本发明属于农业节水技术领域，具体涉及一种基于根源信号特征的冬小麦节水灌溉方法。
背景技术：
水资源短缺是21世纪中国农业所面临的重大挑战和最大的生态问题，如何合理利用有限的水资源，减少灌溉用水，提高水分利用效率，对于缓解中国水资源供需矛盾和保证农业的持续发展具有重要意义。
调亏灌溉是一种基于植物对干旱的适应性反应特性发展起来的灌溉技术，其显著的节水效果和增产效应都较传统灌溉技术更上了一个台阶，但从国内外一些相关研究报道来看，这一技术应用于果、蔬方面较多。近年来，许多学者对小麦、玉米等大田作物的调亏灌溉进行了尝试性研究，从应用效果来看，调亏灌溉不仅没有造成作物减产，还提高了水分利用效率，达到了节水增效的目的。一般来说，作物在发生水分亏缺时，会逐渐形成一套适应机制以应付一定程度的水分胁迫，这些适应机制包括植物在水分胁迫时的各种生理生化响应。但在水分亏缺时，影响作物生理生化响应的还有其他因素，比如土壤养分，并且水分和养分对作物的作用不是孤立的，而是相互作用，相互制约的。研究表明施肥能提高作物对干旱的忍受能力，从而提高作物产量。但是，也有人认为在土壤水分有限条件下增施氮肥可能会使作物水分胁迫加重，对产量造成不利的影响。对冬小麦研究表明，施肥和水分亏缺对生产的影响，既取决于土壤干旱程度，也与施肥量有关。在干旱条件下适量施氮可显著提高小麦的产量，但随施氮量的增加，氮营养增强了作物对干旱的敏感性，作物生长发育受到抑制，并最终影响产量。因此，在生产实践中，实施调亏灌溉时，只有将水分调亏与土壤肥力相结合，才可有助于作物产量的提高，如不考虑肥力条件而盲目进行调亏灌溉则是有风险的。但已有关于调亏灌溉的研究成果多是来源于特定的土壤环境条件(如肥力)条件，还不能对不同土壤环境的作物调亏灌溉起到广泛的指导作用。因此，有必要寻找一种能在不同土壤肥力或不同施肥条件下作物调亏灌溉技术，以加强该项节水技术的安全性、实践性与有效性。
技术实现要素：
本发明提供了一种基于根源信号特征的冬小麦节水灌溉方法，解决了现有技术中作物调亏灌溉技术主要集中在特定环境条件下某一作物适宜的调亏阶段以及调亏程度等方面，对于不同的环境条件、不同品种的作物还缺乏广泛指导作用的问题。
本发明提供了一种基于根源信号特征的冬小麦节水灌溉方法，包括以下步骤：
步骤1，在大田内不影响大田机械化耕作的区域设置面积为0.8～1.5m2的湿润微区，且湿润微区内的耕作条件、土壤肥力条件以及播种量与大田相同；
步骤2，监测湿润微区内土壤含水量，当监测到土壤含水量低于田间持水量的70％时，开始向土壤灌溉，使湿润微区的土壤含水量始终保持在田间持水量的70～75％之间；
步骤3，在冬小麦的各生育阶段，以湿润微区为对照，监测湿润微区内和大田内作物叶片的气孔导度以及叶片水分状况的变化；
与湿润微区内作物叶片相比，当开始监测到大田作物在干旱过程中叶片气孔导度出现显著下降，即采用t检验法，p<0.05，而叶片水分状况没有显著变化，即采用t检验法，p≥0.05时，说明非水力根源信号出现，此时测定大田内土壤含水量，并将其作为大田内土壤含水量上限；
与湿润微区内作物叶片相比，当开始监测到大田作物叶片水分状况出现显著下降，即采用t检验法，p<0.05时，说明非水力根源信号消失，水力信号出现，此时测定大田内土壤含水量，并将其作为大田内土壤含水量下限，此时即为第一次灌溉时间；
步骤4，以步骤3中得到的大田内土壤含水量下限值为参照值，继续监测大田内土壤含水量，当大田内土壤含水量再次达到该参照值时，即为再次灌溉时间；记录冬小麦各生育阶段大田内土壤含水量达到参照值的次数，该次数即为灌溉次数；
步骤5，按照下述公式计算大田灌溉量：
w＝(s1-s2)*h*c*n/ρ
其中，w为大田灌溉量，s1为大田内土壤含水量上限，s2为大田内土壤含水量下限，h为计划湿润层深度，c为土壤容重，n为灌溉次数，ρ为水的密度；
步骤6，按照步骤5中计算出的灌溉量对大田内冬小麦进行灌溉。
