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环渤海地区是我国粮食生产的重点区域,该区小麦总产量占全国的1/3。然而该地区水资源短缺,粮食生产过程中水分利用效率低,平均为1.2kg/m3,提升潜力巨大。本文以冬小麦为研究对象,研究微灌(滴灌与微喷带灌溉)5个土壤水分调控(分别控制20cm深度土壤水基质势下限高于-10、-20、-30、-40和-50kPa)对土壤水分和养分分布规律的影响,以及冬小麦生长、产量和耗水过程等的响应规律。主要结论如下: (1)适宜冬小麦的微喷带类型:类似双翼N65微喷带,喷孔均匀布置,有效喷洒宽度大。在作物遮挡下,灌水均匀系数高,土壤含水量的均匀系数和作物产量系数也较高。 (2)微灌不同土壤水基质势调控对土壤含水量分布有显著的影响。土壤水基质势下限控制的越低,土壤含水量越低。滴灌条件下,随着距离滴头水平距离越远,土壤含水量也降低,总体上滴灌条件下土壤水分状况良好,0.26-0.33cm3 cm-3,达到田间持水量的72%以上,且整个冬小麦生育期分布均匀。微喷带灌溉条件下,距离微喷带1.2m范围内土壤含水量较高,平均为0.29 cm3 cm-3,可以达到田间持水量的80%;距离微喷带1.2-2.4m范围(两条微喷带中间地带),冬小麦生育前期土壤含水量较高,平均为0.24 cm3 cm-3,为田间持水量的67%,但在冬小麦生育后期由于没有灌溉(为了避免微喷带喷水冲掉花粉而影响小麦授粉质量,扬花期间没有灌溉),土壤含水量降低到0.2 cm3 cm-3,仅达田间持水量的55%。 (3)微灌不同土壤水基质势控制试验对土壤养分的变化影响无显著差异。与播种前土体中的养分含量相比时,土壤硝态氮、速效磷、速效钾等养分含量均有不同程度的增加,且微灌条件下土壤养分主要积聚在0-40cm土体内。表层0-40cm土体内的土壤养分含量变幅大,40cm土体以下土壤养分变幅较小。 (4)微灌不同土壤水基质势处理冬小麦株高、叶面积指数、干物质积累和群体密度均无显著差异,冬小麦产量及其构成要素之间也没有显著差异。相同土壤水基质势(-40kPa)控制下,滴灌冬小麦产量(平均为8305kg/ha)比微喷带灌溉冬小麦产量(平均为7922kg/ha)稍高,微灌条件下冬小麦产量均比当地地面灌溉条件下(7075kg/ha)的产量高,提高了5.3-17.4%。 (5)滴灌条件下,随着土壤水基质势控制下限的降低,灌水量从296mm减少到224mm,土体贮水量的消耗量从32.4mm增加到110.9mm,深层水补给量从-10.6mm增加到38mm(-10kPa处理在130cm深度处产生深层渗漏,其余处理均产生不同程度的底层水分补给),冬小麦耗水量为420.9mm-495.8mm。微喷带灌溉条件下,不同土壤水分处理的灌水量为146-191mm,土体贮水量的消耗量139.2mm-160.3mm,深层水补给量为37.3-56.9mm(所有处理在130cm深度处均产生向上的水分补给),冬小麦耗水量428.9-504.7mm。 (6)滴灌条件下,随着土壤水基质势控制下限的降低,灌溉水利用效率越高,水分利用效率一致,为1.5 kg/m3;微喷带灌溉条件下,灌溉水利用效率和水分利用效率均随着土壤水基质势的降低先增加后降低,当土壤水基质势控制在-40kPa时,灌溉水利用效率和水分利用效率均最高,分别为5.4 kg/m3和1.77kg/m3。 (7)在环渤海黑龙港低平原地区,初步可以控制20cm深度土壤水基质势下限高于-40kPa来制定冬小麦微灌(滴灌和微喷带灌溉)灌溉计划。