冬小麦水肥一体化节水节肥方法与流程

本发明属于作物栽培技术领域，特别涉及一种在冬小麦节水灌溉的基础上，依据冬小麦需肥规律及水肥耦合关系，在冬小麦需肥的关键生育时期，随灌溉水，按一定比例施入氮、磷、钾等水溶性肥料的技术。适用于中国黄淮和北部冬麦区小麦节水节肥高产栽培。

(二)技术背景

黄淮和北部冬麦区是中国小麦主产区，冬小麦种植面积占全国小麦种植面积的63％左右，总产占73％左右，对保障国家粮食安全至关重要。然而该地区人均水资源和亩均水资源占有量分别只有全国平均值的20％和18％，水分生产率只有1.2kg/m³左右，约为发达国家的50％，水资源短缺和农业用水浪费并存；氮肥利用率不足30％，显著低于发达国家水平，浪费严重。另外，随着我国社会经济的发展，农村劳动力日益减少，农业生产的劳动力成本增加，目前土地集约的趋势日益明显，粮食作物规模化生产与经营逐渐取代一家一户的分散生产与经营而成为主要的管理模式；以机械化、简约化、一体化管理为特征的农业生产模式愈来愈受到重视。如何实现节水灌溉和水肥一体化、轻简化管理，减少灌溉水和肥料投入是当前亟待解决的技术难题。

(三)

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供了一种冬小麦水肥一体化节水节肥方法。具体操作如下：

1、测定土壤水分及生育期降水量

(1)测定地表下0-20cm和20-40cm土层土壤容重及地表下0-20cm土层土壤持水量。每3～5年测定一次。

(2)测定冬小麦播种时的田间地表下0-20cm和20-40cm土层土壤体积含水量。

(3)通过雨量数据采集器或从当地气象局(站)，依次获取冬小麦播种至越冬、越冬至拔节、拔节至开花期间的自然降水量。

2、依据土壤肥力、土壤质地、冬小麦目标产量确定全生育期肥料用量

(1)常年秸秆还田、土壤速效钾含量超过120毫克/千克、土壤质地为壤土或黏土的地块，若冬小麦目标产量在9000～10500千克/公顷范围内，全生育期施用纯氮、五氧化二磷、氧化钾的量分别为240、120、90～105千克/公顷。

(2)常年秸秆还田、土壤速效钾含量超过120毫克/千克、土壤质地为壤土或黏土的地块，若冬小麦目标产量在7500～8500千克/公顷范围内，全生育期施用纯氮、五氧化二磷、氧化钾的量分别为192、90、45～60千克/公顷。

(3)土壤速效钾含量低于120毫克/千克、土壤质地为壤土或黏土的地块，若冬小麦目标产量在9000～10500千克/公顷范围内，全生育期施用纯氮、五氧化二磷、氧化钾的量分别为240、120、120千克/公顷。

(4)土壤速效钾含量低于120毫克/千克、土壤质地为粉壤土或砂壤土的地块，若冬小麦目标产量在7500～8500千克/公顷范围内，全生育期施用纯氮、五氧化二磷、氧化钾的量分别为192、90、60～90千克/公顷。

(5)土壤速效钾含量低于120毫克/千克、土壤质地为砂土的地块，若冬小麦目标产量在6000～7500千克/公顷范围内，全生育期施用纯氮、五氧化二磷、氧化钾的量分别为150～180、60～90、60～90千克/公顷。

3、播种时先合理使用底肥

(1)常年秸秆还田、土壤速效钾含量超过120毫克/千克、土壤质地为壤土或黏土的地块，若冬小麦目标产量在9000～10500千克/公顷范围内，底施纯氮、五氧化二磷和氧化钾的量占其生育期总施用量的比例(重量比)分别为50％、100％、30％～50％。

(2)常年秸秆还田、土壤速效钾含量超过120毫克/千克、土壤质地为壤土或黏土的地块，若冬小麦目标产量在7500～8500千克/公顷范围内，底施纯氮、五氧化二磷和氧化钾的量占其生育期总施用量的比例(重量比)分别为50％、100％、0～50％。

(3)土壤速效钾含量低于120毫克/千克、土壤质地为壤土或黏土的地块，若冬小麦目标产量在9000～10500千克/公顷范围内，底施纯氮、五氧化二磷和氧化钾的量占其生育期总施用量的比例(重量比)分别为50％、100％、50％。

