微噴帶補(bǔ)灌對冬小麥耗水特性和產(chǎn)量的影響

徐學(xué)欣，王 東，谷淑波

(1.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)/作物生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/農(nóng)業(yè)部作物生理生態(tài)與耕作重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東泰安 271018; 2.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)，北京 100193)

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微噴帶補(bǔ)灌對冬小麥耗水特性和產(chǎn)量的影響

徐學(xué)欣1，2，王 東1，谷淑波1

(1.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)/作物生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/農(nóng)業(yè)部作物生理生態(tài)與耕作重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東泰安 271018; 2.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)，北京 100193)

摘要：為給適于麥田精量灌溉的新型灌溉設(shè)施和方法的研發(fā)提供理論依據(jù)，于2011-2013年冬小麥生長季，選用高產(chǎn)冬小麥品種濟(jì)麥22為材料，以全生育期不灌水處理和傳統(tǒng)畦灌處理為對照，設(shè)置6個(gè)不同帶寬(60、80、100 mm)和孔徑(1.0和0.8 mm)配置的微噴帶補(bǔ)灌處理，研究了微噴補(bǔ)灌對冬小麥耗水特性和產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，在60～100 mm帶寬范圍內(nèi)適當(dāng)增大微噴帶帶寬，或在80 mm帶寬下增加內(nèi)噴孔孔徑均可顯著提高灌溉水分布均勻系數(shù)。帶寬80 mm、內(nèi)噴孔孔徑1.0 mm配置的微噴帶灌溉處理(T80/1.0)下小麥拔節(jié)期至開花期對80～200 cm土層貯水的消耗量低于其他處理，對0～40 cm土層貯水的消耗量亦較低，其開花期補(bǔ)灌水量、全生育期總灌水量和總耗水量均低于其他微噴帶灌溉處理。T80/1.0處理籽粒產(chǎn)量、水分利用效率及灌溉效益均顯著高于帶寬為60 mm的處理及內(nèi)噴孔孔徑為0.8 mm、帶寬為80 mm和100 mm的處理；T80/1.0處理與傳統(tǒng)畦灌處理相比，灌水均勻度和籽粒產(chǎn)量均無顯著差異，但全生育期總灌水量減少33.2～70.8 mm，總耗水量減少47.6～52.2 mm，水分利用效率提高2.1～2.9 kg·hm-2·mm-1。說明小麥生育中后期采用帶寬80 mm、內(nèi)噴孔孔徑1.0 mm配置的微噴帶進(jìn)行按需補(bǔ)灌，有明顯的節(jié)水高產(chǎn)效果。

關(guān)鍵詞：微噴灌；帶寬；孔徑；冬小麥；耗水特性；籽粒產(chǎn)量

我國農(nóng)業(yè)用水占總用水量的70.4%[1]，農(nóng)田灌溉面積的97%為地面灌溉，其中畦灌灌水量難以控制，往往造成灌水過多，灌溉水分布不均，灌溉水利用系數(shù)僅有40%左右[2]。如何改進(jìn)灌溉技術(shù)，提高灌溉水利用效率是當(dāng)前該地區(qū)小麥生產(chǎn)亟需解決的問題。