优选的，所述土壤含水量采用称重法或中子仪检测。
优选的，所述气孔导度采用光合仪或者气孔计检测。
优选的，所述叶片水分状况指的是叶片相对含水量或叶片水势。
优选的，所述叶片相对含水量采用称重法检测，所述叶片水势采用水势仪检测。
优选的，当检测湿润微区内以及大田内土壤含水量时，检测深度为0～1m。
优选的，步骤3中所述冬小麦的各生育阶段包括出苗期、三叶期、分蘖期、越冬期、返青期、起身期、拔节期、孕穗期、抽穗期、花期、灌浆期以及成熟期。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明的基于根源信号特征的冬小麦节水灌溉方法将非水力根源信号的有关理论与调亏灌溉相结合，建立起能广泛适用于不同环境条件的、可反应土壤水分和作物生理特性等综合特征的、易于实际操作且能推广应用的调亏技术体系，对各种环境条件、各品种的作物均具有广泛的指导作用。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但所举实施例不作为对本发明的限定。
本发明各实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。其中，采用常规作畦漫灌冬小麦时，选取灌溉量相对较大的返青期和花期作为对照，采用本发明方法灌溉冬小麦时，选取灌溉量相对较大的拔节期和花期作为说明。
实施例1
2015年，在河南省获嘉县前李村高产示范区内实施本发明的基于根源信号特征的冬小麦节水灌溉方法，具体操作步骤如下：
步骤1，试验田面积约为6000m2，种植的冬小麦品种为新麦23；试验期间将田块等分为面积均为3000m2的a、b两个田块，其中a田块采用常规灌溉，具体为作畦漫灌，b田块采用本发明的节水灌溉；
在b田块内不影响b田块机械化耕作的区域设置面积为1m2的b田块湿润微区，且湿润微区内的耕作条件、土壤肥力条件以及播种量均与b田块相同；
步骤2，监测b田块内湿润微区的土壤含水量，监测到土壤含水量低于田间持水量的70％时，开始向土壤灌溉，使湿润微区的土壤含水量始终保持在田间持水量的70～75％之间；
步骤3，(1)在新麦23的返青期和花期，采用常规的作畦漫灌方式对a田块进行灌溉，灌溉总量均为100mm；
(2)与b田块湿润微区内作物叶片相比，在新麦23的拔节期开始监测到b田块大田区内作物在干旱过程中叶片气孔导度出现显著下降，即采用t检验法，p<0.05，而叶片相对含水量或叶片水势没有显著变化，即采用t检验法，p≥0.05时，说明非水力根源信号出现，此时测定b田块大区内土壤含水量s1为16.91％，并将其作为b田块内土壤含水量上限；
与b田块湿润微区内作物叶片相比，在新麦23的拔节期开始监测到b田块大区内作物叶片水势或叶片相对含水量出现显著下降，即采用t检验，p<0.05时，说明非水力根源信号消失，水力信号出现，此时测定b田块大区内土壤含水量s2为14.72％，并将其作为b田块大区内土壤含水量下限，此时即为第一次灌溉时间；
(3)第一灌溉完毕后监测b田块大区内土壤含水量，当监测到b田块大区内土壤含水量达到14.72％时，说明b田块大区内土壤含水量下限s2出现，此时即为第二次灌溉时间；在新麦23的拔节期共监测到土壤含水量下限s2出现三次，即出现三次灌溉时间；
同时检测出新麦23的拔节期时土壤计划湿润层深度h为80cm，土壤容重c为1.26g/cm3；
步骤4，采用与步骤3完全相同的方法检测新麦23花期时b田块大田区内土壤含水量上限s1、土壤含水量下限s2、土壤计划湿润层深度h以及土壤容重c，经检测，新麦23花期的s1为16.78％，s2为15.05％，h为100cm，c为1.26g/cm3，新麦23花期时b田块大田区内土壤含水量下限s2出现三次，即出现三次灌溉时间；
步骤5，将步骤3、步骤4中得到的参数带入下述公式分别计算拔节期和花期b田块大田区内的灌溉量：
w＝(s1-s2)*h*c*n/ρ
