滴灌模式和土壤水分對(duì)冬小麥土壤水提取量和水分利用的影響

楊明達(dá),張素瑜,楊慎驕,關(guān)小康,李 帥,陳金平,王同朝

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院,河南糧食作物協(xié)同創(chuàng)新中心,河南 鄭州 450046;2.商丘市農(nóng)林科學(xué)院, 河南 商丘 476000;3.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)田灌溉研究所, 河南 新鄉(xiāng) 453003;4.河南商丘農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站, 河南 商丘 476000)

冬小麥(TriticumaestivumL.)是黃淮海平原的主要農(nóng)作物[1],其產(chǎn)量幾乎占全國(guó)小麥產(chǎn)量的1/4。然而,由于降雨的不確定性和可變性,該區(qū)域冬小麥產(chǎn)量經(jīng)常遭受土壤水分虧缺的制約。冬小麥生長(zhǎng)期間的降水量占作物總需水量的20%～45%,另外55%～80%的冬小麥需水量必須通過(guò)灌溉滿(mǎn)足[2-3]。然而,約79%的地下水被用于農(nóng)業(yè)灌溉,導(dǎo)致地下水位下降嚴(yán)重[4]。因此,制定適宜的節(jié)水策略以減少灌溉量和作物耗水量的同時(shí)保持或提高作物水分利用效率是目前迫切需要解決的問(wèn)題。

作物耗水量包括土面蒸發(fā)和作物蒸騰[5]。在農(nóng)田灌溉中,土面蒸發(fā)被認(rèn)為是無(wú)效耗水,因此,降低土面蒸發(fā)對(duì)于節(jié)約灌溉用水和減少作物耗水量具有重要意義[6]。土面蒸發(fā)與表層土壤含水量和濕潤(rùn)土壤的體積有關(guān)[7]。局部濕潤(rùn)灌溉(例如地表滴灌(Drip irrigation,DI)和地下滴灌(Subsurface drip irrigation,SDI))通過(guò)少量多灌的方法可以有效降低土壤潤(rùn)濕比和表層土壤的平均含水量,有利于減少土面蒸發(fā)。與畦灌相比,DI的土面蒸發(fā)降低18.7～49.6 mm,但對(duì)溫室黃瓜的蒸騰沒(méi)有顯著影響[8]。低頻大量灌溉(如畦灌和漫灌)容易導(dǎo)致深層滲漏,從而很難提高水分利用效率[9-10]。Jha等[9]對(duì)冬小麥的研究表明,與漫灌相比,DI的滲漏量減少23.0～33.0 mm,水分利用效率增加6.0～12.0 kg/(hm2·mm)。SDI系統(tǒng)是將滴灌帶放置在根區(qū)附近,直接將水分和養(yǎng)分供應(yīng)到根區(qū)。這能有效減少土面蒸發(fā)、深層滲漏,從而有利于減少灌溉水使用并提高水分利用效率,具有更大的節(jié)水潛力。在黃淮海冬麥區(qū),基于DI系統(tǒng),對(duì)小麥產(chǎn)量、水分利用效率和耗水量等方面的研究較多[9,11-13],而有關(guān)SDI系統(tǒng)如何影響冬小麥生產(chǎn)的信息仍然有限。

但在相互交流中，學(xué)生發(fā)現(xiàn)，可以根據(jù)格子的累加來(lái)“設(shè)計(jì)”圖形，1格+1格，只有長(zhǎng)方形，1格+半格+半格，就可以有多種方式了，除了直角三角形、平行四邊形、梯形以外，還可以拼成不規(guī)則圖形（如圖2）；如果是半格+半格+半格+半格，那么又可以拼成不同的圖形（如圖3）。

土壤水分有效性顯著影響作物的生長(zhǎng)、發(fā)育和水分利用模式[9,11,14]。對(duì)于地面灌溉來(lái)說(shuō),根系的主要吸水區(qū)域位于土壤0.6 m以上土層[9]。大量研究表明,深層土壤耗水量的增加能夠改善植物葉片水分狀況,有利于作物生長(zhǎng)和產(chǎn)量的形成[15-16]。并且,從深層土壤提取更多水分可以緩解深根作物的水分脅迫[15]。Hammer等[17]對(duì)玉米的研究表明,提高對(duì)深層土壤水分的利用是新玉米品種比老玉米品種具有更高產(chǎn)量潛力的重要原因。根系吸水量通常與根系分布呈正相關(guān)[18]。根系的特性受剖面土壤有效水分布和灌溉方式的影響[19]。與漫灌相比,滴灌小麥根系吸收和利用深層土壤水分的能力更強(qiáng),這與其在深層土壤中的根長(zhǎng)密度較大(>0.8 m)有關(guān)[12]。此外,整個(gè)根區(qū)的水分吸收利用模式可以間接反映根系的行為[15]。例如,土壤剖面的水分提取特征可用于評(píng)估作物的根深[20]。在以往的研究中,大多數(shù)對(duì)SDI根系、產(chǎn)量和水分利用的研究主要集中在果樹(shù)、棉花、蔬菜等經(jīng)濟(jì)作物上[21-23]。然而,對(duì)于農(nóng)業(yè)用水日益短缺的黃淮海平原來(lái)說(shuō),虧缺SDI如何影響冬小麥的土壤水提取、產(chǎn)量、蒸散量和水分利用效率仍不清楚。為此,本研究探究DI和SDI條件下不同土壤水分對(duì)冬小麥土壤水提取、產(chǎn)量、蒸散量和水分利用效率的影響,以期為黃淮海冬麥區(qū)及其他水資源匱乏地區(qū)水分利用效率的提高提供理論依據(jù)。研究?jī)?nèi)容包括:量化土壤中的水分分布以及在DI和SDI條件下不同土層的土壤水提取量;比較DI和SDI不同土壤水分狀況下冬小麥的產(chǎn)量和水分利用情況;制定SDI條件下適宜的冬小麥灌溉管理策略。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

