以涝渍连续抑制天数为冬小麦排水指标的试验

为了探讨在冬小麦抽穗开花期以涝渍连续抑制天数作为排水指标的可能性,该文利用测坑试验研究了冬小麦抽穗开花期不同涝渍处理对其生理指标及产量的影响,建立了作物相对产量Ry（涝渍胁迫处理下小麦产量与对照的比值）与涝渍连续抑制天数CSDI的关系模型。结果表明,涝渍处理对冬小麦光合速率、气孔导度和蒸腾速率具有明显的抑制作用,在地表水累积深度SFW相同的情况下,地下水埋深小于50 cm的累积深度SEW50越大,冬小麦减产越严重;在单纯受渍情况下,冬小麦相对产量Ry随SEW50的增大而呈减小的趋势,但各处理之间差异不显著。冬小麦相对产量Ry与SEW50和CSDI均具有较好的线性关系;涝害权重系数CW是一个随涝渍状态而变的状态变量,说明在涝渍连续情况下,用涝渍连续抑制天数作为控制排水指标比较合理。     

棉花先涝后渍减产规律分析及排水指标确定

为探究棉花多生育期先涝后渍胁迫下的减产规律,于2008-2011年在武汉大学灌溉排水试验场开展了不同涝渍水平、涝渍发生生育期(蕾期、花铃期和吐絮期)和涝渍形式(单涝、单渍和先涝后渍)的测坑试验。分析了2类排水指标的合理性,量化了多生育期先涝后渍胁迫下不同涝渍形式及涝渍发生生育期的减产作用,提出了棉花多生育期先涝后渍排水指标。结果表明:在先涝后渍胁迫下,基于淹水和受渍时间划分的涝渍指标(淹水期间地表及地下累计超标准水深和受渍期间地下累计超标准水深)比基于地表和地下水动态划分的涝渍指标(地表、地下累计超标准水深)更为合理;单渍的减产作用是单涝的0.759倍;先期的涝会增强棉花对后续渍的适应性,先涝后渍胁迫下渍的减产作用是涝的0.293倍;花铃期、蕾期和吐絮期的减产作用之比为1:0760:0.220;多生育期地表及地下累计超标准水位与棉花减产率之间呈极显著的线性关系(R2=0.629,P0.001)。研究成果可为多生育期先涝后渍胁迫下棉田排水标准的制定提供参考依据。     

小麦对渍涝的响应及排水指标确定

湖北平原地区春季雨水较多,麦田易受渍涝危害,研究小麦对渍涝的响应,并建立作物相对产量与渍涝天数的关系模型,可为该区冬小麦农业生产防灾减灾管理提供依据。在可控制灌排的有底混凝土测筒中于小麦孕穗期和灌浆期设置持续渍涝(5、10、15和20 d)处理,旨在研究江汉平原冬小麦孕穗期和灌浆期持续渍涝胁迫对其生理活动及产量的影响。结果表明:小麦孕穗期、灌浆期受渍涝胁迫均导致叶绿素a、b和2者总含量降低,且渍涝时间越长,含量越低。孕穗期和灌浆期渍涝后,过氧化氢酶活性在旗叶、根系、灌浆期幼穗中的变化趋势均是先升高后降低,除孕穗期根系在渍涝15 d时达到最大,其余部位均是渍涝10 d时达到最大,在孕穗期幼穗中的变化趋势是随着渍涝程度的加剧,其活性持续升高;除孕穗期幼穗、灌浆期根系外,其余部位过氧化物酶活性的变化趋势是持续增加,且渍涝程度愈重,其增加幅度愈大,在孕穗期幼穗中的活性恰恰相反,在灌浆期根系中的变化趋势是先降低后升高,渍涝10 d时降到最低;旗叶、根系和幼穗中超氧化物歧化酶活性降低,且渍涝程度愈重,其降低幅度愈大。孕穗期、灌浆期小麦遭受渍涝后减产严重,孕穗期渍涝5、10、15和20 d 4个处理实际产量分别减少了18.4%、45.5%、63.9%、85.5%,灌浆期分别减少了7.6%、17.8%、43.7%、70.2%,孕穗期渍涝小麦减产的原因是单株有效穗数和穗粒数减少,灌浆期是穗粒数和千粒质量减少。若以小麦减产15%作为田间渍涝排除标准,孕穗期、灌浆期能承受的渍涝时间为3.6、6.4 d,田面渍涝排除后应在3 d内将地下水位降到70 cm以下。该研究可为长江中下游稻作区麦田排水管理提供科学依据。     

