基于CROPWAT-DSSAT关中地区冬小麦需水规律及灌溉制度研究

明确关中地区作物需水规律可为合理制定灌溉制度提供理论前提,从而为合理开发和高效利用农业水资源提供帮助。该文基于CROPWAT-DSSAT模型模拟分析了关中地区近30年来冬小麦生长季期间的有效降水量、作物需水量等季节变化特征,并模拟不同降水年型不同灌溉制度下作物产量的变化趋势,分析了多次灌水对产量及经济效益的影响,以确定不同降水年型下的最优灌溉方案。结果表明:关中地区冬小麦生长季期间有效降水量不足其需水量的50%,不同降水年型的季节特征有所不同,总体表现为越冬及返青拔节期缺水较为严重。冬小麦生长期间,越冬水、返青水、拔节水及灌浆水4水中以返青水最为关键,其次为拔节水,灌浆水对产量的贡献作用最小;丰水年、平水年、枯水年冬小麦最佳灌溉定额分别为75 mm、125 mm及150 mm;枯水年需在越冬期、返青期和拔节期分别灌水25 mm、75 mm和50 mm,此时冬小麦产量和经济收益均最高;平水年需在越冬期、返青期、拔节期分别灌水50 mm、50 mm和25 mm,此时冬小麦产量最高,越冬水灌溉量减半后经济效益最高;丰水年则需在越冬期、返青期和拔节期均灌溉25 mm为宜,此时冬小麦产量和经济效益均最高。     

补充灌水对旱地秸秆覆盖小麦产量和土壤水分的影响

以兰天26号为指示品种,研究了秸秆覆盖条件下不同灌水时期对旱地冬小麦产量和土壤水分的影响。结果表明,不论有无秸秆覆盖,拔节期补充灌水对小麦产量有重要的作用。无覆盖条件下,拔节期灌水的折合产量为5 134.5 kg/hm2,比不灌水、越冬期灌水、灌浆期灌水分别高11.2%、25.9%、25.8%;秸秆覆盖条件下,拔节期灌水的折合产量为5 331.4 kg/hm2,比不灌水、越冬期灌水、灌浆期灌水分别高20.3%、39.1%、22.3%。灌浆期灌水时,秸秆覆盖有利于提高冬小麦产量。生育期无补充灌水或灌浆期补充灌水时,秸秆覆盖可降低冬小麦生育期耗水量。     

盐碱地人工种植芨芨草需水规律研究

芨芨草是盐碱化土地改良中的先锋草种。通过对人工种植芨芨草需水规律的研究,发现其从返青期到抽穗期耗水强度和需水量呈增长趋势。从抽穗期到结实期呈下降趋势,其中在抽穗期,耗水强度和需水量模数均达到最高值。此外,初步提出了盐碱地芨芨草灌溉制度以供生产实际参考。     

有限供水条件下旱地春小麦水分的高效利用

全球气候变化最令人担忧的问题是干旱,而水分又是影响小麦产量的重要因素之一,农田水分的管理与有效利用已经受到人们的高度重视。作者以春小麦为实验材料,采用盆栽和小区试验相结合的方法,针对黄土高原半干旱地区的有限水分环境,研究了有限供水的高效利用问题。盆栽条件下,采用3种肥力水平与拔节期、孕穗期和灌浆期有限供水组合处理。对生长发育、产量构成和水分利用效率等指标测定的结果表明,施肥可以显著增大叶面积,促进根系生长,提高子粒产量;而施肥条件下,拔节期有限供水能够显著增加穗粒数和粒重。小区试验结果表明,满足春小麦最大产量所需的灌水量约为200mm,获得作物水分利用效率最高时的适宜灌水量约为100mm,而拔节期60mm的灌水量可以使灌水利用效率接近最大值。拔节期60mm灌水条件下,耗水量、作物水分利用效率和灌水利用效率同步增长,同时土壤的贮存水也得到了有效利用。根据以上结果可得出:在黄土高原缺水地区,春小麦有限灌溉的适宜灌水量下限应不低于60mm,一次性补充灌溉的最佳时期为拔节期     

