本發(fā)明涉及一種冬小麥根層水肥供需時空耦合調(diào)控技術(shù)，屬于作物栽培的水肥調(diào)控技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種依據(jù)冬小麥對水分和養(yǎng)分的需求規(guī)律及根系生長和吸收特點，以定時、定位、定量的方式補給土壤水分和養(yǎng)分，實現(xiàn)供與需的精準(zhǔn)匹配和耦合，既維持冬小麥高產(chǎn)水平又避免水肥過度投入而顯著節(jié)水節(jié)肥的技術(shù)。適用于中國黃淮海灌區(qū)冬小麥高產(chǎn)高效栽培。
(二)技術(shù)背景
我國人均水資源量約為2200m3，目前有16個省(區(qū)、市)人均水資源量(不包括過境水)低于嚴(yán)重缺水線，有6個省、區(qū)(寧夏、河北、山東、河南、山西、江蘇)人均水資源量低于500m3。預(yù)測到2030年我國人口增至16億時，人均水資源量將降到1750m3。特別在我國北方地區(qū)(如華北地區(qū)等)，近年來水資源數(shù)量減少趨勢明顯。北方缺水地區(qū)持續(xù)枯水年份的出現(xiàn)，以及黃河、淮河、海河與漢江同時遭遇枯水年份等不利因素的影響，進(jìn)一步加劇了北方水資源供需失衡的矛盾。我國農(nóng)業(yè)用水約占總用水量的70％，水資源短缺嚴(yán)重制約北方缺水區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展、威脅我國糧食安全，發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)形勢緊迫，意義重大。
黃淮海地區(qū)是我國小麥主產(chǎn)區(qū)。冬小麥種植面積約占全國的60％以上，總產(chǎn)占全國的70％以上，對保障國家糧食安全具有極其重要的作用。但目前該區(qū)域人均水資源和畝均水資源占有量分別只有全國平均值的20％和18％，水分生產(chǎn)率只有1.2kg m-3左右，約為發(fā)達(dá)國家的50％，水資源短缺和農(nóng)業(yè)用水浪費并存；生產(chǎn)中過度使用化肥的現(xiàn)象亦普遍存在，氮肥利用率不足30％，顯著低于發(fā)達(dá)國家水平，肥料浪費嚴(yán)重。所以，該區(qū)域?qū)π←湽?jié)水節(jié)肥技術(shù)的需求尤為迫切。
傳統(tǒng)的節(jié)水灌溉多采用固定的灌水次數(shù)和灌水量，通過減少灌水次數(shù)和灌水量實現(xiàn)節(jié)水(Khokhar等,2010；Li等，2010；Thind等，2010；葉德練等，2016)。然而在實際生產(chǎn)中，由于每年的降水年型不同，總降水量和降水的時間分布都有較大差異，因此定額灌溉的方法難以實現(xiàn)水分供給與作物需水的精確匹配，顯著影響冬小麥產(chǎn)量和節(jié)水效果。為實現(xiàn)精確節(jié)水灌溉，前人還提出在每次灌水前測定土壤含水量，設(shè)定目標(biāo)土壤含水量，依據(jù)灌水定額公式(山侖等，2004)計算灌水量的辦法(何建寧等,2015；Guo等，2015)。但該辦法每次灌水前均需要測定土壤含水量，操作較復(fù)雜，工作量大，制約了其在生產(chǎn)中的推廣應(yīng)用。
