理的平均土壤體積含水率(θ)分別為19.36%、20.18%、23.08%、21.97%、26.82%、22.15%，各處理θ變化趨勢一致，覆蓋處理θ波動較為緩和，除低灌水量處理(D1、D2)外θ均高于未覆蓋處理，相同處理下各土層θ隨灌水量的增加而增加。

各處理0～20 cm土層θ在降雨或灌水后均顯著增大。低灌水量處理下，覆蓋θ為17.89%(D1)，低于未覆蓋的20.31%(D2)，在中灌水量處理下，覆蓋θ則略高于未覆蓋θ，高灌水量處理下覆蓋θ則顯著高于未覆蓋θ，如表2所示。結(jié)合本文之前低灌水量下秸稈覆蓋對E影響的情況，判斷出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因可能是秸稈對灌溉水的截留，使得低灌水量覆蓋處理中相當(dāng)一部分的水分未能進入土壤，因而出現(xiàn)了E較低的情況下秸稈覆蓋處理較未覆蓋處理θ更低的現(xiàn)象；而中灌水量時，隨著灌水量提升，秸稈截留作用有限，進入土壤的水分較多，秸稈覆蓋的保墑能力逐漸顯現(xiàn)；高灌水量時，秸稈覆蓋有著顯著的保墑作用。

表2 各處理不同土層深度全觀測期平均土壤含水率/%

注：不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)，下同。

Note: different lowercase letters in the same column mean significant difference atP<0.05 level, the same below.

由圖4可知，20～40 cm土層θ變化與0～20 cm土層一致，低灌水量處理下覆蓋θ仍低于未覆蓋θ，中灌水量處理覆蓋θ與未覆蓋θ差異已很微弱，表明E對于該土層內(nèi)的土壤水分影響不顯著，高灌水量處理組內(nèi)秸稈覆蓋的土壤含水率高于未進行秸稈覆蓋處理的土壤含水率，θ變化曲線略平緩。各處理下40～60 cm土層θ變化更加平緩，除去降雨和灌水以外波動均在10%以內(nèi)(P<0.05)，覆蓋處理θ均高于未覆蓋θ。各處理60～80 cm土層θ變化幾乎不受降雨和灌水影響，覆蓋處理平均θ均高于未覆蓋θ。低灌水量條件下，覆蓋處理θ逐漸降低，至成熟期時0～80 cm各土層θ均低于未覆蓋處理θ，均值分別為13.45%和15.64%。以上結(jié)果表明，在該地區(qū)滴灌種植冬小麥灌水量過低時，秸稈覆蓋對于水分的截留作用會影響灌溉水的入滲，秸稈覆蓋反而會降低θ，只有在灌溉水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過秸稈覆蓋層的截留量的情況下，秸稈覆蓋層才會體現(xiàn)出保墑作用。

2.3 滴灌量和秸稈覆蓋對土壤表層溫度的影響

觀測期內(nèi)各試驗小區(qū)土壤表層溫度(Tc)在12.6℃～26.1℃之間變化，D1～D6處理的平均土壤溫度分別為19.25℃、20.55℃、19.20℃、20.96℃、20.03℃、19.79℃。如圖5所示，低、中灌水量處理下，秸稈覆蓋的Tc均顯著低于未覆蓋處理(P<0.05)，高灌水量處理下則秸稈覆蓋的Tc略高于未覆蓋處理。按生育期來看，低灌水量處理下，未覆蓋比覆蓋4個時期日均Tc分別高出2.1℃，0.8℃，1.5℃和1.5℃；中灌水量處理4個生育階段未覆蓋比覆蓋分別高出3.2℃，1.1℃，1.9℃，1.9℃；高灌水量處理未覆蓋比覆蓋分別高出0.1℃，-0.3℃，-0.4℃，0.3℃。由此可見，秸稈覆蓋在一定灌水量范圍內(nèi)會明顯降低Tc(P<0.05)，而在灌水量較高時該作用不顯著。由圖中5月10日(降雨21.34 mm)各處理土壤溫度可看出，應(yīng)對較大降雨量時，未覆蓋處理的Tc變化幅度明顯大于覆蓋處理Tc(P<0.05)。D1～D6的Tc較雨前分別降低3.6℃、5.1℃、3.5℃、5.7℃、3.9℃、4.0℃，這與陳素英等[17]的研究結(jié)果相似，秸稈覆蓋起到平抑Tc變化的作用。

