本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于根源信號特征的冬小麥節(jié)水灌溉方法。
背景技術(shù)：
水資源短缺是21世紀(jì)中國農(nóng)業(yè)所面臨的重大挑戰(zhàn)和最大的生態(tài)問題，如何合理利用有限的水資源，減少灌溉用水，提高水分利用效率，對于緩解中國水資源供需矛盾和保證農(nóng)業(yè)的持續(xù)發(fā)展具有重要意義。
調(diào)虧灌溉是一種基于植物對干旱的適應(yīng)性反應(yīng)特性發(fā)展起來的灌溉技術(shù)，其顯著的節(jié)水效果和增產(chǎn)效應(yīng)都較傳統(tǒng)灌溉技術(shù)更上了一個臺階，但從國內(nèi)外一些相關(guān)研究報道來看，這一技術(shù)應(yīng)用于果、蔬方面較多。近年來，許多學(xué)者對小麥、玉米等大田作物的調(diào)虧灌溉進行了嘗試性研究，從應(yīng)用效果來看，調(diào)虧灌溉不僅沒有造成作物減產(chǎn)，還提高了水分利用效率，達到了節(jié)水增效的目的。一般來說，作物在發(fā)生水分虧缺時，會逐漸形成一套適應(yīng)機制以應(yīng)付一定程度的水分脅迫，這些適應(yīng)機制包括植物在水分脅迫時的各種生理生化響應(yīng)。但在水分虧缺時，影響作物生理生化響應(yīng)的還有其他因素，比如土壤養(yǎng)分，并且水分和養(yǎng)分對作物的作用不是孤立的，而是相互作用，相互制約的。研究表明施肥能提高作物對干旱的忍受能力，從而提高作物產(chǎn)量。但是，也有人認(rèn)為在土壤水分有限條件下增施氮肥可能會使作物水分脅迫加重，對產(chǎn)量造成不利的影響。對冬小麥研究表明，施肥和水分虧缺對生產(chǎn)的影響，既取決于土壤干旱程度，也與施肥量有關(guān)。在干旱條件下適量施氮可顯著提高小麥的產(chǎn)量，但隨施氮量的增加，氮營養(yǎng)增強了作物對干旱的敏感性，作物生長發(fā)育受到抑制，并最終影響產(chǎn)量。因此，在生產(chǎn)實踐中，實施調(diào)虧灌溉時，只有將水分調(diào)虧與土壤肥力相結(jié)合，才可有助于作物產(chǎn)量的提高，如不考慮肥力條件而盲目進行調(diào)虧灌溉則是有風(fēng)險的。但已有關(guān)于調(diào)虧灌溉的研究成果多是來源于特定的土壤環(huán)境條件(如肥力)條件，還不能對不同土壤環(huán)境的作物調(diào)虧灌溉起到廣泛的指導(dǎo)作用。因此，有必要尋找一種能在不同土壤肥力或不同施肥條件下作物調(diào)虧灌溉技術(shù)，以加強該項節(jié)水技術(shù)的安全性、實踐性與有效性。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供了一種基于根源信號特征的冬小麥節(jié)水灌溉方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中作物調(diào)虧灌溉技術(shù)主要集中在特定環(huán)境條件下某一作物適宜的調(diào)虧階段以及調(diào)虧程度等方面，對于不同的環(huán)境條件、不同品種的作物還缺乏廣泛指導(dǎo)作用的問題。
本發(fā)明提供了一種基于根源信號特征的冬小麥節(jié)水灌溉方法，包括以下步驟：
步驟1，在大田內(nèi)不影響大田機械化耕作的區(qū)域設(shè)置面積為0.8～1.5m2的濕潤微區(qū)，且濕潤微區(qū)內(nèi)的耕作條件、土壤肥力條件以及播種量與大田相同；
步驟2，監(jiān)測濕潤微區(qū)內(nèi)土壤含水量，當(dāng)監(jiān)測到土壤含水量低于田間持水量的70％時，開始向土壤灌溉，使?jié)駶櫸^(qū)的土壤含水量始終保持在田間持水量的70～75％之間；