已有進(jìn)入實質(zhì)審查的發(fā)明專利“一種基于農(nóng)田氮素平衡的玉米水肥一體化施肥方法”(CN201510334684.3)、“一種滴灌春小麥節(jié)水高產(chǎn)的水肥管理方法”(CN201410686693.4)，和已獲授權(quán)的發(fā)明專利“農(nóng)田水肥高效利用多維臨界調(diào)控方法”(ZL201410205209.1)、“一種冬小麥水肥一體化專用肥及其施用方法”(ZL201110226057.X)。但關(guān)于依據(jù)冬小麥對水分和養(yǎng)分的需求規(guī)律及根系生長和吸收特點，以定時、定位、定量的方式補給土壤水分和養(yǎng)分，實現(xiàn)供與需的精準(zhǔn)匹配和耦合，既維持作物高產(chǎn)水平又避免水肥過度投入而節(jié)水節(jié)肥的技術(shù)尚未見報道。
(三)
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種新的冬小麥高產(chǎn)節(jié)水節(jié)肥技術(shù)。
一種冬小麥根層水肥供需時空耦合調(diào)控方法，包括以下步驟：
1、在冬小麥播種的同時，實施底肥分層條施，即將底施氮磷鉀肥分別條施于播種麥田地表以下8cm、16cm和24cm深處。垂直分布于上述三個不同深度土層的施肥條帶為一組，相鄰兩組之間的間距為30-46cm，等于2倍的冬小麥播種行距，即在相鄰兩組分層施肥條帶之間播種兩行冬小麥。冬小麥全生育期施用氮素、磷素和鉀素的量根據(jù)已有技術(shù)確定；底施氮素、磷素和鉀素在上述三個不同深度土層中分配的比例，根據(jù)使用的肥料類型確定：
控釋尿素與普通氮磷鉀肥(如普通尿素、磷酸二銨、氯化鉀)搭配使用時，在8cm土層深處施入普通氮磷鉀肥，其中氮素占冬小麥全生育期總施氮量的12.5％，磷素占全生育期總施磷量的16.7％，鉀素占全生育期總施鉀量的12.5％；在16cm土層深處施入控釋尿素和普通磷鉀肥，其中氮素占全生育期總施氮量的25％，磷素占全生育期總施磷量的33.3％，鉀素占全生育期總施鉀量的25％；在24cm土層深處施入控釋尿素和普通磷鉀肥，其中氮素占全生育期總施氮量的37.5％，磷素占全生育期總施磷量的50％，鉀素占全生育期總施鉀量的37.5％。
僅使用普通氮磷鉀肥(如普通尿素、磷酸二銨、氯化鉀)時，在8cm土層深處施入的氮素占冬小麥全生育期總施氮量的5％，磷素占全生育期總施磷量的16.7％，鉀素占全生育期總施鉀量的10％；在16cm土層深處施入的氮素占全生育期總施氮量的10％，磷素占全生育期總施磷量的33.3％，鉀素占全生育期總施鉀量的20％；在24cm土層深處施入的氮素占全生育期總施氮量的15％，磷素占全生育期總施磷量的50％，鉀素占全生育期總施鉀量的30％。
2、于冬小麥播種當(dāng)日采集播種麥田地表下0-20cm和地表下20-40cm土層土壤樣品，用傳統(tǒng)的烘干法測定土壤質(zhì)量含水量，分別為Wθm-0-20和Wθm-20-40，單位為％，并用算術(shù)平均值計算方法計算出地表下0-40cm土層土壤平均質(zhì)量含水量，為Wθam-0-40，單位為％。
用傳統(tǒng)的環(huán)刀法測定持水量，分別為WFC0-20和WFC20-40，
用公式(1)計算出地表下0-20cm土層土壤相對含水量：
Wθr-0-20＝Wθm-0-20×100/WFC0-20 (1)
公式(1)中Wθr-0-20為地表下0-20cm土層土壤相對含水量，單位為％；
用公式(2)計算出地表下0-40cm土層土壤蓄水量：
WS0-40＝6.3989Wθam-0-40-6.1645 (2)
公式(2)中WS0-40為冬小麥播種當(dāng)日地表下0-40cm土層土壤蓄水量，單位為mm；Wθam-0-40為播種當(dāng)日地表下0-40cm土層土壤平均質(zhì)量含水量，單位為％。
用公式(3)計算出地表下0-100cm土層土壤蓄水量：
WS0-100＝12.037Wθam-0-40+79.934 (3)
