全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2009, 35(1): 104−109 http://www.chinacrops.org/zwxb/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

本研究由国家重点基础研究发展计划项目(2005CB121106), 聊城市国家计委大型优质小麦生产基地项目(20021106)资助。
*
通讯作者(Corresponding author): 陈雨海,E-mail: yhchen@sdau.edu.cn
第一作者联系方式: E-mail: quanqili@163.com
Received(收稿日期): 2008-04-22; Accepted(接受日期): 2008-09-16.
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2009.00104
灌溉和种植模式对冬小麦播前土壤含水量的消耗及水分利用效率的影
响
李全起 1,2 陈雨海 2,* 周勋波 2 余松烈 2
1 山东农业大学水利土木工程学院, 山东泰安 271018; 2 山东农业大学农学院/作物生物学国家重点实验室, 山东泰安 271018
摘 要: 为探讨华北平原地区冬小麦节水栽培的生产措施, 2004—2006年, 以冬小麦品种 8049为试验材料, 在大田 4
种灌溉条件下, 研究了等行距平作、宽窄行平作、沟播和垄作 4种种植模式对播前土壤含水量消耗及冬小麦耗水量、
产量和水分利用效率的影响。结果表明, 与等行距平作相比, 另 3种模式增加了播前土壤含水量的消耗, 其耗水量显
著提高, 尤以沟播模式 30 cm以下播前土壤含水量的消耗最为明显。和等行距平作相比, 在灌拔节水+抽穗水和灌拔
节水+抽穗水+灌浆水条件下, 沟播模式显著提高冬小麦产量; 而垄作模式的产量没有显著提高。在灌拔节水或灌拔
节水+抽穗水条件下, 沟播种植模式的水分利用效率显著高于其他 3种种植模式。在本试验条件下, 沟播种植结合灌
拔节水或灌拔节水+抽穗水是一种值得推广的节水种植模式。
关键词: 节水栽培; 平作; 垄作; 沟播; 冬小麦; 播前土壤含水量; 水分利用效率
Effects of Irrigation and Planting Patterns on Consumption of Soil Mois-
ture before Sowing and Water Use Efficiency in Winter Wheat
LI Quan-Qi1,2, CHEN Yu-Hai2,*, ZHOU Xun-Bo2, and YU Song-Lie2
1 College of Water Conservancy and Civil Engineering, Shandong Agricultural University, Tai’an 271018, China; 2 Agronomy College, Shandong
Agricultural University / National Key Laboratory of Crop Biology, Tai’an 271018, China
Abstract: In North China Plain, winter wheat (Triticum aestivum L.) is commonly watered with flood irrigation during its growth
period. This results in not only very low water use efficiency (WUE) of irrigation, but also the reduction of groundwater level
because of over exploitation in this area. To study water-saving techniques in winter wheat production, the effects of irrigation and
planting patterns on the consumption of soil moisture before sowing (SMBS), evapotranspiration, grain yield, and WUE were
investigated using a winter wheat cultivar “8049” in 2004–2005 and 2005–2006 growing seasons. The four planting patterns were
uniform (30 cm) row (traditional pattern), wide (40 cm)–narrow (20 cm) row, furrow (double lines in the furrow with 20 cm spac-
ing, and 40 cm between furrows), and bed (double lines on the bed with 20 cm spacing, and 40 cm between beds). Each planting
pattern had four irrigation treatments, i.e., no irrigation, one irrigation at jointing stage, two irrigations at jointing and heading
stages, three irrigations at jointing, heading, and milking stages. Compared with uniform row pattern, the consumption of soil
moisture was much higher in other three planting patterns. The water consumption of SMBS in furrow planting patterns was
mostly centralized in the soil layer below 30–50 cm. Compared with uniform row pattern, the grain yield was significantly in-
creased in furrow planting pattern with two irrigations at jointing and heading stages and three irrigations at jointing, heading and
milking stages; whereas, it was not significantly increased in bed pattern under the conditions of one, two, and three irrigations.
The WUE of furrow planting pattern was significantly higher than those of the other three patterns with one irrigation at jointing
stage or two irrigations at jointing and heading stages. On the basis of the experimental results, it is suggested that the furrow
planting pattern in combination with considerably deficit irrigation at jointing or/and heading stages could be worth extending the
application in winter wheat production.
Keywords: Saving water planting; Flat planting; Bed planting; Furrow planting; Winter wheat; Soil moisture before sowing; Wa-
ter use efficiency
第 1期 李全起等: 灌溉和种植模式对冬小麦播前土壤含水量的消耗及水分利用效率的影响 105


