本發(fā)明屬于作物栽培技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種在冬小麥節(jié)水灌溉的基礎(chǔ)上，依據(jù)冬小麥需肥規(guī)律及水肥耦合關(guān)系，在冬小麥需肥的關(guān)鍵生育時期，隨灌溉水，按一定比例施入氮、磷、鉀等水溶性肥料的技術(shù)。適用于中國黃淮和北部冬麥區(qū)小麥節(jié)水節(jié)肥高產(chǎn)栽培。

(二)技術(shù)背景

黃淮和北部冬麥區(qū)是中國小麥主產(chǎn)區(qū)，冬小麥種植面積占全國小麥種植面積的63％左右，總產(chǎn)占73％左右，對保障國家糧食安全至關(guān)重要。然而該地區(qū)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/m³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；氮肥利用率不足30％，顯著低于發(fā)達(dá)國家水平，浪費嚴(yán)重。另外，隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，農(nóng)村勞動力日益減少，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的勞動力成本增加，目前土地集約的趨勢日益明顯，糧食作物規(guī)?；a(chǎn)與經(jīng)營逐漸取代一家一戶的分散生產(chǎn)與經(jīng)營而成為主要的管理模式；以機(jī)械化、簡約化、一體化管理為特征的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式愈來愈受到重視。如何實現(xiàn)節(jié)水灌溉和水肥一體化、輕簡化管理，減少灌溉水和肥料投入是當(dāng)前亟待解決的技術(shù)難題。

(三)

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種冬小麥水肥一體化節(jié)水節(jié)肥方法。具體操作如下：

1、測定土壤水分及生育期降水量

(1)測定地表下0-20cm和20-40cm土層土壤容重及地表下0-20cm土層土壤持水量。每3～5年測定一次。

(2)測定冬小麥播種時的田間地表下0-20cm和20-40cm土層土壤體積含水量。

(3)通過雨量數(shù)據(jù)采集器或從當(dāng)?shù)貧庀缶?站)，依次獲取冬小麥播種至越冬、越冬至拔節(jié)、拔節(jié)至開花期間的自然降水量。

2、依據(jù)土壤肥力、土壤質(zhì)地、冬小麥目標(biāo)產(chǎn)量確定全生育期肥料用量

(1)常年秸稈還田、土壤速效鉀含量超過120毫克/千克、土壤質(zhì)地為壤土或黏土的地塊，若冬小麥目標(biāo)產(chǎn)量在9000～10500千克/公頃范圍內(nèi)，全生育期施用純氮、五氧化二磷、氧化鉀的量分別為240、120、90～105千克/公頃。

(2)常年秸稈還田、土壤速效鉀含量超過120毫克/千克、土壤質(zhì)地為壤土或黏土的地塊，若冬小麥目標(biāo)產(chǎn)量在7500～8500千克/公頃范圍內(nèi)，全生育期施用純氮、五氧化二磷、氧化鉀的量分別為192、90、45～60千克/公頃。

(3)土壤速效鉀含量低于120毫克/千克、土壤質(zhì)地為壤土或黏土的地塊，若冬小麥目標(biāo)產(chǎn)量在9000～10500千克/公頃范圍內(nèi)，全生育期施用純氮、五氧化二磷、氧化鉀的量分別為240、120、120千克/公頃。

(4)土壤速效鉀含量低于120毫克/千克、土壤質(zhì)地為粉壤土或砂壤土的地塊，若冬小麥目標(biāo)產(chǎn)量在7500～8500千克/公頃范圍內(nèi)，全生育期施用純氮、五氧化二磷、氧化鉀的量分別為192、90、60～90千克/公頃。

(5)土壤速效鉀含量低于120毫克/千克、土壤質(zhì)地為砂土的地塊，若冬小麥目標(biāo)產(chǎn)量在6000～7500千克/公頃范圍內(nèi)，全生育期施用純氮、五氧化二磷、氧化鉀的量分別為150～180、60～90、60～90千克/公頃。

3、播種時先合理使用底肥

(1)常年秸稈還田、土壤速效鉀含量超過120毫克/千克、土壤質(zhì)地為壤土或黏土的地塊，若冬小麥目標(biāo)產(chǎn)量在9000～10500千克/公頃范圍內(nèi)，底施純氮、五氧化二磷和氧化鉀的量占其生育期總施用量的比例(重量比)分別為50％、100％、30％～50％。

(2)常年秸稈還田、土壤速效鉀含量超過120毫克/千克、土壤質(zhì)地為壤土或黏土的地塊，若冬小麥目標(biāo)產(chǎn)量在7500～8500千克/公頃范圍內(nèi)，底施純氮、五氧化二磷和氧化鉀的量占其生育期總施用量的比例(重量比)分別為50％、100％、0～50％。

