一种冬小麦精准灌溉用水优化方法与流程

本发明涉及节水灌溉的技术领域，特别涉及一种冬小麦精准灌溉用水优化方法。

背景技术

地面灌溉是我国半湿润半干旱区冬小麦生产中常见的灌溉方式，具有省工、低耗，且便于实施等优点，但灌溉水利用率较低、灌水质量控制难度较大等缺点同样普遍存在。尽管应用微灌、喷灌等节水灌溉方式在提高灌溉水利用率和灌水质量方面极具优势，但较高的建安成本和持续投入的维护费用对于以收获籽粒来获取经济效益的冬小麦生产者而言，选择较为先进的微喷灌等节水灌溉方式意味着生产成本的进一步提高，相反其产品的市场竞争力并未明显提高。然而，选择常规地面灌溉则意味着过量和超量灌溉现象时刻会发生，因为地面灌溉的灌水质量要求设计的灌水定额一般偏大，往往在实际用水中的灌水定额更大。随着国家农业科技生产力水平的提高，不同类型的灌溉装置、监测设备和产品逐步地应用于常规地面灌溉领域，但目前市面上产品大多集中在输配水效率提升，以及对特定水分指标的精准监测或信息反馈等方面，缺乏基于作物用水需求、实时气象条件和灌水指标等多因素综合的精准灌溉用水优化。

从作物自身需水方面考虑，灌溉适时和灌溉适量是精准灌溉用水优化的核心所在，亦即解决何时进行灌溉和灌水定额多少为好这两个问题，另外，冬小麦的生长期很长，在灌溉时要充分注意不适宜灌溉的特定生长期。

适时灌溉的表征指标较多，常用指标大致可分为作物形态指标、作物生理指标和土壤水分指标等。作物形态指标能够直观地反映作物的水分状况，但难以定量描述，一般需要监测者具有丰富的经验和细致的观察才能准确判别，并且一般作物的外观呈现明显缺水特征时，其内部生理活动往往已受到抑制。因此，以作物形态指标来判别作物水分亏缺状况难以及时指导灌溉。作物生理指标能够准确反映作物的水分状况，但需要技术人员借助专业仪器设备才能精确测定，生产中难以推广应用。从生产应用的角度出发，土壤水分指标的监测相对容易，且能迅速及时获得大面积土壤水分和作物需水信息，方便大面积推广应用，且合理的土壤水分控制指标是节水高效灌溉的重要依据。

合理的灌水定额，应以满足作物需水要求为基础，并适当考虑实际灌水的可能性。长期以来，人们过多地关注地面灌溉实现的可能性而设计的灌水定额一般偏大，往往实际灌水量更大，灌水定额增大，不仅对农业增产无益，而且浪费水量，增加成本，还违背了节水灌溉的要求。已有工作在判别灌水定额合理性时多以粮食产量为目标，而随着社会经济的发展和气候变化的加剧，农业灌溉基础条件和大气候环境已发生明显变化，判别灌水定额合理性的标准逐渐转向以粮食产量和水分生产率为目标，因此需要从作物全生长期的耗水量、产量及水分生产率等方面进行综合判别。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供一种冬小麦精准灌溉用水优化方法。

本发明的技术方案是：一种冬小麦精准灌溉用水优化方法，包括以下步骤：

步骤1，确定冬小麦所处的生长期，根据冬小麦生长期确定灌水定额和土壤水分控制下限；

步骤2，土壤水分持续检测，当土壤水分高于土壤水分控制下限时，不需要灌溉，回到步骤1；

步骤3，当土壤水分低于土壤水分控制下限时，结合天气预报确定的当时及未来几天的天气情况，再根据冬小麦苗情及长势情况，综合判断是否需要灌溉，确定不需要灌溉时，将灌溉时间延后，回到步骤1；

步骤4，确定需要灌溉时，根据步骤1中既定的灌水定额实施灌溉。

优选的，在步骤1中，根据实际田地面积，提前按照既定灌水定额核算灌溉需水量，实行一定灌溉面积上用水总量控制。

优选的，还包括以下步骤：

步骤5，对灌溉用水量进行计量，当灌溉用水量达到实际所需灌水量时，停止灌溉，回到步骤1。

优选的，在步骤1中，所述土壤控制下限以占田间持水量的百分数来计量，冬小麦在苗期、拔节期、抽穗期、灌浆期的灌水定额分别在60mm-67.5mm之间、70mm-77.5mm之间、75mm-87.5mm之间、75mm-97.5mm之间，冬小麦在苗期、拔节期、抽穗期、灌浆期的土壤水分控制下限分别在50%～55%之间、55%～60%之间、60%～65%之间、50%～55%之间。

优选的，以高产为目标，冬小麦在苗期、拔节期、抽穗期、灌浆期的土壤水分控制下限分别为55%、60%、65%、55%，冬小麦在苗期、拔节期、抽穗期、灌浆期的灌水定额分别为67.5mm、77.5mm、87.5mm、97.5mm。

