冀中南多样化种植模式的适水效应分析

为优化冀中南作物种植结构,本研究以河北省典型地下水漏斗区邢台市为例,基于作物需水SIMETAW模型系统量化1965—2018年冬小麦、春棉花、春玉米、夏谷子、夏大豆和春绿豆等10种主要农作物的生育期需水量与灌溉需水量,针对当地不同降水年型和水资源条件以及不同作物的生育期、生长发育特点和前后茬作物的农学特性等构建11种不同的种植模式,分析不同种植模式需水及降水耦合度等参数。结果表明:1)各作物年均生育期需水量表现为春棉花(515.2mm)冬小麦(466.6mm)春玉米(424.9mm)春油葵(420.0mm)春甘薯(362.1mm)春马铃薯(354.2mm)夏大豆(313.9mm)夏玉米(298.7mm)春绿豆(288.1mm)夏谷子(217.5mm)。2)各作物年均生育期灌溉需水量表现为冬播作物春播作物夏播作物。冬小麦年均生育期灌溉需水量最大,为329.2mm;夏谷子最低,为82.8mm。3)传统麦玉一年两熟制周年需水量最大(753.4～780.3mm),相比之下,多样化轮作模式的生育期需水量可显著降低15%～34%,生育期灌溉需水量明显降低9%～32%。春玉米-冬小麦-夏玉米、春玉米-冬小麦-夏谷子、春甘薯-冬小麦-夏玉米和春甘薯-冬小麦-夏谷子等两年三熟制在丰水年、平水年和枯水年下的生育期需水量、灌溉需水量和周年需水量均较低。春绿豆-夏谷子一年两熟模式的年均生育期需水量最低,为504.4mm,年均生育期灌溉需水量为286.8mm。因此,在保证粮食安全的前提下,为减缓河北省地下水位持续下降的趋势,发展适水种植模式是节水农业的重要途径之一。     

华北棉区棉花需水量时空变化研究

为分析气候变化背景下华北地区棉花需水量和水分生态适宜性时空变化特点,本研究利用华北棉区47个气象站点逐日气象数据,通过SIMETAW模型分析1986—2015年棉花生育期需水量(ETc)、有效降雨量(Pej)和灌溉需水量(ETaw)及变化趋势。结果表明:近30年来,棉花生育期需水量和灌溉需水量呈减小趋势,生育期有效降雨量呈增加趋势;6—8月棉花需水量最大,不同站点月均需水量在80~160mm;7月和8月是棉花灌溉需水量最小的月份,华北棉区平均灌溉需水量接近零,灌溉需水量最大的月份是6月,多年平均灌溉需水量为56.50mm;华北棉区地下水超采区与非超采区灌溉需水量分别为144.41和70.41mm,降水量的不同是造成这种差异的主要原因;华北棉区棉花生育期多年平均需水量、有效降雨量和灌溉需水量分别为560.19、467.32和98.75mm,棉花一年一熟制的灌溉需水量小于传统的冬小麦-夏玉米模式,而经济收益大于春玉米一年一熟制,在华北地区超采区适当增加棉花的种植面积,有利于缓解华北地区水资源缺乏的现状。     

北京地区冬小麦—夏玉米需水量与降雨量分析

通过分析北京地区60年间降水年型的分布,解析冬小麦—夏玉米不同生长发育阶段的降水量与需水量关系,分析主要的需水阶段及需水量,为制定冬小麦—夏玉米周年节水灌溉制度提供参考。     

新疆石河子垦区主要作物需水特征及水效益比较

根据新疆石河子垦区50年气象数据资料,计算分析了主要作物需水量变化及自然降水条件下农田水分平衡状况,并对主要作物水分生产效率效益进行了比较.结果表明:春小麦、冬小麦、春大豆、春谷子、苜蓿需水量均呈上升趋势,其中春小麦增加幅度最大,每5 a平均增加6.6 mm,而春玉米、水稻、棉花需水量呈下降趋势.粮食作物中以水稻亏水量最高,冬小麦、春玉米次之,而春大豆、春谷子、春小麦、薯类作物相对较小,经济作物中以糖类作物亏水量最高,其次为加工番茄、苜蓿、棉花,而瓜类、麻类、油料作物相对较小.不同灌溉方式下作物水分利用效率效益差异较大,粮食类作物如春小麦、春玉米水分利用效率高于其他作物,而果菜类作物如葡萄、蟠桃、线椒水分经济效益最高.     