(3)土壤速效鉀含量低于120毫克/千克、土壤質(zhì)地為壤土或黏土的地塊，若冬小麥目標(biāo)產(chǎn)量在9000～10500千克/公頃范圍內(nèi)，底施純氮、五氧化二磷和氧化鉀的量占其生育期總施用量的比例(重量比)分別為50％、100％、50％。

(4)土壤速效鉀含量低于120毫克/千克、土壤質(zhì)地為粉壤土的地塊，若冬小麥目標(biāo)產(chǎn)量在7500～8500千克/公頃范圍內(nèi)，底施純氮、五氧化二磷和氧化鉀的量占其生育期總施用量的比例(重量比)分別為50％、100％、100％。

(5)土壤速效鉀含量低于120毫克/千克、土壤質(zhì)地為砂壤土的地塊，若冬小麥目標(biāo)產(chǎn)量在7500～8500千克/公頃范圍內(nèi)，底施純氮、五氧化二磷和氧化鉀的量占其生育期總施用量的比例(重量比)分別為50％、100％、50％。

(6)土壤速效鉀含量低于120毫克/千克、土壤質(zhì)地為砂土的地塊，若冬小麥目標(biāo)產(chǎn)量在6000～7500千克/公頃范圍內(nèi)，底施純氮、五氧化二磷和氧化鉀的量占其生育期總施用量的比例(重量比)分別為50％、50％、50％。

4、拔節(jié)期隨水施肥，水肥耦合一體化管理

(1)拔節(jié)期按需補灌，具體操作步驟如下：

①用公式(1)計算出冬小麥播種至拔節(jié)期間的自然主效供水指數(shù)。

WI_y1＝S_0-100×0.5+P₁×0.05+P₂×0.1 (1)

公式(1)中，WI_y1為冬小麥播種至拔節(jié)期間的自然主效供水指數(shù)；S_0-100為地表下0-100cm土層土壤貯水量，單位為mm，可利用步驟1)中測定的土壤容重、土壤持水量、播種期土壤體積含水量計算得出；P₁為播種至越冬期的總降水量，單位為mm；P₂為越冬至拔節(jié)期的總降水量，單位為mm。

②用公式(2)計算出冬小麥播種至拔節(jié)期間的總需補灌水量。

SI_y1＝47.0128+1.9326WI_y1-0.0124WI_y1² (2)

公式(2)中，SI_y1為冬小麥播種至拔節(jié)期間的總需補灌水量，單位為mm；WI_y1為冬小麥播種至拔節(jié)期間的自然主效供水指數(shù)。

③用公式(3)計算出冬小麥拔節(jié)期需補灌水量。

I_y1＝SI_y1-I_a1 (3)

公式(3)中，SI_y1為冬小麥播種至拔節(jié)期間的總需補灌水量，單位為mm；I_a1為冬小麥拔節(jié)期之前已補灌水量，單位為mm。冬小麥拔節(jié)期之前一般于播種期和越冬期灌溉，播種期和越冬期的灌水量通過現(xiàn)有的冬小麥按需補灌技術(shù)確定。

(2)依據(jù)土壤肥力、土壤質(zhì)地和冬小麥目標(biāo)產(chǎn)量確定施肥量，使用現(xiàn)有的水肥一體化灌溉設(shè)施，隨灌溉水施肥。具體如下：

①常年秸稈還田、土壤速效鉀含量超過120毫克/千克、土壤質(zhì)地為壤土或黏土的地塊，若冬小麥目標(biāo)產(chǎn)量在9000～10500千克/公頃范圍內(nèi)，拔節(jié)期灌水時將底肥施用后剩余的氮肥和鉀肥隨灌溉水施入田間。

②常年秸稈還田、土壤速效鉀含量超過120毫克/千克、土壤質(zhì)地為壤土或黏土的地塊，若冬小麥目標(biāo)產(chǎn)量在7500～8500千克/公頃范圍內(nèi)，拔節(jié)期灌水時將底肥施用后剩余的氮肥和鉀肥隨灌溉水施入田間。

③土壤速效鉀含量低于120毫克/千克、土壤質(zhì)地為壤土或黏土的地塊，若冬小麥目標(biāo)產(chǎn)量在9000～10500千克/公頃范圍內(nèi)，拔節(jié)期灌水時將底肥施用后剩余的氮肥和鉀肥隨灌溉水施入田間。

④土壤速效鉀含量低于120毫克/千克、土壤質(zhì)地為粉壤土的地塊，若冬小麥目標(biāo)產(chǎn)量在7500～8500千克/公頃范圍內(nèi)，拔節(jié)期灌水時將底肥施用后剩余的氮肥隨灌溉水施入田間。

