华北地区冬小麦节水高产高效栽培模式

1 华北地区冬小麦节水高产高效栽培模式 当今世界，水资源已成为限制农作物产量的重要因素。农田灌溉已成为农业发展的必要条件。农业是用水大户，我国农业用水占全国总用水量的80%以上，北方小麦用水又是大户中的大户，占北方农业总用水量的70%以上。华北平原是我国小麦的主产区，小麦生长在一年中的干旱季节，产量高低与灌溉密切相关。然而，华北平原水资源不足已成为人们关注的重大问题。 我国人增地减的现实和对粮食日益增长的需求形成尖锐矛盾，解决矛盾的途径只能是大幅度提高粮食单产。在华北地区，持续提高小麦单产的主要制约因素是水资源不足。现行灌溉制度，实现亩（666.7m2）产400kg以上目标，至少需灌4次水，总灌水量在200m3 以上。大部分依靠超采地下水支撑现状，地下水位不断降低。小麦生产不高产不行、不节水不行，节水与高产的统一势在必行，意义重大！ 关于农业节水，在工程和设施方面的研究已经有很多成果，但喷灌、滴灌等设备投资强度较大，在没有开发资金支持的地区很难采用，也很难适合目前一家一户分散的小规模农田生产的实情。在华北平原浅层水灌溉区，软管输水，行之有效，现已广泛应用，使输水中的损失变得非常有限。因此节水的潜力在于农田节水，关键是建立节水与高产相统一的系统化栽培技术。 针对水资源不足和作物高产之间的矛盾，我们在河北省吴桥县进行了6年试验研究，形成“冬小麦节水高产高效栽培技术体系”，成功地实现了节水、高产、高资源效益三者的统一。河北省将这套节水 2

技术体系定为“吴桥模式”，已大面积推广应用。 1. 小麦节水高产栽培模式与效益 河北省吴桥县地处北纬37°29′-37°47′，东经116°19′-116°42′之间，属黑龙港流域中部，沧州地区最南端，海拔14-22.6m，地下水位6-9m。全年降水562mm，年际间变化较大，年内季节性分布不均，60%-70%的降水分布在7-8月份。小麦生长期间降水124.8mm，占全年降水量的22.2%。年平均气温12.6℃，全年≥0℃积温4862.9℃，无霜期192天。土壤为壤质底粘潮土，土层深厚，耕层有机质含量0.8-1.4%，全氮0.04-0.1%，碱解氮35-70mg/kg，速效磷（P2O5）10.8-30mg/kg，速效钾90-110mg/kg。 试验研究在吴桥实验站进行。以节水和高产的统一为目标，以转变耗水观念为突破口，以提高土壤水利用率和水分生产率为核心，以作物为水分亏缺的响应和适应为依据，通过研究不同水分条件对株群结构、产量形成、光合、物质生产、特质分配和再分配、根群的时空分布、耗水的时空分布、周年土壤水分平衡的影响；单期灌水和组合灌水的效应；不同品种对水分亏缺敏感程度的差异及其机制；播期与密度问题；节水灌溉条件下氮、磷、钾肥上下茬周年运筹和施肥技术；短期水分胁迫对源库平衡的影响等问题，以谋求减少灌溉次数对作物不利影响的补偿技术和趋利避害的技术措施，通过非紧缺要素对紧缺要素水的部分替代来实现节水与高产的统一。研究形成的小麦节水高产技术体系，包括三种模式：（均采用塑料软管灌溉） ① 浇底墒水，生育期不浇水，亩（666.7m2）产量350-400kg模 3

