韋 強(qiáng) 軍

(中科華水工程管理有限公司，鄭州 450000)

0　引　言

廣利灌區(qū)位于河南焦作市西南部，規(guī)劃面積3.4 萬hm2，其中灌溉面積2.07 萬hm2、補(bǔ)源面積1.33 萬hm2，現(xiàn)有效灌溉面積為1.6 萬hm2。灌區(qū)氣候溫和，土地肥沃，盛產(chǎn)小麥、玉米，兼種棉花和“四大懷藥”等經(jīng)濟(jì)作物，是河南省糧食高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)區(qū)，對(duì)保障國(guó)家糧食安全和全區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展意義重大。

目前，廣利灌區(qū)除汛期降水普遍較多，灌區(qū)基本不引水，其他月份來水量約8 000 萬m3，因此水量缺口很大。近年來，灌區(qū)供水矛盾日益突出。一方面，隨著沁河年徑流量的減少及沁河上游山西境內(nèi)水資源的大量開發(fā)利用，灌區(qū)及下游用水十分緊缺，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成嚴(yán)重威脅。另一方面灌區(qū)農(nóng)田灌溉設(shè)施落后、灌溉水利用系數(shù)較低，造成有限的水資源大量浪費(fèi)，加之灌區(qū)下游大量鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的工業(yè)廢水及城區(qū)生活廢水排入河道，局部河段水質(zhì)污染嚴(yán)重，也在一定程度上加劇了水資源供需矛盾。冬小麥?zhǔn)菑V利灌區(qū)的主要糧食作物。冬小麥自身耗水量大，對(duì)土壤水分依賴性高，因此，研究冬小麥的耗水量及耗水規(guī)律具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。本項(xiàng)目通過研究冬小麥在充分供水條件下的生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律，耗水特性及水分利用效率，并分析了產(chǎn)量與耗水量的關(guān)系，為確定冬小麥的節(jié)水高產(chǎn)灌溉制度，也為灌溉工程的規(guī)劃設(shè)計(jì)、水資源的合理調(diào)配與高效利用提供理論基礎(chǔ)。

1　試驗(yàn)材料與方法

1.1　試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)在河南省焦作市廣利灌區(qū)灌溉試驗(yàn)站進(jìn)行。試驗(yàn)站地理位置為112°55′E， 35°4′N，海拔150 m。試驗(yàn)場(chǎng)多年平均氣溫14.5 ℃，無霜期216～240 d，日照時(shí)數(shù)2 200～2 400 h，多年平均降水量為593.5 mm，年降水量變化較大，據(jù)1971-2009的氣象資料，年最大值(1954年)為1 094.2 mm，年最小值(1965年)為262.9 mm，豐水年與枯水年可相差4倍，且降水年內(nèi)季節(jié)分配不均，6-9月份降水量占全年降水量的70%以上；多年平均蒸發(fā)量1 774.8 mm(水面蒸發(fā)皿直徑為20 cm)，是多年平均降水量的3倍。年內(nèi)蒸發(fā)量的變化基本與氣溫變化一致，變化規(guī)律呈正態(tài)分布，一年中以6月份最大，平均306.2 mm，11月份最小，平均86.7 mm。

表1　冬小麥的灌溉制度試驗(yàn)設(shè)計(jì)　%

注：表中的數(shù)值為土壤水分控制下限占田間持水量的百分?jǐn)?shù)。

1.2　試驗(yàn)處理設(shè)置

試驗(yàn)于2014-2016年在焦作市廣利灌區(qū)灌溉試驗(yàn)站試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行。供試作物為冬小麥，品種為“溫麥19”。2014-2015年試驗(yàn)播種前整地時(shí)每公頃使用復(fù)合肥525 kg、尿素75 kg作底肥，耕翻耙平后打畦劃小區(qū)，小區(qū)規(guī)格20 m×6 m。2014年10月5日播種，行距25 cm，播量210 kg/hm2，10月14日出苗，2015年6月18日收獲。2015-2016年度試驗(yàn)播前整地時(shí)施用900 kg/hm2復(fù)合肥作底肥，耕翻耙平后打畦劃小區(qū)，小區(qū)規(guī)格20 m×6 m，于2015年9月27日播種，行距25 cm，播量142.5 kg/hm2，10月4日出苗，2016年6月18日收獲。

