论文部分内容阅读
摘要 为准确掌握限水条件下冬小麦高产高效的灌溉制度，分析比较了2019—2020年（枯水年）冬小麦不同灌溉量处理（127、172、217、262、315 mm）对土壤水分含量、作物产量构成因素指标及水分利用效率等指标的影响。结果表明，随着灌溉量的增加，冬小麦产量构成因素千粒重、穗粒数、穗数变化趋势较一致，均为先增加后减少。当灌水量为127～217 mm时，随着灌水量的增加，千粒重、穗粒数、穗数显著增加;当灌水量为217～315 mm时，随着灌水量的增加，千粒重、穗粒数、穗数呈缓慢减少的趋势，但差异不显著。当小麦生育期灌水量217 mm、春季关键期3次灌水、每次灌水60 mm时，冬小麦产量和水分利用效率达到最高，分别为8 396.72 kg/hm2和19.19 kg/（hm2·mm）。
关键词 冬小麦;灌水量;产量;水分利用效率
中图分类号 S-512.1+1 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2021）11-0051-02
doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.11.013
开放科学（资源服务）标识码（OSID）：
Effects of Irrigation Amount on the Yield and Water Use Efficiency of Winter Wheat
SHI Xue-ping， LIU Yi-ming， WANG Jiu-ming et al
（National Engineering Research Center for Semi-Arid Agriculture， Shijiazhuang， Hebei 050011）
Abstract To accurately find out high-yield and high-efficiency irrigation system under water-limited condition in winter wheat， we compared the effects of five different irrigation amounts （127， 172， 217， 262， 315 mm）in 2019-2020 year on soil moisture content， crop yield component factors and water use efficiency. Results showed that with the increase of irrigation amount， yield component factors of 1 000-grain weight，grains per spike and ear number all increased firstly and then decreased. When irrigation amount was 127-217 mm， the 1 000-grain weight，grains per spike and ear number enhanced significantly. When irrigation amount was 217-315 mm， the 1 000-grain weight，grains per spike and ear number decreased slowly， but there were no significant differences. Under the conditions of 217 mm irrigation amount at growth period， 3 irrigation times at spring key period and 60 mm for each irrigation， the yield and water use efficiency of winter wheat reached the maximum values， which were 8 396.72 kg/hm2 and 19.19 kg/（hm2·mm）， respectively.
Key words Winter wheat;Irrigation amount;Yield;Water use efficiency