二者之和即为b田块大田区内总的灌溉量，具体计算结果见表1。
表1实施例1的节水灌溉方法的各项参数
步骤6，按照步骤5中计算出的总灌溉量对b田块大区内冬小麦进行灌溉。
从表1可以看出，采用实施例1的灌溉方法，整个冬小麦的生长期只需要灌溉132mm的水，而采用常规灌溉方法则需要灌溉200mm的水，因此，实施例1采用的方法比常规灌溉方法节水34％，水分利用效率提高10％以上，且新麦23小麦增产12％。此外，常规灌溉后期新麦23出现大面积倒伏，而采用实施例1方法灌溉的小麦后期没有出现倒伏现象。
实施例2
2016年，在河南省沁阳市广利灌区试验站实施本发明的基于根源信号特征的冬小麦节水灌溉方法，具体操作步骤如下：
步骤1，试验共分为a、b两个田块，a田块为5亩，采用本发明的节水灌溉方法灌溉，b田块为6亩，采用常规灌溉，具体为作畦漫灌，且两个田块内均种植矮抗58；
在a田块内不影响a田块机械化耕作的区域设置面积为1.5m2的a田块湿润微区，且湿润微区内的耕作条件、土壤肥力条件以及播种量与a田块大区相同；
步骤2，监测a田块内湿润微区的土壤含水量，监测到土壤含水量低于田间持水量的70％时，开始向土壤灌溉，使湿润微区的土壤含水量始终保持在田间持水量的70～75％之间；
步骤3，(1)在矮抗58的返青期和花期，采用常规灌溉方式对b田块进行灌溉，灌溉量均为100mm；
(2)与a田块湿润微区内作物叶片相比，在矮抗58的拔节期开始监测到a田块大区内作物在干旱过程中叶片气孔导度出现显著下降，即采用t检验法，p<0.05，而叶片相对含水量或叶片水势没有显著变化，即采用t检验法，p≥0.05，说明非水力根源信号出现，此时测定a田块大区内土壤含水量s1为16.82％，并将其作为a田块内土壤含水量上限；
与a田块湿润微区内作物叶片相比，在矮抗58的拔节期开始监测到a田块大区内作物叶片水势或叶片相对含水量出现显著下降，即采用t检验法，p<0.05时，说明非水力根源信号消失，水力信号出现，此时测定a田块大区内土壤含水量s2为14.43％，并将其作为a田块大区内土壤含水量下限，此时即为第一次灌溉时间；
(3)第一灌溉完毕后监测a田块大区内土壤含水量，当监测到a田块大区内土壤含水量达到14.43％时，说明a田块大区内土壤含水量下限s2出现，此时即为第二次灌溉时间；在矮抗58的拔节期共监测到土壤含水量下限s2出现三次，即出现三次灌溉时间；
同时检测出矮抗58的拔节期时土壤计划湿润层深度h为80cm，土壤容重c为1.26g/cm3；
步骤4，采用与步骤3完全相同的方法检测矮抗58花期时a田块大区内土壤含水量上限s1、土壤含水量下限s2、土壤计划湿润层深度h以及土壤容重c，经检测，矮抗58花期时s1为16.72％，s2为14.72％，h为100cm，c为1.26g/cm3，矮抗58花期时a田块大田区内土壤含水量下限s2出现三次，即出现三次灌溉时间；
步骤5，将步骤3、步骤4中得到的参数带入下述公式分别计算拔节期和花期a田块大田区内的灌溉量：
w＝(s1-s2)*h*c*n/ρ
二者之和即为a田块大田区内总的灌溉量，具体计算结果见表2。
表2实施例2的节水灌溉方法的各项参数
步骤6，按照步骤5中计算出的总灌溉量对a田块大区内冬小麦进行灌溉。
从表2可以看出，采用实施例2的灌溉方法，整个冬小麦的生长期只需要灌溉148mm的水，而采用常规灌溉方法则需要灌溉200mm的水，因此，实施例2采用的方法比常规灌溉方法节水26％，水分利用效率提高13％以上，且矮抗58小麦增产10％。
需要说明的是，本发明权利要求书中涉及数值范围时，应理解为每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用，由于采用的步骤方法与实施例1～2相同，为了防止赘述，本发明的描述了优选的实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。