CN104322353A - 基于根层水分监测的冬小麦调亏灌溉方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于根层水分监测的冬小麦调亏灌溉方法，具体为：播种时0－20cm土壤平均相对含水量不低于80%；出苗至越冬前0－40cm土壤平均相对含水量低于65%时进行灌溉；越冬至起身期0－40cm土壤平均相对含水量低于60%时进行灌溉；拔节至孕穗期0－60cm土壤平均相对含水量低于60%时进行灌溉；抽穗至花后10天0－100cm土壤平均相对含水量低于65%时进行灌溉；花后11天至成熟0－100cm土壤平均相对含水量低于55%时进行灌溉；每次灌溉水量达到田间持水量。该方法能显著提高冬小麦的产量、水分利用效率及灌溉水利用效率。
Description
技术领域
本发明属于冬小麦灌溉技术领域，具体涉及一种基于根层水分监测的冬小麦调亏灌溉方法。
背景技术
随着人口的增长和水污染的加重，水资源短缺愈加严重。灌溉用水占世界水资源的70%以上，因此发展节水灌溉意义重大。调亏灌溉（Regulated Deficit Irrigation，RDI）是一项高效的节水灌溉技术，由澳大利亚持续灌溉农业研究所在上世纪70年代中期提出，并首先应用于果树。我国对RDI的研究起步于1988年，研究对象是桃树。上世纪末期，我国学者将RDI应用到大田作物玉米上，本世纪初冬小麦RDI研究取得了一系列成果，并开始应用于生产。
调亏灌溉（RDI）是以作物和水分关系为基础，在作物的某一些生长阶段有目的地使其产生一定的水分亏缺，而对作物产量没有不利影响，从而达到节水、高产和提高作物水分利用率的一种灌溉技术。该技术的关键是在苗期和孕穗-开花期充分供水，越冬期和灌浆中后期控水。然而，将RDI应用于冬小麦大田生产，存在以下问题：
1）以生育期为标准实施调亏灌溉，如：拔节期灌水或孕穗期灌水或开花期灌水，没有考虑植株自身和根层土壤的水分状况。
2）对亏水度的判定依据经验标准，如：植株或土壤形态，缺乏精确的定量化指标。
植物本身的水分状况是进行调亏灌溉的最佳指标，通过监测作物根层水分状况，也可以预测作物自身的水分状况，为RDI的应用提供了一条新的途径。而土壤水分监测技术在冬小麦上的应用研究还处于起步阶段，现有研究存在以下不足：
1）局限于耕层（0－20cm）土壤的监测。受降水、蒸发、辐射等因素的影响，耕层土壤水分含量波动较大，不能准确反映根层土壤对冬小麦的供水能力。
2）监测深度固定不变，不能反映根系对土壤水分的吸收特征。冬小麦的根系生长是一个动态的过程，根系随生育进程逐渐下扎，至生育后期深层根系成为吸收土壤水分的主要器官，因此，监测深度应随根系发育逐渐增大。
3）局限于主要生育期的静态监测，不能反映土壤供水的动态特点，容易使作物根系处于缺水或过饱和土壤。因此，监测应设置合理时间间隔持续进行。
发明内容
为克服现有技术不足，本发明目的在于提供一种基于根层水分监测的冬小麦调亏灌溉方法（Monitor root zone moisture for RDI，MRDI ），该方法能显著提高冬小麦的产量、水分利用效率及灌溉水利用效率。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于根层水分监测的冬小麦调亏灌溉方法，该方法为：足墒播种、出苗至越冬前和抽穗至花后10天充分供水，拔节至孕穗期中度亏水，越冬至起身期和花后11天至成熟重度亏水；具体如下：
播种时：0－20cm土壤平均相对含水量不低于80%；
出苗至越冬前：0－40cm土壤平均相对含水量低于65%时，进行灌溉；
越冬至起身期：0－40cm土壤平均相对含水量低于60%时，进行灌溉；
拔节至孕穗期：0－60cm土壤平均相对含水量低于60%时，进行灌溉；
抽穗至花后10天：0－100cm土壤平均相对含水量低于65%时，进行灌溉；
花后11天至成熟：0－100cm土壤平均相对含水量低于55%时，进行灌溉；