冬小麥灌溉制度試驗(yàn)安排了4個(gè)不同的水分處理，以土壤水分下限分別占田間持水量的80%、70%、60%和50%作為控制灌水的標(biāo)準(zhǔn)(見表1)，當(dāng)土壤水分達(dá)到下限時(shí)，就進(jìn)行灌水。每個(gè)處理重復(fù)3次，不同處理間設(shè)置一個(gè)保護(hù)小區(qū)作為隔離區(qū)。灌溉采用管道供水，水表量水。各處理除土壤水分控制標(biāo)準(zhǔn)不同外，其他農(nóng)業(yè)栽培管理措施均相同，冬小麥?zhǔn)斋@前，各處理均取樣進(jìn)行室內(nèi)考種。

1.3　試驗(yàn)觀測(cè)項(xiàng)目及方法

1.3.1氣象資料

氣象資料的獲得是通過灌溉試驗(yàn)站內(nèi)安裝的Vantage Pro自動(dòng)氣象站自動(dòng)測(cè)定，氣象站安裝高度為3 m，安裝地點(diǎn)為試驗(yàn)站大田內(nèi)，測(cè)定內(nèi)容包括太陽(yáng)輻射、氣溫、空氣濕度、風(fēng)速、日照時(shí)數(shù)、蒸發(fā)量以及降雨量等。

1.3.2土壤含水率測(cè)定

土壤含水量測(cè)定基本按照每10 d進(jìn)行一次，包括作物播前、收獲后以及灌溉降雨前后都進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定深度為1 m，分5層，每20 cm一層。表土層0～20 cm采用取土烘干法測(cè)定；20～100 cm借助定點(diǎn)埋設(shè)的PVC管，利用FDR土壤水分測(cè)定儀器定時(shí)定點(diǎn)測(cè)定。

1.3.3作物耗水量測(cè)定

作物耗水量通過前后兩次測(cè)定的土體含水量的差值，并考慮灌水、滲漏等過程造成的水量變化，用水量平衡法確定，其計(jì)算公式如下：

ET=I+P+G-S-ΔW

(1)

ΔW=Wt-W0

(2)

式中：ET、I、P、G、S、ΔW分別為耗水量、灌水量、降水量、地下水補(bǔ)給量、滲漏量和土壤儲(chǔ)水變化量，mm；W0、Wt分別為時(shí)段初和時(shí)段末的土壤儲(chǔ)水量，mm。由于試驗(yàn)是在小區(qū)中進(jìn)行的，用塑料軟管灌水，每次的灌水量不超過75 mm，通過灌水或降水前后取土根據(jù)水量平衡法分析得出，灌溉和降雨基本上不產(chǎn)生深層滲漏，因此深層滲漏量S為0 。當(dāng)?shù)氐牡叵滤惠^深(一般在3.0～5.0 m)，作物無法吸收利用，故地下水利用量G=0。

1.3.4作物產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因子的調(diào)查

收獲前每處理隨機(jī)取樣15穗測(cè)定穗長(zhǎng)、穗粗、有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量。同時(shí)每處理去掉邊行，收獲中間2行，測(cè)定生物產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量。

2　結(jié)果與分析

2.1　對(duì)產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

冬小麥的3個(gè)產(chǎn)量構(gòu)成因素為有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重。表2顯示，有效穗數(shù)和穗粒數(shù)隨著土壤水分的降低而減少，千粒重則隨著土壤水分的減少而增加。受旱嚴(yán)重的處理(T-50)的有效穗數(shù)、穗粒數(shù)最少，產(chǎn)量也最低，但千粒重最高。從穗粒重來看，T-60的穗粒重和產(chǎn)量最高。干旱處理(T-50)不僅大大減少了有效穗數(shù)，而且導(dǎo)致穗粒數(shù)最少，因而減產(chǎn)最多(18.5%～21.36%)。此外，土壤水分對(duì)無效穗數(shù)沒有明顯的影響。2015-2016年由于播的早，冬前降雨多，促進(jìn)了苗早生、快發(fā)，群體過大，使得有效穗數(shù)和無效穗數(shù)都高于2014-2015年，而穗粒數(shù)則少于2014-2015年。由于2015-2016年冬小麥生長(zhǎng)期間的降雨較均勻，且產(chǎn)量構(gòu)成因素間的協(xié)調(diào)配合得當(dāng)，因此，各處理的產(chǎn)量均高于2014-2015年(5.57%～17.01%)。