與常規(guī)畦灌相比，噴灌和滴灌能有效控制每次灌水定額，灌水量顯著減少，而小麥產(chǎn)量、水分利用效率和灌溉水利用效率顯著提高[3-4]。微噴帶灌溉是一種新型灌溉方式，它利用微噴帶[5]將水均勻地噴灑在田間，不僅可以精確控制每次灌水量[6-8]，而且設(shè)施簡單、廉價(jià)[9-10]。生產(chǎn)中常用的微噴帶噴射角(噴射水流線在噴孔處的切線與水平面的夾角)均在40°左右[10]，噴孔孔徑為0.5～1.2 mm[11-12]。由于小麥屬密植小行距作物，生育中后期采用傳統(tǒng)的微噴帶灌溉，噴出的水流會(huì)被密集的莖稈和葉片阻擋，射程和噴灑寬度大幅下降，噴水均勻度嚴(yán)重降低。適當(dāng)增大噴射角可顯著提高灌水均勻度和水分利用效率[8,10]。適當(dāng)增大噴孔孔徑可以提高微噴帶的抗堵塞性能，增加水柱的沖力，并能保證灌溉水以微噴的形式進(jìn)行[12]。微噴帶帶寬對灌溉水分布均勻度亦有顯著影響[13]，但前人對微噴帶帶寬、噴孔孔徑的研究多是在裸露或植被覆蓋度較小的條件下進(jìn)行的[10-13]，而在小麥生育中后期，植被覆蓋度較大的條件下采用不同帶寬和噴孔孔徑配置的微噴帶灌溉，對麥田土壤水分分布及小麥產(chǎn)量影響的研究鮮有報(bào)道。本課題前期已探明適于小麥生育中后期麥田灌溉的微噴帶噴射角為80°～88°[8]，并在田間條件下研究了依據(jù)灌水定額公式[14-15]計(jì)算灌水量進(jìn)行麥田精確補(bǔ)灌的方法。本研究在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了6種帶寬和噴孔孔徑配置不同的微噴帶，探索拔節(jié)期和開花期微噴補(bǔ)灌對土壤水分布及冬小麥耗水特性和籽粒產(chǎn)量的影響，以期為研發(fā)適于麥田精量灌溉的新型灌溉設(shè)施和方法提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1研究區(qū)概況

試驗(yàn)于2011-2013年冬小麥生長季，在山東省兗州市小孟鎮(zhèn)史家王子村(35.41°N，116.41°E)大田進(jìn)行，該區(qū)屬半濕潤暖溫帶氣候,年均溫13.6 ℃,年降水量621.2 mm。試驗(yàn)田坡度為0.218%，供試品種為高產(chǎn)冬小麥品種濟(jì)麥22。播種前試驗(yàn)地0～20 cm土層土壤養(yǎng)分狀況和小麥生育期降水量見表1，0～200 cm 各土層土壤容重和土壤水分狀況見表2。0～80 cm和120 ～200 cm土壤質(zhì)地為粉壤土，80～120 cm土壤質(zhì)地為粉土。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置全生育期不灌水處理(T0)、傳統(tǒng)畦灌處理(T1)及6個(gè)不同帶寬和噴孔孔徑配置的微噴帶灌溉處理(T60/0.8、T60/1.0、T80/0.8、T80/1.0、T100/0.8和T100/1.0)(表3)。微噴帶長均為60 m，如圖1和圖2所示，其上有171組噴孔，每組6個(gè)噴孔，以“/”型平行排列于微噴帶帶體一面，噴射角為80°～88°。其兩端噴孔(外噴孔)的孔徑均為1.2 mm，內(nèi)部的4個(gè)噴孔(內(nèi)噴孔)孔徑大小一致，設(shè)0.8、1.0 mm二個(gè)水平；微噴帶帶寬設(shè)60、80、100 mm三個(gè)水平。參照中華人民共和國農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)-農(nóng)業(yè)灌溉設(shè)備微噴帶(NY/T 1361-2007)的測定方法[5]，在無風(fēng)無作物覆蓋條件下，測定各參試微噴帶在額定工作壓力為0.02 MPa下的噴灑寬度和噴水均勻系數(shù)(表3)。各處理微噴帶沿小麥種植行向鋪設(shè)在行間，在小麥拔節(jié)期和開花期作物覆蓋條件下，每條參試微噴帶在額定工作壓力0.02 MPa下有效噴灑寬度均為1.6 m，灌溉左右各4行小麥。

表1　試驗(yàn)地 0～20 cm 土層土壤養(yǎng)分狀況及冬小麥生長季降水量

表2　試驗(yàn)地 0～200 cm 土層土壤容重及土壤水分含量

圖1　微噴帶噴水橫切面示意圖

1～6:噴孔　1-6:Orifices

處理Treatments工作壓力Workingpressure/MPa噴灑寬度Sprinklingwidth/m噴水均勻系數(shù)Sprinklingdistributionuniformity/%T60/0.80.022.379.8T60/1.00.022.175.2T80/0.80.022.682.7T80/1.00.022.985.8T100/0.80.022.783.6T100/1.00.022.984.0

