全 文 ：第 26卷第 8期
2006年 8月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vo1．26．No．8
Aug．，2006
冬小麦．夏玉米两熟农田节水效应的可行性
于舜章 一，陈雨海 ’，李全起 ，周勋波 ，房全孝 ，王吉顺 ，刘恩民 ，罗 毅
(1．山东农业大学农学院，泰安 271018；2．山东省土壤肥料总站，济南 250100；3．中国科学院地理科学与资源研究所，北京 100101)
摘要：2001 2003年在中国科学院禹城综合试验站研究了冬小麦一夏玉米两熟农田节水效应的可行性。结果表明，本地区降雨
量主要集中在夏玉米生育时期，月蒸散量呈“M”型变化，双峰一般出现在冬小麦与夏玉米 的抽穗开花时期，而且两年的蒸散积
累趋势纵向比较均显示出其一致性的特点，这是研究耗水规律的基础环节。土壤水分从时间分布来看，在灌溉和降雨的水分供
应下，冬小麦期间土壤水分呈下降的趋势，而夏玉米期间土壤水分却有所升高。土壤水分从空间分布来看 ，土壤水分变化趋势
较一致 ，呈“z”型变化 ，0～60cm层次 的土壤水 分动态变化幅度较 大。实验证 明夏玉 米产 量与前季冬小 麦产量 有一定 的互 补作
用 ，全年 WUE与灌水量成负相关 。冬小麦一夏玉米两熟农 田实行冬小 麦灌溉而夏玉 米不灌的灌水措施可行 。
关键词 ：冬小麦 ；夏玉米 ；土壤水分 ；耗水规律 ；节水农业
文章编号 ：1000．0933(2006)08．2523．09 中图分类号：Q143，S314 文献标 识码 ：A
Feasible study on water-saving efect of wheat-maize rotation pattern
YU Shun—Zhang _ ，CHEN Yu．Hai ，LI Quan—Qi ，ZHOU Xun—Bo ，FANG Quan—Xiao ，WANG Ji—Shun ，HU En—Min ，
LUO Yi (1．Agronomy Colege of Shandong Agricuhural University，Tai’an 271018，China；2．Soil and Feail~er Bureau of Shandong Province，Jinan
250100。China；3．InstituteofGeographic Sciences and NaturalResearch，Chinese AcademyofSciences，Beijing 100101，China)ActaEcologica Sinica，2006，26
(8)：2523—2531．
Abstract：Wheat-maize rotation planting patern is an important farming system in the North—western Plain of Shandong Province．It
is critical to know how save water in the wheat—maize rotation pattern ．The experiment was carried out from 2001 1o 2003 at
Yucheng Experimental Station and included eight treatments that were based on irrigations at different winter wheat stages and no
irigations at maize stage，however，due to heavy drought at maize stage，all treatments irrigated 60mm water on July 8 and 90mm
water on August 20，2002．The eight treatments were made up of irigations at Jointing stage(March 26，2002)，Flag stage
(Apri1 15，2002)，Grain filling stage(May 11，2002)in the 2001—2002 season，and irrigations at Jointing stage(April 8，
2003)，Heading stage(May 1，2003)and Grain filling stage(May 1 7，2003)in the 2002—2003 season．Every irigation water