在我国华北平原的粮食作物生产中, 灌溉主要
集中在冬小麦生育期间, 且主要采取大水漫灌形式,
灌溉水的利用效率非常低[1]。由于过度开采地下水
用于灌溉, 导致地下水位下降, 并引发了一系列生
态问题[2]。目前, 华北平原的地下水位平均每年下降
1 m 左右, 这主要是由于灌溉麦田面积的增加以及
灌溉水利用效率低等而引起的[3]。因此, 传统大水漫
灌小麦的可持续发展正面临着严重挑战。为了大幅
度提高灌溉水的利用率, 一些学者试图从改变作物
的种植模式入手, 研究了种植模式对作物灌溉水利
用效率的影响。Wang 等[4]研究表明, 冬小麦垄作比
平作种植节水 30%, 产量提高约 10%。Abu-Awwad[5]
指出沟灌较漫灌可提高土壤水分含量约 230%, 从沟
的中央向两边扩展, 土壤水分含量呈对数下降, 从
而改变了灌溉水在土壤中的分布, 有利于作物吸收
利用。与传统沟灌相比, 隔沟交替灌溉可减少灌水
量 15%[6], 显著提高小麦[7]和玉米[8-9]的水分利用效
率(WUE)。种植模式的改变会影响夏玉米田的水分
传输势能和传输阻力[10], 还能对集雨[11]、土壤侵蚀[9]
和光能利用率[12]产生影响。虽然这些研究报道了种
植模式对作物产量和 WUE 的影响, 但均未涉及播
前土壤水分含量, 而且缺少不同灌溉条件下种植模
式的比较。为了探讨冬小麦节水栽培措施, 本研究
系统分析了 4 种常用种植模式对农田播前土壤水分
含量以及冬小麦耗水量、产量和 WUE 在不同灌溉
水平下的特点, 以期为华北冬麦区节水栽培提供理
论依据和技术支持。
1 材料与方法
1.1 试验设计
于 2004—2005 和 2005—2006 年 2 个小麦生长
季在山东农业大学农学试验站进行大田试验。耕层
土壤含碱解氮 108.1 mg kg−1、速效磷 16.1 mg kg−1、
速效钾 92.4 mg kg−1。共设等行距平作、宽窄行平作、
沟播和垄作 4种种植模式(图 1)。每种种植模式设 4
种灌溉处理, 即整个生育期内不灌溉、灌溉、拔节
水、拔节水+抽穗水、拔节水+抽穗水+灌浆水。灌溉
时 , 用自来水表严格控制水量 , 每次灌溉量为 60
mm。2005年, 分别于 4月 6日(拔节水)、4月 28日
(抽穗水)和 5月 14日(灌浆水)灌水; 2006年, 分别于
4月 2日(拔节水)、4月 24日(抽穗水)和 5月 14日(灌
浆水)灌水。每处理 3 次重复, 随机区组排列, 小区
面积 27.0 m2。供试冬小麦品种为 8049, 2004年 10月
11日和 2005年 10月 15日播种, 基本苗 180万 hm−2。
播种时, 底施纯氮 69.0 kg hm−2, P2O5 138.0 kg hm−2,
K2O 46.5 kg hm−2。拔节期追施氮肥 69.0 kg hm−2。
其他管理同冬小麦高产田。



图 1 沟播、垄作、宽窄行平作和等行距平作示意图
Fig. 1 Schema map of furrow, bed, wide-narrow row, and
uniform row planting patterns in this study

试验期间未进行遮雨, 2年度冬小麦生育期间总
降雨量分别为 193.9 mm 和 127.5 mm, 分别比常年
少 49.7 mm和 116.1 mm, 数据(表 1)由附近气象站提
供。
1.2 土壤水分含量和耗水量测定
在冬小麦生育期间, 采用CNC503B型智能中子
仪和 TDR(时域反射仪)相结合的方法每 5~7 d 测定
一次。每 10 cm土层为一个层次, 测深为 1.2 m, 降
雨和灌溉前后加测一次。0~20 cm 土壤水分含量用
TDR加以校正。
106 作 物 学 报 第 35卷