花后渍水对不同耐渍型冬小麦籽粒灌浆特性的影响

江汉平原冬小麦中后期常遭受涝渍灾害，为明确花后渍水对冬小麦籽粒灌浆进程的影响，以郑麦9023（耐渍型）和扬麦20（敏感型）2个小麦品种为研究对象，利用灌排可控的测坑模拟冬小麦花后不同天数（5、9、13和17 d）的渍水胁迫，应用Richards模型对冬小麦籽粒灌浆进程进行了模拟，在此基础上分析各籽粒灌浆参数与渍水天数的关系。结果表明：花后渍水5、9、13和17 d，郑麦9023（耐渍型）分别减产10.84%、19.51%、25.93%和36.52%，扬麦20（敏感型）分别减产14.25%、25.84%、37.26%和47.84%。导致冬小麦减产的主要原因是千粒质量降低，花后渍水天数每增加1 d，冬小麦郑麦9023和扬麦20千粒质量分别降低0.961和0.996 g。Richards方程能极显著模拟花后渍水冬小麦籽粒灌浆过程，拟合方程决定系数均在0.99以上。对耐渍型冬小麦，花后渍水主要显著缩短活跃灌浆期，且主要是显著缩短籽粒灌浆快增期和缓增期的持续天数；对敏感型冬小麦，花后渍水主要显著降低籽粒灌浆三阶段的灌浆速率。花后渍水增加1 d，郑麦9023籽粒活跃灌浆期缩短0.827 d，籽粒灌浆快增期、缓增期灌浆持续天数分别缩短0.492、0.963 d，扬麦20单粒最大灌浆速率降低0.046 mg/d、单粒平均灌浆速率降低0.032 mg/d，籽粒灌浆渐增期、快增期和缓增期单粒灌浆速率分别降低0.011、0.040和0.010 mg/d。研究可揭示花后渍水致使冬小麦减产的影响过程，为冬小麦涝渍灾害防控提供理论支撑。     

花铃期棉花对地下水埋深和高温的响应及排渍指标确定

为了探究高温胁迫下棉花对不同地下水埋深的响应差异,并在此基础上提出适宜的排渍指标,2012-2013年利用自动调控地下水位的测坑,在花铃期设置地下水埋深0、30、50 cm(持续受渍10 d),同时进行连续6 d的高温处理,观测棉花主要表观形态特征、生理代谢指标及产量。结果表明:地下水埋深0和30 cm降低了棉花株高,增加了主茎复合红绿比,而高温胁迫对二者影响不明显。高温胁迫下,地下水埋深越浅,倒4叶叶绿素含量和光系统II潜在光化学转换效率越低,其关系可用线性关系模型描述,且地下水埋深80 cm的累计值对二者的影响居首,高温胁迫次之。地下水埋深处理过程中,倒4叶超氧物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、过氧化物酶(peroxidase,POD)活性先升高后降低,过氧化氢酶(catalase,CAT)活性持续降低,丙二醛(malonaldehyde,MDA)含量急剧增加。地下水埋深处于0和30 cm时,高温胁迫加剧了棉花膜脂过氧化反应程度,叶片SOD和POD活性更低,MDA含量更高,但增强了棉花在地下水埋深50 cm的抗逆能力。地下水埋深处理、高温胁迫及其复胁迫主要通过减少单株成铃数、单铃质量使棉花产量降低,而对衣分含量影响普遍不明显。从整体减产程度来看,地下水埋深处理+高温胁迫(33.7%)地下水埋深处理(26.2%)高温胁迫(7.5%)。若以允许棉花产量减少15%~20%为排渍标准,假设在地下水埋深处理过程中连续出现6 d、每天近6 h的高温天气,则棉花花铃期地下水埋深80 cm的累计值为216.0~321.2 cm·d。研究可为湖北平原湖区及类似地区棉田排水管理提供科学参考。     

涝胁迫对杂交中稻形态和产量的影响

湖北平原地区夏季降水多,水稻易受涝害,为了解涝对杂交水稻生长及产量的影响,以杂交中稻丰两优香1号为试材,在拔节期、孕穗期和灌浆期分别设计不同涝淹深度和受涝时间的胁迫试验。结果表明：杂交中稻受涝胁迫后,植株高度、节间长度均增长,灌浆期、孕穗期受涝胁迫后植株高度增长幅度大于拔节期,可用二元一次方程拟合水稻株高增长量（YPH）、节间长度（YIL）与受涝天数（D）和涝淹深度（H）之间的关系,涝淹深度对植株高度、节间长度的影响大于受涝天数。不同生育期受涝水稻减产顺序表现为孕穗期＞拔节期＞灌浆期,可用二元一次方程拟合水稻相对产量（Ry）与受涝天数（D）和涝淹深度（H）的关系,拔节期和灌浆期受涝天数对产量的影响大于受涝深度,而孕穗期涝淹深度的影响大于受涝天数。拔节期受涝胁迫结实率显著下降,孕穗期结实率和千粒重显著下降,灌浆期主要表现为结实率显著下降,其次是千粒重下降。拔节期、孕穗期和灌浆期受涝胁迫后,穗下部籽粒结实率的相对湿害指数分别为0.69%～44.01%、20.87%～71.14%（没顶淹9d为100%）、3.15%～81.84%;穗中部籽粒结实率的相对湿害指数分别为4.49%～32.36%、14.31%～62.21%（没顶淹9d为100%）、10.02%～66.89%;穗上部籽粒结实率的相对湿害指数分别为-0.77%～14.72%、7.64%～50.10%（没顶淹9d为100%）、2.75%～59.66%。     