式：该模式连续6年的平均灌水总量为50m3/666.7m2，平均产量393kg/666.7mg2，水分生产率为1.65kg/m3。 ② 浇底墒水，生育其间浇1水，亩（666.7m2）水400-450kg 模式：该模式连续6年的平均灌水量（包括底墒水）为100m3/666.7m2，平均产量458kg/666.7m2，平均水分生产率为1.6kg/m3。 ③ 浇底墒水，生育期间浇2水，亩（666.7m2）产450-500kg模式：该模式连续6年的平均灌水总量（包括底墒水）为150m3/666.7m2，平均产量471kg/666.7m2，平均水分生产率为1.62kg/m3。 小麦节水高产技术体系与传统高产麦田相比，每亩（666.7m2）节约灌溉水50-100m3，总耗水量减少了73.1mm，挽回汛期降水损失76.9mm。这套技术适宜在我国年降水500-700mm的冬麦区推广，黄淮海平原适宜面积约1亿亩。 2. 小麦节水高产栽培基本原理 小麦节水高产栽培以系统论为指导，统筹考虑农田栽培系统中光热水等资源--作物--措施之间的相互关系，利用作物自适应、自调节能力和综合农艺措施的补偿作用，在节水条件下实现小麦高产。 3. 1发挥2m土体水库功能，夏贮春用，以用促贮，减少雨水损失 小麦的根群向下可以伸展到2m部位，可以吸收2m土层中的土壤水分，我们称2m土层为小麦的根系带。根据测定，轻壤土和中壤土2m土层能够蓄水650mm以上，除去萎蔫点（吴桥上壤调萎系数7.5%）以下土壤水分不能被作物吸收利用外，2m土层可贮存的有效水量高达465mm，相当于一座庞大的地下水库。 4

小麦生长在旱季，降水量远不能满足小麦生育的需要，土壤贮水大量被吸收利用，小麦收获后土壤贮水量下降到一年中的最小值。进入汛期之后，降水量大于当时作物的耗水量，土壤水得到回升。汛期末，多数年份在8月10日前后，土壤贮水接近或达到田间持水量，出现一年中的最大值。汛期过后，降水量不能满足作物生育的需要，土壤贮水逐渐减少，到小麦播种前，一般降水年型，土壤贮水约减少50-80mm。通过小麦播前灌底墒水，土壤贮水再次出现最大值。这就是土壤水的周年变化规律。 麦田耗水由降水、灌溉水和土壤水三部分组成。传统观念是多浇水多打粮，小麦高产以消耗灌溉水为主。华北平原现行高产麦田灌溉制度，公认的灌溉定额为200m3，大量调查结果表明实际为239m3。灌水时期为底墒水或冻水、起身水或拔节水、孕穗水或抽穗水、灌浆水。200m3水分做四次灌溉，每次灌水50m3。若将底墒水计入土壤水，这就是现行春季三水制麦田灌溉制度。4年平均春三水制麦田总耗水478.5mm，其中耗土壤水144.2mm，占30.1%，耗灌溉水225mm占47%。从这一耗水结构看，灌溉水几乎占总耗水的一半。春三水制麦田以消耗灌溉水为主，这是传统耗水观念的体现。 春三水制，土壤有效贮水的利用率只有30%左右，麦收后腾出的土壤库容小（144.2mm），容纳不下汛期的大量降水，每年每亩（666.7m2）约有50-80m3降水无处可容，只能向深层渗漏，进入地下水，这既造成水资源的严重浪费，又因此而引起土壤养分的流失和硝态氮对地下水的污染。 5

小麦节水栽培，春季只灌一次水，总耗水量405.4mm，其中耗土壤水221.1mm，占总耗水54.4%，耗灌溉水75mm，占总耗水18.5%，形成以消耗土壤水为主的耗水体制，土壤有效水的利用率达50%，麦收后腾出的土壤库容大，可积纳汛期多余的降水以免流失，真正做到“伏雨春用”。正常年份可挽回汛期水分损失100mm以上。 2.2减少灌溉次数，提高土壤水利用率，降低总耗水量 自然降水、灌溉水和土壤水，它们的利用效率有很大差异。自然降水一是时间不可控，二是数量不可控，其实是可用而不可靠的。小麦生长在一年中最干旱的季节，总降水量少，而且很少有强度较大的降水，一部分降水被冠层截留，即使进入土壤上层，也多数被蒸发所耗，无效耗水比例大，实效耗水比例小，水分生产率低。灌溉水，虽然时间和数量都是可以控制的，但是，大部分保持在0-60cm土体中，表层湿润时间长，蒸发耗水多，实效耗水的比重也不及土壤水。土壤水贮存在2m土体中，可以源源不断地供小麦消耗。而且，通过土壤耕作，表层形成松土，可以有效地抑制上层土壤水分蒸发，增大实效耗水比例。我们的研究表明： ① 小麦的总耗水量与灌水量呈正相关，灌水次数越多，总灌水量越大，总耗水量也越大。 ② 小麦的总耗水量和生长期间的降水量呈正相关，降水量越多，总耗水量也越多。 ③ 小麦的总耗水量与土壤水的消耗量呈负相关关系，土壤水消耗量越多，总耗水量便越少。 6

