不同灌溉畦宽对小麦耗水特性和产量形成的影响

当前河北省渠灌小麦大多仍采用地面大水漫灌，在河北辛集地区灌溉畦宽一般在6～8 m，畦长150～300 m。一些研究表明，地块过宽、过长单次灌溉量明显增加，一般可达到150 mm左右[1]，导致严重的水浪费，这与河北省水资源短缺的现状极不适应。有必要以节水高效为目标，对渠灌区进行田间改造，探索该区节水灌溉技术。在畦长和入畦流量一定的条件下，宽畦灌水均匀系数显著低于窄畦处理[2-3]，随畦宽的增加灌水量也明显增加[2]，且灌溉水在畦内分布的差异引起不同区域灌水量不同，对应区域小麦对土壤水的利用程度亦不同，从而导致小麦旗叶水势和光合速率等也存在差异，进而引起冬小麦产量和水分利用效率的变异[4]。这些变异的产生不仅可能引起水分、养分的损失[5-7]，而且可能引起小麦产量的损失。目前，河北水资源亏缺日益严重，一些成熟的节水灌溉设施尚不能在渠灌区应用，急需对畦灌节水技术开展深入研究。针对畦灌的研究多集中在水利工程[8-10，2]以及水盐运移规律方面[11]和灌水效率方面[12-13]，关于不同畦宽对小麦耗水及产量影响研究不多[14-16]。本试验研究了不同畦宽对小麦产量、土壤

分布和麦田灌水均匀度的影响，希望确定当地适宜的灌溉畦宽，从而构建渠灌区小麦节水高效的灌溉技术。

1 材料和方法

1.1 试验地点

于2015-2016年在河北农业大学辛集马庄实验站进行试验。该区为华北太行山山前平原区，年平均降雨量474 mm，试验季冬小麦降水量为101.8 mm。试验地块0～20 cm土壤含全氮0.81 g/kg、有机质12.1 g/kg、碱解氮75.0 mg /kg、全磷2.2 g/kg、有效钾55.3 mg /kg和有效磷24.3 mg /kg。

1.2 试验设计

试验设2个灌溉畦长，分别为45，60 m，每个畦长均设置3个畦宽，分别为8.3，5.5，2.8 m，裂区设计，3次重复，小区采用完全随机排列，畦宽和畦长见表1。小麦品种为冀麦585，播种行距15 cm。铺管位置及管道距畦首位置见表1，主管道和支管道分别采用直径110，90 mm的软管。起身-拔节期和孕穗-开花期灌溉，以小区自然灌满为标准，灌水量见表1。夏玉米收获后、冬小麦播种前，底施史丹利复合肥600 kg/hm2 (含N 20%、P2O5 26%、K2O 8%)，灌起身-拔节期水前施用尿素(含N 46%) 225 kg/hm2，撒施。播前底墒充足，各处理均未灌溉底墒水。10月14日播种，次年6月5日收获。

1.3 测定方法

1.3.1 产量及产量构成每个重复人工收获3 m2，籽粒自然风干后称总质量和数取千粒质量，同时测定籽粒含水量，折算为13%含水量的公顷产量和千粒质量。于成熟期田间收取1.11 m双行的所有植株，进行考种，统计穗粒数和总穗数，折合为公顷穗数。

1.3.2 耗水量和水分利用效率(WUE)测定方法播前和成熟期采用取土法测定2 m土层水分含量，20 cm一层，用烘干法测定土壤含水量。生育期耗水量ET=P+U-F-R+ΔW+I[16]，式中ΔW为土壤贮水消耗量，P为当季降水量(mm)，U为地下水补给量(mm)，F为地下水补给量(mm)，R为地表径流量(mm)，I为灌水量(mm)。本试验地块降水入渗深度不超过2 m，地下水埋深5 m以下，因此U、F、R均为0。总耗水量公式如下：耗水量=灌水量+全生育期降雨量+2 m土壤贮水消耗量(播前2 m土层储水量-收获后2 m土层储水量)。

WUE(kg/m3)=Y/ET，Y为籽粒产量(kg/hm2)，ET为小麦生育期耗水量(m3/hm2)。

1.3.3 叶面积指数LAI 在3月5日、4月8日、4月25日、5月5日、5月15日、5月26日和6月5日取样，每小区取0.15 m2，重复3次，挑选长势均匀的5株，测量叶长宽，LAI=单株叶面积×0.83×单位土地面积内株数 /单位土地面积。

1.3.4 叶绿素相对含量(SPAD值) 在挑旗、开花、灌浆和成熟期用手持式SPAD-502型叶绿素计测定旗叶SPAD值，每叶测定2点，取平均值，每小区测定10个叶片。

