陇东地区冬小麦水分亏缺特征研究

利用陇东地区15个县(区)气象资料,计算各县(区)1967～2008年冬小麦生长期间逐旬参考作物蒸散量( ET0)、需水量(ETc)和作物水分亏缺指数(CWDI),确定农业干旱等级,研究陇东地区冬小麦生育期间水分亏缺时空分布特征.结果表明,陇东冬小麦生长期间各类干旱尤其是重旱发生频繁.冬小麦营养生长阶段干旱频率低,生殖...     

基于波文比-能量平衡法的半湿润地区葡萄园蒸发蒸腾量估算

为准确估算半湿润地区葡萄园蒸发蒸腾量,在测定气象数据的基础上,以水量平衡法的实测蒸发蒸腾量（ET）为参考,分析判断波文比-能量平衡法估算半湿润地区葡萄园蒸发蒸腾量的适用性以及整个生育期内葡萄ET的变化规律,分别采用单作物系数法（K_c）、双作物系数法（K_cb）估算半干旱半湿润地区葡萄ET。结果表明：全生育期内波文比-能量平衡法与水量平衡法之间的均方根误差(RMSE)与纳什系数(NSE)分别为0.54与0.64,决定系数为0.82,说明波文比-能量平衡法可以较好地应用于半湿润地区葡萄园蒸发蒸腾估算,双作物系数法比单作物系数法估算结果更为精确,计算出的双作物系数0.85、1.07、0.71可以作为本地区值。     

1960—2015年吉林省玉米生长季有效降水和水分亏缺指数的变化特征

利用吉林省1960—2015年50个气象站的气象数据、1981—2014年玉米生育期观测资料,分别采用FAO推荐的Penman-Monteith方法、参考作物蒸散量和降水量的比率法,计算玉米生长季及各阶段的需水量、有效降水量,进而计算水分亏缺指数并分析其变化特征。结果表明：吉林省近56年玉米生长季平均有效降水量为242～374 mm,变化趋势在-12.0～4.9 mm·10a^-1,多数呈下降趋势,营养生长期有效降水在中西部大部、东部个别地区呈上升趋势,其它各生育时段以下降趋势为主。玉米生长季平均需水量为452～637 mm,气候倾向率在-16.5～10.3 mm·10a^-1,以下降趋势为主,生殖生长期需水量多数呈上升趋势,其它生育时段多数呈下降趋势。玉米生长季平均水分亏缺指数在23%～58%,气候倾向率在-0.8～1.9·10a^-1之间,以上升趋势为主,玉米营养生长期水分亏缺指数以下降趋势为主,其它生育阶段以上升趋势为主。中西部是有效降水量的低值区,需水量的高值区,水分亏缺严重;东部是有效降水量的高值区,需水量的低值区,水分亏缺相对较轻。     

气候变化下滇中地区水稻需水量与灌溉需水指数时空变化研究

基于1961—2013年滇中地区48个气象站逐日气象数据和2014—2018年5个水稻灌溉试验站的水稻生育期观测资料,利用Penman-Monteith公式和单作物系数法,并结合线性趋势和Mann-Kendall法计算分析了近53 a滇中不同分区水稻不同生育期需水量（ET_c）、有效降雨量（P_e）、净灌溉需水（IR）和灌溉需水指数（IRI）的时空分布特征。结果表明：1961—2013年滇中地区ET_c、P_e、IR和IRI平均值分别为546.34、235.96、310.38 mm和0.57,ET_c和P_e均呈显著减少趋势,IR和IRI呈波动上升趋势,每10 a其变化幅度分别为-4.358、-6.468、1.2 mm和0.8%。ET_c减小趋势主要集中在滇中I-2区和干热河谷Ⅵ区,P_e减小趋势主要集中在滇中I-3区和滇中I-4区,IRI上升趋势主要集中在滇中I-3区和滇中I-4区,ET_c、P_e和IRI显著变化主要出现在拔节孕穗期、分蘖期和乳熟期。1961—2013年滇中水稻ET_c呈分蘖期>抽穗开花期>乳熟期>拔节孕穗期>返青期>黄熟期,P_e呈抽穗开花期>分蘖期>拔节孕穗期>乳熟期>返青期>黄熟期,IRI呈返青期>分蘖期>黄熟期>乳熟期>拔节孕穗期>抽穗开花期。滇中水稻不同生育期ET_c呈现中北高中东低,减小幅度高值区主要分布在中北部,上升幅度高值区主要分布在中东部,P_e和IRI则呈相反的变化特征。P_e是影响ET_c、IR和IRI变化的主导因素。     