大田試驗(yàn)于2016—2018年在河南農(nóng)業(yè)大學(xué)科教園區(qū)進(jìn)行(N34°47′,E113°38′)。基于30 a的氣象資料,試驗(yàn)地年平均最低氣溫和最高氣溫分別為10.0,20.4 ℃,年平均降水量為640.0 mm,冬小麥生長(zhǎng)季平均降水量為211.0 mm。試驗(yàn)地土壤的物理特性參見(jiàn)表1。2016年小麥播種前,0～0.3 m土層有機(jī)質(zhì)和全氮含量分別為10.5,1.23 g/kg,有效氮、磷、鉀的含量分別為78.1,73.5,235.5 mg/kg。2個(gè)冬小麥季的氣象數(shù)據(jù)如圖1所示。2016—2017年和2017—2018年冬小麥播前0～0.6 m土層土壤剖面的平均土壤貯水量分別為154.1,145.3 mm。

表1 試驗(yàn)地土壤的物理特性Tab.1 Main physical characteristics of the tested soil in the experimental plots

圖1 冬小麥生長(zhǎng)季試驗(yàn)地日平均氣溫和降水量Fig.1 Daily average air temperature and precipitation at the experimental site during the winter wheat growing seasons

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用雙因素裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì),2種灌溉方式作為主處理:SDI和DI;3種土壤水分為副處理:土壤含水量在控水階段分別為田間持水量的50%～60%(W50)、田間持水量的60%～70%(W60)和田間持水量的70%～80%(W70)。共計(jì)6個(gè)處理,每個(gè)處理4次重復(fù),共計(jì)24個(gè)試驗(yàn)小區(qū)。W50和W60處理為虧缺灌溉,W70處理為充分供水。試驗(yàn)在可移動(dòng)式防雨棚側(cè)坑內(nèi)進(jìn)行,每個(gè)側(cè)坑面積為2.2 m×3.0 m=6.6 m2,側(cè)坑深度為2.0 m,側(cè)坑四周用0.14 m的墻磚隔離防止水分側(cè)滲,側(cè)坑底部鋪設(shè)防水層。

1.3.6 產(chǎn)量 成熟后,在每個(gè)小區(qū)選取1 m×1 m的典型樣方進(jìn)行收割,統(tǒng)計(jì)成穗數(shù)并脫粒計(jì)產(chǎn)(籽粒含水率折算為13%)。另外,在收割樣方附近選取30個(gè)植株進(jìn)行考種。

在控水階段(拔節(jié)—成熟期),使用可移動(dòng)防雨棚防止雨水落入試驗(yàn)區(qū)。2個(gè)冬小麥生長(zhǎng)季拔節(jié)期前有效降水量分別為78.5,35.7 mm。分別在2017年3月10日和2018年3月12日進(jìn)行第1次灌溉,各個(gè)處理的滴灌量用以下公式計(jì)算:

供試冬小麥品種為百農(nóng)矮抗58。播前施復(fù)合肥750 kg/hm2(N、P2O5、K2O的含量分別為17%,17%,17%)。冬小麥分別于2016年10月20日和2017年10月19日播種,播種密度為225株/m2,行距為0.2 m,分別于2017年5月30日和2018年5月28日收獲。

I=1 000×(Iul-θb)×Dh

①

式中,I為灌溉量(mm);Iul為灌水上限(cm3/cm3);θb是灌溉前的土壤體積含水量(cm3/cm3);Dh是土壤剖面的濕潤(rùn)深度(m)。

在2016—2017年和2017—2018年,SDI系統(tǒng)W50、W60、W70的總灌溉量分別為40.1,90.6,109.1 mm和117.1,186.7,225.4 mm;DI系統(tǒng)W50、W60、W70的總灌溉量分別為45.0,84.8,128.1 mm和147.4,198.5,240.0 mm。在冬小麥生育前期降雨量較充沛的2016—2017年,W50處理共滴灌2次,W60和W70處理均滴灌3次;而生育前期降雨量相對(duì)較少的2017—2018年,W50處理共滴灌4次,W60和W70處理均滴灌5次。

