基于双稳定同位素和MixSIAR模型的冬小麦根系吸水来源研究

摘要

灌溉和施肥措施对农田水文循环具有重要影响,根系吸水是联系植物蒸腾和土壤水分运动的关键水文过程,定量识别灌溉施肥影响下作物根系吸水来源对农业用水优化管理具有重要意义.氘氧稳定同位素(D和18O)是追溯农田水分运移过程的理想天然示踪剂.基于2013-2015年北京市典型农田不同灌溉施肥处理冬小麦水分运移试验,利用D和18O双稳定同位素和MixSIAR贝叶斯混合模型,量化冬小麦主要根系吸水深度及其贡献比例,阐明作物水分来源的季节变化及不同处理间的差异,分析根系吸水与土壤水分分布变化的相互关系.研究结果表明:两季冬小麦返青-拔节、拔节-抽穗、抽穗-灌浆和灌浆-收获期主要根系吸水深度均值分别为0-20 cmm(67.O％)、20-70 cm(42.0％)、0-20 cm(38.7％)和20-70 cm(34.9％),但季节变化差异显著,2014季主要吸水深度随作物的生长发育而逐渐增加,2015季则主要集中于浅层土壤(0-70 cm).返青-抽穗期仅灌水20 mm或施肥105 kg/hm2 N促使拔节-抽穗期深层(70-200 cm)土壤水分利用率平均增加29％,而前期充分灌水且大量施肥(≥当地施肥量210kghm-2N)时拔节-抽穗期根系吸水深度为土壤表层0-20 cm.在干旱少雨的冬小麦生长季内作物吸水来源与土壤水分消耗变化基本一致.