本試驗(yàn)在小麥全生育期總計(jì)灌溉2次，灌水時(shí)間為拔節(jié)后8 d和開花后8 d。每次灌水前先測定0～140 cm土層土壤平均相對含水量，然后根據(jù)灌水定額公式計(jì)算需補(bǔ)充的灌水量，再用微噴帶進(jìn)行灌溉。各小區(qū)的微噴帶首端均裝有壓力表、水表和閘閥，用于控制工作壓力和灌水量。灌水定額計(jì)算公式[16-17]：CIR =100γbdDh(θt-θn)，式中：CIR(mm)為灌水量，γbd(g·cm-3)為土壤容重，Dh(cm)為灌水前土壤含水量的測定深度140 cm；θt(mg water·g-1dry soil)為目標(biāo)土壤含水量(田間持水量乘以目標(biāo)土壤相對含水量)；θn(mg water·g-1dry soil)為灌水前0～140 cm土層土壤平均含水量。2011-2012年度拔節(jié)期和開花期灌水后0～140 cm土層土壤目標(biāo)相對含水量分別設(shè)置為70%和70%，2012-2013年度則分別設(shè)置為70%和65%。傳統(tǒng)畦灌處理灌水時(shí)改口成數(shù)為90%，即當(dāng)水流前鋒到達(dá)畦長長度的90%位置時(shí)停止灌水，采用水表計(jì)量實(shí)際灌水量。

每處理3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列。各試驗(yàn)小區(qū)畦寬(左側(cè)畦梗中心線至右側(cè)畦梗中心線的垂直距離)2 m，畦面寬1.6 m，畦梗寬0.4 m，畦長60 m，面積120 m2。每小區(qū)等行距種植8行小麥，實(shí)際行距22.9 cm。小區(qū)間設(shè)1.0 m保護(hù)行，以防處理間水分側(cè)滲影響。

小麥播種前將前茬玉米秸稈全部粉碎翻壓還田。用尿素作氮肥，磷酸二銨作磷肥，氯化鉀作鉀肥。底施N 105 kg·hm-2、P2O5150 kg·hm-2和K2O 150 kg·hm-2，拔節(jié)期追施N 135 kg·hm-2。于2011年10月10日和2012年10月9日播種，3葉1心期定苗，留苗密度為180株·m-2，其他管理措施同一般高產(chǎn)田。

1.3測定項(xiàng)目與方法

1.3.1土壤含水量的測定

于小麥播種前、拔節(jié)期、開花期和成熟期，用土鉆每20 cm為一層采集0～200 cm土樣，置于鋁盒中，用烘干法測定土壤含水量(SWC)并計(jì)算土壤相對含水量(RSWC)。

SWC=(M1-M2)/M2×100%；RSWC=SWC/FMC×100%，式中M1為土壤鮮質(zhì)量(g)；M2為土壤干質(zhì)量(g)；FMC為田間持水量(%)。

在拔節(jié)期灌水后3 d、開花期灌水前1 d和灌水后3 d及成熟期取樣測定時(shí)，自畦首起，沿畦長方向在0～2 m、14～16 m、29～31 m、44～46 m、58～60 m處設(shè)取樣區(qū)，每次均在微噴帶右側(cè)的各行間取土，包括微噴帶所在的行間。各行間與微噴帶之間的距離分別為0 cm、23 cm、46 cm和69 cm。取樣時(shí)，每行間在各取樣區(qū)長度范圍內(nèi)隨機(jī)采集3個(gè)點(diǎn)，其平均值作為該行間在該取樣位置的數(shù)值。

1.3.2農(nóng)田耗水量的計(jì)算[18]

ET1-2=Si+M+P0+K

式中ET1-2為階段耗水量(mm)；M為階段內(nèi)的灌水量(mm)；P0為階段內(nèi)有效降水量(mm)；K為階段內(nèi)的地下水補(bǔ)給量(mm)，當(dāng)?shù)叵滤裆畲笥? m時(shí)，K值可以忽略不計(jì)，本試驗(yàn)的地下水埋深在5 m以下，故地下水補(bǔ)給量可視為0；Si為階段土壤貯水消耗量，其計(jì)算公式：

式中，i為土層編號(hào)；n為總土層數(shù)； γi為第i層土壤容重；Hi為第i層土壤厚度；θi1和θi2分別為階段初和階段末第i層的土壤含水量。

1.3.3灌溉水在土壤中水平分布均勻性的計(jì)算

灌溉水在土壤中的水平分布均勻性可采用克里斯琴森均勻系數(shù)Cμ表示[5]，計(jì)算公式：

1.3.4干物質(zhì)積累量的測定

于開花期和成熟期取樣，成熟期按葉片、莖稈+葉鞘、穎殼+穗軸、籽粒等器官取樣，并在70 ℃條件下，烘干至恒重，稱干物質(zhì)質(zhì)量，并計(jì)算收獲指數(shù)[19]。

