夏玉米调亏灌溉的生理机制与指标研究

在人工控制试验条件下，采用子母盆栽土培法，以夏玉米为材料进行了调亏灌溉试验研究。结果表明，玉米调亏灌溉是可行的，可以实现节水、高产和高效的目标。适时适度地水分亏缺显著抑制蒸腾速率，而光合速率下降不明显，复水后光合速率又具有超补偿效应，光合产物具有超补偿积累，且有利于向籽粒运转与分配；抑制营养生长，增大作物根冠比，提高了根系传导力，增强了植株抗旱性。玉米节水高产的调亏灌溉指标是：调亏时段为三叶一心—拔节（七叶一心），调亏度为４５％～６５％的田间持水率（θ_ｆ），历时２１天；或拔节～抽穗调亏，调亏度为６０％～６５％，历时２１天；平均比对照增产２５．２４％，节水１５．４１％，水分利用效率提高４５．０５％。     

调亏灌溉对夏玉米光合生理特性的影响

在移动式防雨棚下，采用子母盆栽土培法和池栽微区试验相结合的方法，以夏玉米（Zeamay L．）为材料进行了调亏灌溉试验研究。结果表明，适时适度的水分调亏显著抑制蒸腾速率（Tr），而光合速率（Pn）下降不明显，复水后Pn又具有超补偿效应，光合产物具有超补偿积累，且有利于向籽粒运转与分配；抑制营养生长，促进生殖生长。玉米节水高产的调亏灌溉指标是：调亏时段为三叶-心-拔节（七叶一心），调亏度为45％FC（Field water capacity，FC）～65％FC，历时21d；或拔节一抽穗调亏，调亏度为60％FC～65％FC，历时21d；平均比对照增产25．24％，节水15．41％，水分利用效率提高45．05％。根据3因子正交旋转组合设计综合试验资料，分别建立了经济产量（Y）及水分利用效率（WUE）数学模型。     

棉花调亏灌溉的生理响应及其优化农艺技术

在移动式防雨棚下，采用盆栽土培法和测坑微区试验相结合的方法，分析了调亏灌溉对棉花不同生育阶段蒸腾速率（Tr）、光合速率（Pn）、光合产物积累与分配、经济产量（Y）和水分利用效率（WUE）的影响，盆栽试验采用二因素（水分调亏阶段和调节亏水度）随机区组设计，测坑微区试验采用三因素（水分调亏度、施肥水平和植株密度）正交旋转组合设计。结果表明：适时适度的水分调亏使得Tr明显下降，而Pn下降不明显，复水后光合产物具有超补偿积累，且有利于向经济产品（籽棉）运转与分配。棉花调亏灌溉（RDI）的适宜指标是：苗期轻、中度调亏，0～40cm土层湿度下限为50％FC～60％FC（田间持水量）；蕾期轻度调亏，0～40cm土层湿度控制下限为60％FC；花铃期不宜调亏，0～40cm土层湿度应不低于75％FC；吐絮期可中度调亏，0～40cm土层湿度可控制在50％FC～55％FC。     

冬小麦调亏灌溉制度田间试验研究初报

大田试验结果表明，拔节期为冬小麦水分最敏感的生育时期，其次为孕穗期和抽穗～开花期，而返青～起身期充分供水则造成冬小麦明显减产。拔节期最大调亏程度为0～50cm土层土壤含水量≥田间持水量的65%，过小则导致明显减产；孕穗～抽穗期、抽穗～灌浆前期最大调亏程度为0～80cm和0～100cm土层土壤含水量≥田间持水量的60%；灌浆后期最大调亏程度为0～100cm土层土壤含水量≥田间持水量的50%，由此建立了冬小麦调亏灌溉制度。     

调亏灌溉对温室梨枣树水分利用效率与枣品质的影响

以日光温室生长条件下的6年生矮化密植成龄梨枣树为试材，试验设置试验期间充分供水处理，即对照(T1)，开花—座果期轻度调亏处理(T2)，果实膨大期中度调亏处理(T3)和果实成熟期重度调亏处理(T4)，研究调亏灌溉对梨枣树水分利用效率与枣品质的影响。结果表明：温室内外的参考作物蒸发蒸腾量(ET₀)变化趋势相同，温室内的ET₀值高于外部，二者呈极显著的线性关系，R²值达到0.9501；不同调亏处理均降低了相应调亏时期的土壤水分消耗速率，同时也降低了梨枣树的叶片蒸腾速率和光合速率，开花—座果期和果实成熟期调亏处理提高了叶片水分利用效率，而果实膨大期调亏处理降低了梨枣树的叶片水分利用效率；各调亏处理并未对枣品质的所有指标起到提高和改善作用，成熟期未灌水处理在对平均单果重、枣Vc含量和可溶性蛋白含量产生负面影响很小的情况下，提高了枣的有机酸含量和可溶性固形物含量，总体上改善了枣的品质；综合考虑不同调亏处理对梨枣树各项指标的影响，果实成熟期重度调亏处理在减产不显著条件下，改善了枣的品质，明显提高了水分利用效率，是实施调亏灌溉的最佳阶段。     