公式(3)中WS0-100為冬小麥播種當(dāng)日地表下0-100cm土層土壤蓄水量，單位為mm；Wθam-0-40為播種當(dāng)日地表下0-40cm土層土壤平均質(zhì)量含水量，單位為％。
3、依據(jù)冬小麥播種當(dāng)日播種麥田地表下0-20cm土層土壤相對含水量Wθr-0-20數(shù)值的大小，判斷是否需要補灌。
當(dāng)Wθr-0-20大于60％時無需補灌，當(dāng)Wθr-0-20小于等于60％時，則用公式(4)計算出播種期需補灌水量：
WIs＝0.4901Wθm-0-202-16.412Wθm-0-20+173.29 (4)
所述的公式(4)中WIs為播種期需補灌水量，單位為mm；Wθm-0-20為冬小麥播種當(dāng)日地表下0-20cm土層土壤質(zhì)量含水量，單位為％。
播種期補灌水量最多不超過60mm。該時期需要補灌時，使用灌溉水分布均勻度較高的微噴灌、噴灌或滴灌等設(shè)施進(jìn)行精量灌溉。
4、使用雨量數(shù)據(jù)采集器采集或從當(dāng)?shù)貧庀蟛块T獲取自冬小麥播種至越冬期間的降水量數(shù)據(jù)，計算出該期間的總降水量WPps。
5、用公式(5)計算出冬小麥播種至越冬期間的根層主效供水量：
WWps＝WS0-40+WIs+WPps (5)
所述的公式(5)中WWps為冬小麥播種至越冬期間的根層主效供水量，單位為mm；WS0-40為冬小麥播種當(dāng)日地表下0-40cm土層土壤蓄水量，單位為mm；WIs為冬小麥播種期補灌水量，單位為mm；WPps為播種至越冬期間的總降水量，單位為mm。
6、于冬小麥越冬期，依據(jù)WWps數(shù)值的大小，判斷是否需要補灌。
當(dāng)WWps值大于等于130mm，或雖低于130mm但二者的差值小于5mm時，無需補灌；當(dāng)WWps值低于130mm，且二者的差值大于等于5mm時，則用公式(6)計算出越冬期需補灌水量：
WIps＝130-WWps (6)
所述的公式(6)中WIps為越冬期需補灌水量，單位為mm。
越冬期補灌水量最多不超過60mm。
該時期需要補灌時，使用灌溉水分布均勻度較高的微噴灌、噴灌或滴灌等設(shè)施進(jìn)行精量灌溉。
7、使用雨量數(shù)據(jù)采集器采集或從當(dāng)?shù)貧庀蟛块T獲取自冬小麥越冬至拔節(jié)期間的降水量數(shù)據(jù)，并計算出冬小麥播種至拔節(jié)期間的總降水量WPy1。
8、用公式(7)計算出冬小麥播種至拔節(jié)期間的自然主效供水量：
WWy1＝WS0-40+WPy1 (7)
所述的公式(7)中WWy1為冬小麥播種至拔節(jié)期間的自然主效供水量；WS0-40為冬小麥播種當(dāng)日地表下0-40cm土層土壤蓄水量，單位為mm；WPy1為冬小麥播種至拔節(jié)期間的總降水量，單位為mm。
9、于冬小麥拔節(jié)期計算需補灌水量，并隨水追肥。
如果冬小麥播種期和越冬期補灌水量均為0mm，則用公式(8)計算出拔節(jié)期需補灌水量：
WIy1＝-0.6829WWy1+173.17 (8)
所述的公式(8)中WIy1為拔節(jié)期需補灌水量，單位為mm。
如果冬小麥播種期補灌水量或越冬期補灌水量大于0mm，則先用公式(9)計算出冬小麥播種至拔節(jié)期間所需的總補灌水量：
WIty1＝-0.534WWy1+178.09 (9)
所述的公式(9)中WIty1為冬小麥播種至拔節(jié)期間所需的總補灌水量，單位為mm。
再用公式(10)計算出拔節(jié)期需補灌水量：
WIy1＝WIty1-WIs-WIps (10)