(4)土壤速效钾含量低于120毫克/千克、土壤质地为粉壤土的地块，若冬小麦目标产量在7500～8500千克/公顷范围内，底施纯氮、五氧化二磷和氧化钾的量占其生育期总施用量的比例(重量比)分别为50％、100％、100％。

(5)土壤速效钾含量低于120毫克/千克、土壤质地为砂壤土的地块，若冬小麦目标产量在7500～8500千克/公顷范围内，底施纯氮、五氧化二磷和氧化钾的量占其生育期总施用量的比例(重量比)分别为50％、100％、50％。

(6)土壤速效钾含量低于120毫克/千克、土壤质地为砂土的地块，若冬小麦目标产量在6000～7500千克/公顷范围内，底施纯氮、五氧化二磷和氧化钾的量占其生育期总施用量的比例(重量比)分别为50％、50％、50％。

4、拔节期随水施肥，水肥耦合一体化管理

(1)拔节期按需补灌，具体操作步骤如下：

①用公式(1)计算出冬小麦播种至拔节期间的自然主效供水指数。

WI_y1＝S_0-100×0.5+P₁×0.05+P₂×0.1 (1)

公式(1)中，WI_y1为冬小麦播种至拔节期间的自然主效供水指数；S_0-100为地表下0-100cm土层土壤贮水量，单位为mm，可利用步骤1)中测定的土壤容重、土壤持水量、播种期土壤体积含水量计算得出；P₁为播种至越冬期的总降水量，单位为mm；P₂为越冬至拔节期的总降水量，单位为mm。

②用公式(2)计算出冬小麦播种至拔节期间的总需补灌水量。

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

公式(2)中，SI_y1为冬小麦播种至拔节期间的总需补灌水量，单位为mm；WI_y1为冬小麦播种至拔节期间的自然主效供水指数。

③用公式(3)计算出冬小麦拔节期需补灌水量。

I_y1＝SI_y1-I_a1 (3)

公式(3)中，SI_y1为冬小麦播种至拔节期间的总需补灌水量，单位为mm；I_a1为冬小麦拔节期之前已补灌水量，单位为mm。冬小麦拔节期之前一般于播种期和越冬期灌溉，播种期和越冬期的灌水量通过现有的冬小麦按需补灌技术确定。

(2)依据土壤肥力、土壤质地和冬小麦目标产量确定施肥量，使用现有的水肥一体化灌溉设施，随灌溉水施肥。具体如下：

①常年秸秆还田、土壤速效钾含量超过120毫克/千克、土壤质地为壤土或黏土的地块，若冬小麦目标产量在9000～10500千克/公顷范围内，拔节期灌水时将底肥施用后剩余的氮肥和钾肥随灌溉水施入田间。

②常年秸秆还田、土壤速效钾含量超过120毫克/千克、土壤质地为壤土或黏土的地块，若冬小麦目标产量在7500～8500千克/公顷范围内，拔节期灌水时将底肥施用后剩余的氮肥和钾肥随灌溉水施入田间。

③土壤速效钾含量低于120毫克/千克、土壤质地为壤土或黏土的地块，若冬小麦目标产量在9000～10500千克/公顷范围内，拔节期灌水时将底肥施用后剩余的氮肥和钾肥随灌溉水施入田间。

④土壤速效钾含量低于120毫克/千克、土壤质地为粉壤土的地块，若冬小麦目标产量在7500～8500千克/公顷范围内，拔节期灌水时将底肥施用后剩余的氮肥随灌溉水施入田间。

⑤土壤速效钾含量低于120毫克/千克、土壤质地为砂壤土的地块，若冬小麦目标产量在7500～8500千克/公顷范围内，拔节期灌水时，随灌溉水施纯氮和氧化钾的量占其生育期总施用量的比例(重量比)分别为30％和50％。

⑥土壤速效钾含量低于120毫克/千克、土壤质地为砂土的地块，若冬小麦目标产量在6000～7500千克/公顷范围内，拔节期灌水时，随灌溉水施纯氮、五氧化二磷和氧化钾的量占其生育期总施用量的比例(重量比)分别为30％、50％、30％。