value was 60mm controlled by a water supply meter．Wheat plant density was 2250000 plants per hectare and maize density was
60000 plants per hectare．The rainfall in Yucheng City is mainly distributed on the summer when summer maize was growing．
Rainfal，evapotranspiration(ET)and irigation are the basic factors to study the rules of water consumption．The ET per month
changed as a “M” curve which two peaks were located，respectively，in the tassel and anthesis stages of wheat and maize．
Furtherm ore，changes of the accumulation of ET were identical between the two years．With the supplement of irigation or
rainfall，water in soil declined gradualy with the crop growth in the winter，but increased in the summer．The water content in 0
～ 130em soil fluctuated as a“Z”trend and the changes were very signifcant in the 0～60cm soil profile．The results showed that
基金项目：中国科学院禹城综合开放试验站基金资助项目(yc2002006)；聊城市国家计委大型优质小麦生产基地科研资助项 目(20021106)
收稿 日期 ：2005．04．03；修订 日期 ：2005．12．30
作者简介：于舜章(1979～)，男，山东招远人，硕士，主要从事作物种植制度、农业生态及节水农业研究．E—mail：s z．yu@163 COB
* 通讯作者 Coresponding author．E—mail：yhchen@sdau．edu．Cl
Foundation item：The project was supported by Yucheng Experimental Station ofInstitute ofGeography，Chinese Academy of Sciences(No．yc2002006)；Foundation
of the Large Scale Wheat Culture Base of China Planning Council in Liaocheng(No．20021 106)
Received date：2005—04 —03；Accepted date：2005—12—30
Biography：YU Shun．Zhang。Master．mainly engaged in planting system，farming ecology an d water saving agriculture．E-mail：s．z．yu@ 163．COB
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生 态 学 报 26卷
summer maize and winter wheat had the mutual compensation on the yield and the water use eficiency of the whole year had a
negative correlation with irrigation quantity．Results showed that it was feasible to practice irigations during the winter wheat
stage，but no irrigation during the summer maize stage in the field of wheat—maize rotation．