陕北矮化栽培山地苹果幼树需水规律预判

采用田间试验的方法,通过对陕北地区矮化(自根砧M9-T337)富士一年生长量及其土壤含水量的测定,收集长时间序列气象资料,根据彭曼公式计算得出山地苹果幼树的潜在腾发量ETc与当年降水量进行对比,进而得出试验区第2年生幼树的需水规律。结果表明:在2017年的降水量条件下,试验区内降水量总和大于幼树需水量之和,但是在7月之前存在阶段性缺水问题;进一步分析得出,不管在湿润年、一般年、一般干旱年和特干旱年降水量条件下,由于陕北地区降水的时间分布不均匀性,虽然年内降水量足够满足果树生长所需水量,但在7月之前存在较为严重的水量亏缺,特干旱年甚至在10月之前都存在着水量亏缺,需要在果树萌芽前(3月)、枝条旺长期(4月)、花芽分化期(5,6月)以及开花期(7月)进行人为补充灌溉4～5次,根据前期降水量以及当前土壤含水量来确定灌水定额,灌水量范围选取果园田间持水量的60%～80%为标准。     

基于SEBAL模型的农牧交错区蒸散演变及生态需水规律

[目的]对典型农牧交错区的蒸散格局、演变特征及其生态系统需水规律进行研究,为区域生态治理和水资源管理提供科学依据。[方法]以宁夏回族自治区盐池县为例,选择2000—2017年的4期Landsat遥感数据和气象资料等辅助数据,利用SEBAL模型反演该县不同时期秋季初的日蒸散,结合同期土地利用类型数据进行分析研究。[结果]①秋季初的日蒸散量由2000年的0.89 mm/d增加到了2017年的1.71 mm/d,增幅为92.1%,增强趋势显著。②日蒸散具有较强的空间异质性,总体呈南高北低的格局,尤以东南部的黄土丘陵区蒸散最高;近17 a蒸散的年增幅也表现出南高北低的特征,但不同时段的年增幅空间格局存在较大差异。③不同地类的蒸散存在差异,耕地、林地和草地的平均蒸散量分别为1.42,1.33,1.27 mm/d,但蒸散量年增幅最大的是草地。④近17 a盐池县生态需水总量和各地类的生态需水量都在增加,各地类生态需水量由高到低依次是草地、耕地和林地,但单位生态需水量最高的是耕地,最小的是草地;近17 a耕地和林地的生态需水量占总生态需水量的比例在下降,而草地生态需水量的比例则呈上升趋势。[结论]在盐池县大力实行生态治理工程的背景下,区域蒸散显著增强,植被生态系统的需水量明显增加,不同地类的蒸散和需水结构也发生变化。     

玉米拔节期水肥耦合效应研究

采用正交设计玉米拔节期水肥耦合试验表明,不同水肥条件下水分是玉米生长发育的决定性因素.对玉米拔节期株高的影响,水分和钾均达到了极显著水平,且水分的影响大于钾,氮和磷影响不显著.土壤持水量对玉米拔节期单株叶面积的影响达到极显著的水平,氮和钾均达到显著水平,磷的影响不显著.磷对根长有显著的影响,对根重的影响不显著.水分、氮、钾对玉米拔节期生物量的影响为正效应,磷为负效应.玉米拔节期的灌水利用率表现为,低水高肥达到最大,高水控制条件下玉米拔节期的灌水利用率均低于低水和中水.其中处理3(W1N3P3K3)的灌水利用率达到最大,处理7(W3W1P3K2)的灌水利用率最低.     