1.3.5水分利用效率的計(jì)算

參照Sepaskhah等[20]和Karrou等[21]的方法，計(jì)算水分利用效率和效益：

水分利用效率=籽粒產(chǎn)量/農(nóng)田耗水量

土壤水利用效率=籽粒產(chǎn)量/土壤貯水消耗量

灌水利用效率=籽粒產(chǎn)量/灌水量

灌溉效益=(灌溉處理的產(chǎn)量-不灌溉處理的產(chǎn)量)/(灌溉處理的耗水量-不灌溉處理的耗水量)

1.3.6籽粒產(chǎn)量的測定

成熟期沿畦長方向，將各試驗(yàn)小區(qū)距畦首1～2m(I區(qū))、14.5～15.5m(II區(qū))、29.5～30.5m(III區(qū))、44.5～45.5m(IV區(qū))、58～59m(V區(qū))范圍(寬度均為2m)內(nèi)的小麥全部收獲脫粒，每小區(qū)總收獲面積為10m2，待籽粒自然風(fēng)干至含水率為12.5%時(shí)分別稱重，計(jì)算平均產(chǎn)量。

1.4數(shù)據(jù)處理

將每小區(qū)中60個(gè)取樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)平均，計(jì)算各小區(qū)的土壤貯水消耗量、農(nóng)田耗水量、耗水強(qiáng)度和耗水模系數(shù)，利用每個(gè)小區(qū)60個(gè)取樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)計(jì)算各小區(qū)的灌溉水分布均勻系數(shù)，然后利用各處理3個(gè)重復(fù)小區(qū)的數(shù)值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，比較不同處理間的差異。

用Excel2003對數(shù)據(jù)進(jìn)行繪圖，采用DPS7.05統(tǒng)計(jì)分析軟件對各處理數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析，用LSD法進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)(α=0.05)。

2結(jié)果與分析

2.1微噴帶補(bǔ)灌對小麥拔節(jié)期和開花期灌溉水分布均勻系數(shù)的影響

麥田0～40cm土層和0～200cm土層灌溉水分布均勻系數(shù)規(guī)律一致(表4)。同一孔徑設(shè)置條件下，微噴帶帶寬由60mm(T60/0.8和T60/1.0)增大至80mm(T80/0.8和T80/1.0)時(shí)，拔節(jié)期和開花期灌溉水分布均勻系數(shù)均顯著增加；60mm帶寬下，增大內(nèi)噴孔孔徑后，灌溉水分布均勻系數(shù)顯著降低，而80mm帶寬下，增大內(nèi)噴孔孔徑后，灌溉水分布均勻系數(shù)則顯著提高。帶寬增大至100mm，內(nèi)噴孔孔徑為0.8mm(T100/0.8)時(shí)，灌溉水分布均勻系數(shù)比T80/0.8處理有所提高，但仍低于T80/1.0處理。T100/1.0處理與T80/1.0處理之間無顯著差異。各種配置微噴帶在無作物覆蓋條件下的噴水均勻系數(shù)與其在小麥拔節(jié)期和開花期田間條件下噴灌后0～200cm土層土壤灌溉水分布均勻系數(shù)之間呈顯著正相關(guān)(2011-2012和2012-2013年拔節(jié)期R2分別為0.984**和0.983**，開花期R2分別為0.974**和0.976**，P<0.01，n=6)。T80/1.0處理與畦灌處理(T1)相比，兩年度均表現(xiàn)為，拔節(jié)期灌水后，0～40cm和0～200cm土層灌溉水分布均勻系數(shù)無顯著差異，但開花期灌水后，0～200cm土層灌溉水分布均勻系數(shù)顯著高，進(jìn)一步證明在小麥生育中后期以帶寬80mm、內(nèi)噴孔孔徑1.0mm配置的微噴帶灌溉可獲得較高的灌水均勻度。

表4　不同灌溉處理對小麥拔節(jié)期和開花期灌溉水分布均勻系數(shù)的影響

同一年度中，同列數(shù)字后不同字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。表5、表8和表9同

