丁蓓蓓，张雪靓，赵振庭，侯永浩

▪作物水肥高效利用▪

华北平原限水灌溉条件下冬小麦产量及水分利用效率变化的Meta分析

丁蓓蓓，张雪靓*，赵振庭，侯永浩

（中国农业大学 土地科学与技术学院，北京 100193）

【】定量综合分析华北平原限水灌溉条件下冬小麦产量及水分利用效率的变化。以现状灌溉情形作为对照，基于47篇公开发表的学术论文中所收集的551对冬小麦产量观测数据与459对冬小麦水分利用效率观测数据，采用Meta-analysis方法对限水灌溉条件下的田间试验结果进行综合归纳，并通过亚组分析探讨了不同灌溉方案、土壤质地和田间管理措施等对产量和水分利用效率的影响。与现状灌溉相比，限水灌溉条件下冬小麦平均减产10.5%，水分利用效率平均增加4.3%。其中，灌溉3次方案可使得冬小麦稳产增效；在关键需水期灌溉1～2次的方案下，冬小麦的减产率可基本控制在10%以内，水分利用效率提高5%以上，显示出适度减产但效率增加。推荐的冬小麦种植田间管理方案包括：选用“石家庄8号”、“石4185”等节水品种；在10月中旬播种（适当晚播或晚播）；种植密度控制为400～600株/m2；增加有机肥施用；使用地覆或秸秆覆盖；实施深松耕等农艺节水措施。另外，冬小麦限水灌溉方案更适宜在砂壤土区域进行推广。限水灌溉下冬小麦减产但增效，适当的田间管理方案可有效降低减产程度，提高水分利用效率。

限水灌溉；冬小麦；产量；水分利用效率；Meta分析；华北平原

0 引 言

【研究意义】小麦作为最重要的粮食作物之一，占我国口粮的40%以上，其产量能否稳定对于国家粮食安全具有重要意义[1]。华北平原作为典型的冬小麦−夏玉米一年二熟轮作区，冬小麦产量约占全国的60%[2]。但是，在大陆性季风气候下，该区域冬小麦生育期内的降水量只能满足其25%～40%的需水量，因此灌溉成为冬小麦产量的重要保障[3-4]。受上游水库修建等的影响，华北平原可利用的地表水资源十分匮乏，该区域用水总量中的地下水用量约占70%，而其中农业用水占地下水总用水量的80%左右[5]，连续高强度开采引发了地下水位下降、地面沉降、地裂缝、海水入侵等生态环境问题[6-7]。为了缓解水资源短缺问题，我国政府和相关管理部门颁布了多项政策和行动方案[8-9]，其中在四部委联合印发的《华北地区地下水超采综合治理行动方案》中明确指出要强化重点领域节水，压减用于农业灌溉的地下水开采量，推广农艺节水措施。对于华北平原冬小麦生产而言，如何在控制灌溉总量的同时稳定冬小麦产量是众多学者关注的重点议题。限水灌溉[10]是指在作物生长季节特定的时间减少灌溉量，以节省水资源，并确保产量稳定或是尽可能减少产量损失，从而达到节水增效之目的。因此，在华北平原这一粮食主产区地下水资源严重超采的情势下，定量探讨限水灌溉对冬小麦产量及水分利用效率（Water Use Efficiency,；又称水分生产率，Water Productivity,）的影响可为节水灌溉方案的制定与推广提供科学参考。