5、开花期随水施肥，水肥耦合一体化管理：

(1)开花期按需补灌，具体操作步骤如下：

①用公式(4)计算出冬小麦播种至开花期间的自然主效供水指数。

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

公式(4)中，W_y2为冬小麦播种至开花期间的自然主效供水指数；S_0-100为地表下0-100cm土层土壤贮水量，单位为mm，可利用步骤1)中测定土壤容重、土壤持水量、播种期土壤体积含水量数据计算得出；P₁为播种至越冬期的总降水量，单位为mm；P₂为越冬至拔节期的总降水量，单位为mm；P₃为拔节至开花期的总降水量，单位为mm。

②用公式(5)计算出冬小麦播种至开花期间的总需补灌水量。

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

公式(5)中，I_ty2为冬小麦播种至开花期间的总需补灌水量，单位为mm；W_y2为冬小麦播种至开花期间的自然主效供水指数。

③用公式(6)计算出冬小麦开花期需补灌水量。

I_y2＝I_ty2-I_a2 (6)

公式(6)中，I_ty2为冬小麦播种至开花期间的总需补灌水量，单位为mm；I_a2为冬小麦开花期之前已补灌水量，单位为mm。冬小麦开花期之前一般于播种期、越冬期、拔节期灌溉，播种期和越冬期灌水量通过现有的冬小麦按需补灌技术确定，拔节期灌水量利用步骤4)中公式(1)、(2)、(3)计算得出。

(2)依据土壤肥力、土壤质地和冬小麦目标产量确定施肥量，使用现有的水肥一体化灌溉设施，随灌溉水施肥。具体如下：

①土壤速效钾含量低于120毫克/千克、土壤质地为砂壤土的地块，若冬小麦目标产量在7500～8500千克/公顷范围内，开花期灌水时，随灌溉水施纯氮的量占其生育期总施用量的比例(重量比)为20％。

②土壤速效钾含量低于120毫克/千克、土壤质地为砂土的地块，若冬小麦目标产量在6000～7500千克/公顷范围内，开花期灌水时，随灌溉水施纯氮和氧化钾的量占其生育期总施用量的比例(重量比)均为20％。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明将冬小麦生产中的水分管理环节与追肥环节结合在一起，进行随灌溉水施肥，不仅简化了农艺操作步骤，而且通过水肥耦合，促进作物对水分和养分的吸收利用，显著提高产量和水肥利用效率。

2、本发明根据土壤速效钾含量和目标产量水平的高低，确定钾肥的合理施用量及底施钾肥与追施钾肥的比例，在高钾高产地块，通过降低全生育期总施钾量，同时减少底施钾肥比例，增加追施钾肥比例，保障冬小麦需钾高峰期的供钾强度，达到确保高产、减少投入，提高钾肥利用率的目的。

3、本发明根据当前麦田土壤供肥特点和冬小麦需肥规律，在降低氮肥和磷肥施用量的同时，以降低钾肥用量、减底增追优化供钾结构为核心技术，有机融合按需补灌和水肥一体化技术，各单项技术集成的综合效应极其显著，是一项重要的集成创新成果。

4、本发明综合考虑了土壤肥力、土壤质地和目标产量等因素，针对性和适应性强，具有广阔的推广应用前景。

四、具体实施方式：

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后，可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但是只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

实施例1

试验在山东省岱岳区马庄镇大寺村大田进行，种植冬小麦高产品种山农29。试验田地表下0-20cm土层土壤含有机质14.8g kg^-1、全氮1.2g kg^-1，含碱解氮、有效磷、速效钾分别为113.8、46.1和126.7mg kg^-1。土壤质地为粉壤土。常年采用冬小麦-夏玉米一年两熟的种植模式，冬小麦、夏玉米秸秆均全量粉碎还田。

2014年10月9日播种冬小麦。采用冬小麦水肥一体化节水节肥方法操作如下：

1、测定土壤水分及生育期降水量

(1)播种时测定麦田地表下0-20和20-40cm土层土壤容重分别为1.26和1.38g cm^-3；地表下0-20cm土层土壤持水量为29.4％；地表下0-20和20-40cm土层土壤体积含水量分别为25.2％和27.9％。