地埋式滴灌毛管埋深和间距对玉米产量的影响

研究了地埋式滴灌毛管埋深及间距对大田玉米产量的影响。结果表明,苗期毛管埋深30 cm时耗水较高,有利于玉米苗期和前期的生长;拔节期到大喇叭口期,毛管间距80 cm时耗水量较低;在灌浆期,间距60 cm时耗水最大,说明在玉米灌浆期,由于灌水补充和降水的增多,各处理耗水量达到最大值。毛管埋深30 cm、间距为60 cm时,滴头流量为1.2 L/h、1.6 L/h处理的产量均达最高,分别为11 670、15 375 kg/hm2,因此毛管埋深为30 cm、间距为60 cm为大田玉米地埋式滴灌最优组合模式。同一毛管铺设方式下,在灌水定额和灌水时间一致的情况下,滴头流量为1.6 L/h时的产量显著高于滴头流量为1.2 L/h的处理。     

灌溉制度对冬小麦耗水及产量的影响

研究结果表明,随灌水量的增加,冬小麦总耗水量明显增加,土壤贮水的消耗量相应减少;随着耗水量的增加,冬泪科生育后期耗水所占的比例明显增加;当灌水量相同时,灌水越早的处理耗水量越多。不同的妈制度对冬小麦产量结构与产量有显著影响,起身水主要增加穗数,拔节水显著增加穗粒数,而孕穗期或开花期灌水对提高千粒重有明显作用;１水以孕加物理穗期,２水以拔节期和开花期,３水以拔节期、开花期和灌浆期灌水效果最佳。适当控     

石羊河流域天然植被适宜生态需水量估算

基于遥感手段并运用ArcGIS 9.3软件统计获得石羊河流域1987,2000及2010年3期各类型天然植被面积数据,采用阿维里扬诺夫估算方法对石羊河流域各县区天然植被的生态需水量进行了估算。结果表明,石羊河流域1987,2000及2010年天然植被适宜生态需水量分别为2.43×10⁹,2.34×10⁹,2.06×10⁹ m³,其中各县区天然植被适宜生态需水量由多到少依次为:肃南县> 天祝县> 永昌县> 民勤县> 古浪县> 凉州区> 金川区。石羊河流域林地、草地的生态需水量基本各占总需水量的1/2,但各县区林地、草地生态需水量的百分比差异明显,流域天然植被的水分利用率介于2.74~16.55 kg/(hm²·mm)。通过对石羊河流域3期天然植被适宜生态需水量的研究发现,流域天然植被无论从总需水量还是各优势盖度的需水量上均呈现减少趋势,因此确定天然植被的适宜生态需水量,对区域水资源的合理配置和科学制定生态恢复方案具有重要的现实意义和借鉴作用。     

播期对辽西地区春小麦水分利用效率和产量的影响

为探讨辽西地区不同播期对春小麦水分利用效率和产量的影响,2017年以辽春13号为供试材料,开展3个不同播期处理试验。研究结果表明,不同播期处理春小麦耗水规律基本一致,苗期需水量较小,进入拔节期后需水量增加,灌浆期以后需水量逐渐降低。随着播期的推迟,田间总耗水量呈减少趋势,但差异不显著,同时籽粒产量和水分利用效率显著下降,3月10日播种处理春小麦产量和水分利用效率最高,同时净效益也最高。播期是影响春小麦产量和水分利用效率的重要因素,建平地区春小麦适宜播种时间为3月10日左右。     

水分条件对冬小麦生长发育及产量的影响

为了研究水分条件对不同基因型和抗旱性冬小麦生长发育和产量的影响,选用栽培二粒(原始小麦)、西农9871(敏感型现代小麦)和长武134(抗旱性现代小麦)进行了研究。结果发现:栽培二粒小麦分蘖和株高受水分的影响大,拔节期灌水对西农9871和长武134株高和分蘖没有显著影响,说明了原始品种生长发育受水分制约大于现代品种。栽培二粒小麦的产量在不同水分条件下没有显著变化,但西农9871和长武134不灌水处理的产量是充分灌水处理的50%,拔节期灌水并没有显著提高产量,说明了现代品种产量受水分影响大于原始品种。     