所述的公式(10)中WIy1、WIs和WIps分別為冬小麥拔節(jié)期需補灌水量、播種期補灌水量和越冬期補灌水量，單位為mm。
在冬小麥拔節(jié)期補灌水時，采用基于微噴灌、噴灌、滴灌等設(shè)施的水肥一體化系統(tǒng)，將拔節(jié)期需追施的氮肥和鉀肥溶解后隨灌溉水均勻地施入冬小麥根層。追施的肥料為可溶性氮肥如尿素等和可溶性鉀肥如氯化鉀等。
根據(jù)冬小麥播種期施用底肥時使用的肥料類型不同，確定拔節(jié)期需追施的氮素和鉀素用量：當(dāng)?shù)追适强蒯屇蛩嘏c普通氮磷鉀肥(如普通尿素、磷酸二銨、氯化鉀)搭配使用時，冬小麥拔節(jié)期施氮量占全生育期總施氮量的25％，施鉀量占全生育期總施鉀量的25％。當(dāng)?shù)追蕛H使用普通氮磷鉀肥(如普通尿素、磷酸二銨、氯化鉀)時，冬小麥拔節(jié)期施氮量占全生育期總施氮量的50％，施鉀量占全生育期總施鉀量的20％。
10、使用雨量數(shù)據(jù)采集器采集或從當(dāng)?shù)貧庀蟛块T獲取自冬小麥拔節(jié)至開花期間的降水量數(shù)據(jù)，并計算出冬小麥播種至開花期間的總降水量WPy2。
11、用公式(11)計算出冬小麥播種至開花期間的自然主效供水量：
WWy2＝0.7WS0-100+0.3WPy2 (11)
所述的公式(11)中WWy2為冬小麥播種至開花期間的自然主效供水量，單位為mm；WS0-100為冬小麥播種當(dāng)日地表下0-100cm土層土壤蓄水量，單位為mm；WPy2為冬小麥播種至開花期間的總降水量，單位為mm。
12、于冬小麥開花期計算需補灌水量。
首先用公式(12)計算出冬小麥播種至開花期期間所需的總補灌水量：
WIty2＝-1.2039WWy2+382.42 (12)
所述的公式(12)中WIty2為冬小麥播種至開花期期間所需的總補灌水量，單位為mm。
再用公式(13)計算開花期需補灌水量：
WIy2＝WIty2-WIs-WIps-WIy1 (13)
所述的公式(13)中WIy2、WIs、WIps和WIy1分別為開花期需補灌水量、播種期補灌水量、越冬期補灌水量和拔節(jié)期補灌水量，單位為mm。
開花期補灌水量最多不超過60mm。
13、在開花期灌水時，根據(jù)冬小麥播種期施用底肥時使用的肥料類型不同，確定是否實施隨水追肥。
當(dāng)?shù)追适强蒯屇蛩嘏c普通氮磷鉀肥(如普通尿素、磷酸二銨、氯化鉀)搭配使用時，開花期不再追肥。僅使用灌溉水分布均勻度較高的微噴灌、噴灌或滴灌等設(shè)施進(jìn)行精量灌溉。
當(dāng)?shù)追蕛H使用普通氮磷鉀肥(如普通尿素、磷酸二銨、氯化鉀)時，冬小麥開花期施氮量占全生育期總施氮量的20％，施鉀量占全生育期總施鉀量的20％。采用基于微噴灌、噴灌、滴灌等設(shè)施的水肥一體化系統(tǒng)，將開花期需追施的氮肥和鉀肥溶解后隨灌溉水均勻地施入冬小麥根層。追施的肥料為可溶性氮肥如尿素等和可溶性鉀肥如氯化鉀等。
本發(fā)明中所述的全生育期是指冬小麥全生育期。所述的土層深度均為地表下土層深度。
本發(fā)明具有以下有益效果：
1、本發(fā)明依據(jù)冬小麥全生育期吸肥規(guī)律和根系隨生育進(jìn)程在土壤中的分布特點，通過底肥按比例分層條施的方法，在供肥空間和數(shù)量上均能與冬小麥各生育階段根系的主要分布區(qū)域和養(yǎng)分吸收數(shù)量相匹配，實現(xiàn)了冬小麥根層養(yǎng)分供與需在空間和數(shù)量上的耦合。
2、本發(fā)明依據(jù)冬小麥在不同生育階段的氮磷鉀養(yǎng)分吸收強度及控釋氮肥與普通速效氮肥的養(yǎng)分釋放特點，同時兼顧氮素與鉀素的互作效應(yīng)確定施肥時間及每次施肥的肥料種類和數(shù)量，實現(xiàn)了冬小麥根層養(yǎng)分供與需在時間和數(shù)量上的耦合。