通過(guò)對(duì)車(chē)輛段臨時(shí)箱變的供電能力計(jì)算，采用錘擊樁和靜壓樁二種機(jī)械和工藝。在施工工程中對(duì)貫入度及樁長(zhǎng)雙控指標(biāo)進(jìn)行控制，由內(nèi)向外，跳樁施工，合理布局施工線(xiàn)路。

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

1.3.1 土壤體積含水量 使用時(shí)域反射儀以0.20 m的間隔測(cè)量不同土層的體積含水量,測(cè)量深度為1.6 m。

灌溉方式和土壤水分顯著或極顯著影響冬小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成要素(2016—2017年穗數(shù)和2017—2018年的千粒質(zhì)量除外)(表 4)。不考慮水分效應(yīng),與DI處理相比,SDI處理的穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量和產(chǎn)量分別提高5.6%,5.3%,3.6%和8.5%。不考慮灌溉方式效應(yīng),產(chǎn)量和穗粒數(shù)基本表現(xiàn)為隨土壤水分的提高而增加。兩者的交互作用顯著影響冬小麥的穗數(shù)、穗粒數(shù)和產(chǎn)量。SDI條件下,W60處理獲得最高的產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成要素。DI條件下,冬小麥的產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成要素隨土壤水分的提高而增加。與DI處理相比,在虧缺灌溉條件下(W50和W60處理),SDI處理的產(chǎn)量增加14.5%～29.3%。在充分供水條件下(W70處理),SDI處理的產(chǎn)量下降4.1%～8.9%。

證明 (1) (?)。對(duì)任意R,易知σxK R/σσixx°和x ρ(σ,τ)|Ry蘊(yùn)含σxKσy。由x ρ(σ,τ)|Ry知τx°λxL*L /ττy°λy,因x°λx, S°,據(jù)σ|S°=τ|S°知σx°λxL*σy°λy。因R*∩L*∩δ=H*∩δ=1,故σxL*σy和σx=σy成立。

1.3.2 土壤水提取量 土壤水提取量為每2個(gè)測(cè)試日期土壤貯水量的差值(0～1.6 m)[24]。土壤貯水量為土壤的體積含水量與土壤厚度的乘積。

王姐拍拍我肩頭，坐到我身旁說(shuō)：妹夫，聽(tīng)姐一句話(huà)，老妹在這件事上想的沒(méi)毛病，換我也會(huì)這樣想。換你也一樣。這事就應(yīng)該和你兄弟姐妹打招呼。她不打招呼，你王姐這都說(shuō)不過(guò)去。

1.3.3 土面蒸發(fā) 土面蒸發(fā)采用微型蒸發(fā)器法[25]測(cè)定。

1.3.4 葉面積指數(shù) 在拔節(jié)、開(kāi)花和灌漿期測(cè)量冬小麥植株所有展開(kāi)葉片的葉面積。單葉面積=葉長(zhǎng)×葉寬×0.83。葉面積指數(shù)=所有展開(kāi)葉片的葉面積之和/植物覆蓋的土地面積。

ET=I+P+F-R-D+ΔW

灌溉方式對(duì)拔節(jié)和灌漿期的葉面積指數(shù)和3個(gè)測(cè)定時(shí)期的凈光合速率有顯著或極顯著影響,但對(duì)開(kāi)花和灌漿期的蒸騰速率影響不顯著(表3、圖4)。不考慮水分效應(yīng),與DI處理相比,SDI處理顯著降低拔節(jié)期葉面積指數(shù)、凈光合速率和蒸騰速率,但增加了灌漿期的葉面積指數(shù)及開(kāi)花和灌漿期的凈光合速率。不考慮灌溉方式效應(yīng),在各個(gè)測(cè)定時(shí)間,所有測(cè)定指標(biāo)隨土壤水分的提高而增加。灌溉方式和土壤水分的交互作用顯著或極顯影響開(kāi)花和灌漿期冬小麥的葉面積指數(shù)和凈光合速率及開(kāi)花期的蒸騰速率。在開(kāi)花期,SDI條件下,W60和W70處理間葉面積指數(shù)、凈光合速率和蒸騰速率的差異不顯著,但均顯著高于W50處理;DI條件下,W70處理的葉面積指數(shù)、凈光合速率和蒸騰速率顯著高于其他水分處理。在SDI和DI條件下,不同水分處理在灌漿期葉面積指數(shù)和凈光合速率的變化趨勢(shì)與其在開(kāi)花期相似。開(kāi)花—灌漿期,SDI條件下,W50、W60和W70處理的葉面積指數(shù)分別降低18.8%～23.7%,16.1%～16.7%和16.4%～17.6%;DI條件下,各水分處理葉面積指數(shù)的降低幅度分別為24.2%～42.9%,22.4%～30.4%和16.8%～20.8%。在開(kāi)花和灌漿期,與DI處理相比,SDI處理顯著提高虧缺灌溉條件下(W50和W60處理)冬小麥的葉面積指數(shù)和凈光合速率,但降低充分供水條件下(W70處理)冬小麥的凈光合速率。