Key words：winter wheat；summer maize；soil water；water consumption；water saving agriculture
冬小麦一夏玉米两熟作物在鲁西北平原是一种典型种植模式 ，其农田耗水量 的多年平均值为 840mrn，多年
平均降水量 为 568mm，其 中，山东 省禹城市冬小 麦平均 耗水量为 482．2mm，水分 利用率 为 1 1．O1 kg·hm～·
mm～；夏玉米平均耗水量为 398．9ram，水分利用率为 19．79kg·hm～·mm ¨。据研究 ，耕作比免耕增加 了表土
层的土壤水分蒸发，导致水分的无效损耗 。 ，而且不同程度的复种对水分利用率均有所提高，随复种次数 的
增加 ，对水资源的利用程度也有所提高 。冬小麦一夏玉米两熟农 田相当于冬小麦播种时耕地 ，夏玉米生育
期内为免耕。这种耕作方式既实现了耕作和免耕 的结合 ，又增加了复种指数。因此 ，研究冬小麦一夏玉米两熟
农 田的节水效应有利于寻求适合本地 区特点的灌溉配水技术，充分 利用有限的水 资源 ，对发展节水农业具 ，j
极重要的理论 和实践价值。
1 材料与方法
1．1 材料与试验设计
试验于 2001～2003年在 中国科学院禹城综合试验站的大 田内进行。土壤为中壤土，2001年大田 0～20cI11
土层 ，碱解氮 68．30mg‘kg～，速效 磷 49．36 mg·kg ，速效钾 171．OO mg·kg～，有机 质 12．60 mg·kg ，全氮
0．8g‘kg～，全磷 (P2O )1．5 g·kg～，全钾(K：O)25．4 g·kg～。试验按 照冬小麦生育期间的灌水分为 8个处理(表
1)，随机区组设计 ，4次重复。小区面积 30m ，分 3畦 ，中间 1畦装有 中子管 ，深 1．3m。灌溉时均用水表严格控
制灌水量。据研究 ，保证 90％以上灌水利用率的每次灌水量不应超过 60mm。夏玉米生育期间不灌溉，主
要研究冬小麦生育期间的灌水对夏玉米的影响 ，2002年由于特大干旱 ，夏玉米分别在 7月 8日灌水 60ram和 8
月 20日灌水 90mm(夏玉米高产的灌溉定额为 150mm )。
表 1 冬小麦生 育期 间灌水处理设计
Table 1 Design on irHgafion treatments at wheat stage(Film
冬小麦品种为 93～52，分别于 2001年 10月 8日和 2002年 10月 13日机械播 种，密度为 2．25×10。株 ·
hm一，在 2002年 6月 6日和 2003年 6月 8日收获。冬小麦收获后 ，夏玉米分别于 2002年 6月 13日和 2003年
6月 16日铁茬机械播种 ，密度为 6×10 株 ·hm一，品种为农大 108，在 2002年 9月 30日和 2003年 10月 3日收
获。
1．2 试验方法
(1)土壤水分含量 试验期间每隔 7～lOd用 CNC503DR型 中子水分仪测定 土壤体积水分含量 ，每 lOcm
一 个层次，测定深度为 0～130cm。
(2)蒸散量 利用中国科学院禹城综合试验站的大型蒸发渗漏仪(蒸渗仪)测定的数据 。
(3)降雨量 中国科学院禹城综合试验站气象站的常规测定数据 。
(4)土壤贮水量 土壤贮水量(mm)： (AOi×Zi)。
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8期 于舜章 等 ：冬小麦．夏玉米两熟农 田节水效应 的可行性 2525
式中，△ 为土壤某一层次体积含水量 ， 为土壤层次厚度 (mil1)，i为土壤层次。
(5)耗水量 又可称为农田实际蒸散量(ETa)，本试验田较平 ，不考虑地下水影响及地表径流 ，因此土壤
水分能量方程修正为： ETa = P+，+△5
式中，ETa 为作物的耗水量 ；P为降雨量；，为灌水量 ；△5为土壤贮水量变化量。
(6)产量 小麦收获时 ，每小区取 3个 1m2，夏玉米收获时，连续取样，每小区取 20株 ，4次重复 ，自然晒干
(子粒的质量含水量一般为 12％以下)，测产 。
(7)水分利用效率 采用产量水平上的水分利用效率(WUE)，计算公式为：
WUE = Y}ET口
式中 ，l，为作物的经济产量 ；ETa 为作物的耗水量 。
(8)资料统计与分析 试验数据采用 Origin软件绘图 ，用 Dps软件统计分析(LSD法)。
2 结果
2．1 试验地点降雨量和蒸散量变化特点
2．1．1 月降雨量和蒸散量年际变化特点 2001～2003
