邵 颖，李 强，曹晓华，陈新明(.西北农林科技大学水利与建筑工程学院/旱区农业水土工程教育部重点实验室，陕西 杨凌 700; .陕西省泾惠渠管理局，陕西 三原 73800)

灌溉试验主要研究作物需水规律，揭示水分与作物生长发育及产量的关系，探求经济合理的灌溉制度和灌水技术等问题的科学试验。作物灌溉制度是按全生育期各阶段需水量要求制定的灌水次数、灌水定额、灌水时间及灌溉定额。水分对作物的影响以生物量的累积及产量的形成体现出来。在不同水分条件下作物的根系与地上部分的生长特征直接影响着作物产量[1]。研究[2]表明，适当合理减少冬小麦灌溉次数和灌水量对产量影响并不大，而且能提高水分利用效率。近年来，泾惠渠灌区河源来水锐减，地下水超量开采，水位大幅度下降，灌区水资源紧缺矛盾日趋突出[3]。因此，研究泾惠渠灌区合理的节水灌溉制度，对灌区水资源合理高效利用有着重要的意义。冬小麦是泾惠渠灌区传统主要的种植作物，为了研究和探索不同生育期灌水对冬小麦生长发育和产量的影响，通过冬小麦合理灌溉制度的试验，找出适合本区域的合理节水、高产的灌溉方法，为农民增产增收提供理论依据和技术参考。

1 试验区简介及实验设计

1.1 试验区概况

陕西省泾惠渠灌溉试验站位于陕西省关中平原中部泾阳县三渠镇，地理坐标为东经108°54′，北纬34°33′，海拔433.72 m，水源为井水，用水表控制灌水量，灌区地势平坦，土壤肥沃，气候温和，灌溉条件较好。冬小麦试验于2013年10月至2016年7月由该灌溉试验站进行，试验地前茬为玉米。冬小麦于2013年10月11日、2014年10月16日、2015年10月16日撒种播种，供试品种为“郑麦366”，该冬小麦品种矮秆，耐旱，耐后期高温，采用原种无种子处理，播种量为375 kg/hm2。底肥为腐酸三安掺混肥料，施肥量为600 kg/hm2。土壤以中壤土为主，土壤容重为1.43 g/cm3, 孔隙率46%，最大田间持水量24.4%，耕种条件良好。

泾惠渠灌区多年平均降水量512.4 mm，蒸发量1 136.9 mm，多年平均降水天数77.5 d，年均气温13.1 ℃左右，1月份气温最低为-20.6 ℃，8月份最高气温为41.3 ℃。2013-2016年冬小麦生育期内各生育阶段气象资料见表1。

根据泾惠渠灌区1953-2015年降水资料，绘制冬小麦生育期降水频率曲线图见图1。由图1可以看出，冬小麦生育期内多年平均降水量为178 mm；2013-2014年冬小麦生育期内降水量为144.0 mm，属于75%枯水年，2014-2015年冬小麦生育期内降水量为165.2 mm，2015-2016年为173.3 mm，均属于50%中水年。

表1 2013-2016年冬小麦生育期内气象资料 mm

图1 泾惠渠冬小麦生育期内降水频率曲线

1.2试验设计

根据冬小麦生长发育规律，参照作物耕作栽培和植物生理学方面的有关内容，把冬小麦整个生育期划分为6个生育阶段：出苗期、越冬期、返青期、拔节期、抽穗期和灌浆期。试验期为2013-2016年，于当年10月播种，次年6月收获，每次设计8个设计处理，重复两次，水分处理用M表示。由于2013年秋季天气干旱，秋播期间也无大的降水，出苗问题成为试验的突出问题，因而在播后于10月26日进行播种后压茬灌水一次，灌水定额750 m3/hm2。试验为大田试验，试验小区随机排列，小区长×宽=20 m×2.6 m=52 m2，田间设有保护区。供试水源为井水，用水表读数计量。除灌水不同，各次各处理农技措施保持一致，统一按照农业丰产的标准和实施细则进行。灌溉试验设计处理见表2。