DI和SDI系統(tǒng)中使用滴灌帶的內(nèi)徑為15.9 mm,滴頭間距為0.3 m,流量為1.1 L/h。SDI系統(tǒng)中滴灌帶埋深為0.3 m,DI系統(tǒng)滴灌帶放置在地表。每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)布置4條滴灌帶,2個(gè)滴灌系統(tǒng)滴灌帶的布設(shè)間距均為0.6 m。在返青拔節(jié)前,雨水可以自由落入試驗(yàn)區(qū)。之后,依據(jù)冬小麥不同生育期根系的生長(zhǎng)和分布,在拔節(jié)—開(kāi)花期和開(kāi)花后控制土壤濕潤(rùn)深度分別為0～0.8 m和0～1.0 m,通過(guò)水表控制各小區(qū)的灌溉量。

1.3.7 蒸散量和水分利用效率 冬小麥整個(gè)生長(zhǎng)季的蒸散量用以下公式計(jì)算:

①觀察比較兩組患者治療的總有效率，總有效率=（部分緩解+完全緩解）/總例數(shù)×100.00%。每周定期給患者測(cè)量2次，病變兩徑乘積增大超過(guò)25%且血糖水平升高認(rèn)定為進(jìn)展；病變兩徑乘積縮小小于50%，增大小于等于25%，持續(xù)1個(gè)月以上且血糖水平無(wú)大變化認(rèn)為穩(wěn)定；腫瘤最大直徑及最大垂直直徑的乘積縮小50%，其他病變無(wú)增大，持續(xù)1個(gè)月以上且血糖水平得到緩解認(rèn)定為部分緩解；腫瘤完全消失且血糖水平恢復(fù)正常超過(guò)1個(gè)月則認(rèn)為完全緩解。②觀察兩組KPS評(píng)分。1.4統(tǒng)計(jì)方法

②

其中,ET為蒸散量(mm);I為灌溉量(mm);P為有效降水量(mm);R為地表徑流(mm);D為深層滲漏量,計(jì)算公式為D=(θj-FC),其中θj為j階段1.2～1.6 m土層的土壤體積含水量,FC為田間持水量,如果θj

水分利用效率由以下公式計(jì)算:

WUE=Y/ET

③

其中,WUE為水分利用效率(kg/(hm2·mm)),Y為產(chǎn)量(kg/hm2)。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法

使用SAS V8.0(SAS Inst.,Cary,NC,美國(guó))進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。對(duì)所有測(cè)定指標(biāo)進(jìn)行方差分析(ANOVA),若差異顯著,再通過(guò)最小顯著極差法進(jìn)行多重比較(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤體積含水量比較

2017—2018年冬小麥生長(zhǎng)季不同處理的土壤水分變化動(dòng)態(tài)如圖2所示,灌溉方式和土壤水分顯著影響各處理土壤體積含水量的時(shí)空變化動(dòng)態(tài)。在W50條件下,SDI處理0～0.4 m土層的土壤體積含水量顯著低于DI處理。播種后162～199 d,與DI處理相比,SDI處理0.4～1.0 m土層的土壤體積含水量顯著增加。在W60條件下,播種后162～224 d,SDI和DI處理0～0.4 m土層土壤體積含水量的變化分別為0.19～0.23 cm3/cm3和0.17～0.24 cm3/cm3。此外,播種后172～192 d,SDI處理0.4～0.6 m,0.6～0.8 m,0.8～1.0 m,1.0～1.2 m土層的平均土壤體積含水量分別比DI處理提高13.3%,17.6%,6.3%,5.1%。在W70條件下,播種后155～199 d,與DI處理相比,SDI處理的土壤體積含水量在0～0.6 m土層較低,而在深層土壤中則較高,特別是在>1.2 m土層。

圖2 冬小麥生育期土壤含水量時(shí)空變化動(dòng)態(tài)Fig.2 Spatio-temporal dynamics of soil water content during the growing period of winter wheat

2.2 土壤水提取量比較

不考慮水分效應(yīng),與DI處理相比,SDI處理2個(gè)生長(zhǎng)季拔節(jié)—開(kāi)花期0～1.6 m土層土壤水提取量增加18.0%～21.9%,并且SDI處理2016—2017年開(kāi)花—成熟期0～1.6 m土層土壤水提取量比DI處理增加12.5%(表2)。與DI處理相比,SDI處理2個(gè)生長(zhǎng)季開(kāi)花—成熟期0～0.8 m土層土壤水提取量降低8.8%～27.8%,但SDI處理開(kāi)花—成熟期0.4～0.8 m土層土壤水提取量增加32.6%～83.5%。并且SDI處理拔節(jié)—開(kāi)花期和開(kāi)花—成熟期0.8～1.6 m土壤水提取量分別比DI處理增加16.8%～18.9%和89.4%～104.2%。總體上,與W60和W70處理相比,W50處理顯著增加拔節(jié)—開(kāi)花期0～0.4 m和0～1.6 m土層及開(kāi)花—成熟期0.4～0.8 m,0.8～1.6 m,0～1.6 m土層的土壤水提取量。在虧缺灌溉條件下(W50和W60處理),與DI處理相比,SDI處理能夠增加深層及整個(gè)剖面土壤水提取量,特別是開(kāi)花—成熟期。

