作物水分胁迫监测的国内外研究进展

介绍了计算蒸散的方法和作物蒸腾估算的方法。通过气象资料和土壤水分资料，监测土壤水分和作物体内水分状况的动态模型进行水分亏缺诊断的动态化管理，并与系统科学和计算机的应用相配合，形成了实用的农田水分管理系统。     

根据植株茎直径变化诊断作物水分状况研究进展

植株茎直径膨胀和收缩与作物体内水分状况的关系一直是研究的热点问题。根据20世纪50年代以来的大量国内外文献，综述了茎直径变化法诊断作物水分状况的研究进展，阐明了从植株茎直径变化诊断作物水分状况方法的优势，指出了此项研究存在的问题，进而对其今后研究方向和发展趋势进行了展望。     

农田节水调控研究中的几个基本理论问题

该文论述了农田节水调控研究中的几个基本理论问题，探讨了田间土壤水调节模型，作物需水量及缺水条件下作物实际蒸发蒸腾量的计算方法，土壤水分对作物有效性动态价理论用作物缺水状况的定量诊断方法；作物产量与蒸发蒸腾量的关系；以减少作物水分散失，提高水量转化效率及产量为目标田间水分最优调控机理等问题。     

冠层—气温差监测和诊断冬小麦农田水分

以农田生态系统为研究单元，以ＳＰＡＣ的理论为基本原则，深入探讨了冠层－气温差与冬小麦农田土壤和作物水分状况的关系。在比较精确和连续的大田试验基础上，得出了冠层－气温差监测０￣５０ｃｍ土层相对含水量的模型及诊断冬小麦水分状况的指标，该模型和指标可直接用于指导灌溉。     

基于茎直径变化的作物水分状况监测研究进展

对“利用茎直径变化监测作物水分”的研究进行了综述。自20世纪60年代开始,基于茎直径变化的作物水分状况监测指标体系研究经历了两个阶段,即茎直径变化与作物水势关系的定性研究阶段;考虑环境变化和植株正常生长的茎直径变化—作物水势之间动态量化阶段。此方法通过对作物体内水分的动态监测,并与计算机应用相配合,可以用于温室和大田条件下指导适时灌溉。     

不同水分状况下棉花茎直径变化规律研究

利用DD型直径生长测量仪持续监测筒栽棉花茎秆直径的动态变化，对茎直径在不同天气的日变化规律、水分胁迫条件下不同生长阶段的变化规律及其与环境因素的关系进行了研究。结果表明，茎直径变化测量参数能较好地反映棉花水分状况，但茎直径变化受外界环境因素和作物自身发育特性共同影响，在不同生长阶段，宜采用不同参数作为水分诊断指标。在茎生长阶段，茎直径最大值随时间的变化能较好地反映棉花水分亏缺程度，而不同水分处理间的日最大收缩量差异不显著；在茎成熟阶段，日最大收缩量对水分亏缺的反应非常敏感，是适宜的水分诊断指标。对影响茎直径变化的环境因素进行分析后得出，土壤水分、辐射和空气饱和差影响最大，相对湿度次之，气温和风速的影响很小。在此基础上建立了棉花茎直径日最大收缩量与环境因子之间的回归模型，可为利用茎直径变化评价作物缺水状况提供依据。     

基于冠层温度的夏玉米水分胁迫指数模型的试验研究

探讨并建立了适合于中国华北地区夏玉米水分状况监测的作物水分胁迫指数(CWSI)模型。通过不同的田间试验处理和观测，得到了适合夏玉米的CWSI经验模型中的经验关系，且表现明显。该研究建立了不同生育阶段的经验模型，经过初步的检验和分析，认为这一模型是合理的，可以应用于田间的基于冠层温度信息的夏玉米水分状况监测。     