表 1 试验期内日降水>5 mm (达到小至中雨等级以上)的降雨日期及雨量
Table 1 Date and amount of precipitation > 5 mm d−1 in the 2004–2005 and 2005–2006 growing seasons of winter wheat
2004–2005

2005–2006

日期
Date(year/month/day)
雨量
Precipitation(mm)
日期
Date(year/month/day)
雨量
Precipitation(mm)
日期
Date(year/month/day)
雨量
Precipitation(mm)
2004/11/25 24.2 2005/05/05 30.1 2005/11/13 5.4
2005/02/15 11.1 2005/05/10 9.1 2006/04/03 10.6
2005/04/06 9.9 2005/05/16 27.1 2006/04/28 8.8
2005/04/09 18.5 2005/05/17 17.3 2006/05/05 55.6
2005/04/19 22.6 2005/05/22 9.3 2006/05/27 12.8

试验点的地下水位超过 5 m, 因此忽略地下水对
冬小麦耗水量的影响。试验期间没有大的降雨, 地表
径流也忽略不计。耗水量由农田水量平衡方程[13-14]
ET=P+I+ΔS 求得, 式中, ET 为冬小麦生育期间的耗
水量(mm), P为冬小麦生育期间的降水量(mm), I为灌
溉量(mm), 由自来水表直接读取, ΔS 为冬小麦收获
与播种时的土壤蓄存水变化量(mm)。
1.3 小麦籽粒产量和水分利用效率
收获时, 每处理取除边 3 行外生长均匀一致的
且相临 1.5 m 双行植株进行测产, 并折算每公顷产
量。
水分利用效率=籽粒产量/耗水量[1,15]。
1.4 统计分析
采用 Microsoft Excel 2003 和 DPS (Data Pro-
cessing System)统计分析系统进行数据处理和统计
分析, 采用 LSD法进行显著性检验。
2 结果与分析
2.1 灌溉和种植模式对播前土壤含水量的影响
由图 2 可以看出, 灌溉和种植模式都对播前土壤
含水量的消耗有影响。4 种种植模式在灌溉后都减少
了播前含水量的消耗, 这主要是由于灌溉增加了土



图 2 灌溉和种植模式对不同层次播前土壤含水量消耗的影响(2004—2005)
Fig. 2 Consumption of soil moisture before sowing under different irrigation treatments and planting patterns (2004–2005)
U0、W0、F0和 B0分别代表等行距平作、宽窄行平作、沟播和垄作, 不灌溉;
U3、W3、F3和 B3分别代表等行距平作、宽窄行平作、沟播和垄作, 灌拔节水+抽穗水+灌浆水。
U0, W0, F0, and B0 represent uniform row, wide–narrow row, furrow, and bed planting patterns under non-irrigation conditions, respectively;
U3, W3, F3, and B3 represent uniform row, wide–narrow row, furrow, and bed planting patterns under irrigations at jointing, heading, and
milking stages, respectively.

第 1期 李全起等: 灌溉和种植模式对冬小麦播前土壤含水量的消耗及水分利用效率的影响 107


壤水分含量。不灌溉条件下, 0~120 cm土层中, 播种
前土壤含水量的消耗, 等行距平作模式为 125.3 mm,
宽窄行平作、沟播和垄作模式分别为 156.0、194.9
和 141.0 mm, 分别比等行距平作模式高 30.7、69.6
和 15.7 mm。宽窄行平作、沟播和垄作模式加剧了
播前土壤含水量的消耗, 尤以沟播最为显著。沟播
模式仅降低了 0~10 cm范围内播前土壤含水量的消
耗, 显著增加了 30 cm以下播前土壤含水量的消耗。
与其他 3种种植模式相比, 垄作模式仅增加 0~10 cm
范围内播前土壤含水量的消耗。灌3水条件下, 沟播
种植模式主要减少 0~40 cm范围内播前土壤含水量
的消耗, 增加 50~120 cm 范围内播前土壤含水量的
消耗, 而垄作种植模式则显著增加了 0~50 cm 范围
内播前土壤含水量的消耗。宽窄行平作、沟播和垄
作模式的深层土壤含水量消耗明显高于等行距平
作。
2.2 灌溉和种植模式对冬小麦农田耗水量的影响
随着灌溉量的增加, 各种植模式的耗水量均显
著增加(表 2)。但是, 无论在哪种灌溉条件下, 宽窄行
平作、沟播和垄作种植模式的耗水量均高于等行距
平作种植模式。2004—2005 年度和 2005—2006 年
度, 宽窄行平作、沟播和垄作种植模式的平均耗水
量分别为 369.4、369.9和 364.9 mm, 分别比等行距
平作模式的 347.7 mm高 21.7、22.2和 17.1 mm。所
以, 改等行距平作种植为宽窄行平作、沟播和垄作
种植, 增加了冬小麦的耗水量。

