淮北平原冬小麦作物系数的变化规律研究

【目的】研究淮北平原冬小麦作物系数的时空变化规律。【方法】采用水量平衡法、涡度相关法和Bouchet互补关系理论,结合Penman-Montieth方程,计算得到1991—2018年淮北平原冬小麦的作物系数;采用线性拟合法、Mann-Kendall趋势检验法和突变检验法滑动t检验法,结合ArcGIS,研究了作物系数在淮北平原的时空变化规律,并对影响因素进行分析。【结果】①淮北平原冬小麦全生育期的实际蒸散量的多年平均值为429.3 mm,参考作物蒸散量为541.3 mm,作物系数为0.79;②作物系数在不同生育阶段的变化为先减小后增大再减小;③作物系数在淮北平原全生育期由西北角向周围逐渐增大,高值中心呈现北移趋势;④作物系数与气候因子紧密相关,其中气温的影响最为显著,相对湿度和降水次之,风速最不显著。【结论】作物系数存在显著上升趋势,与气候因子关系紧密,需要关注作物需水量的变化。     

淮北平原降水量和参考作物蒸散量时空演变规律研究

【目的】研究淮北平原降水量和参考作物蒸散量的时空演变规律。【方法】基于5个气象站1955—2015年的气象数据,采用M-K检验法、Kendall秩次相关检验法、R/S分析法、M-K突变检验法、Yamamoto法、滑动t检验法,并结合Arc GIS,分析了降水量和参考作物蒸散量的时空演变规律。【结果】淮北平原年降水量整体呈不显著的上升趋势,未来仍将保持这种微弱的上升趋势;参考作物蒸散量整体呈显著的下降趋势,未来仍将维持这种明显的下降趋势。降水量变化较大的年份为1966、1998、1999、2000、2007、2013年,参考作物蒸散量变化较大的年份为1998年和2004年。经检验,这些年份均没有达到气候突变的要求。1955—2015年,降水量高值中心出现在蚌埠和阜阳的概率各占50%,低值中心出现在砀山的概率为83%;参考作物蒸散量高值中心出现在亳州的概率为33%,低值中心出现在蚌埠的概率为67%。因此,淮北平原各地的灌溉任务可据此作一定的调整,亳州和砀山地区的灌溉应加强,蚌埠和阜阳的灌溉可适当减少。【结论】1955—2015年,降水量和参考作物蒸散量都没有发生突变,但相对而言,参考作物蒸散量的波动较大。未来一段时间内降水量将增加,参考作物蒸散量将减少,淮北平原未来出现涝渍的概率加大,因此,未来的排涝任务可能会加重。     

基于冠层光谱特征的冬小麦植株含水率诊断研究

【目的】快速、精确地获得作物水分状况。【方法】采用高光谱采样数据分析方法,研究了北京大兴冬小麦不同生育期不同水分条件下的冠层光谱变化特点,筛选了水分光谱敏感波段,构建了冬小麦水分状况诊断模型。【结果】(1)在750~1 075 nm近红外反射平台拔节—抽穗期、抽穗—灌浆期冬小麦冠层光谱反射率随植株含水率的增大而上升,在350~750 nm的可见光区域灌浆—成熟期冬小麦冠层光谱反射率随植株含水率的增大而降低;(2)不同生育期冬小麦植株水分状况均与650~775 nm波段密切相关,其中对冬小麦植株含水率变化最为敏感的波段为661nm和771 nm;(3)通过筛选光谱参数模型、构建基于敏感波段回归模型并综合分析2类模型对冬小麦植株含水率的监测效果发现,冬小麦不同生育期植株含水率监测最佳模型均为光谱参数模型。【结论】在利用光谱技术监测冬小麦植株含水率时,包含661 nm及771 nm附近波段的水分监测光谱参数模型效果最佳。     