林寒生[7]指出“寧德話鼻韻尾與入聲韻尾在20 世紀(jì) 50-60 年代還保留著 m、n、?-p、t、k 三套完整的對(duì)應(yīng)系統(tǒng)，但至今已發(fā)生急劇變化。目前在60-70歲以上老年人中，仍有極少數(shù)人還保留這種讀法；但絕大多數(shù)人口語(yǔ)中只保留m、?-p、k、?尾（即 n →?、t→k、k→?），而五、六十歲以下的人上述輔音系統(tǒng)已經(jīng)混亂，變化不一。三、四十歲的中青輩m、n尾多混入?尾，p、t尾則已混入?尾了”。作者描寫的寧德方言音系（文中雖未明確指出調(diào)查的是寧德城關(guān)方言，但也未說明是鄉(xiāng)鎮(zhèn)點(diǎn)的調(diào)查，可以認(rèn)為是對(duì)城關(guān)方言的調(diào)查）有5個(gè)輔音韻尾[m、?、p、k、?]，其中的鼻音韻尾有 2 個(gè)[m、?]。

表2　冬小麥在不同水分處理下的產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素

注：不同的小寫字母和大寫字母分別表示產(chǎn)量的差異達(dá)到顯著(P=0.05)和極顯著水平(P=0.01)。

通過對(duì)冬小麥不同處理下的產(chǎn)量結(jié)果進(jìn)行的方差分析可看出，區(qū)組間的差異不顯著，而處理間的差異達(dá)到極顯著水平。用Duncan新復(fù)極差法(SSR)對(duì)各處理的平均產(chǎn)量進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)的結(jié)果表明：2014-2015年T-80、T-70、T-60三者之間的產(chǎn)量差異不顯著，干旱處理T-50的產(chǎn)量與其他處理間的差異達(dá)到了極顯著水平；2015-2016年T-60與T-70、T-70與T-80處理間的產(chǎn)量差異不顯著，T-60與T-80間的產(chǎn)量差異顯著，而受旱處理(T-50)與T-70、T-60處理間的差異均達(dá)到了極顯著水平；高水分處理(T-80)造成顯著減產(chǎn)的原因是群體過大、植株過高造成輕度倒伏所致(表5)。

2.2　冬小麥耗水規(guī)律及水分生產(chǎn)效率

2.2.1耗水量的計(jì)算

2014-2015年、2015-2016年冬小麥的灌溉制度試驗(yàn)是在大田小區(qū)中進(jìn)行的，采用水量平衡法計(jì)算耗水量。根據(jù)試驗(yàn)記錄，兩年大田小區(qū)試驗(yàn)冬小麥耗水量的計(jì)算結(jié)果列于表3之中。通過表中數(shù)據(jù)可知，冬小麥的耗水量隨著生育期間土壤水分的降低而降低，土壤水分越低，耗水量越小，灌水量越多，耗水量越大。

2.2.2冬小麥的耗水規(guī)律

作物的耗水量與土壤、氣候、栽培管理措施(灌水、施肥、病蟲防治等)以及作物種類和自身生長(zhǎng)的快慢、群體結(jié)構(gòu)、器官大小等因素有關(guān)，這些因素的綜合作用使得其日耗水量呈現(xiàn)規(guī)律性的變化，在生育期內(nèi)一般遵循前期小→中期大→后期小的變化規(guī)律。

