基于CROPWAT模型的玉米需水量及灌溉制度研究

【目的】研究黑龙江西部气候变化对玉米需水量影响及不同降雨年型下喷灌、膜下滴灌的灌溉制度。【方法】基于黑龙江省肇州县1988—2015年气象资料、作物参数和土壤数据,利用Mann-Kendall趋势检验法分析了玉米生育期内各气象因素变化规律,结合CROPWAT模型研究了黑龙江省西部玉米需水量、有效降雨量和灌溉需水量的年际和各生育期间的变化规律并总结归纳了导致这些变化的气象原因,分析了不同降雨年型作物需水量与有效降雨量的耦合度并制订了相应的喷灌和膜下滴灌灌溉制度。【结果】(1)玉米生长期内,月平均最高温度和月平均最低温度显著升高,月平均风速显著降低;(2)玉米生长期内需水量受最高温度影响,以8.72 mm/10 a的速率增长,变化范围为374.7~537.0 mm;(3)特枯水年、枯水年、平水年和丰水年的需水量分别为500.3、470.8、442.8、395.4 mm。(4)不同降雨年型作物需水量与有效降雨量的耦合度总体呈先升增大后减小的变化趋势;(5)喷灌条件下,特枯水年、枯水年和平水年的灌溉净定额分别为187.4、125.4、49.2 mm;(6)膜下滴灌条件下,特枯水年、枯水年和平水年的灌溉净定额分别为163、95.6、35.8 mm。【结论】在气候变化背景下,该地区有效降雨呈减小趋势,玉米需水量呈增大趋势,除丰水年外,有效降雨量难以满足玉米的需水要求,在农业生产中应根据不同降雨年型在抽雄期和灌浆期进行适量灌溉来保证玉米稳产、高产。     

不同降水年型下免耕对冬小麦氮素积累与产量的影响

基于河南省2011—2017年长期定位耕作试验数据对RZWQM2模型进行了率定和验证,利用RZWQM2模型分析了不同降水年型免耕对0~100cm土层贮水量、冬小麦地上部氮素积累量和根部氮素积累量、冬小麦产量及氮素利用率的影响。模拟结果表明,不同降水年型冬小麦地上部氮素积累量和根部氮素积累量、冬小麦产量由大到小均表现为丰水年、平水年、枯水年。与传统耕作相比,免耕使枯水年、平水年和丰水年冬小麦不同生育期0~100cm土层平均贮水量分别提高11.3%、12.9%和16.9%。与传统耕作相比,免耕使枯水年冬小麦地上部氮素积累量和平水年抽雄期-收获期根部氮素积累量分别提高2.5%和3.1%,分别提高枯水年、平水年和丰水年氮素利用率26.7%、8.7%和6.0%,免耕较传统耕作氮肥利用效率在枯水年提高11.7%,而在丰水年降低1.7%。     

鲜食甜玉米需水规律及节水灌溉制度研究

【目的】研究鲜食甜玉米需水量、需水规律及节水灌溉制度,指导其科学合理灌溉。【方法】连续开展2 a鲜食甜玉米田间灌溉试验,以群众高产种植经验为试验处理,在试验小区内安装智墒和云智能气象站采集土壤墒情、气象数据。分析了甜玉米全生育期土壤水分动态变化规律;计算了甜玉米逐日需水量和作物系数,分析了其需水量规律;针对实际灌溉中存在的问题,对甜玉米灌溉过程中土壤含水率上下限进行了优化。【结果】甜玉米土壤水分变化主要集中在10～30 cm之间,根系最大吸水深度为50 cm;2016—2017年甜玉米全生育期需水量分别为197.7 mm和212.9 mm,平均需水强度分别为3.0 mm/d和3.1 mm/d;需水强度呈现抽雄吐丝期灌浆乳熟期拔节期苗期的规律;甜玉米作物系数(Kc)苗期最小,抽雄吐丝期最大,2 a全生育期Kc平均值分别为0.63和0.67;经过灌溉制度优化,甜玉米全生育期灌水4次,净灌溉用水量较实际分别减少31.87%和33.97%。【结论】甜玉米需水量较小,需水规律和普通玉米相似,农业生产中应根据降雨情况适时补充灌溉。     

