京津冀都市规划圈考虑作物需水成本的农业结构调整研究

该文从经济和资源两个方面入手，研究了京津冀缺水区换种作物调整方案。应用GIS技术及FAO推荐的Penman-Monteith方法计算了主要作物的需水量，建立了包含水资源成本的作物综合效益研究模型，并对水资源补偿问题进行了初步探讨。研究结果表明：从需水量来看，水稻>冬小麦>春玉米>夏玉米；如果将承德、张家口等地区的部分水田改种其他的粮食作物，可以节约3.5亿m³的用水；考虑水资源成本的情况下，水稻改种春玉米显示了良好的综合效益。     

石河子地区冬小麦生育期需水量变化特征及其气候成因

[目的]探究作物生育期需水量的变化趋势及其与气象因子的关系,为气候变化下农作物灌溉排水决策提供理论基础。[方法]基于联合国粮农组织(FAO)推荐的参考作物蒸散计算方法和相关作物系数,利用石河子地区1954—2012年逐日气温、降水、日照时数、风速、相对湿度等资料,计算石河子地区冬小麦近59a作物需水量和灌溉需水量,并探究其气候趋势变化的影响。[结果](1)过去50a,石河子垦区冬小麦需水量总体呈增加趋势,越冬—返青期增势最为明显(气候倾向率为2.65mm/10a);拔节—抽穗期冬小麦需水量最大,为130.23mm。(2)灌溉需水量总体呈减少趋势,其中拔节—抽穗期灌溉需水量最大(平均值为88.65mm)且减少趋势最为明显(气候倾向率为-3.11mm/10a)。(3)气象因子对冬小麦不同生育期的需水量和灌溉需水量有很强的相关性,其中冬小麦生育后期需水量与气象因子有极强的相关性;气象因子中,降水对于灌溉需水量影响最大。[结论]气候变化下,石河子地区冬小麦作物需水量呈增加趋势,但降雨量的增加趋势下,灌溉需水量总体呈减少趋势。     

阿克苏河灌区作物理论需水量的时空分布特征

[目的]研究阿克苏河灌区作物的理论需水量的时空变化特征,为该区水资源科学管理、高效利用提供理论依据。[方法]基于灌区内1972—2014年6个气象台站的逐日气象观测数据,采用FAO修正的Penman-Monteith模型,计算参考作物蒸发蒸腾量(ET0),进行空间数据的插值分析,对阿克苏河灌区作物的理论需水量特征分别在空间和时间两个维度上进行探讨。[结果](1)阿克苏河灌区多年平均ET0介于1 118~1 241mm之间,呈现中部以北地区较低,西南部、南部地区较高的规律;(2)春季和夏季的ET0最高,5,6,7月的月均ET0合计为533mm,是作物最需要水分补给的重要时段;(3)自20世纪70年代至今,作物年均蒸发蒸腾量呈现逐渐降低的趋势,2010年以后的变化趋势较为显著;(4)灌区各季节及全年的ET0变化均呈现S形曲线分布,至2014年已接近波谷并有抬升趋势。[结论]在气候变化背景下,阿克苏河灌区作物的理论需水量随时间变化显著,春夏季受蒸腾作用影响是需要补水的关键时期,年际变化呈波动抬升趋势;在空间上亦呈现明显地带分异特点,呈南高北低的特征。     

新疆地区棉花和甜菜需水量的统计降尺度模型预测

气候变化情景下新疆地区作物需水量空间分布规律的研究,可作为农业用水规划的参考依据。基于新疆维吾尔自治区41个气象站1961-2010年逐日气象数据,分别采用FAO-56 Penman-Monteith公式和单作物系数法计算各站参考作物腾发量和作物系数,由两者的乘积获得棉花和甜菜需水量(crop water requirement,ETc);运用统计降尺度模型SDSM4.2软件,预测2015-2099年高排放和低排放两种气候情景下各站棉花和甜菜的日ETc时间序列。结果表明,新疆地区1961-2010年棉花和甜菜在不同生育阶段作物系数变化范围为0.58~1.08,棉花和甜菜生育期多年平均ETc的空间分布由南部向北部逐渐减小。统计降尺度预测过程中的26个预报因子中,地表平均比湿和地表平均气温与ETc在多数站点相关性较好。2015-2099年高排放和低排放情景下的ETc空间分布规律与1961-2010年的类似,但数值小的多。总体上,全疆历史和未来的棉花和甜菜ETc均以不同程度下降。该研究可为新疆地区灌溉决策及节水规划提供依据。     