步驟3，在冬小麥的各生育階段，以濕潤微區(qū)為對照，監(jiān)測濕潤微區(qū)內(nèi)和大田內(nèi)作物葉片的氣孔導(dǎo)度以及葉片水分狀況的變化；
與濕潤微區(qū)內(nèi)作物葉片相比，當(dāng)開始監(jiān)測到大田作物在干旱過程中葉片氣孔導(dǎo)度出現(xiàn)顯著下降，即采用t檢驗法，p<0.05，而葉片水分狀況沒有顯著變化，即采用t檢驗法，p≥0.05時，說明非水力根源信號出現(xiàn)，此時測定大田內(nèi)土壤含水量，并將其作為大田內(nèi)土壤含水量上限；
與濕潤微區(qū)內(nèi)作物葉片相比，當(dāng)開始監(jiān)測到大田作物葉片水分狀況出現(xiàn)顯著下降，即采用t檢驗法，p<0.05時，說明非水力根源信號消失，水力信號出現(xiàn)，此時測定大田內(nèi)土壤含水量，并將其作為大田內(nèi)土壤含水量下限，此時即為第一次灌溉時間；
步驟4，以步驟3中得到的大田內(nèi)土壤含水量下限值為參照值，繼續(xù)監(jiān)測大田內(nèi)土壤含水量，當(dāng)大田內(nèi)土壤含水量再次達到該參照值時，即為再次灌溉時間；記錄冬小麥各生育階段大田內(nèi)土壤含水量達到參照值的次數(shù)，該次數(shù)即為灌溉次數(shù)；
步驟5，按照下述公式計算大田灌溉量：
w＝(s1-s2)*h*c*n/ρ
其中，w為大田灌溉量，s1為大田內(nèi)土壤含水量上限，s2為大田內(nèi)土壤含水量下限，h為計劃濕潤層深度，c為土壤容重，n為灌溉次數(shù)，ρ為水的密度；
步驟6，按照步驟5中計算出的灌溉量對大田內(nèi)冬小麥進行灌溉。
優(yōu)選的，所述土壤含水量采用稱重法或中子儀檢測。
優(yōu)選的，所述氣孔導(dǎo)度采用光合儀或者氣孔計檢測。
優(yōu)選的，所述葉片水分狀況指的是葉片相對含水量或葉片水勢。
優(yōu)選的，所述葉片相對含水量采用稱重法檢測，所述葉片水勢采用水勢儀檢測。
優(yōu)選的，當(dāng)檢測濕潤微區(qū)內(nèi)以及大田內(nèi)土壤含水量時，檢測深度為0～1m。
優(yōu)選的，步驟3中所述冬小麥的各生育階段包括出苗期、三葉期、分蘗期、越冬期、返青期、起身期、拔節(jié)期、孕穗期、抽穗期、花期、灌漿期以及成熟期。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：
本發(fā)明的基于根源信號特征的冬小麥節(jié)水灌溉方法將非水力根源信號的有關(guān)理論與調(diào)虧灌溉相結(jié)合，建立起能廣泛適用于不同環(huán)境條件的、可反應(yīng)土壤水分和作物生理特性等綜合特征的、易于實際操作且能推廣應(yīng)用的調(diào)虧技術(shù)體系，對各種環(huán)境條件、各品種的作物均具有廣泛的指導(dǎo)作用。
具體實施方式
為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案能予以實施，下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步說明，但所舉實施例不作為對本發(fā)明的限定。
本發(fā)明各實施例中所述實驗方法，如無特殊說明，均為常規(guī)方法。其中，采用常規(guī)作畦漫灌冬小麥時，選取灌溉量相對較大的返青期和花期作為對照，采用本發(fā)明方法灌溉冬小麥時，選取灌溉量相對較大的拔節(jié)期和花期作為說明。
實施例1
2015年，在河南省獲嘉縣前李村高產(chǎn)示范區(qū)內(nèi)實施本發(fā)明的基于根源信號特征的冬小麥節(jié)水灌溉方法，具體操作步驟如下：
步驟1，試驗田面積約為6000m2，種植的冬小麥品種為新麥23；試驗期間將田塊等分為面積均為3000m2的a、b兩個田塊，其中a田塊采用常規(guī)灌溉，具體為作畦漫灌，b田塊采用本發(fā)明的節(jié)水灌溉；