华北典型区冬小麦区域耗水模拟与灌溉制度优化

以经校验Aquacrop模型模拟了不同土壤条件下冬小麦水分与产量响应关系,结合北京大兴区土壤分布及其冬小麦实际种植情况,对模型模拟结果进行区域尺度拓展,以此为基础分析了研究区不同灌溉制度下冬小麦耗水量、产量及水分生产率的变化规律,并推荐了与华北地区水资源实际情况相适宜的冬小麦亏缺灌溉制度。结果表明:应用Aquacrop模型能较好模拟冬小麦生育期内土壤墒情和冠层覆盖度的动态变化过程及其生物量与产量情况,可利用经校验后的模型进行冬小麦水分与产量响应关系研究。灌溉定额在300 mm范围内,随着灌溉量增加,耗水量增大;在灌水次数相同条件下,灌溉日期不同,因蒸腾量变化导致耗水量差异显著。在相同处理下总体上降水多年份产量较高,而不同处理之间随着灌溉量增加产量增大;在灌水次数相同情况下,灌溉关键生育时段选择对冬小麦产量形成及水分生产率提高至关重要。以冬小麦增产提效为原则,在灌1水情况下重点保障拔节-抽穗阶段的需水;灌2水情况下重点保障返青-拔节、抽穗-乳熟阶段需水;灌3水情况下重点保障返青-拔节、拔节-抽穗、抽穗-乳熟阶段需水。针对华北水资源严重短缺实际,建议北京大兴区冬小麦采用灌2水的亏缺灌溉制度,较灌4水情况下的灌溉量与耗水量分别减少140、65 mm,能确保75%产量。可见,在与华北类似的资源性缺水区域,选择适宜亏缺灌溉制度,能大幅降低区域灌溉量与耗水量,在稳定区域冬小麦产量及涵养地下水源方面具有重要的现实意义。     

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。     

基于粒子群优化小波神经网络模型的春玉米生育阶段干旱预测

【目的】为更好地开展区域性作物生长季气候干旱预测,指导春玉米高效节水补灌生产。【方法】采用皮尔逊相关系数方法选取了与干旱指数最相关的因子,利用阜新市阜蒙县1965—2019年逐日气象数据,探索建立了粒子群算法优化的小波神经网络模型(PSO-WNN),将春玉米不同生育阶段的水分亏缺指数结果进行对比验证模型精度,并利用模型模拟预测未来5 a干旱发生情况。【结果】通过模型验证,春玉米5个生育阶段(播种—出苗阶段、出苗—拔节阶段、拔节—抽雄阶段、抽雄—乳熟阶段、乳熟—成熟阶段)的均方根误差(RMSE)分别为0.0419、0.0174、0.0481、0.0297、0.0421,决定系数R2分别为0.8402、0.9853、0.8990、0.9575、0.9177,且预测结果与实际干旱等级相符。【结论】文中构建的模型适用于阜新地区春玉米干旱预测,未来5 a该地区春玉米在播种—出苗阶段可能无旱或轻旱,出苗-拔节阶段可能发生中旱甚至特旱,生育后期干旱程度逐渐减弱,拔节—抽雄和抽雄—乳熟两个阶段出现轻旱概率较高,乳熟—成熟阶段出现干旱的概率较低,程度较小,表明未来几年该地区春玉米生产应该更多关注出苗—拔节阶段的旱情。     

不同灌溉控制指标对冬小麦生长及耗水特性的影响

【目的】探究冬小麦适宜的计划湿润层深度和土壤含水率控制下限的组合模式,为冬小麦田间用水管理及自动灌溉控制决策提供理论依据。【方法】以冬小麦为研究对象,采用大田试验,设置3个土壤含水率控制下限(L:40%,M:50%,H:60%)和3个计划湿润层深度(60、80、100 cm),共9个处理(T60L、T60M、T60H、T80L、T80M、T80H、T100L、T100M、T100H),研究了不同计划湿润层深度与土壤含水率控制下限对华北地区冬小麦生长发育和水分利用的影响。【结果】计划湿润层深度及土壤含水率控制下限的不同改变了处理间灌水定额及灌水次数,计划湿润层深度过高或土壤含水率控制下限过低均不利于冬小麦植株的生长发育。随着计划湿润层深度(60~100 cm)和土壤含水率控制下限(40%~60%)的增大,冬小麦花前及花后的干物质累积量呈先增大后减小的趋势。产量随土壤含水率控制下限增高呈增加趋势,当计划湿润层深度为80 cm时,产量相对最高,同时耗水量也越多,而计划湿润层深度为60 cm时耗水量最少。计划湿润层深度越低,土壤含水率控制下限越高,冬小麦水分利用效率则越高。T60H处理的水分利用效率最大,为19.96 kg/(hm²·mm),比最小值T100L大21.0%。【结论】本试验条件下,计划湿润层深度为60 cm,土壤含水率控制下限设置为土壤有效含水率的60%时,冬小麦节水高产效果相对最优。     