作物需水时空尺度特征研究进展

受气象、土壤和种植条件等客观条件的影响，作物需水时空尺度分布具有明显的时空异质性，致使作物需水的理论和模型具有高度的尺度依赖性。基于此，该文对作物需水时空尺度特征的计算方法及其运用情况作了详细的阐述，并建议在今后作物需水时空尺度特征的进一步研究中，应以试验数据为基础，运用分形、小波、信息熵等复杂性理论，研究作物需水的时空尺度特征，发展既有理论基础又便于应用的区域尺度的作物需水量估算新模式。     

红外遥感估算春小麦农田土壤含水率的试验研究

根据水分亏缺条件下作物蒸发蒸腾量计算公式及作物水分胁迫指标CWSI(Crop Water Stress Index)的定义，提出了基于遥感作物冠层温度和土壤水分修正系数的春小麦田土壤含水率估算公式，其中土壤水分修正系数采用了幂函数形式。用该公式对春小麦田土壤含水率在分蘖后-拔节抽穗期、抽穗开花-灌浆期和乳熟-黄熟期3个生育阶段进行了估算，并对估算值和实测值进行对比和误差分析，结果表明该模型估算春小麦根层土壤含水率误差保持在18%以内。     

FAO56计算水分胁迫系数的方法在田间水量平衡分析中的应用

从作物水分胁迫系数的基本概念和FAO56的相关公式出发，考虑土壤临界含水量的时间变化，推导出了一个水分胁迫系数计算公式，该公式比较全面地表达了土壤供水能力、作物潜在腾发量与作物所受水分胁迫之间的关系。将该公式和另一幂函数公式应用于山西潇河冬小麦田间水量平衡分析，两者对土壤水分的动态模拟都达到了较高的精度，水量平衡计算结果也比较合理，模型的参数基本一致。与幂函数公式建立的模型相比，新公式建立的田间水量平衡模型具有待定参数少、求解结果稳定、易于收敛的优点，同时还能得到0～1 m土壤临界含水量变化曲线。该曲线反映了作物在土壤水分消退的过程中遭受不同程度水分胁迫的可能性大小，并得出土壤临界含水量在冬小麦生长前期较小，中期最大，后期较大。在返青～收获期，0～1 m深土壤临界含水量最大为290 mm，最小为215 mm，平均值为247 mm。这些结论对于农业用水管理具有一定的参考价值。     

基于水资源合理利用的多目标农作物种植结构调整与评价

农业系统实质是社会-生态-经济复合系统，水资源约束条件下的作物种植结构应统筹经济、社会、生态三大目标进行优化调整。针对作物种植结构调整多目标决策过程中，在数据处理、模型构建、决策者偏好等方面存在的模糊性，该文将交互式模糊多目标优化算法应用于求解作物种植结构优化调整模型，实现与决策者之间的反复协商，直至得到决策者满意的调整方案；并应用耗散结构理论和模糊数学理论，建立基于相对有序度熵的种植结构调整合理性评价模型。经实例研究验证了本文模型与方法的可行性，为可持续发展种植业研究以及灌溉水资源的合理利用提供理论依据。     

近50年东北玉米生育阶段需水量及旱涝时空变化

分析近50a东北玉米生育阶段的水分供需及旱涝变化,可以为防灾减灾对策的制定提供理论依据。该文基于东北地区48个农业气象观测站1961-2010年逐日气象资料、近20多年玉米生育期资料及近10a农业灾情多元数据,利用作物系数法计算4个生育阶段的需水量,揭示东北玉米4个生育阶段水分供需的时空规律;以作物水分盈亏指数为评价指标,分析近50a东北玉米不同生育阶段的旱涝分布及演变。结果表明:东北玉米4个生育阶段及全生育期的需水量没有显著变化;乳熟-成熟阶段,有显著的干旱化趋势,其它3个阶段和全生育期没有明显的旱涝变化。4个生育阶段需水量空间差异较大,基本呈带状分布。播种-七叶期,中旱及以上、中涝及以上灾害频率较低;后3个生育阶段,中旱及以上、中涝及以上灾害频率较高,且全域、区域旱涝现象呈明显的年代际变化特征,从20世纪80年代起全域、区域中旱及以上、中涝及以上次数明显增加。     