棉花花铃期涝渍相随对棉花产量的试验研究

在南方易涝易渍地域，棉花花铃期适逢雨季，常受涝渍综合胁迫，对生长发育和产量均有较大影响。笔者利用测坑试验对该问题进行了研究，建立了涝渍灾害型农田4种排水控制指标模式，初步提出了棉花花铃期的涝渍综合排水控制指标，探讨了体现涝渍兼治的排水控制指标。     

江苏沿海垦区暗管排水对冬小麦产量的影响模拟

江苏沿海垦区农田地下水位埋深较浅,冬小麦生长易受到渍害的影响;为探究不同暗管排水条件影响下冬小麦产量的变化,该研究根据在江苏东台试验站实测的气象、土壤、地下水埋深等数据,联合运用田间水文模型DRAINMOD和作物模型AquaCrop模拟不同暗管排水条件对冬小麦产量的影响.结果显示:DRAINMOD模型可准确模拟研究区地...     

涝渍胁迫条件下Morgan模型的试验研究

涝渍胁迫条件下的作物水分生产函数对于正确评估减灾效益,合理制定涝渍灾害治理对策具有重要现实意义。作物水分生产函数按照模型形式可分为动态模型与静态模型,其中动态模型能模拟作物生长过程,具备一定的作物生理学基础,但鲜有见到关于涝渍胁迫条件下动态模型的研究。该文以水分亏缺条件下的作物水分生产函数动态模型(Morgan模型)为基础,通过利用涝渍指标进行转换,建立了适用于涝渍胁迫条件下的动态产量模型。该模型选用的指标包括常用的空间划分型涝渍分离指标(累积超标准地下水深SEW30、地面累积淹水深度SFW)与涝渍综合指标SFEW30,并为了克服前者在计算过程中涝害指标权重偏小的问题,引入时间划分型涝渍分离指标(累积超标准地下水深SEW30、受涝期间涝渍综合指标SWFDH)。根据连续多年的棉花涝渍胁迫试验数据对模型进行参数率定与验证,结果表明该模型预测效果良好,并推荐优先使用涝渍综合指标SFEW30。同静态模型相比,该模型参数在年际之间也表现出更好的稳定性。     

近滨海盐碱地暗管排水条件下地下水埋深动态变化模拟

农田暗管排水工程是近滨海地区盐碱地防御涝渍害、降低土壤盐分和促进作物生长的重要措施。本文应用DRAINMOD模型对河北沧州近滨海暗管排水排盐试验区(暗管埋深1.2 m,间距30 m),2011年6—9月的地下水埋深进行了模拟,并对不同控制性排水方案(无强制排水,地下水埋深控制在50 cm、80 cm和100 cm)下地下水埋深的变化进行了预测。模型所需参数(气象数据、作物数据、土壤参数和排水数据)由室内试验、田间试验和实地观测得到。研究结果表明:DRAINMOD在该地区的模拟值与观测值拟合较好,效率系数为0.67,相对误差系数为6.15%,反映出模型良好的模拟性能;农田暗管排水系统能明显降低涝渍害的发生,即使发生强降水,也能在2 d内将地下水埋深控制在60 cm以下,而若无强制排水地下水埋深需在15 d后降至60 cm;对不同排水方案模拟效果的比较表明,试验区在夏季控制性排水中,将地下水埋深控制在80 cm左右较为合适。综上,DRAINMOD模型可以很好地应用于地下水埋深变化的预测中。因此,在未来的研究中,近滨海盐碱区可以通过DRAINMOD模型模拟地下水埋深变化,从而为农田排水系统的设计提供理论依据,为暗管排水管理制度的建立提供科学的选择方法。     