模拟增温对华北农田土壤碳排放的影响

为研究增温效应下农田温室气体排放的变化和机制,选择华北平原的山东禹城农田生态系统国家野外科学观测研究站当地典型的冬小麦-夏玉米农田为研究对象,设计翻耕增温(CTW)处理和翻耕不增温(CTN)对照开展多年增温试验。2014年10月出苗期至2015年12月冬小麦越冬期持续增温,2016年初至2016年9月增温设备因故障关闭。结果显示,2014—2015年,冬小麦期土壤温度显著增加1.31℃(P<0.05),夏玉米期土壤温度升高0.71℃(P>0.05),而全年土壤体积含水量均值对增温无显著响应,仅越冬期土壤含水量增加明显。两年期内,增温抑制冬小麦季CO2累积排放达20.35%,以3月和5月差异表现最为明显。2014—2016年冬小麦季,CTW、CTN处理的年均CH4累积吸收量分别为1641.2、2185.7 g·hm^-2,增温抑制冬小麦季CH4吸收,但对夏玉米季CH4通量无显著作用。冬小麦季增温降低CTW处理土壤微生物生物量碳值达26.55%,而微生物生物量氮仅个别施肥和灌溉月份对增温响应显著。两年期冬小麦和夏玉米季CTW、CTN地上生物量均值分别为12.19、16.33 mg·hm^-2和16.41、21.18 mg·hm^-2,表明增温降低了地上作物生物量。研究表明,长期增温显著抑制小麦季土壤CO2释放和CH4吸收,但玉米期碳排放和吸收的响应相对较弱。增温条件下,土壤水热条件和生物量依然是限制土壤碳通量的重要因素。     

小麦生育期内田间土壤水分动态变化过程及其模型模拟

【目的】田间土壤水分状况是灌溉管理的基础,土壤水分的动态变化过程是灌溉预报的重要依据。【方法】通过监测冬小麦田间不同深度土壤含水量和气象数据,分析了小麦生育期内田间土壤水分动态变化过程及其对降水和作物需水量的响应情况,采用土壤水量平衡模型对土壤含水量变化过程进行模拟。【结果】小麦全生育期内,根系主要活动层(0～50 cm)中各层土壤含水量为12.00%～34.53%,方差为5.74～34.05。20 cm土壤含水量与冬小麦根系主要活动层(0～50 cm)土壤含水量相关性最好,相关系数为0.96。20和40 cm深度土壤含水量对降水和作物需水量的响应存在12 h滞后。拔节期后冬小麦田发生轻旱和中旱。旬尺度内,土壤水量平衡模型模拟最大误差小于10%。【结论】在降水和作物需水量共同影响下,土壤深度对土壤含水量变化过程存在影响,且随深度的增加影响减弱;20 cm深度土壤水分与根系主要活动层土壤水分变化过程最接近,可作为土壤水分监测的代表深度;在降水频率P=25%的水文年型下,冬小麦田需要进行补充灌溉,小于1旬时间尺度的水量平衡模型可很好的模拟土壤水分动态变化过程。     

