玉米冠层对喷灌水量再分配影响的田间试验研究

为了确定喷灌水量通过作物冠层时的分配规律，定量评价作物冠层对喷灌水利用率的影响，该文采用水量平衡法对喷灌条件下的玉米冠层上部、棵间、茎秆下流及冠层截留水量进行了田间观测。试验结果表明，喷灌水经玉米冠层再分配后所形成的棵间和茎秆下流水量分别占冠层上部水量的45.4%和43.0%。截留水量空间分布变化较冠层上部、棵间和茎秆下流水量为大，均值为3.6 mm，变异系数Cv平均值为0.5。由相关分析知茎秆下流水量和棵间水量均随冠层上部水量的增加而线性增加，但茎秆下流水量与冠层上部水量的关系更为密切。冠层上部水量、叶面积和株高对截留量的影响较小。     

喷灌均匀性和灌水量对冬小麦冠层下水量分配的影响

为研究冬小麦冠层对喷灌水量的再分配规律,探讨不同灌水量下喷灌均匀性对土壤含水率空间分布、冬小麦生长状况及产量的影响,于2020-2021年在常州市金坛区开展了冬小麦田间喷灌试验。该试验依据作物需水量设置3个灌水量（充分灌溉、2/3需水量、1/3需水量）处理和2个喷灌均匀性（高：75%、低：55%）处理,通过冠层上、下雨量筒和自制的茎流收集器测量喷灌水量分布,并对喷灌后的土壤含水率（Soil Water Content,SWC）、冬小麦生长状况及产量的空间分布进行了监测。结果表明,冠层上喷灌均匀性比冠层下高约1.5%。喷灌水经冬小麦冠层再分配后所形成的棵间穿透流量、茎秆流量以及冠下喷灌损失分别占冠层上部水量的56.0%～73.9%、25.0%～37.0%和2.5%～12.7%。冠下穿透流率和茎秆流率与冬小麦的冠层特征（叶面积指数、株高）极显著相关（P<0.01）,而受喷灌均匀性和灌水量的影响较小。茎秆流率变异系数高于穿透流率变异系数。喷灌后24 h,0～20 cm深度土壤水分的变化与冬小麦产量及产量变异系数显著相关（P<0.05）。低喷灌均匀性会导致区域性缺水（SWC<65%田间持水量）,引发小范围减产,产量变异系数增大,减少灌水量则会加剧这一现象,冬小麦显著减产,灌水量对产量的影响占主导作用。该研究可为冬小麦的喷灌设计提供理论依据。     

基于液流计估测蒸腾分析覆膜滴灌玉米节水增产机理

深入了解覆膜滴灌下冠层辐射传输和能量分配情况,确定土壤蒸发和作物蒸腾之间的定量区分关系是合理灌溉和提高水分利用效率的重要研究内容。该研究在东北膜下滴灌地区开展连续2 a田间试验,测定了覆膜（M）和不覆膜（NM）玉米田的冠层辐射、田间土壤蒸发和作物蒸腾、作物生长和产量。结果表明：覆膜使冠层上方净辐射降低7.7%,从而减少了蒸发蒸腾可供能量,冠层下方净辐射降低34.0%,减少了土壤蒸发可供能量,冠层净辐射吸收量增加14.0% 用于作物蒸腾;覆膜能小幅度降低蒸发蒸腾总量3.9%～5.2%,而对其在土壤蒸发和作物蒸腾之间的分配影响显著,覆膜处理土壤蒸发占蒸发蒸腾总量的比例为12.5%～14.5%,而不覆膜处理该比例高达21.7%～25.0%;覆膜处理提高了成熟期玉米株高、地表20 cm高度处茎粗、生物量和最大叶面积,最终使产量提高5.9%～8.8%,水分利用效率提高12.0%～13.1%。综上所述,覆膜通过改变冠层辐射能量分配降低了玉米田蒸发蒸腾总量,提高了玉米产量和水分利用效率。     

冬小麦灌溉随机模拟模型研究

为了考虑随机因素(气象因素等)对冬小麦灌溉的影响，用时间序列方法建立了蒸发蒸腾量的随机模型，并将其导入田间水量平衡方程，推导出冬小麦灌溉的随机模拟模型。将该模型用于商丘市李庄乡的冬小麦灌溉，其灌水量与实际情况较为符合，最大误差仅为4.7%，可用于制定冬小麦的灌溉计划。     

