水分亏缺对滴灌柑橘光合和产量及水分利用效率的影响

为揭示滴灌水分亏缺对柑橘叶片光合特性、产量与水分利用效率的调控效应,以7 a生"不知火"柑橘为试材,在果实膨大期(Ⅲ)、果实成熟期(Ⅳ)各设置4个亏水处理,即轻度亏水(LD)、中度亏水(MD1)、偏重度亏水(MD2)和重度亏水(SD)处理,并设置1个对照处理(CK),分析柑橘叶片光合特性、产量及水分利用效率对滴灌水分亏缺的响应规律。结果表明:与CK相比,Ⅲ-LD处理叶片气孔导度显著降低(P0.05),羧化速率、净光合速率均无显著差异(P0.05),Ⅳ-LD处理蒸腾速率显著降低(P0.05)且叶片瞬时水分利用效率提高36.61%(P0.05);与CK相比,Ⅲ期、Ⅳ期叶片气孔限制值随亏水度加剧增大;与CK相比,Ⅲ期、Ⅳ期各亏水处理的耗水量随亏水度加剧降低。Ⅲ-LD、Ⅳ-LD处理的产量与CK无显著差异(P0.05),但水分利用效率提高13%、9.5%,WUEI提高11%和6.87%(P0.05)。因此,滴灌柑橘Ⅲ期、Ⅳ期轻度亏水处理在保证产量条件下,可节约灌溉用水且提高水分利用效率,是柑橘适宜的滴灌水分亏缺模式。     

麦田不同灌水处理对土壤酶活性时空分布的影响

以石麦15为材料,利用田间定位试验系统地研究了不同灌水处理(春季不灌水W0;春季灌拔节水75mm,W1;春季灌起身水、孕穗水和灌浆水共225mm,W3)碱性磷酸酶、脲酶、蔗糖酶活性等在0-200cm土层的垂直分布、动态变化。结果表明,随着春季灌水量减少,冬小麦生育中、后期0-80cm土层碱性磷酸酶和蔗糖酶活性呈现下降趋势,80cm以下土层的碱性磷酸酶和蔗糖酶活性呈增加的趋势;0-40cm土层的脲酶活性呈现降低的变化趋势,40-120cm土层呈现增强的趋势。籽粒产量以W3W1W0,最终的水分利用效率(WUE)则以W1处理最高。冬小麦春季适当亏缺灌溉使生长中、后期深土层的土壤酶活性增强,部分地补偿了因浅层土壤酶活性下降所导致的养分供应不足,这可能是实现节水高产的一个重要的原因。     

不同供水条件对冬小麦根系分布、产量及水分利用效率的影响

通过中科院栾城农业生态试验站3种不同降水年型的田间灌水试验，研究了不同供水条件对冬小麦根系分布、产量及水分利用效率的影响，旨在为华北地区冬小麦建立优化灌溉制度，提高水分利用效率，达到节水增产目的提供理论依据。试验结果表明，冬小麦根系主要集中分布在80 cm以上土层，随土层深度的增加，根长密度呈指数下降；综合分析根系对不同土层的水分吸收、作物耗水组成及产量、水分利用效率与总耗水的关系，提出华北地区冬小麦最佳灌水方式是：丰水年灌0水、平水年灌1水(拔节水)、枯水年灌2水(拔节水和抽穗水)，次灌水量60～75 mm，具有明显的节水增产效益。     

秸秆覆盖条件下水分亏缺对春青稞水分利用和产量的影响

提高水分利用效率对发展西藏高海拔地区节水农业至关重要。该文通过小区试验,研究了秸秆覆盖条件下春青稞不同生育期对水分亏缺程度的响应。试验处理包括全生育期充分灌溉处理(对照)以及苗期、拔节期、抽穗期、灌浆期和成熟期水分亏缺处理。结果表明,水分亏缺处理显著降低了春青稞耗水量和耗水强度(P0.05),且其减小程度随着亏缺程度的增加而增大。灌浆期水分亏缺对全生育期作物耗水量的影响最大,其轻、重度水分亏缺处理分别减少全生育期耗水量19.6%和24.2%;在水分亏缺处理下春青稞产量差异不显著。在试验条件下,不同水分亏缺没有导致减产,而水分利用效率提高4.64%~21.85%,节水4.96%~24.24%。当土壤水分下限控制在55%田间持水率时,对春青稞产量及构成没有产生显著不良影响且获得了较高的节水率,表明在西藏高海拔半干旱寒区,可以通过秸秆覆盖农田管理措施,使春青稞获得更大的节水空间。     