【研究进展】近年来，相关学者在华北平原的典型区域开展了大量限水灌溉的田间试验和数值模拟研究[11-18]。裴宏伟等[11]在栾城试验站的研究量化了灌溉量增加对冬小麦产量的正效益，灌溉增产效率约为1.6 kg/m3；王德梅等[12]在山东农业大学农场的研究表明灌溉量增加到120 mm时冬小麦的产量会稳定在某个水平，而灌溉量超过180 mm时产量则有所下降。另一方面，灌溉方案也影响冬小麦的水分利用效率，曹彩云等[13]在深州试验站的研究表明随着灌水次数和灌溉量的增加，冬小麦的呈先增加再降低的趋势，但不同品种间存在差异，衡观35冬小麦在灌溉量为150 mm时最高，石4185冬小麦在灌溉量为225 mm时最高；而王海霞等[14]在吴桥试验站的研究表示石麦15在灌溉量为165 mm时达到最高。目前，针对华北平原冬小麦限水灌溉方案的研究一般是在某一试验站点（区）分析不同灌水次数和灌溉定额（灌溉量）下冬小麦生长的情况[11-16]。由于各试验站点（区）间的灌溉处理、土壤性质、气候条件不尽相同，为了提高产量而采取的田间管理措施也不完全一致，因而试验结果往往存在差异，尚缺乏在区域尺度上对多个试验点（区）的试验结果的综合分析。此外，已有研究中对限水灌溉条件下点尺度的田间试验结果与区域尺度模型模拟[17-18]结果进行比较尚显不足。Zhang等[17]和Li等[18]分别基于SWAT模型和SWAP-WOFOST模型对河北省太行山山前平原与河北省黑龙港地区在限水灌溉方案下的冬小麦产量与进行了分布式模拟，上述研究构成了京津以南河北平原农业水文模拟数据库。考虑到京津以南河北平原是华北地区地下水超采最严重、亟需推行限水灌溉以实现节水压采的井灌区，本文聚焦于这一典型区，开展限水灌溉下不同田间试验结果的定量综合归纳分析，并与区域尺度的模型结果进行比较与讨论。

【切入点】Meta-analysis是一种对同一主题下大量独立试验结果进行综合归纳的统计方法[19]。尽管Meta-analysis在分析灌溉对冬小麦产量及影响领域有所应用[20-23]，但针对地下水超采区如何权衡“水-粮”关系这一特定背景探究限水灌溉问题、特别是综合分析不同农艺节水措施的研究相对较少。【拟解决的关键问题】本文通过收集河北省限水灌溉的相关文献资料，以现状灌溉情形作为对照，应用Meta-analysis方法综合评价限水灌溉下田间试验的产量和的变化，定量分析田间试验中不同品种、播种方式、施肥方式等对冬小麦产量和的影响，对比模型模拟结果，力求为相关管理部门提供定量参考。

表1 数据统计描述

注 试验地点列中的*表示除试验站以外的在该县域内其他田块的试验结果。例如：栾城*表示除栾城试验站以外的栾城地区内的其他田间试验结果。密播列中的#表示该密播程度是通过单位换算而来，是估计值。传统播期表示在10月5日前播种；适当晚播表示在10月5—10日播种；晚播表示在10月11—20日播种；极端晚播表示在10月20日以后播种。施肥情况只统计施肥种类未统计施量与次数。

1 材料与方法

1.1 数据选择

在中国知网（CNKI）和Web of Science 2个中英文数据库中，以“灌溉”、“冬小麦”、“海河流域”或“华北平原”或“太行山山前平原”或“黑龙港流域”或“河北省”（英文检索词有Irrigation, winter wheat, Haihe River basin, North China Plain, Hebei Province）等及其组合为检索词搜集了自1988年以来国内外发表的有关华北平原、特别是京津以南河北平原在不同灌溉条件下研究冬小麦产量或的学术论文。根据研究需要，进一步对检索的文献进行了筛选，具体的筛选标准如下：①试验点（区）位于华北平原内属于河北省的区域；②试验是针对冬小麦限水灌溉方案进行的研究，并有相应的现状灌溉或近似的现状灌溉处理作为对照组；③文献中详细记录了试验观测的冬小麦产量和或其中的一项，在本研究中的定义为作物产量与实际蒸散量（Actual evapotranspiration,a）之间的比率[24]；④试验年份≥2 a或同年相同试验≥2组，并有对应的图表数据；⑤文献中试验地、田间管理措施记录完整；⑥剔除试验地点、试验年份、试验数据结果有重叠的文献。经过以上标准的筛选，共获得47篇文献。进一步对符合标准的文献提取试验点位置、土壤类型、试验时间、灌溉定额、灌溉方式、播种方式等数据。若是表格数据直接提取；若是统计图中数据则采用图形数字化软件GetData Graph Digitizer 2.22进行数字化转换后再提取。考虑到不同文献中试验地点、灌溉定额、灌水次数、播期、施肥情况等表述的差异性，将其进行适当分类用于后期的亚组分析，主要分类方式如表1所示。