2.4 滴灌量和秸稈覆蓋對田間蒸發(fā)蒸騰的影響

2.4.1 田間蒸發(fā)蒸騰量(ET) 如表3所示，各處理全觀測期ET總量由于灌水量與覆蓋處理的不同產(chǎn)生了較大的差異：覆蓋處理下中、低灌水量處理的ET總量相差不大，分別為189.8 mm和180.7 mm，均低于覆蓋高灌水量處理的ET總量215.4 mm；未進行秸稈覆蓋處理組中各灌水量處理的ET有顯著差異(P<0.05)，其ET總量呈現(xiàn)出：高灌水量處理(260.9 mm)>中灌水量處理(213.5 mm)>低灌水量處理(176.3 mm)，這與生產(chǎn)實踐經(jīng)驗相符。從各生育期的ET值來看，各處理的ET在抽穗期達(dá)到了峰值，與李杰等[18]的研究結(jié)果一致，這可能是由于在抽穗期內(nèi)冬小麥的葉面積達(dá)到最高峰，加之氣溫升高日照充足，冬小麥的蒸騰作用強烈，再加上幾次強降水，土壤表面水含量過高，棵間蒸發(fā)量巨大，使得各處理抽穗期平均ET均高于其他生育期(P<0.05)。

圖4 土壤含水率的動態(tài)變化

圖5 土壤表層溫度的動態(tài)變化

Fig.5 Dynamic variation of soil temperature in the 10 cm depth

2.4.2E/ET變化分析 從整個冬小麥生育期來看，低、中、高灌水量處理的E/ET差異顯著(P<0.05)，其均值比例分別為29.71%，25.64%，21.38%，呈遞減趨勢。秸稈覆蓋和未覆蓋相比，3種灌水處理全觀測期E/ET分別減少8.93%，3.01%，0.44%。而相同灌水量處理下，秸稈覆蓋造成的E/ET減少程度在每個時期也有不同：低灌水量處理組在拔節(jié)期內(nèi)E/ET減少程度最大，為26.82%；而中、高灌水量處理組則是在成熟期內(nèi)E/ET減少最多，分別為22.70%和11.75%。從整個冬小麥生育期來看，E/ET經(jīng)歷了由大變小再變大的變化過程，出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因是隨著冬小麥的生長，葉面積也在不斷增大，冬小麥葉片的蒸騰不斷加大；當(dāng)冬小麥葉片生長達(dá)到頂峰后，隨著冬小麥葉片蒸騰能力下降，氣溫不斷升高的情況下，E/ET就再次升高。

表3 各處理全觀測期平均蒸騰蒸發(fā)、葉面積和株高的變化

2.4.3 葉面積指數(shù)(LAI)變化分析 從整個觀測期來看，在拔節(jié)期前期灌水各處理中覆蓋處理的LAI均小于未進行秸稈覆蓋處理，到拔節(jié)期后期時，各處理LAI除D6外均為覆蓋處理大于未進行秸稈覆蓋處理，與拔節(jié)期前后株高變化一致，之后在其他生育階段則所有處理均表現(xiàn)為覆蓋LAI大于未覆蓋。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是在拔節(jié)期前期，覆蓋處理土壤表層溫度比未覆蓋處理低，影響了冬小麥進入拔節(jié)期的時間，因此降低了冬小麥該階段LAI。在拔節(jié)期后期，由于秸稈覆蓋處理的保墑作用，覆蓋處理的LAI高于未覆蓋處理。

在拔節(jié)期后期，高灌水量處理組出現(xiàn)覆蓋處理LAI小于未覆蓋處理，該現(xiàn)象與史寶成[19]的研究中高水分處理組情況類似，過多的水分使小麥前期生長過旺，后期發(fā)生早衰，不利于小麥植株平穩(wěn)生長。

2.5 冬小麥產(chǎn)量及水分利用效率的分析

2.5.1 產(chǎn)量 由表4可知，在同一灌水量處理下，覆蓋處理組的千粒重均高于非覆蓋處理組，按低、中、高灌水量平均千粒重分別相差4.99、5.24、5.02 g。在同一覆蓋處理下，中灌水量處理組千粒重最高，低灌水量與高灌水量處理組之間相差并不明顯。