覆土浅埋滴灌对春小麦耗水特性及水分利用效率的影响

  目的  探索新疆伊犁河南岸灌区覆土浅埋滴灌条件下春小麦耗水规律和水分利用效率。  方法  通过对覆土（覆土深度5 cm）浅埋滴灌（4个灌溉定额水分处理:W1 = 450 mm、W2 = 360 mm、W3 = 315 mm和W4 = 270 mm）和地表滴灌（灌溉定额CK = 450 mm）的春小麦各生育期耗水量分析,研究覆土浅埋滴灌对春小麦生长阶段各土层水分动态变化、耗水特性、作物系数及水分利用效率的影响。  结果  覆土浅埋（5 cm）滴灌可以显著性提高20 ~ 40 cm土层水分含量,滴灌小麦全生长阶段0 ~ 40 cm土层水分变化率大,该土层是小麦根系吸水主要利用层,40 ~ 60 cm土层为小麦根系稳定吸水层,该土层水分波动不明显。灌水量为360 mm处理下,全生育期内覆土浅埋滴灌小麦耗水量为482.78 mm,日均耗水量为4.88 mm d?1,耗水量呈抛物线变化趋势,在拔节 ~ 抽穗阶段达到抛物线最高点;小麦全生育期各滴灌量处理耗水量存在显著差异。在滴灌小麦整个生长周期内作物系数呈初期小、中期大、后期小的变化规律,在春小麦需水关键期拔节 ~ 抽穗期作物系数达到最大值为1.5。覆土浅埋滴灌小麦W1、W2、W3和W4处理的水分利用效率分别比地表滴灌CK提高了16.47%、38.73%、36.37%和13.20%,且覆土浅埋滴灌处理显著性高于地表滴灌处理。滴灌量为360 mm的W2处理产量、水分利用效率和灌溉水利用效率均达到最优;CK处理最低,但产量除外。  结论  在本试验条件下覆土浅埋滴灌灌溉定额为360 mm为理想的高产节水滴灌处理。     

温室滴灌黄瓜产量和水分利用效率对水分胁迫的响应

为确定滴灌条件下温室黄瓜的适宜灌水方案,该文基于20 cm标准蒸发皿的累计水面蒸发量设计不同灌水处理,研究了滴灌条件下不同灌水处理(充分灌水T1,轻度水分亏缺T2,中度水分亏缺T3)对不同种植季节温室黄瓜生理特性、耗水量(Evapotranspiration,ET_c)、产量及水分利用效率(Water Use Efficiency,WUE)的影响,且于2017年8—12月(秋冬季)和2018年3—7月(春夏季)分别对不同灌水处理下土壤水分状况、作物生理指标、耗水量、产量和WUE等指标进行了系统的田间试验观测及分析。研究结果表明,随着灌水量的减小,温室黄瓜产量和WUE均呈降低趋势,不同程度的水分亏缺对黄瓜不同生育期ET_c有一定的抑制作用,在黄瓜生长任一阶段发生水分亏缺均会降低黄瓜植株的茎流速率、光合速率及气孔导度,进而可能影响黄瓜干物质的运转与积累,其中在作物生长中期,温室黄瓜茎流速率及产量对水分亏缺响应最为显著。黄瓜平均单果质量、果茎、果长和单株坐果数均随灌水量的降低而减小,黄瓜果实畸形比例随不同生长阶段水分亏缺的增大而增大。不同种植季节温室黄瓜T1处理的产量分别高出T2和T3处理的22.0%和51.2%(春夏季)、54.2%和73.9%(秋冬季);温室黄瓜T1处理的ET_c分别高出T2和T3处理的17.4%和34.9%(春夏季)、24.0%和48.0%(秋冬季);T1处理的WUE分别高出T2和T3处理的5.5%和25%(春夏季)、39.7%和50.0%(秋冬季)。综合研究结果,黄瓜发育期适宜灌溉水量为累计水面蒸发量的0.8倍,生长中、后期为累计水面蒸发量的1.2倍。研究结果对实现农业水分高效利用及促进设施作物优质、高产具有重要参考价值。     