3、本發(fā)明依據(jù)不同深度土層土壤蓄水對冬小麥生長發(fā)育和產(chǎn)量形成的有效性隨冬小麥根系在土壤中分布的變化而變化的特點，結(jié)合一段時間內(nèi)自然降水的數(shù)量，于冬小麥關(guān)鍵生育時期通過續(xù)存的方式補給土壤貯水，同時從空間上和時間上實現(xiàn)了冬小麥根層水分供與需的耦合。
4、本發(fā)明不僅能保持冬小麥較高的產(chǎn)量水平，而且顯著節(jié)約灌溉用水，減少肥料投入，與傳統(tǒng)水肥管理技術(shù)相比，平均每公頃節(jié)水1228立方米以上，減少氮磷鉀素總投入量90公斤以上，增產(chǎn)256.4公斤以上，經(jīng)濟、社會和生態(tài)效益顯著，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。
四、具體實施方式：
本具體實施例僅僅是對本發(fā)明的解釋，并不是對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀完本說明書后，可以根據(jù)需要對本實施例做出沒有創(chuàng)造性貢獻(xiàn)的修改，但是只要在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)都受到專利法的保護(hù)。
實施例1
試驗在山東省岱岳區(qū)道朗鎮(zhèn)玄莊村粉壤土地塊上進(jìn)行。試驗田0-100cm土層土壤粘粒、砂粒和粉粒含量分別為20.1％、19.1％、60.8％。0-20cm土層土壤含有機質(zhì)14.23g kg-1、全氮0.72g kg-1，含堿解氮、速效磷、速效鉀分別為94.33、42.84和112.77mg kg-1。
選用冬小麥品種濟麥22，于2014年10月6日播種，2015年6月12日收獲。肥料選用含氮量42％的樹脂包膜控釋尿素、含氮量46％的普通尿素、重過磷酸鈣和氯化鉀。按照冬小麥根層水肥供需時空耦合調(diào)控技術(shù)的步驟操作如下：
1、在冬小麥播種的同時，實施底肥分層條施，即將底施氮磷鉀肥分別條施于地表以下8cm、16cm和24cm深處。垂直分布于上述三個不同深度土層的施肥條帶為一組，相鄰兩組之間的間距為46cm，等于2倍的冬小麥播種行距，即在相鄰兩組分層施肥條帶之間播種兩行冬小麥。本發(fā)明實施例1在8cm土層深處施入普通尿素、重過磷酸鈣和氯化鉀，在16cm土層深處施入控釋尿素、重過磷酸鈣和氯化鉀，在24cm土層深處施入控釋尿素、重過磷酸鈣和氯化鉀。本發(fā)明實施例1冬小麥播種期按比例條施于各土層土壤中的氮磷鉀素量如表1所示。
表1本發(fā)明實施例1冬小麥播種期按比例條施于各土層土壤中的氮磷鉀素量列表
2、于冬小麥播種當(dāng)日采集播種麥田地表下0-20cm和地表下20-40cm土層土壤樣品，用傳統(tǒng)的烘干法測定土壤質(zhì)量含水量，分別為Wθm-0-20＝18.04％和Wθm-20-40＝18.63％，并用算術(shù)平均值計算方法計算出地表下0-40cm土層土壤平均質(zhì)量含水量：
Wθam-0-40＝(Wθm-0-20+Wθm-20-40)/2＝(18.04+18.63)/2＝18.34％。
用傳統(tǒng)的環(huán)刀法測定持水量，分別為WFC0-20＝28.01％和WFC20-40＝22.15％，
用公式(1)計算出地表下0-20cm土層土壤相對含水量：
Wθr-0-20＝Wθm-0-20×100/WFC0-20＝18.04×100/28.01＝64.41％。
用公式(2)計算出地表下0-40cm土層土壤蓄水量：
