摘要： 為了探究適用于華北地區(qū)基于蒸發(fā)皿蒸發(fā)量的冬小麥滴灌灌溉計(jì)劃，通過(guò)在冬小麥冠層上方設(shè)置直徑為20 cm的蒸發(fā)皿，研究不同灌水處理對(duì)土壤水分動(dòng)態(tài)及冬小麥生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響.試驗(yàn)設(shè)置2因素3水平裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，2因素分別是累計(jì)水面蒸發(fā)量（Ep）和蒸發(fā)皿系數(shù)（Kp），其灌水定額（I）由Ep和Kp相乘計(jì)算取得.由試驗(yàn)可知，灌溉對(duì)土壤含水率的影響主要集中在（0，60] cm土層，（60，100] cm土層土壤含水率隨生育期推進(jìn)逐漸降低；灌水量越少，對(duì)土壤儲(chǔ)水的消耗越大，而總耗水量則隨之降低.滴灌處理的小麥株高、葉面積指數(shù)、產(chǎn)量和水分利用效率（WUE）顯著高于地面灌處理（CK）（Plt;0.05），不同的Ep和Kp的主效應(yīng)對(duì)小麥的株高、葉面積指數(shù)、穗數(shù)、穗粒數(shù)、產(chǎn)量和WUE影響均達(dá)顯著水平，而千粒質(zhì)量則是Ep和Ep與Kp的交互效應(yīng)對(duì)其有顯著影響.通過(guò)基于主成分的灌水處理尋優(yōu)分析發(fā)現(xiàn)滴灌條件下的Ep2Kp3處理更有利于小麥生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量及WUE提升.經(jīng)過(guò)綜合分析，Ep2Kp3處理為最優(yōu)處理，即冬小麥進(jìn)入返青期后累計(jì)水面蒸發(fā)量為40 mm，蒸發(fā)皿系數(shù)在返青期至拔節(jié)期為0.7、拔節(jié)期至灌漿期為1.0和灌漿期至乳熟期為0.8處理的產(chǎn)量和WUE均最大，產(chǎn)量為9 920.27 kg/hm²，WUE可達(dá)23.35 kg/（mm·hm2）.

關(guān)鍵詞： 滴灌；蒸發(fā)皿蒸發(fā)量；冬小麥；產(chǎn)量；水分利用效率

中圖分類號(hào)： S275.6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)： 1674-8530（2024）12-1287-10

DOI：10.3969/j.issn.1674-8530.24.0026

范藝璇，吳占今，王曉森，等.基于蒸發(fā)皿蒸發(fā)量制定的華北地區(qū)冬小麥滴灌計(jì)劃[J]. 排灌機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2024，42（12）：1287-1296.

FAN Yixuan， WU Zhanjin， WANG Xiaosen， et al. Drip irrigation scheduling of winter wheat planted in North China based on pan evaporation capacity of evaporating dishes[J]. Journal of drainage and irrigation machinery engineering（JDIME）， 2024， 42（12）： 1287-1296. （in Chinese）

Drip irrigation scheduling of winter wheat planted in North China

based on pan evaporation capacity of evaporating dishes

FAN Yixuan^1，2， WU Zhanjin^1，2， WANG Xiaosen^1，2*， JIANG Mingliang^1，2， QIN Jingtao^1，2， LYU Mouchao^1，2

（1. Institute of Farmland Irrigation， Chinese Academy of Agricultural Sciences， Xinxiang， Henan 453002， China; 2. Key Laboratory of Water-saving Irrigation Engineering， Ministry of Agriculture and Rural Affairs， Xinxiang， Henan 453002， China）

Abstract： In order to explore the drip irrigation strategy for winter wheat based on the pan evaporation in North China， a 20 cm diameter evaporating dish was positioned above the winter wheat canopy. The setup was utilized to study the effects of different irrigation treatments on soil water dynamics， growth and yield of winter wheat. The split-plot experiment was designed with 2 factors and 3 levels. The two factors were cumulative water evaporation （Ep） and pan coefficient （Kp）， and the irrigation water quota （I） was obtained by multiplying Ep and Kp. According to the experiment， the effects of irrigation on soil water content were mainly concentrated in （0，60] cm soil layer， and the soil moisture content in the （60，100] cm soil layer gradually decreased with the growth of winter wheat." The less irrigation amount resulted in the greater consumption of water in soil and the total water consumption decreased accordingly. The wheat plant height， leaf area index， yield and water use efficiency （WUE） of winter wheat under drip irrigation were significantly higher than those under surface irrigation （CK） （Plt;0.05）. The main effects of different Ep and Kp treatments on plant height， leaf area index， spike number， grain number per spike， yield and WUE of wheat were all significant， while the thousand-grain weight quality was significantly affected by the the interaction effect of Ep and Ep with Kp. Through principal component based on the optimization analysis of irrigation treatments， it was found that the Ep2Kp3 treatment under the drip irrigation was the best to improve the growth， yield and WUE of wheat. The Ep2Kp3 treatment was found to be the optimal treatment which held the highest yield and WUE， and that′s when the cumulative pan water evaporation attained 40 mm after the re-greening period of winter wheat. The drip irrigation was implemented with the Kp of 0.7， 1.0 and 0.8 at the re-greening to join-ting， jointing to filling and filling to milk maturity stages of wheat， respectively. The treatment had the highest yield and WUE， with a yield of 9 920.27 kg/hm2 and 23.35 kg/（mm·hm2）.