⑤土壤速效鉀含量低于120毫克/千克、土壤質(zhì)地為砂壤土的地塊，若冬小麥目標(biāo)產(chǎn)量在7500～8500千克/公頃范圍內(nèi)，拔節(jié)期灌水時，隨灌溉水施純氮和氧化鉀的量占其生育期總施用量的比例(重量比)分別為30％和50％。

⑥土壤速效鉀含量低于120毫克/千克、土壤質(zhì)地為砂土的地塊，若冬小麥目標(biāo)產(chǎn)量在6000～7500千克/公頃范圍內(nèi)，拔節(jié)期灌水時，隨灌溉水施純氮、五氧化二磷和氧化鉀的量占其生育期總施用量的比例(重量比)分別為30％、50％、30％。

5、開花期隨水施肥，水肥耦合一體化管理：

(1)開花期按需補灌，具體操作步驟如下：

①用公式(4)計算出冬小麥播種至開花期間的自然主效供水指數(shù)。

W_y2＝S_0-100×0.5+P₁×0.05+P₂×0.1+P₃×0.2 (4)

公式(4)中，W_y2為冬小麥播種至開花期間的自然主效供水指數(shù)；S_0-100為地表下0-100cm土層土壤貯水量，單位為mm，可利用步驟1)中測定土壤容重、土壤持水量、播種期土壤體積含水量數(shù)據(jù)計算得出；P₁為播種至越冬期的總降水量，單位為mm；P₂為越冬至拔節(jié)期的總降水量，單位為mm；P₃為拔節(jié)至開花期的總降水量，單位為mm。

②用公式(5)計算出冬小麥播種至開花期間的總需補灌水量。

I_ty2＝185.3022+0.9539W_y2-0.0096W_y2² (5)

公式(5)中，I_ty2為冬小麥播種至開花期間的總需補灌水量，單位為mm；W_y2為冬小麥播種至開花期間的自然主效供水指數(shù)。

③用公式(6)計算出冬小麥開花期需補灌水量。

I_y2＝I_ty2-I_a2 (6)

公式(6)中，I_ty2為冬小麥播種至開花期間的總需補灌水量，單位為mm；I_a2為冬小麥開花期之前已補灌水量，單位為mm。冬小麥開花期之前一般于播種期、越冬期、拔節(jié)期灌溉，播種期和越冬期灌水量通過現(xiàn)有的冬小麥按需補灌技術(shù)確定，拔節(jié)期灌水量利用步驟4)中公式(1)、(2)、(3)計算得出。

(2)依據(jù)土壤肥力、土壤質(zhì)地和冬小麥目標(biāo)產(chǎn)量確定施肥量，使用現(xiàn)有的水肥一體化灌溉設(shè)施，隨灌溉水施肥。具體如下：

①土壤速效鉀含量低于120毫克/千克、土壤質(zhì)地為砂壤土的地塊，若冬小麥目標(biāo)產(chǎn)量在7500～8500千克/公頃范圍內(nèi)，開花期灌水時，隨灌溉水施純氮的量占其生育期總施用量的比例(重量比)為20％。

②土壤速效鉀含量低于120毫克/千克、土壤質(zhì)地為砂土的地塊，若冬小麥目標(biāo)產(chǎn)量在6000～7500千克/公頃范圍內(nèi)，開花期灌水時，隨灌溉水施純氮和氧化鉀的量占其生育期總施用量的比例(重量比)均為20％。

本發(fā)明具有以下有益效果：

1、本發(fā)明將冬小麥生產(chǎn)中的水分管理環(huán)節(jié)與追肥環(huán)節(jié)結(jié)合在一起，進(jìn)行隨灌溉水施肥，不僅簡化了農(nóng)藝操作步驟，而且通過水肥耦合，促進(jìn)作物對水分和養(yǎng)分的吸收利用，顯著提高產(chǎn)量和水肥利用效率。

2、本發(fā)明根據(jù)土壤速效鉀含量和目標(biāo)產(chǎn)量水平的高低，確定鉀肥的合理施用量及底施鉀肥與追施鉀肥的比例，在高鉀高產(chǎn)地塊，通過降低全生育期總施鉀量，同時減少底施鉀肥比例，增加追施鉀肥比例，保障冬小麥需鉀高峰期的供鉀強度，達(dá)到確保高產(chǎn)、減少投入，提高鉀肥利用率的目的。

3、本發(fā)明根據(jù)當(dāng)前麥田土壤供肥特點和冬小麥需肥規(guī)律，在降低氮肥和磷肥施用量的同時，以降低鉀肥用量、減底增追優(yōu)化供鉀結(jié)構(gòu)為核心技術(shù)，有機(jī)融合按需補灌和水肥一體化技術(shù)，各單項技術(shù)集成的綜合效應(yīng)極其顯著，是一項重要的集成創(chuàng)新成果。