基于无人机遥感影像的玉米冠层温度提取及作物水分胁迫监测

针对当前无人机热红外遥感提取冠层温度不准确、监测作物水分胁迫状况精度不高的问题,该研究以不同水分处理的拔节期夏玉米为研究对象,利用无人机获取试验区域热红外和可见光图像资料,分别采用Otsu算法、EXG-Kmeans算法和Otsu-EXG-Kmeans算法获取冠层区域图像,并对提取结果进行精度评价,而后采用最优算法求得对应作物水分胁迫指数（Crop Water Stress Index,CWSI）,通过分析CWSI同土壤含水率相关关系以及CWSI日平均变化趋势来监测玉米水分亏缺状况。结果表明：1）相比于其他方法,Otsu-EXG-Kmeans算法对冠层温度提取精度更高（用户精度为95.9%）,提取的冠层温度更接近实测温度（r=0.788）,可以准确获取图像冠层温度。2）相比于冠层温度,CWSI与土壤含水率的相关性更高（r= -0.738）,CWSI日平均变化趋势更符合实际情况,可更加精确地监测玉米缺水状况。该研究为无人机遥感精准监测作物水分胁迫状况提供参考。     

作物冠层表面温度诊断冬小麦水分胁迫的试验研究

利用红外测温装置能够观测获得作物的冠层表面温度,从而诊断作物是否遭受水分胁迫。基于这种技术,使用作物水分胁迫指数CWSI反映我国华北平原地区冬小麦的水分胁迫状况。研究比较了作物水分胁迫指数CWSI的经验模式和理论模式,根据它们的波动特征,可以看出用CWSI经验模式反映华北地区冬小麦水分胁迫不很理想。研究分析了作物水分胁迫指数理论模式与其他一些反映作物水分状况的指标,包括叶水势、叶片气孔阻力,叶片最大净光合速率以及土壤水分含量之间的关系,结果表面理论模式与上述这些指标关系良好,表明其很好地反映了作物的水分胁迫特征。该研究给出了适合于我国华北平原地区冬小麦的作物水分胁迫指数计算的主要参数。研究从实际田间应用的可能性出发,分析并提出了作物水分胁迫指数经验模式和理论模式应用的改进方向     

膜下滴灌棉花产量和品质与作物缺水指标的关系研究

通过田间试验，研究了膜下滴灌棉花的作物产量、品质和作物缺水指标(CWSI)定量关系。确定了充分供水条件下作物各生育阶段缺水指标下基线的特定表达形式，建立了作物缺水指标(CWSI)和空气饱和差(VPD)的定量关系，并提出了用CWSI诊断作物水分状况的适用性及最佳观测时间。对不同水分处理棉花的CWSI在生育期内进行了定期观测，得到了各处理棉花CWSI的平均值以及与棉花耗水量、皮棉产量、水分利用效率、绒长、衣分率及单铃重的关系。结果表明，除衣分率外，其余指标最优值对应的CWSI值在0.4左右。因此，可利用作物缺水指标对膜下滴灌棉花进行高效的水分管理。     

应用基于红外热画像技术的CWSI简化算法判断作物水分状态

以不同水分处理下的冬小麦为研究对象,通过基于红外测温技术的Jackson理论模式和Jones简化模式分别计算作物水分胁迫指数（CWSI）,并以理论模式计算值为参考,对Jones模式反映华北地区冬小麦水分胁迫的表现进行初步分析.结果表明,两种计算模式得出的CWSI值与不同水分处理下的冬小麦根层土壤含水量均有较好的相关性,但Jones模式可更好地指示作物缺水状态,对叶片气孔导度的变化更敏感.根据研究结果初步确定了冬小麦高产条件下的CWSI阈值.本研究显示Jones简化模型能准确反映作物水分状态,并易于实现田间多点观测,可用于准确指导农田灌溉.     

夏玉米冠气温差及其影响因素关系探析

测定了夏玉米主要生育期四个不同水分处理的冠层温度、气温、土壤含水率、叶面积指数和株高,分析了冠气温差与土壤含水率、叶面积指数及株高间的关系。结果表明:不同的灌溉水质和灌溉量措施对夏玉米冠气温差有显著的影响;中午12~14时左右H1高度(2/3株高)处的冠气温差较H2高度(H1+50 cm)更能反映作物和土壤的水分特征,可以用此时刻的卫星遥感冠层温度结合地面气象站数据监测作物和土壤的旱情;80~100 cm土层的土壤体积含水率与节水灌溉处理的冠气温差之间存在良好关系(α=0.05),0~80 cm四个土层中以中午20 cm和40 cm处的土壤体积含水率与冠气温差相关关系最好且稳定,可以利用此关系评价作物的缺水状况;充足灌溉下的夏玉米主要生育期的叶面积指数与冠气温差也有显著的相关关系,节水灌溉下二者关系不显著,说明水分充足条件下叶面积指数对冠气温差的影响更大;株高与不同水分处理的冠气温差也有一定的相关关系,冠层2/3高度处二者的相关系数分别为:0.7027(淡水节水处理)、0.4150(淡水充足处理)、0.3683(咸水节水处理)、0.3062(咸水充足处理)。这为区域上遥感反演夏玉米冠气温差进而监测农田蒸散和土壤含水率提供了试验依据。     