等高反坡阶对玉米生长及光合特性的影响

[目的] 探讨坡耕地等高反坡台阶措施对玉米生长及光合特性的影响，为云南省坡耕地作物种植提供科学依据。[方法] 以玉米（云瑞668）为供试材料，采用田间试验，试验设置2个布设有反坡台阶的坡耕地样地（2^#和3^#，CR）及1个未扰动的对照样地（1^#，CK），通过野外定位监测方法，测定玉米生长相关指标，净光合速率、蒸腾速率、水分利用效率以及作物产量，研究等高反坡阶对玉米生长特征、光合特性的影响。[结果] 等高反坡阶措施对玉米茎粗、穗位高影响不显著。反坡阶坡中地块对玉米株高促进作用最为显著，增幅为27.9%；反坡阶样地玉米叶面积指数显著高于原状坡耕地，LAI最高达5.01~5.78，灌浆期后可维持相对较高的LAI，而CK组LAI范围为3.78~4.79，且下降较快；反坡阶处理下玉米叶片净光合速率（P_n）、气孔导度（G_s）、叶片瞬时水分利用效率（WUE_L）、作物水分利用效率（WUE）均高于坡耕地；玉米产量分别较坡耕地提高了9.6%，13.8%。[结论] 在云南省坡耕地作物种植地区，通过布设等高反坡阶减少水土流失，提高土壤水分，增加土壤贮水量，进而使叶片维持较高的光合作用以及生理状态，为玉米干物质生产奠定了生理基础，提高了作物产量。自然降雨情况下，坡耕地坡度为15°时布设高反坡阶对玉米光合特性、WUE及产量促进作用最佳。     

High Rate of Nitrogen Fertilization Increases the Crop Water Stress Index of Corn under Soil Drought

Soil nitrogen (N) availability is dominated by soil water regime and the N fertilizer levels, which affect crop growth in soil water stress. To determine the optimum N applications under different degrees of soil drought, this study investigated the effects of N fertilizer levels on the crop water stress index (CWSI) of summer corn under soil water stress. A 2-year field experiment was conducted in waterproof plots in upland red soils in subtropical China. Three N fertilizer levels and seven soil water deficit levels were employed in 2007 and 2008. Nitrogen fertilization had no influence on the CWSI of the corn under slight to moderate soil drought, but the high-N treatment increased the CWSI significantly (P < 0.01) under soil drought when the mean CWSI exceeded ～0.20. The results suggested that for scheduling irrigation or predicting crop yields, the equations between CWSI and yield should be established on comparable N fertilization levels.     

内蒙古东部地区喷灌灌溉制度及其经济效益

[目的]为解决内蒙古东部大兴安岭东南地区由于零灌溉所带来的"单产不高,总产不稳"等问题,确定适合于当地的高产高效节水型灌溉制度。[方法]以当地主要作物大豆为供试作物,开展了喷灌条件下的作物产量、水分生产率和经济效益等方面的研究。[结果]当地原有的零灌溉农业种植模式并不能为大豆的种植提供足够的水分,采用喷灌技术追加2次灌溉,大豆可增产20.0%,但是经济效益并没有提高;追加4水灌溉,虽然总收益最高,但是大豆的作物水分生产率却相比3水灌溉小了很多,造成了不必要的水资源浪费。[结论]在开花期、结荚期和鼓粒期分别对大豆增加3次灌水定额为200m3/hm2的灌水,不但可以提高大豆的产量(增产47.8%),而且可以获得最大的经济收益。     

黄土丘陵沟壑区旱作农业轮作模式综合评价

[目的]以不同轮作模式为研究对象,研究不同轮作模式对土壤容重、土壤含水量及作物产量的影响,优化兰州市旱地区作物种植制度。[方法]以马铃薯(P)、玉米(M)、蚕豆(B)为供试作物,开展9种年际间轮作模式试验,分别为:(P-P-P),(M-M-M),(B-B-B),(P-M-P),(P-B-P),(M-P-M),(M-B-P),(B-B-P),(M-M-B)。测定不同轮作模式下,土壤容重、土壤水分及作物产量,并进行经济效益分析。[结果]马铃薯轮作模式(P-M-P,P-B-P,M-P-M,M-B-P及B-B-P)能显著减少0—40cm土层的土壤容重,对40—60cm土层的土壤容重没有显著影响;不同作物轮作下土壤含水量、耗水量影响大小相似:玉米>马铃薯>蚕豆,水分利用效率受作物种类影响大小为:马铃薯>玉米>蚕豆,其中轮作模式以M-M-M下土壤含水量最低、耗水量最大,B-B-P下水分利用效率最高;同种作物轮作产量均高于连作产量,如2016年P-M-P,P-B-P,M-B-P,B-B-P较连作P-P-P产量分别提高了40.37%~79.28%,M-M-B蚕豆轮作较B-B-B连作增产23.56%,M-P-M轮作较M-M-M连作玉米产量提高10.51%;不同轮作模式经济收益大小与连作相比,轮作更利于产量与经济收益的提高。[结论]综合土壤容重、水分利用效率、产量及经济效益,P-B-P与P-M-P轮作模式,能改善土壤环境、提高产量与经济效益可作为主推轮作模式。M-B-P轮作模式经济效益次之,但水分利用效益较高,能作为协调水分利用的种植模式。     