基于SPI的河南省冬小麦生育期干旱时空变化特征分析

【目的】探索以SPI监测冬小麦生育期内干旱时空变化、发展趋势和对粮食产量的影响。【方法】基于1961-2015年河南省17个站点的逐月气象资料,利用标准化降水指数(SPI)定量分析了河南省冬小麦生育期干旱时空演变特征及干旱对冬小麦产量的影响。【结果】生育前期干旱发生频率在24.1%~37.0%之间变化,固始和驻马店最低,三门峡和新乡最高;分蘖期干旱发生频率在18.5%~31.5%之间,开封最低而卢氏最高;返青—抽穗—成熟期干旱发生频率在27.8%~38.9%之间,商丘、西华和信阳最低而宝丰最高;全育期干旱发生频率在24.1%~38.9%之间,固始最低、孟津最高。未来河南省冬小麦生育前期、返青—抽穗—成熟期以干旱为主;分蘖期、全育期以湿润化为主。河南省返青—抽穗—成熟期和全育期干旱对冬小麦气候产量的影响较大。【结论】生育前期和返青—抽穗—成熟期未来呈干旱化趋势,应采用针对性措施及时灌溉,有效应对干旱和保障小麦生产。     

畦田节灌对冬小麦光合特性、产量和水分利用效率的影响

【目的】充分利用土壤贮水和自然降水,减少灌溉水投入,研究依据自然供水状况确定最佳畦灌时期和次数的畦田节灌技术。【方法】试验在播种期水分管理一致的基础上,设置4个水分处理,W0为不灌水处理,W1为灌3水处理(越冬水+拔节水+开花水),W2为灌2水处理(拔节水+开花水),W3为灌1水处理(开花水),研究了畦田节灌对冬小麦开花后旗叶SPAD值、光合特性、产量及水分利用效率的影响。【结果】与W2处理相比,W3处理开花后旗叶SPAD值、净光合速率、干物质同化量及其对籽粒的贡献率均降低,穗数、穗粒数和籽粒产量减少,但水分利用效率较高;W1处理籽粒产量及其构成因素没有明显变化,但水分利用效率显著降低。与W0处理相比,W3处理的籽粒产量增幅达16.2%～20.7%。结合关键生育时期土壤相对含水率分析,冬小麦越冬期0～20 cm和0～40 cm土层土壤相对含水率分别不低于65%θf(θf为田间持水率)和66.8%θf时,灌溉越冬水对籽粒产量无明显增益作用。拔节期0～20 cm土层土壤相对含水率降至50.6%θf及以下,即使0～200 cm土层土壤含水率接近80%θf,仍不能满足拔节后冬小麦对水分的需求,应及时灌溉拔节水。开花期0～20 cm和0～200 cm土层土壤相对含水率分别为24.8%θf～35.6%θf和57.9%θf～58.8%θf,及时灌水增产幅度较大。【结论】在冬小麦播种期供水适宜的条件下,于拔节期和开花期实施畦灌,生长季内灌2水,能获得较高的籽粒产量和水分利用效率,避免过量灌溉。     