在b田塊內(nèi)不影響b田塊機械化耕作的區(qū)域設(shè)置面積為1m2的b田塊濕潤微區(qū)，且濕潤微區(qū)內(nèi)的耕作條件、土壤肥力條件以及播種量均與b田塊相同；
步驟2，監(jiān)測b田塊內(nèi)濕潤微區(qū)的土壤含水量，監(jiān)測到土壤含水量低于田間持水量的70％時，開始向土壤灌溉，使?jié)駶櫸^(qū)的土壤含水量始終保持在田間持水量的70～75％之間；
步驟3，(1)在新麥23的返青期和花期，采用常規(guī)的作畦漫灌方式對a田塊進行灌溉，灌溉總量均為100mm；
(2)與b田塊濕潤微區(qū)內(nèi)作物葉片相比，在新麥23的拔節(jié)期開始監(jiān)測到b田塊大田區(qū)內(nèi)作物在干旱過程中葉片氣孔導(dǎo)度出現(xiàn)顯著下降，即采用t檢驗法，p<0.05，而葉片相對含水量或葉片水勢沒有顯著變化，即采用t檢驗法，p≥0.05時，說明非水力根源信號出現(xiàn)，此時測定b田塊大區(qū)內(nèi)土壤含水量s1為16.91％，并將其作為b田塊內(nèi)土壤含水量上限；
與b田塊濕潤微區(qū)內(nèi)作物葉片相比，在新麥23的拔節(jié)期開始監(jiān)測到b田塊大區(qū)內(nèi)作物葉片水勢或葉片相對含水量出現(xiàn)顯著下降，即采用t檢驗，p<0.05時，說明非水力根源信號消失，水力信號出現(xiàn)，此時測定b田塊大區(qū)內(nèi)土壤含水量s2為14.72％，并將其作為b田塊大區(qū)內(nèi)土壤含水量下限，此時即為第一次灌溉時間；
(3)第一灌溉完畢后監(jiān)測b田塊大區(qū)內(nèi)土壤含水量，當(dāng)監(jiān)測到b田塊大區(qū)內(nèi)土壤含水量達到14.72％時，說明b田塊大區(qū)內(nèi)土壤含水量下限s2出現(xiàn)，此時即為第二次灌溉時間；在新麥23的拔節(jié)期共監(jiān)測到土壤含水量下限s2出現(xiàn)三次，即出現(xiàn)三次灌溉時間；
同時檢測出新麥23的拔節(jié)期時土壤計劃濕潤層深度h為80cm，土壤容重c為1.26g/cm3；
步驟4，采用與步驟3完全相同的方法檢測新麥23花期時b田塊大田區(qū)內(nèi)土壤含水量上限s1、土壤含水量下限s2、土壤計劃濕潤層深度h以及土壤容重c，經(jīng)檢測，新麥23花期的s1為16.78％，s2為15.05％，h為100cm，c為1.26g/cm3，新麥23花期時b田塊大田區(qū)內(nèi)土壤含水量下限s2出現(xiàn)三次，即出現(xiàn)三次灌溉時間；
步驟5，將步驟3、步驟4中得到的參數(shù)帶入下述公式分別計算拔節(jié)期和花期b田塊大田區(qū)內(nèi)的灌溉量：
w＝(s1-s2)*h*c*n/ρ
二者之和即為b田塊大田區(qū)內(nèi)總的灌溉量，具體計算結(jié)果見表1。
表1實施例1的節(jié)水灌溉方法的各項參數(shù)
步驟6，按照步驟5中計算出的總灌溉量對b田塊大區(qū)內(nèi)冬小麥進行灌溉。
從表1可以看出，采用實施例1的灌溉方法，整個冬小麥的生長期只需要灌溉132mm的水，而采用常規(guī)灌溉方法則需要灌溉200mm的水，因此，實施例1采用的方法比常規(guī)灌溉方法節(jié)水34％，水分利用效率提高10％以上，且新麥23小麥增產(chǎn)12％。此外，常規(guī)灌溉后期新麥23出現(xiàn)大面積倒伏，而采用實施例1方法灌溉的小麥后期沒有出現(xiàn)倒伏現(xiàn)象。
實施例2
2016年，在河南省沁陽市廣利灌區(qū)試驗站實施本發(fā)明的基于根源信號特征的冬小麥節(jié)水灌溉方法，具體操作步驟如下：
步驟1，試驗共分為a、b兩個田塊，a田塊為5畝，采用本發(fā)明的節(jié)水灌溉方法灌溉，b田塊為6畝，采用常規(guī)灌溉，具體為作畦漫灌，且兩個田塊內(nèi)均種植矮抗58；
在a田塊內(nèi)不影響a田塊機械化耕作的區(qū)域設(shè)置面積為1.5m2的a田塊濕潤微區(qū)，且濕潤微區(qū)內(nèi)的耕作條件、土壤肥力條件以及播種量與a田塊大區(qū)相同；