1.3 试验测定指标及方法

(1)土壤含水率的测定。土壤含水量的测定采用土钻取土烘干法，每个小区选取前中后3个测点，每个测点测定土壤深度为0～100 cm，土样间距10 cm进行测定。在灌水期前后3 d和生育期内每7 d的测定1次,若有大量降雨期加测。

(2)冬小麦生理指标测定。对于冬小麦产量的测定，是在冬小麦收获时，每试验小区取1 m×1 m的区域的植株，在室内脱粒考种，同时测定穗数，用电子天平(感量为0.01 g)称千粒重及单位面积产量，折合计算每公顷产量，并进行千粒重、穗粒数等产量分析。

表2 2013-2016年冬小麦试验设计处理 m3/hm2

试验采用Microsoft Excel和DPS软件进行数据统计分析，Duncan新复极差法进行多重比较，用Microsoft Excel软件画图。

2 结果与分析

2.1 不同生育期灌水对冬小麦产量构成因素的影响

在冬小麦生育前期、中期适度灌溉，是保证适宜亩穗数和幼苗正常发育的前提，而在后期补充灌溉，为穗粒数和粒重提供了必要保证，这是确定高产高效灌溉方案的原则[4]。不同生育期灌水对冬小麦的产量影响程度是不同的。冬小麦产量构成因素主要包括亩穗数、穗粒数、千粒重。产量构成因素表如表3所示。由表3可知，在保证适宜的亩穗数的情况下，2013-2014年，由于秋播时的气候已呈现旱象，1 m土壤含水率为18.5%左右，40 cm土壤含水率为16.6%左右，为了保证小麦出苗，于播种期进行压茬灌，但各处理的亩穗数分布在514.05～616.05 万株/hm2之间，平均540.15 万株/hm2，距离丰产的一般要求675 万株/hm2差距明显；穗粒数的变化在24～41之间，差异比较显著；该年度冬小麦的千粒重普遍偏高，平均51.57 g，分布范围46.12～55.22 g之间，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，对冬小麦的抽穗养花和灌浆生长很有益处。冬春灌基本奠定了冬小麦丰产的基础，由于该年度冬春旱象明显，因而进行冬灌、返青灌的M2、M3及M4的产量就相对较高；抽穗扬花期是冬小麦的需水关键期之一，此期间应保证冬小麦不受旱的原则，由M6及M7的产量可知，该期间灌水对取得高产量有明显作用；灌浆期是颗粒增重的时期，从试验结果可知，M6、M7及M8分别在抽穗扬花期和灌浆期灌水，千粒重的排序都较为靠前，而产量则受限于亩穗数及穗粒数。2014-2015年，各处理的亩粒数分布在484.05～792.00 万株/hm2之间，平均672.15 万株/hm2，基本达到丰产要求；2015-2016年，各处理的亩粒数分布在561.00～772.95 万株/hm2之间，平均658.95 万株/hm2，基本达到丰产要求。2014-2016两年年度冬小麦产量因素分析情况大体与2013-2014年度相似。

以上研究结果表明，在生育期前期旱象明显的枯水年型，适当冬灌可以显著增加冬小麦的分蘖数，从而增加株数，进而增加穗粒数，是冬小麦丰产的基本保障；拔节期和抽穗扬花期阶段灌水是影响冬小麦产量的关键需水期，而在一般水平年，灌浆期阶段适当节水不会造成减产。在灌溉水量方面，合理的灌溉制度下，一定范围内，随着灌水量的增加，产量逐渐增高，但超过这一范围，随着灌溉水量的增加，产量反而有所降低(在2013-2014年水平年下，灌溉水量在2 700 kg/m3内，产量随灌溉水量增加而增加，M4>M2>M3>M1；而当灌溉水量超过2700kg/m3的处理中，随着灌溉水量的增加，产量随灌溉水量的增加而降低，M6>M5>M7>M8)，因此，合理的非充分灌溉，有助于取得高产量的结果。在千粒重方面，3 a的数据显示灌浆阶段的水分亏缺会导致千粒重降低，同时千粒重也和灌溉水量呈正相关关系，在一定范围内灌溉水量越多，千粒重就越大。

