新疆生产建设兵团第四师水文水资源管理中心
摘要：为了探明伊犁河南岸灌区滴灌冬小麦土壤水分运行及产量变化的影响，设置了4个水分处理分别是270（W1）、315（W2）、360（W3）和405（W4）mm，当地灌水450（CK）mm，研究新疆伊犁河南岸灌区滴灌冬小麦各土层水分动态变化、对产量及水分利用效率的影响。结果表明：整个生育期W3处理土壤水分保持较高的水分含量与CK处理相持平，灌浆期小麦对0～40cm土层土壤水分吸收利用很高，水分变化很明显，40～60cm土层水分变化不是很明显，该土层含水率稳定在22.5%左右；滴灌冬小麦产量与灌水量呈单峰曲线变化关系，水分利用效率（WUE）与灌水量也呈二次抛物线关系，产量、WUE最优时得出灌水区间为3154 m3/hm2～3844 m3/hm2，W3滴灌处理产量最高，其值为8092 m3/hm2，水分利用效率为2.25 kg/m3，W2滴灌处理水分利用效率最高为2.29kg/m3，但其产量相对于W3低12.06%。综上得出W3处理，其滴灌量为360mm时产量和水分利用效率相对其他处理最优。
关键词：滴灌；冬小麦；水分处理；土壤水分变化；产量模型
新疆地处亚欧大陆中部，我国西北，气候干燥，蒸发较大，全年降雨量约160mm，约全国降水1/4[1]。其作为典型的绿洲灌溉农业区，发展高效节水灌溉农业是可持续发展必由之路[2]。国家合理开发伊犁河流域的宜农荒地，大面积种植粮食作物，以稳定和保持粮食作物供给和保障，把新疆作为粮食战略储备基地[3]。对于节水灌溉小麦也有不少研究，分别从灌水量、灌水频率及调亏灌溉对作物生长及产量的研究，过多灌水量导致水分利用效率较低，适当的减少灌水量对产量和水分利用效率都有一定的提升[4]。严重的亏水灌溉则又会导致作物减产，其原因主要由于水分亏缺导致作物地上部分生物量受影响，进而影响成熟期作物的产量。
对于伊犁河南岸新开垦的灌区，大田大面积滴灌条件下种植小麦缺乏相应的理论经验指导，伊犁河南岸灌区土地开发整理新建水利工程，许多理论及技术问题需解决，且在生产中滴灌小麦存在灌水不合理，水分利用效率低等问题，本试验以冬小麦为研究对象，探明新疆伊犁河南岸灌区滴灌冬小麦生育期内土壤水分动态变化、产量于灌水量拟合模型及水分利用效率与灌水量拟合模型，为其制定滴灌冬小麦灌溉制度可提供理论依据。
1 材料和方法
1.1 试验田概况
试验于2018-2019年在第四师水利局、伊犁河南岸灌区管理处运行管理处、石河子大学灌溉试验联合基地大田进行。该基地位于80°38′18～″80°47′36.5″E，43°36′17″～43°41′43″N。试验区具有典型的大陆性干旱半荒漠气候特征。多年平均气温9.3 °C，全年日照时达2943 h，降水量为265.8 mm，试验年内冬小麦生育期降雨80.0mm，蒸发量为1784.8 mm，海拔814 m～1007 m，早春季节多发6级以上大风天气，对早春作物有一定影响。土壤类型主要为灰钙土，土壤质地主要为中壤土，部分区域有少量粘质土和砾质土，砾质土除少数薄土层上部可见外，基本位于土体60 cm以下。试验地地下水埋深大于5 m，孔隙率35.47%，0～60cm土壤平均干容重为1.53 g/cm3，田间持水量为20.41%（质量含水率）。
1.2 试验设计
采用单因素试验，设计4个灌水梯度，灌溉定额分别为270（W1）、315（W2）、360（W3）和405（W4）mm，再以当地常规灌水量450mm（CK）为对照，见表1。共5个处理，每个处理重复3次。供试冬小麦品种为当地广泛品种“伊农20号”，每亩播种量28～32kg，于2018年9月20日播种，2019年7月6日收获。小区面积30×3m，当地全采用干播湿出的形式，出苗水根据伊犁河南岸灌区统一协调配水轮灌。种植方式采用等间距15cm种植，滴灌带布置选用1管4行模式，滴灌带间距60cm，滴灌带采用单翼迷宫式，滴头间距15cm，壁厚0.3mm，内径16mm，滴头设计流量2.L/h。肥采用试验地农田常用水溶性复合肥（含N：46.4%、P2O5：55%），肥随灌水一起施入麦田，总共施肥600kg/hm2，共施7次，每次施入量85.71kg/hm2，除草喷施农药随大田一起。
表1 不同水分处理（mm）
Table1 Different moisture treatment（mm）
1.3
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1.4 测定项目与方法
1.3.1 土壤水分监测
土壤含水率使用智墒土壤水分监测仪，采用土钻取土烘干法校准。取样点为滴灌带旁一行进行取土，取土深度为60cm，取土深度分别为0、10、20、30、40、50、60cm。灌水前和灌后24h进行测量，降雨前后进行加测。
1.3.2 产量及水分利用效率（WUE）
每个试验小区采用实打实收，并以各小区打碾产量为折算产量。