河西绿洲膜下滴灌调亏对食用向日葵耗水特征、光合特性及品质的影响

于2019年在张掖市益民灌溉试验站进行食用向日葵膜下滴灌调亏大田试验,探究在现蕾期、开花期和灌浆期充分灌溉条件下,苗期轻度—成熟期(轻度、中度)水分调亏、苗期中度—成熟期(轻度、中度)水分调亏、苗期重度—成熟期(轻度、中度)水分调亏处理分别对食用向日葵耗水、光合特性、品质及产量的影响,为河西绿洲冷凉灌区优质高产高效种植食用向日葵提供理论依据。结果表明:(1)苗期和成熟期食用向日葵的阶段耗水量、耗水模数、日耗水强度均随水分调亏程度增加而降低,与充分灌溉相比,苗期水分调亏处理阶段耗水量、耗水模数、日耗水强度降幅分别为10.10%～46.08%,7.57%～34.58%,10.68%～46.60%,成熟期水分调亏处理阶段耗水量、耗水模数、日耗水强度降幅分别为5.50%～30.29%,2.93%～16.72%,5.56%～30.34%,苗期重度水分调亏经后期复水补偿作用有限;(2)苗期重度和成熟期中度水分调亏显著降低食用向日葵叶片净光合速率、气孔导度和蒸腾速率(P0.05),与充分灌溉相比,苗期重度水分调亏的降幅分别为40.30%～45.98%,43.99%～47.37%,38.20%～42.10%,成熟期中度水分调亏的降幅分别为14.23%～32.07%,15.98%～51.23%,10.02%～28.45%;(3)苗期中度—成熟期轻度处理品质最优,其粗脂肪含量与粗蛋白含量较充分灌溉分别显著提高10.84%,14.90%(P0.05)。(4)苗期中度—成熟期轻度水分调亏处理产量为4 145 kg/hm~2,与对照CK处于同一水平,产量无明显降低情况,具有节水、调质作用。综合考虑食用向日葵耗水量、光合特性、品质及产量等指标,在其他生育期充分灌溉条件下,进行苗期中度—成熟期轻度水分调亏,作为当地食用向日葵节水优质最优调亏灌溉模式。     

调亏灌溉对冬小麦不同生育阶段水分蒸散的影响

以冬小麦(Triticum aestivum L.)为试验材料,采用防雨棚下桶栽土培方法,研究调亏灌溉(RDI)对作物不同生育阶段水分蒸散的影响。桶栽试验采用二因素随机区组设计,冬小麦设返青-拔节(I)、拔节-抽穗(Ⅱ)、抽穗-灌浆(Ⅲ)3个水分调亏阶段;每个调亏阶段设置轻度调亏(L)、中度调亏(M)和重度调亏(S)3个水分调亏程度,土壤相对含水量(占田间持水量的百分数)分别为60%~65%FC,50%~55%FC和40%~45%FC;另设全生育期充分供水处理(土壤相对含水量为75%~85%FC)为对照(CK)。结果表明,RDI对冬小麦水分蒸散的影响存在"阶段与时段差异性"。适时适度的水分调亏可降低植株蒸腾速率,抑制植株"奢侈蒸腾"现象,显著减少水分散失;作物耗水量随水分调亏度加重而降低,二者呈极显著二次曲线关系;在拔节期及其以前水分调亏最有利于提高水分利用效率,适宜的水分调亏度为50%~55%FC。     

调亏灌溉对于玉米生理指标及水分利用效率的影响

依据在渭北黄土高原区的大田玉米调亏灌溉试验资料，分析了不同亏水处理对光合速率、气孔导度，蒸腾速率、根冠比、产量与耗水量以及水分利用效率等因素的影响，从亏水处理引起的气孔反应能提高光合与蒸腾之比，揭示了调亏灌溉的节水增产机理。最后，从既提高产量又提高水分利用效率的双重目的出发，得到了苗期土壤含水率为５０％～６０％田间持水量、拔节期土壤含水率为６０％～７０％田间持水量是最佳的调亏灌溉方案。     