中国北方主要旱地作物需水量的计算与分析

论述了作物需水量的概念及其计算模式,根据作物,土壤和气候资料,计算了中国北方主要旱地作物小麦、玉米、谷子、甘薯和马铃薯的作物需水量,并对这些作物的需水规律与作物生长关系进行分析。     

沙漠绿洲灌区膜下滴灌作物需水量及作物系数研究

根据 2001年甘肃民勤小坝口灌溉试验站自动气象站观测的气象资料，依据FAO Penman—Monteith公式计算出作物生育期内参考作物蒸发蒸腾量，结合实测的充分供水条件下作物耗水量，对膜下滴灌条件下大田作物的需水规律和作物系数进行了研究。确定了该地区膜下滴灌棉花和玉米各个生育阶段的作物系数，并建立了作物系数和有效积温及播种后天数的函数关系。该结果为该沙漠绿洲灌区膜下滴灌条件下棉花、玉米的水分管理提供了科学依据。     

滁州市冬小麦生育期作物需水量和降水变化特征

基于1961—2013年滁州市气象数据,运用集合经验模态分解和交叉小波分析,探究了冬小麦生育期需水量和灌溉需水量的变化特征。结果表明:1961—2013年滁州市冬小麦生育期需水量和灌溉需水量均呈增加趋势（增势分别为:2.80,1.48 mm/a）;年代变化上,冬小麦生育期需水量逐渐增大,灌溉需水量大致呈现先减少后增加的变化特征。冬小麦生育期作物需水量和灌溉需水量均呈现明显的多尺度变化特征,表现为多尺度的周期变化特征和趋势变化特征。作物需水量存在2.65,6.63,13.25,26.50 a的周期,灌溉需水量存在3.11,5.89,10.60,26.5 a的周期。研究时段,作物需水量和灌溉需水量与潜在蒸散量呈同相位分布,与降水量呈显著的反相位。     

作物需水量模拟计算结果有效性检验

作物需水量是确定节水高效灌溉制度、制定灌溉排水规划和水资源合理配置必不可少的重要参数。当前模拟计算作物需水量的主要方法有FAO-56双作物系数法、双涌源能量守恒模型、根系层水量平衡模型和SWAP模型,而各种方法均有利弊和使用条件。不论采用哪种方法模拟计算作物需水量,其结果必须进行有效性检验,否则不能用于上述工程项目。该文用FAO-56双作物系数法基于灌溉试验数据模拟计算了人工牧草——老芒麦、冰草的需水量,并对模拟计算的需水量采用拟合相关图法、回归分析法和残差估计误差指示法进行了有效性检验。拟合相关图法属定性检验,给出了统计相关趋势;回归分析法和残差估计误差指示法为定量检验,给出了模拟计算值与实测值间的拟合优度和残差估计误差的范围。这种定性定量相结合的方法有效地检验了需水量模拟值与其实测值间的一致性,其结果可用于工程项目中。     

作物水分状况自动监测与诊断的研究进展

该文综述了近年来国内外作物水分自动监测方法(冠层温度、光谱反射率、茎秆直径微变化、茎液流速等)的研究进展和各种方法的原理及优缺点，指出当前的作物水分状况监测与诊断指标在实际应用中还存在一定的问题，必须加强基础理论研究，建立合理的水分诊断指标体系，开发精确可靠的作物水分状况监测设备，以实现灌溉管理的自动化。     

丹江口库区坡耕地不同轮作模式作物生产力及农田养分流失比较

在丹江口库区习惯施肥条件下,比较坡耕地不同轮作系统的作物生产力及农田水土和养分流失的差异。结果表明,在5种轮作模式中,作物生产力水平以＂小麦-玉米＂轮作最高,生产效益以＂油菜-玉米＂轮作最高;农田产流量、土壤侵蚀量和磷钾养分流失量均以＂小麦-玉米＂轮作最小,＂小麦-芝麻＂轮作最大;而氮流失量以＂油菜-玉米＂轮作最小,以＂小麦-芝麻＂轮作最大。因此,＂小麦-玉米＂轮作为丹江口库区坡耕地适宜的环保型作物复种模式。     

耕作方式对土壤水动态变化及夏玉米产量的影响

一个连续２年的田间耕作试验在夏玉米生长期内完成,分析对比３种不同耕作方式对土壤水动态变化过程及对作物产量的影响。耕作扰动对土壤水动态变化的影响是明显的,夏玉米生长初期免耕下的表层土壤持有较高的水分,这归因于土壤非耕扰动、冬小麦残茬覆盖以及耕层土壤孔隙尺度分布的变化;另一方面,深松土壤受到耕作活动的强烈干扰,苗期耕层土壤蓄水明显小于传统耕作。耕作方式对土壤水差异的影响伴随着作物的生长发育过程显著减弱。深松耕作对作物根系生长发育状况及作物增产效果的作用是十分显见的。