4、本發(fā)明綜合考慮了土壤肥力、土壤質(zhì)地和目標(biāo)產(chǎn)量等因素，針對性和適應(yīng)性強，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)馬莊鎮(zhèn)大寺村大田進(jìn)行，種植冬小麥高產(chǎn)品種山農(nóng)29。試驗田地表下0-20cm土層土壤含有機(jī)質(zhì)14.8g kg^-1、全氮1.2g kg^-1，含堿解氮、有效磷、速效鉀分別為113.8、46.1和126.7mg kg^-1。土壤質(zhì)地為粉壤土。常年采用冬小麥-夏玉米一年兩熟的種植模式，冬小麥、夏玉米秸稈均全量粉碎還田。

2014年10月9日播種冬小麥。采用冬小麥水肥一體化節(jié)水節(jié)肥方法操作如下：

1、測定土壤水分及生育期降水量

(1)播種時測定麥田地表下0-20和20-40cm土層土壤容重分別為1.26和1.38g cm^-3；地表下0-20cm土層土壤持水量為29.4％；地表下0-20和20-40cm土層土壤體積含水量分別為25.2％和27.9％。

(2)通過雨量數(shù)據(jù)采集器，依次獲取冬小麥播種至越冬、越冬至拔節(jié)、拔節(jié)至開花期間的自然降水量分別為24.1、60.8、30.3mm。

2、依據(jù)土壤肥力、土壤質(zhì)地、冬小麥目標(biāo)產(chǎn)量確定全生育期肥料用量

本實施例試驗田常年秸稈還田，地表下0-20cm土層土壤速效鉀含量超過120毫克/千克，冬小麥目標(biāo)產(chǎn)量為10000千克/公頃，全生育期施用純氮、五氧化二磷、氧化鉀的量分別為240、120、90千克/公頃。

3、播種時合理使用底肥

本實施例試驗田常年秸稈還田，地表下0-20cm土層土壤速效鉀含量超過120毫克/千克，目標(biāo)產(chǎn)量為10000千克/公頃，底施純氮、五氧化二磷和氧化鉀的量占其全生育期總施用量的比例(重量比)分別為50％、100％、30％，即底施純氮、五氧化二磷和氧化鉀的量分別為120、120、27千克/公頃。

4、拔節(jié)期隨水施肥，水肥耦合一體化管理

(1)拔節(jié)期按需補灌，具體操作步驟如下：

①用公式(1)計算出冬小麥播種至拔節(jié)期間的自然主效供水指數(shù)。

WI_y1＝S_0-100×0.5+P₁×0.05+P₂×0.1＝323.7122×0.5+24.1×0.05+60.8×0.1＝169.1411

公式(1)中，S_0-100為地表下0-100cm土層土壤貯水量，單位為mm。利用步驟1)中測定的土壤容重、土壤持水量、土壤體積含水量數(shù)據(jù)計算S_0-100：

Ⅰ、用公式θ_m-0-20＝θ_v-0-20/ρb_0-20，將冬小麥播種時測得的地表下0-20cm土層土壤體積含水量換算為質(zhì)量含水量。公式中，θ_m-0-20為地表下0-20cm土層土壤質(zhì)量含水量，單位為％；θ_v-0-20為地表下0-20cm土層土壤體積含水量，單位為％；ρb_0-20為地表下0-20cm土層土壤容重，單位為g cm^-3。

θ_m-0-20＝25.2/1.26＝20％

Ⅱ、用公式θ_m-20-40＝θ_v-20-40/ρb_20-40，將冬小麥播種時測得的地表下20-40cm土層土壤體積含水量換算為質(zhì)量含水量。公式中，θ_m-20-40為地表下20-40cm土層土壤質(zhì)量含水量，單位為％；θ_v-20-40為地表下20-40cm土層土壤體積含水量，單位為％；ρb_20-40為地表下20-40cm土層土壤容重，單位為g cm^-3。

θ_m-20-40＝27.9/1.38＝20.2174％

Ⅲ、用公式θ_m-0-40＝(θ_m-0-20+θ_m-20-40)/2，計算出冬小麥播種時地表下0-40cm土層土壤平均質(zhì)量含水量。公式中，θ_m-0-40為地表下0-40cm土層土壤平均質(zhì)量含水量，單位為％；θ_m-0-20為地表下0-20cm土層土壤質(zhì)量含水量，單位為％；θ_m-20-40為地表下20-40cm土層土壤質(zhì)量含水量，單位為％。

θ_m-0-40＝(θ_m-0-20+θ_m-20-40)/2＝(20+20.2174)/2＝20.1087％

Ⅳ、用公式S_0-100＝87.8291+11.7304θ_m-0-40，計算出冬小麥播種時地表下0-100cm土層土壤貯水量。公式中，S_0-100為地表下0-100cm土層土壤貯水量，單位為mm；θ_m-0-40為地表下0-40cm土層土壤平均質(zhì)量含水量，單位為％。

