对冬小麦进行深层灌水可以将水分直接灌输到深层根系部分,从而诱导根系下扎,促进冬小麦生长发育,提高产量和水分利用效率,是一种高效的节水灌溉方式。为进一步探究深层灌水条件下的优化灌水策略,完善深层灌水理论体系,本试验在山西水利职业技术学院实训基地采用塑料管土柱法种植冬小麦,以灌水深度为控制因子设5个处理,T1处理灌水深度均为根系分布深度的60%,T2处理返青水、拔节水、抽穗水、灌浆水灌水深度分别为根系分布深度的60%、60%、90%、90%,T3处理灌水深度均为根系分布深度的90%、T4处理返青水、拔节水、抽穗水、灌浆水灌水深度分别为根系分布深度的90%、90%、60%、60%,对照组CK处理灌水深度均为地面灌水。本文通过对不同处理条件下冬小麦的耗水特性、植株生长状况、产量及水分利用效率等指标进行对比分析,得出深层灌水条件下的优化灌水策略,并运用BP神经网络建立了深层灌水条件下的冬小麦根系分布预测模型,取得了良好的预测效果,可为深层灌水的实施提供理论依据。主要研究结果如下:(1)不同灌水处理对各土层土壤含水量的影响差异显著。在0-40cm的土层中,土壤含水量随时间变化幅度较大,各处理土壤含水量的大小关系为:CK>T1>T4>T2>T3;在40-90cm的土层中,土壤含水量变化幅度相对减小,各处理土壤含水量的大小关系为:T3>T2>T1>T4>CK;在90cm以下的土层中,土壤含水量随时间变化幅度较小,呈缓慢下降趋势,各处理土壤含水量的大小关系为:T3>T2>T4>T1>CK。(2)深层灌水条件下各层土壤温度均随时间呈现出先减小后增大的趋势,且表层土壤温度要明显大于下层土壤。灌水深度对不同土层的土壤温度的影响作用不同,在表层土壤中,土壤温度随灌水深度的增加而增大;在中层土壤中,土壤温度随灌水深度的增加呈现出先增大后减小的趋势;在下层土壤中,各处理间的土壤温度差异较小。(3)不同灌水深度条件下冬小麦阶段耗水量和日耗水量变化规律均表现为先增大后减小趋势,在抽穗期达到最大值。各生育期不同土层耗水量均呈现出从上到下逐渐减小的趋势,而且表层耗水量远大于下层土壤。各处理全生育期总耗水量比较:CK>T4>T1>T2>T3,灌溉水量占总耗水量的比例大小:T3>T2>T1>T4>CK,表明深层灌水处理能够减小冬小麦的总耗水量,更加有效地利用灌溉水量,具有一定的节水作用。(4)深层灌水处理能够明显增加冬小麦的总根长,增大下层土壤中的根长密度。在生育前期适当加大灌水深度,可以诱导根系向深层土壤下扎,增加根系数量,但在生育后期灌水深度不宜过大,必须兼顾表层土壤的含水量,否则会造成浅层根系的缺水死亡,影响根系的整体发育。处理4的总根长在各生育期均处于较高水平,最有利于冬小麦根系的生长发育。(5)在深层灌水条件下,通过建立BP人工神经网络模型对冬小麦各土层根长密度进行预测得到:训练样本预测值与实测值之间平均相对误差为5.92%;检验样本预测值与实测值之间平均相对误差为7.30%。训练样本和检验样本都取得了较高的模拟精度,表明以土层深度、发育时间、各土层根系日均耗水量、各土层日均温度、地上部干物重、株高等易测指标对冬小麦根系分布进行预测是可行的,可为深层灌水条件下冬小麦根系研究工作提供新方法。(6)不同生育期灌水深度对冬小麦植株生长状况产生一定影响。拔节期和抽穗期,随着灌水深度的加深,冬小麦的株高、叶面积、干物质重都呈现增长趋势;灌浆期和成熟期,灌水深度过深反而会导致株高、叶面积、干物质重等各项指标减小,不利于冬小麦植株的生长。深层灌水条件下冬小麦产量的提高主要是由于单穗粒数和千粒重的有效增加造成的,处理4最有利于冬小麦籽粒的生长,能够最大限度的促进冬小麦产量的增加,提升冬小麦的水分利用效率。(7)综合冬小麦耗水特性、植株生长状况、产量和水分利用效率等方面的因素,可以得出,处理4为深层灌水条件下的优化灌水策略,即返青水和拔节水灌水深度为根系分布深度的90%,抽穗水和灌浆水灌水深度为根系分布深度的60%。