(2)通过雨量数据采集器，依次获取冬小麦播种至越冬、越冬至拔节、拔节至开花期间的自然降水量分别为24.1、60.8、30.3mm。

2、依据土壤肥力、土壤质地、冬小麦目标产量确定全生育期肥料用量

本实施例试验田常年秸秆还田，地表下0-20cm土层土壤速效钾含量超过120毫克/千克，冬小麦目标产量为10000千克/公顷，全生育期施用纯氮、五氧化二磷、氧化钾的量分别为240、120、90千克/公顷。

3、播种时合理使用底肥

本实施例试验田常年秸秆还田，地表下0-20cm土层土壤速效钾含量超过120毫克/千克，目标产量为10000千克/公顷，底施纯氮、五氧化二磷和氧化钾的量占其全生育期总施用量的比例(重量比)分别为50％、100％、30％，即底施纯氮、五氧化二磷和氧化钾的量分别为120、120、27千克/公顷。

4、拔节期随水施肥，水肥耦合一体化管理

(1)拔节期按需补灌，具体操作步骤如下：

①用公式(1)计算出冬小麦播种至拔节期间的自然主效供水指数。

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为地表下0-100cm土层土壤贮水量，单位为mm。利用步骤1)中测定的土壤容重、土壤持水量、土壤体积含水量数据计算S_0-100：

Ⅰ、用公式θ_m-0-20＝θ_v-0-20/ρb_0-20，将冬小麦播种时测得的地表下0-20cm土层土壤体积含水量换算为质量含水量。公式中，θ_m-0-20为地表下0-20cm土层土壤质量含水量，单位为％；θ_v-0-20为地表下0-20cm土层土壤体积含水量，单位为％；ρb_0-20为地表下0-20cm土层土壤容重，单位为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，将冬小麦播种时测得的地表下20-40cm土层土壤体积含水量换算为质量含水量。公式中，θ_m-20-40为地表下20-40cm土层土壤质量含水量，单位为％；θ_v-20-40为地表下20-40cm土层土壤体积含水量，单位为％；ρb_20-40为地表下20-40cm土层土壤容重，单位为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，计算出冬小麦播种时地表下0-40cm土层土壤平均质量含水量。公式中，θ_m-0-40为地表下0-40cm土层土壤平均质量含水量，单位为％；θ_m-0-20为地表下0-20cm土层土壤质量含水量，单位为％；θ_m-20-40为地表下20-40cm土层土壤质量含水量，单位为％。

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，计算出冬小麦播种时地表下0-100cm土层土壤贮水量。公式中，S_0-100为地表下0-100cm土层土壤贮水量，单位为mm；θ_m-0-40为地表下0-40cm土层土壤平均质量含水量，单位为％。

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

②用公式(2)计算出冬小麦播种至拔节期间的总需补灌水量。

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)计算出冬小麦拔节期需补灌水量。

I_y1＝SI_y1-I_a1＝19.1469-0＝19.1mm

公式(3)中，I_a1为冬小麦拔节期之前已补灌水量，单位为mm。冬小麦拔节期之前一般于播种期和越冬期灌溉，灌水量通过现有的冬小麦按需补灌技术确定。具体步骤如下：

Ⅰ、用公式θ_r-0-20＝θ_m-0-20×100/FC_0-20，计算出冬小麦播种时地表下0-20cm土层土壤相对含水量。公式中，θ_r-0-20为地表下0-20cm土层土壤相对含水量，单位为％；θ_m-0-20为地表下0-20cm土层土壤质量含水量，单位为％；FC_0-20为地表下0-20cm土层土壤持水量，单位为％。

θ_r-0-20＝20×100/29.4＝68.0％

Ⅱ、依据θ_r-0-20数值的大小，判断是否需要在播种后补灌保苗水：当θ_r-0-20＞60％时，无需补灌。当θ_r-0-20≤60％时，用公式I_s＝2×ρb_0-20×(FC_0-20-θ_m-0-20)计算保苗水补灌量。保苗水补灌量I_s最多不超过60mm。

本实施例θ_r-0-20＝68.0％＞60％，所以播种期补灌水量为0mm。

Ⅲ、用公式S_0-40＝-5.1958+6.3466θ_m-0-40，计算出冬小麦播种时地表下0-40cm土层土壤贮水量。公式中，S_0-40为地表下0-40cm土层土壤贮水量，单位为mm；θ_m-0-40为地表下0-40cm土层土壤平均质量含水量，单位为％。