Key words： drip irrigation;pan evaporation;winter wheat;yield;water use efficiency

隨著人口快速增長(zhǎng)，中國(guó)對(duì)水資源和糧食的需求量越來(lái)越大^[1].華北地區(qū)是中國(guó)主要糧食產(chǎn)區(qū)，冬小麥的產(chǎn)出量約占小麥產(chǎn)出總量的71%，對(duì)中國(guó)的糧食安全發(fā)揮著重要作用^[2].然而，華北地區(qū)的年降雨量?jī)H為500～700 mm，其中冬小麥生育期內(nèi)的降雨量?jī)H占年降雨量的25%左右，冬小麥生長(zhǎng)發(fā)育所需水量供給不足，因此，為滿足冬小麥的正常生長(zhǎng)發(fā)育需要發(fā)展節(jié)水灌溉農(nóng)業(yè)^[3].中國(guó)華北地區(qū)常用地下水進(jìn)行灌溉，農(nóng)民為保證冬小麥可以得到充分灌溉，使產(chǎn)量最大化，通常會(huì)選擇3—4次灌溉.在地表水資源有限的背景下，無(wú)序開(kāi)采導(dǎo)致了地下水位逐年下降，形成巨大的漏斗區(qū)，嚴(yán)重威脅地下水安全^[4-5].因此，選擇適宜的灌溉方式和灌水量至關(guān)重要.

已有研究表明，節(jié)水灌溉技術(shù)可以提高作物產(chǎn)量和水分利用效率^[6-7].滴灌作為很省水的節(jié)水灌溉技術(shù)之一，具有節(jié)水增產(chǎn)優(yōu)點(diǎn).有研究表明，滴灌冬小麥與漫灌冬小麥相比，灌水量減少43.88%，穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量分別提高了9.1%和11.78%，灌溉水利用效率則提高了42.79%^[8].以上研究表明，滴灌技術(shù)具有巨大的節(jié)水潛力.目前滴灌技術(shù)主要應(yīng)用于寬幅種植的作物，例如果園、溫室蔬菜、棉花及綠化帶景觀等，而具有高效節(jié)水的滴灌灌溉系統(tǒng)應(yīng)用于類似小麥等密植作物的研究成果較少^[9].故研究華北平原冬小麥適宜的滴灌灌溉制度非常必要.

已有學(xué)者依據(jù)土壤基質(zhì)勢(shì)，田間持水量的上、下限制定灌水計(jì)劃^[10-11].還有專家基于彭曼公式參考作物耗水量（ET0）制定灌溉計(jì)劃，但實(shí)際應(yīng)用中需采集的氣象數(shù)據(jù)較多，且計(jì)算步驟復(fù)雜^[12].而基于蒸發(fā)皿蒸發(fā)量制定灌溉制度是利用蒸發(fā)皿的水面蒸發(fā)量與ET0相關(guān)性原理，計(jì)算灌水定額制定灌溉計(jì)劃.但A級(jí)蒸發(fā)皿直徑較大且價(jià)格昂貴，目前科學(xué)研究中應(yīng)用較多的是直徑為20 cm的蒸發(fā)皿，操作方便且價(jià)格便宜^[13]，因此許多學(xué)者開(kāi)展基于20 cm蒸發(fā)皿蒸發(fā)量制定作物灌溉計(jì)劃的相關(guān)研究^[14-15].基于水面蒸發(fā)量制定作物灌溉制度要解決兩個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，其一是累計(jì)水面蒸發(fā)量數(shù)值的設(shè)置，這決定著灌水時(shí)間間隔的長(zhǎng)短，其二是蒸發(fā)皿系數(shù)的設(shè)置，這決定了單次灌水定額的大小.兩者均需要通過(guò)田間試驗(yàn)結(jié)合土壤水分變化、作物長(zhǎng)勢(shì)和產(chǎn)量構(gòu)成等指標(biāo)來(lái)綜合評(píng)價(jià)確定.

因此，文中通過(guò)田間試驗(yàn)，設(shè)置不同的累計(jì)水面蒸發(fā)量和生育期的不同蒸發(fā)皿系數(shù)，以研究灌水處理對(duì)土壤水分、冬小麥生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量構(gòu)成的影響，并綜合分析產(chǎn)量和水分利用效率，探究基于蒸發(fā)皿蒸發(fā)量的華北地區(qū)冬小麥適宜的滴灌灌溉計(jì)劃，以期為華北地區(qū)冬小麥的高產(chǎn)節(jié)水栽培提供理論與技術(shù)支撐.