表 2 不同种植模式麦田耗水量
Table 2 Effect of planting patterns on evapotranspiration of winter wheat farmland (mm)
土壤水变化量 Soil profile depletion

耗水量 Evapotranspiration
种植模式
Planting pattern I0 I1 I2 I3 平均
Mean
I0 I1 I2 I3 平均
Mean
2004–2005
等行距平作 Uniform row 128.5 d 122.6 c 86.0 d 38.5 d 93.9 d 322.4 c 376.5 c 399.9 b 412.4 c 377.8 c
宽窄行平作 Wide–narrow row 156.0 b 156.0 a 106.2 b 69.3 c 121.9 b 349.9 b 409.9 a 420.1 a 443.2 b 405.8 ab
沟播 Furrow 194.9 a 140.6 b 109.6 a 73.2 b 129.6 a 388.8 a 394.5 b 423.5 a 447.1 ab 413.5 a
垄作 Bed 136.0 c 137.5 b 102.0 c 80.0 a 113.9 c 329.9 c 391.4 b 415.9 a 453.9 a 397.8 b
2005–2006
等行距平作 Uniform row 136.8 d 128.6 bc 96.4 c 39.4 b 100.3 c 264.3 c 316.1 a 343.9 c 346.4 c 317.7 b
宽窄行平作 Wide–narrow row 147.0 a 133.3 a 114.2 a 67.9 a 115.6 a 274.5 a 320.8 a 361.7 a 375.4 a 333.1 a
沟播 Furrow 142.7 b 125.8 c 107.2 b 60.0 a 108.9 b 270.2 ab 313.3 a 354.7 b 367.5 b 326.4 a
垄作 Bed 140.4 c 130.7 ab 115.9 a 70.9 a 114.5 ab 267.9 bc 318.2 a 363.4 a 378.4 a 332.0 a
2004—2005年和 2005—2006年冬小麦生长季降水量分别为 193.9 mm和 127.5 mm。I0、I1、I2和 I3代表 4个灌溉处理灌溉量
分别为 0、60、120和 180 mm。数据后不同字母表示在一个生长季中, 相同灌溉量下处理间差异显著(P＜0.05)。
The precipitation in 2004–2005 and 2005–2006 growing seasons was 193.9 and 127.5 mm, respectively. I0, I1, I2, and I3 represent ir-
rigation treatments with 0, 60, 120, and 180 mm, respectively. In each growing season, values followed by different letters within an irrigation
treatment are significantly (P < 0.05) different among planting patterns.

随着灌溉量的增加, 各种植模式的土壤水变化
量呈逐渐降低的趋势。在灌溉量相同的情况下, 宽
窄行平作、沟播和垄作种植模式的土壤水变化量均
显著高于等行距平作种植模式, 这是造成这 3种种植
模式和等行距平作种植模式耗水量差异的主要原因,
说明这 3种种植模式可提高冬小麦对土壤播前含水量
的利用, 且以沟播模式最为显著。在水分亏缺地区,
充分利用土壤播前含水量是土壤水分管理的核心内
容。可见, 宽窄行平作、沟播和垄作模式是提高土
壤播前含水量利用的有效方式。
2.3 灌溉和种植模式对冬小麦产量的影响
在不灌溉条件下, 以沟播模式的产量最高, 2年
平均为 7 197.4 kg hm−2, 其次为等行距平作和宽窄
行平作模式, 平均产量分别为 6 760.43 kg hm−2 和
6 852.04 kg hm−2, 最低的为垄作模式, 平均产量仅
为 6 405.27 kg hm−2 (表 3)。可见, 在不灌溉条件下,
垄作模式并不能提高冬小麦的产量。
在灌溉条件下, 随着灌溉量的增加, 各种植模
式冬小麦的产量均增加。但无论在哪种灌溉条件下,
沟播模式的产量始终最高, 尤以灌 2 水和 3 水处理,
其产量均显著高于等行距平作和宽窄行平作模式。
灌溉量及灌溉时期不同, 垄作模式表现出的规律不
同, 在只灌拔节水的情况下, 其产量最低; 在灌 2水
和 3水情况下, 2年平均产量虽然低于沟播模式, 但
108 作 物 学 报 第 35卷