京郊地区主要农作物需水特征与农田水量平衡分析

本文利用FA056灌溉分册推荐的作物系数法计算了京郊地区20个站点近46年10种主要农作物的需水量.并计算了需水量与亏水量的变化趋势,并以2006年北京种植结构为基础,对自然状态下的农田水量平衡状况进行了分析.结果表明:10种主要农作物的多年平均需水量在308.6-729.2mm之间;除冬小麦外,其他作物的需水量变化均呈显著上升趋势,每10年增加量在0.49-1.17mm之间,而亏水量变化则表现为夏玉米、春玉米、大豆、水稻和花生等作物显著上升,每lO年上升1.10-1.45mm;10种主要农作物在自然状态下的多年平均总需水量为1293.8×106m3,蔬菜、春玉米、冬小麦和夏玉米的需水量分别为379.1×106m3(单位面积折合530.6mm)、291.7×106m3(400.8mm)、285.1×106m3(452.2mm)和194.6×106m3(308.6mm),占总需水量的88.9%;不同水文年型下,降水均不能满足作物生长需要,农田水分以亏缺为主.     

河南省夏玉米生育期有效降雨量和需水量时空分布特征

依据河南省15个夏玉米主产区1961—2015年的气象资料,计算夏玉米生育期的需水量和有效降雨量,进而得到夏玉米生育期的灌溉需水量,并利用线性倾向估计和空间插值法对河南省夏玉米生育期降雨量、有效降雨量、需水量和灌溉需水量的年际变化趋势和空间分布特征进行分析,以期为河南省夏玉米生产中水资源合理分配和灌溉方案制定提供科学依据。结果表明,在时间分布上,1961—2015年,河南省夏玉米生育期降雨量和有效降雨量年际间整体上变化趋势平稳,而需水量和灌溉需水量整体上呈明显的下降趋势。在空间分布上,河南省夏玉米生育期年均降雨量整体上由东南向西北递减,年均有效降雨量从西南向东北递减;豫西夏玉米生育期年均需水量相对高于其他区域,而豫北灌溉年均需水量明显高于其他地区。     

减氮和施生物炭对华北夏玉米-冬小麦田土壤CO2和N2O排放的影响

2013年6月～2014年6月,在河南省新乡夏玉米-冬小麦试验田设置四种处理即农民常规施肥（ F 处理,250 kg/hm2）、减氮20%（ LF 处理,200 kg/hm2）、减氮20%+黑炭（LFC）,以不施肥处理为对照（CK）,采用静态箱-气相色谱法,对夏玉米-冬小麦生长季土壤CO2和 N2O排放通量动态进行测定。结果表明：①夏玉米-冬小麦田的土壤 CO2排放通量为21.8～1022.7 mg/（m2·h）,土壤 CO2排放通量主要受土壤温度和水分的影响,在夏玉米季受土壤水分的影响更为显著,而在冬小麦季则为5 cm土层处的温度对其影响更为突出。减施氮肥20%处理和减氮加生物黑炭共同作用使土壤CO2累积排放量显著降低,小麦生长季的减排作用尤为显著。②施肥和灌溉是影响土壤 N2O排放的最主要因素,施肥期间 N2O排放量分别占夏玉米季和冬小麦季累积排放量的73.9%～74.5%和40.5%～43.6%;施肥量主要影响排放峰的强度,灌溉主要影响排放峰出现时间的早晚且会影响不同措施的减排效果。③夏玉米-冬小麦田农民常规施肥水平的 N2O 排放系数为0.60%,减氮施肥的 N2O排放系数为0.56%。在华北平原高产集约化农田适当减氮施肥不仅能降低农田土壤温室气体排放,且对作物产量无影响,是适宜的温室气体减排措施。     