1 研究地區(qū)與研究方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2022年10月下旬至2023年6月在中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)田灌溉研究所新鄉(xiāng)七里營(yíng)綜合試驗(yàn)基地（113°54′E，35°18′N）進(jìn)行，試驗(yàn)地屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，土壤質(zhì)地為砂壤土，容重為1.53 g/cm3，田間持水率為24%（體積含水率，下同）.在冬小麥生長(zhǎng)季節(jié)（10月下旬至次年6月上旬）總降雨量為210.3 mm，超過(guò)5 mm的有效降雨量為191.9 mm.最高氣溫為35.26 ℃，最低氣溫為-9.03 ℃，年平均氣溫為14 ℃.圖1顯示了2022年10月—2023年6月冬小麥生育期的溫度T（日最高溫度Tmax和日最低溫度Tmin）與降雨量P變化情況.

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)研究的冬小麥品種為“輪選266”，于2022年10月24日足墑播種，行距為20 cm，每公頃基本苗控制在375萬(wàn)株.冬小麥播種前施復(fù)合肥（N-P2O5-K2O：15-15-15）600 kg/hm2作為底肥，在冬小麥返青期隨水滴施氮素125.38 kg/hm2作為追肥.試驗(yàn)所用小區(qū)長(zhǎng)13 m，寬3.3 m，每個(gè)小區(qū)布設(shè)6條滴灌帶，所用滴灌帶滴頭流量為1.38 L/h，滴水元件間距為30 cm，滴灌帶間距為60 cm，即1帶3行冬小麥.

試驗(yàn)采用二因素三水平裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，分別是累計(jì)水面蒸發(fā)量Ep和蒸發(fā)皿系數(shù)Kp，Ep為主區(qū)，Kp為副區(qū).Ep設(shè)計(jì)3水平，分別是Ep1（30 mm）、Ep2（40 mm）和Ep3（50 mm），自返青期開(kāi)始，當(dāng)測(cè)定的累計(jì)水面蒸發(fā)量達(dá)到設(shè)計(jì)的累計(jì)水面蒸發(fā)量時(shí)開(kāi)始灌溉.Kp分生育期（返青-拔節(jié)，拔節(jié)-灌漿和灌漿-乳熟）設(shè)計(jì)3水平，分別是Kp1（0.3，0.6和0.4），Kp2（0.5，0.8和0.6）和Kp3（0.7，1.0和0.8）.實(shí)際應(yīng)用時(shí)，灌水定額Iij=Epi·Kpj（i，j=1，2，3）；各處理不同生育期滴灌灌水定額見(jiàn)表1.試驗(yàn)中，設(shè)地面灌處理作為對(duì)照（CK），當(dāng)1 m土層平均含水率下降至田間持水率的60%時(shí)灌水，灌至田間持水率的80%時(shí)停止灌溉，全生育期共計(jì)灌水3次.試驗(yàn)期間當(dāng)有降雨發(fā)生時(shí)，各處理的實(shí)際灌水量為灌水定額減去降雨量，而當(dāng)降雨量大于灌水定額時(shí)，灌水定額由降雨量抵扣，直至降雨量抵扣結(jié)束再進(jìn)行灌水.試驗(yàn)不同處理的組合共計(jì)10組，3次重復(fù)，共計(jì)使用試驗(yàn)小區(qū)30個(gè).各處理組合及對(duì)應(yīng)的編號(hào)見(jiàn)表1.

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 土壤含水量

土壤含水量采用取土烘干法分5層{（0，20]，（20，40]，（40，60]，（60，80]，（80，100] cm}進(jìn)行測(cè)定，在小麥的苗期、越冬期和返青前各測(cè)1次土壤體積含水率（下同），自返青后起，各小區(qū)每次灌水的前后取土測(cè)定土壤含水率，直至小麥?zhǔn)斋@.考慮到滴灌點(diǎn)源入滲的特性，故土壤含水量測(cè)定點(diǎn)選滴灌帶出水口正下方、垂直于滴灌帶15 cm處和垂直于滴灌帶30 cm（小麥中間行）3個(gè)取樣點(diǎn)，如圖2所示，土壤含水率取3點(diǎn)平均值.

1.3.2 小麥的生長(zhǎng)指標(biāo)

冬小麥的株高于拔節(jié)期開(kāi)始每隔7 d測(cè)定1次直至生育期結(jié)束，葉面積于孕穗期開(kāi)始每周測(cè)1次，直至生育期結(jié)束（葉面積=葉長(zhǎng)×葉寬×0.75^[16]）.然后根據(jù)葉面積及種植密度計(jì)算葉面積指數(shù)LAI.