年，降雨量主分布在夏玉米生育时期，冬小麦生育时期 。
相对较少，为冬小麦生育期间适当灌溉而夏玉米生育期 兰l
间不灌溉的两熟农田种植方式提供了有利气象条件。 蓑
每年(冬小麦一夏玉米)的月蒸散量均呈“M”型变化，双 蠢
峰一般出现在冬小麦与夏玉米的抽穗开花时期(图 1)。 莲哩
由图 1可看 出，每月的蒸散量一般均 大于每月 的降雨
量 ，最 大的差异均出现于作物的生长旺季 (4、5月份和
7、8月份)，2002～2003年的月降雨量 明显 多于 2001～
2002年，但 月 蒸 散 量增 加 的不 明显。2003年 4月 与
2002年 4月 相 比，月 降雨 量 高 130．5mm(变 化 幅度
399．08％)，月蒸散量低 3．9mm(变化 幅度 一3．08％)，而
2003年 5月与 2002年 5月相 比，月降雨量低 41．7mm
0 一 — n 寸 t5 卜 ∞ 0 一 I一 In 寸 t5 卜 ∞
一 一 一 0 0 0 0 0 0 0 0 0 一 一 一 0 0 0 0 0 0 0 0 0
⋯ N N N N N N N N el N N n n n n n n n n n
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
I I I I I I 4 |
日期 Date
图 l 两熟 农田月降雨量和蒸散量变化特点
Changes of rainfal and evapotranspiration(ET)in wheat-maize field
(变化幅度 一74．73％)，月蒸 散 量 高 91．45mm(变 化 幅 度 82．19％)，高月 蒸散 量 是 因 4月份 的大 量 降雨
(163，2mm)所造成的。2003年 7、8月与 2002年 7、8月相 比，月降雨量变化幅度分别为 227．93％和 321．39％，
月蒸散量变化幅度分别为 一9．58％和 16．44％。
2．1．2 两熟农 田各生育期 内降雨和蒸散的积 累量变化特点 图 2显示 ，2002年 ，冬小麦拔节(3月 27日)后的
降雨积累趋势与夏玉米的降雨积累趋势接近平行。2001～2003年 ，冬小麦返青后的蒸散积累趋势均与夏玉米
一 致 ，而且不管是冬小麦还是夏玉米 ，两年的蒸散积累趋势纵向比较均显示出其一致性的特点。再者 ，蒸散积
累受 I；蒸散量的影响要明显少于降雨积累受 I；I降雨量的影响 ，而且蒸散积累是点点积 累的平滑 曲线式增加 ，
这不同于降雨积 累的阶梯型增加。
由图 2还可以看出，2001～2002年冬小麦生育期间，降雨量增加趋势较缓 ，2002～2003年的冬小麦生育期
间降雨量积累的陡然抬升 ，促使冬小麦全生育期内的降雨量大增 ，但积 累缓慢的趋势没有改变。如果排除这
次抬升(4月 17 I；的 l32．6mm降雨)，冬小麦全生育期 内降雨量仅 为 89．6mm，仅 占 2001～2002年冬小麦全生
育期降雨(126．4mm)的 70．89％。与 2002年夏玉米生育期间降雨 比较，2003年夏玉米生育期间降雨多但增加
缓慢且频繁 ，而且降雨积累变化曲线与蒸散积累变化 曲线基本吻合 ，由此可以推断 ，少量多次的降雨可弥补蒸
散损失 。
2．2 两熟农田的耗水规律研究
2．2．1 两熟农 田表土层土壤含水量变化特点 图 3表明，2001～2003年 ，0～30cm和 40～60cm这两个土壤层
∞ 蛐 ∞ 柏 加 ∞ 舳 ∞ 加 。
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一 ∞
量
墨霍
窖
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鐾l
《
日期 Date
图2 两熟农田各生育期内降雨和蒸散的积累量变化特点
Fig．2 Changes of accumulation of rainfall and evapotranspiration(ET)in wheat．maize field
次具有相似的变化趋势 ，即灌水或降雨时均能补给土壤 水分 ，蒸散耗 水时均减少。0～30cm层次，处理 l、2、6
和 8的 同 一处 理 不 同 日期 的变 化 幅度 ，2001～2002年 冬 小麦 期 间分 别 为 14．01％、15．97％、12．98％和
13．85％，夏 玉米 期 间分 别 为 15．62％、13．46％、12．14％和 13，72％，2002～2003年 ，冬 小 麦 期 间 15．36％、