表3 不同灌水处理产量及其因素构成表

注：采用DPS软件的Duncan新负极差发进行多重比较，表中以小写字母标记5%显著水平，字母相同表示差异不显著，字母不同表示差异显著。

2.2 不同生育期灌水对冬小麦耗水量的影响

根据不同生育期灌水处理下冬小麦各生育期日均耗水量绘制冬小麦耗水规律分析图(见图2)。通过研究分析可知，不同生育期灌水处理下，冬小麦各生育期耗水比例相差较大，且总耗水量随灌水量的增加而增大。从图2可以看到，由于灌水阶段、土壤水分及降雨量的不同，各处理中冬小麦耗水量各不相同，但各处理之间日均耗水量变化规律基本相同。呈现出播种出苗期耗水量较为稳定，越冬期日均耗水量开始降低，至返青拔节、抽穗期日均耗水量随作物生长速度的增加而增大，在进入灌浆成熟期后，日均耗水量则有所下降。这种规律和冬小麦整个生育期的外部生长环境及其生理形态是相符合的，在冬小麦播种期，外界气温不高，耗水量基本上由棵间蒸发提供，随着冬小麦出苗，气温开始下降，但苗期植株较小，棵间蒸发和植株蒸腾都相对较小；在越冬期，气温逐渐下降到零度以下，冬小麦进入越冬期，耗水也基本停止了；进入返青期后，气温开始回升，棵间蒸发和植株蒸腾则逐渐增大，此期间冬小麦的需水量也逐渐增加；拔节期和抽穗期是冬小麦关键需水期，冬小麦加速生长，其光合作用会消耗大量水分；灌浆成熟期，部分叶片开始枯萎，植株蒸腾减少，耗水量也随之减少。研究分析可知，在拔节-灌浆阶段的耗水量一般要占全生育期耗水量的1/2以上，是冬小麦的需水最为关键的时期。可见，拔节期和抽穗期是其生长发育需水关键期。

图2 冬小麦耗水规律分析图

2.3 不同生育期灌水对冬小麦产量及水分利用效率的影响

根据不同生育期灌水处理下的冬小麦耗水量和产量的关系绘制二次曲线图(见图3)，从耗水量的结果来看，生长期灌水2～3次的冬小麦产量的水平相对较好。且由图3中二次函数关系式分析可知，冬小麦产量与耗水量关系密切，但并非越多越好。在一定范围内，冬小麦的产量随着耗水量的增加而增加，但不是无限制的，过量的水分不仅会造成产量的降低，还会造成水资源的浪费。

图3 不同灌水处理下冬小麦产量与耗水量、WUE的关系图

水分利用效率指植物消耗单位水量所产出的同化量[5]，反映植物生产过程中的能量转化效率, 也是评价水分亏缺下植物生长适宜度的综合指标之一[6]。产量和WUE是目前研究较多的一个方面，且相关试验结果多数表明：耗水量-产量关系曲线与耗水量-WUE关系曲线二者最高点并不重合[7]。2013-2014年水平年中，当耗水量到达386.31 mm时，产量达到最大值，但是WUE则在耗水量最低时最大，且呈现出随耗水量增大而降低的趋势。由图3分析可知，不同生育期灌水处理对冬小麦水分利用效率影响显著。通过3 a的试验数据分析，灌1次水的M1处理WUE均排在前列，究其原因是该年生育期后期降水丰沛，对产量影响较大。2013-2014年水平年，在生育期灌水2次的处理下，WUE的大小顺序依次为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次的处理下，WUE的大小顺序依次为M4>M6>M5，同样大于灌水3次的水分利用效率。2015-2016年水平年，在生育期灌水2次的处理下，WUE的大小顺序依次为M2>M6>M3>M5同样大于灌水3次的水分利用效率。说明在冬小麦的整个生育期内，适当的减少灌水次数，在合理的灌水时期灌水是提高作物水分利用效率、增加产量的有效途径[8]。