贵州省玉米不同生育阶段干旱灾害风险分析

选取玉米不同生育阶段的降水距平百分数为干旱指标,进行不同生育阶段旱情等级的划分;基于信息扩散理论分析贵州省玉米不同生育阶段干旱灾害风险。结果表明,干旱灾害风险发生的概率以播种—出苗期最高,出苗—拔节期最低;播种—出苗期、抽穗—灌浆期发生特旱的概率较高,出苗—拔节期发生轻旱的概率较高;拔节—抽穗期、抽穗—灌浆期、灌浆—成熟期、全生育期发生中旱的概率较高。贵州省中部播种—出苗期旱灾风险较高,西北部出苗—拔节期、全生育期旱灾风险较高,西南部拔节—抽穗期旱灾风险较高,北部出苗—拔节期旱灾风险较高,东部抽穗—灌浆期、灌浆—成熟期、全生育期旱灾风险较高。应用信息扩散理论进行玉米不同生育阶段干旱灾害风险评估是可行的。     

灌水对冬小麦耗水量和产量影响的试验研究

2006年10月~2008年5月在山西省运城灌溉试验站进行了两年的冬小麦需水量和灌溉制度试验研究。结果表明,冬小麦的耗水规律为播种~越冬阶段0.48~1.11 mm/d;越冬~返青阶段0.14~1.07 mm/d;返青~拔节阶段0.69~2.10 mm/d;拔节~抽穗阶段2.02~4.27 mm/d;抽穗~灌浆阶段达到最大值3.57~8.62 mm/d;灌浆~收获阶段1.63~3.85 mm/d。冬小麦耗水量与产量呈抛物线关系,为了取得高产和较高的水分利用率,全生育期的耗水量应在380~440 mm之间。在当地气候、土壤及栽培模式下,冬小麦的灌溉制度为全生育期灌水3次,灌水定额60~80 mm,灌溉定额180~240 mm。     

受旱试验与相对生长率相结合的小麦旱灾系统敏感性识别与评估

【目的】揭示小麦不同生长发育过程中干旱致灾因子危险性经承灾体脆弱性转换为旱灾损失的干旱致灾机制。【方法】基于小麦受旱试验,运用相对生长率生长函数,构建了小麦旱灾系统敏感性曲线,据此进行小麦旱灾系统敏感性的定量识别与评估。【结果】小麦分蘖期受旱胁迫均会造成干物质累积总量相对生长率小幅降低(相对无受旱胁迫),但随受旱胁迫度的增加变化幅度并不明显,当期受旱会激发小麦的自适应能力,促进根系纵向生长,从而对后期生长发育有利;小麦拔节孕穗期轻度受旱对生长发育影响较小,但在重度受旱时系统敏感性最大;小麦抽穗开花期系统敏感性较大,轻度受旱即会对小麦生育造成较大影响;小麦灌浆成熟期系统敏感性也较大,轻度受旱就会显著抑制小麦生长发育。【结论】小麦拔节孕穗期轻度受旱胁迫对小麦生长发育影响较小,但在重度受旱时系统敏感性最大,宜保证该生育期土壤含水率高于田间持水率的55%;小麦抽穗开花期和灌浆成熟期系统敏感性均较大,轻度受旱均会对小麦生育造成较大的影响,宜保证这2个生育期土壤含水率高于田间持水率的75%。     

基于HYDRUS-2D模型的滴灌土壤水氮动态模拟研究

【目的】探究河套灌区滴灌条件下玉米各生育期土壤水氮变化规律及不同灌水量对土壤硝态氮累积量的影响。【方法】通过田间试验,设置高灌水量（D1:76 mm）处理和低灌水量（D2:60 mm）处理,分析土壤含水率和土壤氮素（铵态氮和硝态氮）的动态变化规律,利用HYDRUS-2D模型进行模拟验证与预测。【结果】各处理灌水后土壤含水率呈增加趋势;而土壤铵态氮和硝态氮在灌水施肥后迅速升高,随后下降,D1处理和D2处理不同生育期0～10 cm土层铵态氮量和硝态氮量的平均降幅分别为60.0%～62.0%和40.0%～46.7%。拔节期、抽雄期和灌浆期各土层灌水后D1处理相比D2处理的土壤含水率分别增加了5.9%、8.0%和6.7%,而土壤铵态氮量和硝态氮量随着土层深度的增加而降低。不同生育期硝态氮累积量为拔节期>抽雄期>灌浆期,随着生育期的推进,硝态氮累积量呈降低趋势。土壤含水率及氮素模拟值与实测值的吻合度较高,R2、RMSE和d均介于合理范围内。【结论】玉米生育期120 mm的灌溉定额可有效降低0～60 cm土层的硝态氮累积量,可降低硝态氮在60～100 cm土层的积累量。该研究可为当地灌...     