表2 冬小麥拔節(jié)—開(kāi)花期和開(kāi)花—成熟期不同土層的土壤水提取量Tab.2 Soil water extraction in the different soil layers of winter wheat during jointing to anthesis and anthesis to maturity mm

播種—成熟期,對(duì)于0.4～0.8 m,0.8～1.6 m,0～1.6 m土層,與DI處理相比,SDI處理的土壤水提取量分別提高6.0%～8.4%,28.4%～29.8%,9.7%～9.8%(圖3)。與DI處理相比,SDI處理0～0.8 m土層的土壤水提取比例降低3.5百分點(diǎn),但其0.8～1.6 m土層的土壤水提取比例增加3.4%～3.5百分點(diǎn)。與W70處理相比,W50和W60處理顯著增加0～0.4 m,0.8～1.6 m,0～1.6 m土層的土壤水提取量。但是,W50和W60處理間0.4～0.8 m土層土壤水提取量的差異不顯著。

在法治化“最后一公里”被打通后，金山區(qū)司法局借助全區(qū)近千家黨建服務(wù)站點(diǎn)，向基層群眾普及法治觀念，弘揚(yáng)法治精神，培養(yǎng)法治理念，形成法治風(fēng)尚，使法治信仰浸潤(rùn)基層，使群眾漸漸養(yǎng)成自覺(jué)運(yùn)用法治思維處理和解決問(wèn)題的習(xí)慣，推動(dòng)了基層治理的法治化。

圖柱上不同小寫(xiě)字母表示處理間同一土層的土壤水提取量差異顯著(P<0.05),圖柱上不同大寫(xiě)字母表示不同處理間整個(gè)土壤剖面(0～1.6 m)的土壤水提取量存在顯著差異(P<0.05)。Different lowercase letters indicate significant differences in soil water extraction from the same soil layers among different treatments(P<0.05),while different uppercase letters indicate significant differences in soil water extraction from the whole soil profile(0—1.6 m)among different treatments(P<0.05).圖3 冬小麥整個(gè)生長(zhǎng)季(播種—成熟期)不同土層的土壤水提取量(A)及其在各土層中的分布比例(B)Fig.3 Soil water extraction in the different soil layers(A)and its proportion in each soil layer(B)for the whole growing season(sowing—maturity)

2.3 葉面積指數(shù)和光合特性比較

1.3.5 光合特性 使用LI-6400便攜式光合測(cè)定系統(tǒng)(LI-Cor,Inc.,Lincoln,NE,美國(guó))在拔節(jié)、開(kāi)花和灌漿期測(cè)定旗葉的凈光合速率和蒸騰速率(拔節(jié)期測(cè)定植株自上而下的第1片展開(kāi)葉)。

圖4 不同灌溉方式和土壤水分對(duì)2017—2018年冬小麥凈光合速率和蒸騰速率的影響Fig.4 The photosynthetic rate and transpiration rate of winter wheat under different irrigation methods and soil water content in 2017—2018

表3 不同灌溉方式和土壤水分對(duì)冬小麥葉面積指數(shù)的影響Tab.3 Effects of different irrigation methods and soil water content on leaf area index of winter wheat

2.4 產(chǎn)量比較

各級(jí)導(dǎo)線(xiàn)點(diǎn)宜施測(cè)圖根級(jí)水準(zhǔn)高程，高等級(jí)導(dǎo)線(xiàn)(如一級(jí)導(dǎo)線(xiàn))沿主要道路布設(shè)，沒(méi)有管線(xiàn)的地區(qū)則不必布設(shè)控制點(diǎn)，次要道路加密二級(jí)或圖根級(jí)導(dǎo)線(xiàn)。以此為基礎(chǔ)在全測(cè)區(qū)加密圖根水準(zhǔn)。

齊海峰心里酸溜溜的，這是明目張膽耍流氓啊，他做英雄的機(jī)會(huì)來(lái)了。他一個(gè)箭步?jīng)_上去，不由分說(shuō)地揪起那男青年的衣領(lǐng)，朝對(duì)方臉上狠狠地來(lái)了一拳。

表4 不同滴灌方式和土壤水分對(duì)冬小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成要素的影響Tab.4 Effects of different irrigation methods and soil water content on yield and its yield components of winter wheat