步驟2，監(jiān)測a田塊內(nèi)濕潤微區(qū)的土壤含水量，監(jiān)測到土壤含水量低于田間持水量的70％時，開始向土壤灌溉，使?jié)駶櫸^(qū)的土壤含水量始終保持在田間持水量的70～75％之間；
步驟3，(1)在矮抗58的返青期和花期，采用常規(guī)灌溉方式對b田塊進行灌溉，灌溉量均為100mm；
(2)與a田塊濕潤微區(qū)內(nèi)作物葉片相比，在矮抗58的拔節(jié)期開始監(jiān)測到a田塊大區(qū)內(nèi)作物在干旱過程中葉片氣孔導(dǎo)度出現(xiàn)顯著下降，即采用t檢驗法，p<0.05，而葉片相對含水量或葉片水勢沒有顯著變化，即采用t檢驗法，p≥0.05，說明非水力根源信號出現(xiàn)，此時測定a田塊大區(qū)內(nèi)土壤含水量s1為16.82％，并將其作為a田塊內(nèi)土壤含水量上限；
與a田塊濕潤微區(qū)內(nèi)作物葉片相比，在矮抗58的拔節(jié)期開始監(jiān)測到a田塊大區(qū)內(nèi)作物葉片水勢或葉片相對含水量出現(xiàn)顯著下降，即采用t檢驗法，p<0.05時，說明非水力根源信號消失，水力信號出現(xiàn)，此時測定a田塊大區(qū)內(nèi)土壤含水量s2為14.43％，并將其作為a田塊大區(qū)內(nèi)土壤含水量下限，此時即為第一次灌溉時間；
(3)第一灌溉完畢后監(jiān)測a田塊大區(qū)內(nèi)土壤含水量，當(dāng)監(jiān)測到a田塊大區(qū)內(nèi)土壤含水量達到14.43％時，說明a田塊大區(qū)內(nèi)土壤含水量下限s2出現(xiàn)，此時即為第二次灌溉時間；在矮抗58的拔節(jié)期共監(jiān)測到土壤含水量下限s2出現(xiàn)三次，即出現(xiàn)三次灌溉時間；
同時檢測出矮抗58的拔節(jié)期時土壤計劃濕潤層深度h為80cm，土壤容重c為1.26g/cm3；
步驟4，采用與步驟3完全相同的方法檢測矮抗58花期時a田塊大區(qū)內(nèi)土壤含水量上限s1、土壤含水量下限s2、土壤計劃濕潤層深度h以及土壤容重c，經(jīng)檢測，矮抗58花期時s1為16.72％，s2為14.72％，h為100cm，c為1.26g/cm3，矮抗58花期時a田塊大田區(qū)內(nèi)土壤含水量下限s2出現(xiàn)三次，即出現(xiàn)三次灌溉時間；
步驟5，將步驟3、步驟4中得到的參數(shù)帶入下述公式分別計算拔節(jié)期和花期a田塊大田區(qū)內(nèi)的灌溉量：
w＝(s1-s2)*h*c*n/ρ
二者之和即為a田塊大田區(qū)內(nèi)總的灌溉量，具體計算結(jié)果見表2。
表2實施例2的節(jié)水灌溉方法的各項參數(shù)
步驟6，按照步驟5中計算出的總灌溉量對a田塊大區(qū)內(nèi)冬小麥進行灌溉。
從表2可以看出，采用實施例2的灌溉方法，整個冬小麥的生長期只需要灌溉148mm的水，而采用常規(guī)灌溉方法則需要灌溉200mm的水，因此，實施例2采用的方法比常規(guī)灌溉方法節(jié)水26％，水分利用效率提高13％以上，且矮抗58小麥增產(chǎn)10％。
需要說明的是，本發(fā)明權(quán)利要求書中涉及數(shù)值范圍時，應(yīng)理解為每個數(shù)值范圍的兩個端點以及兩個端點之間任何一個數(shù)值均可選用，由于采用的步驟方法與實施例1～2相同，為了防止贅述，本發(fā)明的描述了優(yōu)選的實施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對這些實施例作出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。
顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。