中国冬小麦需水量时空特征分析

作物需水量是科学确定灌溉时期和灌溉量的重要依据。该文基于中国冬小麦种植区22个省(市、自治区)356个气象站点的气候资料以及冬小麦生育期资料,采用FAO推荐的Penman-Monteith公式和作物系数计算了中国冬小麦1961-2010年全生育期及不同生育阶段的需水量,明确了研究区域内冬小麦需水量的空间分布特征和年代际变化特征,并结合降水量时空分布特征,综合分析冬小麦生长季内水分满足情况。研究结果表明:除播种-越冬(出苗)生育阶段冬小麦降水量空间分布特征不明显外,全生育期及各生育阶段冬小麦降水量空间分布特征均为东南沿海地区高西北内陆地区低的分布特征;除返青(出苗)-拔节生育阶段冬小麦需水量空间分布特征不明显外,全生育期及其他各生育阶段空间分布特征均呈西北高东南低的分布趋势;冬小麦全生育期和各生育阶段需水量近50a来均呈下降趋势,尤其是全生育期及开花-成熟生育阶段内需水量下降趋势更明显,返青(出苗)-拔节生育阶段下降速率较少;若不考虑灌溉条件,从全国尺度来看,华南冬麦区和长江下游冬麦区水分满足情况较好,其他区域冬小麦各个生育阶段的降水条件均不能满足水分需求。比较各区域典型站点冬小麦水分满足情况,北部冬麦区、黄淮冬麦区、新疆冬春麦区和西南冬麦区水分亏缺比较严重,比较水分亏缺严重区域的冬小麦各个生育阶段的水分满足情况看出,相对水分亏缺程度较轻的为播种-越冬生育阶段,开花-成熟生育阶段冬小麦的水分亏缺程度最严重,该生育阶段是决定冬小麦千粒重的关键期,有灌溉条件地区适时灌溉,对保证高产稳产具有重要意义。     

西藏冬小麦需水关键期的降水变化趋势分析

利用1961～2000年西藏不同农业气候区旬降水量资料，分析了冬小麦生育期的降水特征及趋势变化。结果发现，半干旱农区冬小麦拔节-孕穗期、抽穗-乳熟期的降水变率较大，多数年份自然降水不能满足作物需水，水分亏缺严重。半湿润农区多数年份拔节-孕穗期的降水少于作物需水量，而抽穗-乳熟期相反，水分有盈余。过去40年冬小麦抽穗-乳熟期、全生育期的降水量，在半湿润农区呈较明显的增加趋势，而在半干旱农区1980年以前呈减少趋势，1981年以后表现为显著的增加趋势。     

水资源约束条件下的县域冬小麦节水灌溉制度

在高效节水灌溉工程技术难以在大田作物中推广应用的形势下,优化制定节水灌溉制度是提高灌溉水利用效率的可行途径。该研究以河南省新郑市为研究区,在对冬小麦全生育期及不同生育阶段的作物需水量、天然供水量、灌溉需水量进行估算的基础上,针对农田灌溉水源不足的条件约束,以冬小麦产量最大化为目标,采用Jensen模型反向求解法,将现有的冬小麦水分敏感性研究成果应用于非引灌区县域节水灌溉制度的制定,通过实施非充分灌溉制度,缓解水资源供需矛盾。结果表明:1)新郑市平水年和干旱年冬小麦全生育期供水总量小于需水总量,难以满足农田灌溉需求,需要实施非充分灌溉制度;2)采用Jensen模型不能直接优化解算冬小麦不同生育期的灌水定额,但是可以通过优化解算出的冬小麦不同生育期的腾发量间接确定灌水定额;3)优化解算得冬小麦苗期、越冬、拔节、抽穗、灌浆等不同生育期的腾发量占全生育期的比例分别为15.8%、5.4%、23.4%、34.9%、20.5%,与不同生育期敏感性指数的大小成正比;4)新郑市冬小麦丰水年灌溉关键期为灌浆期,平水年灌溉关键期为抽穗期和灌浆期,干旱年灌溉关键期为抽穗期,但是苗期、拔节、灌浆期均需要适量灌溉。该研究表明采用Jensen模型反向求解法可优化确定冬小麦不同生育期的灌水定额,研究提出的非充分灌溉制度制定方法对推进现有理论研究成果在农田灌溉实际工作中的应用具有重要的实践意义。     