In each growing season,values with a column followed by different letters are significantly different at 0.05 level. The same as table 5,8 and 9

2.2微噴帶補(bǔ)灌對小麥灌水量和不同生育階段耗水量的影響

2011-2012年度，與帶寬為80 mm的各處理相比，帶寬為60 mm和100 mm的不同處理開花期灌水量、全生育期總灌水量和總耗水量均增加，T80/1.0處理開花期灌水量、全生育期總灌水量和總耗水量低于T80/0.8處理(表5)。小麥拔節(jié)期至開花期不同處理的階段耗水量表現(xiàn)為T0>T60/1.0>T60/0.8、T80/0.8>T100/0.8、T100/1.0>T80/1.0，開花期至成熟期不同處理的階段耗水量表現(xiàn)為T60/0.8、T60/1.0>T100/0.8、T100/1.0、T80/0.8>T80/1.0>T0。2012 -2013年度，與帶寬60 mm的處理相比，帶寬為80 mm和100 mm的處理開花期灌水量和總耗水量均減少；在帶寬為80 mm和100 mm的條件下，開花期灌水量、全生育期總灌水量和總耗水量均隨內(nèi)噴孔孔徑的增大而減小，T80/1.0和T100/1.0之間無顯著差異。小麥拔節(jié)期至開花期不同處理的階段耗水量表現(xiàn)為T60/1.0>T60/0.8>T80/0.8、T100/0.8>T80/1.0、T100/1.0>T0，開花期至成熟期不同處理的階段耗水量表現(xiàn)為T60/1.0>T60/0.8>T80/0.8、T100/0.8、T80/1.0>T100/1.0>T0。說明拔節(jié)期采用內(nèi)噴孔孔徑為1.0 mm、帶寬為80或100 mm的微噴帶灌溉減少了小麥拔節(jié)至開花階段的耗水量，使開花期的土壤含水量較高，這是其在開花期所需補(bǔ)灌水量和總灌水量較少的原因。畦灌(T1)處理拔節(jié)期和開花期灌水量以及拔節(jié)期至開花期和開花期至成熟期的耗水量均顯著高于T80/1.0處理，說明采用適宜的微噴帶補(bǔ)灌比傳統(tǒng)畦灌減少了灌水量，避免了小麥對水分的過多消耗。

表5　不同灌溉處理對冬小麥灌水量和不同生育階段耗水量的影響

2.3微噴帶補(bǔ)灌對小麥拔節(jié)期至開花期和開花期至成熟期土壤貯水消耗量的影響

拔節(jié)期至開花期，T0處理在2011-2012年度對0～60 cm和100～160 cm土層土壤貯水消耗量均大于其余處理，在2012-2013年度對0～200 cm土層貯水消耗量均大于其余處理(表6)，說明雨養(yǎng)條件下小麥對0～60 cm及深層土壤貯水的消耗量均較大。不同微噴灌處理之間比較，兩年度差異基本一致，T80/1.0處理對0～40 cm土層土壤貯水的消耗量與T100/1.0處理無顯著差異，總體低于其他灌水處理，對80～200 cm土層土壤貯水的消耗量亦低于其他灌水處理。說明T80/1.0和T100/1.0處理在拔節(jié)至開花階段對土壤貯水的消耗量較少。畦灌處理(T1)對0～160 cm土層土壤貯水的消耗量低于T80/1.0處理。

開花期至成熟期，2011-2012年度，T80/1.0處理對0～80 cm土層土壤貯水消耗量與T100/1.0處理無顯著差異，但顯著高于其他處理(表7)。2012-2013年度，T80/1.0處理對20～80 cm土層土壤貯水消耗量與T100/1.0處理無顯著差異，但顯著高于其他處理。兩年度，T80/1.0和T100/1.0處理在開花至成熟期對80～200 cm土層土壤貯水的消耗量均低于其他處理。畦灌(T1)處理對0～40 cm土層土壤貯水消耗量與T80/1.0處理無顯著差異，對40～200 cm土層土壤貯水消耗量顯著低于T80/1.0處理。說明畦灌處理促進(jìn)了小麥開花后對0～40 cm土層土壤貯水消耗量，拔節(jié)和開花期采用內(nèi)噴孔孔徑為1.0 mm、帶寬為80或100 mm的微噴帶灌溉，有利于小麥在開花至成熟期間充分利用80 cm以上土層的貯水，對深層土壤貯水的消耗量并不高。