河西绿洲灌区春小麦调亏灌溉试验研究

试验对北方干旱内陆河流域(张掖)春小麦调亏灌溉进行研究,设计了8个不同土壤水分亏缺处理,以探索调亏灌溉对该区春小麦耗水特征、地上部生物量、收获指数、供水效率等指标的影响.结果表明:在调亏灌溉条件下,不同水分调亏处理、不同产量水平下春小麦0～120 cm土层阶段耗水量和日耗水强度差异较小,小麦耗水模系数全生育期变化趋势也较为一致,且在播种～分蘖期和分蘖～拔节期最小,而拔节～孕穗期和抽穗～灌浆期最大;与未调亏的对照(全生育期充分供水,FFF)相比,干旱环境下调亏灌溉能显著提高春小麦地上部生物量和供水效率,而收获指数除2004年LLM(拔节、孕穗和抽穗轻度水分亏缺而灌浆～生理成熟中度亏缺)和MFL(拔节中度水分亏缺、孕穗和抽穗充分供水而灌浆～生理成熟轻度亏缺)调亏处理与未调亏的对照无显著差异外,其他调亏处理收获指数均比对照显著降低.小麦地上部生物量和供水效率分析表明,全生育期最优水分调亏模式为HFF(拔节重度水分亏缺、孕穗和抽穗及灌浆～生理成熟充分供水)处理,即春小麦孕穗和抽穗期及灌浆～生理成熟期均高水分处理(65%～70%田间持水量)而拔节期重度水分调亏(45%～50%田间持水量),灌溉定额为440 mm左右(包括晚秋季储水灌100 mm).     

测墒补灌对小麦水分利用特征和产量的影响

为了克服定量灌溉存在的盲目性,在测墒补灌的条件下进行小麦水分利用特征和产量的研究。2012—2013年和2013—2014年2个小麦生长季,以济麦22为试验材料,在大田条件下设置5个处理:全生育期不灌水(W0)、拔节期和开花期均灌水60mm(Wck,定量节水灌溉),依据0—40cm土层土壤相对含水量测墒补灌,于拔节期和开花期分别补灌至目标土壤相对含水量为65%和70%(W1),70%和70%(W2)以及75%和70%(W3),研究不同土壤水分处理对小麦水分利用特征和籽粒产量的影响。结果表明:(1)与Wck相比,W2处理灌水量小,土壤贮水消耗量及其占总耗水量的比例高,促进了小麦对土壤贮水的利用;(2)2个小麦生长季W2对80—160cm土层土壤水分的消耗量显著高于Wck处理,促进了小麦对深层土壤水分的利用;(3)W2灌浆期棵间蒸发量显著低于Wck处理,降低了开花至成熟期的耗水量,有利于高效利用灌溉水;(4)2个小麦生长季试验结果表明,W2籽粒产量、水分利用效率和灌溉水利用效率均显著高于Wck处理,是本试验条件下高产节水的最优处理。     