表 3 不同灌溉和种植模式下冬小麦产量
Table 3 Grain yields under different irrigation treatments and planting patterns (kg hm−2)
年份 Year 年份 Year 处理
Treatment 2004–2005 2005–2006
处理
Treatment 2004–2005 2005–2006
U0 7084.6 ef 6619.4 ghi F0 7368.5 de 7026.2 efg
U1 7445.9 cde 7008.1 efg F1 7681.4 bcd 7290.1 cde
U2 7452.3 cde 7308.3 cde F2 8186.3 ab 7851.0 ab
U3 7622.5 cd 7603.0 bcd F3 8300.4 a 8164.8 a
W0 7188.0 de 6332.8 hi B0 6612.2 f 6198.4 e
W1 7528.6 cde 6741.1 fgh B1 7234.8 de 7188.1 def
W2 7543.5 cde 7425.1 bcde B2 7651.9 cd 7548.5 bcd
W3 7584.9 cde 7594.6 bcd B3 7892.2 abc 7730.8 abc
U、W、F和 B分别代表等行距平作、宽窄行平作、沟播和垄作模式, 每种模式后面的 0、1、2和 3分别代表灌溉量为 0、60、
120和 180 mm。数据后不同字母表示在一个生长季中、不同灌溉量下处理间差异显著(P＜0.05)。
U, W, F, and B represent uniform row, wide–narrow row, furrow, and bed planting patterns, respectively; the followed numbers 0 to 3
represent irrigation treatments with 0, 60, 120, and 180 mm, respectively. In each growing season, values followed by different letters are
significantly (P<0.05) different among planting patterns.

分别比等行距平作模式提高 3.0%和 2.6%; 比宽窄行
平作模式提高 1.6%和 3.0%, 但处理间的差异并没有
达到显著水平。而沟播模式无论在哪种灌溉条件下
都能够增产, 其应用范围更具有普遍性。
2.4 灌溉和种植模式对冬小麦WUE的影响
2004—2005年和 2005—2006年中, 各种灌溉和
种植模式的 WUE 均随灌溉量的增加而逐渐降低(表
4)。与只灌拔节水处理相比, 所有种植模式灌拔节水
+抽穗水和灌拔节水+抽穗水+灌浆水后灌溉水利用
效率降低 50.0%和 89.6%。2004—2005年中, 在灌拔
节水+抽穗水条件下, 沟播模式的 WUE 显著高于其
他 3种种植模式; 2005—2006年中, 只灌拔节水条件
下, 沟播模式的 WUE 就显著高于其他 3 种种植模
式。为了提高冬小麦的 WUE, 必须实施亏缺灌溉。
综合考虑冬小麦的产量和WUE, 沟播结合亏缺灌溉
(灌拔节水或灌拔节水+抽穗水)是一种值得推广的节
水种植模式。
3 讨论
本试验研究表明, 减少灌溉量能够提高冬小麦
的WUE, 这主要是由于冬小麦充分利用了播前土壤
含水量和降水。在冬小麦生育期间, 播前土壤含水
量消耗为 38.52~194.87 mm, 占总耗水量的 9.34%~
50.12%, 随冬小麦生育期间灌溉量、降水量和种植
模式的不同而不同。播前土壤含水量是旱作冬小麦
的主要供水来源, 随着灌溉和降水的增多, 播前土