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，计算出冬小麦播种至越冬期间的根层主效供水量。公式中，W_ps为冬小麦播种至越冬期间的根层主效供水量，单位为mm；S_0-40为地表下0-40cm土层土壤贮水量，单位为mm；P₁为播种至越冬期的总降水量，单位为mm；I_a为冬小麦播种期补灌水量，单位为mm。

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

Ⅴ、依据W_ps数值的大小，判断越冬期是否需要补灌：当W_ps值大于等于130mm，或虽低于130mm但二者的差值小于5mm时，无需补灌；当W_ps值低于130mm，且二者的差值大于等于5mm时，则用公式I_ps＝130-W_ps计算越冬期补灌量；越冬期补灌量I_ps最多不超过60mm。

本实施例W_ps＝146.5261mm＞130mm，所以越冬期补灌水量为0mm。

(2)依据土壤肥力、土壤质地和冬小麦目标产量确定施肥量，使用现有的水肥一体化灌溉设施，随灌溉水施肥。具体如下：

本实施例试验田常年秸秆还田，地表下0-20cm土层土壤速效钾含量超过120毫克/千克、土壤质地为壤土，目标产量为10000千克/公顷，拔节期灌水时将底肥施用后剩余的氮肥和钾肥随灌溉水施入田间。拔节期施纯氮和氧化钾的量分别为120和63千克/公顷。氮肥和钾肥分别使用尿素(含氮量为46％)和氯化钾(含氧化钾量为60％)。

进行水肥一体化操作时，采用现有微喷带(如专利号为201220356553.7的小麦专用微喷带)和现有智能管理系统(如专利号为201610387766.9的水肥一体化远程控制和智能管理系统)进行精量灌溉、溶肥和注肥。

5、开花期随水施肥，水肥耦合一体化管理

(1)开花期按需补灌，具体操作步骤如下：

①用公式(4)计算出冬小麦播种至开花期间的自然主效供水指数。

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)计算出冬小麦播种至开花期间的总需补灌水量。

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)计算出冬小麦开花期需补灌水量。冬小麦开花期之前，播种期和越冬期灌水量均为0mm，拔节期灌水量为19.1mm，所以冬小麦开花期之前已补灌水量I_a2＝19.1mm。则I_y2＝I_ty2-I_a2＝57.7505-19.1＝38.7mm

本实施例开花期补灌水量为38.7mm。

(2)依据土壤肥力、土壤质地和冬小麦目标产量确定施肥量，使用现有的水肥一体化灌溉设施，随灌溉水施肥。具体如下：

本实施例试验田常年秸秆还田，地表下0-20cm土层土壤速效钾含量超过120毫克/千克、土壤质地为壤土，目标产量为10000千克/公顷，拔节期灌水时已将底肥施用后剩余的氮肥和钾肥随灌溉水施入田间，所以开花期无需施肥，仅采用现有微喷带(如专利号为201220356553.7的小麦专用微喷带)和现有智能管理系统(如专利号为201610387766.9的水肥一体化远程控制和智能管理系统)进行精量灌溉。

6、实施效果

如表1所示，本实施例冬小麦水肥一体化节水节肥方法与传统定额灌溉施肥相比，产量无显著变化，但全生育期施用纯氮、五氧化二磷、氧化钾的量均减少了30千克，全生育期总灌水量减少了62.2mm，节约用肥11.1％～25％，节水51.8％。

表1本发明实施例水肥一体化与传统定额灌溉施肥处理全生育期施肥量、灌水量和产量对比

实施例2

试验在山东省岱岳区道朗镇玄庄村砂壤土地块上进行，种植冬小麦高产品种济麦22。试验田0-100cm土层土壤粘粒、砂粒和粉粒含量分别为7.1％、60.8％、32.1％。0-20cm土层土壤含有机质13.25g kg^-1、全氮0.70g kg^-1，含碱解氮、有效磷、速效钾分别为88.55、43.21和70.77mg kg^-1。

2014年10月6日播种小麦。采用冬小麦水肥一体化节水节肥方法操作如下：

1、测定土壤水分及生育期降水量

(1)播种时测定麦田地表下0-20和20-40cm土层土壤容重分别为1.41和1.48g cm^-3；地表下0-20cm土层土壤持水量为21.9％；地表下0-20和20-40cm土层土壤体积含水量分别为21.8％和16.4％。

