何昕楠 林 祥 谷淑波 王 东

山东农业大学 / 作物生物学国家重点实验室 / 农业部作物生理生态与耕作重点实验室, 山东泰安 271018

黄淮海麦区是我国冬小麦的重要产区, 其播种面积占全国的 60%以上, 产量占全国总产量的 70%以上, 对保障国家粮食安全具有极其重要的作用。该地区水资源总量仅占全国的 7%左右[1], 农业用水量占该地区总用水量的 70%以上且主要用于冬小麦灌溉[2]。地面灌溉面积占总灌溉面积的97%左右, 以畦灌为主[3]。但畦灌难以定量, 灌水量往往过大, 其中 30%～50%的灌溉水无效蒸发[4], 造成水资源的浪费, 更加剧了该地区缺水的程度。因此, 加快研发适用的节水灌溉技术是确保该地区农业可持续发展和保障国家粮食安全的重要途径。

前人在设施节水方面做了较多的研究。喷灌与畦灌相比, 灌水量降低 12.9%～41.5%, 作物产量提高11.3%～30.0%, 水分利用效率提高23.1%～56.0%[5-8]。微喷带灌溉是在喷灌和滴灌的基础上发展起来的一种新型灌溉方式, 它利用微喷带将水均匀地喷洒在田间, 所用设施相对简单、廉价, 易于收放[9-11]。可是传统的微喷带带型和喷孔设计仅适于在低秆或大行距作物上应用[12-13]。小麦生育中后期采用传统的微喷带灌溉, 喷出的水流会被密集的茎秆阻挡, 射程和喷洒宽度大幅下降, 喷水均匀度严重降低, 难以实现节水灌溉。本课题组前期研究发明的小麦专用微喷带(ZL2014104993757)[14]通过改变水流喷射角, 有效解决了这一难题, 显著提高灌溉水分布均匀系数[15-16]。传统的农艺节水技术多采用定额灌溉,通过减少灌水次数和灌水量降低灌溉水投入[17-20]。由于降水年型不同, 每年的总降水量及其季节分布均有较大差异, 定额灌溉难以实现水分供给与作物需水的精确匹配, 影响节水效果[21]。本课题组前期研究探索了一种基于灌溉前土壤含水量确定补灌水量的方法[22]。由于冬小麦关键生育时期一定深度土层土壤贮水量是前期土壤贮水、降水、灌溉及作物耗水的综合表现, 而一定深度土层土壤贮水量与耕层土壤含水率存在数量关系[23], 该方法确定了冬小麦各关键生育时期耕层土壤含水率的补灌阈值和补灌水量的计算公式[24]。将该项农艺补灌节水方法与微喷带设施节水技术相结合形成的微喷补灌技术, 可在较低灌水量条件下保持较高的灌溉水分布均匀度, 与传统的定额灌溉相比, 不仅保持了原有的高产水平, 而且节约用水20%～32%, 显著提高水分利用效率[25]。

已有研究证明畦灌为低频率大水量灌溉, 会造成土壤容重增大, 紧实度增加, 土壤蓄水、保水能力变弱, 尤其导致表层土壤透水透气性差, 制约作物正常生长和产量形成[26]。迄今关于微喷带灌溉对麦田土壤物理性状和水分运移的研究还鲜有报道, 本文以传统畦灌为对照, 探索微喷补灌技术对麦田土壤物理性状、冬小麦群体动态、棵间蒸发与蒸腾耗水及产量和水分利用效率的影响, 以期为冬小麦节水高产栽培提供理论和技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

在山东省泰安市道朗镇玄庄村(36°12′N,116°54′E)大田属温带大陆性季风气候, 年均气温为13.0～13.6℃, 年均降雨量为 621.2～688.0 mm, 地下水位为15～25 m。试验田地面坡度为0.3%, 播种前0～20 cm土层土壤养分状况如表 1所示, 播种前 0～40 cm土层土壤容重、田间持水率、总孔隙度和毛管孔隙度如表2所示, 两年度自然降水量和气温如图1所示。