2.5 水分利用效率比較

不考慮水分效應(yīng),與DI處理相比,SDI處理的土面蒸發(fā)量和灌溉量分別顯著降低23.1%,8.9%;灌溉方式間蒸散量的差異不顯著(表5)。與DI處理相比,SDI處理的平均水分利用效率提高10.7%。不考慮灌溉方式效應(yīng),與W50處理相比,W60處理顯著增加冬小麥水分利用效率。兩者的交互作用顯著或極顯著影響土面蒸發(fā)量和水分利用效率。SDI條件下,W60處理的水分利用效率最高,比W70處理提高7.5%～14.3%。在DI條件下,W70處理的水分利用效率最高,比虧缺灌溉處理(W50和W60處理)提高8.8%～36.3%。在虧缺灌溉條件下(W50和W60處理),SDI處理的水分利用效率比DI處理提高13.9%～25.9%。充分供水條件下(W70處理),灌溉方式間水分利用效率的差異不顯著。

表5 不同滴灌方式和土壤水分對(duì)冬小麥蒸散量、水分利用效率和土面蒸發(fā)的影響Tab.5 Effects of different irrigation methods and soil water content on evapotranspiration,water use efficiency,and soil evaporation of winter wheat

3 結(jié)論與討論

3.1 地表滴灌和地下滴灌對(duì)土壤含水量和土壤水提取的影響

灌溉方式和土壤水分顯著影響土壤剖面的水分分布和土壤含水量。SDI系統(tǒng)使下層土壤含水量較高,DI系統(tǒng)則使表層的土壤含水量較高。這種現(xiàn)象與本研究區(qū)域土壤剖面的土壤水力學(xué)特性有關(guān),與上層土壤相比,下層土壤有更高的滲透性。土壤持水能力與其剖面的砂含量呈顯著負(fù)相關(guān)[26]。SDI條件下,具有高滲透性的土壤能夠使水分和養(yǎng)分從滴頭處快速下移[27]。因此,當(dāng)灌溉量較高時(shí),SDI處理下層土壤較高的滲透性使土壤水分更容易下移,導(dǎo)致深層有較高的土壤含水量。本研究中,在虧缺灌溉條件下,SDI處理中下層的土壤水分較高;并且SDI處理土面蒸發(fā)較小導(dǎo)致較小的上層土壤水分波動(dòng)。較小的土壤水分波動(dòng)幅度和較高的土壤含水量能夠?yàn)楦祫?chuàng)造良好的生長(zhǎng)環(huán)境[28],避免或降低水分脅迫對(duì)作物的影響。因而,虧缺灌溉條件下,SDI處理根區(qū)的土壤水分狀況優(yōu)于DI處理,有利于冬小麥的生長(zhǎng)。然而,在充分灌溉條件下(W70),SDI處理較高的灌溉量,一方面使灌溉水上移至地表,另一方面大量的灌溉水下滲到深層土壤(>1.0 m)。深層根區(qū)過(guò)高的土壤水分會(huì)降低根區(qū)氧氣的擴(kuò)散率,容易引起根際缺氧,從而會(huì)對(duì)根系和植株的生長(zhǎng)產(chǎn)生不利影響[29]。此外,雖然深層土壤含水量較高,但該土層相對(duì)較低的根長(zhǎng)密度也會(huì)降低根系對(duì)水分的吸收[11]。因此,在砂質(zhì)壤土土壤類(lèi)型下,SDI條件下不推薦使用充分灌溉,因?yàn)楦嗟乃畷?huì)下滲到深層土壤。

減少灌溉量可以增加小麥對(duì)土壤水的提取,特別是從深層土壤中提取水分[30]。然而,嚴(yán)重的水分脅迫(小麥生長(zhǎng)季節(jié)不灌溉)顯著抑制0.8 m以下土層中根系對(duì)土壤水分的吸收和利用。而適度的虧缺灌溉有利于根系的發(fā)育,吸收利用深層土壤水分,對(duì)水分利用效率的提高有利。在本研究中,與W70處理相比,W60處理增加了從播種到成熟期間0.8～1.6 m土層的土壤水提取量。增加從深層土壤中汲取水分可以改善植物葉片的水分狀況,并能夠在干旱脅迫下維持葉片的蒸騰[16,31]。然而,在嚴(yán)重水分脅迫下,增加對(duì)深層土壤水的提取并不足以維持作物生長(zhǎng)[31]。因此,與W60和W70處理相比,雖然W50處理顯著增加深層土壤水提取量,但其植株的生理活性(凈光合速率、蒸騰速率及葉面積指數(shù))仍顯著降低。與DI處理相比,SDI處理能夠從中下層土壤(>0.4 m)中提取更多的水分。此外,與DI處理相比,SDI處理中下層土壤更好的水分條件也會(huì)促進(jìn)根系生長(zhǎng)并提高對(duì)深層土壤水的利用。一般來(lái)說(shuō),冬小麥主要從上層土壤(0～0.6 m)吸收水分,因?yàn)樯蠈油寥栏嫡急容^高[9]。然而,由于表層土壤中的根系在花后迅速衰退,導(dǎo)致上層根系對(duì)土壤水的吸收能力減弱。因此,下層根系對(duì)土壤水的吸收在籽粒灌漿過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用[32]。本研究結(jié)果顯示,播種—成熟期,SDI處理較DI處理提高從0.8～1.6 m土層中提取土壤水量及提取比例。由此可見(jiàn),SDI處理能夠促進(jìn)冬小麥根系對(duì)深層土壤水的吸收利用,有益于作物產(chǎn)量和水分利用效率的提高。