河北省屬于资源匮乏、地下水超采严重省份。地下水超采量和超采面积均为全国的1/3，是全国最大的地下水漏斗区。水资源总量从1980年的236亿m3下降到2018年的157亿m3[1]。河北省是小麦主产省份之一，小麦种植面积占河北省的40%以上[2]。但由于自然降雨分布不均，高耗水作物小麦生产主要依靠地下水灌溉。水资源缺乏是限制该区域小麦生产的重要因素。科研工作者在如何合理利用有限的农业水资源来实现小麦生产节水、稳产，提高小麦水分利用效率和灌溉水利用效率方面上做了大量的研究[3-7]。鉴于此，通过土壤水分和作物生长发育状况的原位观测，笔者分析比较了小麦在不同限水量下的产量构成因素、作物产量及水分利用效率等指标，揭示不同限水量对小麦产量、水分利用效率的影响规律，旨在为河北省制定冬小麦节水高产的灌
溉制度提供试验依据。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验在河北省石家庄市国家半干旱农业工程技术研究中心鹿泉综合试验基地进行。试验田土壤类型为砂壤土。播种前试验田0～20 cm土层土壤含有机质104 g/kg，碱解氮76.48 mg/kg，速效磷8.67 mg/kg，速效钾10550 mg/kg。
1.2 试验材料
试验采用小麦品种为邢麦13号，适宜在冀中南高水肥地块种植。 1.3 试验设计
地面全塑软带快接喷灌系统，该系统工作压力在0.2～0.3 MPa，喷射距离8 m，适用于各种地块形式，而且操作简单方便、便于拆卸，喷带之间的间距大，不影响耕作。通过地面全塑软带快接喷灌进行试验，漫灌为对照。试验共设5个处理，具体试验方案见表1。
1.4 测定项目与方法
1.4.1
土壤含水量的测定。沿全塑软带在喷头正下方布设采样点，各测点距离2 m。用土钻取 0～200 cm土层的土，每20 cm 为1层，样品取后立即装入铝盒，110 ℃烘干至恒重，计算土壤含水量。计算公式为SWC=（M1-M2）/M2×100%。
1.4.2 农田耗水量的计算。采用测定土壤含水量来计算作物耗水量的方法，耗水量的计算公式为ET1-2=10ΣγiHi（θi1-θi2）+M+P0+K，（i=1，2，……，n）。式中，ET1-2为阶段耗水量;i为土层编号;n为总土层数;γi为第i层土壤干容重;Hi为第i层土壤厚度;θi1和θi2分别为第i层土壤时段初和时段末的含水量，以占干土重的百分数计;M为该时段内的灌水量;P0为该有效降水量;K为该时段内的地下水补给量，由于试验地区地下水埋深大于15 m，因此计算中K值可以不计。
1.4.3 水分利用率的计算。水分利用率的计算公式为WUE=Y/ETα。式中，WUE 为水分利用率，Y为籽粒产量，ETα为小麦生育期间耗水量。
1.5 数据分析
采用SPSS 17.0软件进行方差分析和显著性测验;采用LSD法进行多重比较。
2 结果与分析
2.1 不同处理对冬小麦及产量构成因素的影响
由表2可知，随着灌水量的增加，千粒重呈先增加再减少的趋势，各处理千粒重由大到小的顺序依次为T3处理>T4处理>CK>T2处理>T1处理。其中，T3、T4处理的千粒重比对照漫灌处理分别提高3.19%、0.92%。方差分析显示，当灌水量在127～217 mm时，千粒重随着灌水量的增加有显著差异;当灌水量在217～315 mm时，千粒重随灌水量增加而减少，但无显著差异。
穗数整体上随着灌水量的增加而增加，各处理穗数由高到低依次为CK>T4处理>T3处理>T2处理>T1处理。其中，对照漫灌处理穗数最高。穗数是由生育前期的分蘖数目及后期水肥、密度等原因决定，在冬小麦生育期保证一定灌水量增加有利于小麦分蘖的增加[8]。随着灌水量的增加，T1、T2、T3处理的穗数变化显著;但随着灌水量的继续增加，T3、T4、CK处理的穗数虽然增加但差异不显著。
穗粒数随着灌水量的增加呈先增加后减少的趋势，各处理穗粒数由高到低依次为T3处理>T4处理>CK>T2处理>T1处理。其中，T3处理的穗粒数高于漫灌处理6.59%，两者差异不显著。与T1处理相比，T3处理的每穗粒数增加3962%，两者差异显著，说明随着灌水量的增加，冬小麦穗粒数先增加，至平缓后又呈降低的趋势。
2.2 不同处理对冬小麦水分利用效率的影响
由表3可知，冬小麦整个生育期各处理耗水总量从大到小依次为CK>T4处理>T3处理>T2处理>T1处理。其中，T3处理总耗水量达到437.45 mm，比对照漫灌处理低73.70 mm;T1、T2、T4处理总耗水量分别为379.64、404.92、474.33 mm，比对照分别低131.51、106.23、36.82 mm。这说明随着灌溉量的增加，土壤浅层含水量较高，促进小麦根系生长，作物整个生育期总消耗水增加。