1.2 试验设计

选用该区当前大面积推广的高产冬小麦品种山农 29, 设置畦灌(BI)和微喷补灌(MSI)两处理。左侧畦埂中心线至右侧畦埂中心线的垂直距离2.0 m, 畦面宽1.6 m, 畦埂宽0.4 m, 畦长75 m。BI处理的灌水量由试验田地面坡度、畦田规格、单宽流量和改口成数等因素共同决定。每次灌水时将单宽流量设为4.5～5.0 L m-1s-1, 改口成数设为90%, 即当水流前锋到达畦长长度的 90%位置时停止灌水, 用水表计量整个过程灌水量即为该次畦灌处理的灌水量。MSI处理每畦种植 8行小麦, 在自边行向内数第 4行与第 5行小麦之间沿小麦种植行向铺设一条小麦专用微喷带(ZL2014104993757)[14]。在试验小区内灌溉水均匀喷洒, 微喷带进水端装有水表和闸阀, 用以计量和控制灌水量。依据山东省地方标准《小麦微喷补灌节水技术规程》(DB37/T3174-2018)[24]确定MSI处理的灌水时期和灌水量。

表1 试验田播种前0～20 cm土层土壤养分状况Table 1 Soil nutrient contents in 0-20 cm soil layer of experimental field before sowing

表2 试验田0～40 cm土层土壤容重、田间持水率、总孔隙度和毛管孔隙度Table 2 Soil bulk density, field capacity, total porosity, and capillary porosity in 0-40 cm soil layer of experimental field

图1 2016-2018年冬小麦生长季降水量及气温Fig. 1 Precipitation and air temperature in growing seasons of winter wheat in 2016 to 2018

1.2.1 播种期补灌水量的确定 于小麦播种前 1 d, 测定试验田0～20 cm土层土壤质量含水率(θm-0-20,m/m, %), 用公式(1)计算出播种期0～20 cm土层土壤相对含水率(θr-0-20, %)。当θr-0-20＞70%时, 无需补灌；当θr-0-20≤70%时, 用公式(2)计算需补灌水量(I, mm),并于播种后实施灌溉。

公式(1)中θr-0-20为0～20 cm土层土壤相对含水率(%),θm-0-20为 0～20 cm 土层土壤质量含水率(m/m, %),FCm-0-20为0～20 cm土层土壤田间持水率(m/m, %)。

公式(2)中I为需补灌水量(mm),γ0-20为 0～20 cm土层土壤容重(g cm-3), FCm-0-20为0～20 cm土层土壤田间持水率(m/m, %),θm-0-20为0～20 cm土层土壤质量含水率(m/m, %)。

1.2.2 越冬期补灌水量的确定 在日平均气温下降至2℃左右、表层土壤夜冻昼消时, 测定0～20 cm土层土壤质量含水率(θm-0-20), 用公式(1)计算出0～20 cm土层土壤相对含水率(θr-0-20)。当θr-0-20＞60%时, 无需补灌； 当θr-0-20≤60%时, 用公式(2)计算需补灌水量(I,mm), 并及时实施灌溉。

1.2.3 拔节期补灌水量的确定 在小麦拔节初期,测定 0～20 cm土层土壤质量含水率(θm-0-20), 用公式(1)计算出0～20 cm土层土壤相对含水率(θr-0-20)。当θr-0-20＞70%时, 无需补灌； 当θr-0-20≤50%时, 用公式(2)计算需补灌水量(I, mm), 并及时实施灌溉。当小麦拔节初期50%＜θr-0-20≤70%时, 暂不灌溉, 于拔节后10 d, 测定0～20 cm土层土壤质量含水率(θm-0-20),用公式(1)计算出 0～20 cm 土层土壤相对含水率(θr-0-20)。当θr-0-20＞70%时, 无需补灌； 当θr-0-20≤70%时, 用公式(2)计算需补灌水量(I, mm), 并及时实施灌溉。

