我国燕麦水分利用效率和耗水系数

引用本文请复制:孙洪仁，王显国，等.我国燕麦耗水量及其影响因子研究.中国奶牛.2023年第3期（总第395期）：61-65页

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中图分类号:S823.4

文献标识码:A

文章编号:1004-4264（2023）05-0060-07

DOI:10.19305/j.cnki.11-3009/s.2023.05.014

我国燕麦水分利用效率和耗水系数

孙洪仁¹，王显国¹，李茂娜¹，白春利²，杜雪燕³，李林霞³

（1.中国农业大学草业科学与技术学院，北京 100193；2.内蒙古自治区农牧业科学院草原研究所，呼和浩特 010031；3.青海省饲草料技术推广站，西宁 810016）

摘 要：本文系统总结了我国燕麦（Avena spp.）耗水量及其影响因子研究结果。燕麦耗水量的影响因子包括降水量、降雨季节分配、地形、播种期、灌溉、施肥、混播、耕作方式和茬口；在一定范围内，雨养燕麦耗水量与降水量直线正相关，灌溉燕麦耗水量与灌溉量直线正相关；我国燕麦耗水量范围为79～597mm。籽实燕麦棵间蒸发耗水占全部蒸腾蒸发耗水比例之动态曲线呈单谷型，谷值位于抽穗-灌浆阶段，为23%～30%；播种-拔节阶段燕麦棵间蒸发耗水比例最高，为44%～50%；燕麦全生产期平均棵间蒸发耗水比例为34%～38%。

关键词：燕麦；饲草燕麦；籽实燕麦；耗水量；棵间蒸发

我国燕麦（Avena spp.）的种植面积约80万hm²左右，籽实、饲草各半。耗水规律是农田灌溉工程设计、作物科学灌溉和产量预测的基础，亦是对水资源在种植业内部各种作物之间以及种植业与其他产业之间进行合理配置的前提。耗水量乃耗水规律之核心内容。我国燕麦耗水量研究始于20世纪80年代，20世纪90年代零星开展，21世纪爆发式展开。30余年来，针对燕麦耗水量及其影响因子，我国学者开展了大量研究，取得了大量颇有价值的研究结果，但缺乏系统总结，许多问题至今缺乏明晰答案。如我国燕麦耗水量影响因子有哪些、这些影响因子与燕麦耗水量存在什么关系、我国哪些区域开展了燕麦耗水量研究、我国燕麦耗水量范围分别为多少、我国燕麦棵间蒸发耗水比例为多少等。本研究拟对我国燕麦耗水量及其影响因子等研究结果进行系统总结，以便让现有研究结果更加有效地指导我国燕麦生产，并为进一步开展燕麦耗水量及其影响因子等研究奠定基础。

1 我国燕麦水分利用效率

水分利用效率（water use efficiency，WUE）是单位面积土地上植物消耗单位水量所形成的生物产量或经济产量，常用单位为kg/（mm·hm²），计算公式为：水分利用效率[kg/（mm·hm²）]＝产量（kg/hm²）÷耗水量（mm）。水分利用效率有两类，即生物产量WUE和经济产量WUE。生物产量有两种，一是部分生物产量，通常为地上生物产量，不计地下部；二是全部生物产量，地上部和地下部全部计算在内。在没有限定性说明的情况下，通常应用前者，即地上生物产量。生物产量以干物质计算。经济产量是植物可收获的、具有经济价值并作为主要生产目标部分的产量，如谷物籽实，饲草茎秆、叶片、花朵和果实等。水分利用效率越高越好。

我国若干地区燕麦饲草、籽实和生物水分利用效率如表1所示。我国燕麦WUE研究涉及的行政区域包括西藏、青海、甘肃、内蒙古、山西和河北6个省区、18个旗县区，其中饲草WUE涉及5个省区、11个旗县区，籽实WUE涉及4个省区、12个旗县区，生物WUE涉及3个省区、7个旗县区；涉及皮燕麦和裸燕麦2个种，至少28个品种（或材料）；涉及年度自20世纪80年代初至21世纪20年代初，跨越近40年。

表1 我国若干地区燕麦水分利用效率 [kg/（mm·hm²）]

我国燕麦饲草W U E 范围为5.7～58.4 k g/（mm·hm²），其中田间雨养、田间灌溉和防雨棚盆栽者依次为6.4～58.4、5.7～31.8、19.8～24.1kg/（mm·hm²）。我国燕麦籽实WUE范围为1.0～21.3kg/（mm·hm²），其中田间雨养、田间灌溉和防雨棚盆栽（或袋栽和池栽）者依次为1.0～21.3、3.3～19.8、1.1～12.6kg/（mm·hm²）。我国燕麦生物WUE范围为3.4～95.8kg/（mm·hm²），其中田间雨养、田间灌溉和防雨棚盆栽（或袋栽和池栽）者依次为3.4～95.8、21.3～42.4、13.6～54.1kg/（mm·hm²）。

