昆明地区玉米需水量及灌溉用水量研究

基于CROPWAT模型,利用昆明地区气象数据、玉米生育期数据和土壤数据,模拟研究1980-2012年玉米生育期需水量和灌溉用水量年际变化特征及气象要素对其的影响。结果表明:1980-1999年玉米需水量和灌溉用水量呈现微弱下降的趋势(p=0.22,p=0.06);1999-2012年玉米需水量和灌溉用水量呈上升趋势为(p0.01),多年平均玉米需水量和灌溉用水量分别为354.5和64.0mm。玉米需水量与温度、风速和日照时数呈正相关而与降水量和相对湿度呈负相关;灌溉用水量与温度、风速和日照时数呈正相关而与降水量呈负相关。逐步回归分析表明气温、风速和日照时数的组合可以预测年尺度上玉米需水量的变化趋势;气温、风速和降水的组合可以预测年尺度上灌溉用水量的变化趋势。     

郑州市作物需水量影响因素主成分回归分析

采用郑州市近40年气象资料,分析研究了郑州市主要作物需水量以及各作物生育期内气象因子(降雨、平均风速、平均气温、平均相对湿度、日照时数、日最高气温、平均气压、平均水气压)变化趋势,用主成分回归分析法确定影响各作物的主要气象因子,并探讨了主要气象因子与相应作物需水量的关系。结果表明:玉米、水稻、棉花的作物需水量有减少趋势,小麦、花生、油菜作物需水量有增加趋势;通过主成分回归分析,得出影响水稻、玉米、棉花、花生作物需水量的主要气象因子是日照时间,影响小麦、油菜作物需水量的主要气象因子是平均相对湿度;经计算得到日照时间每减少1%,水稻、玉米、棉花和花生作物需水量分别减少2.45、2.25、2.55和1.71mm;平均相对湿度每减少1%,小麦和油菜的作物需水量分别增加1.81和1.42mm。     

基于CROPWAT模型的昆明市水稻需水量及灌溉用水量研究

利用昆明市日气象数据、水稻生育期数据和土壤数据,通过CROPWAT模型模拟研究1980—2012年水稻生育期内需水量和灌溉用水量年际变化特征及气象要素对其的影响。结果表明,1980—1999年,水稻需水量和灌溉用水量呈微弱下降趋势(p=0.08,p=0.8);1999―2012年,水稻需水量和灌溉用水量呈上升趋势(p0.01);近33a平均水稻需水量和灌溉用水量分别为603.6mm和638.8mm。作物需水量与温度、风速和日照时数正相关,与相对湿度负相关;灌溉用水量与降水量负相关,与日照时数正相关。气温、风速、湿度和日照时数的组合可以预测年尺度上作物需水量的变化趋势;降水和日照时数的组合可以预测年尺度上灌溉用水量的变化趋势。     

泾惠渠灌区作物需水量特征及影响因素分析

通过CROPWAT模型分析泾惠渠灌区冬小麦和玉米蒸发蒸腾量及灌溉需水量的变化,同时运用SPSS软件,计算灌区作物需水量与气象因子的相关系数,分析结果表明:冬小麦整个生育期蒸发蒸腾量平均值为634.04 mm,蒸发蒸腾量最高峰出现在4月中旬—5月中旬,灌区各分区蒸发蒸腾量趋势基本一致;玉米蒸发蒸腾量平均值为525.22 mm,蒸发蒸腾量高峰期出现在7月中旬—8月下旬,其中三原最大为535.97 mm,富平最小为514.68 mm;灌区冬小麦在播种—越冬期灌溉需水量最低,返青—拔节期需水量增加;灌区玉米在拔节—抽雄期需水量增加,灌溉平均需水量为133.04 mm;7月—8月为籽粒形成乳熟期,需水量为359.15 mm,至9月下旬,玉米灌溉需水量下降;灌区作物需水量与气温呈正相关,与降水呈负相关,与风速和相对湿度相关性较小,气温、日照时数和相对湿度是影响作物需水量的主要因素.     