1.2.4 开花期补灌水量的确定 在小麦完花期,测定 0～20 cm土层土壤质量含水率(θm-0-20), 用公式(1)计算出0～20 cm土层土壤相对含水率(θr-0-20)。当θr-0-20＞50%时, 无需补灌； 当θr-0-20≤50%时, 用公式(2)计算需补灌水量(I, mm), 并及时实施灌溉。

BI处理的灌水时期与MSI处理的一致, 两处理各生育时期的实际灌水量如表 3所示。灌溉水源为井水。

表3 2016-2018年各处理灌水量Table 3 Amount of irrigation in different treatments from 2016 to 2018 (mm)

试验小区面积75 m × 2 m=150 m2, 随机区组排列, 3次重复。小区之间留1 m宽隔离区, 防止小区间水分渗漏。两年度试验分别于2016年10月4日和2017年10月12日播种, 三叶一心期定苗, 留苗密度为180株 m-2, 于2017年6月11日和2018年6月 5日收获。小麦播种前将前茬玉米秸秆全部粉碎翻压还田, 底施纯氮 192 kg hm-2、P2O5120 kg hm-2、K2O 120 kg hm-2, 氮肥50%底施, 50%于拔节期随灌溉水追施, 磷钾肥作底肥一次施入。用尿素作氮肥, 重钙作磷肥, 氯化钾作钾肥。BI处理拔节期追施氮肥的方式为在畦田内人工均匀撒施肥料,随后畦灌。MSI处理拔节期采用微喷带灌溉水肥一体化系统(包括微喷带灌溉系统和溶肥注肥机等)[14,27]追施氮肥。即于小麦拔节期灌水时, 将所需追施的尿素溶解成肥液注入输水管, 使其随灌溉水通过小麦专用微喷带均匀喷洒施入田间。其他管理措施同一般高产田。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 土壤容重的测定 于播种前、冬前期、拔节期、开花期和成熟期用环刀法[28], 每5 cm一层采集 0～40 cm土层原状土壤样品, 测定土壤容重、田间持水率、土壤总孔隙度及土壤毛管孔隙度。相关计算公式[29]如下。

式(3)中, γbd为土壤容重(g cm-3), W干为土样干重(g),V干为土样体积(cm3)。(4)式中 Fc为田间持水率(%),W饱为土样饱和水重(g), W干为土样干重(g)。(5)式中SG为土粒密度(g cm-3), W土为固体土粒的干重(g), V土为固体土粒体积(cm3)。(6)式中 STP为土壤总孔隙度(%), γbd为土壤容重(g cm-3), SG为土粒密度(g cm-3)。(7)式中CPP为土壤毛管孔隙度(%), Fc为田间持水率(%), WRM为凋萎含水率(%)。

1.3.2 全生育期棵间蒸发量测定 采用自制微型蒸发器测定棵间蒸发量。微型蒸发器由外筒和内筒二部分组成 。外筒和内筒均由聚氯乙烯管(PVC)做成, 其中外筒内径220 mm、高200 mm, 壁厚2 mm,用于嵌入小麦行间地表下放置内筒； 内筒的内径110 mm、高200 mm、壁厚2 mm, 用于装原状土壤。小麦播种当天, 在小麦行间分别用内筒和外筒采集田间原状土壤。采集完原状土壤后立即用塑料薄膜将内筒封底, 防止筒内水分与外界土壤水分交换[30]。将外筒内的土壤全部清除后, 重新将其嵌入原取样处,使其上口边缘与地面齐平, 清除底部土壤后, 再将内筒垂直放入外筒内, 其顶部与地面齐平。操作过程中尽可能减少对内筒中原状土壤的扰动, 每天17：00对内筒进行称重。每5 d将筒内土壤清除, 更换位置(在同一行间, 距离原位置2 m以内)继续取样测定。如遇降雨, 则在雨后更换位置继续取样测定。单位时间内的棵间蒸发量通过公式(8)计算。