1.3.3 小麥產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成

小麥成熟后，每個(gè)小區(qū)中選取3個(gè)一米雙行，收獲小麥后裝入網(wǎng)袋中，記錄一米行的穗數(shù)，從一米行小麥中隨機(jī)選取10株小麥用于確定平均穗粒數(shù)^[17]，小麥經(jīng)過(guò)自然風(fēng)干，進(jìn)行室內(nèi)考種，測(cè)定千粒質(zhì)量，后計(jì)算小麥產(chǎn)量（小麥理論產(chǎn)量=穗數(shù)×穗粒數(shù)×千粒質(zhì)量×0.8^[18]）.

1.3.4 小麥的耗水量和水分利用效率

小麥耗水量采用水量平衡法進(jìn)行計(jì)算，公式為

ETc=P+I+K+ΔW-C，（1）

式中：ETc為小麥耗水量，mm；P為有效降水量，mm；I為灌水量，mm；K為地下水補(bǔ)給量，mm，考慮到地下水埋深大于5 m，故K=0；ΔW為作物生育期開(kāi)始與結(jié)束時(shí)土壤含水量變化量，mm；C為時(shí)段內(nèi)的深層滲漏量，試驗(yàn)所用灌水方式為滴灌，幾乎不會(huì)發(fā)生深層滲漏，故C=0 mm.

ΔW=10γ∑5i=1［Hi（θi1-θi2）］，（2）

式中：γ為土壤容重，g/cm3；i為土壤層次號(hào)數(shù)；Hi為第i層土壤厚度，cm；θi1，θi2分別為作物生育期開(kāi)始時(shí)和結(jié)束時(shí)第i層土壤質(zhì)量含水率，%.

1.3.5 水分利用效率（WUE）

WUE=Y/ETc，（3）

式中：WUE為水分利用效率，kg/（mm·hm2）；Y為冬小麥籽粒產(chǎn)量，kg/hm2.

1.3.6 水面蒸發(fā)量

將直徑20 cm蒸發(fā)皿置于冬小麥冠層上方20 cm處，且隨小麥冠層高度的變化而改變；采用直徑20 cm蒸發(fā)皿配套的量筒觀測(cè)水面蒸發(fā)量，每天8：30測(cè)量.

1.3.7 氣象因子

由試驗(yàn)田附近的小氣候自動(dòng)氣象站觀測(cè)氣溫、太陽(yáng)輻射、風(fēng)速、相對(duì)濕度、日照時(shí)數(shù)和降水量等氣象資料.

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2010進(jìn)行處理，SPSS 26軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)進(jìn)行KOM檢驗(yàn)和Bartlett球體檢驗(yàn)，OriginPro 2021作圖.

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 不同灌水處理下土壤水分的變化

圖3為不同灌水處理下1 m深土層的土壤含水率變化情況，圖中H為土壤深度，θ為土壤體積含水率.灌溉對(duì)土壤含水率的影響主要集中在（0，60] cm土層，（60，100] cm土層土壤含水率隨生育期逐漸降低.

在播種到返青期，冬小麥群體小，作物耗水主要以土壤蒸發(fā)為主，各處理下的土壤含水率變化不大，（0，20] cm土層的土壤含水率減小較多，（20，60] cm土層的土壤含水率次之，（60，100] cm土層的土壤含水率變化較小.

在拔節(jié)期前，滴灌處理灌水量相同，而CK處理灌水量較所有滴灌處理灌水量高38.5 mm，故CK處理拔節(jié)初期0～100 cm土層土壤含水率高于滴灌處理拔節(jié)初期的土壤含水率，滴灌處理之間土壤含水率的差異不大.在拔節(jié)抽穗期，平均土壤含水量隨灌水量的增加而增加，1 m土層平均土壤含水量按處理排序由大到小為CK，Ep2Kp3，Ep2Kp2，Ep1Kp3，Ep3Kp3，Ep1Kp2，Ep2Kp1，Ep1Kp1，Ep3Kp2，Ep3Kp1.

在抽穗灌漿期，降雨量為77.6 mm，超過(guò)了處理計(jì)劃灌水量，因此灌水較少，此生育期為冬小麥耗水主要生育期，1 m土層的土壤含水率下降較多.

在小麥灌漿成熟期，Ep1Kp3，Ep3Kp3處理進(jìn)行了灌水，期間有降雨29.3 mm，故所有處理0～40 cm土層土壤含水率增大，各處理土壤含水率按處理排序由大到小為CK，Ep2Kp3，Ep1Kp3，Ep3Kp3，Ep2Kp2，Ep1Kp2，Ep2Kp1，Ep1Kp1，Ep3Kp2，Ep3Kp1.