咸淡水交替灌溉对冬小麦生长及产量的影响

【目的】探究不同咸淡水交替灌溉方式对冬小麦生长及产量的影响,并通过通径分析在高产的基础上选择适宜冬小麦的咸淡水交替灌溉方式。【方法】采用避雨测坑试验,灌溉咸水矿化度设为1、3、5 g/L NaCl,以全生育期灌溉淡水(0.12 g/L NaCl)为对照(CK),分别在冬小麦的拔节—抽穗期、抽穗—开花期、灌浆期设置咸-淡-淡(BFF)、淡-咸-淡(FBF)和淡-淡-咸(FFB)3种咸淡水交替灌溉方式,研究了冬小麦生长指标、产量及其构成因子。【结果】BFF处理对冬小麦生长及产量具有较大的抑制作用,其次是FBF处理,FFB处理影响最小。在相同的咸淡水交替灌溉处理下,微咸水矿化度越大,对冬小麦生长及产量抑制作用越大;通径分析表明对冬小麦产量形成直接影响最大的性状是穗粒数,决策系数为0.697 0,其次是秸秆质量、千粒质量和穗数,决策系数分别为0.377 5、0.322 8和0.286 6,株高和单株地上干物质累积质量对冬小麦产量影响较小。【结论】在灌浆期采用较低矿化度微咸水灌溉对冬小麦穗粒数、秸秆质量、千粒质量和穗数影响不明显,从而对产量影响较小,因此在冬小麦拔节—开花期采取淡水灌溉并于灌浆期转换为3 g/L微咸水灌溉,可保证较高产量并实现微咸水资源的合理利用。     

不同生育期干旱对冬小麦产量及水分利用效率的影响

用盆栽对冬小麦不同生育阶段进行不同程度水分调亏试验结果表明 :拔节—孕穗期、抽穗—扬花期和灌浆—成熟 3个阶段内 RW上限为 4 0 %、5 0 %、60 %的水分亏缺均引起了产量的极显著下降 ,而且水分亏缺越严重 ,产量降低越大。在 3个生育阶段内进行 RW上限为 4 0 %的水分调亏减产幅度都很大 ,而且 3个生育阶段之间差异不明显 ;进行 5 0 %、60 %水分调亏 ,其减产程度则与生育期有关。灌浆—成熟期的减产程度大于前二个时期 ,这可能与前二个阶段复水后作物的补偿生长有关。不同生育期水分亏缺对冬小麦产量构成因素的影响也不同 ,拔节—扬花期水分亏缺主要减少了穗粒数 ,灌浆—成熟阶段的水分亏缺主要减少了千粒重     

喷灌定额和灌水频次对冬小麦产量及品质的影响分析

为了解圆形喷灌机不同灌溉定额和灌水频次对冬小麦产量及籽粒品质的影响,于2014—2016年在北京市顺义区进行了水肥一体化大田试验,共设置3种灌水处理(W1、W2、W3),其中2014—2015年灌溉定额分别为135、112.5、90 mm,2015—2016年分别为154.5、132、109.5 mm。每种处理在冬小麦的返青-拔节、拔节-抽穗和抽穗-灌浆期土壤含水率分别达到田间持水量的70%、75%和75%时进行灌水。每个生育时期又按灌水定额设置为1次灌水(C1)和均分成2次灌水(C2),其中C2处理2次灌水时间间隔为9 d。试验结果表明,冬小麦拔节-抽穗期的阶段耗水量和日均耗水量均最大,W1处理产量最高。2015—2016年灌溉定额与灌水频次对水分利用效率的影响均不显著,但水分利用效率有随灌溉定额增加而降低的趋势,最大水分利用效率为W3处理的2.28 kg/m3。在W1和W2处理下,分2次灌水有利于提高冬小麦的穗数、产量和容重等指标,其中W1C2组合获得最高产量9 286.4 kg/hm2。灌溉定额与灌水频次组合对产量的效应中,灌溉定额起主导作用。建议北京地区冬小麦在圆形喷灌机条件下采用W1C2灌水方案,在返青-拔节、拔节-抽穗、抽穗-灌浆期分别灌水45、55.5、54 mm,且均分成2次灌水。     