式(8)中,E为单位时间内的棵间蒸发量(mm)； ΔM为单位时间内微型蒸发器内筒(含原状土)的质量差(g),可以直接通过称量获得；r为微型蒸发器内筒的内径(mm)。

1.3.3 农田耗水量和蒸腾量的计算 参照 Lyu等[32]和Chattaraj等[33]的方法计算农田耗水量。

式(9)中, ETc为农田耗水量(mm)；P为降水量(mm)；CIR为补灌水量(mm)； ΔW为阶段初与阶段末0～200 cm土层土壤贮水量的差值, 计算全生育期总耗水量时ΔW为播种期0～200 cm土层土壤贮水量与成熟期0～200 cm土层土壤贮水量的差值。因试验田地势平坦, 且地下水埋深在10 m以下, 故未考虑地下水及地表径流和渗漏的影响。式(10)中,T为蒸腾量(mm)；ETc为农田耗水量(mm)；E为蒸发量(mm)。

1.3.4 总茎数的测定 分别在冬前期、返青期、拔节期、开花期和成熟期, 从每试验小区随机选取1 m2面积调查总茎数。

1.3.5 籽粒产量及其构成因素的测定 成熟期调查单位面积穗数、每穗粒数和千粒重。从每个试验小区收获 3 m2脱粒, 自然风干至籽粒含水率为 12.5%左右时称重, 并折算成公顷产量。每处理3次重复。

1.3.6 水分利用效率的计算 水分利用效率(kg hm-2mm-1) = 籽粒产量(kg hm-2)/总耗水量(mm)[34]。

1.4 数据处理与分析

用Microsoft Excel 2003记录整理数据, 用SPSS 22.0统计软件检验显著性(LSD 法, α=0.05)。利用SigmaPlot 12.5软件绘图。

2 结果与分析

2.1 补灌前后土壤相对含水率

图2 不同处理冬小麦补灌前后0～100 cm土层土壤相对含水率变化Fig. 2 Changes of soil relative water content in 0-100 cm soil layer before and after supplementary irrigation under different treatments

如图 2所示, 2016—2017年度, 播种期补灌后,MSI处理0～40 cm土层土壤相对含水率显著升高, BI处理0～60 cm土层土壤相对含水率显著升高, 且高于MSI处理； 拔节期和开花期补灌后, MSI处理和BI处理 0～60 cm土层土壤相对含水率均显著升高, 且 BI处理高于 MSI处理。2017—2018年度, 冬前期和拔节期补灌后, MSI处理与BI处理0～60 cm土层土壤相对含水率显著升高, 且BI处理高于MSI处理。说明在本区域小麦生长季内采用畦灌或微喷补灌, 灌溉水主要贮存在60 cm以上土层； 畦灌每次灌水量均比微喷补灌多(表3), 其上部土层土壤相对含水率亦较高。

2.2 土壤容重

如图3所示, 2016—2017年度, 在冬前期, BI处理0～MSI处理0～40 cm土层土壤相对含水率显著升高, BI处理0～60 cm土层土壤相对含水率显著升高,且高于MSI处理； 拔节期和开花期补灌后, MSI处理和BI处理0～60 cm土层土壤相对含水率均显著升高,且 BI处理高于 MSI处理。2017—2018年度, 冬前期和拔节期补灌后, MSI处理与BI处理0～60 cm土层土壤相对含水率显著升高, 且 BI处理高于 MSI处理。说明在本区域小麦生长季内采用畦灌或微喷补灌, 灌溉水主要贮存在 60 cm 以上土层； 畦灌每次灌水量均比微喷补灌多(表3), 其上部土层土壤相对含水率亦较高。15 cm各土层土壤容重均大于MSI处理, 两处理在20～25 cm和30～40 cm土层的土壤容重无显著差异； 在拔节期, BI处理0～15 cm土层土壤容重大于MSI处理, 两处理在15～20 cm和25～35 cm土层的土壤容重无显著差异； 在开花期和成熟期,BI处理0～20 cm土层土壤容重大于MSI处理, 两处理在20～40 cm多数土层中的土壤容重无显著差异。2017—2018年度的结果与上一年度的基本一致, 两处理土壤容重在拔节期、开花期和成熟期的差异主要位于0～15 cm和0～20 cm土层, 且表现为BI处理大于MSI处理。说明相对于畦灌, 微喷补灌可显著降低0～15 cm甚至0～20 cm土层土壤容重。