3 结 语

(1)不同生育期灌水处理，对冬小麦的产量及其构成因素影响很大。在生育期前期旱象明显的枯水年型，适当冬灌可以显著增加冬小麦的分蘖数，是冬小麦丰产的基本保障；灌浆期是颗粒增重的时期，因此灌水对小麦千粒重影响较大，3 a的数据显示灌浆阶段的水分亏缺会导致千粒重降低；在灌溉水量方面，合理的灌溉制度下，随着灌水量的增加，产量会逐渐增高，但存在一定范围，如2013-2014年，灌溉水量在2 700 kg/m3内，产量随灌溉水量增加而增加，超过这一范围，反之。因此，合理的非充分灌溉，有助于取得高产量的结果。

(2)不同生育期灌水处理，在对冬小麦的耗水量的影响方面，由于土壤水分及降雨量的不同，各处理冬小麦耗水量各不相同，但各处理之间日均耗水量变化规律基本相同。呈现出播种期耗水量较为稳定，越冬期日均耗水量降低，返青拔节期、抽穗期日均耗水量随作物生长速度增加而增大，之后进入灌浆成熟期，日均耗水量有所下降。

(3)不同生育期灌水处理，对冬小麦耗水量和产量的影响。从耗水量的结果来看，生长期灌水2～3次的冬小麦产量的水平相对较好，且冬小麦产量与耗水量关系密切，但并非越多越好，过量的水分不仅会造成产量的降低，还会造成水资源的浪费。由产量和水分利用效率来看，在冬小麦的整个生育期内，适当的减少灌水次数，合理的灌水时期灌水是提高作物水分利用效率、增加产量的有效途径。

(4)通过对产量、耗水量及WUE的综合评价，2013-2014年降雨年型(75%枯水年)，从高产的目的看，M4产量最高，经济效益相对较好，在非充分灌溉组合中，M4显然也是较好的。因而，该年型冬小麦非充分灌溉制度的最优灌溉制度为压茬灌+冬灌+返青灌全生育期灌水3次组合，灌溉定额2 700 m3/hm2；2014-2015年与2015-2016年降雨年型相似，属50%中水年，最优灌溉制度为冬灌+拔节灌+抽穗灌浆灌全生育期灌水3次组合，灌溉定额3 412.5 m3/hm2。试验结论仅是在该3 a条件下得出，是否正确与准确有待于进一步实践检验。

[1] 高志红，陈晓远，刘晓英.土壤水变动对冬小麦生长产量及水分利用效率的影响[J].农业工程学报，2007，23(8)：52-58．

[2] 刘 培，蔡焕杰，王 健.土壤水分胁迫对冬小麦生长发育、物质分配及产量构成的影响[J].农业现代化研究，2010，31(3)：330-333．

[3] 张晓蓉.泾惠渠灌区节水灌溉技术发展对策探析[J].陕西水利，2012，(5)：165-166．

[4] 刘宝萍，刘增进，康迎宾.冬小麦最优灌溉制度的研究[J].华北水利水电学院学报，1999，30(3)：9-12．

[5] 刘彦军.灌水量灌水时间对麦田耗水量及小麦产量的影响[J].河北农业科学，2003,(2)：6-11．

[6] 王会肖，刘昌明.作物水分利用效率内涵及研究进展[J].水科学进展，2000，11(1)：99-104.

[7] English M, Raja SN. Perspectives on deficit irrigation [J].Agricultural Water Management,1996,32:1-14.

[8] 褚桂红，杨丽霞.非充分灌溉对冬小麦产量及水分利用效率影响研究[J].节水灌溉，2016,(8)：54-56.