水分调亏对冬小麦生理生态的影响

通过冬小麦盆栽试验，在不同时期给以不同的调亏灌溉处理，以研究不同生长时期水分亏缺和亏缺程度对冬小麦生理及生长特性的影响，为农田节水提供指导。冬小麦生长发育过程划分为4个阶段：返青—拔节初期，拔节—孕穗，孕穗—抽穗，开花—灌浆成熟。每个生育时期设置4个水分水平，结果表明：土壤水分调控对株高、叶面积、叶绿素含量、光合、蒸腾、水分利用效率等指标均有影响；水分胁迫使作物光合速率的峰值提前出现，这有助于胁迫处理的作物利用有限的土壤水分；蒸腾速率比光合速率对水分胁迫的反应更为敏感，更易受气孔调节的影响。     

调亏灌溉条件下冬小麦籽粒灌浆特征及其模拟模型

在移动式防雨棚下,采用盆栽土培方法,以冬小麦（Triticum aestivum L.）为试验材料进行了调亏灌溉（regulated deficit irrigation,RDI）试验研究,目的在于了解RDI对冬小麦籽粒灌浆特性的影响,并对其进行模拟,为建立冬小麦RDI指标与模式提供理论依据与技术参数。试验采用二因素（水分调亏阶段和调节亏水度）随机区组设计。结果表明,RDI条件下冬小麦籽粒灌浆过程符合“缓-快-慢”的“S”型生长曲线,并可用Richards方程进行较好的模拟;不同水分调亏处理间最大灌浆速率及其出现时间、平均灌浆速率、灌浆持续期、活跃生长期和3个灌浆阶段灌浆持续期,以及最终千粒质量等特征参数差异达显著水平;其中,越冬期轻度调亏具有最高的平均灌浆速率（每百粒0.234 g/d）、最大灌浆速率（每百粒0.369 g/d）、最高的第3阶段灌浆速率（每百粒0.099 g/d）和最高的千粒质量（58.46 g）。经相关和逐步回归分析灌浆参数与千粒质量的关系,结果表明,多数参数间存在着显著或极显著的相关性,其中,与千粒质量有显著或极显著相关关系的参数有最大灌浆速率、平均灌浆速率、活跃生长期和第3阶段灌浆速率等。     

不同种植制度与土下微膜覆盖的小麦玉米水分利用效果

针对华北平原北部水资源极度稀缺与小麦-玉米一年两熟生产水资源高耗的矛盾,在河北省平原代表性区域采用大田试验方法,在常规露地(-PM)和土下微膜覆盖(+PM)条件下设置冬小麦-夏玉米一年两熟(W-M)、冬小麦-夏玉米-春玉米两年三熟(W-M-M)2种种植制度,分析了不同种植模式的产量、水资源利用效果与土壤水分的时空变化动态。结果表明:土下微膜覆盖的冬小麦平均产量较露地降低3.9%~4.8%,夏玉米产量提高5.1%~6.0%,覆盖与露地的周年产量无显著差异;春玉米较夏玉米产量提高16.9%~24.6%,但两年三熟较一年两熟产量在2年周期内平均降低了13.4%。常规一年两熟平均年耗水量859.9mm,两年三熟周年比一年两熟平均减少耗水15.5%,因产量降低水分利用效率(WUE)未能显著提高;土下微膜覆盖可减少周年耗水200mm,WUE提高28.4%~36.0%,覆盖的节水效果冬小麦季好于夏玉米季,两年三熟下减少非生育期(上年夏玉米收获至翌年春玉米播种)耗水是节水的关键所在。常规露地条件下一年两熟农田水分亏损两年累计616.6~799.0mm,两年三熟比一年两熟可减少农田水分亏损38.6%~55.8%,覆盖比露地减少56.8%~73.5%,在年均降水560mm条件下土下微膜覆盖结合两年三熟基本可实现地下水和农田水分的平衡。土下微膜覆盖和减少熟制可有效平衡土体水分垂直分布、减少土壤表层水分损失。实施周年农田土下微膜覆盖结合小麦玉米两年三熟种植,是有效缓解华北水资源危机与稳定粮食生产的新型实践方法。     

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...     

