【摘 要】
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喷灌均匀性是衡量喷灌质量优劣和喷灌系统设计的重要参数,然而在作物冠层发育后,冠层会对喷灌水量进行再分配,进而影响喷灌水量在土壤中的再分布,最终影响作物生长。为完善喷灌均匀性的设计与评价标准,研究作物冠层对喷灌水量的再分配规律,探讨喷灌水量及其均匀性对土壤水分空间分布、作物生长状况及产量的影响具有重要意义。本研究以冬小麦为供试作物,于2020—2021年在常州市金坛区开展田间喷灌试验。试验依据作物需
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喷灌均匀性是衡量喷灌质量优劣和喷灌系统设计的重要参数,然而在作物冠层发育后,冠层会对喷灌水量进行再分配,进而影响喷灌水量在土壤中的再分布,最终影响作物生长。为完善喷灌均匀性的设计与评价标准,研究作物冠层对喷灌水量的再分配规律,探讨喷灌水量及其均匀性对土壤水分空间分布、作物生长状况及产量的影响具有重要意义。本研究以冬小麦为供试作物,于2020—2021年在常州市金坛区开展田间喷灌试验。试验依据作物需水量设置3个灌水量（W1:充分灌溉、W2:2/3需水量、W3:1/3需水量）处理和2个喷灌均匀性（J1:75%、J2:55%）处理,通过冠层上、下雨量筒和自制的茎流收集器测定冠层上、下的喷灌水量空间分布,并对喷灌后的土壤水分空间分布、冬小麦生长状况及产量进行监测,构建喷灌冬小麦冠层下水量分布预测模型,探究土壤水分指标和冬小麦产量及产量变异系数的关系。另外,基于COMSOL软件建立并试验验证喷灌土壤水分入渗模型,并以此模型预测喷灌土壤水分空间分布随入渗时间的变化,分析降雨和土壤蒸发对土壤水分空间变异的影响。主要研究结果如下:（1）冬小麦冠层对喷灌水量的再分配。冬小麦拔节-灌浆期,冠层上、下水量空间分布极显著相关（P＜0.01）,冠层下喷灌均匀性较冠层上低约1.5%。喷灌水经冠层再分配后形成的棵间穿透流量、茎秆流量以及冠下喷灌损失（Wind Drift and Evaporation Losses,WDEL）分别占冠层上部水量的56.0%～73.9%、25.0%～37.0%和2.5%～12.7%,而冬小麦冠层存储能力在拔节后期至灌浆期相对稳定,约为1.3 mm,WDEL不可近似为冠层截留量（W1J1处理的WDEL达冬小麦冠层存储能力的约3倍）。冠下穿透流率和茎秆流率分别与叶面积指数（Leaf Area Index,LAI）呈负相关（P＜0.01）和正相关（P＜0.01）,与株高呈正相关（P＜0.01）和负相关（P＜0.01）,而受喷灌均匀性和灌水量的影响较小。茎秆流率变异系数高于穿透流率变异系数。（2）喷灌水量及其均匀性对土壤水分空间分布的影响。灌水量、喷灌均匀性及二者的交互作用对0～30 cm深度土壤含水率均匀性的影响均不显著（P＞0.05）。低喷灌均匀性（J2）和亏缺灌溉（W2、W3）会导致可被冬小麦根系充分吸收利用的土壤水分SWCFC的变异系数CVSFC增大(SWCFC为土壤含水率与65%田间持水量的差值,CVSFC为SWCFC的变异系数)。（3）基于COMSOL软件模拟喷灌土壤水分入渗发现:喷灌后2 d的土壤水分分布趋于稳定,但水分集中区域和亏缺区域仍存在较大差距。0～10 cm深度CVSFC在降雨入渗作用下会迅速降低,＞10～30 cm深度CVSFC对降雨的敏感度低于0～10 cm深度,且存在滞后性;无降雨、喷灌时段,在蒸发作用下,0～30 cm深度CVSFC逐渐增大,其中0～10 cm深度土壤尤为明显。（4）冬小麦生长状况和产量对喷灌水量及其均匀性的响应。在充分灌溉（W1）条件下,J2处理对冬小麦LAI和株高无显著影响（P＞0.05）;在亏缺灌溉条件下（W2、W3）,J2处理会导致冬小麦LAI和株高的变异系数小幅增大。低喷灌均匀性（J2）导致土壤区域性水分亏缺,区域内作物在水分胁迫作用下小范围减产,产量CV增大,而亏缺灌溉（W2、W3）加剧了这一现象（W3J2处理内约1/3区域的土壤含水率低于65%田间持水量）,作物显著减产（W3J2处理减产9%,CV增大至0.17）,穗数和千粒质量是造成产量差异的主要因素。灌水量与喷灌均匀性组合对产量的效应中,灌水量起主导作用。冬小麦产量及产量变异系数均与喷灌后24 h＞0～20 cm深度土壤CVSFC显著相关（P＜0.05）。（5）农田水量收支分析。生育前期试验地降水量可以满足作物蒸发蒸腾耗水,并会产生69.61～74.28 mm地表径流;拔节-灌浆初期作物需水量较大,降水量不能满足其耗水,建议灌水;灌浆后期降水集中,建议依据当年的实际天气情况少量灌水或不灌水。综合考虑喷灌系统的前期投入、运营成本和当地的水量情况,建议在低喷灌均匀性（J2=55%）下充分灌溉（W1）。
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