表6　不同灌溉處理對小麥拔節(jié)期至開花期0～200 cm土層土壤貯水消耗量的影響

同一年度中,同行(同一土層)不同小寫字母表示處理間差異達(dá)顯著水平(P<0.05)。表7同

In each growing season,different small letters in the same line indicate significant difference at 0.05 level. The same as table 7

表7　不同灌溉處理對小麥開花期至成熟期0～200 cm土層土壤貯水消耗量的影響

2.4微噴帶補(bǔ)灌對小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素和收獲指數(shù)的影響

兩年產(chǎn)量結(jié)果基本一致，T0處理的穗數(shù)、千粒重、成熟期籽粒產(chǎn)量和營養(yǎng)器官生物量均顯著低于其他處理，而收獲指數(shù)則顯著高于其他處理(表8)。2011-2012年度，T80/1.0處理的穗數(shù)、籽粒產(chǎn)量和營養(yǎng)器官生物量與T100/1.0處理無顯著差異，但顯著高于T60/0.8、T60/1.0、T80/0.8和T100/0.8處理；千粒重與T100/0.8、T100/1.0處理無顯著差異，但顯著高于T60/0.8、T60/1.0和T80/0.8處理；穗粒數(shù)與T80/0.8、T100/0.8、T100/1.0處理無顯著差異，顯著高于T60/0.8和T60/1.0處理。2012-2013年度，T80/1.0處理穗數(shù)、穗粒數(shù)顯著高于T60/0.8、T60/1.0和T80/0.8處理，與T100/0.8和T100/1.0處理之間無顯著差異；其籽粒產(chǎn)量、營養(yǎng)器官生物量與T100/1.0處理無顯著差異，但顯著高于其余微噴灌處理；不同微噴帶灌溉處理間千粒重和收獲指數(shù)無顯著差異。畦灌(T1)處理兩年度的穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重、籽粒產(chǎn)量和營養(yǎng)器官生物量均與T80/1.0處理無顯著差異，但收獲指數(shù)顯著低于T80/1.0處理。說明傳統(tǒng)畦灌雖然增加了灌水量，但與適宜的微噴帶補(bǔ)灌處理相比，無益于產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的提高。小麥拔節(jié)期和開花期采用內(nèi)噴孔和外噴孔孔徑分別為1.0和1.2 mm、帶寬為80 mm的微噴帶灌溉，可顯著增加小麥穗數(shù)和穗粒數(shù)，實(shí)現(xiàn)了生物量和收獲指數(shù)同步提高，這是其獲得高產(chǎn)的主要原因。

2.5微噴帶補(bǔ)灌對小麥水分利用效率的影響

兩年水分利用效率結(jié)果基本一致(表9)。T0處理的土壤水利用效率顯著低于其他處理；T60/0.8和T60/1.0處理的水分利用效率、土壤水和灌水利用效率及灌溉效益均顯著低于T80/0.8、T80/1.0、T100/0.8和T100/1.0處理；T80/1.0和T100/1.0處理的水分利用效率和灌溉效益均高于T80/0.8和T100/0.8處理。T80/1.0處理兩年度的土壤水利用效率及2012-2013年度的灌溉水利用效率和灌溉效益均與T100/1.0處理無顯著差異，但2011-2012年度的灌溉水利用效率和灌溉效益顯著高于T100/1.0處理。說明采用帶寬80 mm、內(nèi)外噴孔孔徑分別為1.0和1.2 mm的微噴帶灌溉，可顯著促進(jìn)小麥對土壤水和灌溉水的有效利用。畦灌(T1)處理兩年度的水分利用效率、灌溉水利用效率和灌溉效益均顯著低于T80/1.0和T100/1.0處理，不利于節(jié)水。

2.6微噴帶補(bǔ)灌處理灌水均勻系數(shù)與小麥全生育期總耗水量、產(chǎn)量和水分利用效率的相關(guān)性

在兩個(gè)年度，微噴帶灌溉的灌水均勻系數(shù)與小麥全生育期總耗水量之間呈顯著負(fù)相關(guān)，灌水均勻系數(shù)與小麥籽粒產(chǎn)量和水分利用效率呈顯著正相關(guān)(表10)。說明提高拔節(jié)期和開花期灌水均勻系數(shù)可降低總耗水量，提高小麥籽粒產(chǎn)量和水分利用效率，是實(shí)現(xiàn)節(jié)水高產(chǎn)的重要途徑。