从表3可以看出，随着灌水量的增加，T1、T2、T3处理的产量依次提高，其中T3处理产量达到最高。T1、T2、T3处理的冬小麦产量分别为5 641.54、7 433.54、8 396.72 kg/hm2。之后随着灌水量的增加，T3处理、T4处理和CK冬小麦产量反而减少。方差分析显示，T3处理的产量显著高于CK，这与张喜英等[9]的研究结果一致，他们指出在一定范围内增加冬小麦的灌水量具有增产作用，但灌水量过多会导致籽粒产量显著降低。
各处理的水分利用效率从大到小依次为T3处理>T2处理>T4处理>CK>T1处理，因此4种节水处理水分利用效率均高于对照漫灌处理。其中，T3处理水分利用效率最高，高于对照28.88%，T2、T4处理分别高于对照20.01%、15.51%。
3 结论与讨论
该研究在河北省山前平原进行，该地区冬小麦全生育期耗水量为450 mm左右[10-11]，冬小麦生育期降水量为 60～150 mm[12]，不能满足生长发育需求，大水漫灌不仅造成水资源浪费，而且降低产量和水分利用效率。调控冬小麦生育关
键期灌水量并不断促进或抑制小麦的生长发育，是降低小麦生育期耗水和提高水分利用效率的有效方法。冬小麦生育期间（2019年10月—2020月6月）降雨87.58 mm，为枯水年[13]。随着灌溉量增加，冬小麦产量构成因素千粒重、穗粒数、穗数变化影响趋势较一致，均先增加后减少。当灌水量为127～217 mm时，随着灌水量的增加，千粒重、穗粒数、穗数增加且差异显著，但灌水量为217～315 mm时，随着灌水量的增加，千粒重、穗粒数、穗数缓慢减少，但差异不显著。从产量和水分利用效率来看，整个生育期灌水量在217 mm时，产量最高，达到8 396.72 kg/hm2;水分利用效率也达到最高，为1919 kg/（hm2·mm），相比其他处理实现了冬小麦的高产和高效生产。因此，该试验结果主要反映了该地区干旱年份小麦产量、水分利用效率随灌水量的變化规律。水分作为小麦高产的基本保证之一，大量的水分进入田间如不能被小麦充分吸收利用，反而会增大水分蒸发，从而降低灌溉水分的利用效率。 参考文献
[1] 河北省水利厅.2018年河北省水资源公报[R].石家庄，2018.
[2] 马俊永，李科江，曹彩云，等.河北低平原春季不同灌溉量对小麦产量的影响趋势研究[J].河北农业科学，2008，12（3）：13-15，18.
[3] 余四平，冯伟森，袁灵红，等.灌水次数对旱地小麦产量及品质的影响[J].山西农业科学，2015，43（3）：283-286，292.
[4] 冯诚，代俊峰，方小宇，等.不同水分处理条件下小麦需水规律研究[J].节水灌溉，2017（3）：18-20.
[5] 杜娟娟，李粉婵，王仰仁.限水灌溉下冬小麦最佳灌溉施肥制度研究[J].节水灌溉，2017（12）：17-21.
[6] ZHANG X Y，CHEN S Y，SUN H Y，et al.Dry matter，harvest index，grain yield and water use efficiency as affected by water supply in winter wheat[J].Irrigation science，2008，27（1）：1-10.
[7] 热合木·亚合亚，马合木江·艾合买提，叶尔宝拉提·阿帕克，等.不同灌溉定额对滴灌小麦产量的影响[J].安徽农业科学，2020，48（23）：241-243，262.
[8] 郭增江，于振文，石玉，等.不同土层测墒补灌对小麦旗叶光合特性和干物质积累与分配的影响[J].作物学报，2014，40（4）：731-738.
[9] ZHANG X Y，PEI D，HU C S.Conserving groundwater for irrigation in the North China Plain[J].Irrigation science，2003，21（4）：159-166.
[10] 王淑芬，张喜英，裴冬.不同供水条件对冬小麦根系分布、产量及水分利用效率的影响[J].农业工程学报，2006，22（2）：27-32.
[11] LIU C M，ZHANG X Y，ZHANG Y Q.Determination of daily evaporation and evapotranspiration of winter wheat and maize by large-scale weighing lysimeter and micro-lysimeter[J].Agricultural and forest meteorology，2002，111（2）：109-120.
