全 文 ：应 用 生 态 学 报 年 月 第 卷 第 期
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黄土高原半干旱区春小麦农田有限
灌溉对策初探 ‘
李凤 民 赵松岭 段舜山 高世铭 冯 波
兰州大学干早农业生态国家重点实验室 , 兰州 。。
【摘要 】 年的大 田试验研究表明 , 在黄土高原半干早区 , 春小麦农田有限灌溉的关键时
期为 叶期到孕穗期之间 , 但由于该地区降水变率很高 , 不同降水年型有限灌溉的关键时
期和增产效果有很大差异 , 实际的需水关键期和作物生理的需水关键期往往不相吻合 对
半干早地区的有限灌溉对策及作物的耗水过程和产量形成过程进行了讨论
关键词 半干旱地区 春小麦 有限灌溉
一 此
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加 理 舒 , 加 , 一 二 月产
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一 协
一 , ,
引 言
区主要粮食作物春小麦的有限灌溉对策进
行了初步研究
水分短缺是制约半干旱地 区农业发展
最重要的因素 传统的旱农生产主要依靠
尽可能多地接纳天然降水使其就地入渗来
提高降水的有效利用率 然而 , 位于黄土高
原西北地带 的半干旱地 区 , 由于降水处于
农业生产的下限地区 , 致使这些水土保持
措施的作用很有限 , 甚至失去作用 近年发
展的集水农业和以此为据发展起来的集流
补灌措施对水土保持和提高单位面积产量
的效果很 明显 实践证明 , 在半干旱地 区可
以通过集水措施和开发现有地下水资源创
造一定 的灌溉条件 本文对 陇中半干旱地
试验区背景与研究方法
自然条件
试验在甘肃省定西县团结乡甘肃省农业科学
院定西试验站进行 , 该地 区平均降水量 ,
年均温 ℃ , 年均 自由水面蒸发量 ,
海拔 , 为典型的半干早黄土丘陵沟壑区 大
田试验分别于 年和 年进行 , 个生长季
的旬降水状况见表 春小麦播种期为 月下旬 ,
收获期为 月初 同平均年份比较 , 年春小麦
生长期降水量偏多 , 且 月份比较集中 , 为春小麦
, 国家攀登计划资助项目
年 月 日收到 , 月 日改回
应 用 生 态 学 报 卷
表 试验年份春小麦生长季节降雨 分布
, 七 讯七琳 详 砚
月 月 月 月
上 旬 ” 中 旬 盆 , 下 旬 ”
总计 注
总计
上 旬
。
下 旬
。
下 旬
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下 旬
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中 旬
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中 旬
。
。
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中 旬
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。
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生长过程的中前期 , 降水有效性较高 , 为丰水年
年 一 月降水总量虽 比多年平均值还高 ,
但其分布极不合理 , 降水主要分布在春小麦生长
后期 , 而在拔节和穗分化时期的 月份出现严重
干早 , 为几十年一遇的大早年
试验设计
大田试验小区面积为 , , 春小麦品种
为 一 , 每小区播 行 , 行距 分别为
不浇水 、浇 、 、 、 次 每次浇水量均为 ,
分 个时期 , 即 叶 心期 月 一 日 、拔节期
月 一 日 、孕穗期 月 一 日 和扬花
期 月 一 日 , 浇水量和浇水时期组合成
个处理 每处理 次重复 , 随机区组排列 , 施肥水
平和大田管理同当地一般水平
结 果
有限灌溉的增产效果分析
年的大 田试验测产结果见表 从总
体上看 , 浇水处 理的产量均 比对 照 不浇
表 年试验各处理产 比较
水 高 , 且随浇水量增加而增 加 , 增产幅度
随年份不同而异 , 干旱年份浇水的增产效
果尤为显著 从不 同浇水量的增产效果来
看 , 浇 次水的增产幅度最大 从浇水的关
键时期来看 , 年因前期雨水较多 , 月
份降水偏少 , 浇 次水以孕穗期 第 次浇
水 的产量最高 , 而 年 由于前期雨水