田间雨养燕麦WUE变幅大于田间灌溉和防雨棚盆栽（或袋栽和池栽）。防雨棚盆栽（或袋栽和池栽）燕麦WUE未超出田间雨养燕麦WUE范围。

利用我国燕麦饲草、籽实和生物WUE范围，计算我国燕麦饲草、籽实和生物WUE最大值与最小值之比，结果依次为10.3、21.3和28.2。饲草燕麦生产WUE最大值与最小值之比明显小于籽实燕麦生产。

2 我国燕麦耗水系数

耗水系数（water consumption coefficient，WCC）是植物耗水量与生物产量（地上部分或地上地下之和；干物质）或经济产量（植物可收获的、具有经济价值并作为主要生产目标部分的产量）之比值，计算公式为：耗水系数＝耗水量（kg/hm²）÷产量（kg/hm²）。由于耗水量、生物产量、经济产量的单位采用同级质量单位，因而耗水系数无量纲。显然，耗水系数有两类，即生物产量耗水系数和经济产量耗水系数。生物产量耗水系数是植物耗水量与生物产量之比值，经济产量耗水系数是植物耗水量与经济产量之比值。耗水系数越低越好。

我国燕麦耗水系数研究极少，仅苏旭等进行了初步研究。结果表明，在青海都兰，燕麦籽实耗水系数范围为200～800；燕麦籽实耗水系数与燕麦籽实产量类似于对数负相关。

鉴于我国燕麦水分利用效率研究较多，为了确定我国燕麦耗水系数范围，本研究团队推导建立了如下以水分利用效率为变量的耗水系数计算公式。

计算公式推导过程如下：

假定耗水量为Amm，产量为Bkg/hm²，则：

利用该耗水系数计算公式，计算我国燕麦耗水系数范围，得出我国燕麦饲草、籽实和生物耗水系数范围依次为171～1754、470～10000和104～2941。

利用我国燕麦饲草、籽实和生物耗水系数范围，进一步计算我国燕麦饲草、籽实和生物耗水系数最大值与最小值之比，结果依次为10.3、21.3和28.2。饲草燕麦生产耗水系数最大值与最小值之比明显小于籽实燕麦生产。

3 讨论与结论

3.1 我国燕麦水分利用效率和耗水系数研究涉及区域和历经年代

我国燕麦水分利用效率和耗水系数研究涉及的行政区域包括西藏、青海、甘肃、内蒙古、山西和河北6个省区、18个旗县区；涉及皮燕麦和裸燕麦2个种，至少28个品种（或材料）；涉及年度自20世纪80年代初至21世纪20年代初，跨越近40年。

3.2 我国燕麦水分利用效率的范围

在干旱半干旱地区的欠水年，雨养燕麦的产量很低，尤其是籽实产量，甚至可能出现绝收；虫灾、冰雹和洪灾等其他灾害也会导致燕麦严重减产。因此，燕麦水分利用效率出现低值，如河北张北籽实水分利用效率之1.0kg/（mm·hm²），实属正常。垄面覆膜垄沟播种的种植模式能够有效减少棵间蒸发、降低无效耗水，进而提高水分利用效率。因此，燕麦水分利用效率出现高值，如甘肃定西生物水分利用效率之95.8kg/（mm·hm²），亦可理解。本研究表明，我国燕麦饲草、籽实和生物水分利用效率范围依次为5.7～58.4、1.0～21.3和3.4～95.8kg/（mm·hm²）。

3.3 我国燕麦耗水系数的范围

我国燕麦饲草、籽实和生物耗水系数范围依次为171～1754、470～10000和104～2941。由于耗水系数与水分利用效率存在反比关系（WCC×WUE＝10000），因而耗水系数极端数值出现原因与水分利用效率完全一致。

3.4 我国燕麦饲草和籽实生产稳定性的差异

籽实体生产对环境要求较为严格，从萌发出苗到花芽分化、拔节抽穗、扬花传粉、灌浆成熟等任何一个时期遭遇逆境（如干旱、低温、冰雹、大风、光照不足等）都将造成籽实产量较大幅度下降，严重时甚至可能出现绝收。而营养体生产的生态适应幅较宽，遭遇逆境时减产幅度较小，因而产量较为稳定。因此，饲草燕麦生产水分利用效率和耗水系数的稳定性势必优于籽实燕麦生产。本研究结果为，我国燕麦饲草、籽实、生物水分利用效率及耗水系数最大值与最小值之比依次为10.3、21.3和28.2，饲草燕麦生产水分利用效率及耗水系数最大值与最小值之比明显小于籽实燕麦生产，饲草燕麦生产水分利用效率及耗水系数远较籽实燕麦生产稳定。