(2)从当地气象部门获取降水量，冬小麦播种至越冬、越冬至拔节、拔节至开花期间的自然降水量分别为20.3、72.9、24.5mm。

2、依据土壤肥力、土壤质地、冬小麦目标产量确定全生育期肥料用量

本实施例试验田土壤速效钾含量低于120毫克/千克、土壤质地为砂壤土，冬小麦目标产量为8000千克/公顷，全生育期施用纯氮、五氧化二磷、氧化钾的量分别为192、90、90千克/公顷。

3、播种时合理使用底肥

本实施例试验田土壤速效钾含量低于120毫克/千克、土壤质地为砂壤土，冬小麦目标产量为8000千克/公顷，底施纯氮、五氧化二磷和氧化钾的量占其生育期总施用量的比例(重量比)分别为50％、100％、50％，即底施纯氮、五氧化二磷和氧化钾的量分别为96、90、45千克/公顷。

4、拔节期随水施肥，水肥耦合一体化管理

(1)拔节期按需补灌，具体操作步骤如下：

①用公式(1)计算出冬小麦播种至拔节期间的自然主效供水指数。

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为地表下0-100cm土层土壤贮水量，单位为mm。利用步骤1)中测定的土壤容重、土壤持水量、土壤体积含水量数据计算S_0-100：

Ⅰ、用公式θ_m-0-20＝θ_v-0-20/ρb_0-20，将冬小麦播种时测得的地表下0-20cm土层土壤体积含水量换算为质量含水量。公式中，θ_m-0-20为地表下0-20cm土层土壤质量含水量，单位为％；θ_v-0-20为地表下0-20cm土层土壤体积含水量，单位为％；ρb_0-20为地表下0-20cm土层土壤容重，单位为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，将冬小麦播种时测得的地表下20-40cm土层土壤体积含水量换算为质量含水量。公式中，θ_m-20-40为地表下20-40cm土层土壤质量含水量，单位为％；θ_v-20-40为地表下20-40cm土层土壤体积含水量，单位为％；ρb_20-40为地表下20-40cm土层土壤容重，单位为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，计算出冬小麦播种时地表下0-40cm土层土壤平均质量含水量。公式中，θ_m-0-40为地表下0-40cm土层土壤平均质量含水量，单位为％；θ_m-0-20为地表下0-20cm土层土壤质量含水量，单位为％；θ_m-20-40为地表下20-40cm土层土壤质量含水量，单位为％。

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，计算出冬小麦播种时地表下0-100cm土层土壤贮水量。公式中，S_0-100为地表下0-100cm土层土壤贮水量，单位为mm；θ_m-0-40为地表下0-40cm土层土壤平均质量含水量，单位为％。

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

②用公式(2)计算出冬小麦播种至拔节期间的总需补灌水量。

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)计算出冬小麦拔节期需补灌水量。本实施例冬小麦拔节期之前，播种期和越冬期灌水量分别为0和30.7mm，所以冬小麦拔节期之前已补灌水量I_a1＝30.7mm。

则冬小麦拔节期需补灌水量I_y1＝SI_y1-I_a1＝88.6169-30.7＝57.9mm

所以本实施例拔节期补灌水量为57.9mm。

冬小麦播种期和越冬期灌水量通过现有的冬小麦按需补灌技术确定。具体步骤如下：

Ⅰ、用公式θ_r-0-20＝θ_m-0-20×100/FC_0-20，计算出冬小麦播种时地表下0-20cm土层土壤相对含水量。公式中，θ_r-0-20为地表下0-20cm土层土壤相对含水量，单位为％；θ_m-0-20为地表下0-20cm土层土壤质量含水量，单位为％；FC_0-20为地表下0-20cm土层土壤持水量，单位为％。

θ_r-0-20＝15.4610×100/21.9＝70.5982％

Ⅱ、依据θ_r-0-20数值的大小，判断是否需要在播种后补灌保苗水：当θ_r-0-20＞60％时，无需补灌。当θ_r-0-20≤60％时，用公式I_s＝2×ρb_0-20×(FC_0-20-θ_m-0-20)计算保苗水补灌量。保苗水补灌量I_s最多不超过60mm。