由于土壤水提取量與灌溉量之間存在負(fù)相關(guān)關(guān)系[33],因此,在相同土壤水分條件下增加土壤水提取量可以減少灌溉量。在本研究中,與DI處理相比,SDI處理增加播種—成熟期間的土壤水提取量,進(jìn)而降低灌溉量。

對(duì)于基礎(chǔ)性的體育教學(xué)而言，可以說(shuō)是各專(zhuān)業(yè)都可以通用的，也就是共性的教育；但是職業(yè)體育教學(xué)則不同，根據(jù)職業(yè)的不同、根據(jù)未來(lái)就業(yè)方向的差異，對(duì)于體能、素質(zhì)以及疲勞特點(diǎn)的要求都是不同的，因此在進(jìn)行體育知識(shí)和技能的傳授方面也應(yīng)該是不同的，應(yīng)該是有針對(duì)性展開(kāi)的，應(yīng)該是一種個(gè)性教育。在這樣的現(xiàn)實(shí)背景下，新時(shí)代的職業(yè)體育教學(xué)一定要不斷實(shí)現(xiàn)其服務(wù)功能的全面提升，既要充分滿(mǎn)足不同行業(yè)專(zhuān)業(yè)對(duì)于學(xué)生身體素養(yǎng)所提出的不同要求，同時(shí)又要做好強(qiáng)化性質(zhì)的身體鍛煉，有效防止可能因?yàn)樗鶑氖碌穆殬I(yè)而導(dǎo)致不同程度的損傷。

3.2 地表滴灌和地下滴灌對(duì)冬小麥產(chǎn)量的影響

灌漿期葉片較高的光合能力和較長(zhǎng)的葉片功能期對(duì)于提高作物產(chǎn)量十分重要[34]。灌溉方式顯著影響土壤剖面水分分布和土壤剖面含水量[9,11],進(jìn)而影響作物的光合特性和產(chǎn)量[35]。將滴灌帶放置在作物根區(qū)附近可以獲得更高的產(chǎn)量,因?yàn)橹亓ψ饔每梢允顾殖浞盅a(bǔ)充到作物根區(qū)[14]。與DI系統(tǒng)相比,SDI系統(tǒng)增加冬小麥地上生物量和產(chǎn)量,這主要是因?yàn)樵赟DI系統(tǒng)下,根區(qū)較充足的土壤水分能夠改善植株生長(zhǎng)狀況,優(yōu)化根和莖中同化物的分配[36]。然而,本研究中,在拔節(jié)期,小麥的根系主要分布在淺層土壤,SDI處理的表層土壤含水量低于DI處理。因此,SDI處理在拔節(jié)期的凈光合速率和葉面積指數(shù)低于DI處理。隨著作物的生長(zhǎng),SDI處理下層土壤較高的含水量能夠誘導(dǎo)根系下扎,充分吸收深層土壤水分進(jìn)而滿(mǎn)足作物生長(zhǎng)。因此,與DI處理相比,SDI處理增加了花后的凈光合速率并延遲了葉片衰老。SDI處理通過(guò)增加冬小麥花后光合同化物來(lái)獲得更高的產(chǎn)量。此外,本研究還表明,不同灌溉方式下,作物產(chǎn)量對(duì)土壤水分的響應(yīng)存在差異。SDI條件下,W60處理的產(chǎn)量最高;DI條件下,W70處理的產(chǎn)量最高。并且在虧缺灌溉條件下(W50和W60),SDI處理的產(chǎn)量顯著高于DI處理。在SDI條件下,由于重力作用導(dǎo)致滴頭下方土壤含水量較高,并且土壤濕潤(rùn)體的垂直濕潤(rùn)深度大于地面濕潤(rùn)寬度[14],這有助于作物的生長(zhǎng)。在虧缺灌溉條件下,SDI處理的產(chǎn)量高于DI處理,這可能是由于其中下層土壤(0.4～1.0 m)的水分狀況更好。SDI處理提高了冬小麥花后的葉面積指數(shù)和凈光合速率,最終有利于產(chǎn)量的形成。SDI處理在開(kāi)花—成熟期從0.4～0.8 m土層中提取了更多的土壤水分,可以間接說(shuō)明SDI處理比DI處理在中下層具有更好的根系吸水能力。然而,SDI系統(tǒng)中滴頭周?chē)娘柡桶霃绞强勺兊?隨著灌溉量的增加而增加[14]。因此,SDI系統(tǒng)在灌溉量較大時(shí),大量灌溉水會(huì)下滲到深層土壤,容易造成深層滲漏。本研究中,在充分灌溉條件下(W70),雖然SDI和DI處理均未發(fā)生深層滲漏,但SDI處理更多的灌溉水下滲到深層土壤(>1.2 m),不利于根系對(duì)水分的充分吸收利用。Bhattarai等[37]對(duì)棉花的研究表明,當(dāng)?shù)喂嗔砍^(guò)作物蒸散量的75%時(shí),SDI系統(tǒng)會(huì)發(fā)生深層滲漏,并且,再增加灌溉量并不能提高棉花的產(chǎn)量。本研究中,在SDI條件下,與W60處理相比,W70處理降低花后凈光合速率,進(jìn)而影響產(chǎn)量。