2.2 不同灌水處理下冬小麥株高和葉面積指數(shù)

不同處理下小麥株高均隨小麥生育期逐漸增加，在拔節(jié)至開(kāi)花期為小麥株高快速增長(zhǎng)期，增幅為20.77～24.30 cm，開(kāi)花期至灌漿期的增幅為1.37～3.57 cm，灌漿期至成熟期主要為小麥生殖生長(zhǎng)，株高增長(zhǎng)幅度不大，僅為0.40～2.13 cm，成熟期的株高為67.9～76.57 cm.圖4為不同累計(jì)水面蒸發(fā)量和蒸發(fā)皿系數(shù)對(duì)小麥株高h(yuǎn)的影響.

由圖4可知，滴灌小麥的株高顯著高于CK處理（Plt;0.05）.圖4a顯示不同累計(jì)水面蒸發(fā)量下冬小麥株高的變化，由圖可知，在不同累計(jì)水面蒸發(fā)量下，拔節(jié)期至成熟期在累計(jì)水面蒸發(fā)量為Ep2時(shí)的株高顯著高于Ep3和CK，Ep1處理與Ep2和Ep3時(shí)的株高差異不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.圖4b顯示不同蒸發(fā)皿系數(shù)下冬小麥株高的變化，由圖可知，在小麥全生育期，蒸發(fā)皿系數(shù)為Kp3時(shí)的株高顯著高于Kp1和CK；而蒸發(fā)皿系數(shù)為Kp2的株高與Kp1的株高差異不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.拔節(jié)期至灌漿期，蒸發(fā)皿系數(shù)為Kp3時(shí)的株高與Kp2時(shí)的株高差異不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但成熟期Kp3株高顯著大于Kp2株高.

圖5為不同累計(jì)水面蒸發(fā)量和蒸發(fā)皿系數(shù)對(duì)小麥葉面積指數(shù)LAI的影響.

由圖可知，不同灌水處理下小麥葉面積指數(shù)均隨小麥生育期先增加后降低，在抽穗期達(dá)到最大，為5.99～7.72，成熟期的葉面積指數(shù)最小，為1.99～3.57.滴灌小麥的葉面積指數(shù)顯著大于CK的（Plt;0.05）.圖5a顯示不同累計(jì)水面蒸發(fā)量下冬小麥葉面積指數(shù)的變化，由圖得，不同生育期的葉面積指數(shù)按處理排序由大到小均表現(xiàn)為Ep2， Ep1，Ep3，CK.在拔節(jié)期、抽穗期和灌漿期，Ep2處理的葉面積指數(shù)顯著高于Ep1，Ep3和CK處理的葉面積指數(shù)，且Ep1處理的葉面積指數(shù)與Ep3處理的葉面積指數(shù)差異不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.開(kāi)花期表現(xiàn)為Ep2處理的葉面積指數(shù)顯著大于Ep3和CK處理的葉面積指數(shù).在成熟期，Ep1，Ep2，Ep3和CK處理的葉面積指數(shù)差異不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，Ep2處理的葉面積指數(shù)較Ep1，Ep3和CK處理的葉面積指數(shù)增加9.25%，20.40%和50.25%.

圖5b顯示不同蒸發(fā)皿系數(shù)下冬小麥葉面積指數(shù)的變化，由圖可知，在小麥各生育期下，葉面積指數(shù)按處理排序由大到小均表現(xiàn)為Kp3，Kp2，Kp1，CK，且在拔節(jié)期至灌漿期，Kp3處理的葉面積指數(shù)均顯著大于Kp2，Kp1和CK處理的葉面積指數(shù).

2.3 不同灌水處理下冬小麥的耗水量

表2為不同灌水量下冬小麥耗水總量及來(lái)源結(jié)構(gòu)，由表知，不同灌水量下冬小麥耗水的來(lái)源為降雨、灌溉水和土壤儲(chǔ)水，不同處理下的灌水量按處理排序由大到小為CK，Ep2Kp3，Ep1Kp3，Ep3Kp3，Ep2Kp2，Ep1Kp2，Ep2Kp1，Ep1Kp1，Ep3Kp2，Ep3Kp1.CK處理的耗水量與所有滴灌處理的耗水量之間差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，且各處理耗水量隨灌溉水量增加而增加，灌溉水占比也隨灌水量增加而增加，降雨和土壤儲(chǔ)水的占比則隨灌水量增加而降低.當(dāng)蒸發(fā)皿系數(shù)相同時(shí)，冬小麥的耗水量按處理排序由大到小表現(xiàn)為CK，Ep2，Ep1，Ep3，且Ep1，Ep2和Ep3的平均耗水量較CK的耗水量分別降低61.47，57.71和69.53 mm，說(shuō)明當(dāng)累計(jì)水面蒸發(fā)量為50 mm的滴灌處理更能降低冬小麥耗水量.而當(dāng)累計(jì)水面蒸發(fā)量相同時(shí)，總耗水量按處理排序由大到小表現(xiàn)為CK，Kp3，Kp2，Kp1.