微润灌对冬小麦生长和水分利用效率的影响

【目的】探明微润灌对大田密植型作物生长与灌溉水利用效率的影响。【方法】以冬小麦为研究对象,采用大田完全随机试验,通过微润灌与滴灌(地下滴灌、地表滴灌)、无灌溉对比,研究了微润灌对冬小麦生长、旗叶特性、产量及水分利用效率的影响。【结果】微润灌冬小麦株高、干物质质量、群体增长率、旗叶特性、产量、作物水分利用效率及灌溉水分利用效率均高于未灌溉处理,与滴灌对冬小麦生长的影响具有相似性,在灌溉大田密植型作物冬小麦方面具有较强的适用性。与滴灌相比,微润灌节水效果显著,灌水量约为滴灌的3/4,微润灌可延长冬小麦生育期约5 d,也可提高冬小麦株高、干物质量、群体增长率、旗叶特性、产量、作物水分利用效率及灌溉水分利用效率。【结论】为确保冬小麦生长指标及产量达最优,建议实践应用中,在作物关键需水期(抽雄期、灌浆成熟期)应适当增大微润灌工作压力。     

基于CROPWAT模型的玉米水分盈亏及灌溉制度研究

为研究黑龙江省中部地区玉米生育期内需水量、水分盈亏指数(CWSDI)、干旱等级变化和不同水文年灌溉制度,基于哈尔滨市1955-2014年气象数据、土壤数据和玉米作物参数,利用CROPWAT模型计算玉米生育期内需水量、有效降雨量和灌溉需水量,计算水分盈亏指数并划分干旱等级,采用Mann-Kendall趋势检验分析以上因素变化趋势,针对不同典型水文年制定灌溉制度。结果表明,该地区1955-2014年生育期内玉米需水量以9.41 mm/10 a的速率下降;丰水年、平水年,枯水年和特枯水年需水量分别为407.80、423.80、452.00和485.60 mm;多年平均CWSDI没有明显变化,生育期内每月CWSDI变化较为明显,干旱等级分析表明在玉米生长初期和生长后期较干旱;不同水文年干旱情况不同,除丰水年外,有效降雨量均难以满足玉米生育期内需水量,不同典型水文年应建立不同的灌溉制度。特枯水年、枯水年和平水年的灌水净定额分别为151.30、117.10和39.70 mm。     

不同降水年型下春玉米适宜秋浇模式的模拟研究

【目的】探讨不同降水年型下灌区春玉米适宜的秋浇模式。【方法】以河套灌区沙壕渠试验站为例,基于所收集的田间实测数据对SWAP-WOFOST模型进行了参数率定和验证,并利用率定验证后的模型分析了1987—2017年不同降水年型下春玉米相对适宜的秋浇模式。【结果】模型能够较好地模拟试验站的土壤含水率、含盐量和温度的动态变化以及作物生长状况。以提高春玉米的水分生产力为目标,不同降水年型下相对适宜的秋浇定额均为200mm。【结论】丰水年和平水年适宜的秋浇时间建议在9月30日前后;枯水年适宜的秋浇时间则建议选在10月30日前后。     

通辽玉米滴灌灌溉制度

为更加合理制定玉米滴灌灌溉制度,以我国“节水增粮行动”为背景, 于2016年在内蒙古通辽开展玉米滴灌灌溉制度试验研究.根据试验区34 a的降雨资料进行降雨频率分析,选取不同水文年型的代表年,结合玉米滴灌试验得到实际耗水规律,对比6种灌溉处理在各生育阶段的变化情况,测定了株高、叶面积指数、玉米产量等指标.结果表明:中水处理作物性状及产量较高,且水分利用效率最高,为最佳灌水处理;以中水处理作为滴灌灌溉制度的参考依据,通过气象数据计算参考蒸发蒸腾量ET₀.利用实际耗水量获取各生育阶段作物系数,结合代表年型的ET₀计算需水量.根据降雨量,得到不同水文年型滴灌灌溉制度:枯水年覆膜滴灌灌溉定额1 575 m³/hm²,无膜滴灌灌溉定额1 785 m³/hm²;平水年覆膜滴灌灌溉定额1 125 m³/hm²,无膜滴灌灌溉定额1 425 m³/hm²;丰水年覆膜滴灌灌溉定额600 m³/hm²,无膜滴灌灌溉定额900 m³/hm².     