[12] 董志强，张丽华，李谦，等.微喷灌模式下冬小麦产量和水分利用特性[J].作物学报，2016，42（5）：725-733.
[13] 闫鹏，陈源泉，张学鹏，等.河北低平原区春玉米一熟替代麦玉两熟制的水生态与粮食安全分析[J].中國生态农业学报，2016，24（11）：1491-1499.
关键词 冬小麦;灌水量;产量;水分利用效率
中图分类号 S-512.1+1 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2021）11-0051-02
doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.11.013
开放科学（资源服务）标识码（OSID）：
Effects of Irrigation Amount on the Yield and Water Use Efficiency of Winter Wheat
SHI Xue-ping， LIU Yi-ming， WANG Jiu-ming et al
（National Engineering Research Center for Semi-Arid Agriculture， Shijiazhuang， Hebei 050011）
Abstract To accurately find out high-yield and high-efficiency irrigation system under water-limited condition in winter wheat， we compared the effects of five different irrigation amounts （127， 172， 217， 262， 315 mm）in 2019-2020 year on soil moisture content， crop yield component factors and water use efficiency. Results showed that with the increase of irrigation amount， yield component factors of 1 000-grain weight，grains per spike and ear number all increased firstly and then decreased. When irrigation amount was 127-217 mm， the 1 000-grain weight，grains per spike and ear number enhanced significantly. When irrigation amount was 217-315 mm， the 1 000-grain weight，grains per spike and ear number decreased slowly， but there were no significant differences. Under the conditions of 217 mm irrigation amount at growth period， 3 irrigation times at spring key period and 60 mm for each irrigation， the yield and water use efficiency of winter wheat reached the maximum values， which were 8 396.72 kg/hm2 and 19.19 kg/（hm2·mm）， respectively.
Key words Winter wheat;Irrigation amount;Yield;Water use efficiency
河北省屬于资源匮乏、地下水超采严重省份。地下水超采量和超采面积均为全国的1/3，是全国最大的地下水漏斗区。水资源总量从1980年的236亿m3下降到2018年的157亿m3[1]。河北省是小麦主产省份之一，小麦种植面积占河北省的40%以上[2]。但由于自然降雨分布不均，高耗水作物小麦生产主要依靠地下水灌溉。水资源缺乏是限制该区域小麦生产的重要因素。科研工作者在如何合理利用有限的农业水资源来实现小麦生产节水、稳产，提高小麦水分利用效率和灌溉水利用效率方面上做了大量的研究[3-7]。鉴于此，通过土壤水分和作物生长发育状况的原位观测，笔者分析比较了小麦在不同限水量下的产量构成因素、作物产量及水分利用效率等指标，揭示不同限水量对小麦产量、水分利用效率的影响规律，旨在为河北省制定冬小麦节水高产的灌