连续周年耕作对砂姜黑土农田蓄水保墒及作物产量的影响

【目的】筛选利于改善黄淮区砂姜黑土农田蓄水保墒效果及提高作物产量的夏玉米-冬小麦周年耕作方式。【方法】在秸秆全量还田条件下设置5个夏玉米季-冬小麦季周年耕作方式处理:免耕-旋耕(对照)、免耕-深耕、深松-旋耕、深松-免耕、免耕-免耕,通过多年定位试验研究周年耕作方式对砂姜黑土农田土壤容重、土壤水分及作物籽粒产量的影响。【结果】与对照处理相比,免耕-深耕处理显著降低夏玉米收获期15—25 cm土层土壤容重和冬小麦收获期20—35 cm土层土壤容重,深松-免耕和深松-旋耕处理显著降低夏玉米收获期15—40 cm土层土壤容重和冬小麦收获期20—25 cm土层土壤容重,而免耕-免耕处理显著增大夏玉米收获期0—10 cm土层土壤容重和冬小麦收获期5—20 cm土层土壤容重。免耕-深耕、深松-旋耕和深松-免耕处理显著增加夏玉米收获期0—40 cm土壤贮水量,而深松-旋耕和免耕-免耕处理却降低冬小麦收获期0—40 cm土壤贮水量。与对照免耕-旋耕处理相比,深松-免耕处理提高夏玉米-冬小麦整个周年内20—40 cm土层土壤含水量,免耕-免耕处理提高作物收获期40—160 cm土壤含水量,而深松-旋耕处理在冬小麦收获期则降低40—160 cm各土层土壤含水量。深松-旋耕和深松-免耕处理显著增加夏玉米-冬小麦周年籽粒产量,增幅分别为7.67%和10.21%,免耕-深耕处理冬小麦籽粒产量增加而夏玉米产量降低,最终周年籽粒产量降低0.44%,免耕-免耕处理夏玉米-冬小麦周年籽粒产量降低2.19%。【结论】深松-旋耕和深松-免耕处理能够降低土壤容重、提高作物籽粒产量,其中深松-免耕处理能够改善土壤蓄水保墒能力,产量及经济效益增加效果较优,可作为相对较适宜的黄淮区砂姜黑土农田夏玉米-冬小麦周年耕作方式。     

平原区土壤水资源量计算模型的研究

土壤水资源是独立于地表水资源和地下水资源并具有独特存储空间和性质的水资源,本研究结合河北省土壤水资源评价工作,明确了土壤水资源的概念,提出了计算模型。阐述了评价层概念和河北平原区评价层的确定,针对土壤水资源的概念和动态特性,运用水量平衡原理,在地表产流上基于超渗产流模型计算,在评价层以下损失量(不形成土壤水资源的量)上基于蓄满排泄模型计算,以日为计算时段长度,综合考虑截流、蒸发等损失,周年土壤水资源量为逐日降雨量和与逐日损失量和之差。该模型已用于河北省土壤水资源的评价工作。     

贮墒旱作冬小麦耗水特征与水分利用效率

为探究华北地下水超采区冬小麦进一步减灌节水的有效栽培措施,2013—2016年,以石麦15为试材,进行只灌底墒水、生育期不灌溉的贮墒旱作模式(W0)与现行春季灌2水的节水灌溉模式(W2)比较试验,研究2种栽培模式对冬小麦耗水特征和水分利用效率的影响。结果表明:1)W0与W2相比,3年平均产量降低16.6%,主要是因为穗数和穗粒数减少,库容降低,但千粒重明显增加;2)W0全生育期耗水强度较低,主要是拔节后耗水强度逐渐降低,其总耗水量比W2减少52mm;3)与W2相比,W0提高了土壤水分利用率,开花前较多地利用0~100cm土层的土壤贮水,成熟时耗水深度达到200cm,增加了对土壤深层贮水利用,麦收后多腾出土壤水分库容99mm,有利于接纳夏季降雨,减少汛期雨水损失;4)W0在减少灌溉用水150mm的条件下,获得6 600kg/hm~2以上产量,其水分利用效率与W2无显著差异,达到1.8kg/m~3以上。研究认为,在华北地下水超采区推广贮墒旱作模式,并与节水灌溉模式合理轮作,能大幅度减少灌溉用水并实现适度丰产和水分高效的结合。     