20．47％、15．31％和 13．88％，夏玉米期 间 9．30％、15．16％、1 1，27％和 9，96％；同一 日期 4个处理间的最 大变
幅 ，2001～2002年冬小麦 与夏玉米期 间分别为 15．98％和 6．30％，2002～2003年 为 16．48％和 6．98％。40～
60cm层次，同一处 理不 同 日期 的变 化幅 度，2001～2002年冬 小麦 期 间分别 为 14．55％，9．54％，7．01％和
5．61％，夏玉米期间分 别为 11．01％、7．26％、7．53％和 8．30％，2002～2003年 ，冬小 麦期间 7．07％、13．37％、
5．71％和 7．26％，夏玉米期间 3．23％、7．97％、4，05％和 4．18％；同一 日期 4个处理之 间的最大变幅 ，2001～
2002年冬小麦与夏玉米期间分别为 11，03％和 8．90％，2002～2003年 为 9．09％和 6．71％。由此看出，2001～
2003年 0～30em处理间的同一处理不同日期的变化幅度明显大于 40～60cm，而同一 日期不 同处理间的最大
变幅是冬小麦生育期间 >夏玉米生育期间 ，冬小麦各处理年际间有差异 ，但夏玉米年际间差异不大。
由图 3还可看出 ，0～30cm土壤水分变化的峰明显多于 40～60cm。40～60cm土壤层次中，2001～2002年 ，
处理 1和处理 2的土壤含水量在冬小麦 中后期(2002年 4月 7日以后)有明显的降低趋势 ，而处理 6及处理 8
的土壤含水量基本接近 ，夏玉米生育期间 ，各处理间的土壤含水量渐渐趋 于一致 ；2002～2003年 ，处理 l在 4
月 17日前一直处于低土壤含水量的状态，由于4月 17日的大量降雨(132．6mm)造成土壤含水量陡然上升，到
冬小麦收获时期土壤含水量还 比灌拔节水的高。
2．2．2 两熟农 田土壤贮水量变化特点 2001～2002年的土壤贮水量变化总体上呈下降趋势 ，可能归因于作
物利用和较高的蒸散 。在夏玉米生育期间虽有所升高 ，但也只达到拔节挑旗时的贮水量。2002～2003年的土
壤贮水量总体呈上升趋势 ，冬小麦生育期间由于受越冬水和 4月 17日降雨的影响，土壤贮水量变化趋势不甚
明朗 ，但是夏玉米生育期间土壤贮水量是升高的(图 4)。
图 4还表明 ，2002年冬小麦拔节后 ，处理 1与处理 2的土壤贮水量基本相似 ，而且这种相似性一直持续到
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 如 ∞ 如 如 5 瑚 渤瑚 ㈨如。珈
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2528 生 态 学 报 26卷
和灌浆(8月 27日)的 日期 ，2003年选择 了冬小麦灌拔节水(4月 8日)后和灌抽穗水(5月 1日)后的 日期 ，夏玉
米拔节(7月 23日)后和灌浆(8月 31日)前的日期。
E
吾
1
5
∽
蜊
聪
萎；
— ．卜_ T1 —c卜_ T2 — T6 — T8
：霎 ：薹
0 l5 2O 25 3O 35 40 l0 l5 2O 25 30 35 40 l0 l5 2O 25 30 35 40 l0 l5 2O 25 30 35 40
土壤体积含水量 Soil moistu~con~nt(％)
图 5 两熟农 田某一时期不同深度土壤水分动态变化
Fig．5 Dynamic chants of dife~nt s0jl depths in wheat-maize field at special st ge
图 5显示 ，土壤水分在空间分布上 ，在不同时期 、不同作物及不同灌溉处理的不同深度土壤水分均呈不规
则的“z”型变化，而且变化曲线的上拐点均在 20cm，下拐点均在 l10cm。2001～2002年 的处理 1分别在 80cm
和 100cm处各多了一个拐点，2003年夏玉米生育期间处理 l和处理 8分别在 40～90cm和 70～90cm形成明显
的缺水带 ，2001～2002年 l10cm以下 的深土层 含水量 全年变化不大，然而 ，2002～2003年却有 明显 的变化。
2003年 4月 17日的不同深度土壤水分变化曲线与 2002年 3月 23日比较可看出，灌水可明显改变土壤水分状
况 ，但 2002年 3月 23日和 2002年 8月 27日的四个处理间差异不显著。降雨(7月 21日降雨 36．3mm)能改变
不同处理的土壤水分状况(2003年 7月 24日图)，还可使灌溉效果变得不显著(2003年 5月 10日图)。