1.2 统计分析

本文在MetaWin软件中使用反应比作为效应值[25]，以反映限水灌溉对冬小麦产量和的影响：

式中：e、c分别为试验组和对照组（现状灌溉）的产量均值（kg/hm2）或均值（kg/m3）。Ln为无单位指标，具有正值和负值，分别表示与现状灌溉相比限水灌溉条件下产量或的增加或减少；Ln越接近于0表明限水灌溉对产量或的影响越小或没有。

与每个Ln值相关的列内方差Ln RR根据与每个产量和值相关的标准差进行计算：

式中：e、c分别为试验组和对照组中目标变量的标准差；在试验组和对照组中，e、c分别为目标变量的样本大小。文献中已标有标准差，则使用该标准差；文献中没有明确标出标准差的，本研究使用以下方法：如果研究提供了多年数据，将不同年限的试验数值视为重复试验，计算标准差；否则参考相关文献中的做法[26-27]，假定偏差为平均值的1/10。

由于试验数据来源于田间条件与农艺管理措施具有差异性的不同站点，故选用平衡权重的随机效应模型对原始数据进行Meta-Analysis[19]。

加权平均响应比[27]计算式为：

式中：为研究样本的数量；为累积数；L为观察效应值；为每个反应比的权重。使用以下方程式计算出95%置信区间（Confidence Interval，95%）：

如果95%置信区间包含0，可认为试验组和对照组差异不显著；如果95%置信区间不包含0，则认为差异显著。

为了更加直观地反映和解释限水灌溉对冬小麦产量和的影响，将效应值Ln转化为产量变化率或变化率[25]：

=（exp（Ln）-1）×100%， （5）

式中：为产量变化率或变化率。

本文采用R语言进行制图、采用Visio软件进行图面整饰。

2 结果与分析

2.1 限水灌溉对冬小麦产量及WUE的综合效应

对本研究筛选出的551对产量观测值与459对观测值进行计算，总效应值分别为-0.110 5与0.042 3，即限水灌溉下冬小麦产量总体呈负效应，总体呈正效应。限水灌溉条件下，研究区内冬小麦平均减产10.5%，平均增加4.3%。由图1可知，研究结果中约48%的点位于Ⅱ区（亦即：减产增效）；约28%的点位于Ⅲ区（亦即：减产减效）；约20%的点位于Ⅰ区（最佳，亦即：增产增效）；只有少量点位于Ⅳ区（亦即：增产减效）。有试验结果在Ⅰ区中出现意味着即便是在灌溉定额有所减少的情况下，田间试验中也出现了冬小麦增产增效的情形，因此需要结合亚组分析进一步探讨在哪些区域、有哪些节水品种以及采用哪些田间管理措施对于冬小麦的保产增效产生了影响。

2.2 不同试验地点限水灌溉对冬小麦产量及WUE的影响

在研究区内的12个田间试验站（区），限水灌溉条件下冬小麦在整体上呈现出不同程度的减产效应（图2（a））。其中，在藁城*、藁城试验站、栾城试验站、南皮*、深州试验站、吴桥试验站和涿州*，冬小麦产量变化效应值（Ln）的95%置信区间不包含0（图2（a）），呈现出显著的减产效应。限水灌溉条件下这些试验站（区）内冬小麦减产率的平均值为16.8%，其中在吴桥试验站的减产率最低，在涿州*的减产率最高。从限水灌溉对冬小麦的影响来看，在藁城*、南皮*、吴桥*和涿州*等地呈现出不显著的减效效应；而在栾城试验站、深州试验站、吴桥试验站和邢台*呈现出显著的增效效应（图2（b）），且其限水灌溉条件下的冬小麦的平均变化率为12.3%，其中在邢台*的增效效应相对最高。值得注意的是，由于不同试验站（区）的数据量不尽相同，在具有长期试验条件的隶属于科研单位与高校的吴桥试验站、栾城试验站和深州试验站，本研究分析所用的样本数分别不少于229、133和39个，数据量相对较为丰富，而在这3个站点限水灌溉条件下的冬小麦产量和均分别表现出显著的负效应和正效应（图2）。特别是在样本量超过100的吴桥试验站和栾城试验站，冬小麦产量与的效应值也非常接近（图2）。