基于简单气象因子的干旱指数计算及其适用性分析

为建立可对短期干旱进行合理监测表征的气象干旱指数，从气象干旱发生的机制——水分供需矛盾（主要为降水量与蒸散量两大因素）出发，以旬尺度的蒸散缺水量占需水量的比值定义一个气象干旱指数——缺水度指数(WSI)，潜在蒸散量(PET)采用气温(T，℃)及相对湿度(RH，%)两大极易获取的气象因子计算，同时利用陕西省30个气象站点2000—2020年的逐日气象观测资料分析WSI的适用性特征。结果表明：在不考虑风和大气压的影响条件下，相对于Penman-Monteith方程，基于T和RH估算PET误差较小，均方根误差(RMSE)和平均绝对误差(MAE)均值分别为1.17 mm和0.82 mm，但62.1%的数据计算结果偏小，部分站点80%以上数据偏小。对陕西省不同区域近年来旱情发展变化的研究表明，WSI能够识别出陕西省旱情易发区域及时段，同时对于短期干旱事件具有较强的识别能力，较MCI指数能够更快地捕捉旱情发生，同时更加灵活简便，可以应用于气象干旱的监测预报和评估。     

施氮水平和干旱锻炼后复水程度对小麦水分利用效率的影响

以‘XR4347’冬小麦品种为供试作物,在温室内开展盆栽试验。设置低氮（N0.5,74 mg ·kg^-1）,中氮（N1.5,223 mg·kg^-1）和高氮（N3,446 mg·kg^-1）3个氮素水平,各氮素水平下设置3种水分处理,分别为W85:干旱锻炼（40%土壤持水量（SWHC））后复水至85% SWHC;W60:干旱锻炼后复水至60% SWHC;W40:干旱锻炼后复旱至40% SWHC,研究氮素水平及干旱锻炼后复水程度对小麦生理特性及水分利用效率的影响。结果表明：干旱锻炼后复水能够改善植株水分状况,但中氮和低氮处理时,复水程度过高降低小麦根水势（RWP）。叶片气孔导度（g_s）受水力信号和脱落酸（ABA）信号的调控,叶片内在水分利用效率（WUE_int）与g_s呈显著负相关关系,因此降低复水程度或增施氮肥通过调控g_s提高WUE_int。干旱锻炼后复水程度高增加小麦叶面积（LA）、地上部干物质量（SDB）和植株耗水量（PWU）,促进氮素吸收,但降低根系生长。与复水程度相比,氮素水平对植株水分利用效率（WUE_p）的影响更显著,高氮处理在保证SDB积累的同时使PWU降低9.1%,WUE_p提高10.1%。植株叶片的碳同位素组成（δ¹³C）随着氮素水平的提高而增加,WUE_p与叶片δ¹³C呈显著正相关关系,表明叶片δ¹³C可以用来表征干旱锻炼条件下WUE_p的高低,增施氮肥通过增强叶片的光合能力或优化调控叶片的气孔开度提高WUE_p。在所有处理中,N3W85和N3W60处理在保证SDB积累的同时提高WUE_p,但N3W60处理的PWU显著降低10.4%且根冠比较高,相比之下更有利于小麦植株的生长且节约灌溉用水,为本试验的最优处理。因此,在干旱缺水地区,增加施氮量或干旱锻炼后适当复水,不仅可以显著降低PWU、节约灌溉用水、维持作物生长和养分吸收,还可以提高叶片和植株的WUE。     