施氮对杂交谷子产量与光合特性及水分利用效率的影响

【目的】随着杂交谷子高产特性的凸显和栽培技术研究的不断深入,确立高产条件下的合理施肥方案具有重要现实意义。本文设定了不同氮素水平,研究施氮量对谷子生物量、产量、光合特性及水分利用效率（WUE）的影响,以确定杂交谷子高产的合理施氮方案。【方法】以张杂5号谷子为对象,采用田间小区试验,设施氮量0、 100、 200、 300（分3次施）、300（分2次施）、400 kg/hm2 共6个氮素水平（N0~N5处理）,通过测定杂交谷子籽粒产量、生物量、农田耗水量和光合特性,分析施氮与杂交谷子产量、光合特性及水分利用效率（WUE）之间的关系。【结果】谷子产量、光合特性及WUE与施氮水平密切相关。不同施氮处理谷子生物量比对照N0处理增加了26.33%~87.21%,处理间差异显著。谷子籽粒产量以N3（300 kg/hm2,分3次施）和 N5（400 kg/hm2）处理较高,分别为8202 kg/hm2和8537 kg/hm2,两处理间差异不显著。各生育阶段谷子的耗水特征变化趋势不同。生育前期耗水变化不明显,拔节-抽穗期谷子农田耗水量以N0处理日均耗水量最大;在生育后期N0处理耗水量最小,N3 耗水量最大。全生育期谷子总耗水量处理间差异较小,以N1（100 kg/hm2）处理总耗水量最大。杂交谷子叶片的净光合速率、蒸腾速率和气孔导度均以N0处理最小,N3处理为最大。籽粒水分利用效率、生物水分利用效率及单叶水分利用效率均以N3处理为最高。本试验条件下,施氮量为400 kg/hm2 时,虽获得了最高产量,但与施用N 300 kg/hm2 差异不显著,且水分利用效率较低,说明高量施氮的增产效果不明显。【结论】氮素的合理使用协调了水氮关系,提高了水分利用效率。同时,施氮还提高了杂交谷子的净光合速率、蒸腾速率和气孔导度。施氮量相同,但施肥时期不同,产量和WUE也差异显著。谷子生育前期大量施肥降低了营养物质向籽粒的转移,产量较低。因此,推荐施氮 300 kg/hm2（分3次施）作为本地区杂交谷子高产高效的合理施氮量。     

不同控水时段根区局部灌溉对玉米生理和水分利用效率的影响

【目的】根区局部灌溉(PRI)是一种节水灌溉方法,包括分根区交替灌溉(AI)和固定部分根区灌溉或称部分根区干燥灌溉(PRD),其中PRD技术是在作物生育时期一半根区总不灌水,另一半根区充分灌水,AI技术则是在作物生育期内根据生育时期和土壤水分情况交替对根系两侧进行灌水。本文研究在不同施肥条件下,拔节前期至抽雄期不同时段采用PRI对玉米生理指标、 干物质积累和水分利用效率(WUE)的影响,以期为玉米合理灌溉和施肥提供依据。【方法】采用盆栽方法,设3种灌溉方式为常规灌溉(每次对盆内全部土壤均匀灌水)、 分根区交替灌溉(每次交替对盆内1/2区域土壤灌水)和固定部分根区灌溉(每次固定对盆内1/2区域土壤灌水);2种灌水量为正常灌水(70%~80%f,f为田间持水量)和轻度亏水(60%~70%f); 2种施肥处理为100%化肥氮、 80%化肥氮+20%有机氮。在拔节期至抽雄期进行12 d、 24 d和36 d根区局部控水灌溉处理。分别测定玉米的光合速率、 气孔导度、 叶绿素、 类胡萝卜素、 可溶性糖和脯氨酸含量,总干物质量、 耗水量和水分利用效率。【结果】不同灌溉方式、 灌水水平和有机无机氮比例处理对拔节中期、 拔节末期和抽雄期玉米光合速率、 气孔导度、 类胡萝卜素含量、 叶绿素含量和可溶性糖含量的影响不显著,灌水量对抽雄期脯氨酸含量的影响也不显著,表明控水持续时间长短,根区局部灌溉、 轻度亏水和有机无机氮配施不会显著影响玉米生理指标。与常规灌溉相比,拔节前期至抽雄期3个控水时段根区局部灌溉对玉米总干物质量和水分利用效率的影响虽不显著,但是显著降低了玉米耗水量,在正常灌水量和单施化肥氮条件下,拔节末期控水24 d和抽雄期控水36 d,根区局部灌溉可分别提高水分利用率24.4%和16.3%。此外,轻度亏水、 有机无机氮肥配施(80%化肥氮+20%有机氮)对玉米生理指标、 总干物质量和水分利用率的影响也不显著。【结论】在正常灌水量和单施化肥氮条件下,在拔节期至抽雄期进行根区局部灌溉可显著降低玉米耗水量,而对玉米生理指标和总干物质量无明显影响,因而显著提高玉米水分利用效率。     