1.3.5 干物重、干物重变异系数 5月26日灌浆后期取样，取0.5 m双行，分别在距出水口纵向10，30 m处，每个距离又分三点取样，即距出水口横向1.0，2.5，4.0 m处取样，2次重复，于105 ℃下杀青30 min，后在80 ℃下烘干至恒质量，称质量计算单位面积干物重。

干物重变异系数=不同位置干物重标准差/平均干物重×100。

1.3.6 土壤含水量变异系数开花水灌溉后第3天取土，测定0～100 cm土层水分重量含量，分别在距出水口纵向10，30 m处，每个距离又分三点取土，即距出水口横向1.0，2.5，4.0 m处取土，2次重复，取土完毕立即称鲜土质量，然后110 ℃烘干，称干土质量。土壤含水量(%)=(土壤鲜质量-土壤干质量)/土壤干质量×100。

土壤含水量变异系数=不同位置土壤含水量标准差/平均土壤含水量×100。

1.3.7 土壤硝态氮含量小麦收获后取土，测定0～200 cm土层土壤硝态氮含量，每小区2个重复，20 cm一层，装于塑封袋立即冷冻。解冻后称取20 g土于塑料瓶中，加入100 mL CaCl2溶液(0.01 mol/L)，振荡后静置20～30 min，过滤，用连续流动分析仪(TRAACS-2000，BRAN+LUEBBE，德国)测定

含量。同时用烘干法测定土壤含水量。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2007处理数据，SAS 13.0统计软件对数据进行方差分析，用LSD(α=0.05)法进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 产量及WUE

畦长60 m时，产量为8.3 m畦宽处理显著较高(表2)，较其他2个处理高4.5%～6.1%，增产因素来自穗数和千粒质量的增加；耗水量随畦宽的增加显著增加，8.3 m畦宽处理较其他2个处理高11.1%～17.8%；而WUE为2.8 m畦宽处理显著较高，较其他处理高7.9%～12.7%。畦长45 m时，产量为8.3 m畦宽处理较高，较其他2个处理高7.3%～7.4%，增产因素来自千粒质量的增加；耗水量为8.3 m>5.5 m>2.8 m，前者较后二者高2.6%～6.9%；WUE不同畦宽处理差异不显著。可见，2个畦长条件下均为8.3 m畦宽处理产量最高，说明在本试验条件下畦越宽灌水量越大，产量也较高；但WUE不同，45 m短畦条件下畦宽2.8～8.3 m WUE均较高，而在60 m畦长条件下为2.8 m窄畦处理WUE较高。因此，长畦条件下畦宜窄，短畦条件下畦宜长。

注：同一列内标以不同字母的数据表示处理间差异显著(n=3)。表3-5同。

Note：Values followed by a different letter within a row are significantly different at 0.05 probability level (n=3).The same as Tab.3-5.

2.2 叶面积指数

由不同畦宽处理对LAI的影响可见(图1)，畦长60 m时，3月5日LAI随畦宽增加而降低，处理间差异显著，2.8 m畦宽处理较5.5 m和8.3 m处理分别高26.4%和49.0%；4月8日处理间LAI差别不大；在4月25日-5月26日均为8.3 m畦宽处理LAI较高，4个时期LAI较其他2个处理分别高4.9%，10.7%，7.3%，3.9%；6月5日LAI处理间差异显著，5.5 m畦宽处理LAI较高，较8.3 m和2.8 m处理分别高34.4%和154.8%。畦长45 m时，3月5日LAI同样为畦宽2.8 m处理显著较高，较其他2个处理平均高11.2%；4月8日不同，为畦宽8.3 m处理LAI显著较高，较其他处理平均高8.8%；在4月25日-5月15日各畦宽处理LAI差别不明显；5月26日为8.3 m畦宽处理、6月5日为8.3 m和5.5 m畦宽处理LAI显著较高，两时期LAI分别较其他处理高16.5%和56.6%。可见，畦宽5.5 m和8.3 m处理尽管前期LAI较低，但在关键的生育中后期大多保持较高的LAI。

2.3 旗叶SPAD值

由不同畦宽处理对旗叶SPAD值的影响可见(图2)，畦长60.0 m时4月25日和6月6日8.3 m畦宽处理旗叶SPAD值显著高于其他2个处理，2个时期分别高5.9%，30.5%，而5月5，26日不同处理间SPAD值差别不明显。畦长45 m时，4月25日和6月6日8.3 m畦宽处理旗叶SPAD值显著高于其他2个畦宽处理，两时期分别高11.8%和23.1%；5月5日则表现为畦宽5.5 m处理旗叶SPAD值较高，较2.8，8.3 m处理分别高13.4%和6.1%。可见畦宽8.3 m处理旗叶SPAD值总体较高，尤其是生育后期更为明显。