泾惠渠灌区作物需水量特征及影响因素

通过CROPWAT模型分析泾惠渠灌区冬小麦和玉米蒸发蒸腾量及灌溉需水量的变化,同时运用SPSS软件,计算灌区作物需水量与气象因子的相关系数,分析结果表明:冬小麦整个生育期蒸发蒸腾量平均值为634.04 mm,蒸发蒸腾量最高峰出现在4月中旬—5月中旬,灌区各分区蒸发蒸腾量趋势基本一致;玉米蒸发蒸腾量平均值为525.22 mm,蒸发蒸腾量高峰期出现在7月中旬—8月下旬,其中三原最大为535.97 mm,富平最小为514.68 mm;灌区冬小麦在播种—越冬期灌溉需水量最低,返青—拔节期需水量增加;灌区玉米在拔节—抽雄期需水量增加,灌溉平均需水量为133.04 mm;7月—8月为籽粒形成乳熟期,需水量为359.15 mm,至9月下旬,玉米灌溉需水量下降;灌区作物需水量与气温呈正相关,与降水呈负相关,与风速和相对湿度相关性较小,气温、日照时数和相对湿度是影响作物需水量的主要因素.     

华北小麦-玉米轮作净灌溉需水量变化趋势——以大兴区为例

【目的】开展不同时间序列华北小麦-玉米轮作净灌溉需水量变化趋势研究,为未来农业用水规划提供决策参考。【方法】采用Mann-Kendall非参数检验法分析了近60 a(1961―2017年)与近30 a(1988―2017年)小麦-玉米轮作的作物需水量、有效降水量、净灌溉需水量的变化趋势。【结果】不同时间序列小麦-玉米轮作的作物需水量、有效降水量及净灌溉需水量的变化趋势存在较大差异,1961―2017年小麦-玉米轮作作物需水量与有效降水量整体呈显著增加趋势,变化倾向率分别为5.3、7.8 mm/10 a;而净灌溉需水量呈不显著减少趋势,变化倾向率为-2.5 mm/10 a。1988―2017年小麦-玉米轮作作物需水量整体呈显著增加趋势,变化倾向率为11.0 mm/10 a;有效降水量整体呈显著减少趋势,变化倾向率为-7.3 mm/10 a;净灌溉需水量整体呈显著增加趋势,变化倾向率为18.3 mm/10 a。【结论】1961―2017年小麦-玉米轮作的净灌溉需水量减少,主要是平均风速与日照时间减少所致;而1988―2017年小麦-玉米轮作净灌溉需水量增加,主要是气温升高与相对湿度减少所致,且序列越短其变化趋势越显著。因而在进行灌溉用水规划时,合理选择序列长度尤为重要。     

河南省主粮作物需水量变化趋势与成因分析

河南省是我国粮食主产区,研究河南省主粮作物的灌溉需水变化规律可为水分高效管理和节水增粮提供实践参考。基于河南省18个气象站点1958—2013年逐日气象观测资料,根据FAO推荐的Penman-Monteith公式计算参考作物蒸发蒸腾量及冬小麦和夏玉米各生育期需水量,利用时间序列分析法和Arc GIS普通克里金插值法研究需水量时空变化特征,采用通径分析法研究作物需水量的变化成因。结果表明:河南省近56 a来年均参考作物蒸发蒸腾量为807.0 mm/a,日均蒸发蒸腾量为2.2 mm/d,呈波动减少趋势,其中西北和东南地区参考作物蒸发蒸腾量最大,豫西地区的参考作物蒸发蒸腾量跨度较大。冬小麦和夏玉米的净灌溉需水量分别为350~525 mm和243~368 mm,灌溉需求指数随经度和纬度的增加而增大,冬小麦生长对灌溉的依赖程度高于夏玉米。影响河南省主粮作物需水量的气象因子主要为气温、水汽压、日照、最高气温和风速。     

建三江主要作物需水量变化趋势与关键影响因子识别

基于建三江垦区1995—2018年逐日气象数据,采用Penman-Monteith公式结合单作物系数法计算其主要作物水稻、玉米、大豆生育期的需水量,利用去趋势预置白(TFPW)的Mann-Kendall(TFPW-MK)研究3种作物需水量变化特征,并通过重标极差(R/S)分析法预测作物未来需水量变化趋势;借助通径分析法研究6个气象因子与作物需水量的相关性,识别了作物需水量变化的关键影响因子,并分析了关键影响因子变化与作物需水量变化趋势间的关系。结果表明：建三江垦区主要作物水稻、玉米、大豆全生育期需水量存在显著差异,3种作物多年平均需水量分别为484.84、425.91、319.11 mm;影响水稻、玉米和大豆需水量的关键影响因子为平均气温、净辐射和日照时长,对作物需水量有明显增进作用;风速、相对湿度通过与其他因子协同作用对作物需水量有一定限制作用;在1995—2018年时间序列中,水稻和大豆的全生育期作物需水量呈上升趋势,玉米的全生育期需水量呈下降趋势;未来,水稻和大豆全生育期需水量呈上升趋势,玉米全生育期需水量呈降低趋势。研究可为该垦区作物灌溉水量分配和灌溉制度的制定提供决策依据。     