水分利用效率（WUE）=小麦籽粒产量/灌水定额
1.5 数据处理
数据使用Microsoft Office Excel处理，使用Origin2021软件绘制图形，统计分析二次多项式关系曲线拟合。
2 结果与分析
2.1 不同滴灌量对冬小麦生育期内土壤水分动态变化的影响
见图1可知，0～60cm土层土壤水分含量随着灌水定额的增大而增大，CK处理灌水量最大，其在整个生育期保持着较高的土壤水分含量。0～20cm土层土壤水分含量在冬小麦整个生育阶段土壤水分波动最剧烈，波动范围为15～21%之间，低水灌溉处理土壤水分始终处于其他灌水处理土壤水分含量之下。在每次灌水及降雨前后，土壤水分高低峰很明显，在其生育末期各水分处理的土壤含水率均呈下降趋势。20～40cm土层，各水分处理波动没有0～20cm那么来的剧烈，W3处理土壤含水率有所增加，保持较高土壤水分含量，CK处理土壤水分波动不稳定，时高时低，导致的原因可能是由于滴灌量过大，土壤表层有积水情况，使得水分入渗较慢而行成，各水分处理波动范围18～21%。灌浆期末（6月5日）之前0～40cm土层水分有一定的变化波动，说明此土层深度是小麦主要吸收水分利用的土壤含水层，此后进入冬小成熟期，水分含量均有所降低。40～60cm土层含水率维持在22～23%，从整个生育期来看起伏较小，各处理间水分变化趋势一致。
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图1 不同水分处理冬小麦生育期内土壤水分变化
2.2 灌水量与产量、灌溉水利用效率的关系
见图2所示，滴灌小麦产量与灌水量呈单峰曲线关系，产量随灌水增大而增大，当灌水量增大到一定程度，小麦产量有降低趋势。从产量与灌水量散点图中可知，灌水量为3600m3/hm2（W3）处理产量最大，产量为8092kg/hm2，分别比W1、W2、W4和CK处理高36.53%、12.06%、3.7%和8.7%；W1处理产量最低。对滴灌小麦讲，灌水量过高或过低对小麦产量都不利。水分利用效率随灌水量的增加而逐渐降低，各水分处理对应WUE从大到小依次为W2、W3、W1、W4和CK处理，说明产量最优处理未必会使得其水分利用效率也达到最大，产量最低处理W1的水分利用效率反而相对较高。
根据灌不同水分处理下的滴灌小麦灌水量与产量、灌水量与WUE两组的关系拟合曲线图可知，滴灌小麦灌水定额与产量呈二次抛物线关系，灌溉定额与WUE也呈二次曲线关系。二者拟合曲线模型分别为：
Y= -0.00158W2+12.14578W-15373.4 R2=0.95692
WUE= -3.59788E-7W2+0.00227W-1.28514 R2=0.95881
该模型计算：当灌水量为3844 m3/hm2时，对应的滴灌小麦产量最高；当灌水量为3154 m3/hm2时，所对应的水分利用效率（WUE）最高。综合考虑滴灌冬小麦产量和水分利用效率都达到最优时，得到灌溉定额区间为3154 m3/hm2～3844 m3/hm2，即在此灌水区间可使二者同时达到相对最优。本次试验灌水设计中W3灌水处理，在此区间内，产量最大，水分利用效率相对最佳。
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图2 灌水量与产量、WUE的关系
3 结论
1）灌浆末期之前冬小麦对0～40cm土层水分吸收利用很高，土壤水分变化很明显，成熟期土壤水分均呈一致性降低趋势，全生育期40～60cm土层水分变化较小，对该土层的水分利用低于0～40cm土层。
2）不同灌水处理下滴灌冬小麦产量随灌水量增加而增加，灌水量增大到一定范围时，产量出现拐点，有下降的趋势。滴灌冬小麦与灌水量呈二次抛物线关系，灌水量与WUE也成类似的关系；产量和水分利用效率（WUE）最高时都分别对应一个灌水定额，得到最优的灌水区间为3154 m3/hm2～3844 m3/hm2，在此区间二者均可最理想。
3）
参考文献：
[1]王守荣，郑水红，程磊.气候变化对西北水循环和水资源影响的研究[J].气候与环境研究，2003（01）：43-51.
[2]徐前明，孙翠华，封金祥.新疆节水实践浅析[J].甘肃农业，2006（05）：128.
[3]陶永红，沈鸿，田聪华，等.国家粮食安全后备基地生产能力优化布局研究[J].新疆农业科学，2010，47（09）：1864-1871.
[4]赛力汗•赛，陈传信，薛丽华，张永强，雷钧杰，陈兴武，王志敏.滴灌冬小麦不同滴灌量土壤水分时空分布及冠层特征响应[J].新疆农业科学，2019，56（02）：233-245.
收稿日期：
项目资助：兵团节水灌溉试验计划项目（BTJSSY-202002），兵团第四师科技计划项目（SSSZYGLZX-01）
作者简介：杨军弟（1979-），女（汉），甘肃甘谷人，硕士研究生，主要从事水土保持和水资源管理工作。