2.4 灌水均匀度

由不同畦宽土壤含水量变异系数可见(表3)，60 m畦长时距出水口纵向10 m和纵向30 m处，8.3 m畦宽处理土壤含水量变异系数均大于畦宽5.5 m处理，变异系数分别为5.5 m畦宽处理的1.2，1.3倍。45 m畦长时距出水口纵向10 m处和纵向30 m处，同样为8.3 m畦宽处理土壤含水量变异系数大于畦宽5.5 m处理，变异系数分别为5.5 m畦宽处理的3.7，1.4倍。可见，畦越窄大多土壤含水量的变异系数也越小，并且距出水口越远，变异系数也越小。畦长60.0 m时，为8.3 m畦宽处理土壤含水量显著较高，距出水口纵向10 m处较5.5 m和2.8 m畦宽处理分别高25.3%和13.0%，距出水口纵向30 m处分别高20.3%和16.5%。畦长45 m时，距出水口纵向10 m处和 30 m处大多为2.8 m畦宽处理土壤含水量明显较高，较8.3 m畦宽处理分别高4.4%和2.7%，较5.5 m畦宽处理分别高3.3%和10.7%。

2.5 干物重变异系数

由干物重变异系数可见(表4)，除60.0 m畦长条件下距出水口纵向10 m处干物重变异系数差别不明显外，其他条件下干物重变异系数均随畦宽的增加而增加。距出水口纵向10 m处，45 m畦长时8.3 m畦宽处理干物重变异系数为5.5 m处理的1.2倍；而距出水口纵向30 m处，60.0 m畦长和45 m畦长条件下8.3 m畦宽处理干物重变异系数分别为5.5 m畦宽处理2.2，1.2倍。可见，宽畦土壤含水量差异较大，从而造成干物重变异系数也较大。在畦长60 m时，距出水口10 m处8.3 m畦宽处理干物重显著较高，较其他两处理平均高10.6%，而距出水口纵向30 m处不同处理干物重变化无规律。畦长45 m时，距出水口纵向30 m处8.3，5.5 m畦宽处理干物重明显较高，较2.8 m畦宽处理分别高11.8%和16.1%，而距出水口纵向10 m处干物重差异不显著。

2.6 耗水特性分析

2种畦长条件下畦宽对耗水组成及比例影响相同(表5)。随畦宽减小，灌水量及其所占总耗水量的比例均呈减小的趋势，畦长60.0 m时，8.3 m畦宽较5.5，2.8 m畦宽处理灌水量分别多16.8%和34.7%，灌水占总耗水量的比例分别多3.0和7.6个百分点；畦长45.0 m时，灌水量分别多8.2%和20.1%，灌水占总耗水量的比例分别多2.9和6.1个百分点。与之相反，土壤耗水量及其所占总耗水量的比例大多随畦宽减小呈增加的趋势，畦长45.0 m时，8.3 m畦宽较5.5，2.8 m畦宽处理土壤耗水量分别少7.2%和11.3%，土壤耗水占总耗水量的比例分别少0.6和3.7个百分点；畦长60.0 m时，土壤耗水占总耗水量的比例分别少3.3和4.5个百分点，而土壤耗水量为2.8 m畦宽处理显著高于5.5 m处理，而与8.3 m畦宽处理差别不显著。降水量占总耗水量的比例与土壤耗水量趋势相同，随畦宽减小呈增加的趋势。说明窄畦对土壤储水和降水的利用率较高，而宽畦由于灌水量较高，灌水占总耗水的比例较高。由不同耗水组成可见，60.0 m畦长条件下，灌水、降水和土壤水占总耗水的比例分别为56.6%，23.3%，20.2%，45.0 m畦长条件下，分别为52.2%，23.7%，24.1%。说明畦越长消耗灌溉水比例越高，消耗土壤水的比例越小。