滴灌施肥对华北小麦-玉米产量和水分利用效率的影响

【目的】研究不同滴灌施肥处理对华北地区小麦-玉米生长状况、产量和WUE的影响。【方法】采用二因素裂区设计,小麦和玉米试验施氮量设置低氮(60%当地通用施氮量)、中氮(当地通用施氮量)和高氮(140%当地通用施氮量)3个水平,分别用Nl、Nm、Nh表示;滴灌施肥次数小麦为0、1、2次,玉米为0、2、3次,分别用D0、D1、D2和D0、D2、D3表示,另以当地常规灌溉和施肥措施为对照(FP)。【结果】小麦试验结果表明,滴灌施肥可促进叶片生长,开花期滴灌施肥能减缓小麦叶面积指数(LAI)下降速率,增加干物质积累速率,不同施氮量处理之间干物质累积量差异不明显,表明滴灌施肥条件下在一定程度减少施氮量并不影响干物质积累;增加滴灌施肥次数可显著增加小麦产量,D2和D1处理的小麦平均产量分别较D0增加了44.4%和32.7%,但对WUE没有明显影响;滴灌施肥处理提高小麦产量的途径主要是通过促进千粒质量和穗数增加而实现。玉米试验结果显示,营养生长阶段滴灌施肥处理对LAI有显著促进作用,但滴灌施肥次数对地上部干物质积累没有显著影响;产量随滴灌施肥次数的增加而增加,D3处理显著高于D0处理,而WUE随滴灌次数增加而减少,D3处理显著低于D2和D0处理;与FP比较,滴灌施肥处理WUE显著高于FP,小麦和玉米的水分利用效率分别提高17.2%和7.2%以上。【结论】施氮量对小麦和玉米的产量和水分利用效率没有显著影响,表明在偏丰水年采用滴灌施肥一体化技术,在目前施肥水平基础上减少40%施氮量不会造成产量损失。     

地膜覆盖对不同株型春玉米产量和水分利用效率的影响

【目的】提高玉米的水分利用效率。【方法】以平展型品种沈单16和紧凑型品种先玉335为试验材料,研究了露地栽培和地膜覆盖对不同株型春玉米产量、降水利用效率以及水分利用效率的影响。【结果】不同降水年型对不同株型品种土壤水分和耗水量有不同影响,降水年型不同造成光照程度、气温不同年型波动较大。丰水年平展型品种露地产量较平水年增加31.0%,丰水年地膜覆盖产量较平水年增加10.6%。丰水年紧凑型品种露地栽培产量较平水年增加7.4%,丰水年地膜覆盖产量较平水年增加1.2%。露地栽培模式下平展型品种产量不同年型有较大波动,而平水年产量下降明显,紧凑型品种不同年型产量波动相对较小,地膜覆盖模式下2种株型品种均体现出较好的稳产性。【结论】地膜覆盖模式能够阻止不同株型春玉米土壤水分蒸发,有效地蓄积降水,提升降水利用效率和水分利用效率,进而增加产量。     

不同降水年型地下滴灌追氮对玉米产量的影响

采用完全组合设计,在长期试验基础上探讨了枯、丰2种降水年型滴灌追氮对玉米产量的影响.结果表明:丰水年整体产量高于枯水年,高水高氮和高水低氮处理在丰、枯水年间产量差异不具有统计学意义.枯水年滴灌对产量影响具有统计学意义(P<0.01),水氮互作对产量影响具有统计学意义(P<0.05),追氮对产量影响不具有统计学意义.丰水年滴灌对产量影响具有统计学意义(P<0.05),追氮对产量影响具有统计学意义(P<0.01),水氮互作对产量影响不具有统计学意义.不同降水年型间产量随滴灌量的增大而增大,枯水年滴灌对产量的提高幅度大于丰水年;随追氮量的增加先增大后减小,丰水年增加追氮量对产量的影响均大于枯水年.通过分析,确定了不同降水年型适宜的水肥施用模式:播种期沟施复合肥(N∶P₂O₅∶K₂O=15∶15∶15)450 kg/hm²后,在枯水年滴灌48 mm、追氮120 kg/hm²,丰水年滴灌36 mm、追氮240 kg/hm².     

秸秆覆盖对沟灌夏玉米根系分布及产量影响

【目的】探究夏玉米根系分布、水分利用效率及产量对沟灌种植下不同秸秆覆盖方式的动态响应。【方法】在河套灌区开展不同耕作模式的小区试验,试验设常规垄覆膜沟灌(FM)、垄覆秸秆沟灌(FLJ)、沟覆秸秆沟灌(FGJ)、垄沟覆秸秆沟灌(FLGJ)4个处理。研究了夏玉米各土层的根长密度、作物耗水量、产量及其相关指标,【结果】沟灌种植模式下不同秸秆覆盖方式显著(P<0.05)影响夏玉米根系分布、产量和水分利用效率,通过沟覆秸秆沟灌可改善夏玉米根系分布,提高水分利用效率,达到高产。沟覆秸秆促进了垄上大于40 cm土层根系发育,根长密度较FM处理增加128.1%,显著提高沟里大于20 cm土层根长密度,促进对深层土壤水分养分吸收利用,提高产量。与FM处理相比,FGJ和FLGJ处理的水分利用效率显著提高了51.9%和54.3%,增产9.3%和9.0%,但FGJ处理的收获指数显著高于其他处理(P<0.05),为0.48。【结论】沟灌种植模式下沟覆秸秆FGJ处理改善深层根系分布效果较好,显著提高夏玉米水分利用效率及产量。     

