本發明屬于農業節水技術領域，具體涉及一種基于根源信號特征的冬小麥節水灌溉方法。
背景技術：
水資源短缺是21世紀中國農業所面臨的重大挑戰和最大的生態問題，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業的持續發展具有重要意義。
調虧灌溉是一種基于植物對干旱的適應性反應特性發展起來的灌溉技術，其顯著的節水效果和增產效應都較傳統灌溉技術更上了一個臺階，但從國內外一些相關研究報道來看，這一技術應用于果、蔬方面較多。近年來，許多學者對小麥、玉米等大田作物的調虧灌溉進行了嘗試性研究，從應用效果來看，調虧灌溉不僅沒有造成作物減產，還提高了水分利用效率，達到了節水增效的目的。一般來說，作物在發生水分虧缺時，會逐漸形成一套適應機制以應付一定程度的水分脅迫，這些適應機制包括植物在水分脅迫時的各種生理生化響應。但在水分虧缺時，影響作物生理生化響應的還有其他因素，比如土壤養分，并且水分和養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，從而提高作物產量。但是，也有人認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的影響，既取決于土壤干旱程度，也與施肥量有關。在干旱條件下適量施氮可顯著提高小麥的產量，但隨施氮量的增加，氮營養增強了作物對干旱的敏感性，作物生長發育受到抑制，并最終影響產量。因此，在生產實踐中，實施調虧灌溉時，只有將水分調虧與土壤肥力相結合，才可有助于作物產量的提高，如不考慮肥力條件而盲目進行調虧灌溉則是有風險的。但已有關于調虧灌溉的研究成果多是來源于特定的土壤環境條件(如肥力)條件，還不能對不同土壤環境的作物調虧灌溉起到廣泛的指導作用。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虧灌溉技術，以加強該項節水技術的安全性、實踐性與有效性。
技術實現要素：
本發明提供了一種基于根源信號特征的冬小麥節水灌溉方法，解決了現有技術中作物調虧灌溉技術主要集中在特定環境條件下某一作物適宜的調虧階段以及調虧程度等方面，對于不同的環境條件、不同品種的作物還缺乏廣泛指導作用的問題。
本發明提供了一種基于根源信號特征的冬小麥節水灌溉方法，包括以下步驟：
步驟1，在大田內不影響大田機械化耕作的區域設置面積為0.8～1.5m2的濕潤微區，且濕潤微區內的耕作條件、土壤肥力條件以及播種量與大田相同；
步驟2，監測濕潤微區內土壤含水量，當監測到土壤含水量低于田間持水量的70％時，開始向土壤灌溉，使濕潤微區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，以濕潤微區為對照，監測濕潤微區內和大田內作物葉片的氣孔導度以及葉片水分狀況的變化；
與濕潤微區內作物葉片相比，當開始監測到大田作物在干旱過程中葉片氣孔導度出現顯著下降，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，此時測定大田內土壤含水量，并將其作為大田內土壤含水量上限；
與濕潤微區內作物葉片相比，當開始監測到大田作物葉片水分狀況出現顯著下降，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，此時測定大田內土壤含水量，并將其作為大田內土壤含水量下限，此時即為第一次灌溉時間；
步驟4，以步驟3中得到的大田內土壤含水量下限值為參照值，繼續監測大田內土壤含水量，當大田內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土壤含水量達到參照值的次數，該次數即為灌溉次數；
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為大田內土壤含水量上限，s2為大田內土壤含水量下限，h為計劃濕潤層深度，c為土壤容重，n為灌溉次數，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冬小麥進行灌溉。
優選的，所述土壤含水量采用稱重法或中子儀檢測。
優選的，所述氣孔導度采用光合儀或者氣孔計檢測。
優選的，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。
優選的，當檢測濕潤微區內以及大田內土壤含水量時，檢測深度為0～1m。
優選的，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、拔節期、孕穗期、抽穗期、花期、灌漿期以及成熟期。
與現有技術相比，本發明的有益效果在于：
本發明的基于根源信號特征的冬小麥節水灌溉方法將非水力根源信號的有關理論與調虧灌溉相結合，建立起能廣泛適用于不同環境條件的、可反應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用的調虧技術體系，對各種環境條件、各品種的作物均具有廣泛的指導作用。
具體實施方式
為了使本領域技術人員更好地理解本發明的技術方案能予以實施，下面結合具體實施例對本發明作進一步說明，但所舉實施例不作為對本發明的限定。
本發明各實施例中所述實驗方法，如無特殊說明，均為常規方法。其中，采用常規作畦漫灌冬小麥時，選取灌溉量相對較大的返青期和花期作為對照，采用本發明方法灌溉冬小麥時，選取灌溉量相對較大的拔節期和花期作為說明。
實施例1
2015年，在河南省獲嘉縣前李村高產示范區內實施本發明的基于根源信號特征的冬小麥節水灌溉方法，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田塊采用常規灌溉，具體為作畦漫灌，b田塊采用本發明的節水灌溉；
在b田塊內不影響b田塊機械化耕作的區域設置面積為1m2的b田塊濕潤微區，且濕潤微區內的耕作條件、土壤肥力條件以及播種量均與b田塊相同；