冬小麦综合干旱评估指标建立及应用

为提高冬小麦干旱监测和定量灾损评估的准确性,以半干旱黄土高原陇东地区为例,利用15个冬小麦种植县1965—2020年逐日降水资料、MCI指数,1978—2020年冬小麦产量资料、干旱灾情资料,以及1981—2014年生育期观测资料,探索建立冬小麦干旱灾损评估新指标WDI,以因旱减产率和干旱指标之间的关系参考历史灾情确定等级阈值,基于WDI分析陇东地区冬小麦干旱时空分布特征。结果表明：WDI在评估干旱对冬小麦产量影响方面优于气象干旱指数;从3个代表站WDI年际变化看,环县波动幅度最大且数值最小,其次是西峰,处于阴湿地区的华亭波动幅度最小且数值最大。20世纪90年代初至21世纪初波动最剧烈。从年代变化看,20世纪90年代全生育期、拔节~开花期WDI平均值分别为-10.6、-5.4,为各年代最低,处于干旱期;21世纪10年代WDI平均值则分别为4.4、2.6,为各年代最高,处于相对湿润期。在空间分布上,干旱频率由东南向西北增大,重度以上干旱主要发生在陇东西部和中北部。冬小麦全生育期、拔节~开花期轻中旱发生频率分别为34%~52%、41%~57%,重度以上干旱频率均为4%~18%,评估结果与历史实况基本一致。WDI兼顾气象学与生物学意义,能较好表征冬小麦产量损失、干旱时空特征分析,可用于冬小麦干旱监测和评估业务。     

河套灌区参考作物蒸发蒸腾量估算方法研究

参考作物蒸发蒸腾量（ET₀）是计算作物需水量的基础,一般用FAO推荐的Penman-Monteith公式（PM公式）计算。但是在河套灌区部分地区缺少辐射数据的观测,因而无法利用PM公式计算ET₀。本文选用河套灌区临河气象站1990—2012年的气象资料,分析了利用PM公式计算参考作物蒸发蒸腾量ET₀与气象要素的关系,发现对ET₀影响最大的气象因素为净辐射,其次为饱和水气压差和平均温度。建立了基于饱和水气压差、温度和风速的ET₀估算公式,验证结算显示相关系数、纳什效率系数和总量平衡系数分别为0.96、0.92、1.00。在风速缺测的条件下,也建立了基于饱和水汽压差和温度的ET₀估算公式。以上两个公式为河套灌区缺资料条件下ET₀的估算提供了简单且准确的估算方法。     

东北地区玉米干旱时空特征分析

利用1961～2007年东北地区124个气象站日气象数据,采用彭曼-蒙特斯方程计算参考蒸散量、作物需水量及玉米水分亏缺指数,按玉米生长的不同发育期确定不同干旱等级玉米水分亏缺干旱指标并计算了干旱频率,并就其时空分布及其年际变化特征进行分析.结果表明:东北地区玉米生长季内干旱呈现明显的季节性和区域性,干旱发生频率较高的时...     

基于条件植被温度指数的冬小麦主要生育时期干旱监测效果评价——I.因子权重排序法和熵值法组合赋权

选取关中平原冬小麦越冬后2002—2009年每年3—5月共9旬的条件植被温度指数（VTCI）遥感干旱监测结果,将冬小麦越冬后分为四个主要生育时期,分别运用因子权重排序法、熵值法及组合赋权法确定各生育时期干旱对产量的影 响权重,计算关中平原各市冬小麦每年的加权VTCI,并建立加权VTCI与冬小麦单产间的一元线性回归模型。结果表明,关中平原大部分地区的加权VTCI与小麦单产密切相关。其中,熵值法确定的加权VTCI与小麦单产的线性相关性不显著,渭南、咸阳及铜川的决定系数R²值均低于0.5;因子权重排序法和组合赋权法确定的加权VTCI与小麦单产的线性相关性显著,咸阳、宝鸡及西安的R²值接近或高于0.6,渭南接近 0.5,铜川较差。且组合赋权法的结果中宝鸡和西安的R²值接近0.7,优于因子权重排序法和熵值法的结果。     