不同施磷水平下灌水量对小麦水分利用特征及产量的影响

采用大田试验,设灌水和施磷2个因素,其中灌水设W0(不灌水)、W1(拔节水60mm)、W2(拔节水+开花水,每次灌水60mm)、W3(拔节水+开花水+灌浆水,每次灌水60mm)共4个水平;磷肥设P1(90kg/hm2)和P2(180kg/hm2)2个水平,研究不同施磷水平下灌水量对小麦耗水特征、旗叶水分生理特性及产量的影响。结果表明:同一施磷水平下,随灌水量的增加,灌水量占总耗水量的比例增大,而降水量和土壤供水量所占总耗水量的比例下降,且土壤供水量占总耗水量的比例降低幅度增大。与P1相比,P2处理的0-100cm土壤贮水消耗量显著大于P1处理,并且P2处理提高土壤供水量占总耗水量的比例,说明增施磷肥可提高小麦对土壤水的利用。W2和W3处理灌浆中后期旗叶相对含水量和水势高于W0和W1处理;灌浆后期旗叶相对含水量和水势为P2W0和P2W1处理显著分别高于P1W0和P1W1处理,说明增加灌水和磷肥能显著提高旗叶水势和相对含水量。在本试验条件下,施磷90kg/hm2、拔节水和开花水分别灌60mm的W2处理籽粒产量、水分和磷素利用效率高,农田耗水量较低;增加灌水量后籽粒产量无显著变化,农田耗水量增高,土壤贮水消耗量、水分利用效率、灌溉水利用效率均降低。     

土下覆膜与适宜灌水提高冬小麦水分利用率

为缓解河北平原区水资源匮乏与小麦生产水分高耗的特征性矛盾,该文采用大田试验方法,设置土下微膜覆盖结合拔节期灌水75 mm、抽穗期灌水75 mm、灌浆期灌水75 mm、雨养,露地条件下雨养和常规生产(CK)共6个处理,定位研究了连续3个生长季的土下微膜覆盖与不同时期灌水对冬小麦用水与产量形成的效果。结果表明,采用土下微膜覆盖种植小麦,基本苗数和有效穗数较CK分别降低了8.6%~12.0%和7.4%~11.7%,拔节至抽穗期75 mm灌水保证了覆盖下小麦生物产量形成及穗粒数、粒重的提高。土下微膜覆盖并适时灌水75 mm,开花后营养器官干物质向籽粒转运量比CK提高37.2%~57.3%,对籽粒贡献率提高4.7%~10.1%。土下微膜覆盖结合抽穗前一次灌水,全生育期田间耗水减少99.9~118.9 mm,用占CK 3/4的耗水量生产了与其相当的籽粒产量,水分利用效率提高26.1%~34.5%。回归分析表明,土下微膜覆盖下拔节-抽穗田间耗水118 mm可获得最高的生物产量,抽穗-灌浆耗水78 mm可获得15个以上的结实小穗数和灌浆期不小于5的叶面积指数,从而籽粒产量得以有效维持。2 m土体贮水随小麦生育进程和种植年限的推进而呈现亏损态势,而且趋近地表土壤水分亏损就越多。从第2季开始,持续干旱导致覆盖下灌浆期灌水对提高产量已不具有作用,反而增加耗水,灌溉时间前移可增加产量并提高水分利用效率。播种时土壤贮水较上季小麦收获时大幅增加,播种-拔节期间土壤贮水保蓄是小麦节水生产的关键,土下微膜覆盖则可实现麦田土壤贮水的秋冬保蓄、春季供应的跨季节调用。在河北省小麦产区,土下微膜覆盖结合春季适时少量灌水是有效降低小麦耗水、提高水分利用效率和维持小麦产量的新型种植方法。     