每次灌溉水量为达到田间持水量。可参见表1。
具体的，可测定田间持水量，监测土壤水分含量，并依此计算出土壤平均相对含水量；其中，不同生育期土壤水分含量的监测时间间隔为：播种至越冬前间隔不大于7天；越冬至起身期间隔不大于10天；拔节期至花后10天间隔不大于5天；花后11天至成熟间隔不大于7天。
表1、基于根层水分监测的冬小麦调亏灌溉（MRDI）方法
本发明中，监测计算土壤平均相对含水量可参照如下进行：
1）测定田间持水量。每20cm计为一层，分层测定顶层100cm土壤的田间持水量（V%），作为计算相对含水量的基础数据。测定方法可用田间围堰法或室内威尔克斯法。
2）确定合理的土壤监测深度。土壤监测深度应与根系发展一致，同时便于田间操作。冬小麦的根系发育具有以下特点：集中分布在50cm以上土壤，50－100cm仅有少量根系分布，120cm以下分布极少；深层根系量随生育进程增加。据此设置监测深度：播种至起身期土壤监测深度为0－40cm，拔节至孕穗期土壤监测深度为0－60cm，抽穗至成熟土壤监测深度为0－100cm。
3）监测冬小麦根层土壤平均相对含水量。依据不同生育期的监测深度，分层（每20cm计为一层）监测土壤水分含量（V%），从而计算出监测深度内各层的平均相对含水量（%）。冬小麦不同生育期土壤水分含量的监测时间间隔优选如下：播种至越冬前间隔为7天，越冬至起身期间隔为10天，拔节期至花后10天间隔为5天，花后11天至成熟间隔为7天。监测仪器推荐采用土壤水分速测仪，如：国产SWR-4型管式土壤水分速测仪。
本发明提出的基于根层水分监测的RDI方法（Monitor root zone moisture for RDI，MRDI ）克服了现有冬小麦RDI技术存在的不足，并完善根层水分检测技术，了其基本原理是：对冬小麦根层土壤含水量进行持续监测，将此作为反映植株水分状况的指标，并据此确定冬小麦调亏时期和亏水度，实施调亏灌溉。本发明方法依据根层土壤平均相对含水量，结合RDI理论确定合理的灌溉时间，充分发挥了冬小麦自身的节水特性。
和现有方法相比，具有如下技术优势：
1）发展了土壤水分监测理论，提出了冬小麦根层土壤水分监测的适宜深度和时间间隔。
2）将根层土壤水分监测技术应用于冬小麦调亏灌溉，为其提供了精确的调亏时期和亏水度指标。关键生育期调亏时间的精度为5天，亏水度的精度与仪器有关，一般为±1－2%。
3）兼容性强。MRDI能和区域墒情监测融合，便于推广；能和自动控制设备结合，实现精量灌溉和灌溉自动化。
附图说明
图1为2012－2013年生长季冬小麦根层土壤相对含水量；
图2为2013－2014年生长季冬小麦根层土壤相对含水量。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的技术方案作进一步说明，但本发明的保护范围并不局限于此。
实施例1：
一种基于根层水分监测的冬小麦调亏灌溉方法（MRDI），该方法为：足墒播种、出苗至越冬前和抽穗至花后10天充分供水，拔节至孕穗期中度亏水，越冬至起身期和花后11天至成熟重度亏水；具体如下：
播种时：0－20cm土壤平均相对含水量不低于80%；
出苗至越冬前：0－40cm土壤平均相对含水量低于65%时，进行灌溉；
越冬至起身期：0－40cm土壤平均相对含水量低于60%时，进行灌溉；
拔节至孕穗期：0－60cm土壤平均相对含水量低于60%时，进行灌溉；
抽穗至花后10天：0－100cm土壤平均相对含水量低于65%时，进行灌溉；
花后11天至成熟：0－100cm土壤平均相对含水量低于55%时，进行灌溉；
每次灌溉水量为达到田间持水量。具体可测定田间持水量，监测土壤水分含量，并依此计算出土壤平均相对含水量；其中，不同生育期土壤水分含量的监测时间间隔为：播种至越冬前间隔为7天；越冬至起身期间隔为10天；拔节期至花后10天间隔为5天，花后11天至成熟间隔为7天。
冬小麦田间试验：