2．2．4 两熟农田耗水量 、产量及水分利用效率的特点 从耗水量来看 ，2001～2003年 ，无论是冬小 麦 、夏玉
米 ，还是二者总和，均是处理 8的耗水量最高；处理 l和处理 4在冬小麦生育期间耗水量均最低 ，处理 l和处
理 2是夏玉米生育期间耗水量和两季作物总耗水最低 的处理，且冬小麦 的耗水量随灌 水量 的增加而增大 ，夏
玉米在同样降雨或灌水的情况下有相似的规律性 ，由此看出，冬小麦期灌水不仅影响冬小麦耗水 ，而且影响夏
玉米耗水 。
从产量来看 ，2001～2003年冬小麦产量均以处理 6和处理 8最高，而产量最低处理 2001～2002年是处理
l和处理 4，2002～2003年是处理 l和 3。2001～2003年夏 玉米产量与两熟总产处理间差异不显著(F检验 )，
其中，2002年夏玉米处理 4和处理 7产量最高，处理 2和处理 6最低 ，2003年夏玉米处理 l和处理 3最高 ，处
理 2和处理 4最低 。从总产来看 ，200l～2002年 T7>T8>T4>T1>rI、3>12>T5>T6，2002～2003年 T6>rI、3>
T8>T7>T5>T4>T1>12。通过两年的产量 比较 ，可看 出 2002～2003年的冬小麦产量各处理均低 于 2001～
2002年 ，其各处理产量平均仅是 2001～2002年的 87．39％。
从水分利用效率 (IVUE)来看 ，2001～2003年无论从一季作物还是从全年两季作物来看，均是处理 1的
IVUE最高 ，处理 5和处理 8的 IVUE在冬小麦季均是最低 ，在夏玉米季 2002年处理 5和处理 6最低 ，2003年处
理 4和处理 8最低 。两年的 IVUE比较显示 ，无论从一季作物还是从全年两季作物来看 ，2002～2003年各处理
IVUE均低于 2001～2002年 相应 处理 IVUE，其 中 2002～2003年全 年 IVUE的平 均 仅是 2001～2002年 的
81．06％左右，冬小麦与夏玉米期间的 IVUE平均分别为 2001～2002的 77．20％和 83．46％。但从灌 水增加量
O 如 ∞ ∞ 舯 ∞ 如 O 如 ∞ ∞ 舯 ∞ 如
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8期 于舜章 等：冬小麦．夏玉米两熟农田节水效应的可行性 2529
20o1～20o2
耗水量 Water
consumption
(mm) 2002～2003
20o1～20o2
产量
Yield(kg·hm ) 2002～2003
20o1—20o2
冬小麦 Wheat
夏玉米 Maize
总耗 水 Total
冬小麦 Wheat
夏玉米 Maize
总耗水 Total
冬小麦 Wheat
夏玉米 Maize
总产 Total
冬小麦 Wheat
夏玉米 Maize
总产 Total
冬小麦 Wheat
夏玉米 Maize
全年 Whole year
，
W
．
UE
． 一 2 、 冬小麦 Wheat (k
m‘。’mm )
20o2～20o3主 柔M i
全年 Whole year
273．94d
232．16c
5o6．1Od
272．1Od
294．92bc
567．O2d
6449．1bc
8401．2a
4850．3a
5O73．9b
8387．5ab
3463．4a
23．81a
36．29a
29．37a
18．65a
28．42ab
23．73a
285．46cd
251．59bc
537．05c
332．13c
287．25c
619．38c
6604．2ab
7582．4a
4186．6a
59l1．4ab
7524．Ob
3435．4a
23．18a
30．14a
26．43ab
17．8Oa
26．23bc
21．69b
291．50cd
261 72ab
553．22c
331．98cd
301．o9abc
633．07c
6447．7bc
7940．1a
4387．8a
5494．9b
7524．Ob
4292．4a
22．22a
30．40a
26．O1ab
16．55ab
29．22a
22．57ab
281 96d
265．o9ab
547．O5c
331．83d
3o7．24abc
639．07c
6l13．8c
9469．9a
5583．7a
5960．7ab
8797．5a
3502．7a
21．83a
35．55a
28．56ab
17．96a
24．54c
21．13bc
355．71ab
257．74abc