基于蒸发皿水面蒸发量制定冬小麦喷灌计划

该研究拟利用直径为20cm的标准蒸发皿,制定简单易行的喷灌冬小麦灌溉计划。试验于2005－2006年和2006－2007年冬小麦生长季节,在中国科学院通州农田水循环和节水灌溉试验基地进行。以布置在冠层上20 cm直径蒸发皿水面蒸发量（E）为基础,研究了不同水面蒸发量倍数（分别为0.25、0.50、0.75、1.00和1.25倍,以及不灌水对照处理）灌溉水量条件下,喷灌水量对土壤水分、冬小麦生长、产量、耗水量和水分利用效率的影响,分析了利用水面蒸发量制定喷灌灌溉计划的可行性。试验结果显示,喷灌条件下土壤水分主要在0～60 cm土层内变化。当灌溉水量小于0.25E时,冬小麦叶面积指数和生物量较小,而大于1.00E也会抑制冬小麦生长。喷灌条件下冬小麦单个生育期内的耗水量在 312～508 mm内变化,耗水量随着灌水量的增加而增加。喷灌0.50E～0.75E时,冬小麦产量和水分利用效率最高或者接近于最高;灌水量较小（≤0.25E）和较大（≥1.00E）时均会降低产量。建议在北京地区冬小麦返青后,喷灌水量可采用0.50～0.75倍的20 cm蒸发皿水面蒸发量,灌水间隔可采用5～7 d。     

杨凌地区冬小麦和夏玉米蒸发蒸腾和作物系数的确定

为了得到适合陕西杨凌地冬小麦和夏玉米的需水规律和作物系数，该文采用FAO推荐的双作物系数法对田间试验数据进行了分析计算，计算了冬小麦和夏玉米蒸发蒸腾量，确定了适合当地气候冬小麦和夏玉米的基础作物系数。     

考虑地面灌水技术制约的灌溉制度优化

制定作物灌溉制度不仅要考虑补充根层土壤水分以满足作物需求，还应考虑灌水方法对灌水量的限制。为研究我国华北地区地面灌溉条件下冬小麦－夏玉米连作的节水灌溉制度，在河北省雄县进行了连续3年不同灌水处理试验，用水量平衡模型ISAREG对各处理进行数值模拟，从而验证了选定的模型和参数。采用该模型模拟了不同水文年冬小麦－夏玉米连作的多种灌溉制度，对各方案的灌水次数、灌水量、降雨和灌溉水量损失以及作物产量等因素进行了对比，并对现行灌溉制度进行了评价。结果显示：雄县现行灌溉定额大大超过了灌溉需水量，主要原因是地面灌水技术的制约，如田面不平、进地流量过小或畦块过大等，造成难以控制小水量灌溉。为研究既能满足作物基本需水要求，又使灌溉水量损失最小的最佳灌水定额，用模拟地面灌溉水流运动的SRFR模型模拟不同生长阶段的灌溉，得到了每次灌溉时不同流量条件下的最小灌水量，以及灌水效率与灌水量的关系，据此提出了与灌水技术改进措施相结合的不同水文年的灌溉制度优化方案。     

夏玉米棵间土面蒸发与蒸发蒸腾比例研究

利用连续4年的大型称重式蒸渗仪和小型棵间蒸发器的测定资料，研究了不同灌溉定额条件下夏玉米生长期间的逐日蒸发蒸腾和棵间蒸发过程。结果表明，夏玉米总的蒸发蒸腾量在年际间变化较大，其中叶面蒸腾总量变化较大，在158.44～233.99 mm；棵间蒸发总量变化较小，在171.43～181.52 mm，棵间蒸发量占蒸发蒸腾量的比例(E/ET)在43.57%～52.52%之间。降水和灌溉以及气象因素对夏玉米生育期棵间蒸发的影响较小，而对叶面蒸腾的影响较大。得出充分灌溉和非充分灌溉条件下，棵间蒸发占蒸发蒸腾的比例与叶面积指数的相关系数分别达到0.85和0.77以上。     