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。     

近20年来陕西中部地区主要农作物生育期变化趋势分析

利用陕西省中部地区8个农业气象观测站1992-2010年冬小麦、夏玉米的生育期观测资料,分析了这两种作物主要生育期的变化趋势。结果表明：该地区冬小麦全生育期有不断缩短趋势,变化速率约为每10a缩短2.96d,各个站点变化趋势基本一致,但减少的速度不尽相同,其中凤翔站变化趋势较为显著（显著性达0.05水平）;冬小麦其它各生育阶段也都呈现出比较一致的变化趋势,其中播种-出苗、返青-拔节、拔节-抽穗、返青-成熟阶段呈缩短趋势,抽穗-乳熟、乳熟-成熟、播种-越冬阶段呈延长趋势,其余生育阶段变化趋势不明显。该地区夏玉米全生育期呈较一致的延长趋势（显著性超过0.05）,增加速率约为4.29d/10a,延长的时间主要在播种-三叶、七叶-拔节、乳熟-成熟阶段,其余生育阶段变化趋势不明显。     

中国北部冬麦区小麦生育期对生育阶段积温变化的响应

利用1993-2013年中国北部冬麦区19个农业气象观测站的冬小麦生育期及气象资料,研究了冬小麦各生育阶段积温和生育期的时空变异特征。通过皮尔逊相关性分析等方法,探究冬小麦各生育阶段积温变化对生育期的影响。结果表明：（1）播种-出苗、返青-拔节阶段≥0℃积温和越冬期负积温的值呈东高西低的空间分布,拔节-抽穗、抽穗-乳熟、乳熟-成熟和播种-成熟阶段≥0℃积温为东南低西北高,而出苗-越冬开始阶段≥0℃积温则呈东南高西北低的分布;拔节-抽穗和乳熟-成熟阶段≥0℃积温均在21%的站点上显著减少,返青-拔节、抽穗-乳熟和播种-成熟阶段≥0℃积温及越冬期负积温分别在26%、37%、21%和42%的站点上显著增加,而播种-出苗和出苗-越冬开始阶段≥0℃积温的变化较小;（2）播种和出苗期呈东部晚西部早的空间分布,抽穗、乳熟和成熟期则相反;越冬开始期呈东南晚西北早的分布,返青期则相反;拔节早的站点主要位于麦区东部。播种、出苗、返青、拔节、乳熟和成熟期分别在21%、16%、37%、26%、42%和21%站点显著推迟且多位于麦区东部,而越冬开始期和抽穗期仅在5%站点变化显著;（3）相关分析表明,各生育阶段≥0℃积温（或越冬期负积温）与多个生育期的相关性显著,生育阶段积温的变化可能直接或间接影响了冬小麦的生长发育。越冬期负积温与返青、拔节、抽穗、乳熟和成熟期相关性最大,且与冬后多个生育期呈现一致的时空变异特征,其时空变异性可能是造成冬小麦冬后生育期在时空上存在差异的原因。     

1961－2010年四川盆地玉米有效降水和需水量的变化特征

作物有效降水量和需水量是科学确定灌溉时期与灌溉量的重要依据。该研究基于1961－2010年四川盆地104个气象台站的地面气象资料和1981－2010年17个农业气象观测站的玉米生育期资料,采用联合国粮食及农业组织（FAO）推荐的参考作物蒸散量和降水量的比率法计算了研究区域内玉米全生育期及不同生育阶段的有效降水量,采用参考作物蒸散量法结合单作物系数法计算了相应时段的需水量,并探讨了玉米不同生育阶段缺水量和水分盈亏指数的变化。结果表明：近50年来,除乳熟到成熟期外,玉米全生育期及播种到乳熟期的有效降水量总体呈下降趋势;全生育期和各生育阶段的需水量均呈减少趋势;除播种到拔节期外,全生育期和拔节到成熟期的缺水量以下降趋势为主。比较各区域典型地区玉米水分盈亏状况,盆地北部玉米水分亏缺程度最严重,而盆地西部最轻;比较玉米各个生育阶段的水分满足情况,播种到拔节阶段水分亏缺程度最严重。研究可为四川盆地玉米种植区的农业用水以及合理灌溉提供科学依据。     

近30年吴桥县冬小麦生育期水分亏缺变化趋势分析

为了给地处黑龙港地区的河北省吴桥县制定冬小麦稳产灌溉制度提供理论依据,本文利用1981—2013年吴桥县的气象数据和SIMETAW模型,分析了冬小麦全生育期及播种—返青期、返青—拔节期、拔节—开花期、开花—成熟期4个生育阶段的降水量、需水量、耗水强度及水分亏缺指数(CWDI)的变化趋势;同时利用5年滑动平均法将分析年份冬小麦实际产量分为趋势产量和气象产量,计算了不同降雨年型下冬小麦减产率的变异系数。结果表明,近30年河北省吴桥县冬小麦生育时期的水分亏缺指数和需水量均呈现轻微的上升趋势;冬小麦发生干旱的概率为93.75%,其中,中旱和重旱发生概率为65.52%。冬小麦生育时期的平均日降雨量呈现从冬小麦生育中期向后期转移的趋势,日耗水强度表现为从生育后期向生育中期移动的趋势,这是导致返青—拔节期和拔节—开花期水分亏缺指数较大的重要原因。冬小麦减产率的变异系数的绝对值在缺水年最大,为154.241;在丰水年最小,为1.999;正常年份为24.776。因此,冬小麦拔节—开花期的及时灌溉对于保障冬小麦的稳产增产具有重要作用。建议在缺水年份调整冬小麦的水分管理制度,在冬小麦拔节初期一次性充分灌溉或在拔节初期和中后期分次进行少量灌溉。     