本实施例θ_r-0-20＝70.5982％＞60％，所以播种期补灌水量为0mm。

Ⅲ、用公式S_0-40＝-5.1958+6.3466θ_m-0-40，计算出冬小麦播种时地表下0-40cm土层土壤贮水量。公式中，S_0-40为地表下0-40cm土层土壤贮水量，单位为mm；θ_m-0-40为地表下0-40cm土层土壤平均质量含水量，单位为％。

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，计算出冬小麦播种至越冬期间的根层主效供水量。公式中，W_ps为冬小麦播种至越冬期间的根层主效供水量，单位为mm；S_0-40为地表下0-40cm土层土壤贮水量，单位为mm；P₁为播种至越冬期的总降水量，单位为mm；I_a为冬小麦播种期补灌水量，单位为mm。

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

Ⅴ、依据W_ps数值的大小，判断越冬期是否需要补灌：当W_ps值大于等于130mm，或虽低于130mm但二者的差值小于5mm时，无需补灌；当W_ps值低于130mm，且二者的差值大于等于5mm时，则用公式I_ps＝130-W_ps计算越冬期补灌量；越冬期补灌量I_ps最多不超过60mm。

本实施例W_ps＝99.3306mm＜130mm，则I_ps＝130-W_ps＝130-99.3306＝30.6694mm。所以越冬期补灌水量为30.7mm。

(2)依据土壤肥力、冬小麦目标产量和土壤质地确定施肥量，使用现有的水肥一体化灌溉设施，随灌溉水施肥。具体如下：

本实施例试验田土壤速效钾含量低于120毫克/千克、土壤质地为砂壤土，冬小麦目标产量为8000千克/公顷，拔节期灌水时，随灌溉水施纯氮和氧化钾的量占其生育期总施用量的比例(重量比)分别为30％和50％，即施纯氮和氧化钾的量分别为57.6和45千克/公顷。氮肥和钾肥分别使用尿素(含氮量为46％)和氯化钾(含氧化钾量为60％)。

进行水肥一体化操作时，采用现有微喷带(如专利号为201220356553.7的小麦专用微喷带)和现有智能管理系统(如专利号为201610387766.9的水肥一体化远程控制和智能管理系统)进行精量灌溉、溶肥和注肥。

5、开花期随水施肥，水肥耦合一体化管理

(1)开花期按需补灌，具体操作步骤如下：

①用公式(4)计算出冬小麦播种至开花期间的自然主效供水指数。

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)计算出冬小麦播种至开花期间的总需补灌水量。

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)计算出冬小麦开花期需补灌水量。冬小麦开花期之前，播种期和越冬期灌水量分别为0和30.7mm，拔节期灌水量为57.9mm，所以冬小麦开花期之前已补灌水量I_a2＝0+30.7+57.9＝88.6mm。则I_y2＝I_ty2-I_a2＝139.1888-88.6＝50.6mm

本实施例开花期补灌水量为50.6mm。

(2)依据土壤肥力、冬小麦目标产量和土壤质地确定施肥量，使用现有的水肥一体化灌溉设施，随灌溉水施肥。具体如下：

本实施例试验田土壤速效钾含量低于120毫克/千克、土壤质地为砂壤土，冬小麦目标产量为8000千克/公顷，开花期灌水时，随灌溉水施纯氮的量占其生育期总施用量的比例(重量比)为20％，即施纯氮的量为38.4千克/公顷。氮肥使用尿素(含氮量为46％)。

进行水肥一体化操作时，采用现有微喷带(如专利号为201220356553.7的小麦专用微喷带)和现有智能管理系统(如专利号为201610387766.9的水肥一体化远程控制和智能管理系统)进行精量灌溉、溶肥和注肥。

6、实施效果

如表2所示，本实施例冬小麦水肥一体化节水节肥方法与传统定额灌溉施肥相比，产量无显著变化，但全生育期施用纯氮、五氧化二磷、氧化钾的量分别减少了48、30和30千克，全生育期总灌水量减少了100.8mm，节约用肥20％～25％，节水42％。

表2本发明实施例水肥一体化与传统定额灌溉施肥处理全生育期施肥量、灌水量和产量对比