2.3 田间持水率

如图4所示, 2016—2017年度, 在冬前期、拔节期、开花期和成熟期, BI处理在0～15 cm各土层土壤的田间持水率均明显小于 MSI处理, 且二者差异在冬前期、拔节期和开花期较大, 在成熟期较小。2017—2018年度, 在拔节期和开花期, BI处理在0～20 cm各土层土壤的田间持水率均明显小于 MSI处理； 在成熟期, 两处理在0～10 cm和25～35 cm土层土壤的田间持水率无显著差异, 在10～25 cm土层,BI处理的田间持水率明显小于MSI处理。说明相对于畦灌, 微喷补灌可使麦田上部土层保持较高的田间持水率, 有利于增加主要根层的土壤贮水量。

图3 不同处理冬小麦0～40 cm土层土壤容重变化Fig. 3 Changes of bulk density in 0-40 cm soil layer under different treatments

2.4 表层土壤总孔隙度

如图5所示, 2016—2017年度, 冬前期, BI处理0～20 cm土层土壤总孔隙度明显小于MSI处理, 在20～40 cm土层, 两处理无显著差异； 拔节期, BI处理0～15 cm和20～25 cm土层土壤总孔隙度明显小于MSI处理, 在15～20 cm和25～40 cm土层, 两处理无显著差异； 开花期和成熟期, BI处理0～20 cm各土层土壤总孔隙度均明显小于MSI处理, 在20～40 cm土层, 两处理无显著差异。2017—2018年度的结果与上一年度的基本一致, 拔节期、开花期和成熟期, BI处理0～15 cm各土层土壤总孔隙度均明显小于MSI处理。说明相对于畦灌, 微喷补灌能显著提高 0～15 cm甚至0～20 cm土层土壤总孔隙度。

2.5 毛管孔隙度

如图6所示, 2016—2017年度, 冬前期, BI处理0～20 cm 各土层土壤毛管孔隙度均小于 MSI处理,两处理在 20～40 cm 土层的土壤毛管孔隙度无显著差异； 拔节期, BI处理0～40 cm各土层土壤毛管孔隙度均小于 MSI处理； 开花期, BI处理 0～15 cm 和25～40 cm各土层土壤毛管孔隙度均小于MSI处理；成熟期, 两处理10～15 cm和30～35 cm土层土壤毛管孔隙度无显著差异, 其余各土层土壤毛管孔隙度均表现为 BI处理明显小于 MSI处理。2017—2018年度, 拔节期, BI处理0～40 cm各土层土壤毛管孔隙度均明显小于MSI处理； 开花期, BI处理0～35 cm各土层土壤毛管孔隙度均明显小于 MSI处理, 两处理在 35～40 cm土层的土壤毛管孔隙度无显著差异；成熟期, BI处理0～15 cm各土层土壤毛管孔隙度均明显小于MSI处理, 两处理在15～25 cm和30～40 cm土层中的土壤毛管孔隙度无显著差异。说明相对于畦灌, 微喷补灌对 0～40 cm多数土层土壤毛管孔隙度均显著提高, 有利于增强土壤持水能力。

2.6 冬小麦生长季棵间日蒸发量与大气日均温

图4 不同处理冬小麦0～40 cm土层田间持水率变化Fig. 4 Changes of field capacity in 0-40 cm soil layer under different treatments

图5 不同处理冬小麦0～40 cm土层土壤总孔隙度变化Fig. 5 Changes of soil total porosity in 0-40 cm soil layer under different treatments MSI： 微喷补灌处理； BI： 畦灌处理。