气候变化对长江流域早稻灌溉需水量的影响

选用长江流域种植早稻的35个站点1961-2003年气象数据,分析气候变化对长江流域早稻灌溉需水量的影响.结果表明,长江流域大部分地区早稻需水量、灌溉需水量均有减少的趋势.需水量、灌溉需水量同生育期年降雨量、日平均相对湿度呈负相关关系,同生育期日平均气温、日平均风速、年日照时数呈正相关关系,其中灌溉需水量与年降雨量呈极...     

运城市主要粮食作物灌溉需水量时空变化研究

明确运城市主要粮食作物冬小麦和夏玉米灌溉需水量的时空变化规律,为未来该市灌溉用水的科学配置提供基本参数。基于运城市域内13个气象站点的长期观测资料,利用Penman-Monteith公式确定参考作物蒸散量,结合有效降雨量和作物系数等参数,计算分析了运城市近50 a冬小麦与夏玉米的灌溉需水量及其时空变化特征。结果表明：在研究时段内,冬小麦和夏玉米年灌溉需水量整体均呈现波动式降低的变化趋势,整体降低幅度分别为-0.7和-2.1 mm/(10 a)。冬小麦在4月和5月的灌溉需水量较多,分别为80.5 mm和108.4 mm;夏玉米则为8月份的灌溉需水量最大,约为85.3 mm。冬小麦和夏玉米全生育期的平均灌溉需水量都呈现从东向西逐渐递增的趋势,冬小麦灌溉需水量的变化范围处于283.6～336.8 mm,夏玉米则为165.4～253.9 mm。相关分析结果表明,水汽压差与太阳辐射对运城市冬小麦和夏玉米灌溉需水量的影响较大。运城市冬小麦与夏玉米灌溉需水量在时间上呈波动降低趋势,在空间上则由东向西逐步递增;气温与降水的变化趋势显示运城市的气候正在朝暖湿化方向发展,未来灌溉方案的制定与优化应当予以充...     

降水对华北主要粮食作物灌溉需求影响特征

探明华北地区作物灌溉需求规律及主控因素是合理制定水资源规划,缓解该区地下水超采的重要依据。本文基于华北60个气象站近50年(1971—2020年)逐日气象资料,采用FAO推荐的Penman-Monteith公式计算作物需水量,并分析降水对主要粮食作物(冬小麦和夏玉米)灌溉需求时空特征的影响。结果表明：在降水丰水年(25%),冬小麦作物灌溉需求指数I_RI以0.50～0.75区间的高度灌溉需求分布区为主,夏玉米则以0.25～0.50区间的中度灌溉需求分布区为主,分布面积比率分别为研究区的92%、86%;在平水年(50%),冬小麦I_RI以大于0.75的极高灌溉需求分布区为主,分布面积比率占56%,夏玉米仍以0.25～0.50的中度灌溉需求分布区为主,但分布面积比率扩大至100%;在枯水年(75%),冬小麦极高灌溉需求分布面积比率增大至97%,夏玉米则以0.50～0.75的高度灌溉需求分布区为主。降水量是影响I_RI的主控因素,随降水量的增大,不同区位I_RI均呈直线下降趋势,但对降水量变化的敏感性存在较大差异...     

Effect of precipitation change on water balance and WUE of the winter wheat-summer maize rotation in the North China Plain

Limited precipitation restricts crop yield in the North China Plain, where high level of production depends largely on irrigation. Establishing the optimal irrigation scheduling according to the crop water requirement (CWR) and precipitation is the key factor to achieve rational water use. Precipitation data collected for about 40 years were employed to analyze the long-term trend, and weather data from 1984 to 2005 were used to estimate the CWR and irrigation water requirements (IWR). Field experiments were performed at the Luancheng Station from 1997 to 2005 to calculate the soil water consumption and water use efficiency (WUE). The results showed the CWR for winter wheat and summer maize were similar and about 430 mm, while the IWR ranged from 247 to 370 mm and 0 to 336 mm at the 25% and 75% precipitation exceedance probabilities for winter wheat and summer maize, respectively. The irrigation applied varied in the different rainfall years and the optimal irrigation amount was about 186, 161 and 99 mm for winter wheat and 134, 88 and 0 mm for summer maize in the dry, normal and wet seasons, respectively. However, as precipitation reduces over time especially during the maize growing periods, development of water-saving management practices for sustainable agriculture into the future is imperative.     