WS0-40＝6.3989Wθam-0-40-6.1645＝6.3989×18.34-6.1645＝111.2mm。
用公式(3)計算出地表下0-100cm土層土壤蓄水量：
WS0-100＝12.037Wθam-0-40+79.934＝12.037×18.34+79.934＝300.7mm。
3、依據(jù)冬小麥播種當(dāng)日播種麥田地表下0-20cm土層土壤相對含水量Wθr-0-20數(shù)值的大小，判斷是否需要補灌。
由于本實施例1的Wθr-0-20＝64.41％＞60％，所以無需在播種期補灌。
本實施例1冬小麥播種期補灌水量為0mm。
4、使用從當(dāng)?shù)貧庀蟛块T獲取的自冬小麥播種至越冬期間的降水量數(shù)據(jù)，計算出該期間的總降水量WPps＝20.3mm。
5、用公式(5)計算出冬小麥播種至越冬期間的根層主效供水量：
WWps＝WS0-40+WIs+WPps＝111.2+0+20.3＝131.5mm。
6、于冬小麥越冬期，依據(jù)WWps數(shù)值的大小，判斷是否需要補灌。
由于本實施例1的WWps＝131.5mm，高于130mm，所以無需在越冬期補灌。
本實施例1冬小麥越冬期補灌水量為0mm。
7、使用從當(dāng)?shù)貧庀蟛块T獲取的自冬小麥越冬至拔節(jié)期間的降水量數(shù)據(jù)，計算出冬小麥播種至拔節(jié)期間的總降水量WPy1＝93.2mm。
8、用公式(7)計算出冬小麥播種至拔節(jié)期間的自然主效供水量：
WWy1＝WS0-40+WPy1＝111.2+93.2＝204.4mm。
9、于冬小麥拔節(jié)期計算需補灌水量，并隨水追肥。
由于本實施例1冬小麥播種期和越冬期補灌水量均為0mm，所以用公式(8)計算出拔節(jié)期需補灌水量：
WIy1＝-0.6829WWy1+173.17＝-0.6829×204.4+173.17＝33.6mm。
本實施例1冬小麥拔節(jié)期補灌水量為33.6mm。
在冬小麥拔節(jié)期補灌水時，使用山東農(nóng)業(yè)大學(xué)和山東東禾農(nóng)業(yè)科技有限公司合作生產(chǎn)的肥料精確定量智能攪磨循環(huán)溶混系統(tǒng)和小麥玉米周年生產(chǎn)變量肥水一體化灌溉系統(tǒng)，先將需要追施的普通尿素和氯化鉀溶解，再將肥液隨灌溉水均勻地施入冬小麥根層。該時期隨水追施的普通尿素用量為130kg hm-2(含60kg hm-2純氮)，隨水追施的氯化鉀用量為50kg hm-2(含30kg hm-2K2O)。
10、使用從當(dāng)?shù)貧庀蟛块T獲取的自冬小麥拔節(jié)至開花期間的降水量數(shù)據(jù)，計算出冬小麥播種至開花期間的總降水量WPy2＝117.7mm。
11、用公式(11)計算出冬小麥播種至開花期間的自然主效供水量：
WWy2＝0.7WS0-100+0.3WPy2＝0.7×300.7+0.3×117.7＝210.49+35.31＝245.8mm。
12、于冬小麥開花期計算需補灌水量。
首先用公式(12)計算出冬小麥播種至開花期期間所需的總補灌水量：
WIty2＝-1.2039WWy2+382.42＝-1.2039×245.8+382.42＝86.5mm。
再用公式(13)計算出開花期需補灌水量：
WIy2＝WIty2-WIs-WIps-WIy1＝86.5-0-0-33.6＝52.9mm。
由于52.9mm＜60mm，則開花期需補灌水量WIy2為52.9mm。
本實施例1冬小麥開花期補灌水量為52.9mm。