不同灌水下复合肥对冬小麦产量及农田净生态系统生产力的影响

合理灌溉和施用肥料是实现冬小麦节水增产增效的关键,该研究旨在为复合肥的大面积应用提供科学依据。2009～2010年,通过田间试验设置不同灌水与施肥水平,研究了不同灌水和施用量复合肥对冬小麦产量及农田净生态系统生产力（NEP）的影响。结果表明：各灌水施肥处理中,拔节期灌水60 mm、复合肥施肥水平1?350 kg/hm2时,冬小麦产量最大,为8?894.11?kg/hm2。在考虑施肥经济效益的前提下,不灌水、灌1水、灌2水下经济最佳施肥量分别为656、920.13与872.38 kg/hm2。常规施肥处理农田CO2排放量小于各复合肥处理;在冬小麦农田土壤呼吸作用强烈的拔节及灌浆期,拔节期灌水均能显著提高农田土壤CO2排放通量。考虑农田固碳,每公顷土地施复合肥1?800 kg处理最佳。     

两种水分条件下夏玉米叶片气孔行为对光质的瞬时响应

在灌水和不灌水(整个生长期不灌溉)两种水分条件下,利用LI-6400便携式光合测定仪,测定3个主要生育期(拔节期、抽雄期和灌浆期选择典型日)夏玉米(郑单958)第一个功能叶片的气孔导度(Gs)、净光合速率(Pn)和蒸腾速率(Tr)指标,据此计算叶片的瞬时水分利用效率(WUE),测定时设定了5种比例的红蓝光组合(即B/(R+B)分别为0、25%、50%、75%和100%),以对比分析不同红蓝光比对玉米叶片气孔行为的瞬时影响。结果表明:与不灌水相比,灌水处理的叶片平均Gs、Pn和Tr在抽雄期明显较高,但在拔节期和灌浆期差异不显著。不论何种水分处理,光合有效辐射为500μmol·m-2·s-1时,叶片Gs、Pn和Tr均表现为单色红光照射时最大,随着蓝光所占比例的增加,各指标均有不同程度的降低。从节水角度来看,高红光比例的光质有利于提高玉米叶片WUE。     

浅埋滴灌土壤水分变化特征及作物耗水规律

为探明玉米节水增粮的浅埋滴灌灌溉模式，于2021年在内蒙古通辽市开展田间种植试验。按作物各生育期设置低水(W1=125.4 mm)、中水(W2=153.6 mm)、高水(W3=166.8 mm)不同定额灌水水平，以滴灌100%水量为对照(CK=179.8 mm),分析不同处理下土壤水分变化特征及对作物耗水量、水分利用率及植株生长的影响。结果表明：0—60 cm耕作土层土壤含水率随灌水量增加而变化明显；随着生育期的推进，在拔节期至灌浆期，土壤含水量均呈下降趋势。玉米作物耗水量整体存在差异，表现为CK>W3>W2>W1。玉米生长特征变化趋势差异较大，W2处理的株高、茎粗和叶面积指数最高；各生育期玉米耗水量总体变化呈波动变化趋势，在拔节期—抽雄期达到峰值。玉米产量不随灌水量增大而增加，处理W2玉米产量最高，较CK处理增产5.65%,且水分利用率最大，为3.48 kg/m³。在进一步优化节水技术之前，浅埋滴灌W2处理为灌水最佳方案。研究结果可为我国半干旱地区玉米节水灌溉提供参考。     