不同灌溉条件对黄河下游引黄灌区作物水分关系的影响

在田间试验验证的基础上,利用SWAT2000模型对黄河下游引黄灌区冬小麦、夏玉米在不同灌溉条件下产量、耗水量以及水分利用效率等的时空变化进行了模拟,结果表明,冬小麦缺水情况比较严重,夏玉米生育期降水量基本能满足其耗水量的需求.灌溉对提高作物产量以及耗水量有很大的影响,然而随着灌水量的增加,作物产量以及耗水量增加的幅度并...     

秸秆还田配施稳定性氮肥对麦玉轮作水氮利用的影响

为探究秸秆还田配施稳定性氮肥对关中地区麦玉轮作体系作物生长及水氮利用的综合影响,并确定合理的高产高效施肥管理措施,设置两种秸秆还田模式(秸秆不还田、秸秆全量还田)和两种施氮措施(常规尿素和减量施用稳定性氮肥),以无秸秆还田且不施肥作为对照,共5个处理,研究分析作物产量、地上部生物量、土壤氨挥发累积量、土壤含水率、土壤硝态氮残留量及水氮利用效率。结果表明：秸秆还田配施氮肥会分别显著提高夏玉米和冬小麦产量28.03%～39.63%和90.10%～112.52%、地上部生物量27.88%～34.00%和78.96%～107.64%;施用稳定性氮肥较施用常规尿素分别降低夏玉米季和冬小麦季全生育期土壤氨挥发累积量50.18%～59.32%和68.21%～73.43%;秸秆还田会显著提高夏玉米季0～10 cm土壤含水率6.29%～21.38%,显著提高冬小麦季0～10 cm土壤含水率6.80%～25.06%;相同施肥措施下,秸秆还田会显著降低夏玉米与冬小麦收获期0～100 cm土壤NO^-₃-N残留量7.34%～10.78%和6.57%～11.24%,在相...     

1957-2017年京津冀主要作物水分利用效率及节水潜力分析

水资源短缺以及农业用水效率不高制约着京津冀一体化国家战略的实施。【目的】提高主要作物水分利用效率,缓解京津冀地区农业水资源矛盾。【方法】基于FAO推荐的Penman-Monteith公式及有效降水计算公式估算了1957-2017年京津冀地区冬小麦、夏玉米的耗水量及水分利用效率以及冬小麦、夏玉米的节水潜力。【结果】冬小麦、夏玉米水分利用效率呈逐年线性增长趋势。冬小麦、夏玉米水分利用效率仍有20%~30%的提升空间,在产量不变的前提下,京津冀地区可节约水量43.6亿~60.4亿m^3。冬小麦节水潜力高于夏玉米。【结论】可通过改善土壤条件,优化灌溉管理以及秸秆覆盖等措施提高冬小麦及夏玉米的水分利用效率。     

基于田间实际耗水的作物生产水足迹

为了衡量田间尺度粮食生产对资源的真实利用,基于水足迹及作物耗水理论,提出基于作物实际耗水的农作物生产水足迹计算方法,并以陕西关中的小麦、玉米为研究对象,对1998,2005及2010年的生产水足迹进行了计算.结果显示：同一年份同一作物不同地区间耗水量具有较大差异,同时,关中地区3个代表年份平均小麦、玉米耗水量分别比需水量小16.2%和12.4%;小麦、玉米生产水足迹有减小趋势,代表年平均值分别为0.96,0.77 m^3/kg;各地区小麦虚拟水中蓝水比例在10%-40%,玉米则在20%-50%范围内变化,且年际、地区间的蓝水占有比例均无明显变化趋势;3个代表年小麦、玉米的总水足迹之和分别为70.1,59.8及60.7亿m3,均大于当地的水资源总量,其中蓝水所占比例均值为29.1%.基于作物实际耗水的作物生产水足迹的计算对基于水足迹和虚拟水贸易的科学研究及政策制定均有重要意义.     