613．47b
392．0ob
304．77abc
696．76b
6686．8abc
7486．5a
4173 3a
5627 4ab
7542．Ob
3724．4a
18．79a
29．0oa
23．11b
14．36b
26．58abc
19．7Ocd
332．0obc
264．99ab
596．99b
391 96b
3o9．71abc
701 66b
7123．5ab
6995．6a
4119．Oa
6499．7a
8274．Oab
4773．7a
21．54a
26 43a
23．74ab
16 58ab
26．71abc
21 o6bc
346．55ab
265．24ab
6l1．79b
391．98b
313．77ab
7o5．75b
6624．7abc
9541．2a
6165．8a
5734．8ab
8038．3ab
3773．1a
19 12a
35．96a
26．43ab
14．63b
25．62bc
19．52cd
393．81a
279．28a
673．O9a
451．66a
319．o6a
770．72a
7457．1a
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4185．5a
l8．96a
29．64 a
23．32b
14．30b
24．22c
18．41d
同一行标记 不同字母表不差异达显著(P(P<0．05)
3 结论与讨论
3．1 气象因素与耗水规律的关系
大田试验没有遮雨设施 ，不能严格控水 ，据李锋瑞等 研究 ，生育期有效降雨量是影响作物耗水量的主要
因素，本试验也证明了这一点 ，2003年 4月 17日的降雨和 2003年夏玉米生长季的连绵降雨就是很好的例子。
降雨能对不 同处理产生不同影 响，原因归结于大 田土壤持水能力及不同处理消耗土壤水分 的差异 。2001～
2002年冬小 麦全生育 期降雨 126、4mm，为蒸散量 的 33．12％，夏玉 米全生 育期 降雨 132．7mm，为蒸 散量 的
45．17％；2002～2003年的冬小麦生育期间降雨 222．2mm，为蒸散量的45．98％，夏玉米生育期间降雨 305．3ram，
与蒸散量(322．1mm)相近。由此看出，2002～2003年用于补偿蒸散的降雨明显高于 2001～2002年 ，但是从全
年的 WUE看 ，2002～2003年明显低于 2001～2002年 ，可能有 3种原因：一是 2002～2003年冬小麦降雨严重失
衡 ，主要来 自一天的降雨(132．6ram，占总降雨的 59．68％)，冬小麦利用降雨的效率低，二是 2003年夏玉米期间
高降雨量带来较高的蒸散 ，大大增加耗水量(各处理耗水量均是 2002年处理的 3倍多)，三是大量降雨造成过
多的水分无效下渗。因此 ，以后需要进一步分析水分下渗量的研究 ，明确大量降雨的无效下渗量 ，为提高降雨
利用效率提供强有力支持。本试验证明在鲁西北平原的气象条件下 ，冬小麦一夏玉米两熟农 田实行冬小麦灌
溉而夏玉米不灌的灌水措施是可行的，并且适当结合气象条件调整灌水 ，将更有利于提高降雨利用效率，从而
为雨养农业提供一个新的发展思路。
3．2 土壤水分在时间和空间上的分布特点
土壤与作物根系的关系比较密切，土壤水分又是植物蒸腾的主要来源。除其它环境因素外，土壤含水状
况能显著影 响根下扎的深度和强度 ，干旱导致土壤表层根量减少 ，深层根量所 占比例增大 ，但是促进根系伸
长 ，增加根系分枝级数，使植株更完全地利用土壤水分 。因此 ，有必要 了解土壤水分的时空分布特点 ，从而
为调控作物根系的生长发育奠定基础。
土壤水分从时间分布来看 ，冬小麦期间在灌溉和降雨的影响下土壤水分有 下降的趋势 ，而夏玉米期间有
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253O 生 态 学 报 26卷
升高的趋势 ，原因可能是 2002年夏玉米季的灌水及 2003年夏玉米季的大量降雨造成。土壤含水量随深度的
增加逐渐趋于稳定 ¨，而且小麦吸收 的水分主来 自0～70cm土壤 ¨’” ，因此 ，本试验 只讨论了 0～60cm层次
的土壤水分变化情况。0～30cm处理 间的同一处理不 同 日期 的变化 幅度明显 大于 40～60cm，可 以说 明 0～
30cm土层是土壤和大气水分交换 的活跃层 ，因此 ，需进一步研究 0～30cm土层 ，以更好的维持 0～30cm的土
壤水分稳定。处理 1和2在 2001～2002年冬小麦期 间中后期表土层水分急剧下降 ，可能就是因中后期没有灌