表3　冬小麥不同處理的耗水量計(jì)算結(jié)果

表4、表5顯示的是兩個(gè)試驗(yàn)?zāi)攴荻←湹暮乃^程?？梢钥吹?，在冬小麥返青前日耗水量較小，在越冬期間日耗水量最小，返青以后日耗水量隨著氣溫的升高、作物生長(zhǎng)速度的加快以及群體的壯大而迅速增加，到了抽穗～灌漿期達(dá)到最大值，隨后逐漸降低。從階段耗水量和模系數(shù)來看，冬小麥拔節(jié)～抽穗期耗水最多，有的處理耗水量占全生育期的三分之一還多，其次是灌漿～成熟期。不同水分處理的階段耗水量和日耗水量在越冬期間差異較小，拔節(jié)以后差異變大，灌漿后期差異又逐漸變小。不同生育階段的階段耗水量和日耗水量均隨著土壤水分的降低而下降，受旱處理T-50的階段耗水量和日耗水量最小，T-80的最大。

表4　冬小麥不同處理的階段耗水量及日耗水量(2014-2015)

表5　冬小麥不同處理的階段耗水量及日耗水量(2015-2016)

2.2.3水分生產(chǎn)效率

對(duì)于糧食作物來說，水分生產(chǎn)效率(WUE)指的是每消耗1 m3水所能生產(chǎn)的籽粒產(chǎn)量，即：WUE=Y/ET。冬小麥不同水分處理下的水分生產(chǎn)效率見表6。

表6　冬小麥不同土壤水分處理下的水分生產(chǎn)效率WUE

表6顯示，T-60的WUE最高，T-50的次之，T-80的最低。隨著土壤水分的降低，冬小麥的水分生產(chǎn)效率有提高的趨勢(shì)，但當(dāng)土壤水分低于田間持水量的60%時(shí)，WUE又開始下降。2014-2015年T-60處理的產(chǎn)量與T-80、T-70的相當(dāng)，但其耗水量比T-80、T-70的耗水量分別減少13.33%和8.73%，WUE比T-80、T-70的分別增加16.25%和9.38%；2015-2016年T-60處理的耗水量比T-80、T-70的耗水量分別減少28.19%和13.17%，WUE比T-80、T-70的分別增加34.50%和15.50%。2015-2016年由于降雨量多，降雨次數(shù)多，且分布比較均勻，因此不同處理冬小麥的產(chǎn)量和水分生產(chǎn)效率都比2014-2015年的高。通過對(duì)產(chǎn)量、耗水量及WUE的綜合評(píng)價(jià)，認(rèn)為T-60處理相關(guān)的灌溉制度表現(xiàn)最好，即全生育期土壤水分的控制下限不低于田間持水量的60%，在足墑下種及生育期降水量179.5 mm的情況下，灌水2次，灌溉定額150 mm，拔節(jié)～抽穗期灌水1次，灌漿～成熟期灌水1次；在降雨量約235.0 mm的情況下，全生育期僅在拔節(jié)～抽穗期灌水1次，灌溉定額75 mm。

2.4　冬小麥產(chǎn)量與耗水量的關(guān)系

2.4.1冬小麥產(chǎn)量與全生育期耗水量的關(guān)系

2014-2015年、2015-2016年冬小麥的實(shí)測(cè)試驗(yàn)資料顯示，產(chǎn)量與耗水量之間呈現(xiàn)出良好的二次拋物線關(guān)系，相關(guān)程度較高，其回歸方程式分別為：

Y=-1.4×10-3ET2+13.128ET-21 902

(2014-2015年)

(3)

相關(guān)系數(shù)R=0.997 3。

Y=-1.1×10-3ET2+9.590 2ET-12 320

(2015-2016年)

(4)