不同水分管理下全田土下微膜覆盖的冬小麦耗水特性

【目的】针对海河平原水资源匮乏与冬小麦生产水分高耗的现实矛盾,研究不同水分管理条件下全田土下微膜覆盖的冬小麦耗水特性,探索区域小麦节水生产新方法。【方法】采用大田试验,以小麦常规种植方法为对照,进行两地3年试验研究。【结果】全田土下微膜覆盖下,小麦生育期田间耗水量显著降低116.1—167.9 mm,土壤贮水消耗占总耗水的55.5%—77.9%。覆膜显著减少了小麦返青前的耗水量,生育后期耗水占总耗水量的比例提高。覆膜条件下,拔节前根系吸水深度较露地处理浅40 cm,生育期2 m土体可供水212.2—240.3 mm,春季灌水75 mm小麦对土壤贮水消耗集中在0—140 cm土层,比常规生产（CK,3次灌水共225 mm）深40 cm,灌水时间后移可显著减少2 m土体贮水消耗。土下微膜覆盖条件下,雨养耗水284.3 mm可获得不低于7 500 kg•hm-2的小麦产量,播前灌水≥60 mm或抽穗期灌水75 mm,可获得与CK相当的产量,水分利用效率比CK提高40%以上、净水分利用效率和灌溉水利用效率达到最高。【结论】全田土下微膜覆盖雨养或适时少量灌水是海河平原大幅降低小麦耗水,缓解水资源供需刚性矛盾的一种新型种植方法。     

去电子水灌溉对冬小麦生长及其水分利用的影响

为探究去电子水灌溉对冬小麦生长及其水分利用的影响,选取关中平原典型灌区为研究区开展大田试验。以冬小麦"小偃22号"为供试作物,设置不同的灌水类型(普通水与去电子水)和灌溉量水平(60、120、180 mm与240 mm),分阶段对冬小麦的生长指标与光合指标进行测定,分析冬小麦的耗水特性、土壤水分变化状况及水分利用效率。结果表明,同一灌溉量水平(180 mm)下,与普通水灌溉相比,去电子水灌溉的冬小麦生长速率更快,同时耗水量较高,其籽粒产量与水分利用效率亦显著提高了17.8%与15.1%;与0 mm灌溉相比,去电子水灌溉的冬小麦增产46.9%,高于普通水灌溉处理(24.7%)。去电子水不同灌溉量处理中,灌溉量为180 mm时冬小麦的籽粒产量与水分利用效率均最高。因此,可以将去电子水灌溉180 mm作为关中平原冬小麦高效用水和高产的较优灌溉方案。     

鲁北平原咸水滴灌对土壤水盐分布和棉花产量的影响

鲁北平原是山东省重要的粮棉油生产基地,合理利用微咸水和咸水资源是亟待解决的问题。通过田间小区试验,以淡水滴灌处理为对照,设置不同矿化度咸水滴灌处理,研究全地膜覆盖条件下,咸水滴灌对棉花农田土壤水盐分布和产量的影响。结果表明,灌出苗水可以明显降低棉田主要根层土壤EC值,降低率在26.8%～29.0%之间。咸水滴灌减少了棉花对土壤水分的吸收,主要影响土层在40～100 cm,灌溉水矿化度越高,影响越大。与淡水滴灌相比,滴灌补灌矿化度6 g·L^-1以下的咸水对棉花产量没有明显的影响,而滴灌8 g·L^-1的咸水在降水偏少的年份能明显降低棉花产量。从土壤盐分的积累来看,利用滴灌补灌一次6 g·L^-1以下的咸水,通过黄河水和夏季降水淋洗土壤盐分,不会造成棉花根系分布层土壤盐分的积累。该研究结果可为鲁北平原区咸水利用提供科学依据。     