灌水量和时期对高产小麦氮素积累、分配和转运及土壤硝态氮含量的影响

在每公顷产9000 kg小麦的高产条件下,以济麦22为试验材料,设置全生育期不灌水（W0）、底墒水（W1）、底墒水+拔节水（W2）、底墒水+拔节水+开花水(W3)、底墒水+开花水 (W4) 5个灌溉处理,每次灌水60 mm,研究了灌水量和时期对高产小麦氮素积累、分配和转运及土壤硝态氮含量的影响。结果表明:1）与不灌水处理（W0）相比较,灌水处理显著增加了小麦植株氮素积累量、子粒氮素积累量和开花后营养器官氮素向子粒的转移量;随着灌水量的增加,成熟期小麦植株氮素积累量、开花后营养器官积累的氮素向小麦子粒转移量和转移率均呈现先增加后降低的趋势,以W2处理最高。2）随着小麦生育进程的推进,0—200 cm土层土壤硝态氮含量先降低后回升再降低,在拔节期最低。成熟期,W0处理0—40 cm土层的土壤硝态氮含量显著高于灌水处理;随灌水量的增加,100—160 cm土层土壤硝态氮含量增加,W2处理显著低于W3和W4处理;160—200 cm土层的土壤硝态氮含量无显著差异。3）随灌水量的增加,氮素吸收效率、氮素收获指数和氮肥生产效率先增加后降低,W2处理最高;而氮素利用效率则呈逐渐降低趋势,其中W0处理的氮素利用效率显著高于其他处理,W2、W3、W4处理间无显著差异。在本试验条件下,综合考虑氮素利用、子粒产量和土壤中硝态氮的淋溶,底墒水和拔节水各灌60 mm的W2为最佳处理,可供生产中参考。     

黄淮海北片麦田微喷灌水量对土壤贮水耗水及水分利用效率的影响

为有效应对灌溉水资源短缺,明确麦田微喷灌水量的土壤贮水耗水特征,在山西临汾盆地采用大区对比方法,开展了微喷灌水量对土壤贮水耗水及水分利用效率影响的研究。结果表明:返青期、拔节期、灌浆期及成熟期0—100,0—200,100—200cm土层土壤贮水量基本呈现随微喷灌水量的增加而提高,微喷灌水量150mm与75mm、150mm与0mm、75mm与0mm处理间返青期至成熟期0—200cm土层贮水量均存在显著性差异;播前至成熟期阶段0—100,0—200,100—200cm土层的土壤耗水量呈现随灌水量的增加而减小,其中浅层(0—100cm)耗水量所占0—200cm耗水量比例各处理均大于深层(100—200cm)耗水量所占0—200cm耗水量比例,随灌水量的增加浅层(0—100cm)耗水所占比例提高,而深层(100—200cm)耗水所占比例则降低,不同微喷灌水量0—100,100—200cm土层在不同生育阶段的耗水量与该阶段的初始贮水量均分别呈正相关和负相关;在微喷灌水量0～150mm范围内,水分利用效率和产量均随微喷灌水量的增加而提高,当灌水量达525mm时,产量虽有增加但水分利用效率下降,而灌溉水利用效率则表现为随灌水量的上升而下降。研究结果可为水资源短缺对小麦生产系统的影响提供理论依据和技术支撑。     