滴灌条件下春小麦耗水规律研究

通过对滴灌(4个水分处理:150、300、450mm和600 mm)和漫灌(CK)不同品种(新春6号、新春22号)的春小麦生育期耗水量的分析,研究新疆石河子地区滴灌春小麦的作物系数、耗水规律及对产量的影响。结果表明:滴灌小麦各水分处理耗水量随着灌水量的增大而增大,整个生育期内蒸发蒸腾量为545.94 mm,平均阶段耗水强度为5.35 mm/d;蒸散量、蒸散强度呈抛物线型,在抽穗~乳熟期达到最高点;滴灌小麦的产量与耗水量呈单峰曲线关系;不同生育阶段的作物系数与FAO推荐的单值作物系数法查得的作物系数不同,在初始生长期、生育后期都大于标准条件下的作物系数值。     

两个转W23基因小麦株系的抗旱性鉴定

以两个T₅代转W23基因小麦株系G19-X59、G19-X61为材料,在水培条件下采用PEG-6000人工模拟干旱胁迫措施对转基因小麦株系的根系发育特点、抗旱相关的光合生理等指标进行了测定。结果表明,干旱胁迫条件下各参试小麦的光合速率(Pn)和蒸腾速率(Tr)均下降,转基因株系降幅较小,且其Pn和Tr值极显著高于受体品种;在正常供水和干旱胁迫两种水分处理下,转基因株系均比受体品种具有较发达的根系,其根总长、根总表面积、根总体积等参数极显著高于受体品种。这一结果说明,转W23基因小麦株系G19-X59、G19-X61在苗期依靠发达的根系维持较强的光合作用,提高其应对干旱胁迫的能力。     

黄河源区近40年参考作物蒸散量变化特征研究

选取位于黄河源区10个气象台站1971—2010年观测资料,运用彭曼—蒙蒂斯公式计算出各站参考作物蒸散量（ET₀）。通过数学统计、相关分析、小波分析等方法对黄河源区ET₀分别作了空间分布、年内变化和年变化等特征分析,结果发现源区ET₀空间分布不均匀,呈现西北部大于东南部。年内ET₀逐月变化表现为典型的单峰型;源区ET₀的四季分布差异较大,夏季蒸散量最大,冬季最小,春、秋季次之。各季节ET₀与气温和日照呈显著正相关,而与降水量和相对湿度呈明显负相关。ET₀年际变化为逐年波动式上升趋势,整个源区年平均ET₀以6.1 mm·10a^-1的气候倾向率逐年增大。40 a间ET₀曾出现过两次较为明显的准周期变化,分别在20世纪70年代中期至80年代中期,约为准8 a周期,1990年以后基本表现为准5 a周期变化。     

加气灌溉对温室番茄生长、产量及品质的影响

本试验目地是探明加气灌溉不同灌水量和加气灌水频率对温室番茄生长、产量和品质的影响,为实际生产应用奠定基础。采用温室小区对照试验,设置3个不同作物-皿系数K_cp（K_cp=0.8、K_cp=1.0、K_cp=1.2）和2个加气灌水频率（1次/3d、1次/6d）共组成6个处理,均以对应的不加气灌溉为对照,比较不同处理对番茄植株生长及果实产量和品质的影响。结果表明,在相同的灌溉频率及灌水量下,加气灌溉可以提高番茄的生长量、产量及品质,加气灌溉的番茄株高较不加气灌溉增加1.44%、茎粗增加3.02%、产量增加19.49%;加气灌溉有利于温室番茄茎粗、株高的生长,并且对番茄的产量和品质均有利。加气灌溉处理时,在相同的灌水量条件下,1次/6d较1次/3d的加气灌水频率,株高增加了8.08%,茎粗增加了6.33%,产量增加了26.01%。由此得出：加气灌溉对植株生长量及果实产量和品质的影响明显优于不加气处理;灌水频率为1次/6d且K_cp=1.0的处理最有利于番茄生长量的积累、产量的提高和品质的改善。     