较少 , 叶期浇水的产量最高 从 田间生长
状况看 , 年小麦前期生 长好 , 苗多穗
大 , 年苗少穗小 , 植株矮小 , 这是造成
这种结果的直接原因 从浇水 次的处理
来看 , 年 以 叶期与拔 节期浇水最
好 , 年以 叶期和孕穗期浇水产量最
高 浇水 次的则以 叶期 、拔节期和孕穗
期各浇水 次为最好 这 个 时期正是春
小麦增加穗数和穗粒数的关键时期 , 是产
量形成的基础 阶段 , 最后 次浇水效果较
差是因为这个时期雨水较多 , 但 年该
皿 · 血 一 盆
年 份 处 理
平均
平均 ’
增长率
平均
平均 ’
增长率
, 同一浇水量各处理的产量平均值 “ 。
期 李凤民等 黄土高原半干早区春小麦农田有限灌溉对策初探
衰 , , 年产 的 分析
目 朋 翻 ,
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两处理差异显著 以 。 , , 一两处理差异不显著“ 悦
‘ 两处理间平均数之差 以 , , , 两处理间的最小显
著极差 二 , 二
·
时期雨水相对较少 , 因此 , 浇水也有增产作 次和浇水 次 比较 , 浇水 次和浇水 次
用 比较 只有部分处理之 间差异显著 浇水
为了更准确地分析有限灌溉的增产效 次和浇水 次 比较只有 对差异显著 , 不
果 , 确定灌溉的关键时期 , 对各处理产量之 浇水和浇水 次比较各处理之间差异都显
间的差异进行了显著性检验 表 、 著 和 , 差异显著 , 和 差异不显
从表 可见 , 不浇水和浇水 次 比较 , 著 , 和 差异显著 , 表明第 次浇水增
浇水 次和 次 比较 , 浇水 次和 次 比 产效果较 明显 因此认为 , 年度浇水
较 , 浇水 次和 次 比较各处理之间差异 的增产效果相对较差 , 少量浇水效果不明
均不显著 不浇水和浇水 次 比较 , 浇水 显 , 第 次浇水效果相对较好
应 用 生 态 学 报 卷
表 月 月年产且的 分析
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表 , , 年各处理水分利用效率和灌派水利用效率 · 加一 ,
亡 目 , , 亡
水分利用效率
灌溉水效率
。 。 。 。 。
一
从表 可见 , 第 次浇水 和 ,
和 , 和 , 和 , 和 , 和
, 和 各处理之 间差异均显著 , 表明
本次浇水效果明显 第 次浇水 和 ,
和 , 和 , 和 , 和 ,
和 , 和 , 和 各处理间差 异均
不显著 , 表明本次浇水效果不明显 第 次
浇水 和 , 和 , 和 , 和
, 和 , 和 , 和 , 和
各处理间差异均不显著 , 表 明本次浇水效
果不 明显 第 次浇水 和 , 和 ,
和 , 和 , 和 , 和 ,
和 , 和 各处理之间差异均不显著 ,
表明本次浇水效果不 明显 浇水次数相差
一 次的各处理之间的差异性分析表 明 ,
第 次浇水所起的作用最大 和 相
比差异显著 , 从表 可见 , 后者明显低于前
者 , 表明前期干旱严重时在后期浇水对产
量有负作用 可 以认为 , 年度浇水的
增产效果明显 , 且第 次浇水增产最显著 ,
第 次浇水对产量有负作用
年第 次浇水产生 负作 用 的重
期 李凤民等 黄土高原半干旱区春小麦农田有限灌溉对策初探
要原因是前期干旱限制 了生殖器官的发
育 , 穗数和穗粒数很低 , 一 月初 又大量
降雨 , 迅速产生大量无效分粟 , 影响了光合
产物的正常分配 , 产量下降 从经济用水的
观点看 , 本地浇水应在 叶期至孕穗期之
间 , 视降水情况以早浇为宜 扬花期浇水作
用较小 , 可以不浇 , 但特殊情况时除外
耗水量与产量的关系
由图 可见 , 尽管测点比较分散 , 但所
得 回归式仍达极显著水平 , 表明用耗水量
来预测产量仍是可信的 从表 可见 , 以蒸
散量和产量为基础的水分利用效率在各处
理间相差很小 , 而 以灌溉水量和灌溉增产
量计算的灌溉水利用效率 在各处
理 间相 差 却很大 , 随浇 水 量 增 加 ,
迅 速 下 降 分 别 为 、 、 和
, 即浇水量越少 越高 ,
的变化趋势与产量的变化趋势恰好相反
所以 , 在半干旱地区 , 为了最大限度地发挥
有限水资源的增产效果 , 必须统筹规划 , 不
能单独追求单产的提高 这是实现高效用
水的关键因素之一
目
名
嘲
祀
燕散量 宜
图 春小麦产量与农田 蒸散量的关系
一 卜
讨 论
黄土高原半干旱区农 田水利的方向
多年来人们一直认为 , 黄土高原深厚