微喷补灌对夏玉米产量和水分利用效率的影响

【目的】提高夏玉米用水效率。【方法】2018—2019年设置4个微喷补灌处理,分别以0～10(W10)、0～20(W20)、0～30(W30)和0～40(W40)cm为目标湿润土层,补灌的目标土壤含水率为相应土层的田间持水率,补灌时期均为夏玉米播种时、拔节期开始时和抽雄期开始时;以传统畦灌模式(CK)为对照,研究了不同微喷补灌方案对夏玉米形态发育指标、产量构成、耗水量和水分利用效率(WUE)的影响。【结果】随着补灌目标湿润土层深度的增加,夏玉米株高、叶面积指数(LAI)、地上部干物质量和籽粒产量等指标呈逐渐增大或先增大后减小的趋势,当目标湿润土层达到20cm后,继续增加灌水量对夏玉米生长的促进效应减小,W20处理的各项指标均能获得较高值。耗水量和WUE受补灌目标湿润土层深度影响显著,其中,耗水量随目标湿润土层深度的增加而增大,WUE则与之相反。W20处理与CK和高水分(W40)处理相比,籽粒产量无显著差异,但灌溉用水量减少47.33%～54.73%,耗水量显著降低9.86%～13.85%,WUE显著提高11.48%～19.26%。【结论】建议试验区夏玉米微喷补灌的目标湿润土层为0～20 cm,目标含水率为田间持水率。     

沙漠绿洲区不同灌水方式条件下玉米灌溉制度研究

在石羊河流域干旱缺水的民勤县连续进行了 4年田间试验 ,研究了大田地膜玉米畦灌、常规沟灌、交替隔沟灌溉和宽垄沟灌 4种灌水方式下的灌溉定额及其对产量和水分利用的影响 ,拟定了不同灌水方式下的灌溉制度 ,得出交替隔沟灌溉方式下灌水 7次 ,次灌水定额为 30 0 m3/hm2 ,灌水时间为拔节期、大喇叭口期、抽雄期、抽穗期、灌浆始、灌浆中、乳熟期的灌溉制度为该地区推荐采用的最优方案。     

不同灌水量与每穴直播粒数对滴灌水稻生长发育及产量的影响

【目的】探索滴灌水稻高产高效的适宜灌溉定额及播种量。【方法】本试验在新疆农业科学院国家灰漠土肥力与肥料效应监测基地进行,设置3个灌溉定额水平,分别为796 mm(W1)、938 mm(W2)、1 059 mm(W3),每穴直播粒数设为每穴8粒(D1)、14粒(D2)、20粒(D3)3个水平,观测比较不同生育期株高、叶面积指数、干物质积累量等生长指标,分析不同灌水量与每穴直播粒数对滴灌水稻生长发育、产量及水分利用效率的影响。【结果】灌水量与每穴直播粒数交互作用以组合W3D1株高、叶面积指数和干物质积累量最高,分别为83.46 cm、8.46和2 962.67 g/m2,交互作用达到极显著水平(p≤0.01);W3D1处理产量最高达到6 789.00 kg/hm~2,灌水量对产量的影响达到显著水平(p≤0.05);W3D1水分利用效率为最优组合达到0.65 kg/m3。每穴直播粒数为8粒时,与W1、W2处理相比,W3处理产量增幅为54.95%、30.24%;W3处理中,D1处理与D2、D3处理相比,产量增幅分别为19.11%、23.96%。【结论】在本试验条件下,W3D1组合灌溉水量及每穴直播粒数为最佳。     

膜下咸水滴灌水肥盐调控对棉花盐离子、养分吸收及干物质分配的影响

[目的]探索南疆地区膜下咸水滴灌条件下水肥盐调控管理模式.[方法]设置不同淡咸水混合比例(1 ∶ 0、4 ∶ 1和2 ∶ 3)和不同施氮量(400、300kg/hm2和200kg/hm2)组合方案,其中淡咸水混合比例1∶0、施氮量300 kg/hm2为对照,研究了膜下咸水滴灌水肥盐调控对棉花盐离子、养分吸收及干物质分配...     