微咸水灌溉下土壤水盐动态及对作物产量的影响

华北平原农业灌溉用水非常紧缺,水资源日益缺乏与粮食需求日益增多之间的矛盾尖锐。充分利用微咸水资源是缓解这一矛盾的重要途径之一。该文以中国农业大学曲周试验站1997－2005年冬小麦和夏玉米微咸水灌溉田间长期定位试验为基础,研究了充分淡水、充分淡咸水、关键期淡水、关键期淡咸水和不灌溉等5个处理下土壤饱和电导率和含盐量的动态变化,探讨了微咸水灌溉对冬小麦和夏玉米产量的影响。结果表明：土壤水盐动态呈受灌溉和降雨影响的短期波动和受季节更替影响的长期波动;在正常降雨年份,使用微咸水进行灌溉是可行的,不会导致土壤的次生盐渍化;微咸水灌溉虽然导致冬小麦和夏玉米产量降低10%～15%,但节约淡水资源60%～75%。如果降雨量达到多年平均水平以及微咸水灌溉制度制订合理,微咸水用于冬小麦/玉米田间灌溉前景广阔。     

水氮配施对轮作冬小麦-夏玉米灌浆期光合特性的影响

研究不同水氮配施对轮作冬小麦-夏玉米灌浆期叶面积指数、光合速率、蒸腾速率及叶片水分利用效率的影响。结果表明,冬小麦旗叶光合速率和蒸腾速率均以处理W1500N210最高,叶面积指数和叶片水分利用率均以处理W1500N270最高,夏玉米叶片光合速率在处理W1500N270达到最高,蒸腾速率则以处理W1500N210最高;灌水和施氮及其交互效应对冬小麦、夏玉米叶面积指数、叶片光合速率、蒸腾速率和叶片水分利用率均有显著影响;冬小麦、夏玉米灌浆期叶面积指数、叶片光合速率、蒸腾速率和叶片水分利用率均随施氮量和灌水量的增加而增加;但施氮量超过210kg/hm2时不再显著增加。     

基于蒸渗仪的冬小麦-夏玉米ET估算模型特征参数研究

为快速准确估算农田蒸散量,利用24个群集式蒸渗仪,在国家节水灌溉北京工程技术研究中心大兴节水灌溉试验站进行了两年的灌溉试验,获得冬小麦-夏玉米生育期的日内冠气温差和实际日蒸散量(ET_a)等数据,对不同水分处理下的S-I蒸散量估算模型进行率定及验证,并分析模型特征参数a、b的变化规律及两者的差异。结果表明:冬小麦的S-I模型特征参数a在日间随时间变化先增大、后减小,在严重水分胁迫处理时a为负值、且数值较小,其余灌溉处理时参数a由正值逐渐变化至负值;不同灌水处理b均为负值,充分灌溉处理时b在日间随时间变化逐渐增大,严重水分胁迫处理时b相对较大,日间变化趋势不稳定。水分胁迫对夏玉米模型参数的影响程度低于冬小麦,特征参数a均为正值,参数b均为负值,且随时间变化逐渐增大;水分胁迫处理时b变化范围明显小于其他两个处理,干旱处理特征参数日间变化较大。冬小麦与夏玉米不同处理之间模型参数a、b变化差异较大,但冠层温度和空气温度差T_c-T_a与日蒸散量和日净辐射量差ET_d-Rn_d间拟合精度都在13:00时最高,此时充分灌溉冬小麦和夏玉米的模型参数a、b分别为1.082、-1.127和1.588、-1.363。利用率定的S-I模型计算冬小麦和夏玉米主要生育期ET_d与实测ET_a之间的决定系数R~2均在0.7以上,均方根误差RMSE均小于0.89 mm/d,一致性系数d均在0.9以上。尤其是充分灌溉处理的数据间R~2和d均较高,RMSE小于其他处理,说明水分胁迫影响模型的估算精度,S-I模型能够更准确地估算水分胁迫较少农田的蒸散量。     

Model validation and crop coefficients for irrigation scheduling in the North China plain

ISAREG is a model for simulation and evaluation of irrigation scheduling. The model performs the soil water balance and evaluates impacts of water stress on yields for different crops. It is now being used to support a water saving irrigation scheduling program in a pilot area in the North China plain. This paper reports on the calibration and validation of the model using independent data sets relative to winter wheat and summer maize. Data are originated from the Wangdu experimental station and concern a set of drainage lysimeters where diverse irrigation treatments were applied representing different strategies of deficit irrigation. The calibration of the model was performed by deriving the crop coefficients adapted to the local climatic conditions, and considering the soil freezing during winter. The validation of the model was performed using different data sets. Results show that the relative errors to estimate the soil water content averaged 5.3% for summer maize and 7.3% for the winter wheat. These results support the use of the model in the practice.