水氮互作对小麦土壤硝态氮运移及水、氮利用效率的影响

为给强筋小麦(Triticum aeativum L.)高产优质栽培的水、氮合理运筹提供理论依据,在高产地力条件下,选用强筋小麦品种济麦20,设置不施氮（N0）、施氮180 kg/hm2 （N1）、240 kg/hm2 （N2）3个施氮水平,每个施氮水平下设置不灌水（W0）、底墒水+拔节水+开花水（W1）、底墒水+冬水+拔节水+开花水（W2）、底墒水+冬水+拔节水+开花水+灌浆水（W3）4个灌水处理,每次灌水量均为60 mm,研究了水氮互作对麦田耗水量、土壤硝态氮运移、氮素利用效率和水分利用效率的影响。结果表明,（1）增加施氮量,开花期和成熟期0—140 cm各土层的土壤硝态氮含量显著升高;增加灌水时期,土壤硝态氮向深层的运移加剧,成熟期0—80 cm各土层的土壤硝态氮含量降低,120—140 cm土层的土壤硝态氮含量升高。N1W1处理在开花期0—60 cm土层的土壤硝态氮含量较高,成熟期土壤硝态氮向100—140 cm土层运移少,有利于植株对氮素的吸收。（2）随施氮量的增加,子粒产量先升高后降低,以N1最高。N1水平下,W1处理获得了较高的子粒产量、子粒氮素积累量、氮素利用效率、氮肥农学利用率和氮肥偏生产力;在此基础上增加冬水(W2),上述指标无显著变化;再增加灌浆水(W3),上述指标显著降低。（3）施氮提高了小麦对土壤水的利用能力,随施氮量增加,土壤供水量及其占总耗水量的比例显著升高。N1水平下,W1处理获得了最高的水分利用效率;再增加灌水时期,水分利用效率显著降低,开花至成熟阶段的耗水模系数显著升高,灌水量占总耗水量的比例升高,降水量和土壤供水量占总耗水量的比例降低。本试验条件下,施氮为180 kg/hm2,灌底墒水＋拔节水＋开花水3水的N1W1处理,是兼顾高产、高效的水氮运筹模式。     

基于Meta分析华北冬小麦高产高效协同提升灌溉方案

目前针对灌溉对冬小麦产量和水分利用效率影响研究大多基于单点实验，受气候、土壤等因素影响，研究结果可比性较差，且难于获得区域结论。本文通过检索搜集获得186篇大田实验文献，共1876对观测数据，采用Meta分析方法分析明确了灌溉对华北冬小麦产量和水分利用效率的影响，揭示了不同区域、降水年型、土壤质地和施氮量水平下灌溉对产量和水分利用效率的影响差异，明确了不同情景下华北冬小麦产量和水分利用效率协同提升的最佳灌溉量。研究结果表明，与生长季内不灌溉相比，灌溉使华北冬小麦总体增产32.0%～38.3%，水分利用效率降低27.3%～30.1%。冬小麦生长季降水量<150mm的西北区域灌溉增产幅度（39.6%～53.5%）高于降水量>150mm的东南区域（24.3%～27.1%），灌溉后水分利用效率降低幅度（32.4%～37.5%）高于东南区域（22.0%～24.3%）。冬小麦高产高效的生长季内最佳灌溉量西北区域为150～180mm，东南区域为120～150mm；干旱年、平水年和湿润年均为灌溉两次效果最佳，且最佳灌溉时期分别为拔节期和开花期、拔节期和抽穗期、拔节期和孕穗期，最佳总灌溉量均为120～150mm；壤土条件下灌溉对冬小麦增产效果最佳，黏土条件下水分利用效率降低幅度最小，沙土、壤土、黏壤土和黏土四种土壤质地下冬小麦最佳灌溉量分别为60～90mm、120～150mm、180～210mm和150～180mm；施氮量在120～240kg·hm⁻²时，灌水80～140mm增产节水效果最佳，其中灌水110～140mm条件下冬小麦产量更高，而灌水80～110mm冬小麦水分利用效率更高。综上所述，华北地区冬小麦在湿润年型下拔节和开花期灌溉，平水年型下拔节和孕穗期灌溉，干旱年型下拔节和抽穗期灌溉，总灌溉量为120～150mm，可实现高产节水，若该区域为壤土，同时施氮120～240kg·hm⁻²，冬小麦可实现产量和水分利用效率的协同提升。 关键词：华北冬小麦|产量|水分利用效率|协同提升|Meta分析方法     