2.7 收获后土壤硝态氮含量

由图3可见，畦长60.0 m时，小麦收获后0～20 cm土壤硝态氮含量为5.5 m和2.8 m>8.3 m，前二者硝态氮含量是8.3 m畦宽处理的1.8～2.0倍，差异显著，40～60 cm土层不同畦宽处理硝态氮含量差异不显著，80～180 cm土壤硝态氮含量大多随畦宽的增加而增加，为8.3 m>5.5 m>2.8 m，8.3 m畦宽处理土壤硝态氮含量是畦宽5.5，2.8 m处理的1.4，1.9倍。畦长45.0 m时，小麦收获后0～20 cm土层硝态氮含量同样为5.5 m和2.8 m>8.3 m，前二者硝态氮含量是8.3 m畦宽处理的1.7～1.8倍，差异显著，20～40 cm土壤硝态氮含量随畦宽的增加而增加，处理间差异显著。8.3 m畦宽处理土壤硝态氮含量是畦宽5.5,2.8 m处理的1.4，4.0倍；60～200 cm土壤硝态氮含量为8.3 m畦宽处理显著较高，是其他2个处理的4.5倍，而其他2个畦宽处理硝态氮含量差异不显著。但畦长45.0 m+畦宽8.3 m与畦长60.0 m+畦宽2.8 m处理0～200 cm土壤硝态氮含量相当，仅相差5.8%。不同畦长比较，60.0 m畦长处理土壤硝态氮含量高于45.0 m畦长处理，各层平均是后者的1.9倍。说明，随畦长和畦宽的增加，灌水量就会相应的增加，从而使下层土壤硝态氮含量也明显增加，尤其是畦宽8.3 m条件尤为明显，但是短畦条件下宽畦处理可以得到与长畦条件下窄畦处理相当的土壤硝态氮含量，因此，短畦可以选择较宽的畦面，而长畦则需选择较窄的畦面可降低土壤硝态氮深层淋失量。

3 讨论与结论

小麦所消耗的水分来源主要包括降水、灌水和土壤贮水三部分，在黄淮海平原，小麦需水量变化为370～450 mm[17-18]。充分利用土壤贮水是减少灌溉水、提高水分利用效率的有效途径[19]。本研究中随畦宽增加，灌水量及灌水占总耗水的比例也呈增加的趋势，降水和土壤耗水趋势与之相反，说明窄畦对降水和土壤贮水利用率高于宽畦。

前人研究表明，畦长80 m时，适宜的畦宽为2 m，该条件下灌溉水在畦田内分布较均匀，相比于其他畦宽处理，促进了畦田中段和后端的小麦对土壤水的吸收利用，小麦旗叶光合速率在灌浆中后期保持较高水平，籽粒产量和水分利用效率均显著提高[4]。畦长60.0 m时，畦宽3 m灌水均匀系数较高，显著高于畦宽4 m的处理[3]。畦长50 m时，畦宽 1.6 m的灌水效率最高，而畦宽3.7 m 的灌水效率最低[20]。畦长45 m条件下，畦宽5.0和7.5 m的畦田可获得较高产量和水分利用效率，畦宽15 m 处理虽然比畦宽 5 m 的处理籽粒产量高 6.0%，但灌水量高 12.2%、灌水均匀度低13.1%[2]。本研究设定畦长45.0 m和60.0 m，每个畦长设定2.8，5.5，8.3 m 3个畦宽。结果表明，土壤含水量和干物重变异系数随畦宽的增加也明显加大，均表现为8.3 m畦宽处理较高。说明，在该畦长条件下窄畦处理灌水更为均匀，消耗灌水量较少；但宽畦处理由于灌水量较大，其旗叶SPAD值总体较高，生育中后期LAI也保持较大，因此，成熟期宽畦处理产量均较高。但WUE变化不同，畦长60.0 m条件下，2.8 m窄畦处理WUE较高，分别较8.3，5.5 m畦宽处理高12.7%和7.9%；畦长45.0 m条件下，畦宽2.8～8.3 m WUE差别不明显。说明若想实现较高的WUE，长畦条件下畦面宜窄，短畦条件下畦面宜宽。因此，在本试验条件下，60.0 m畦长可选择2.8 m畦宽，45.0 m畦长可选择8.3 m畦宽。

过量灌溉使冬小麦氮素吸收量降低，土壤残留和淋失氮素增加[21-22]，Saffigna等[6]认为，土壤含水量较高时，每增加25 mm灌水，土壤硝态氮向下移动量增加15～20 cm/d，灌水量过高使肥料利用率降低，同时造成地下水严重污染[6-7]。本试验中下层土壤硝态氮含量均随畦宽的增加而明显增加，畦长60.0 m条件下，80 cm以下土层硝态氮含量大多为8.3 m>5.5 m>2.8 m，畦长45.0 m条件下，60.0 cm以下土壤硝态氮含量为8.3 m>5.5 m和2.8 m；但畦长45.0 m+畦宽8.3 m与畦长60.0 m+畦宽2.8 m处理土壤硝态氮含量相当，仅相差5.8%。说明短畦可以选择较宽的畦面，而长畦则需选择较窄的畦面才可保证土壤硝态氮含量不被大量深层淋失。因此，在本研究区域，畦长45.0 m条件下可选择8.3 m畦宽，而畦长60.0 m条件可选择2.8 m畦宽。

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