图1 基于随机效应模型的限水灌溉下冬小麦产量和WUE变化率的分布图

图2 不同试验地点限水灌溉下冬小麦产量与WUE的效应值

2.3 不同限水灌溉方案对冬小麦产量及WUE的影响

限水灌溉条件下，灌水次数、灌溉定额、灌水时间对冬小麦的产量和均有显著影响。在雨养、灌溉1次、灌溉2次条件下，冬小麦产量变化效应值（Ln）的95%置信区间不包含0（图3（a）），这表明上述3种限水灌溉方案具有显著的冬小麦减产效应。与现状灌溉相比，雨养、灌溉1次和灌溉2次条件下冬小麦的平均减产率分别为24.2%、9.3%和2.3%。与之相比，灌溉3～6次的方案不会导致冬小麦显著减产（图3（a））。而在灌溉1次、灌溉2次、灌溉3次条件下水分利用效率有显著的提高（图3（b）），冬小麦较现状灌溉制度分别平均增长了5.8%、6.1%和7.6%。从不同灌溉定额区间的分析结果来看，当灌溉定额超过200 mm时，冬小麦的减产效应变的不显著（图3（c））；当灌溉定额在100～250 mm时，冬小麦水分利用效率的增长较为显著，增长幅度约为4.9%～12.3%（图3（d））。综上，从稳产且增效的角度看，灌溉定额为200～250 mm、灌水次数为3次的限水灌溉方案表现最佳；若要压减更多的灌溉量以保护地下水资源，但同时实现冬小麦轻度减产（减产率小于10%）且增效的目标，灌溉定额为50～200 mm、灌水次数为1～2次的限水灌溉方案具有一定的可行性。

图3 不同灌水次数、灌溉定额分别对冬小麦产量及WUE的影响

表2 限水灌溉不同灌水时间条件下冬小麦产量与WUE的变化

考虑到灌水时间的不同也会对作物生长产生影响，进一步将灌溉1次至灌溉5次方案中按照灌水时间的不同细化了冬小麦产量与的变化，结果见表2。由表2可知，在灌溉1次的方案中，约有75%的样本量都是在拔节期进行灌溉，这是因为拔节期是冬小麦最为关键的需水期。在拔节期灌溉1次的方案下，冬小麦的平均减产率约为8.4%，平均增加4.3%，效应值Ln的范围显示这一变化在统计上是显著的。对于灌溉2次方案，综合考虑样本数量、显著性和尽可能小的减产率，在拔节期和开花期进行灌溉的方案相对较优，冬小麦平均减产1.6%，平均增加4.8%。在灌溉3次方案中，尽管稳产增效的效应不是非常显著，但在拔节期、孕穗期和灌浆期（或在拔节期、开花期和灌浆期）进行灌溉的这2种方案的表现是相对更佳的。更多灌水次数的样本量较少，在此不再做详细分析，具体结果见表2。

2.4 不同播种方式对冬小麦产量及WUE的影响

冬小麦的播种密度与播种时间（即：播期）也会影响其生长过程，从而影响产量及水分利用效率。分析结果显示，播种密度在300～700株/m2之间，限水灌溉方案对冬小麦产量的影响较为显著，其中400～500株/m2的播种密度具有相对最小的冬小麦减产效果（图4（a）），500～600株/m2的播种密度具有相对最高的冬小麦水分利用效率提升效果（图4（b））。

从播期对冬小麦产量及的影响来看：极端晚播的样本量只有4个，且统计结果不显著；与传统播期相比，适当晚播（种植时间为10月5—10日）和晚播（种植时间为10月11—20日）显著地降低了限水灌溉条件下的冬小麦减产率（图4（c））、提高了（图4（d））。具体地，适当晚播及晚播可将传统播期下冬小麦平均减产率从13.4%减低到10%以内，并将冬小麦的增效效果提升了2.4%～5.6%左右。因此，为了降低限水灌溉对冬小麦减产的影响，并进一步提高水分利用效率，可适当延后冬小麦的播种时间，在10月中旬左右进行播种。