气温及降水变化对江苏省典型农业区冬小麦、水稻生育期的影响

基于江苏省徐州、昆山、宜兴三地1992-2005年气温、降水资料,以及1992-2004年徐州、昆山两地冬小麦生育期和1993-2005年徐州、宜兴两地水稻生育期数据,分析了气温、降水的变异与冬小麦、水稻生育期的关系。结果表明：1992-2004年,江苏徐州、昆山两地冬小麦全生育期天数随气温上升而逐渐减少,冬小麦全生育期天数与生育期内总降水量的变异无显著相关性。1993-2005年,随着月平均温度升高,徐州、昆山两地冬小麦拔节、孕穗、开花期提前,而乳熟期随此阶段平均温度的升高而推迟。与冬小麦不同,徐州、宜兴两地水稻生育期天数与生育期内平均温度和总降水量无显著相关关系。并且,随着温度升高,徐州、宜兴两地拔节、孕穗、抽穗、乳熟期也无显著变化。这表明水、旱两种作物对气温的变化呈现出明显不同的变异规律,气温的年际间变化对冬小麦生育期的影响相对更大。     

贵州烤烟需水量及灌溉需求指数特征

为了合理配置烤烟的灌溉计划和提高水资源的利用效率,基于贵州省1961—2015年81个气象观测站逐日气象资料,采用美国农业部土壤保持局推荐的有效降水量和FAO推荐的Penman-Monteith公式分别计算研究区域内烤烟不同生育阶段的有效降水量和需水量,并分析了烤烟不同生育阶段灌溉需求指数的变化特征。结果表明:近55年,贵州省烤烟伸根期、旺长期、成熟期和大田生育期有效降水量分别为26.9～75.4 mm,45.2～88.9 mm,66.4～167.6 mm和152.8～284.8 mm;需水量分别为51.9～78.8 mm,148.8～202.2 mm,85.2～122.8 mm和332.5～412.6 mm,以旺长期日均需水量最大;多年平均灌溉需求指数分别为0.20,0.32,0.26,0.35;烤烟不同生育阶段有效降水量和需水量随时间变化均呈递减趋势,伸根期灌溉需求指数呈递增变化趋势,其他生育期呈递减趋势;空间分布上,烤烟伸根期有效降水量自东向西呈递减趋势;伸根期、旺长期灌溉需求指数自西南向东北递减的变化趋势,而成熟期和大田期呈相反趋势。     

微咸水灌溉对土壤盐分平衡与作物产量的影响

河北低平原淡水资源短缺,微咸水资源丰富,合理开发利用微咸水已经成为缓解水资源供需矛盾的重要途径之一。本研究于2011—2015年在河北省沧州市中国科学院南皮生态农业试验站进行,以冬小麦和夏玉米一年两熟种植体系为研究对象,开展了河北低平原区实施微咸水灌溉对冬小麦及下茬作物夏玉米产量及灌溉对土壤盐分周年平衡的影响。2013—2014年冬小麦灌溉处理设雨养旱作处理(CK)、拔节期淡水灌溉1水(F1)、拔节期用2 g·L~(-1)、3 g·L~(-1)、4 g·L~(-1)、5 g·L~(-1)的微咸水灌溉1次(B21、B31、B41、B51)、拔节期和灌浆期用淡水灌溉(F2)、拔节期用3 g·L~(-1)的微咸水+灌浆期用淡水灌溉(B31F1)、拔节期用淡水+灌浆期用3 g·L~(-1)微咸水灌溉(F1B31)、拔节期和灌浆期都用3 g·L~(-1)的微咸水灌溉(B32)、拔节期、抽穗期和灌浆期都用淡水灌溉(F3)。2014—2015年根据上年度的试验结果对试验处理进行了精简,冬小麦灌溉处理设CK、F1、B31、B41、B51、B42(拔节期和灌浆期都用4 g·L~(-1)的微咸水灌溉)。结果表明,一般年型下冬小麦生育期灌溉2水就能获得高产和稳产,平均产量为6 593.4 kg·hm~(-2)。利用小于5 g·L~(-1)的微咸水灌溉,与淡水灌溉相比,不会造成冬小麦产量降低,灌溉1次微咸水比雨养旱作处理增产10%~30%,可用微咸水替代1次淡水。微咸水灌溉条件下冬小麦收获时土壤盐分有所积累,表层土壤含盐量大于1 g·L~(-1),影响下茬玉米的出苗和生长,但夏玉米播种后用675~750 m3·hm-2淡水灌溉可满足耕层淋盐需求,达到玉米生长的安全阈值,与淡水灌溉处理的玉米产量相比不减产。利用夏季降雨,可使土壤盐分得到淋洗,当夏季降雨量大于300 mm时,冬小麦微咸水灌溉下土壤盐分达到周年平衡。沧州地区73%以上的年份,夏季降雨量大于300 mm,为土壤淋盐创造了条件,保证了微咸水替代一次淡水灌溉的安全性。     