水分处理对冬小麦生育期耗水分配及产量影响

【目的】探索冬小麦产量及水分利用效率对灌溉水在生育期运筹的响应过程。【方法】通过人工控水试验开展了6个生长季(2012—2018年)的测坑冬小麦灌溉试验,试验设置不同灌溉水时间和不同次灌水定额,3个处理分别为拔节90 mm(I90)、拔节45 mm+抽穗45 mm(I45*2)、拔节30 mm+抽穗30 mm+灌浆30 mm(I30*3),总灌溉额均为90 mm,重点研究了灌溉水在生育期分配对冬小麦产量和水分利用效率(WUE)的影响。【结果】6个生长季的试验数据统计分析表明,I90、I45*2和I30*3处理的平均产量分别为6 878.3、7 249.1和7 568.6 kg/hm^2;与I90处理相比,I45*2和I30*3处理的产量分别提高了4.4%和10.0%;在灌溉定额一定条件下,不同灌溉处理对生育期总耗水没有显著影响,但I45*2处理比I90处理生殖生长阶段的耗水增加了23.7%,且生育期水分利用效率提高了14.8%。【结论】有限供水条件下,小定额多次灌溉可以有效改善生育后期麦田水分状况,有利于光合产物向籽粒的转化,进一步提高冬小麦千粒质量和收获指数,最终提高了冬小麦经济产量和水分利用效率。     

水气互作对温室番茄生长、产量和水分利用效率的影响

[目的]探寻温室番茄适宜水气组合及加气阈值,为温室番茄的高产提供理论基础及技术指导.[方法]采用微纳米气泡水结合地下滴灌系统,设置了3个灌溉水溶解氧质量浓度分别为井水对照3～5 mg/L (O1)、15 mg/L(O2)和25 mg/L (O3),每个溶解氧质量浓度下均设置3种不同灌溉控制水平,土壤含水率分别控制在田间...     

覆膜与水分控制对宁夏设施滴灌番茄产量与品质的影响

【目的】探索宁夏设施滴灌番茄覆膜的效果和适宜的灌溉制度,为宁夏地区设施滴灌番茄节水高产种植提供理论依据。【方法】通过2 a试验,在覆膜(M)与不覆膜(NM)条件下,设定4种水分控制水平,灌水频率为7~10 d,W1、W2和W3处理的灌水上限分别为100%FC(田间持水率)、80%FC和70%FC,以当地灌水量为对照(CK,灌水上限为123%FC),研究了覆膜和水分控制对设施滴灌番茄生长、产量、品质与水分生产效率的影响。【结果】番茄株高和茎粗在苗期―开花坐果期生长迅速,受覆膜处理影响显著(P<0.01),受水分控制影响不显著(P>0.05)。随着灌水量的增加,番茄产量先增加后降低,W2M处理的产量和水分生产效率均为最大值,分别为89844.88 kg/hm2和502.5 kg/(hm²·mm),相比覆膜CK分别增加21.4%和63.7%。相比于不覆膜处理,覆膜番茄产量平均增加18.1%,差异达到显著水平(P<0.05),其还原性维生素C和可溶性固形物量分别提高28.9%和22.8%(P<0.05)。覆膜和水分控制均对番茄还原性维生素C量、可溶性固形物和可溶性总糖量的影响达到显著水平(P<0.01),覆膜处理还对可滴定酸量和糖酸比的影响达到显著水平(P<0.05)。【结论】对于宁夏设施滴灌番茄,采用覆膜栽培与80%FC的灌水上限可以获得较高产量和较好品质。     

不同灌溉制度对制种玉米产量和阶段耗水量的影响

通过田间试验研究了相同灌水定额(900 m³/hm²)条件下,不同灌水次数(0,2,3,4次)对制种玉米生育期土壤水分分布特征、耗水规律以及产量影响.结果表明,不同灌溉制度主要影响作物拔节后0~100 cm土壤水分分布.相同灌溉定额条件下,灌水时间影响制种玉米的穗行数、行粒数产量特征值.各处理耗水强度均呈“低、高、低”的变化趋势,峰值主要出现在制种玉米抽雄期-灌浆期.制种玉米各生育阶段对缺水的敏感程度由大到小依次为灌浆期、拔节期、苗期、乳熟期、抽雄期.在西北干旱半干旱地区,制种玉米苗期-拔节期、拔节期-抽雄期、抽雄期-灌浆期进行3次灌水,灌水定额为900 m³/hm²,灌溉定额为2 700 m³/hm²的灌溉制度具有明显的经济产量效益和节水效益.