溉制度提供试验依据。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验在河北省石家庄市国家半干旱农业工程技术研究中心鹿泉综合试验基地进行。试验田土壤类型为砂壤土。播种前试验田0～20 cm土层土壤含有机质104 g/kg，碱解氮76.48 mg/kg，速效磷8.67 mg/kg，速效钾10550 mg/kg。
1.2 试验材料
试验采用小麦品种为邢麦13号，适宜在冀中南高水肥地块种植。 1.3 试验设计
地面全塑软带快接喷灌系统，该系统工作压力在0.2～0.3 MPa，喷射距离8 m，适用于各种地块形式，而且操作简单方便、便于拆卸，喷带之间的间距大，不影响耕作。通过地面全塑软带快接喷灌进行试验，漫灌为对照。试验共设5个处理，具体试验方案见表1。
1.4 测定项目与方法
1.4.1
土壤含水量的测定。沿全塑软带在喷头正下方布设采样点，各测点距离2 m。用土钻取 0～200 cm土层的土，每20 cm 为1层，样品取后立即装入铝盒，110 ℃烘干至恒重，计算土壤含水量。计算公式为SWC=（M1-M2）/M2×100%。
1.4.2 农田耗水量的计算。采用测定土壤含水量来计算作物耗水量的方法，耗水量的计算公式为ET1-2=10ΣγiHi（θi1-θi2）+M+P0+K，（i=1，2，……，n）。式中，ET1-2为阶段耗水量;i为土层编号;n为总土层数;γi为第i层土壤干容重;Hi为第i层土壤厚度;θi1和θi2分别为第i层土壤时段初和时段末的含水量，以占干土重的百分数计;M为该时段内的灌水量;P0为该有效降水量;K为该时段内的地下水补给量，由于试验地区地下水埋深大于15 m，因此计算中K值可以不计。
1.4.3 水分利用率的计算。水分利用率的计算公式为WUE=Y/ETα。式中，WUE 为水分利用率，Y为籽粒产量，ETα为小麦生育期间耗水量。
1.5 数据分析
采用SPSS 17.0软件进行方差分析和显著性测验;采用LSD法进行多重比较。
2 结果与分析
2.1 不同处理对冬小麦及产量构成因素的影响
由表2可知，随着灌水量的增加，千粒重呈先增加再减少的趋势，各处理千粒重由大到小的顺序依次为T3处理>T4处理>CK>T2处理>T1处理。其中，T3、T4处理的千粒重比对照漫灌处理分别提高3.19%、0.92%。方差分析显示，当灌水量在127～217 mm时，千粒重随着灌水量的增加有显著差异;当灌水量在217～315 mm时，千粒重随灌水量增加而减少，但无显著差异。
穗数整体上随着灌水量的增加而增加，各处理穗数由高到低依次为CK>T4处理>T3处理>T2处理>T1处理。其中，对照漫灌处理穗数最高。穗数是由生育前期的分蘖数目及后期水肥、密度等原因决定，在冬小麦生育期保证一定灌水量增加有利于小麦分蘖的增加[8]。随着灌水量的增加，T1、T2、T3处理的穗数变化显著;但随着灌水量的继续增加，T3、T4、CK处理的穗数虽然增加但差异不显著。
穗粒数随着灌水量的增加呈先增加后减少的趋势，各处理穗粒数由高到低依次为T3处理>T4处理>CK>T2处理>T1处理。其中，T3处理的穗粒数高于漫灌处理6.59%，两者差异不显著。与T1处理相比，T3处理的每穗粒数增加3962%，两者差异显著，说明随着灌水量的增加，冬小麦穗粒数先增加，至平缓后又呈降低的趋势。
2.2 不同处理对冬小麦水分利用效率的影响
由表3可知，冬小麦整个生育期各处理耗水总量从大到小依次为CK>T4处理>T3处理>T2处理>T1处理。其中，T3处理总耗水量达到437.45 mm，比对照漫灌处理低73.70 mm;T1、T2、T4处理总耗水量分别为379.64、404.92、474.33 mm，比对照分别低131.51、106.23、36.82 mm。这说明随着灌溉量的增加，土壤浅层含水量较高，促进小麦根系生长，作物整个生育期总消耗水增加。
从表3可以看出，随着灌水量的增加，T1、T2、T3处理的产量依次提高，其中T3处理产量达到最高。T1、T2、T3处理的冬小麦产量分别为5 641.54、7 433.54、8 396.72 kg/hm2。之后随着灌水量的增加，T3处理、T4处理和CK冬小麦产量反而减少。方差分析显示，T3处理的产量显著高于CK，这与张喜英等[9]的研究结果一致，他们指出在一定范围内增加冬小麦的灌水量具有增产作用，但灌水量过多会导致籽粒产量显著降低。