2.5 不同品种对冬小麦产量及WUE的影响

本文从文献中所筛选的限水灌溉条件下40多个冬小麦品种对产量和的影响进行了定量分析，结果见表3。受样本数量的限制，部分品种的统计结果并不显著，在具有显著效应的品种中，“石家庄8号”、“石4185”、“石麦15”、“济麦22”、“济南17”表现出相对较小（基本小于10%）的冬小麦减产率；“石4185”、“衡4399”、“衡观35”、“石优20”、“济麦36”、“冀麦26”、“石家庄8号”表现出相对较高（基本大于5%）的冬小麦增长率。这表明，上述品种是京津以南河北平原在实施限水灌溉时推荐采用的冬小麦品种。

2.6 土壤质地及其他田间管理措施对冬小麦产量及WUE的影响

土壤质地、覆膜方式、耕作方式、施肥方式对限水灌溉条件下冬小麦产量的影响比其对的影响更加显著（图5）。不同的土壤质地会导致限水灌溉条件下冬小麦产量有所差异，其中砂壤土的相关试验结果冬小麦减产率最小，可见砂壤土更适合作为限水灌溉模式的推广土壤。与露地（农田不覆盖）相比，秸秆覆盖、使用地膜均会减低冬小麦的减产率，但产量的变化幅度不大。在耕作方式统计效果显著的结果中，深松耕较旋耕条件下冬小麦的减产率更低且更高，即具有更优的保产增效效果（图5）。对于施肥方式，在“有机肥+追肥”的组合下，冬小麦具有最小的减产率（平均-6.1%）和最高的增长率（平均16.0%），在“有机肥+氮肥”或“有机肥+氮肥+追肥”的组合下，冬小麦的保产增效效果也相对较好（图5），这些结果对研究区内畜禽粪便资源化利用及有机肥使用的推广具有一定的指导意义。

图5 其他因素对冬小麦产量及WUE的影响

3 讨 论

受降水时空异质性的影响，在我国北方大部分区域小麦的生长都离不开灌溉，定量分析二者之间的关系对农业水资源的高效利用具有重要意义。Meta-analysis可将已有研究结果进行综合归纳，而在关于灌溉对小麦影响的议题中，有的将生育期内不灌溉的处理作为对照组，研究灌溉对小麦的增产效应[20-22]；有的则将现状灌溉制度（亦即：农民目前普遍采用的灌溉方案）作为对照组，研究灌溉定额的减少（包括雨养）对小麦生产的影响[23]。本研究采用第2种技术路线，对亟须压减冬小麦灌溉定额（灌溉量）的华北地下水超采区已发表的相关文献进行统计分析，得到的限水灌溉方案下冬小麦的减产程度是国家有关管理部门在政策制定时所关心的重要变量。20世纪60年代以来，华北平原农民大多在冬小麦生育期内灌溉4～5次[28-29]，实施限水灌溉可以在一定程度上减缓地下水位的继续下降，但能否做到冬小麦稳产或是轻度减产也尤为关键，特别是在我国高度重视粮食安全的背景下[30]。但这样的分析思路要求必须有现状灌溉情形或近似现状灌溉处理作为对照组，尽管本研究共收集统计了47篇符合所有筛选条件的文献，但与筛选前的500多篇文献相比，大多数难以采用的数据都是因为缺少现状灌溉处理做对照。未来的田间试验工作可增加与限水灌溉相对应的现状灌溉处理（其他条件不变），这样便于对冬小麦减产程度进行更为客观的量化，而这恰恰是目前该区域水资源管理工作的参考依据。