2.4 不同灌水處理下冬小麥的產(chǎn)量及WUE

表3為不同灌水量下小麥產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成因子和水分利用效率WUE.由表可知，滴灌處理的穗數(shù)、穗粒數(shù)、產(chǎn)量和WUE均高于CK的.蒸發(fā)皿系數(shù)和累計(jì)水面蒸發(fā)量對(duì)小麥穗數(shù)和穗粒數(shù)影響的主效應(yīng)均達(dá)顯著水平，冬小麥的穗數(shù)和穗粒數(shù)隨蒸發(fā)皿系數(shù)Kp增大而增加，隨累計(jì)水面蒸發(fā)量Ep增加而先增加后降低，按處理排序由大到小為Ep2，Ep1，Ep3.當(dāng)累計(jì)水面蒸發(fā)量為Ep2時(shí)，Kp3處理的冬小麥的穗數(shù)和穗粒數(shù)較Kp1，Kp2和CK處理的穗數(shù)和穗粒數(shù)分別提高15.86%，7.83%，32.05%和5.00%，2.65%，14.46%，當(dāng)蒸發(fā)皿系數(shù)為Kp3時(shí)，Ep2處理的冬小麥的穗數(shù)和穗粒數(shù)較Ep1，Ep3和CK處理的穗數(shù)和穗粒數(shù)分別高3.66%，5.70%，32.05%和0.46%，1.72%，14.46%，表明Ep2Kp3處理的穗數(shù)和穗粒數(shù)最大，而CK處理的穗數(shù)和穗粒數(shù)最小.

由表3還得出，累計(jì)水面蒸發(fā)量對(duì)千粒質(zhì)量影響的主效應(yīng)達(dá)顯著水平，且累計(jì)水面蒸發(fā)量和蒸發(fā)皿系數(shù)的交互效應(yīng)對(duì)冬小麥千粒質(zhì)量影響也達(dá)顯著水平，各處理除Ep3Kp3處理外差異不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，而Ep3Kp3處理的冬小麥千粒質(zhì)量顯著低于其他處理.累計(jì)水面蒸發(fā)量和蒸發(fā)皿系數(shù)的主效應(yīng)對(duì)冬小麥產(chǎn)量的影響均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（Plt;0.01）.當(dāng)累計(jì)水面蒸發(fā)量相同時(shí)，小麥產(chǎn)量按處理排序從大到小為Kp3，Kp2，Kp1，CK；蒸發(fā)皿系數(shù)相同時(shí)，為Ep2，Ep1，Ep3，CK.因此Ep2Kp3處理的產(chǎn)量最大，為9 920.27 kg/hm²，CK處理的產(chǎn)量最小，為6 287.06 kg/hm2.水分利用效率是指作物消耗單位耗水量形成作物干物質(zhì)量的效率指標(biāo)，累計(jì)水面蒸發(fā)量和蒸發(fā)皿系數(shù)主效應(yīng)對(duì)WUE均具有顯著影響，在水面蒸發(fā)量相同時(shí)，WUE按處理排序由大到小表現(xiàn)為Kp3，Kp2，Kp1，CK；當(dāng)蒸發(fā)皿系數(shù)相同時(shí)，WUE按處理排序由大到小則表現(xiàn)為Ep2，Ep1，Ep3，CK，此影響順序與二因素對(duì)小麥產(chǎn)量的影響相同.

文中試驗(yàn)，Ep2Kp3處理的WUE最大，為23.35 kg/（mm·hm²），CK處理的WUE最小，為13.38 kg/（mm·hm²）.

2.5 基于主成分分析的灌水處理尋優(yōu)分析

對(duì)冬小麥的產(chǎn)量、WUE、穗粒數(shù)、穗數(shù)、LAI、株高、千粒質(zhì)量和耗水量分別以x1—x8編號(hào)并進(jìn)行主成分分析.各指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)經(jīng)SPSS 26分析得出KMO值為0.596，Plt;0.001，說(shuō)明各指標(biāo)相關(guān)，數(shù)據(jù)可使用主成分分析法進(jìn)行分析.根據(jù)特征值大于1的標(biāo)準(zhǔn)，選取2個(gè)主成分，既可以減少變量個(gè)數(shù)，又可以保留大部分原始信息，進(jìn)而得出2個(gè)新的綜合指標(biāo)表達(dá)式：

Y1=0.437x1+0.426x2+0.403x3+0.402x4+0.391x5+0.371x6+0.096x7-0.061x8；

Y2=-0.041x1-0.241x2+0.049x3+0.051x4+0.293x5+0.179x6-0.664x7+0.613x8.

第1主成分的特征值PC1為4.963，貢獻(xiàn)率為62.041%，第1主成分中x1—x6的特征向量值均較大，說(shuō)明除千粒質(zhì)量外，主成分1反映生長(zhǎng)指標(biāo)及WUE和其他產(chǎn)量指標(biāo)的信息較多.第2主成分的特征值PC2為1.384，更多地反映了小麥耗水量和千粒質(zhì)量的情況，貢獻(xiàn)率為17.305%.