不同发育期干旱对冬小麦灌浆和产量影响的模拟

为探明不同强度干旱对农作物生长过程所产生的影响,本文基于作物生长模型WOFOST,采用数值模拟方法,模拟分析了河南省郑州地区冬小麦在拔节期、抽穗期和灌浆期分别发生不同程度干旱、两个发育期以及3个发育期都发生不同程度干旱对冬小麦灌浆过程和产量的影响。结果表明,当单一发育期供水减少10~30 mm时,干旱导致小麦灌浆强度在正常灌浆后的第14~18 d下降,可使小麦减产1.34%~12.5%,且以抽穗期干旱影响最大,其次是灌浆期干旱,拔节期干旱影响最小;当两个发育期供水都减少10~20 mm时,干旱导致小麦灌浆强度在正常灌浆后的第10~17 d下降,可使小麦减产4.94%~21.88%,且以抽穗期和灌浆期干旱影响为最大,其次是拔节期和灌浆期干旱,拔节期和抽穗期干旱影响最小;当3个发育期供水都减少5~15 mm时,干旱导致小麦灌浆强度在正常灌浆后的第11~16 d下降,可使小麦减产3.93%~24.84%。可见,干旱致使土壤水分亏缺,影响了作物正常的灌浆强度,进而导致作物减产。干旱发生时段与程度不同,造成作物的减产率也不尽相同,多个发育期干旱导致小麦的减产率往往大于单一发育期干旱相叠加的效应。     

基于节水高产优质目标的冬小麦适宜水分亏缺模式

为了探讨不同生育期水分亏缺对冬小麦产量和蛋白质形成的影响,同时确定出节水、高产、优质目标下冬小麦各生育期适宜的水分亏缺水平,开展了防雨棚下的冬小麦人工控水试验。该研究在返青期、拔节期、抽穗扬花期和灌浆成熟期设置2个水分亏缺水平即轻度亏水L(含水率控制在55%~60%田间持水量,相应土壤水吸力为375~448 k Pa)和中度亏水M(含水率控制在45%~50%田间持水量,土壤水吸力为586~687 k Pa);另设全生育期不亏水对照处理CK(含水率控制在65%~70%田间持水量,土壤水吸力为256~305 k Pa)。研究结果显示,同CK相比,亏水处理使得灌浆持续期缩短2.72%~15.78%,达到最大灌浆速度的时间提前2.33%~14.58%;除灌浆成熟期轻度亏水、中度亏水处理外,其他处理均使得最大灌浆速率和平均灌浆速率增加,其最大值分别为15.77%和12.09%。亏水处理没有改变蛋白质形成的基本趋势,均呈"V"字形;但亏水程度不同,蛋白质含量及产量不同,在拔节期、抽穗扬花期和灌浆成熟期,随着亏水程度加重,蛋白质含量升高,蛋白质含量最高为灌浆成熟期中度亏水处理(质量分数为14.33%),最低为拔节期轻度亏水处理(质量分数为12.88%);蛋白质产量最高为全生育期不亏水对照处理CK(1047.30 kg/hm2),最低为拔节期轻度亏水处理(802.77 kg/hm2)。结果表明,兼顾冬小麦产量与蛋白质产量的适宜亏水模式依次为:返青期轻度亏水、返青期中度亏水、灌浆成熟期轻度亏水、抽穗扬花期轻度亏水、拔节期中度亏水、拔节期轻度亏水。研究结果为相关区域冬小麦高产、优质栽培和水分调控提供理论依据和数据支持。     

调亏灌溉对滴灌成龄香梨果树生长及果实产量的影响

调亏灌溉对果树节水、提高果实产量和品质具有一定效果。2009-2010年,在新疆库尔勒巴州农业科学研究所进行试验,研究滴灌调亏时间及土壤水分亏缺程度对树龄24a的成龄库尔勒香梨果树生长及产量的影响。果实细胞分裂期、果实缓慢膨大期、果实细胞分裂期至缓慢膨大期,分别进行中度土壤水分亏缺与重度土壤水分亏缺灌溉。中度土壤水分亏缺的灌水量为美国A级蒸发皿蒸发量(Ep)的60%,重度土壤水分亏缺的灌水量为Ep的40%。其它时段灌水量与对照相同,为Ep的80%;对照处理整个生育期灌水量均为Ep的80%。灌溉周期为7d。结果表明,前2个生长阶段的调亏灌溉均抑制了香梨树的营养生长,提高了香梨果实产量和灌溉水利用效率。各调亏处理的夏季修剪量比对照减小了8.4%～43.2%。2a内,细胞分裂期重度调亏处理,产量分别比对照增加了15.5%和19.2%,较对照节水9.7%和8.1%;果实缓慢膨大期中度调亏处理,产量分别比对照增加了14.0%和18.0%,较对照节水13.2%和11.3%;果实细胞分裂期及果实缓慢膨大期的重度调亏处理,产量分别比对照减少了15.4%和13.2%,较对照节水34.7%和28.4%。调亏灌溉对香梨果实品质无显著影响。结果对成龄库尔勒香梨灌溉管理具有指导意义。     