冬小麦节水抗逆品种的使用、田间农艺补偿措施的实施以及土壤质地的差异都会对限水灌溉条件下冬小麦的减产程度和水分利用效率产生影响。结果显示，“石家庄8号”和“石4185”在限水灌溉条件下都表现出显著的降低减产程度、提升的结果，而“石家庄8号”正是被农业农村部列为国家节水高产小麦主推品种[31]。通过对播种密度和播种时间的亚组分析，当播量在400～600株/m2（适当的高播种密度）、播期在10月中旬左右（晚播或适当晚播），可较现状播量和传统播期实现增产增效。梁翠丽等[32]研究得出适当的高播种密度对增产和改善不同穗位结实特性具有积极作用，刘萍等[33]研究得出适当晚播可以减少无效分蘖和无效叶面积、提高成穗率，这都支撑了本文的综合分析结果。覆膜可以通过改善土壤含水量和冬小麦生长状况、提高冬小麦产量。郭孟楚等[34]研究表明冬小麦灌溉条件下覆膜比不覆膜增产25%、雨养条件下覆膜比不覆膜增产19%。本文的统计样本中尽管大部分试验处理中农田都是不覆盖的，但20多个有覆膜或秸秆覆盖处理的数据依然表现出了较农田不覆盖的处理有明显的增产增效结果。吴金芝等[35]研究表明，深松耕提高了土壤水分贮蓄和利用能力，进而增产增效，这与本研究的综合分析结果也是一致的。有机肥和化肥施用均对冬小麦产量具有显著的提升效果，而有机肥在培肥土壤方面效果明显优于化肥，且有机肥处理随施肥量的增加能够持续提高土壤养分库容量[36]。与上述结果一致，本研究推荐在冬小麦生育期内更多地施用有机肥，以降低灌溉定额的减少所带来的减产程度。未来若有更丰富的田间试验数据，要进一步探讨上述冬小麦种植的田间管理配套措施之综合效应并进行定量分析。

在水资源的约束下，冬小麦生育期内灌水次数和灌溉定额的减少会对其产量造成多大程度的影响，是在地下水超采的华北冬小麦主产区亟待回答的科学问题。本研究结果表明，与现状灌溉情形相比，灌溉3次方案可实现稳产，而在雨养、灌溉1次、灌溉2次条件下，冬小麦产量分别平均降低了24.2%、9.3%、2.3%。除了在点尺度进行田间试验外，定量探究不同灌溉方案的影响还可通过数学模拟方法，特别是基于分布式水文模型在区域尺度上的应用情景分析。Zhang等[17]和任理等[37]在河北省太行山山前平原（约2.3万km2）运用SWAT模型进行了雨养、灌溉1次（75 mm）、灌溉2次（每次75 mm）的模拟研究，上述情景下区域内冬小麦的平均减产率分别约为54%、28%、13%。根据Li等[18]在河北省黑龙港地区（约4.0万km2）运用SWAP-WOFOST模型的模拟结果，我们估算出上述3种情景下该区域内冬小麦平均减产率分别约为82%、63%、43%。这种差异主要与田间试验点和区域上的土壤质地、气象条件、模型概化的作物品种及输入的田间管理措施的精细程度等有关。本研究可为区域尺度模拟结果的进一步细化或深化提供参考。一方面，若能够收集到涉及某一农艺节水措施的田间试验多年数据（如：秸秆覆盖条件下的土壤水分监测数据、冬小麦叶面积变化及产量数据），未来可进一步对模型进行针对性修改及参数率定，使之能够合理模拟这一过程。另一方面，我们可以将本研究获得的不同亚组结果（如：氮肥和有机肥施用的差异）设置为“调整系数”，修正虽不能反映有机肥施用但能反映氮肥施用的模拟结果，也可进一步对区域内有机肥不同推广程度下冬小麦的产量估计提供参考。受益于更精细的管理措施，试验站（区）尺度的冬小麦产量往往高于区域尺度大田的产量，而无论是Zhang等[17]和任理等[37]在太行山山前平原，还是Li等[18]在黑龙港地区模拟的限水灌溉下冬小麦产量，都是相对偏于保守的估计。因此，在某种意义上需要结合田间试验的整合分析与区域尺度的数学模拟，对不同限水灌溉方案的减产效应再进行评估。本文采用Meta综合归纳分析的结果表明，灌水时间的差异也会显著地影响冬小麦产量，灌溉1次方案应在拔节期进行，灌溉2次方案应该在拔节期和开花期进行，这与农业水文模型的模拟结果[17-18,37-38]是一致的。

4 结 论

1）研究区内冬小麦在限水灌溉方案下普遍呈产量下降但水分利用效率提高的变化态势，其中在样本量超过100对的栾城试验站和吴桥试验站统计结果更为显著。

2）与现状灌溉情形相比，灌溉3次方案可以实现冬小麦稳产增效；在灌溉2次和灌溉1次条件下，冬小麦产量分别平均降低了大约2.3%和9.3%，属于轻度（或适度）减产，分别提高了大约6.1%和5.8%。灌溉1次方案所推荐灌水时间为拔节期，灌溉2次方案所推荐灌水时间为拔节期和开花期，灌溉3次方案所推荐灌水时间为拔节期、孕穗期和灌浆期（或拔节期、开花期和灌浆期）。