冬小麥各指標(biāo)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，利用2個(gè)主成分的特征值和系數(shù)得出不同灌水處理下的因子得分，如圖6所示.由圖可知，CK與滴灌各處理之間差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，且結(jié)合上述分析可知，與CK相比較，滴灌處理可顯著提高小麥的株高、LAI、穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量、產(chǎn)量和WUE，顯著降低冬小麥的耗水量.且由圖6還可知綜合得分最高的處理為Ep2Kp3，得分為3.49，說(shuō)明與其他處理相比較，Ep2Kp3處理為最優(yōu)處理.

3 討 論

灌水量是影響土壤含水率變化的主要因素之一，研究得出各滴灌處理在不同灌水量下（0，60] cm土層的土壤含水率變化劇烈，（60，100] cm土層的土壤含水率隨生育期逐漸降低.這是因?yàn)樾←湹母抵饕性冢?，60] cm土層，該土層受灌水和根系吸水影響較大，而（60，100] cm土層的土壤水分則由于大部分灌溉及降雨外部補(bǔ)給未能到達(dá)，在小麥深層根系吸水作用下表現(xiàn)為隨生育期逐漸降低.作物在不同的生育時(shí)期，耗水量不同，而耗水量主要來(lái)源于灌溉水、降雨和土壤儲(chǔ)水.在播種至返青期時(shí)，各處理的土壤含水率變化無(wú)明顯差異，均是（0，20] cm土層的土壤含水率下降大，這是因?yàn)槎←溤诜登嗥谇暗柠溍巛^小，地表處于裸露狀態(tài)，冬小麥耗水以土壤蒸發(fā)為主.拔節(jié)至抽穗期為冬小麥營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期，在此生育期內(nèi)的灌水量和降雨量較多，占此階段耗水量的75%～89%.而在抽穗至灌漿期以生殖生長(zhǎng)為主，此生育期氣溫較高，蒸發(fā)強(qiáng)烈，為小麥主要耗水生育期，試驗(yàn)期間降雨量為77.6 mm，大多灌水量被降雨量抵扣，灌水較少，主要消耗降雨和土壤儲(chǔ)水，（60，100] cm土層土壤含水率下降較大.而在小麥整個(gè)生育期內(nèi)，灌溉水占總耗水量的比例隨灌水量增加而增加，降雨和土壤儲(chǔ)水的占比則隨灌水量增加而降低，總耗水量隨灌水量增加而增加.

小麥株高和葉面指數(shù)反映小麥的生長(zhǎng)狀況，灌水量作為重要影響因素之一，通過(guò)影響1 m深土層土壤含水量，進(jìn)而影響小麥的生長(zhǎng).文中研究得出，滴灌處理通過(guò)局部灌溉可使（0，60] cm土層持續(xù)保持在小麥適宜生長(zhǎng)的土壤含水量范圍，且灌水間隔較地面灌處理短，更有助于冬小麥生長(zhǎng)，故滴灌處理的株高和葉面積指數(shù)較地面灌處理的株高和葉面積指數(shù)顯著提高^[19].而滴灌處理下累計(jì)水面蒸發(fā)量和蒸發(fā)皿系數(shù)對(duì)小麥的株高和葉面積指數(shù)均具有顯著影響，當(dāng)累計(jì)水面蒸發(fā)量增大時(shí)，灌水間隔隨之增大，土壤水分因冬小麥耗水無(wú)法得到及時(shí)有效的補(bǔ)充而減少，產(chǎn)生水分脅迫，致使小麥的株高和葉面積指數(shù)降低，故Ep3處理的株高和葉面積指數(shù)較Ep1和Ep2的低.而當(dāng)累計(jì)水面蒸發(fā)量減小時(shí)計(jì)算出的灌水定額較小，小定額灌溉可濕潤(rùn)的土層深度有限，且因小麥生育期內(nèi)的降雨量作用抵扣了多次計(jì)劃灌水量，導(dǎo)致灌水間隔較Ep2反而加大，故Ep1處理的株高和葉面積指數(shù)低于Ep2的株高和葉面積指數(shù).當(dāng)累計(jì)水面蒸發(fā)量相同時(shí)，蒸發(fā)皿系數(shù)越大，灌水定額則越大，累計(jì)灌水量也越多，故小麥的株高和葉面積指數(shù)隨蒸發(fā)皿系數(shù)增加而增加，即蒸發(fā)皿系數(shù)為Kp3時(shí)的株高和葉面積指數(shù)最高^[20].在小麥整個(gè)生育期中，株高在拔節(jié)期至開(kāi)花期快速增長(zhǎng)，灌漿成熟期增長(zhǎng)緩慢，而葉面積指數(shù)則是在抽穗期達(dá)到峰值，抽穗期后葉面積指數(shù)逐步降低，這與田旭浪^[21]的研究結(jié)果相同.