表8　不同灌溉處理對小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素和收獲指數(shù)的影響

表9　不同灌溉處理對小麥水分利用效率及灌溉效益的影響

“-”無灌水 “-”No irrigation

表10　不同微噴帶灌溉處理灌水均勻系數(shù)與小麥全生育期

**：P<0.01；n=12

3討 論

當(dāng)前生產(chǎn)中采用的灌水方式許多存在灌水不均勻的問題[22-24]，灌溉水在土壤空間分布的均勻性對作物養(yǎng)分吸收、水分利用和產(chǎn)量形成有重要影響[23,25]。提高灌溉水分布均勻度，可以減少灌水量，提高水分利用效率[6,8]。本試驗(yàn)采用帶寬和孔徑配置不同的微噴帶于拔節(jié)期和開花期灌溉，在60～100 mm帶寬范圍內(nèi)，適當(dāng)增大帶寬有利于灌水均勻系數(shù)的提高。劉煥芳[13]也得到了與之一致的研究結(jié)果。在帶寬和外噴孔孔徑相同的條件下，內(nèi)噴孔孔徑大小對灌水分布均勻度亦有顯著影響，表現(xiàn)為60 mm帶寬下，內(nèi)噴孔孔徑由0.8 mm增大至1.0 mm，灌溉水分布均勻系數(shù)顯著降低，而在80 mm和100 mm帶寬下，內(nèi)噴孔孔徑由0.8 mm增大至1.0 mm，灌溉水分布均勻系數(shù)則顯著提高，說明微噴帶帶寬與孔徑的耦合是影響灌溉水分布均勻性的重要因素。

小麥對土壤貯水的利用狀況取決于不同深度土層中根系的分布、吸水速率及土壤有效水含量[26-27]。冬小麥根系主要分布于0～40 cm土層，而淺中層(40～100 cm)土壤水分狀況對冬小麥生育中后期土壤水分消耗和籽粒灌漿具有重要作用[28-29]。上層土壤干旱雖然可以促使根系向下生長，加大對100 cm以下土層土壤水分的利用，但產(chǎn)量和水分利用效率卻顯著降低[8,10]。本試驗(yàn)中T60/0.8、T60/1.0、T80/0.8和T100/0.8處理在拔節(jié)期和開花期灌溉后，灌溉水在田間分布不均，對深層土壤貯水的消耗增加，而水分利用效率和籽粒產(chǎn)量并不高。適宜的微噴帶帶寬和孔徑配置通過提高灌溉水分布均勻系數(shù)和灌溉水利用效率，減少了小麥拔節(jié)至開花期對土壤貯水的消耗，其開花期灌水量亦降低，并在開花至成熟期充分利用80 cm以上土層土壤貯水，這是T80/1.0和T100/1.0處理開花期依據(jù)0～140 cm土層土壤含水量計(jì)算出的補(bǔ)灌水量較少，而產(chǎn)量和水分利用效率較高的主要原因。

灌水量過多或過少均不利于冬小麥產(chǎn)量和水分利用效率的提高，要獲得最佳產(chǎn)量和水分利用效率，需要確定適宜的灌水量[30-31]。宮飛等的研究表明，噴灌可以使灌溉水更多地在0～30 cm和0～60 cm土層富集，造成噴灌處理的土壤上層含水量較高，有利于根系對灌溉水的利用、吸收，從而對提高灌溉水分利用效率有積極作用。合理利用噴灌，可以在不減產(chǎn)甚至產(chǎn)量略有提高的基礎(chǔ)上，明顯提高農(nóng)田作物水分利用效率[32]。其他的研究結(jié)果也證明，噴灌和滴灌與畦灌相比，能夠減少灌水量，實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)，提高水分利用效率[33-35]。本試驗(yàn)中，各微噴帶灌溉處理的總灌水量均低于畦灌處理，但受帶寬和孔徑配置的影響，T60/0.8、T60/1.0和T80/0.8處理的產(chǎn)量并沒有超過畦灌處理，而以帶寬80 mm、內(nèi)外噴孔孔徑分別為1.0和1.2 mm的微噴帶灌溉(T80/1.0)處理產(chǎn)量和水分利用效率均較高，灌溉水利用效率和灌溉效益最高，這與其具有較高的灌水均勻系數(shù)有關(guān)。