3）冬小麦限水灌溉方案更适宜在砂壤土区域进行推广。为尽可能降低减产程度并提高水分利用效率，综合分析所推荐的冬小麦种植的田间管理方案包括：选用“石家庄8号”、“石4185”等节水品种；在10月中旬播种（适当晚播或晚播）；种植密度在400～600株/m2；使用地覆或秸秆覆盖；配合深松耕；增加有机肥施用。

致谢：感谢中国科学院遗传与发育学研究所农业资源研究中心张喜英研究员在作者到栾城农业生态系统试验站调研期间就冬小麦限水灌溉田间试验方面所给予的指教。感谢长安大学水利与环境学院李佩博士对本文相关科学问题的指教与帮助。感谢中国农业大学任理教授对本文修改稿进一步提出修改建议。

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Change in Winter Wheat Yield and Its Water Use Efficiency as Affected by Limited Irrigation in North China Plain: A Meta-analysis

DING Beibei, ZHANG Xueliang*, ZHAO Zhenting, HOU Yonghao

(College of Land Science and Technology, China Agricultural University, Beijing 100193, China)

【】Limited irrigation is a strategy introduced in northern China to alleviate groundwater depletion by marginally scarifying winter wheat yield. The purpose of this paper is to analyze the variation in winter wheat yield and its associated water use efficiency () following implementation of this strategy.【】The analysis was based on experimental studies published in 47 papers; they consisted of 511 pairs of dataset for yield comparison and 459 pairs of data forcomparison. In both comparisons, business-as-usual was taken as the control. The effects of different limited irrigation schemes, soil texture and agronomic management on yield andof the wheat werecalculated using subgroup analysis.【】On average, limited irrigation reduced the wheat yield by 10.5% and increasedby 4.3%, with the reduction and increase both depending on irrigation method and irrigation frequency. When the irrigation amount was the same, irrigating the crop three times during its growing season could minimize yield reduction while in the meantime improve. In contrast, reducing the irrigation frequency to twice or once during the growing season of the crop reduced its yield by >10% despite the >5% increase in. To minimize yield reduction due to the limited irrigation, we recommend crop varieties of Shijiazhuang 8 and Shi 4185, with their seeds drilled in the middle of October at planting density of 400～600 plants/m2. Also, increasing organic fertilization, straw mulching, coupled with deep ploughing, was found effective to alleviate yield reduction due to the reduced irrigation.The analysis showed that the limited irrigation was more suitable for implementing in sandy loam soils than in other soils.【】Increasing irrigation frequency can partly offset the detrimental impact of the limited irrigation on winter wheat yield in the North China Plain in China. Yield reduction can be further reduced by changing some agronomic management practices such as increasing organic fertilization and deep ploughing.

limited irrigation;winter wheat; seed yield; water use efficiency; Meta-analysis; North China Plain

S274.1；S275.5

A

10.13522/j.cnki.ggps.2021377

1672 - 3317（2021）12 - 0007 - 11

2021-10-09

国家自然科学基金项目（41807183）

丁蓓蓓（1997-），女，山东日照人。硕士研究生，主要从事农业水土资源的定量模拟研究。E-mail: 13793449196@163.com

张雪靓（1991-），女，河北承德人。硕士生导师，主要从事水土资源可持续利用的研究。E-mail: zhangxueliang@cau.edu.cn

丁蓓蓓, 张雪靓, 赵振庭, 等. 华北平原限水灌溉条件下冬小麦产量及水分利用效率变化的Meta分析[J]. 灌溉排水学报, 2021, 40(12): 7-17.

DING Beibei, ZHANG Xueliang, ZHAO Zhenting, et al.Change in Winter Wheat Yield and Its Water Use Efficiency as Affected by Limited Irrigation in North China Plain: A Meta-analysis[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2021, 40(12): 7-17.

责任编辑：韩 洋