相關(guān)系數(shù)R=0.89。

式中：Y為冬小麥產(chǎn)量，kg/hm2；ET為全生育期耗水量，m3/hm2。

冬小麥的產(chǎn)量先隨著耗水量的增加快速增加，當(dāng)耗水量增加到一定程度時(shí)，產(chǎn)量增加緩慢，開始呈現(xiàn)出“報(bào)酬遞減”現(xiàn)象；2014-2015和2015-2016年生長(zhǎng)季冬小麥的耗水量分別達(dá)到4 688.6和4 359.2 m3/hm2時(shí)，產(chǎn)量達(dá)到最大值；此后耗水量再繼續(xù)增加，產(chǎn)量不但不再增加，反而開始下降。2015-2016年冬小麥生長(zhǎng)季由于降雨量多、降雨分布均勻，高水分處理的小麥出現(xiàn)輕度倒伏現(xiàn)象，使得冬小麥的耗水量超過5 000.0 m3/hm2時(shí)，產(chǎn)量就快速下降，其減產(chǎn)的幅度要大于2014-2015年生長(zhǎng)季。

2.4.2冬小麥水分生產(chǎn)效率與全生育期耗水量的關(guān)系

水分生產(chǎn)效率(WUE)定義為作物每消耗1 m3水所能生產(chǎn)的籽粒產(chǎn)量，即：為了便于分析，兩年試驗(yàn)的WUE～ET關(guān)系也分別繪于圖7中。從圖中可以看到，WUE隨著作物耗水量的增加也有一個(gè)由漸增到漸減的變化過程，其中漸增的過程不明顯，而漸減的過程卻相當(dāng)明顯，特別是2015-2016年。此外，WUE的最高點(diǎn)與總產(chǎn)量的最高點(diǎn)并不一致，WUE處于最高點(diǎn)時(shí)的耗水量ET要低于產(chǎn)量Y處于最高點(diǎn)時(shí)的ET。經(jīng)回歸分析，得到兩年試驗(yàn)冬小麥水分生產(chǎn)效率與耗水量的關(guān)系式分別為：

WUE=-2.0×10-7ET2+0.001 9ET-2.030 8

(2014-2015年)

(5)

相關(guān)系數(shù)R=0.992 1。

WUE=-1.0×10-7ET2+0.000 9ET+0.513 5

(2015-2016年)

(6)

相關(guān)系數(shù)R=0.962。

由方程式(5)、(6)可計(jì)算出2014-2015、2015-2016年冬小麥水分生產(chǎn)效率WUE達(dá)到最大時(shí)的耗水量ET分別為4 750和4 500 m3/hm2。

3　主要結(jié)論

(1)土壤水分狀況是影響冬小麥生長(zhǎng)發(fā)育最重要的生態(tài)因子之一，水分虧缺會(huì)對(duì)其生長(zhǎng)產(chǎn)生不良影響。有效穗數(shù)、穗長(zhǎng)、穗粒數(shù)隨著土壤水分的降低而減少，T-50的處理最低，T-80 的處理最高，但土壤水分對(duì)無效小穗數(shù)的影響無規(guī)律性。高水分處理T-80的穗粒重很低，T-60的穗粒重和產(chǎn)量最高，干旱處理T-50不僅大大減少了有效穗數(shù)，而且導(dǎo)致穗粒數(shù)最少，因而減產(chǎn)最多(18.5%～21.36%)。

(2)冬小麥的耗水量隨著土壤水分的降低而減少，隨著灌水量的增加而增加。返青前日耗水量較小，在越冬期間日耗水量最小，返青以后日耗水量隨著氣溫的升高、作物生長(zhǎng)速度的加快以及群體的壯大而迅速增加，到了抽穗～灌漿期達(dá)到最大值，隨后逐漸降低。不同生育階段的耗水量和日耗水量都有隨著土壤水分的降低而下降的趨勢(shì)，受旱越重，其受到的影響越大。根據(jù)冬小麥的階段耗水量和日耗水量變化規(guī)律，其拔節(jié)～抽穗期和抽穗～灌漿期為耗水臨界期。

(3)根據(jù)實(shí)測(cè)的田間試驗(yàn)資料，分別建立了冬小麥產(chǎn)量、水分利用效率與全生育期耗水量之間的二次拋物線關(guān)系模型。 根據(jù)冬小麥產(chǎn)量與全生育期耗水量的關(guān)系得出：2014-2015和2015-2016年冬小麥的經(jīng)濟(jì)耗水量分別為4 750和4 500 m3/hm2。

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