图6 不同处理冬小麦0～40 cm土层土壤毛管孔隙度变化Fig. 6 Changes of soil capillary porosity in 0-40 cm soil layer under different treatments MSI： 微喷补灌处理； BI： 畦灌处理。

图7 冬小麦生长季棵间日蒸发量与大气日均温Fig. 7 Daily evaporation of winter wheat and average daily air temperature

如图7所示, 冬小麦生长季棵间日蒸发量在年际间有较大差异。2016—2017年度, BI处理和MSI处理的最大日蒸发量均为2.0 mm, 2017—2018年度, BI处理和MSI处理的最大日蒸发量分别为0.9 mm和0.7 mm。两处理5月份之前的棵间日蒸发量变化动态与日均温基本一致, 二者相关系数在2016— 2017年度r=0.434,n= 145,P= 0.000**, 在 2017—2018年度r= 0.271,n= 111,P= 0.004**。5月1日后棵间日蒸发量与日均温的相关系数在2016—2017年度r=－0.464,n= 25,P=0.017*, 在2017—2018年度r=－0.345,n= 21,P= 0.116。说明麦田棵间蒸发量在小麦生育前中期受气温影响较大, 生育后期受气温影响较小, 可能与该时期地表覆盖度大有关。BI处理与 MSI处理的棵间日蒸发量动态曲线基本一致, 但总体上表现为BI处理大于MSI处理。

2.7 阶段耗水量及其组成

如表4所示, 两年度试验结果基本一致。BI处理的播种至拔节期各阶段耗水量、棵间蒸发量和植株蒸腾量均显著高于 MSI处理, 拔节至成熟期各阶段棵间蒸发量亦显著高于MSI处理, 而阶段耗水量则低于MSI处理或与MSI处理无显著差异。说明相比于畦灌, 微喷补灌不仅可以减少全生育期的棵间蒸发量, 而且显著降低拔节前的蒸腾耗水量, 从而减少全生育期总耗水量。

2.8 群体动态

图8表明, MSI处理拔节期单位面积茎数显著低于BI处理, 其余生育时期均与BI处理无显著差异,两年度结果一致, 说明微喷补灌可减少春季分蘖的发生。

2.9 冬小麦产量和水分利用效率

如表5所示, 两年度试验均表现为MSI处理的穗数、穗粒数、千粒重和籽粒产量与BI处理无显著差异, 但水分利用效率显著高于 BI处理, 说明采用微喷补灌技术能够维持高产水平、显著提高水分利用效率。

表4 不同处理冬小麦阶段耗水量及其组成Table 4 Water consumption of winter wheat in different growth stages and its composition under different treatments

图8 不同处理群体总茎数动态变化Fig. 8 Dynamic changes of population culms in different treatments of winter wheat MSI： 微喷补灌处理； BI： 畦灌处理。

表5 不同处理冬小麦产量构成因素、籽粒产量和水分利用效率Table 5 Factors of yield, grain yield, and water use efficiency of winter wheat under different treatment

2.10 生态和经济效益

由表 6可知, 与畦灌处理相比, 微喷补灌处理可减少灌溉水投入502～614 m3hm-2。虽然增加了设备投入(折旧费), 但总产值大幅度提高, 而且减少了灌溉用电量、用电费和用工费, 净收益增加2026.6～2181.5元 hm-2。说明采用微喷补灌技术不仅可以节约水电资源, 有利于保护生态环境, 而且减少了用工量和工费投入, 并通过增加有效种植面积大幅度提高产值, 取得显著的生态和经济效益。