满足机械收割农艺条件下稻田排水暗管布局DRAINMOD模型模拟

在长江中下游稻麦轮作区,水稻秋收期阴雨连绵现象时有发生,收割机械因农田土壤过湿而无法及时下田收割。如果建设暗管排水系统,则可及时降低地下水埋深,保证机械收割的顺利进行。该文以江苏省扬州市江都区昭关灌区为例,以地下水埋深降至60~80 cm作为适于一般机械收割的田间排水要求,运用田间水文模型-DRAINMOD模拟了满足1~5 d机械下田条件的暗管排水布局,并分析了相应的田间水文效应以及模型主要输入参数的敏感性。根据研究区1954-2016年逐日气象数据(包含降雨、气温、湿度、风速和日照时数等)的模拟结果显示:考虑大型机械收割要求(地下水埋深大于80 cm),当暗管埋深为90~150 cm时,满足98%、95%和90%保证率的最大暗管间距分别为7.42~18.74 m、13.01~26.20 m和15.27~28.72 m;满足小型机械收割要求(地下水埋深大于60 cm)的暗管布置间距则可更大,满足98%、95%和90%保证率的最大暗管间距分别为10.36~19.59 m、18.17~30.90 m和22.88~33.02 m。多年平均机械收割天数对侧向饱和导水率、不透水层深度、土壤蒸发蒸腾量、潜水上升通量和土壤可排空体积5类参数最为敏感。研究成果可为类似水稻种植区基于机械收割要求的农田暗管排水系统设计提供理论依据。     

玉米灌浆期渍水对产量及氮磷淋失量的影响

为了阐明渍害对土壤养分淋失及产量的影响,采用测坑控制排水试验,研究了玉米灌浆期渍水对土壤溶液中全氮、全磷及玉米产量的影响。研究表明,玉米灌浆期渍水土壤溶液全氮质量浓度最大值出现在渍水后的第5天,渍水30cm和渍水50cm全氮质量浓度最大值分别达到2.037和1.833mg/L,全磷质量浓度在渍水后的3d达到最大值分别为0.163和0.148mg/L。渍水深度30cm超过3d和渍水深度50cm超过5d均会造成玉米产量显著减少。因此,在雨季适当控制地下水位和渍水天数对玉米灌浆期的籽粒形成非常重要。该研究可以为农田控制排水设计和管理提供依据。     

暗管排水排盐改良盐碱地机理与农田生态系统响应研究进展

暗管排水排盐技术是通过控制地下水位与高效利用降水或灌溉水资源改变土壤水盐运移规律,从而影响土壤盐分分布规律和土壤特性,达到改良盐碱地的效果。本文在对暗管排水排盐技术自身发展及其应用的关键条件总结概述的基础上,对其改良盐碱地机理与农田生态系统响应两方面的科学研究进展进行了综述。暗管排水排盐技术改良盐碱地机理方面的研究主要集中在暗管埋设对"四水"转化规律的改变以及由此带来的地下水埋深控制或灌溉制度变化、控制性排水和定水位排水条件下的土壤水盐运移规律、暗管埋设条件下土壤水盐运移模型模拟等方面。农田生态系统对暗管埋设排水的响应方面的研究主要集中在以土壤理化性状和土壤养分为主的土壤特性响应、作物生长发育和产量品质的生理生态适应性、农田生态系统土地与种植结构和服务功能的改变等方面。本文最后展望了未来研究的关注点。     

Subsurface drainage for reversing degradation of waterlogged saline lands

In irrigated agriculture of arid and semiarid regions waterlogging coupled with salinity is a serious problem. Experimental evidence at several locations has led to the realization that subsurface drainage is an essential intervention to reverse the processes of land degradation responsible for the formation of waterlogged saline lands. This paper presents the results of a study conducted from 1995 to 2000 to evaluate the impacts of subsurface drainage on soil properties, groundwater‐table behaviour and crop productivity in a waterlogged saline area of 2200 ha. A subsurface drainage system was installed at 1·6 m depth with 60 m drain spacing covering an area of 1200 ha (23 blocks) during 1997–99 and compared with an undrained block of 1000 ha. Subsurface drainage facilitated the reclamation of waterlogged saline lands and a decrease in the soil salinity (EC_e, dS m⁻¹) that ranged from 16·0 to 66·3 per cent in different blocks. On average, 35·7 per cent decrease in salt content was observed when compared with the initial value. Provision of subsurface drainage controlled the water‐table below the root zone during the monsoon season and helped in bringing the soil to optimum moisture content for the sowing of winter crops. In the drained area, the increase in yields of different crops ranged from 18·8 to 27·6 per cent. However, in the undrained area the yield of different crops decreased due to the increased waterlogging and soil salinity problems. Overall the results indicated that investment in subsurface drainage is a viable option for reversing the land degradation of waterlogged saline lands in a monsoon climate. Copyright © 2006 John Wiley & Sons, Ltd.