不同生育期缺水和补充灌水对冬小麦氮磷钾吸收及分配影响

采用盆栽试验研究了不同生育期缺水和补充灌水对冬小麦N、P、K吸收及在体内分配的影响。结果表明 ,水分缺乏不仅抑制作物生长 ,还降低养分吸收。分蘖、拔节和灌浆期是作物需水关键期 ,这些时期缺水 ,生长量降低36.1%～72.3% ;N吸收降低 40.6%～72.0% ,P降低 40.5%～72.4% ,K降低 25.9%～69.5% ;而越冬期缺水 ,生长和养分吸收降低较少。不同生育期补充灌水也不一定能使小麦生长和养分吸收增加。拔节期补水生长量增加幅度最高 ,达 18.2% ;N、P、K吸收量增幅也最大 ,分别为 14.5% ,15.6%和 38.2%。其次是越冬和灌浆期补水。分蘖期补水 ,生长量和养分吸收量却显著降低。越冬、拔节、灌浆期补充灌水 ,虽能促进小麦整株生长 ,增强养分吸收 ,但养分向子粒的转移和分配并不相应增强。越冬和灌浆期补水 ,子粒吸N量分别提高 5.5%和 20.9% ,吸P量提高 9.1%和 6.2% ;拔节期补水 ,N、P吸收量反而分别降低 19.6%和 13.5%。 3个时期补水 ,子粒吸K量均降低3.0%～26.7%。     

交替灌溉施肥对夏玉米土壤氨挥发的影响

为了解交替灌溉施肥条件下土壤氮素平衡过程,提高氮肥利用率,采用密闭法研究了夏玉米农田土壤氨挥发速率和挥发量。结果表明：夏玉米拔节期追肥灌水后,不同处理的氨挥发速率峰值（1.68～3.97 kg/hm2×d）出现在第2天,而后迅速下降并进入低挥发阶段;抽雄期追肥灌水后,水肥异区交替灌溉施肥处理的氨挥发速率呈现上下波动变化;玉米拔节期追肥灌水的氨挥发量和损失率远远小于抽雄期。在灌水量350 m3/hm2、施肥量256.08 kg/hm2时的氨挥发量最低。与常规灌水施肥处理相比,水肥异区交替灌溉施肥处理可明显减少氨挥发损失。     

灌溉制度对冬小麦耗水及产量的影响

研究结果表明,随灌水量的增加,冬小麦总耗水量明显增加,土壤贮水消耗量相应减少;随总耗水量的增加,冬小麦生育后期耗水所占的比例明显增加;当灌水量相同时,灌水越早的处理耗水量越多。不同的灌溉制度对冬小麦产量结构与产量有显著影响,起身水主要增加穗数,拔节水显著增加穗粒数,而孕穗期或开花期灌水对提高千粒重有明显作用;1水以孕穗期,2水以拔节期和开花期,3水以拔节期、开花期和灌浆期灌水效果最佳。适当控制开花前耗水量,增加开花后耗水量,有利于增加产量和提高水分利用效率。     

基于随机降水的冬小麦灌溉制度制定

为了确定合理的冬小麦灌溉制度,该文在分析广利灌区30 a降水分布规律的基础上,应用蒙特卡罗方法对其进行模拟出长系列（500 a）的旬降水,结合试验所得到的冬小麦耗水的基本参数,制定出了每个模拟年份冬小麦最优灌溉制度,并对灌水规律进行统计分析,得到不同灌溉定额条件下,各生育期灌水定额的的概率分布以及不同灌水定额的高产概率。结果表明：以30 mm为灌水定额的变化步长情况下,灌溉定额为60 mm时,越冬和拔节期各应该灌30 mm,高产概率为1%;灌溉定额为120 mm时,越冬和返青期灌30 mm,拔节期灌60 mm,高产概率为12%;灌溉定额为 180 mm时,越冬和灌浆期灌30 mm,返青和拔节期灌60 mm,高产概率为62.8%;灌溉定额为240 mm时,拔节期和抽穗期灌60 mm,其他生育期灌30 mm,高产概率为98.8%。该文丰富了灌溉制度的研究方法,为冬小麦的科学灌水提供了有力的技术支持。     

麦田生态系统中的水肥时空关系与调控途径

本研究表明，小麦对水分的消耗和养分的吸收不是同表的；拔节--抽穗期是小麦对水分最敏感的时期，该期的水分状况对产量和肥效的影响最大，返青--拔节期是对水分最不敏感的时期。麦田灌水量直接影响肥料氮在土体中的淋洗深度，进而影响到其肥效的发挥与损失量，因而控制灌水量是减少水源浪费与肥料损失、提高肥效的重途径。并提出了以冬施肥为核心的缺水麦田水肥调控途径。