13、在開花期灌水時，由于本實施例1播種期使用的底肥是控釋尿素、普通尿素、重過磷酸鈣和氯化鉀，所以不需要在開花期追肥。僅使用山東農(nóng)業(yè)大學(xué)和山東東禾農(nóng)業(yè)科技有限公司合作生產(chǎn)的小麥玉米周年生產(chǎn)變量肥水一體化灌溉系統(tǒng)進(jìn)行精量灌溉。
如表2所示，本實施例1冬小麥根層水肥供需時空耦合調(diào)控技術(shù)與傳統(tǒng)水肥管理技術(shù)相比，全生育期節(jié)約灌溉水122.8mm，每公頃節(jié)水1228立方米，每公頃減少N、P2O5和K2O投入量各30公斤，每公頃增產(chǎn)256.4公斤。
表2本發(fā)明實施例1冬小麥根層水肥供需時空耦合調(diào)控技術(shù)與傳統(tǒng)水肥管理技術(shù)全生育期灌水量、施肥量和產(chǎn)量對比
實施例2
試驗在山東省岱岳區(qū)道朗鎮(zhèn)玄莊村粉壤土地塊上進(jìn)行。試驗田0-100cm土層土壤粘粒、砂粒和粉粒含量分別為20.1％、19.1％、60.8％。0-20cm土層土壤含有機質(zhì)14.23g kg-1、全氮0.72g kg-1，含堿解氮、速效磷、速效鉀分別為94.33、42.84和112.77mg kg-1。
選用冬小麥品種濟麥22，于2014年10月6日播種，2015年6月12日收獲。肥料選用含氮量46％的普通尿素、重過磷酸鈣和氯化鉀。按照冬小麥根層水肥供需時空耦合調(diào)控技術(shù)的步驟操作如下：
1、在冬小麥播種的同時，實施底肥分層條施，即將底施氮磷鉀肥分別條施于地表以下8cm、16cm和24cm深處。垂直分布于上述三個不同深度土層的施肥條帶為一組，相鄰兩組之間的間距為46cm，等于2倍的冬小麥播種行距，即在相鄰兩組分層施肥條帶之間播種兩行冬小麥。本發(fā)明實施例2冬小麥播種期按比例條施于各土層土壤中的氮磷鉀素量如表3所示。
表3本發(fā)明實施例2冬小麥播種期按比例條施于各土層土壤中的氮磷鉀素量列表
2、于冬小麥播種當(dāng)日采集播種麥田地表下0-20cm和地表下20-40cm土層土壤樣品，用傳統(tǒng)的烘干法測定土壤質(zhì)量含水量，分別為Wθm-0-20＝19.46％和Wθm-20-40＝19.52％，并用算術(shù)平均值計算方法計算出地表下0-40cm土層土壤平均質(zhì)量含水量：
Wθam-0-40＝(Wθm-0-20+Wθm-20-40)/2＝(19.46+19.52)/2＝19.49％。
用傳統(tǒng)的環(huán)刀法測定持水量，分別為WFC0-20＝28.90％和WFC20-40＝23.05％，
用公式(1)計算出地表下0-20cm土層土壤相對含水量：
Wθr-0-20＝Wθm-0-20×100/WFC0-20＝19.46×100/28.90＝67.34％。
用公式(2)計算出地表下0-40cm土層土壤蓄水量：
WS0-40＝6.3989Wθam-0-40-6.1645＝6.3989×19.49-6.1645＝118.6mm。
用公式(3)計算出地表下0-100cm土層土壤蓄水量：
WS0-100＝12.037Wθam-0-40+79.934＝12.037×19.49+79.934＝314.5mm。
3、依據(jù)冬小麥播種當(dāng)日播種麥田地表下0-20cm土層土壤相對含水量Wθr-0-20數(shù)值的大小，判斷是否需要補灌。
由于本實施例2的Wθr-0-20＝67.34％＞60％，所以無需在播種期補灌。
本實施例2冬小麥播種期補灌水量為0mm。
4、使用從當(dāng)?shù)貧庀蟛块T獲取的自冬小麥播種至越冬期間的降水量數(shù)據(jù)，計算出該期間的總降水量WPps＝20.3mm。
5、用公式(5)計算出冬小麥播種至越冬期間的根層主效供水量：