水又没有大量降雨供应促成强烈的蒸发而造成。
土壤水分的恢复过程因环境、土壤和作物组成不同而有很大 的差异 ¨ 。通过这两年的表土层水分变
化与土壤贮水量数据比较，并结合冬小麦与夏玉米生育期间的降雨状况，可以看出，对耗水量较大且耗水周期
长的冬小麦来说 ，灌溉或是大量少次的降雨均能短期改变土壤水分状况 ，而不能显著增加土壤贮水量 。如果
冬小麦收获后不种任何作物 ，降雨积 累水分的水分利用效率很低 ’” ，本试验证 明，冬小麦 夏玉米两熟农 田
在保证冬小麦与夏玉米正常生长 的同时 ，又可增加土壤贮水量 ，从 而减少水分 的无效下渗 ，提高水分 利用
效率。
土壤水分从空间分布来看 ，土壤水分变化趋势一致，均呈“z”型变化，而且 0～60cm层次的土壤水分动态
变化幅度较大。灌水或大量降雨对 0～30cm土壤层次的影响程度要 明显大于 40～60cm土壤层次，可能是 0～
30cm受土壤蒸发影响较大的缘故，这也很好地解释 了 2002～2003年处理 1在 4月 17日前一直处于低 土壤含
水量状态的原因。2001～2002年处理 1出现多拐点的情况 ，这是因为表土层水分供应不足 ，促使冬小麦根系
下扎 ，根系吸收活动区下移 ，而夏玉米降雨不多，又不能及时补充水分缺乏，故造成全年均显示出多拐点变
化。2003年夏玉米生育期间处理 1和处理 8均出现缺水带 ，原因可能是前期冬小麦灌浆期根系吸水区的下移
造成 的。2002～2003年 1lOcm以下的土壤水分有显著变化进一步证明过多降雨的无效下渗的可能性 。多个
空间分布图显示 ，处理 6的 0～40cm层次均具有较高的土壤 水分含量 ，这可能是因处理 6的区域土壤持水力
较强 ，这也解释了处理 6与处理 8表土层的土壤水分变化曲线吻合的原因。
3．3 作物产量与耗水规律的联系
关于土壤水分与作物产量的关系长期 以来存在两种观点n ：一是认为任何时期 、任何程度的干旱(水分
不足)都会使作物减产 ，另一种观点，充足供水与适当控水交替对作物产量形成更有利。
两年的试验证 明，不管冬小麦 夏玉米两熟农田的耗水规律如何变化 ，灌水量和灌水时期不同的各处理 间
的产量差异均不是很大，仅个别处理有显著差异 ，而且从两熟的总产来看 ，各处理均是不显著 ，原因可能是冬
小麦产量较低 的处理 ，耗水量也相对较低 ，土壤含水量也较低，这有利于夏玉米更好地利用夏季降雨 ，减少降
雨无效下渗 ，提高降雨 的利用效率。本试验处理 1的冬小麦耗水最少 ，产量最低 ，说明冬小麦耗水是确保产量
的基础。试验中冬小麦产量以处理 6和 8最高，同时处理 8的耗水量也是最高的，但是在相同灌水量 的处理
中，处理 6却是耗水量最低的处理 ，结合处理 8和处理 5的低 WUE，可以得 出，冬小麦较适宜的灌水方案是确
保拔节和灌浆水。在低灌水量的处理 中，两年产生不同的效果。在降雨量相对较少的 2001～2002年 ，冬小麦
产量与灌水量成正比关系，而在降雨较多的 2002～2003年 ，冬小麦产量参差不齐 ，可能是 4月 17日的大量 降
雨造成灌水量的增加没有带来相应产量的结果，同时结合这两年冬小麦耗水量与灌水量成正比关系，可以推
断，高耗水量不一定带来高的产量。本试验证明夏玉米的产量与前季冬小麦的产量有一定的互补作用 ，例如 ，
第 1年的处理 4(冬小麦最低，夏玉米第二)和处理 6(冬小麦第二，夏玉米最低 )，第 2年的处理 1(冬小麦最低 ，
夏玉米第二)和处理 3(冬小麦第七 ，夏玉米最高)，可能是因为第一年的灌浆水的后效作用 ，第 2年 由于大量
降雨 ，造成拔节水作用和灌浆水的后效作用减弱。因此 ，冬小麦．夏玉米两熟模式可在保证总产稳定 的基础上
节水 ，为保证 国家粮食安全，发展节水高效农业提供 了一个平 台。
作物产量与耗水规律的关系，水分利用效率(WUE)是一个桥梁，也是节水农业的重要衡量指标。从 WUE
角度来看，2001～2002年的处理 1最高 ，虽然在冬小麦季产量最低 ，但是夏玉米季却较高 ，因此 ，在供水条件较
差的地区可采用只依靠降雨的灌溉方式。从全年的 WUE来看，WUE与灌水量成负相关，原因可能是两年的
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8期 于舜章 等 ：冬小 麦一夏玉米两熟农 田节水效应的可行性 2531
总产差异不显著促成。WUE高的年份作物的灌水增加量与产量增加量的效益比不一定高。
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