的黄土母质就是天然的土壤蓄水库 , 可以
咬纳并蓄积大量天然降水以供作物利用
所以 , 在农 田水利的发展方向上以尽量多
地接纳夭然降水使其就地入渗为基础的水
土保持型农业一直占居主导地位 在半干
旱 区提倡的水平沟种植 , 蓄水聚肥改土耕
作 、 垄沟种植等〔 〕均 以水土保持为基本 出
发点 然而 , 土壤对天然降水的大量接纳和
有效保存却是两个完全不同的过程 深厚
的黄土母质对大量接纳天然降水固然是有
利条件 , 但土壤能否有效保存接纳的降水
这对作物生产也至关重要 研究表明 , 土
壤含水量较低时 , 土壤具有较高的导水率 ,
这虽有利于作物吸水 , 但同时也导致 了黄
土区土壤具有较高的蒸发能力 , 对作物真
正有效的水分并不多 在半干旱和半湿润
交界的黄土高原陇东地区 , 冬小麦连续单
作 年 年 季 同冬小麦与 年生箭舌
豌豆复种 年 年 季 比较 , 前者 年
利 用 。一 土 壤 水 分 总 共 为
, 远远 大 于 后 者 也就是
说 , 冬小麦与 年生箭舌豌豆复种对土壤
水分的利用量不仅没有增加 , 相反却明显
下降 这是 由于单作冬小麦从收获到播种
这段时间裸露的土壤表面产生大量的无效
蒸发所致 在典型半干旱地区的甘肃省农
业科学院定西试验站所做试验表明 , 在
。一 土壤 中全年休闲地块只 比豌豆
地块多贮水 宁夏盐池地处半干旱
下限地 区 , 年降水量 , 由于地处
沙漠边缘 , 风沙很大 , 故在土壤表面覆盖有
个细沙层 , 剪去土壤表面所有地被物 , 阻
断植物 蒸 腾 , 月 日至 月 日 。一
土壤水分仅仅增加 , 只 占
同期降水量 的 〕 从 个
典型地区的实例清楚地看到黄土区土壤所
具有的巨大蒸发能力 因此可以认为 , 黄土
区土壤虽然具有 巨大的蓄水能力 , 但保水
应 用 生 态 学 报 卷
能力很差 , 把它作为一种大容量的土壤水
库显然有失偏颇
近几年来 , 在黄土高原半干早 区出现
的集水农业的合理性 已逐步得到证实 它
试图以主动抗旱对策代替传统的以水土保
持为主的被动适应型农业 , 强调对降水进
行有效的时空调控 , 即将较大面积的降水
集中于较小面积的种植区 , 富集迭加利用 ,
以及将丰水季节或丰水年集存的雨水用于
作物关键需水期的有限灌溉 这种措施在
年 降水量 一 的半干旱地 区效
果最显著 , 增产幅度可达数倍 因此 , 集
水农业应当成为半干早地区水利建设的重
要方向
作物需水的关键期
表 ‘ 试验站降水分布及平均 月变率 , 一 , 年平均
确定农 田灌溉时期大致有 条途径
以作物生理需水关键期作为灌溉时期 ,
这是湿润地区普遍采用的方法 根据作
物水分亏缺症状确定适时灌水 水分亏缺
指数法 水肥藕合模型法 〔们 等一般认
为 , 孕穗期是小麦生理需水的关键期 本研
究指 出 , 丰水的 年 , 浇水的增 产效益
较差 , 孕穗期为需水关键期 , 与生理需水关
键期一致 在欠水 的 年 , 第 次 苗
期 浇水效果最好 , 与生理需水关键期不一
致 前期严重干旱导致小麦生长发育不 良 ,
后期丰水 月 后营养生 长大幅度增加 ,
无效分粟剧增 , 导致光合产物 向籽粒的分
配减少 因此 , 第 次浇水 孕穗期 产量非
但不增加反而还显著下降 这些试验结果
月 份
降雨量
变率
。 。 。 。 。 。 。 。 。
表明 , 在半干旱地区由于降水变率很高 表
, 农 田土壤干湿状况受降水的强烈影响
而波动很大 , 作物需水的关键时期也随之
变化 降水规律的不确定导致 了作物需水
关键时期的不确定 这是半干旱地 区发展
集水农业实行有限灌溉所遇到的关键问题
之一 , 需要结合作物的耗水过程和产量形
成过程深入研究
致谢 大 田试验得到甘肃省农业科学院定西试
验站大力支持 , 谨致谢意
参考文献
朱润身 、 高世铭 、 祁国元 甘肃半干旱 区农 田
土城水分动态及贮水效率分析 水土保持通报 ,
一
李风民 、张振万 宁夏盐池长 芒草天然草地和
首猎人工草地水分利用研究 植物生态学与地植物
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杨文治 不同湿度条件下土壤水分的蒸发性
能和移动规律 土壤学报 , 一
周 军 、杨荣泉 、 陈海军等 冬小麦水肥增 产
藕合效应模型研究 水利学报 , 一“
韩仕峰 、 李玉 山 、 张孝中等 提高黄土高原农
田 土坡水分利用 的主要途径 水土保持通报 ,
一
魏 虹 黄土高原半千早区集水农业的气候
学荃础 兰州大学硕士论文