4結(jié) 論

微噴帶帶寬與孔徑的耦合配置是影響灌溉水分布均勻性的重要因素。在60～100 mm帶寬范圍內(nèi)適當(dāng)增大帶寬，或在適宜的帶寬下適當(dāng)增加內(nèi)噴孔孔徑均有利于提高拔節(jié)期和開花期灌溉水分布均勻系數(shù)，進(jìn)而提高灌溉水利用效率，減少拔節(jié)至開花期對土壤貯水的消耗，提高水分利用效率。本試驗(yàn)條件下，噴射角范圍在80°～88°、帶長60 m、帶寬80 mm、內(nèi)噴孔孔徑1.0 mm、外噴孔孔徑1.2 mm的微噴帶管型設(shè)計(jì)適于小麥生育中后期灌溉，灌溉水分布均勻系數(shù)可達(dá)87.9%～94.3%，實(shí)現(xiàn)9 127.4～9 533.6 kg·hm-2的高產(chǎn)和21.6～23.2 kg·hm-2·mm-1的高水分利用效率。

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Effect of Supplemental Irrigation with Micro-sprinkling Hoses on Water Consumption Characteristics and Grain Yield of Winter Wheat

XU Xuexin1,2,WANG Dong1,GU Shubo1

(1.Shandong Agricultural University/ State Key Laboratory of Crop Biology/Key Laboratory of Crop Ecophysiology and Farming System,Ministry of Agriculture,Tai’an,Shandong 271018,China; 2.China Agriculture University,Beijing 100193,China)

Abstract:To study the effects of supplemental irrigation of micro-sprinkling hoses with different orifice diameters and widths between hoses on water consumption characteristics and grain yield of winter wheat,field experiments were conducted in 2011-2013 growing seasons. No irrigation during the whole growth stage and traditional border irrigation were used as control,6 treatments of micro-sprinkling hose with different orifice diameter (60 mm,80 mm and 100 mm)and widths (0.8 mm and 1.0 mm)between hoses were conducted using high-yield variety Jimai 22. The results indicated that:(1) Increasing the width between hoses in the range of 60-100 mm,or of 80 mm,increasing the inner diameter of orifices aptly improved the uniformity of water distribution significantly.(2)The soil water consumption amount in 80-200 cm soil layer during jointing to anthesis stages in treatment with width between hoses of 80 mm and the inner diameter of orifices was 1.0 mm(T80/1.0),which was lower than that in the other treatments. The soil water consumption amount in 0-40 cm soil layer in T80/1.0was lower,the irrigation amount at anthesis,total irrigation amount and total water consumption amount during growing season inT80/1.0were all significantly lower than those in the other treatments.(3)There were no significant difference in the grain yield,water use efficiency between T80/1.0and other treatments,but the irrigation efficiency of T80/1.0was higher than that of treatments with the widths between hoses of 60 mm,80 mm and 100 mm and with the inner diameter of orifices of 0.8 mm. There was no significant difference in the uniformity of water distribution and the grain yield between T80/1.0and the treatment of traditional border irrigation. While T80/1.0reduced the total irrigation amount by about 33.2-70.8 mm,and total water consumption amount by about 47.6-52.2 mm,improved the water use efficiency by about 2.1-2.9 kg·hm-2·mm-1.Those indicated that treatment with the micro-sprinkling hose which the width between hoses of 80 mm and the inner diameter of orifices of 1.0 mm was suitable for irrigating during middle and late period of the wheat.

Key words:Micro-sprinkling irrigation; Folding diameter; aperture; Winter wheat; Water consumption characteristics; Grain yield

中圖分類號(hào)：S512.1；S311

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-1041(2016)04-0472-11

通訊作者：王 東(E-mail: wangd @sdau.edu.cn)

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31271660)；公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)(201503130)；山東省農(nóng)業(yè)重大應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新課題

收稿日期：2015-09-29修回日期：2015-11-03

網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2016-04-01

網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20160401.1533.026.html

第一作者E-mail：xuxuexin2008@126.com