從單位面積產(chǎn)量來看，中灌水量覆蓋處理組(D3)均值最高，達(dá)到了583.6 g·m-2，而低灌水量秸稈覆蓋處理組(D1)均值最低，為529.48 g·m-2；在覆蓋處理下，低灌水量處理明顯使冬小麥產(chǎn)量降低，而中高灌水量處理之間并無明顯差異；在未進行秸稈覆蓋處理下，高灌水量處理明顯提升了冬小麥的產(chǎn)量，而中、低灌水量組并無明顯差異。隨著灌水量的升高，平均單位產(chǎn)量也在升高，分別為539.77、567.98、576.68 g·m-2。中灌水量處理較低灌水量處理產(chǎn)量上升幅度大，而高灌水量處理較中灌水量處理產(chǎn)量上升幅度較小。

表4 各處理冬小麥產(chǎn)量因子與水分利用效率

從單位面積內(nèi)的穗數(shù)來看，覆蓋處理明顯抑制了麥穗的萌蘗，覆蓋處理較未覆蓋處理麥穗數(shù)分別減少了184、124、126個·m-2；灌水量的差異對麥穗數(shù)量的影響不顯著，低、中、高灌水量處理的平均值分別為754、720、792個·m-2。

2.5.2 水分生產(chǎn)效率 由圖6可知，秸稈覆蓋處理小區(qū)的灌溉水分利用效率(WUEI)均高于同灌水量未覆蓋處理的小區(qū)，各小區(qū)WUEI分別表現(xiàn)為：D1>D3>D2>D4>D5>D6。而土壤水分利用效率(WUES)則是低灌水量時，覆蓋處理WUES小于未覆蓋處理，中、高灌水量時覆蓋處理WUES大于未覆蓋處理，各小區(qū)分別表現(xiàn)為：D3>D2>D1>D5>D4>D6。對覆蓋處理與未覆蓋處理的WUEI、WUES與灌水定額之間的關(guān)系進行擬合后發(fā)現(xiàn)，兩種處理的WUEI和灌水定額之間均呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)的線性關(guān)系，R2分別達(dá)到0.997和0.965，未覆蓋處理WUES與灌水定額線性關(guān)系較好，R2為0.909，覆蓋處理組WUEs則不存在這種線性關(guān)系。主要原因可能是低灌水量覆蓋處理下，秸稈覆蓋層的截留作用使水分沒有得到較好利用，低溫與水分虧缺也影響了冬小麥的成長導(dǎo)致產(chǎn)量較低，從而導(dǎo)致低灌水量覆蓋組的平均WUES偏低。

圖6 水分利用效率與不同灌水定額的關(guān)系

Fig.6 Relationships between different WUE and different irrigation quota

2.5.3 覆蓋及灌水量與各指標(biāo)間相關(guān)性分析 由表5可知，秸稈覆蓋處理對地表土壤溫度、棵間蒸發(fā)、穗數(shù)表現(xiàn)出顯著的負(fù)相關(guān)(P<0.05)，與E/ET呈較顯著負(fù)相關(guān)(P<0.1)，而與葉面積指數(shù)、千粒重呈顯著的正相關(guān)(P<0.05)，與灌溉水分利用率呈較顯著正相關(guān)(P<0.1)。這表明整體上看秸稈覆蓋處理可明顯增加葉面積和千粒重，有效減少棵間蒸發(fā)，提高灌溉水分利用率，但也會明顯降低土壤表層溫度和減少冬小麥穗數(shù)。

表5 秸稈覆蓋和灌水量與各因子的相關(guān)系數(shù)

注：*P<0.1, **P<0.05； SM：秸稈覆蓋 straw mulching；IQ：灌溉水量 irrigation quota；T：土壤表層溫度 temperature in 10 cm；E：棵間蒸發(fā) soil evaporation；θ：土壤含水率 soil moisture content；E/ET：棵間蒸發(fā)占蒸發(fā)蒸騰量比例 soil evaporation/evapotranspiration；LAI：葉面積指數(shù) leaf area index；SN：穗數(shù) spike number；TKW：千粒重 thousand kernel weight；GY：籽粒產(chǎn)量 grain yield；WUEs：土壤水分利用率 soil water use efficiency；WUEI：灌溉水分利用率 irrigation water use efficiency．

不同的灌水量處理則對土壤水分利用率、灌溉水分利用率均表現(xiàn)出顯著的負(fù)相關(guān)(P<0.05)，與千粒重有較顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.1)，與土壤含水率、E/ET、產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)(P<0.05)，與穗數(shù)呈較顯著正相關(guān)(P<0.1)。這表明隨著灌溉量的增加，水分利用效率明顯下降，而土壤含水量和棵間蒸發(fā)所占比例都有明顯上升，產(chǎn)量上升明顯，同時會增加冬小麥穗數(shù)并減小千粒重，這與賈殿勇等[20]的研究結(jié)果一致。