黄淮海平原地区深松和灌水次数对冬小麦- 夏玉米节水增产的影响

目的 研究黄淮海平原地区冬小麦-夏玉米不同深松时机交互不同灌水次数对作物产量及水分生产效率的影响,为优化黄淮海地区土壤耕作方式提供理论依据。方法 采用土壤耕作方式与灌水次数相结合的方法,设置秋深松+冬小麦2水（QS-2）、秋深松+冬小麦3水（QS-3）、夏深松+冬小麦2水（XS-2）、夏深松+冬小麦3水（XS-3）、对照（CK）共5个处理,研究深松与灌水次数对冬小麦-夏玉米一年两熟农田土壤物理性质、植株生长发育、产量、总产出值及水分生产效率等的影响。结果 深松和灌水次数对土壤容重、土壤紧实度、土壤储水量、总产出值、水分生产效率均有不同程度显著影响。与对照相比,QS-2、XS-2、XS-3处理均显著降低深松后第1年土壤耕层（0—40 cm）及深松后第2年0—20 cm土层的土壤容重;深松各处理均显著降低第1年土壤紧实度,对第2年土壤紧实度影响效果不明显;秋深松后第2年QS-2处理的冬小麦整个生育期平均土壤储水量较CK显著增加18.14%,QS-3处理次之,夏深松后第2年XS-2、XS-3处理分别较CK显著提高24.7%、25.6%;秋深松能显著提高当季冬小麦生长发育,QS-2、QS-3处理地上生物量分别较CK增加了19.29%、27.06%,第2年QS-2和QS-3处理地上生物量较CK均有所提高,差异不显著,秋深松对第2年冬小麦生长发育影响效果减弱,夏深松第2年XS-2和XS-3处理的叶面积和地上生物量均较对照显著提高,夏深松能显著促进后茬冬小麦生长发育;QS-2处理对2年冬小麦-夏玉米总产出值和水分生产效率均显著提高,第1年总产出值和水分生产效率分别较CK提高27.21%、23.51%,第2年分别提高19.54%、18.84%,夏深松显著提高第2年冬小麦-夏玉米总产出值及水分生产效率,XS-2处理分别提高18.50%、17.65%,XS-3处理分别提高19.57%、15.35%。结论 黄淮海平原冬小麦-夏玉米连作采用冬小麦播前秋深松耕作方式,冬小麦全生育期灌水2次,有利于降低农田土壤容重、降低土壤紧实度、提高土壤储水效果、显著提高深松周期内冬小麦-夏玉米总产出值及水分生产效率。建议在黄淮海平原地区平水年和丰水年（夏玉米季降雨充沛）,冬小麦-夏玉米种植区采用秋深松+冬小麦灌2水耕作模式,实现高产与高效。     

华北地区冬小麦-夏玉米轮作节水体系周年水分利用特征

【目的】定量研究华北地区冬小麦-夏玉米轮作节水体系的水分周年利用特征。【方法】在大田条件下,通过在小麦季设不灌水（W0）、拔节水（W1）、拔节水+扬花水（W2）和起身水+孕穗水+扬花水+灌浆水（W4）4个水分处理,进行了两个周期的研究。【结果】（1）小麦产量和周年最高产量两年分别在节水灌溉处理W1和W2获得,玉米产量在不同处理间无显著差异。小麦水分利用效率（WUE）与产量的表现相似,玉米WUE显著高于小麦,并随灌水量的增加显著降低;周年WUE则在W0或W1处理最高,而后随灌水量的增加显著降低。（2）W4处理的2 m土体土壤水分含量在各个阶段没有明显变化,其它处理则随小麦生育进程而不断降低（即土壤水分库容不断变大）,且灌水次数越少降幅越大,至小麦收获期达到最低点;到玉米拔节期,由于降雨补充所有处理的土壤含水量趋于一致,相应地,2 m土体接纳汛期降雨分别为178-188 mm（W0）、124-160 mm（W1）、38-93 mm（W2）和-30-21 mm（W4）。（3）随灌水量增加,作物耗水强度和季节蒸散量变大;玉米拔节期后,作物耗水特性与土壤水分变化无差异。（4）降雨致使出现水分的深层渗漏,丰水年和平水年分别为163 mm（W0、W1）、181 mm（W2）、253 mm（W4）和13 mm（W0、W1、W2）、45 mm（W4）,丰水年小麦季W4处理也有54 mm水分深层渗漏。丰水年W0和W1处理实现了127 mm和57 mm对地下水的净回补。【结论】小麦节水栽培显著减少了对地下水的开采,大幅提高了降雨的利用效率,可实现作物对水资源的高效利用和丰水年降雨对地下水的净回补。丰水年W1处理或平水年W2处理有利于水分高效利用与高产的统一,对于华北地区农业的可持续发展具有重要意义。     