渭北地区冬小麦的有限灌溉与水分利用研究

采用越冬前、拔节、抽穗和灌浆4个灌水时期和每次60与120mm两个灌水量的组合设计,在大田条件下对冬小麦的灌水量与耗水量、产量、水分利用效率(WUE)以及灌水效率(IUE)和有限灌溉的下限与适宜的灌水时期进行了小区试验研究,并建立了冬小麦产量与耗水以及WUE与耗水的回归数学模型.试验结果表明,冬小麦在渭北地区的耗水量与产量和WUE之间均呈现非线性关系;满足最大产量时所需的补充灌水量约为180～220mm;满足WUE最大时的补充灌水量为60～80mm.研究结果还显示,在底墒良好的条件下,拔节期60mm的有限     

黄淮海平原典型区冬小麦水分胁迫规律与灌溉策略

黄淮海平原区是中国主要的水分亏缺区,进行合理的灌溉,充分提高水分利用效率是近些年该地区农业研究的重要课题。该文利用环境政策综合气候模型（environmental policy integrated climate,EPIC）,通过模拟黄淮海平原典型区河北沧州地区冬小麦在3种灌溉情景下的生长过程探索合理的灌溉策略。首先通过雨养（无灌溉）情景模拟,分析在当地气候条件下冬小麦生长期内水分胁迫的变化规律,然后通过自动灌溉,调整单次灌溉最大量来分析产量、水分利用效率的变化规律,并根据灌溉实施过程探索合理的人工灌溉方式进行手动灌溉模拟。研究发现：该地区冬小麦在生长期内缺水严重,存在4个主要的水分胁迫期,分别位于分蘖期、返青期、拔节期和灌浆期;通过分析自动灌溉结果,冬小麦在播种期需灌溉10 mm,分蘖期40 mm,返青期35 mm,拔节期35 mm,灌浆期10 mm,能在提高产量的同时保证水分利用效率在一个较高的水平;试验证明,利用EPIC模型可较好地进行作物的水分胁迫与灌溉策略研究。     

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。     

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     

灌溉频率对冬小麦产量及叶片水分利用效率的影响

为了探讨中国北方冬小麦高效节水灌溉模式,采用了3种灌溉处理:在拔节期一次灌溉120mm,在拔节期和抽穗期各灌溉60mm及在拔节期、抽穗期和灌浆期各灌溉40mm,研究了在总灌溉量为120mm的情况下,灌溉频率对冬小麦产量及叶片水分利用效率的影响.结果表明,在冬小麦的拔节期和抽穗期各灌溉60mm,显著提高乳熟期和蜡熟期旗叶...     

基于水分供需关系的冬小麦夏玉米节水灌溉模式研究

节水灌溉是解决水资源短缺问题的重要途径之一。在长期田间试验的基础上, 运用Hydrus-1D模型对研究区冬小麦 夏玉米轮作条件下的田间水分运移过程进行了模拟分析, 探讨适宜的节水灌溉模式。结果表明, 表征土壤水分实测值与模拟值精度关系的Nash-Suttcliff效率系数Ens为0.652~0.903, 均大于0.5, 模型效果良好; 在灌水量为520 mm的传统灌溉模式下, 1.6 m土层深层土壤水分无效渗漏量为189 mm, 占地表总入渗补给水量的22.3%, 土壤水分无效渗漏大, 且与降雨和灌溉关系密切; 根据作物水分供需状况及土壤水分状况得出夏玉米、冬小麦季的灌溉量分别为50 mm、320 mm, 比传统灌溉模式共节水100 mm。改进后的灌溉模式对于土壤水分渗漏具有良好的控制作用, 土壤水分渗漏峰值明显降低, 根据作物供需与土壤水分状况提出的节水灌溉模式能减少土壤水分渗漏, 提高灌溉水利用效率。