S_0-100＝87.8291+11.7304θ_m-0-40＝87.8291+11.7304×20.1087＝323.7122mm

②用公式(2)計算出冬小麥播種至拔節(jié)期間的總需補灌水量。

SI_y1＝47.0128+1.9326WI_y1-0.0124WI_y1²＝47.0128+1.9326×169.1411-0.0124×169.1411²＝19.1469mm

③用公式(3)計算出冬小麥拔節(jié)期需補灌水量。

I_y1＝SI_y1-I_a1＝19.1469-0＝19.1mm

公式(3)中，I_a1為冬小麥拔節(jié)期之前已補灌水量，單位為mm。冬小麥拔節(jié)期之前一般于播種期和越冬期灌溉，灌水量通過現(xiàn)有的冬小麥按需補灌技術(shù)確定。具體步驟如下：

Ⅰ、用公式θ_r-0-20＝θ_m-0-20×100/FC_0-20，計算出冬小麥播種時地表下0-20cm土層土壤相對含水量。公式中，θ_r-0-20為地表下0-20cm土層土壤相對含水量，單位為％；θ_m-0-20為地表下0-20cm土層土壤質(zhì)量含水量，單位為％；FC_0-20為地表下0-20cm土層土壤持水量，單位為％。

θ_r-0-20＝20×100/29.4＝68.0％

Ⅱ、依據(jù)θ_r-0-20數(shù)值的大小，判斷是否需要在播種后補灌保苗水：當(dāng)θ_r-0-20＞60％時，無需補灌。當(dāng)θ_r-0-20≤60％時，用公式I_s＝2×ρb_0-20×(FC_0-20-θ_m-0-20)計算保苗水補灌量。保苗水補灌量I_s最多不超過60mm。

本實施例θ_r-0-20＝68.0％＞60％，所以播種期補灌水量為0mm。

Ⅲ、用公式S_0-40＝-5.1958+6.3466θ_m-0-40，計算出冬小麥播種時地表下0-40cm土層土壤貯水量。公式中，S_0-40為地表下0-40cm土層土壤貯水量，單位為mm；θ_m-0-40為地表下0-40cm土層土壤平均質(zhì)量含水量，單位為％。

S_0-40＝-5.1958+6.3466θ_m-0-40＝-5.1958+6.3466×20.1087＝122.4261mm

Ⅳ、用公式W_ps＝S_0-40+P₁+I_a，計算出冬小麥播種至越冬期間的根層主效供水量。公式中，W_ps為冬小麥播種至越冬期間的根層主效供水量，單位為mm；S_0-40為地表下0-40cm土層土壤貯水量，單位為mm；P₁為播種至越冬期的總降水量，單位為mm；I_a為冬小麥播種期補灌水量，單位為mm。

W_ps＝S_0-40+P₁+I_a＝122.4261+24.1+0＝146.5261mm

Ⅴ、依據(jù)W_ps數(shù)值的大小，判斷越冬期是否需要補灌：當(dāng)W_ps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)W_ps值低于130mm，且二者的差值大于等于5mm時，則用公式I_ps＝130-W_ps計算越冬期補灌量；越冬期補灌量I_ps最多不超過60mm。

本實施例W_ps＝146.5261mm＞130mm，所以越冬期補灌水量為0mm。

(2)依據(jù)土壤肥力、土壤質(zhì)地和冬小麥目標(biāo)產(chǎn)量確定施肥量，使用現(xiàn)有的水肥一體化灌溉設(shè)施，隨灌溉水施肥。具體如下：

本實施例試驗田常年秸稈還田，地表下0-20cm土層土壤速效鉀含量超過120毫克/千克、土壤質(zhì)地為壤土，目標(biāo)產(chǎn)量為10000千克/公頃，拔節(jié)期灌水時將底肥施用后剩余的氮肥和鉀肥隨灌溉水施入田間。拔節(jié)期施純氮和氧化鉀的量分別為120和63千克/公頃。氮肥和鉀肥分別使用尿素(含氮量為46％)和氯化鉀(含氧化鉀量為60％)。

進(jìn)行水肥一體化操作時，采用現(xiàn)有微噴帶(如專利號為201220356553.7的小麥專用微噴帶)和現(xiàn)有智能管理系統(tǒng)(如專利號為201610387766.9的水肥一體化遠(yuǎn)程控制和智能管理系統(tǒng))進(jìn)行精量灌溉、溶肥和注肥。