3.3 地表滴灌和地下滴灌對(duì)冬小麥水分利用的影響

水分利用效率受產(chǎn)量和蒸散量的影響,因此,用更少的水生產(chǎn)相似的產(chǎn)量或用相同的水獲得更高的產(chǎn)量是提高水分利用效率的有效途徑。本研究中,蒸散量是由生育期間的降水量、灌溉量和土壤水提取量三部分組成。由于各處理降水量相同,因此,各處理的蒸散量主要受灌溉量和土壤水提取量影響。SDI處理顯著增加冬小麥土壤水提取總量,降低了灌溉量。最終,SDI處理沒(méi)有顯著增加蒸散量。蒸散量包括植物蒸騰和土面蒸發(fā)[5]。與DI處理相比,SDI處理顯著降低土面蒸發(fā),因此,SDI處理提高冬小麥的蒸騰量。由于作物的蒸騰量與生物量呈正線(xiàn)性相關(guān)[38],作物蒸騰量的增加有利于生物量的提高,從而提高產(chǎn)量。與DI處理相比,SDI處理顯著增加產(chǎn)量,從而提高了水分利用效率。Bozkurt等[39]報(bào)道,與DI系統(tǒng)相比,SDI系統(tǒng)水分利用效率和灌溉水利用效率分別提高15.0～64.0 kg/(hm2·mm)和11.0～109.0 kg/(hm2·mm)。由于灌溉方式和土壤水分的互作效應(yīng),不同灌溉方式下冬小麥的水分利用效率對(duì)土壤水分的響應(yīng)不同。SDI和DI條件下,冬小麥獲得最大水分利用效率的處理分別為W60和W70。在充分供水條件下(W70處理),與DI處理相比,SDI處理在深層土壤中儲(chǔ)存的水分相對(duì)較多。盡管SDI處理深層土壤水較多,但其深層土壤中的根系較少[19]。相對(duì)較低的根長(zhǎng)密度會(huì)限制對(duì)較深層土壤水分的吸收。與DI處理相比,SDI處理在灌漿階段0～0.8 m土層土壤水提取量減少10.0%～35.2%。在充分供水條件下,SDI處理較低的上層土壤水提取量會(huì)影響植株生長(zhǎng)及籽粒灌漿,最終影響冬小麥產(chǎn)量。因此,與DI處理相比,SDI處理在充分供水條件下的水分利用效率較低。SDI條件下,與W60處理相比,W70處理在不增加產(chǎn)量的情況下由于較高的灌溉量導(dǎo)致蒸散量顯著增加,從而顯著降低了水分利用效率。

蓄電池綜合運(yùn)行狀態(tài)主要由其壽命即充放電輪次反映，又主要與其放電電流密度、溫度、放電深度、維護(hù)狀況和貯存時(shí)間等有關(guān)，放電度越深，使用壽命越短。綜合上述蓄電池物理屬性，結(jié)合蓄電池自身內(nèi)部電流、電壓、內(nèi)阻等屬性，通過(guò)建立放電輪次—內(nèi)部外部屬性之間的關(guān)聯(lián)模型，可實(shí)現(xiàn)蓄電池壽命的預(yù)測(cè)，提供蓄電池設(shè)備投運(yùn)與報(bào)廢指導(dǎo)。傳輸設(shè)備總體運(yùn)行狀態(tài)主要由其故障率反映，通過(guò)建立傳輸設(shè)備的歷史故障情況與其運(yùn)行環(huán)境、內(nèi)部屬性之間的關(guān)聯(lián)模型，可實(shí)現(xiàn)運(yùn)維人員對(duì)傳輸設(shè)備整體情況的把握；在此基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)設(shè)備趨勢(shì)性劣化的監(jiān)視，可實(shí)現(xiàn)故障預(yù)測(cè)，提升通信運(yùn)維水平。

綜上,SDI有利于增加土壤水提取量,特別是從深層土壤中,其平均灌溉量較DI處理平均8.3%。虧缺灌溉條件下,SDI增加中下層土壤體積含水量,并且降低土壤水分的波動(dòng)幅度,有利于促進(jìn)冬小麥的生長(zhǎng)(更高的凈光合速率和葉面積指數(shù)),最終SDI處理的產(chǎn)量和水分利用效率較DI處理分別提高14.5%～29.3%和13.9%～25.9%。在充分供水條件下,由于更多的灌溉水下滲到深層土壤,導(dǎo)致SDI處理的凈光合速率和產(chǎn)量較DI處理低。SDI條件下在拔節(jié)期后使土壤水分維持在田間持水量的60%～70%,能夠促進(jìn)冬小麥生長(zhǎng),增加產(chǎn)量并最大限度地提高水分利用效率。