亏缺灌溉与有机肥结合对夏玉米水分及产量影响

为了解减少灌水量和尿素对夏玉米产量和水分的影响。通过田间试验,以夏玉米为研究对象,选取课题组研发的有机质含量高、保水性能强的有机肥,结合2个水平的灌溉(充分灌溉W1和亏缺灌溉W2),采用等氮的原则,对有机肥与无机肥混施(F1:100%无机化肥;F2:24%有机肥+76%无机化肥;F3:48%有机肥+52%无机化肥),研究灌水量与有机无机肥对夏玉米水分利用效率和产量的影响。结果表明:与F1处理相比,在充分灌溉(W1)条件下,F2和F3处理的籽粒产量提高4.8%~6.3%;亏缺灌溉(W2)条件下,有机肥处理的籽粒产量提高1.8%~2.3%。在相同灌溉水平下,有机肥处理显著提高收获时土壤贮水量,为冬小麦发芽和生长提供一定的湿度。施有机肥处理对三叶期和小喇叭口期株高有显著影响,而对其他生育期株高影响不显著。亏缺灌溉(W2)和施有机肥(F2)的处理产量较好,是夏玉米种植管理中的一个有效方案。这种灌溉施肥管理可为关中平原及环境相似地区提供科学依据。     

石羊河流域节水高产高效轮作模式研究

为解决石羊河流域不合理种植模式和灌溉方法引起的水资源短缺问题, 采用轮作和调亏灌溉相结合的节水技术, 在石羊河流域设置了5 种轮作模式, 从等价产量、耗水量、等价水分利用率、经济水分利用率和经济效益等方面进行不同灌溉条件下不同轮作模式的对比分析研究。结果表明: 就单个轮作模式而言, 不同灌溉条件下作物的等价产量、耗水量和经济效益表现为: 充分灌溉>轻度调亏>重度调亏, 等价水分利用率和经济水分利用率表现为: 轻度调亏>充分灌溉>重度调亏; 对不同轮作模式而言, 在不同调亏灌溉条件下制种油葵-小麦/黄豆和小麦/黄豆-小麦2 种模式具有增产、节水、提高水分利用率和增加经济收入的潜力, 与常规小麦-玉米轮作模式相比, 等价产量分别提高14.1%~29.5%和-0.4%~28.7%, 分别节水42.5~96.5 mm 和47.9~58.7 mm,等价水分利用率分别提高24.8%~37.3%和8.2%~36.0%, 经济水分利用率分别提高119.8%~149.2%和-0.1%~26.1%, 经济收入分别增加25 785~29 656 Yuan·hm^-2 和-614~5 501 Yuan·hm^-2。因此, 制种油葵-小麦/黄豆和小麦/黄豆-小麦2 种轮作模式为比较理想的模式, 对其进行轻度调亏时, 可在少量减产的情况下起到节约灌水、提高水分利用率和水分经济利用率的效果, 替代常规小麦-玉米轮作模式, 实现石羊河流域农业可持续发展。     

水分胁迫下不同年代冬小麦品种干物质积累与转运特性

为了明确河南中部地区冬小麦品种改良过程中物质积累与转运特性及对水分亏缺响应的差异, 选取新中国成立以来6个不同年代主栽冬小麦品种, 采用测坑试验研究了冬小麦品种在不同水分胁迫(CK: 充分供水田间持水量的75%~85%; MD: 轻度干旱, 田间持水量的60%~70%; SD: 重度干旱, 田间持水量的45%~55%)下干物质生产与积累转运特性的演进特征及其与产量的关系。结果表明, 品种改良协调了干物质在各生育阶段的分配, 使花前和花后干物质积累与转运对籽粒的贡献更加平衡。在品种更替过程中, 株高和穗下节降低, 千粒重、籽粒产量和收获指数增加, 干物质积累总量无显著差异, 千粒重和收获指数的提高对产量增加起重要作用。在CK、MD和SD处理下, 20世纪90年代和2002年品种比20世纪50年代品种平均株高降低35.2%、36.2%和38.2%, 平均千粒重比增加31.7%、17.4%和56.3%, 平均籽粒产量增加40.4%、43.0%和52.4%; 20世纪90年代和2002年品种的收获指数比20世纪80年代及以前品种增加31.4%、22.3%和24.6%。CK处理早期品种干物质积累在抽穗至开花阶段超过现代品种。MD和SD处理的20世纪90年代及以后的品种花前干物质转运能力高, 茎秆干物质输出率增加, 花后贮藏物质积累降幅小, 干物质贮藏转运分配比例适宜, 对籽粒贡献率高, 是水分胁迫条件下现代品种高产的基础。