5、開花期隨水施肥，水肥耦合一體化管理

(1)開花期按需補灌，具體操作步驟如下：

①用公式(4)計算出冬小麥播種至開花期間的自然主效供水指數(shù)。

W_y2＝S_0-100×0.5+P₁×0.05+P₂×0.1+P₃×0.2＝323.7122×0.5+24.1×0.05+60.8×0.1+30.3×0.2＝175.2011

②用公式(5)計算出冬小麥播種至開花期間的總需補灌水量。

I_ty2＝185.3022+0.9539W_y2-0.0096W_y2²＝185.3022+0.9539×175.2011-0.0096×175.2011²＝57.7505mm

③用公式(6)計算出冬小麥開花期需補灌水量。冬小麥開花期之前，播種期和越冬期灌水量均為0mm，拔節(jié)期灌水量為19.1mm，所以冬小麥開花期之前已補灌水量I_a2＝19.1mm。則I_y2＝I_ty2-I_a2＝57.7505-19.1＝38.7mm

本實施例開花期補灌水量為38.7mm。

(2)依據(jù)土壤肥力、土壤質(zhì)地和冬小麥目標(biāo)產(chǎn)量確定施肥量，使用現(xiàn)有的水肥一體化灌溉設(shè)施，隨灌溉水施肥。具體如下：

本實施例試驗田常年秸稈還田，地表下0-20cm土層土壤速效鉀含量超過120毫克/千克、土壤質(zhì)地為壤土，目標(biāo)產(chǎn)量為10000千克/公頃，拔節(jié)期灌水時已將底肥施用后剩余的氮肥和鉀肥隨灌溉水施入田間，所以開花期無需施肥，僅采用現(xiàn)有微噴帶(如專利號為201220356553.7的小麥專用微噴帶)和現(xiàn)有智能管理系統(tǒng)(如專利號為201610387766.9的水肥一體化遠(yuǎn)程控制和智能管理系統(tǒng))進(jìn)行精量灌溉。

6、實施效果

如表1所示，本實施例冬小麥水肥一體化節(jié)水節(jié)肥方法與傳統(tǒng)定額灌溉施肥相比，產(chǎn)量無顯著變化，但全生育期施用純氮、五氧化二磷、氧化鉀的量均減少了30千克，全生育期總灌水量減少了62.2mm，節(jié)約用肥11.1％～25％，節(jié)水51.8％。

表1本發(fā)明實施例水肥一體化與傳統(tǒng)定額灌溉施肥處理全生育期施肥量、灌水量和產(chǎn)量對比

實施例2

試驗在山東省岱岳區(qū)道朗鎮(zhèn)玄莊村砂壤土地塊上進(jìn)行，種植冬小麥高產(chǎn)品種濟(jì)麥22。試驗田0-100cm土層土壤粘粒、砂粒和粉粒含量分別為7.1％、60.8％、32.1％。0-20cm土層土壤含有機(jī)質(zhì)13.25g kg^-1、全氮0.70g kg^-1，含堿解氮、有效磷、速效鉀分別為88.55、43.21和70.77mg kg^-1。

2014年10月6日播種小麥。采用冬小麥水肥一體化節(jié)水節(jié)肥方法操作如下：

1、測定土壤水分及生育期降水量

(1)播種時測定麥田地表下0-20和20-40cm土層土壤容重分別為1.41和1.48g cm^-3；地表下0-20cm土層土壤持水量為21.9％；地表下0-20和20-40cm土層土壤體積含水量分別為21.8％和16.4％。

(2)從當(dāng)?shù)貧庀蟛块T獲取降水量，冬小麥播種至越冬、越冬至拔節(jié)、拔節(jié)至開花期間的自然降水量分別為20.3、72.9、24.5mm。

2、依據(jù)土壤肥力、土壤質(zhì)地、冬小麥目標(biāo)產(chǎn)量確定全生育期肥料用量

本實施例試驗田土壤速效鉀含量低于120毫克/千克、土壤質(zhì)地為砂壤土，冬小麥目標(biāo)產(chǎn)量為8000千克/公頃，全生育期施用純氮、五氧化二磷、氧化鉀的量分別為192、90、90千克/公頃。

3、播種時合理使用底肥

本實施例試驗田土壤速效鉀含量低于120毫克/千克、土壤質(zhì)地為砂壤土，冬小麥目標(biāo)產(chǎn)量為8000千克/公頃，底施純氮、五氧化二磷和氧化鉀的量占其生育期總施用量的比例(重量比)分別為50％、100％、50％，即底施純氮、五氧化二磷和氧化鉀的量分別為96、90、45千克/公頃。

4、拔節(jié)期隨水施肥，水肥耦合一體化管理

(1)拔節(jié)期按需補灌，具體操作步驟如下：

①用公式(1)計算出冬小麥播種至拔節(jié)期間的自然主效供水指數(shù)。

WI_y1＝S_0-100×0.5+P₁×0.05+P₂×0.1＝243.5044×0.5+20.3×0.05+72.9×0.1＝130.0572

公式(1)中，S_0-100為地表下0-100cm土層土壤貯水量，單位為mm。利用步驟1)中測定的土壤容重、土壤持水量、土壤體積含水量數(shù)據(jù)計算S_0-100：