3 讨论

土壤物理性状受土壤耕作、灌溉方式和施肥等的影响[35-38], 其变化直接影响土壤水、肥、气、热的保持和运动, 并且与作物的生长发育有密切关系。柴仲平等[39]研究滴灌、沟灌和漫灌对棉田土壤主要物理性状的影响, 发现各处理土壤孔隙度表现为漫灌＜沟灌＜滴灌, 而容重则相反。与漫灌和沟灌相比, 滴灌降低土壤容重, 增加总孔隙度、毛管孔隙度和气相比[40]。畦灌由于其灌水量过大[26], 会造成土壤容重和紧实度增大, 土壤水分入渗阻力增加,土壤蓄水和保水能力变弱, 尤其导致表层土壤透水和透气性差。与畦灌相比, 喷灌处理表土中圆形和不规则气孔的孔隙度均降低, 而且由于其产生较小的土壤裂缝, 可抑制大孔隙水流的发展[41]。本试验中, 微喷补灌处理与常规畦灌处理相比, 不仅降低了 0～20 cm 土层土壤容重(图 3), 而且提高了 0～15 cm甚至0～20 cm土层土壤总孔隙度(图5), 使0～40 cm 多数土层土壤毛管孔隙度提高(图 6), 相应土层的田间持水率也随之提高(图4), 有利于增加主要根层的土壤贮水量, 并使水、肥、气、热协调。由于微喷补灌处理的单次灌水量为 45.9～63.5 mm, 比常规畦灌处理减少了 14.9～28.7 mm (表 3), 目前尚难以区分灌水量和微喷灌方式各自对土壤物理性状的调节作用, 有待今后进一步研究。

表6 微喷补灌处理相对于畦灌处理的生态和经济效益分析Table 6 Ecological and economic benefit analysis of micro-sprinkling supplemental irrigation treatment compared with border irrigation treatment

作物的正常耗水为植株蒸腾和棵间蒸发, 其中棵间蒸发被视为无效耗水[42]。土壤水分状况是影响棵间蒸发的最重要因素, 两者呈显著正相关, 土壤水分越高, 蒸发量越大[43]。另有研究表明, 土壤孔隙分布越均匀, 孔隙连通性越好, 越能抑制土壤蒸发[44]。本试验依据麦田耕层土壤含水率和补灌阈值确定灌水时期和每次灌水量, 并通过微喷带在田间灌溉。微喷补灌处理每次灌水量和全生育期总灌水量均比畦灌处理明显减少(表3), 其上部土层土壤相对含水率亦相应降低(图2), 这是微喷补灌处理全生育期棵间蒸发量较低的原因, 而微喷补灌处理土壤毛管孔隙度的增加亦为减少棵间蒸发量起了作用,其贡献大小尚待进一步研究。

作物的耗水强度代表其需水状况, 在一定程度上影响作物的水分利用效率。供水量与小麦总耗水量呈线性正相关, 回归斜率为0.67～0.71[45]。随着灌水次数和灌水量的增加, 小麦耗水量增多[46], 灌溉水利用效率降低[47], 这与本试验结果一致。小麦不同生育时期对水分的需求存在差异, 因此灌水时期是影响小麦水分利用效率的重要因素[48]。冬小麦对拔节期土壤水分的响应明显, 增加该时期灌水量可显著促进其株高的增长[49]。本课题组前期的研究证明在底墒适宜的条件下, 不灌越冬水, 直至拔节期才补充灌溉可显著促进 0～20 cm 土层根系的生长,有利于对上部根层土壤蓄存的自然降水和灌溉水的吸收利用[50]； 本试验结果表明采用微喷补灌技术显著减少小麦拔节前的灌水量, 明显抑制春季分蘖的发生, 显著减少返青至拔节期间的植株蒸腾量和麦田总耗水量、提高水分利用效率。同时说明在保证冬前群体适宜的基础上, 减少小麦生育前期的供水、抑制春季无效分蘖的发生是降低麦田耗水、提高水分利用效率的一条有效途径。

4 结论

微喷补灌技术可减少冬小麦全生育期灌水量,降低耕层土壤容重、增加土壤毛管孔隙度和总孔隙度, 减少棵间蒸发量, 同时抑制春季无效分蘖发生,降低植株无效蒸腾, 是减少麦田总耗水量、提高水分利用效率的重要技术途径。