3 結(jié) 論

1) 秸稈覆蓋可以有效減少棵間蒸發(fā)量，而滴灌條件下灌水量差異對E的影響不明顯。較大降水量情況下覆蓋處理E反而變化更劇烈，原因可能是與秸稈本身孔隙度較大，隨天氣放晴蒸發(fā)更快從而拉動土壤蒸發(fā)。

2) 對土壤含水率而言，灌水量過低時，秸稈覆蓋對灌溉水有明顯的截留作用，0～20 cm土壤含水率反而會低于未覆蓋處理，當(dāng)灌水量超過一定數(shù)額后，秸稈覆蓋的保墑作用則更加顯著。整體上秸稈覆蓋有助于增大土壤含水率。隨著土層的加深，土壤含水率波動減緩。

3) 秸稈覆蓋在低、中灌水量處理下，降溫作用明顯。在應(yīng)對較大降雨造成的土壤溫度驟降時，秸稈覆蓋處理的波動幅度均小于未覆蓋處理。

4) 整個觀測期E/ET經(jīng)歷由大變小再變大的過程，與LAI波動呈相反趨勢。滴灌E/ET整體低于華北地區(qū)傳統(tǒng)灌溉的E/ET(26%～33%)[21-22]，秸稈覆蓋下的E/ET均有減少。LAI變化整體上覆蓋處理大于未覆蓋處理。

5) 秸稈覆蓋提升了滴灌冬小麥的千粒重，而低灌水量明顯使產(chǎn)量降低。未覆蓋處理水分利用效率與灌水定額呈高度負(fù)相關(guān)，覆蓋處理土壤水分利用效率隨灌水定額而先增大后減小。整體上看，中灌水量覆蓋處理(D3)產(chǎn)量和水分利用效率均表現(xiàn)較優(yōu)，適合在該地區(qū)推廣。

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Effects of straw mulching and irrigation amount on soil moisture of winter wheat under drip irrigation in North China Plain

SHI Jia-liang, WANG Xiu-ru, CUI Wei-jie, HU Shu-dong

(CollegeofSoilandWaterConservation,BeijingForestryUniversity,Beijing100083,China)

This study explored the effects of straw mulching and irrigation amount on soil moisture of winter wheat in the North China Plain in 2014 and 2015. Evaporation (E), soil moisture content of different soil layers (θ), soil surface temperature (Tc), leaf area index and yield were investigated under six treatments, including low irrigation with straw mulching (D1), low irrigation without straw mulching (D2), medium irrigation with straw mulching (D3), medium irrigation without straw mulching (D4), high irrigation with straw mulching (D5), and high irrigation without straw mulching (D6). The result showed thatEof wet zone was generally larger by an average of 16.45mm than that of dry zone, the changes of the dry zoneEexhibited more greatly after heavy raining. The averageEof each growth period was reduced by straw mulching treatments when compared to non-mulching treatments, with the reduction of 20.45%, 24.77% and 19.14% under low, middle and high irrigation amounts, respectively, while the changes ofEunder mulching treatments presented more vigorous intense after heavy raining. The irrigation amounts had no significant effects onE. Straw mulching exhibited a significant interception effect on the irrigation water under low irrigation amount, and preserved soil moisture as irrigation amount rose. Throughout the observation period,E/ETdecreased first and increased later, and was significantly affected by irrigation amount, with the averageE/ETvalues being 29.71%, 25.64% and 21.38% for D1, D3 and D5, respectively. Compared to non-mulching treatments, the averageE/ETof straw mulching treatments were decreased by 8.93%, 3.01% and 0.44% under D1, D2 and D3, respectively. Water use efficiency was generally higher under straw mulching treatments relative to non-mulching treatments, and a negative correlation was observed betweenWUEand irrigation amounts. In summary, the D3 treatment (middle irrigation, straw mulching) was most suitable for drip irrigation of winter wheat in local area due to the better performance of yield andWUE.

winter wheat; drip irrigation; straw mulching; soil evaporation; soil moisture; water use efficiency

1000-7601(2017)04-0115-09

10.7606/j.issn.1000-7601.2017.04.18

2016-05-20

水利部公益性行業(yè)科研專項(201401001)

史佳良(1990—)，男，河南洛陽人，碩士研究生，研究方向為水土保持和節(jié)水灌溉。E-mail:sjl20101208@foxmail.com。

王秀茹(1957—)，女，河北保定人，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事農(nóng)田水利、水土保持等研究。E-mail:wang-xr@163.com。

S275.6；S152.7

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