表 4 不同灌溉和种植模式下冬小麦水分利用效率
Table 4 WUE under different irrigation treatments and planting patterns (kg hm−2 mm−1)
年份 Year 年份 Year 处理
Treatment 2004–2005 2005–2006
处理
Treatment 2004–2005 2005–2006
U0 22.0 a 25.0 b F0 20.0 bc 26.0 a
U1 19.8 cd 22.2 de F1 19.5 cde 23.3 c
U2 18.6 fg 22.0 e F2 19.3 de 22.1 de
U3 18.5 h 21.3 f F3 18.6 fg 22.2 de
W0 20.5 b 23.1 c B0 19.0 ef 23.1 c
W1 18.4 fg 21.0 fg B1 18.5 fg 22.6 d
W2 18.0 gh 20.5 ghi B2 18.4 fg 20.8 fgh
W3 17.1 i 20.2 i B3 17.4 hi 20.4 hi
U、W、F和 B分别代表等行距平作、宽窄行平作、沟播和垄作模式, 每种模式后面的 0、1、2和 3分别代表灌溉量为 0、60、
120和 180 mm。数据后不同字母表示在一个生长季中、不同灌溉量下处理间差异显著(P＜0.05)。
U, W, F, and B represent uniform row, wide–narrow row, furrow, and bed planting patterns, respectively; the followed numbers of 0 to 3
represent irrigation treatments with 0, 60, 120, and 180 mm, respectively. In each growing season, values followed by different letters are
significantly (P<0.05) different among planting patterns.
第 1期 李全起等: 灌溉和种植模式对冬小麦播前土壤含水量的消耗及水分利用效率的影响 109


壤含水量的消耗逐渐减少。因此, 必须统筹考虑冬
小麦播前的土壤含水量和生育期间的降水量来确定
具体的灌溉时期和灌溉量。
无论在哪种灌溉条件下, 沟播、垄作和宽窄行
平作种植模式均显著增加了冬小麦的耗水量。由于
它们都采用了宽行 40 cm、窄行 20 cm的种植方式,
可充分发挥冬小麦的边行优势, 叶面积指数提高[12],
从而导致蒸腾耗水显著增加。另外, 由于沟播和垄
作种植模式增加了地表面积, 可能导致株间蒸发增
加, 这是其耗水量显著增加的一个重要原因。再者,
其灌溉水仅局限在“沟”内, 导致灌溉水的入渗速率
增加 [16], 更多地贮存在深层。但是在浅层, 灌水的
“沟”和非灌水的“垄”之间形成了一定的水势梯度差,
产生了相应的“干区”和“湿区”。在夜间, 当冬小麦的
蒸腾速率降低时, 冬小麦的根系可能把深层的土壤
水分通过水分再分配作用释放到浅层的“干区”中 ,
以维持“干区”土壤中的根系活力, 增强冬小麦的抗
旱性, 这可能是沟播和垄作种植模式中深层土壤水
降低的另一个重要原因。但是, 尚缺乏沟播和垄作
种植模式冬小麦农田根土系统水分再分配发生机制
以及其对深层土壤水利用影响等方面的系统研究 ,
今后应加强这方面的研究。
由于我国华北平原水资源严重紧缺, 因此, 必
须改变传统的大水漫灌方式, 大力发展亏缺灌溉来
提高灌溉水的利用效率。本试验研究结果表明, 垄
作种植模式仅在水分较好的条件下才具有增产作用,
因此, 其应用范围必然受到一定限制。灌溉条件下,
虽然沟播种植的耗水量有所增加, 但产量增加的幅
度更大, WUE显著高于其余 3种种植模式。统筹考
虑冬小麦的耗水量、产量和 WUE之间的关系, 沟播
种植结合灌拔节水或灌拔节水+抽穗水 , 是我国华
北平原冬麦区值得推广的节水种植模式。
4 结论
改传统等行距平作种植为宽窄行平作、沟播和
垄作种植, 增加了冬小麦的耗水量, 这主要是增加
播前土壤含水量的消耗而引起的。和等行距平作相
比, 沟播模式在灌拔节水+抽穗水和灌拔节水+抽穗
水+灌浆水条件下产量显著提高; 而垄作模式无论
在哪种灌溉条件下, 产量都没有显著提高。在灌拔
节水或灌拔节水+抽穗水后, 沟播模式的 WUE 显著
高于其他 3种种植模式。
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