Ⅰ、用公式θ_m-0-20＝θ_v-0-20/ρb_0-20，將冬小麥播種時測得的地表下0-20cm土層土壤體積含水量換算為質(zhì)量含水量。公式中，θ_m-0-20為地表下0-20cm土層土壤質(zhì)量含水量，單位為％；θ_v-0-20為地表下0-20cm土層土壤體積含水量，單位為％；ρb_0-20為地表下0-20cm土層土壤容重，單位為g cm^-3。

θ_m-0-20＝21.8/1.41＝15.4610％

Ⅱ、用公式θ_m-20-40＝θ_v-20-40/ρb_20-40，將冬小麥播種時測得的地表下20-40cm土層土壤體積含水量換算為質(zhì)量含水量。公式中，θ_m-20-40為地表下20-40cm土層土壤質(zhì)量含水量，單位為％；θ_v-20-40為地表下20-40cm土層土壤體積含水量，單位為％；ρb_20-40為地表下20-40cm土層土壤容重，單位為g cm^-3。

θ_m-20-40＝16.4/1.48＝11.0811％

Ⅲ、用公式θ_m-0-40＝(θ_m-0-20+θ_m-20-40)/2，計算出冬小麥播種時地表下0-40cm土層土壤平均質(zhì)量含水量。公式中，θ_m-0-40為地表下0-40cm土層土壤平均質(zhì)量含水量，單位為％；θ_m-0-20為地表下0-20cm土層土壤質(zhì)量含水量，單位為％；θ_m-20-40為地表下20-40cm土層土壤質(zhì)量含水量，單位為％。

θ_m-0-40＝(θ_m-0-20+θ_m-20-40)/2＝(15.4610+11.0811)/2＝13.2711％

Ⅳ、用公式S_0-100＝87.8291+11.7304θ_m-0-40，計算出冬小麥播種時地表下0-100cm土層土壤貯水量。公式中，S_0-100為地表下0-100cm土層土壤貯水量，單位為mm；θ_m-0-40為地表下0-40cm土層土壤平均質(zhì)量含水量，單位為％。

S_0-100＝87.8291+11.7304θ_m-0-40＝87.8291+11.7304×13.2711＝243.5044mm

②用公式(2)計算出冬小麥播種至拔節(jié)期間的總需補灌水量。

SI_y1＝47.0128+1.9326WI_y1-0.0124WI_y1²＝47.0128+1.9326×130.0572-0.0124×130.0572²＝88.6169mm

③用公式(3)計算出冬小麥拔節(jié)期需補灌水量。本實施例冬小麥拔節(jié)期之前，播種期和越冬期灌水量分別為0和30.7mm，所以冬小麥拔節(jié)期之前已補灌水量I_a1＝30.7mm。

則冬小麥拔節(jié)期需補灌水量I_y1＝SI_y1-I_a1＝88.6169-30.7＝57.9mm

所以本實施例拔節(jié)期補灌水量為57.9mm。

冬小麥播種期和越冬期灌水量通過現(xiàn)有的冬小麥按需補灌技術(shù)確定。具體步驟如下：

Ⅰ、用公式θ_r-0-20＝θ_m-0-20×100/FC_0-20，計算出冬小麥播種時地表下0-20cm土層土壤相對含水量。公式中，θ_r-0-20為地表下0-20cm土層土壤相對含水量，單位為％；θ_m-0-20為地表下0-20cm土層土壤質(zhì)量含水量，單位為％；FC_0-20為地表下0-20cm土層土壤持水量，單位為％。

θ_r-0-20＝15.4610×100/21.9＝70.5982％

Ⅱ、依據(jù)θ_r-0-20數(shù)值的大小，判斷是否需要在播種后補灌保苗水：當(dāng)θ_r-0-20＞60％時，無需補灌。當(dāng)θ_r-0-20≤60％時，用公式I_s＝2×ρb_0-20×(FC_0-20-θ_m-0-20)計算保苗水補灌量。保苗水補灌量I_s最多不超過60mm。

本實施例θ_r-0-20＝70.5982％＞60％，所以播種期補灌水量為0mm。

Ⅲ、用公式S_0-40＝-5.1958+6.3466θ_m-0-40，計算出冬小麥播種時地表下0-40cm土層土壤貯水量。公式中，S_0-40為地表下0-40cm土層土壤貯水量，單位為mm；θ_m-0-40為地表下0-40cm土層土壤平均質(zhì)量含水量，單位為％。