优选的，以高产兼顾节水为目标，冬小麦在苗期、拔节期、抽穗期、灌浆期的土壤水分控制下限分别为50%、55%、60%、50%，冬小麦在苗期、拔节期、抽穗期、灌浆期的灌水定额分别为60mm、70mm、75mm、75mm。

优选的，在步骤1之前，将土壤水分监测装置设置在田地中。

优选的，在步骤5中，在农田灌溉系统中设置灌溉计量设备。

本发明的有益效果是：

（1）通过确定的灌水定额和土壤水分控制下限可有效控制灌溉水量，田间灌溉水有效利用系数和作物水分生产率均显著提高，节水、增收效果明显。

（2）通过对土壤水分持续监测，将土壤墒情的实时监测结果和天气预报结合，对是否需要灌溉进行综合判断，有利于充分利用自然降水，且改变了以往凭农事经验实施灌溉的思路，有利于农民科学灌溉；另一方面减小了灌水定额，提高了灌水质量和用水效率，合理的灌水定额大大降低了灌溉渗漏量，也降低了肥料淋溶下渗对地下水的污染。

（3）有助于抑制农业水资源浪费现象和地下水超采现象，提高区域的灌溉水利用率。

（4）可实现实时墒情雨情信息可查、灌溉用水定额可控，能够对冬小麦的墒情进行持续监测，覆盖冬小麦的整个生长周期。

附图说明

图1为本发明的流程图。

具体实施方式

本发明的具体实施方式参见图1：

遵循便于生产管理原则，把冬小麦生长期分为苗期、拔节期、抽穗期和灌浆期；确定冬小麦各生长期的计划湿润层深度，普遍认为，拔节前后的计划湿润层深度分别为60cm和100cm时可保证冬小麦正常生长发育；以灌水定额和土壤水分控制下限为主要的灌水指标，遵循科学性和可操作性原则，通过多年试验，发现水分胁迫下冬小麦最大减产率和耗水量最大变幅的年季均值分别约为44.92%和36.80%。

其中苗期水分亏缺对产量的影响相对较小，播种～拔节期土壤墒情保持在田间持水量的55%以上即可保证其株高正常生长，土壤墒情在田间持水量的45%以下时易致使株高生长受限；拔节期和抽穗期干旱均易导致冬小麦减产，在生产中应尽量避免此期受旱；适当降低苗期灌水定额可有效减少苗期耗水量，且有利于水分生产率提高；灌水定额低于60mm时，选择常规地面灌溉方式的麦田的灌水质量极难保证，冬小麦植株生长受限的风险大大增加，尽管增加灌水定额对冬小麦受旱时保证较高的籽粒产量具有正效应，但灌水定额高于105mm时极易发生深层渗漏，不利于节约农业水资源。

综合考虑籽粒产量和水分利用率，针对不同灌溉供水情况，在灌溉供水充足条件下以高产为目标和在灌溉供水不充足的情况下以高产兼顾节水为目标分别确定不同目标下的灌水定额和土壤水分控制下限。

一种冬小麦精准灌溉用水优化方法，包括以下步骤：

步骤1，将土壤水分检测装置设置在田地中，确定冬小麦所处生长期，根据冬小麦生长期确定灌水定额和土壤水分控制下限，根据实际田地面积，提前按照既定灌水定额核算灌溉需水量，实行一定灌溉面积上用水总量控制；

步骤2，土壤水分持续检测，当土壤水分高于土壤水分控制下限时，不需要灌溉，回到步骤1；

步骤3，冬小麦苗情及长势情况包含但不局限于以下情况，由于生产必须所实施的追肥、喷洒农药及除草剂等农事活动；扬花期穗部淋水过多不利于扬花授粉；灌浆中后期小麦头沉遇风易倒伏；黄熟之后的麦田应考虑便于机收等诸多情况，在进行灌溉决策时应酌情考虑，当土壤水分低于土壤水分控制下限时，结合天气预报确定当时及未来5-7天的天气情况，再根据冬小麦苗情及长势情况，综合判断是否需要灌溉，确定不需要灌溉时，将灌溉时间延后，回到步骤1；

步骤4，确定需要灌溉时，根据步骤1中既定的灌水定额实施灌溉。

步骤5，在灌溉用的水源出水处设置灌溉计量设备，对灌溉用水量进行计量，当灌溉用水量达到实际所需灌水量时，停止灌溉，回到步骤1。

土壤控制下限以占田间持水量的百分数来计量，所述土壤控制下限以占田间持水量的百分数来计量，冬小麦在苗期、拔节期、抽穗期、灌浆期的灌水定额分别在60mm-67.5mm之间、70mm-77.5mm之间、75mm-87.5mm之间、75mm-97.5mm之间，冬小麦在苗期、拔节期、抽穗期、灌浆期的土壤水分控制下限分别在50%～55%之间、55%～60%之间、60%～65%之间、50%～55%之间。