基于条件植被温度指数的冬小麦主要生育时期干旱监测效果评价——Ⅱ.改进的层次分析法和变异系数法组合赋权

运用改进的层次分析法、变异系数法及主客观组合赋权法确定关中平原冬小麦越冬后主要生育时期干旱对产量的影响权重,建立关中平原五市2002—2009年每年的加权条件植被温度指数(VTCI)与冬小麦单产的一元线性回归模型,分析VTCI与产量间的线性关系。结果表明,变异系数法确定的加权VTCI与小麦单产的线性相关性不显著,渭南、咸阳及铜川的决定系数R²值均低于0.5;改进的层次分析法和组合赋权法确定的加权VTCI与小麦单产的线性相关性显著,除铜川外其余四市的R²值接近0.5,或者高于0.6,且组合赋权法的结果中西安的R²值达到0.7。基于改进的层次分析法和变异系数法的归一组合赋权法的结果优于其它 主客观组合赋权法的结果,为最优赋权方法,可用于评价冬小麦主要生育时期的干旱监测效果。     

杨凌地区冬小麦-夏玉米水分供需适配性分析

采用1984—2015年气象观测站逐日气温、降水等资料,计算冬小麦-夏玉米各生育期阶段的需水量和有效降水,采用趋势分析及数理统计方法分析近32 a陕西杨凌示范区冬小麦和夏玉米生育期的降水特征,并结合作物需水特征分析其水分供需的适配性。结果表明:冬小麦和夏玉米生育期的有效降水都表现出不稳定性,除个别年份外,大多年份降水不能满足作物的需水要求。冬小麦播种~返青阶段有效降水量仅为18.9 mm,需水量在126.5 mm左右;返青~拔节阶段有效降水13.5 mm,且变异系数达130%,而需水量为81.2 mm;拔节~孕穗阶段有效降水为37.6 mm,但小麦在此阶段需水量达206.6 mm;根据小麦生理需水规律,一般年份在冬前灌水45~50 mm,拔节期灌水50 mm左右,孕穗期视情况而定。夏玉米播种~出苗阶段有效降水变异系数最大,其次是拔节~抽雄阶段,各生育阶段有效降水均表现出不稳定性。出苗~抽雄阶段平均有效降水量为126.8 mm,此阶段玉米需水量为157.2 mm;玉米抽雄~灌浆阶段平均有效降水73.9 mm,而需水量为166.6 mm;根据玉米生理需水规律,一般年份可在夏玉米大喇叭口期灌水50 mm左右,抽雄灌浆期灌水60 mm。     

调亏灌溉对绿洲灌区膜下滴灌辣椒生长发育和产量的影响

为探明不同调亏灌溉对绿洲灌区辣椒全生育期生长和产量形成的作用机理，于2017年采用大田试验研究了调亏灌溉对膜下滴灌辣椒生长发育、产量和水分利用效率的影响。以全生育期充分灌水（75%~85%田间持水量θ_f）为对照，设置不同调亏灌溉处理：苗期轻度水分亏缺(65%~75% θ_f）WD1，苗期中度水分亏缺(55%~65% θ_f)WD2，苗期重度水分亏缺(45%~55% θ_f)WD3，苗期轻度水分亏缺-后果期轻度水分亏缺WD4，苗期中度水分亏缺-后果期轻度水分亏缺WD5，苗期重度水分亏缺-后果期轻度水分亏缺WD6，测定了各水分处理下的辣椒不同生育期生长指标（株高、叶面积指数和根冠比）及其产量和水分利用效率。结果表明：在辣椒苗期进行一定程度的水分胁迫均会抑制辣椒株高和叶面积的生长，其中WD2和WD3在后果期株高、叶面积指数分别比对照减小18.0%~37.4%和22.6%~54.6%，差异均显著（P<0.05，下同）；WD2的根冠比在后果期较对照处理显著增加14.97%；WD1对辣椒产量影响不显著，WD2和WD3与对照处理相比分别显著减产了4.3%和17.2%。全生育期辣椒耗水量受水分调亏程度影响较大，耗水量随调亏程度增大与对照处理相比减小0.7%~19.8%;WD5的水分利用效率最高，为139.47 kg·mm·hm^-2，产量达34 746.12 kg·hm^-2；后果期进行轻度调亏不影响辣椒株高和叶面积指数，且在不减产的情况下水分利用效率提高9.20%。因此，苗期施加中度水分调亏，后果期施加轻度水分调亏，其他阶段进行充分灌溉是实现绿洲灌区辣椒节水、高产高效栽培的一种较优灌溉方式。     