步驟2，監測b田塊內濕潤微區的土壤含水量，監測到土壤含水量低于田間持水量的70％時，開始向土壤灌溉，使濕潤微區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田塊濕潤微區內作物葉片相比，在新麥23的拔節期開始監測到b田塊大田區內作物在干旱過程中葉片氣孔導度出現顯著下降，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，此時測定b田塊大區內土壤含水量s1為16.91％，并將其作為b田塊內土壤含水量上限；
與b田塊濕潤微區內作物葉片相比，在新麥23的拔節期開始監測到b田塊大區內作物葉片水勢或葉片相對含水量出現顯著下降，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，此時測定b田塊大區內土壤含水量s2為14.72％，并將其作為b田塊大區內土壤含水量下限，此時即為第一次灌溉時間；
(3)第一灌溉完畢后監測b田塊大區內土壤含水量，當監測到b田塊大區內土壤含水量達到14.72％時，說明b田塊大區內土壤含水量下限s2出現，此時即為第二次灌溉時間；在新麥23的拔節期共監測到土壤含水量下限s2出現三次，即出現三次灌溉時間；
同時檢測出新麥23的拔節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田塊大田區內土壤含水量上限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田塊大田區內土壤含水量下限s2出現三次，即出現三次灌溉時間；
步驟5，將步驟3、步驟4中得到的參數帶入下述公式分別計算拔節期和花期b田塊大田區內的灌溉量：
w＝(s1-s2)*h*c*n/ρ
二者之和即為b田塊大田區內總的灌溉量，具體計算結果見表1。
表1實施例1的節水灌溉方法的各項參數
步驟6，按照步驟5中計算出的總灌溉量對b田塊大區內冬小麥進行灌溉。
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采用的方法比常規灌溉方法節水34％，水分利用效率提高10％以上，且新麥23小麥增產12％。此外，常規灌溉后期新麥23出現大面積倒伏，而采用實施例1方法灌溉的小麥后期沒有出現倒伏現象。
實施例2
2016年，在河南省沁陽市廣利灌區試驗站實施本發明的基于根源信號特征的冬小麥節水灌溉方法，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，采用本發明的節水灌溉方法灌溉，b田塊為6畝，采用常規灌溉，具體為作畦漫灌，且兩個田塊內均種植矮抗58；
在a田塊內不影響a田塊機械化耕作的區域設置面積為1.5m2的a田塊濕潤微區，且濕潤微區內的耕作條件、土壤肥力條件以及播種量與a田塊大區相同；
步驟2，監測a田塊內濕潤微區的土壤含水量，監測到土壤含水量低于田間持水量的70％時，開始向土壤灌溉，使濕潤微區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田塊濕潤微區內作物葉片相比，在矮抗58的拔節期開始監測到a田塊大區內作物在干旱過程中葉片氣孔導度出現顯著下降，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，此時測定a田塊大區內土壤含水量s1為16.82％，并將其作為a田塊內土壤含水量上限；
與a田塊濕潤微區內作物葉片相比，在矮抗58的拔節期開始監測到a田塊大區內作物葉片水勢或葉片相對含水量出現顯著下降，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，此時測定a田塊大區內土壤含水量s2為14.43％，并將其作為a田塊大區內土壤含水量下限，此時即為第一次灌溉時間；
(3)第一灌溉完畢后監測a田塊大區內土壤含水量，當監測到a田塊大區內土壤含水量達到14.43％時，說明a田塊大區內土壤含水量下限s2出現，此時即為第二次灌溉時間；在矮抗58的拔節期共監測到土壤含水量下限s2出現三次，即出現三次灌溉時間；
同時檢測出矮抗58的拔節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田塊大區內土壤含水量上限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田塊大田區內土壤含水量下限s2出現三次，即出現三次灌溉時間；
步驟5，將步驟3、步驟4中得到的參數帶入下述公式分別計算拔節期和花期a田塊大田區內的灌溉量：
w＝(s1-s2)*h*c*n/ρ
二者之和即為a田塊大田區內總的灌溉量，具體計算結果見表2。
表2實施例2的節水灌溉方法的各項參數
步驟6，按照步驟5中計算出的總灌溉量對a田塊大區內冬小麥進行灌溉。
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采用的方法比常規灌溉方法節水26％，水分利用效率提高13％以上，且矮抗58小麥增產10％。
需要說明的是，本發明權利要求書中涉及數值范圍時，應理解為每個數值范圍的兩個端點以及兩個端點之間任何一個數值均可選用，由于采用的步驟方法與實施例1～2相同，為了防止贅述，本發明的描述了優選的實施例，但本領域內的技術人員一旦得知了基本創造性概念，則可對這些實施例作出另外的變更和修改。所以，所附權利要求意欲解釋為包括優選實施例以及落入本發明范圍的所有變更和修改。
顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和范圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬于本發明權利要求及其等同技術的范圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。