WWps＝WS0-40+WIs+WPps＝118.6+0+20.3＝138.9mm。
6、于冬小麥越冬期，依據(jù)WWps數(shù)值的大小，判斷是否需要補灌。
由于本實施例2的WWps＝138.9mm，高于130mm，所以無需在越冬期補灌。
本實施例2冬小麥越冬期補灌水量為0mm。
7、使用從當(dāng)?shù)貧庀蟛块T獲取的自冬小麥越冬至拔節(jié)期間的降水量數(shù)據(jù)，計算出冬小麥播種至拔節(jié)期間的總降水量WPy1＝93.2mm。
8、用公式(7)計算出冬小麥播種至拔節(jié)期間的自然主效供水量：
WWy1＝WS0-40+WPy1＝118.6+93.2＝211.8mm。
9、于冬小麥拔節(jié)期計算需補灌水量，并隨水追肥。
由于本實施例2冬小麥播種期和越冬期補灌水量均為0mm，所以用公式(8)計算出拔節(jié)期需補灌水量：
WIy1＝-0.6829WWy1+173.17＝-0.6829×211.8+173.17＝28.5mm。
本實施例2冬小麥拔節(jié)期補灌水量為28.5mm。
在冬小麥拔節(jié)期補灌水時，使用山東農(nóng)業(yè)大學(xué)和山東東禾農(nóng)業(yè)科技有限公司合作生產(chǎn)的肥料精確定量智能攪磨循環(huán)溶混系統(tǒng)和小麥玉米周年生產(chǎn)變量肥水一體化灌溉系統(tǒng)，先將需要追施的普通尿素和氯化鉀溶解，再將肥液隨灌溉水均勻地施入冬小麥根層。該時期隨水追施的普通尿素用量為261kg hm-2(含120kg hm-2純氮)，隨水追施的氯化鉀用量為40kg hm-2(含24kg hm-2K2O)。
10、使用從當(dāng)?shù)貧庀蟛块T獲取的自冬小麥拔節(jié)至開花期間的降水量數(shù)據(jù)，計算出冬小麥播種至開花期間的總降水量WPy2＝117.7mm。
11、用公式(11)計算出冬小麥播種至開花期間的自然主效供水量：
WWy2＝0.7WS0-100+0.3WPy2＝0.7×314.5+0.3×117.7＝220.15+35.31＝255.46mm。
12、于冬小麥開花期計算需補灌水量。
首先用公式(12)計算出冬小麥播種至開花期期間所需的總補灌水量：
WIty2＝-1.2039WWy2+382.42＝-1.2039×255.46+382.42＝74.9mm。
再用公式(13)計算出開花期需補灌水量：
WIy2＝WIty2-WIs-WIps-WIy1＝74.9-0-0-28.5＝46.4mm。
由于46.4mm＜60mm，則開花期補灌水量WIy2為46.4mm。
本實施例2冬小麥開花期補灌水量為46.4mm。
13、在開花期灌水時，使用山東農(nóng)業(yè)大學(xué)和山東東禾農(nóng)業(yè)科技有限公司合作生產(chǎn)的肥料精確定量智能攪磨循環(huán)溶混系統(tǒng)和小麥玉米周年生產(chǎn)變量肥水一體化灌溉系統(tǒng)，先將需要追施的普通尿素和氯化鉀溶解，再將肥液隨灌溉水均勻地施入冬小麥根層。該時期隨水追施的普通尿素用量為104kg hm-2(含48kg hm-2純氮)，隨水追施的氯化鉀用量為40kg hm-2(含24kg hm-2K2O)。
如表4所示，本實施例2冬小麥根層水肥供需時空耦合調(diào)控技術(shù)與傳統(tǒng)水肥管理技術(shù)相比，全生育期節(jié)約灌溉水134.4mm，每公頃節(jié)水1344立方米，每公頃減少N、P2O5和K2O投入量各30公斤，每公頃增產(chǎn)481.7公斤。
表4本發(fā)明實施例2冬小麥根層水肥供需時空耦合調(diào)控技術(shù)與傳統(tǒng)水肥管理技術(shù)全生育期灌水量、施肥量和產(chǎn)量對比