各处理的水分利用效率从大到小依次为T3处理>T2处理>T4处理>CK>T1处理，因此4种节水处理水分利用效率均高于对照漫灌处理。其中，T3处理水分利用效率最高，高于对照28.88%，T2、T4处理分别高于对照20.01%、15.51%。
3 结论与讨论
该研究在河北省山前平原进行，该地区冬小麦全生育期耗水量为450 mm左右[10-11]，冬小麦生育期降水量为 60～150 mm[12]，不能满足生长发育需求，大水漫灌不仅造成水资源浪费，而且降低产量和水分利用效率。调控冬小麦生育关
键期灌水量并不断促进或抑制小麦的生长发育，是降低小麦生育期耗水和提高水分利用效率的有效方法。冬小麦生育期间（2019年10月—2020月6月）降雨87.58 mm，为枯水年[13]。随着灌溉量增加，冬小麦产量构成因素千粒重、穗粒数、穗数变化影响趋势较一致，均先增加后减少。当灌水量为127～217 mm时，随着灌水量的增加，千粒重、穗粒数、穗数增加且差异显著，但灌水量为217～315 mm时，随着灌水量的增加，千粒重、穗粒数、穗数缓慢减少，但差异不显著。从产量和水分利用效率来看，整个生育期灌水量在217 mm时，产量最高，达到8 396.72 kg/hm2;水分利用效率也达到最高，为1919 kg/（hm2·mm），相比其他处理实现了冬小麦的高产和高效生产。因此，该试验结果主要反映了该地区干旱年份小麦产量、水分利用效率随灌水量的變化规律。水分作为小麦高产的基本保证之一，大量的水分进入田间如不能被小麦充分吸收利用，反而会增大水分蒸发，从而降低灌溉水分的利用效率。 参考文献
[1] 河北省水利厅.2018年河北省水资源公报[R].石家庄，2018.
[2] 马俊永，李科江，曹彩云，等.河北低平原春季不同灌溉量对小麦产量的影响趋势研究[J].河北农业科学，2008，12（3）：13-15，18.
[3] 余四平，冯伟森，袁灵红，等.灌水次数对旱地小麦产量及品质的影响[J].山西农业科学，2015，43（3）：283-286，292.
[4] 冯诚，代俊峰，方小宇，等.不同水分处理条件下小麦需水规律研究[J].节水灌溉，2017（3）：18-20.
[5] 杜娟娟，李粉婵，王仰仁.限水灌溉下冬小麦最佳灌溉施肥制度研究[J].节水灌溉，2017（12）：17-21.
[6] ZHANG X Y，CHEN S Y，SUN H Y，et al.Dry matter，harvest index，grain yield and water use efficiency as affected by water supply in winter wheat[J].Irrigation science，2008，27（1）：1-10.
[7] 热合木·亚合亚，马合木江·艾合买提，叶尔宝拉提·阿帕克，等.不同灌溉定额对滴灌小麦产量的影响[J].安徽农业科学，2020，48（23）：241-243，262.
[8] 郭增江，于振文，石玉，等.不同土层测墒补灌对小麦旗叶光合特性和干物质积累与分配的影响[J].作物学报，2014，40（4）：731-738.
[9] ZHANG X Y，PEI D，HU C S.Conserving groundwater for irrigation in the North China Plain[J].Irrigation science，2003，21（4）：159-166.
[10] 王淑芬，张喜英，裴冬.不同供水条件对冬小麦根系分布、产量及水分利用效率的影响[J].农业工程学报，2006，22（2）：27-32.
[11] LIU C M，ZHANG X Y，ZHANG Y Q.Determination of daily evaporation and evapotranspiration of winter wheat and maize by large-scale weighing lysimeter and micro-lysimeter[J].Agricultural and forest meteorology，2002，111（2）：109-120.
[12] 董志强，张丽华，李谦，等.微喷灌模式下冬小麦产量和水分利用特性[J].作物学报，2016，42（5）：725-733.
[13] 闫鹏，陈源泉，张学鹏，等.河北低平原区春玉米一熟替代麦玉两熟制的水生态与粮食安全分析[J].中國生态农业学报，2016，24（11）：1491-1499.