不同降水年型水氮运筹对冬小麦耗水和产量的影响

灌水和施氮是影响农田生态系统粮食生产的2个主要因素,但其增产效应和资源利用效率会受降水年型的影响。该研究基于2011—2014在陕西关中平原进行的3 a冬小麦水氮耦合试验,分析了不同降水年型下水氮管理对土壤含水率、籽粒产量、耗水量(water consumption,ETa)及产量与耗水量关系的影响。结果表明:7—9月总降水量每增加1 mm,小麦播前0~180 cm土壤底墒增加0.47 mm。随着灌水量增加,产量和ETa均增加,但仅在降水较少的2012—2013年增产显著,对水分利用效率(water use efficiency,WUE)的影响不显著;随着施氮量增加,ETa变化不显著,但其增产效果显著,使WUE显著提高,表明施氮增加了作物蒸腾占农田耗水量的比例。根据3 a各处理冬小麦产量和ETa数据,进一步探讨了在一定水分消耗下能达到的最大(边界)产量和WUE,建立了关中平原冬小麦的产量-耗水量边界方程;当ETa超过388 mm时,产量稳定在8 184 kg/hm2,WUE的最大值为2.52 kg/m3。研究可为制订合理的冬小麦水肥管理措施提供科学依据。     

Timely supplemental irrigation changed nitrogen use of wheat by regulating root vertical distribution

Crop nitrogen (N) uptake depends on the root absorption area and the soil N availability which are closely related to the soil water status. With the increasing water shortages in the North China Plain, supplemental irrigation (SI) to winter wheat is a promising technique. To clarify the relationships between water and nitrogen use, four SI regimes in Tritcum aestivum L. cv. Jimai 22 were set up: no‐irrigation after emergence (T1), SI at jointing and anthesis (T2), SI at sowing, jointing and anthesis (T3), and SI at pre‐wintering, jointing and anthesis (T4). The results indicate that T2 had higher root length density (RLD) and root surface area density (RAD) in the 0–20, 60–80, and 80–100 cm soil layers, as well as higher post‐anthesis N uptake from soil by 23–26% in 2012–2013 and 162–177% in 2013–2014, compared to T3 and T4. The grain yield under T2 was lower than T3 but was not significantly different from T4, whereas its water use efficiency (WUE) was higher relative to both T3 and T4. There were no significant differences among T2, T3, and T4 in N use efficiency (NUE). The N uptake after jointing and WUE were positively correlated with the RLD and RAD in the 0–20 cm soil layer. The NUE was positively correlated with the RLD and RAD in the 20–40 cm soil layer. These results indicate that timely SI at jointing and anthesis was dependent on a suitable water supply at sowing, which increased the soil water content in the upper soil layer after jointing and improved the absorption area of the roots in both the deep and surface soil layers; this further improved the post‐anthesis N uptake from the soil and the WUE. This approach can be a valuable way to maintain high grain yields and NUE in winter wheat while using less irrigation and achieving higher WUE in the North China Plain.     

Microbial Activity in Paddy Soil and Water-Use Efficiency of Rice as Affected by Irrigation Method and Nitrogen Level

The thin-shallow-wet-dry irrigation (TIR) method is one of water-saving irrigation methods of rice cultivation. The effects of TIR method on water-use efficiency (WUE) of rice and soil microbial activities were investigated under three rates of nitrogen (N) compared to conventional flood irrigation. The TIR method decreased total water consumption (21.7–23.5%) and increased rice WUE (17.8–27.2%). At high N level, the TIR method significantly increased the number of nitrifying bacteria; the activities of catalase, invertase, and urease in soil at the jointing, booting, and milky stages; and the number of denitrifying bacteria at the milky stage. Increased N rate increased grain yield and water consumption simultaneously, and middle N level increased microbial biomass carbon (MBC) and N, the number of nitrifying and denitrifying bacteria, and the activities of catalase, urease, and invertase. Thus the TIR method at the middle N level can effectively improve rice WUE and soil MBC and enzyme activity.     

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。