AquaCrop模型在大葱生物量和土壤贮水量模拟中的应用和验证

为评估AquaCrop模型在华北平原模拟大葱生长和农田水分的适用性,本研究利用实测的农民施肥方式的一个小区和增施氮肥处理的土壤水分、作物生长和产量数据,结合气象资料,获得了AquaCrop模型模拟大葱生长和土壤水分的模型参数,并利用实测的农民施肥方式的另外一个小区、减施氮肥、优化施氮和秸秆还田处理的土壤贮水量和生物量数据进行了模型验证。结果表明：在无水分胁迫条件下AquaCrop模型对大葱土壤贮水量及生物量的模拟结果是可以接受的。对土壤贮水量实测值与模拟值的RMSE为19.4~24.9 mm之间,相对误差为3.9%~12.4%;大葱生物量实测值与模拟值的RMSE为0.31~0.73 t/hm2,相对误差为5.8%~12.8%。     

三江平原主要土壤资源利用现状及对策

三江平原是国家重要的商品粮基地之一,为探索三江平原粮食持续增产潜力,就三江平原地区主要土壤资源在农业方面的利用现状及对策作了剖析,认为三江平原地区主要土壤类型多样,尤其是农业后备土壤资源,无论是在黑龙江省内还是中国国内都优于其他地区,具有较大的开发潜力。针对三江平原主要土壤资源的利用现状,为达到粮食持续增产的目的,搞好水利建设是该地区粮食增产的前提;种植优势作物是粮食增产的保证;改良中低产土壤是粮食增产的关键。     

The water-saving potential of using micro-sprinkling irrigation for winter wheat production on the North China Plain

The shortage of groundwater resources is a considerable challenge for winter wheat production on the North China Plain. Water-saving technologies and procedures are thus urgently required. To determine the water-saving potential of using micro-sprinkling irrigation(MSI) for winter wheat production, field experiments were conducted from 2012 to 2015. Compared to traditional flooding irrigation(TFI), micro-sprinkling thrice with 90 mm water(MSI1) and micro-sprinkling four times with 120 mm water(MSI2) increased the water use efficiency by 22.5 and 16.2%, respectively, while reducing evapotranspiration by 17.6 and 10.8%. Regardless of the rainfall pattern, MSI(i.e., MSI1 or MSI2) either stabilized or significantly increased the grain yield, while reducing irrigation water volumes by 20–40%, compared to TFI. Applying the same volumes of irrigation water, MSI(i.e., MSI3, micro-sprinkling five times with 150 mm water) increased the grain yield and water use efficiency of winter wheat by 4.6 and 11.7%, respectively, compared to TFI. Because MSI could supply irrigation water more frequently in smaller amounts each time, it reduced soil layer compaction, and may have also resulted in a soil water deficit that promoted the spread of roots into the deep soil layer, which is beneficial to photosynthetic production in the critical period. In conclusion, MSI1 or MSI2 either stabilized or significantly increased grain yield while reducing irrigation water volumes by 20–40% compared to TFI, and should provide water-saving technological support in winter wheat production for smallholders on the North China Plain.