因此，土壤水是高效水，节水栽培通过减少灌溉次数和灌水量，显著增加了土壤水的消耗量。充分利用土壤水的结果，不仅腾出了土壤库容，也减少了麦季总耗水量。表1表明，春一水制与春三水制比较，小麦总耗水量减少73.1mm，水分生产效率明显提高。提高土壤水分利用率是节水高产技术的核心内容。 2.3利用适度水分亏缺对作物的有益调控作用，建成高光效低耗水株群结构，并促进籽粒发育 研究中发现上层土壤水分亏缺并不总是减产，小麦对土壤干旱有一定的适应性调节能力。 （1） 前期上层土壤水分胁迫，促进根系下扎，提高深层供水能力 足墒基础上，春季第一水晚浇，前期上层水分胁迫，促进根群向深层发展，提高深层供水能力。尤其在小麦生长后期，0-60cm土壤水分几乎在萎蔫点以下，但小麦并不表现缺水，主要是利用下层土壤水分。另外，由于基本苗多，分蘖少，小麦单茎平均根量较多，根群中初生根比例增加。据剖面观测，节水小麦初生根深达2-2.2m，可以利用深层土壤水分，保证后期籽粒灌浆。 （2） 前期上层土壤水分胁迫，利于建立高光效的群体结构，增强后期的光合能力 灌水处理影响叶群结构和株型。春季灌水早，促进叶片发育和植株繁茂。如二棱期灌水处理，对小麦顶部三叶的长宽均有明显促进作用，旗叶受促作用最大。由于灌水早，增大了繁茂度，单茎叶面积增 7

加50%，形成大株型群体，群体郁闭，通风透光不好，特别是群体下部器官的受光不利，过早衰亡。随着春后浇水时间后移，对上部叶片长宽促进作用减小。前期进行适当水分胁迫，将春后第一次浇水时间推迟到拔节期至孕穗期，此时灌水对上部叶片伸长已几乎无作用。单茎叶面积小，叶片直立，为小株型体制，特别是孕穗期灌水处理，在50万穗群体情况下，小麦开花后仍能看到垄底，麦株通体受光好，下部叶片不早衰。节水栽培建成高光效低耗水的株群结构，利于增加容穗量。 节水灌溉虽然减小了叶面积，但单位面积光合能力增加。特别是穗部、穗下节间和叶鞘等器官，对群体光合贡献增大，单株和群体光合产量较高。同时，整个群体光合/蒸腾比高，水分利用效率高。 （3） 适当水分胁迫促进籽粒发育与灌浆 前期水分胁迫促进小麦生育进程，使抽穗期提早；后期上层水分亏缺可加速灌浆进程，并促使茎叶贮存碳水化合物向籽粒的转运量增加。 2.4发挥综合技术措施的协同调控作用，补偿短期水分胁迫对产量形成的不利影响 小麦对土壤水分亏缺有一定适应性调节能力，但不足以弥补减少灌溉使耗水量大幅度下降对产量形成带来的不利影响。我们通过多年研究，提出了系统化的补偿技术。 在节水栽培体系中，通过适当增加播种量，以基本苗保穗，可补偿拔节前上层土壤水分不足对穗数的不利影响，通过集中施用磷肥，