S_0-40＝-5.1958+6.3466θ_m-0-40＝-5.1958+6.3466×13.2711＝79.0306mm

Ⅳ、用公式W_ps＝S_0-40+P₁+I_a，計算出冬小麥播種至越冬期間的根層主效供水量。公式中，W_ps為冬小麥播種至越冬期間的根層主效供水量，單位為mm；S_0-40為地表下0-40cm土層土壤貯水量，單位為mm；P₁為播種至越冬期的總降水量，單位為mm；I_a為冬小麥播種期補灌水量，單位為mm。

W_ps＝S_0-40+P₁+I_a＝79.0306+20.3+0＝99.3306mm

Ⅴ、依據(jù)W_ps數(shù)值的大小，判斷越冬期是否需要補灌：當(dāng)W_ps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)W_ps值低于130mm，且二者的差值大于等于5mm時，則用公式I_ps＝130-W_ps計算越冬期補灌量；越冬期補灌量I_ps最多不超過60mm。

本實施例W_ps＝99.3306mm＜130mm，則I_ps＝130-W_ps＝130-99.3306＝30.6694mm。所以越冬期補灌水量為30.7mm。

(2)依據(jù)土壤肥力、冬小麥目標(biāo)產(chǎn)量和土壤質(zhì)地確定施肥量，使用現(xiàn)有的水肥一體化灌溉設(shè)施，隨灌溉水施肥。具體如下：

本實施例試驗田土壤速效鉀含量低于120毫克/千克、土壤質(zhì)地為砂壤土，冬小麥目標(biāo)產(chǎn)量為8000千克/公頃，拔節(jié)期灌水時，隨灌溉水施純氮和氧化鉀的量占其生育期總施用量的比例(重量比)分別為30％和50％，即施純氮和氧化鉀的量分別為57.6和45千克/公頃。氮肥和鉀肥分別使用尿素(含氮量為46％)和氯化鉀(含氧化鉀量為60％)。

進(jìn)行水肥一體化操作時，采用現(xiàn)有微噴帶(如專利號為201220356553.7的小麥專用微噴帶)和現(xiàn)有智能管理系統(tǒng)(如專利號為201610387766.9的水肥一體化遠(yuǎn)程控制和智能管理系統(tǒng))進(jìn)行精量灌溉、溶肥和注肥。

5、開花期隨水施肥，水肥耦合一體化管理

(1)開花期按需補灌，具體操作步驟如下：

①用公式(4)計算出冬小麥播種至開花期間的自然主效供水指數(shù)。

W_y2＝S_0-100×0.5+P₁×0.05+P₂×0.1+P₃×0.2＝243.5044×0.5+20.3×0.05+72.9×0.1+24.5×0.2＝134.9572

②用公式(5)計算出冬小麥播種至開花期間的總需補灌水量。

I_ty2＝185.3022+0.9539W_y2-0.0096W_y2²＝185.3022+0.9539×134.9572-0.0096×134.9572²＝139.1888mm

③用公式(6)計算出冬小麥開花期需補灌水量。冬小麥開花期之前，播種期和越冬期灌水量分別為0和30.7mm，拔節(jié)期灌水量為57.9mm，所以冬小麥開花期之前已補灌水量I_a2＝0+30.7+57.9＝88.6mm。則I_y2＝I_ty2-I_a2＝139.1888-88.6＝50.6mm

本實施例開花期補灌水量為50.6mm。

(2)依據(jù)土壤肥力、冬小麥目標(biāo)產(chǎn)量和土壤質(zhì)地確定施肥量，使用現(xiàn)有的水肥一體化灌溉設(shè)施，隨灌溉水施肥。具體如下：

本實施例試驗田土壤速效鉀含量低于120毫克/千克、土壤質(zhì)地為砂壤土，冬小麥目標(biāo)產(chǎn)量為8000千克/公頃，開花期灌水時，隨灌溉水施純氮的量占其生育期總施用量的比例(重量比)為20％，即施純氮的量為38.4千克/公頃。氮肥使用尿素(含氮量為46％)。

進(jìn)行水肥一體化操作時，采用現(xiàn)有微噴帶(如專利號為201220356553.7的小麥專用微噴帶)和現(xiàn)有智能管理系統(tǒng)(如專利號為201610387766.9的水肥一體化遠(yuǎn)程控制和智能管理系統(tǒng))進(jìn)行精量灌溉、溶肥和注肥。

6、實施效果

如表2所示，本實施例冬小麥水肥一體化節(jié)水節(jié)肥方法與傳統(tǒng)定額灌溉施肥相比，產(chǎn)量無顯著變化，但全生育期施用純氮、五氧化二磷、氧化鉀的量分別減少了48、30和30千克，全生育期總灌水量減少了100.8mm，節(jié)約用肥20％～25％，節(jié)水42％。

表2本發(fā)明實施例水肥一體化與傳統(tǒng)定額灌溉施肥處理全生育期施肥量、灌水量和產(chǎn)量對比