黄淮海平原主要农作物全生育期水分盈亏变化特征

根据1957-2013年黄淮海平原40个气象站的逐日气象资料,利用FAO推荐的作物系数计算冬小麦、夏玉米、夏大豆、棉花全生育期需水量及有效降水量,利用线性趋势、M-K检验、GIS插值分析黄淮海平原主要农作物水分盈亏的分布特征及其演变。结果表明:4种作物全生育期均处于缺水状态,小麦全生育期水分亏缺值1974年前存在波动,之后下降;玉米、大豆、棉花水分亏缺持续下降,大豆、玉米在2007-2103年下降显著,棉花在1985-2013年下降显著。4种农作物全生育期水分亏缺呈阶梯状分布,北部、东北部为水分亏缺最严重区域,向南部、东南部逐渐递减。小麦、玉米、大豆、棉花亏缺值分别为386.5mm、251.5mm、191.3mm、437.6mm。     

干旱对太行山山前平原雨养农田产量影响的模拟研究

以多时间尺度标准化降水蒸散指数（SPEI）作为干旱指标,利用APSIM模型（农业生产系统模拟模型）模拟太行山山前平原雨养旱作农田冬小麦-夏玉米近30 a产量变化,分析干旱对作物产量的影响。结果显示：APSIM模型对模拟雨养条件下作物产量具有良好的适用性,玉米产量年际波动较大、变异系数为51.2%,易受降雨因素影响;小麦产量波动相对较为稳定,变异系数为26.4%。干旱指数与作物产量极显著相关（P<0.01）,其中小麦产量与SPEI-3-Apr相关系数达0.79,玉米产量与SPEI-3-Sep相关系数达0.88,适宜干湿状态在0～2之间;所建立的回归方程分别可以解释61.8%的小麦产量变异和87.7%的玉米产量变异。研究表明,SPEI-3-Apr、SPEI-3-Sep可分别作为该地区雨养农田小麦、玉米产量的估计指标。     

干旱区棉花水分胁迫指数对滴灌均匀系数和灌水量的响应

为了修订和完善滴灌均匀系数的设计与评价标准,在新疆干旱区研究了滴灌均匀系数和灌水量对作物水分胁迫指数（CWSI）的影响。供试作物为棉花,试验中滴灌均匀系数（C_u）设置0.65（C1）、0.78（C2）和0.94（C3）三个水平,灌水量设置充分灌水量的50%、75%和100%三个水平。结果表明：棉花冠层温度和CWSI表现出随灌水量增加而降低的趋势;冠层温度和CWSI均匀系数的变化范围分别为0.91～0.98和0.65～0.91,均随滴灌均匀系数增加而增大;灌水量对冠层温度和CWSI均值的影响达到极显著水平（α=0.01）,滴灌均匀系数对冠层温度和CWSI均匀系数的影响达到显著水平（α=0.05）或极显著水平。CWSI与皮棉产量呈显著或极显著的负相关关系;滴灌均匀系数越低,水分亏缺引起的减产幅度越小。