基于ET和水量平衡的日光温室实时精准灌溉决策及控制系统

为提高日光温室的灌溉水利用效率,充分发挥现有灌溉决策理论的指导作用,该文构建了基于ET和水量平衡方法的实时精准灌溉决策及控制系统。以句容布戴庄村樱桃番茄温室为试验对象,给出了利用ET和水量平衡方法的灌溉决策实施过程,即当田间蒸发蒸腾总量大于土壤中可供作物利用水分时触发灌溉,灌水量等于自上一次灌溉起蒸散量的总和。采用Java语言开发了灌溉决策软件ETSch,可实现以温室内气象数据为基础对不同地点的灌溉决策项目进行管理;设计了温室精准滴灌系统并研制了基于单片机的灌溉控制器软硬件,通过ETSch软件与控制器的连接,建立了从田间气象信息获取到灌溉决策软件运行,再到灌溉及控制系统的集成化自动精准灌溉模式。试验结果表明,该实时精准灌溉决策及控制系统的平均灌水总量控制平均误差为1.1%,系统运行稳定,节约人工;尽管采用ET和水量平衡方法低估了实际土壤含水率,但总体趋势一致,能实现合理有效的灌溉决策。该研究可为实现灌溉决策和控制系统的集成提供参考,为进一步提高灌溉效果和用水效率提供借鉴。     

海河低平原限水灌溉节水种植研究

针对海河低平原水资源严重不足，干旱日趋加剧的现状，以节水为主线，以提高水分利用效率为中心，以节水增产增收为目的，系统研究了限水灌溉农田土壤水分消长动态，主要作物生长发育特点、需肥需水规律及水肥配合原则。在节水种植机理研究的基础上，又系统研究了调整作物布局，优化种植方式，筛选抗旱喜肥型品种，调控水肥运用，采取抗旱节水耕作措施等，形成限水灌溉农田节水种植系列技术，产量稳定提高，水分利用效率提高1倍左右。     

膜下滴灌棉花的土壤干旱诊断指标与灌水决策

通过利用烘干法和中子仪法对膜下滴灌棉花和常规沟灌棉花的土壤干旱情况进行诊断试验,该文对所选的两种干旱诊断指标—作物适宜土壤含水率和作物缺水指标CWSI的特点进行了研究。试验和分析表明,两种灌水方式下的棉花生长对土壤水分环境的要求是一致的。另外,两种指标所反映出的规律也基本相同。但是,因膜下滴灌棉花的耐旱性弱,受旱风险大,在生产中进行灌水决策时,其干旱诊断指标应比常规灌时灌水量稍大     

再生水灌溉对玉米和大豆品质影响的试验研究

为了合理利用城市污水处理后的再生水资源，研究再生水灌溉对作物品质的影响，该文采用北京高碑店污水处理厂的两种再生水(二级再生水、三级再生水)，以清水为对照进行玉米和大豆盆栽种植试验。通过对籽粒常规养分、微量元素和重金属含量等项目的测定分析，对再生水灌溉情况下的作物品质进行研究。研究结果表明：再生水灌溉对玉米和大豆籽粒粗蛋白、粗淀粉含量无显著影响；在微量元素方面，对大豆籽粒的影响同对照差异不显著，而对玉米籽粒的影响同水质有关；玉米和大豆籽粒中的重金属铅、镉含量虽均低于国家卫生标准(GB 2715-1981)规定，但二级再生水灌溉的玉米镉含量相对对照增加显著。因此认为三级再生水相对二级再生水应用于作物灌溉更具安全性，对二级再生水中重金属镉含量应严格控制。     