淮北平原冬小麦蒸发蒸腾量与不同土层土壤含水率关系初探

利用大型称重式蒸渗仪测定了冬小麦不同生育期的农田蒸发蒸腾量,分析了冬小麦的蒸发蒸腾变化规律,探讨了参考作物蒸发蒸腾量(ET0)、土壤含水率与作物蒸发蒸腾量(ET)之间的关系。结果表明,ET0和蒸渗仪实测的ET生育期内变化趋势基本一致;冬小麦ET受0~60cm土层土壤含水率的影响,尤其是0~40cm土层土壤含水率对作物ET影响显著,80cm以下土层土壤含水率基本对作物ET无明显影响。     

宽垄沟灌下冬小麦水分生产函数试验研究

为了了解宽垄沟灌下冬小麦不同生育期受旱程度对其产量、耗水量、水分利用效率的影响以及水分生产函数,进行大田小区试验研究.结果表明:受旱时期越靠后,冬小麦的产量越低,播种—拔节期轻旱产量最高为6 805.12 kg/hm~2,灌浆—成熟期重旱产量最低为5 986.50 kg/hm~2;受旱时期越靠后,耗水量越低,播种—拔节期轻旱的耗水量最大为4 260.3 m~3/hm~2,抽穗—灌浆期重旱耗水量最小为3 418.6 m3/hm~2;冬小麦水分利用效率最大出现在拔节—抽穗期轻旱为1.86 kg/m~3,最小出现在播种—拔节期重旱为1.57 kg/m~3;冬小麦的总产量与总耗水量呈二次抛物线关系,相关系数为0.966 7,两者差异极具有统计学意义,冬小麦沟灌下适宜耗水量为356~424 mm;得出了河南郑州地区冬小麦的Jensen水分生产函数模型,水分敏感指数按抽穗—灌浆期,拔节—抽穗,灌浆—成熟,返青—拔节,播种—越冬和越冬—返青依次降低.     

不同时期水分亏缺对冬小麦根系效率及后期抗旱性的影响

采用盆栽试验方法研究了不同生育期水分亏缺对冬小麦根系效率、后期抗旱性和水分利用效率的影响。试验设3个水分亏缺处理时期：越冬—拔节期、返青—拔节期、拔节—抽穗期;每个时期水分亏缺程度均为田间持水率的45%～50%。设置对照（CK）土壤含水率为田间持水率的70%～75%。结果表明,返青—拔节期水分亏缺提高了小麦的根系效率和...     

冬小麦受旱减产规律及产量与水关系模型研究

以淮北平原地区常用小麦品种冠35为试验材料,采用测坑进行冬小麦受旱试验,研究了不同受旱等级条件下的减产规律,构建了产量与水分关系模型。结果表明,冬小麦需水非关键期和关键期土壤水分对产量影响的总趋势均是产量随着土壤水分的降低即受旱程度的增大而下降,轻旱、中旱、重旱减产率分别为4.4%、8.1%、8.6%和6.2%、6.9%、11.2%;冬小麦在拔节期和抽穗—灌浆期对水分亏缺较为敏感,敏感指数分别为0.175 2和0.084 9,乳熟期与分蘖期对水分亏缺敏感程度较低,敏感指数分别为0.003 2和0.066 2。水分亏缺对冬小麦产量影响最大的阶段为抽穗灌浆期,而此阶段也正是小麦耗水强度最大期。