申请人于2012－2014 年在河南省新乡市参照进行“基于根层水分监测的冬小麦调亏灌溉方法（MRDI）”试验，并以当地冬小麦常规灌溉方法作为对照。试验品种为强筋小麦新麦26，各处理除灌溉方法不同外，其余栽培措施完全一致。
1）测定田间持水量。采用威尔克斯法测定0-100cm土壤的田间持水量，结果如下：
| 土壤深度 | 0-20cm | 20-40cm | 40-60cm | 60-80cm | 80-100cm |
| 田间持水量（V%） | 34.0 | 35.2 | 33.5 | 33.8 | 36.7 |
2）监测根层土壤水分含量（V%），并依据监测结果计算根层土壤平均相对含水量，参照实施例1所述MRDI灌溉方法实施灌溉。下图1为2012－2013年生长季冬小麦播种后根层土壤平均相对含水量的动态变化（箭头所示指含水量上升由灌溉引起），图2为2013－2014年生长季冬小麦播种后根层土壤平均相对含水量的动态变化（箭头所示指含水量上升由灌溉引起）。
由图1和2可以看出：针对2012－2013年生长季冬小麦，常规灌溉方法在播种后177天（孕穗期）、播种后207天（灌浆期）各灌水一次；MRDI方法在播种后182天（抽穗期）灌水一次；针对2013－2014年生长季冬小麦，常规灌溉方法在播种后170天（拔节期）、播种后218天（灌浆期）各灌水一次；MRDI方法在播种后191天（孕穗期）灌水一次。
结果对比：下表2为冬小麦采用两种不同灌溉方法在灌水量、农田耗水量方面的差异，以及对小麦籽粒产量、水分利用率（WUE）和灌溉水利用率的影响。
表2、冬小麦采用不同灌溉方法在灌水量、农田耗水量方面的差异
由表2可以看出：与常规灌溉方法相比，采用本发明所述MRDI灌溉方法的冬小麦籽粒产量提高了6.1－17.8%，水分利用率提高了27.9－42.6%，灌溉水利用率提高了123.8－149.6%。由此说明，本发明所述调亏灌溉方法能显著提高冬小麦的产量、水分利用率及灌溉水利用率，极具推广应用价值。
Claims (2)
1.一种基于根层水分监测的冬小麦调亏灌溉方法，其特征在于，足墒播种、出苗至越冬前和抽穗至花后10天充分供水，拔节至孕穗期中度亏水，越冬至起身期和花后11天至成熟重度亏水；具体为：
播种时：0－20cm土壤平均相对含水量不低于80%；
出苗至越冬前：0－40cm土壤平均相对含水量低于65%时，进行灌溉；
越冬至起身期：0－40cm土壤平均相对含水量低于60%时，进行灌溉；
拔节至孕穗期：0－60cm土壤平均相对含水量低于60%时，进行灌溉；
抽穗至花后10天：0－100cm土壤平均相对含水量低于65%时，进行灌溉；
花后11天至成熟：0－100cm土壤平均相对含水量低于55%时，进行灌溉；
每次灌溉水量为达到田间持水量。
2.如权利要求1所述基于根层水分监测的冬小麦调亏灌溉方法，其特征在于，测定田间持水量，监测土壤水分含量，并依此计算出土壤平均相对含水量；其中，不同生育期土壤水分含量的监测时间间隔为：播种至越冬前间隔不大于7天；越冬至起身期间隔不大于10天；拔节期至花后10天间隔不大于5天；花后11天至成熟间隔不大于7天。
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| CN105900792A (zh) * | 2016-06-12 | 2016-08-31 | 河北省农林科学院旱作农业研究所 | 一种基于冬小麦苗情和土壤墒情的节水灌溉方法 |
| CN105900792B (zh) * | 2016-06-12 | 2018-10-26 | 河北省农林科学院旱作农业研究所 | 一种基于冬小麦苗情和土壤墒情的节水灌溉方法 |
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| CN104322353B (zh) | 2017-01-25 |
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