微润灌溉技术研究进展及展望

[目的]对近年来国内外关于微润灌溉技术的研究成果进行综述,探讨微润灌溉的未来研究方向,为微润灌溉制度和灌溉参数的制定及该节水技术的推广提供依据。[方法]总结微润灌溉的发展历程和应用现状,微润灌溉条件下土壤水分运动规律,微润灌溉对作物生长的影响,并分析微润灌溉技术的不足之处。[结果]微润灌溉是一种新型地下灌溉技术,以连续灌溉方式不间断地向作物根系供应适量水分,使植物吸水过程与田间灌溉过程具有同步性,灌水量与植物耗水量相匹配,实现无胁迫灌溉,改善作物品质和产量。该技术已成为国际领先的仿生型连续灌溉系统,在干旱半干旱地区具有广阔的应用前景。[结论]今后应加强的研究领域主要包括:微润灌溉对土壤养分运移的影响;微润灌溉对不同种植模式作物生长的影响;微润灌溉对农田生态系统温室气体排放的影响。     

Improving the performance of bread wheat genotypes by managing irrigation and nitrogen under semi-arid conditions

Wheat (Triticum aestivum L.) productivity is generally affected by water limitation and inadequate nitrogen supply especially under semi-arid environment. The current study was conducted to determine whether the crop yield and irrigation water use efficiency (IWUE) could be manipulated through alteration of nitrogen and irrigation application. To meet the desired objectives, a two-year field study was carried out in 2013–2014 and 2014–2015, in a split-split plot arrangement with three factors i) irrigation in main plots, ii) nitrogen in sub-plots, and iii) twenty genotypes in sub-sub plots on a sandy loam soil. The analysis of variance revealed that the wheat performance was affected by genotypes and alteration of irrigation and nitrogen application with respect to IWUE and final grain yield. IWUE under water stress conditions was observed 56% higher than normal irrigated. Much higher values of IWUE under water stress indicated that the existing optimum water requirements of the crop needs to be revaluated. The regression model indicated that addition of nitrogen and irrigation patterns along with morphological traits cannot explain variation in yield related traits more than 65% under semi-arid conditions. Therefore, for better crop yields in semi-arid environment, more physiological parameters should be considered in evaluation of yield.     

冀京津冬小麦灌溉需水量时空变化特征

利用冀京津地区20个气象站点1961-2010年气象资料和1980-2009年冬小麦生育期资料,采用美国农业部土壤保持局推荐方法计算有效降水量,同时利用FAO推荐的Penman-Monteith方法计算冬小麦全生育期和4个主要生育阶段的需水量,并对冬小麦生育阶段灌溉需水量进行探讨。结果表明,过去50a来,冀京津冬小麦生育期内有效降水量呈增加趋势,空间上呈经向分布特点,表现为从西向东梯状增加的趋势。而冬小麦的需水量呈减少趋势,其中抽穗-乳熟期减少幅度最大,全生育期需水量的空间分布呈带状特征,全区差异较大。抽穗-乳熟期分布由东南向北递减。为满足冬小麦需水要求,全生育期灌溉需水量为291~381mm,灌溉需水量较多的地区为沧州市和衡水市一带。其中需水较多的生育阶段为拔节-抽穗期和抽穗-乳熟期。在空间上,拔节-抽穗期灌溉需水量以沧州市为中心,向南北两侧递减;抽穗-乳熟期灌溉需水量南高北低,有明显的带状分布特征。研究结果可为冀京津冬小麦适时定量灌溉和提高水分利用效率提供基础数据支撑。     

土壤墒情实时监测与精准灌溉系统的设计

为了及时、准确地给作物提供适宜的土壤水分条件,该研究利用拥有自主知识产权的土壤水分传感器、数据采集控制模块、数据传输模块、管道流量计等硬件以及自己编制的土壤墒情监测与精准灌溉控制软件,以灌溉小区为管理单元,布置土壤水分传感器与灌溉设备,实现了自动获取土壤含水量信息,根据作物不同生育期的适宜土壤水分上下限确定自动或手动启动、关闭灌溉系统;通过固定式喷灌、滴灌和渗灌方式,将水直接输送到作物根部,满足作物各生育期对水的需求,从而达到节约用水,提高产量,改善作物品质的功效。运行结果表明,该系统运行稳定、可扩展性强、低成本维护,其相对偏差与传统方法相比不到5%,是有效和适用的工具。