文中研究得出，小麥在滴灌處理下的產(chǎn)量較地面灌處理顯著提高，這是因?yàn)榈喂嗵幚硪孕《~多次灌溉使小麥的0～60 cm主根系層一直處于較適宜的土壤水分環(huán)境，更利于作物根系吸水供給植株蒸騰和光合作用的需要，而地面灌處理雖單次灌水定額較大、總灌水量較多，但由于作物蒸騰耗水和土壤水分向下的運(yùn)移作用使小麥的0～60 cm主根系層在灌水后的某個(gè)時(shí)期處于較低的土壤水分環(huán)境中，導(dǎo)致產(chǎn)量較滴灌處理的降低^[22].而要使地面灌達(dá)到滴灌相同的產(chǎn)量效果，則要增加灌水次數(shù)從而消耗更多的灌溉水量，降低了水分利用效率，不經(jīng)濟(jì).

文中研究表明滴灌處理產(chǎn)量增加的主要驅(qū)動(dòng)因子為穗數(shù)和穗粒數(shù)的顯著增加，穗數(shù)和穗粒數(shù)亦隨累計(jì)水面蒸發(fā)量Ep增大而先增加后減少，這就要求在使用蒸發(fā)皿制定滴灌灌溉計(jì)劃時(shí)應(yīng)選擇合適的Ep數(shù)值來(lái)確定灌水間隔.過(guò)小的Ep，灌水頻率高但灌水定額較小，灌水不能濕潤(rùn)到作物主根系層，且頻繁的啟動(dòng)給滴灌系統(tǒng)安全運(yùn)行帶來(lái)較大的風(fēng)險(xiǎn)；而過(guò)大的Ep，灌水間隔大，灌水頻率低，無(wú)法及時(shí)滿足作物生理需水要求.研究還表明穗數(shù)和穗粒數(shù)隨蒸發(fā)皿系數(shù)Kp增大而增加，這意味著文中試驗(yàn)設(shè)置的Kp的最大值并未達(dá)到產(chǎn)量上限的要求，需要在后續(xù)的研究中繼續(xù)增加Kp，加大單次灌水定額和總灌水量以探索是否存在更大的產(chǎn)量響應(yīng).

文中試驗(yàn)產(chǎn)量最高的處理為Ep2Kp3，其產(chǎn)量顯著大于其他處理的，水分利用效率也最高，經(jīng)主成分分析因子得分最高，是試驗(yàn)條件下推薦的最優(yōu)處理.但試驗(yàn)期間降雨量較大，達(dá)到了191.9 mm，約占小麥生育期耗水的1/2，屬于華北地區(qū)冬小麥生長(zhǎng)季降水較多的年份，折抵各處理灌水次數(shù)和灌水量較多，也掩蓋了部分滴灌條件下小麥生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量增加的真實(shí)效應(yīng).此外，據(jù)已有文獻(xiàn)[23]研究報(bào)道，冬小麥的根系深度可達(dá)2 m以上，文中耗水土層計(jì)算僅為1 m以內(nèi)土層，因此所得計(jì)算結(jié)果有可能小于實(shí)際值.因此文中試驗(yàn)結(jié)論仍需后續(xù)多年的大田驗(yàn)證.

4 結(jié) 論

1） 在小麥整個(gè)生育期中，（0，60] cm土層土壤含水率的變化劇烈，（60，100] cm土層土壤含水率隨生育期逐漸降低.小麥株高隨生育期逐漸上升，拔節(jié)至開(kāi)花期為迅速增長(zhǎng)期，開(kāi)花期后為緩慢增長(zhǎng)期；小麥葉面積指數(shù)則隨生育期呈先上升后降低的變化趨勢(shì)，在抽穗期葉面積指數(shù)最大.滴灌處理中不同的累計(jì)水面蒸發(fā)量和蒸發(fā)皿系數(shù)的主效應(yīng)對(duì)小麥的株高、葉面積指數(shù)、穗數(shù)、穗粒數(shù)、產(chǎn)量和水分利用效率影響顯著，千粒質(zhì)量則是累計(jì)水面蒸發(fā)量和累計(jì)水面蒸發(fā)量與蒸發(fā)皿系數(shù)的交互效應(yīng)對(duì)其有顯著影響.而小麥構(gòu)成因素中的穗數(shù)和穗粒數(shù)對(duì)產(chǎn)量貢獻(xiàn)率大.

2） 經(jīng)綜合分析得，當(dāng)水面蒸發(fā)量為Ep2即40 mm時(shí)，蒸發(fā)皿系數(shù)為Kp3，即返青期至拔節(jié)期蒸發(fā)皿系數(shù)為0.7、拔節(jié)期至灌漿期為1.0、灌漿期至乳熟期為0.8時(shí)，更有利于小麥生長(zhǎng)發(fā)育，產(chǎn)量和水分利用率也最大，分別為9 920.27 kg/hm²和23.35 kg/（mm·hm²）.

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（責(zé)任編輯 張文濤）