以高产为目标的情况下，冬小麦在苗期、拔节期、抽穗期、灌浆期的土壤水分控制下限分别为55%、60%、65%、55%，冬小麦在苗期、拔节期、抽穗期、灌浆期的灌水定额分别为67.5mm、77.5mm、87.5mm、97.5mm。

以高产兼顾节水为目标的情况下，冬小麦在苗期、拔节期、抽穗期、灌浆期的土壤水分控制下限分别为50%、55%、60%、50%，冬小麦在苗期、拔节期、抽穗期、灌浆期的灌水定额分别为60mm、70mm、75mm、75mm。

在采用该方法时，田块最好符合高标准农田标准要求，建议选择畦田灌溉，畦田规格参照当地生产实际，畦宽根据机播或整地情况可适度调整，不宜超过3.3米，畦长以不超过80米为宜；采集土壤水分自动监测数据的时间间隔设定为12～24小时。

通过确定的灌水定额和土壤水分控制下限可有效控制灌溉水量，田间灌溉水有效利用系数和作物水分生产率均显著提高，节水、增收效果明显。

通过对土壤水分持续监测，将土壤墒情的实时监测结果和天气预报结合，对是否需要灌溉进行综合判断，有利于充分利用自然降水，且改变了以往凭农事经验实施灌溉的思路，有利于农民科学灌溉；另一方面减小了灌水定额，提高了灌水质量和用水效率，合理的灌水定额大大降低了灌溉渗漏量，也降低了肥料淋溶下渗对地下水的污染。

本发明有助于抑制农业水资源浪费现象和地下水超采现象，提高区域的灌溉水利用率。

本发明可实现实时墒情雨情信息可查、灌溉用水定额可控，能够对冬小麦的墒情进行持续监测，覆盖冬小麦的整个生长周期。

利用该方法在某试验站的大田试验区进行试验，试验田总面积41.6亩，于2015年10月21日播种，2016年6月2日收获，全生长期226天，人工机播，播量12.5kg/亩，行距20cm，3叶期定苗。播前施底肥100kg/亩，其中复合肥50kg/亩（n:p:k=24:18:6），缓释肥50kg/亩（总养分60%以上，其中氨基酸≥10%，n+p+k≥18%，有机质≥20%）。

在该试验中，试验田在苗期、拔节期、抽穗期和灌浆期的土壤水分控制下限分别为50%、55%、60%、50%，同时设置常规灌溉管理方式种植农田（ck1）和全生长期重度水分胁迫农田（ck2）作为对照。ck2处理土壤水分控制下限在苗期、拔节期、抽穗期和灌浆期分别为45%、50%、55%、45%。试验田采用定量供水的方法，当土壤墒情达到灌水控制下限时，参照气象部门5～7内的天气预报结果，有选择地进行灌溉，灌溉方式为软管微喷灌溉，在苗期、拔节期、抽穗期、灌浆期的灌水定额分别为60mm、70mm、75mm、75mm，全生长期重度水分胁迫农田（ck2）与试验田的灌水方式及灌水定额均保持一致，常规灌溉管理方式种植农田（ck1）根据当地农民的灌溉习惯进行灌溉，详细记录各次灌溉时间和灌溉量。

在该试验中，小麦全生长期的耗水量如下表：

常规灌溉管理方式种植农田（ck1）的总耗水量较试验田低约1.8mm，较全生长期重度水分胁迫农田（ck2）高约72.6mm。

在该试验中，冬小麦籽粒产量如下表：

从表中可知，试验田中的千粒重和产量最高。

在该试验中，冬小麦的耗水特性、籽粒产量及wue如下表：

通过表中数据计算可知，冬小麦季的耗水构成中，有效降雨占比在64.36%～77.82%之间，灌溉水占比为21.09%～34.88%，土壤贮水消耗占比在10%以下。

与常规灌溉管理方式种植农田（ck1）相比，冬小麦试验田的总耗水量、籽粒产量和wue（水分利用率）分别增加了约0.42%、10.55%和10.09%；相应地，与全生长期重度水分胁迫农田（ck2）相比，冬小麦试验田的总耗水量、籽粒产量和wue（水分利用率）分别增加了约20.91%、20.12%和-0.65%。

经过在试验田中试验，冬小麦可实现增产10.55%，wue（水分利用率）提高10.09%，这主要得益于目前的灌溉方式已从传统的粗放灌溉转向以精细灌溉为主，而通过采取高效用水调控技术，可实现测墒灌溉、灌水定额可控、灌溉用水管理有依有据。

通过实施该方法后，冬小麦不仅可实现高产，且wue（水分利用率）显著提高。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。

应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。