农田耗水构成、规律及影响因素分析

农业用水占总用水量的70%左右, 对农田耗水规律和过程的研究对发展区域节水农业有着非常重要的作用。本文通过回顾中国科学院栾城农业生态系统试验站建站以来在农田水分循环和节水方面的研究进展,对长期定位试验下不同灌溉水量的耗水规律、农田耗水过程及影响农田耗水的因素进行了分析。通过利用水量平衡法和大型蒸渗仪测定等方法确定蒸散量, 用小型蒸发器测定土壤蒸发。长期定位试验的结果表明: 在该区域冬小麦-夏玉米一年两作的种植方式下, 这两种作物耗水量相似, 随着灌溉量的增加, 农田耗水有增加的趋势; 冬小麦的农田耗水量在283~493 mm 之间, 灌溉水量较小处理的变异系数较大。利用大型称重式蒸渗仪和自制的微型蒸发器(MLS)测定的冬小麦和夏玉米季的棵间蒸发均占蒸散量的1/3。因此, 在此基础上可以利用秸秆覆盖减少土壤蒸发且效果非常明显, 20 年的试验表明秸秆覆盖每年可以减少土壤蒸发40~50 mm, 冬小麦秸秆覆盖夏玉米田可以抑制棵间蒸发的58.0%, 夏玉米秸秆覆盖冬小麦田可以抑制蒸发40.4%。长期耕作的定位试验表明: 不同耕作方式下的土壤蒸发也存在明显的差异, 免耕加秸秆覆盖处理的蒸发最小, 而深耕的最大。同时, 不同灌溉制度、种植方式和冠层结构均会对农田耗水产生影响。这些研究结果为以后的节水理论和技术发展提供了依据。     

华北典型区域农田耗水与节水灌溉研究

本文总结了中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心围绕华北典型地区冬小麦-夏玉米一年两熟开展的节水灌溉研究。在位于华北中北部的中国科学院栾城农业生态系统试验站的定点试验结果显示,从1980年到2017年,在充分灌溉条件下冬小麦产量增加55.7%、夏玉米产量增加59.7%。冬小麦生育期耗水(ET)从400 mm增加到465 mm;玉米耗水年平均稳定在375 mm左右;年耗水量从777.0 mm增加到834.4 mm;满足冬小麦、夏玉米生育期耗水条件下,年灌溉需水量平均300 mm,必须减少灌溉用水和田间耗水,才能解决区域地下水超采问题。研究发现在限水灌溉条件下,冬小麦拔节期1次灌溉可显著促进作物营养生长和根系生长,利于后期土壤水分高效利用,在维持作物稳产基础上,比充分灌溉年节水165.2 mm。研究发现进一步利用小定额灌溉技术,通过增加灌水频率、缩减次灌水量,可增加有限水对作物的有效性,实现作物根系、土壤水分和养分在空间上的耦合,进一步提升有限灌溉对作物的增产作用。只考虑维持播种时良好土壤水分条件、生育期不进行灌溉的最小灌溉模式,与充分灌溉模式相比,产量减少28%,但可节约灌溉水69%,田间耗水减少43%,水分利用效率提高13%,年耗水量维持在560 mm左右。相对于减熟制节约灌溉水措施,冬小麦-夏玉米一年两季最小灌溉模式总产量高于两年3作5.5%~12.0%,年耗水量低于两年3作10%~13%,可显著消减减熟制带来的休闲期土壤蒸发损失。因此,实施冬小麦、夏玉米生育期节水灌溉,如最小灌溉、关键期灌溉,可大幅度降低灌水量和作物生育期耗水量,同时又能维持一定的生产能力,是华北实施地下水限采措施下应优先考虑的技术选择。     

喷灌对冠层水汽交换的影响

以冬小麦为研究对象，研究了喷灌对冠层内外水汽交换的影响。研究结果表明喷灌影响了冠层内外水汽交换的过程。喷灌对冠层顶部的蒸发力影响不显著，对冠层内的蒸发力影响较大，喷灌冠层内的农田蒸发力小于地面灌冠层内同一高度的农田蒸发力。在地面灌和喷灌同时灌溉的情况下，地面灌农田的土面蒸发量大于喷灌农田；与白天相比，夜间地面灌和喷灌农田的土面蒸发都大大减少。喷灌农田的作物蒸散量通常小于地面灌农田。喷灌小麦晚上出现凝结水的量大于地面灌农田。     

喷灌对冬小麦生长环境的调节及其对水分利用效率影响的研究

研究了在不同气候条件下喷灌对近地面空气温湿度和农田蒸发能力（冠层顶部20 cm蒸发皿水面蒸发量）的影响，在干热风天气条件下微量喷水对冠层温度和农田蒸发能力的影响，以及喷灌对冬小麦产量和水分利用效率的影响。试验结果表明，如果4～5月份降水量较少、空气相对湿度较低，则喷灌会明显降低近地面空气日最高温度和日平均温度，增加日平均相对湿度特别是最低相对湿度。喷灌条件下农田蒸发能力明显低于地面灌溉。微量喷水明显降低冠层温度和降低农田蒸发能力。农田蒸发能力变化与喷水量和日最高温度成正比，与日最低相对湿度和风速成反比。喷     

Soil Evaporation and its Affecting Factors under Crop Canopy

Abstract

Based on field experiments, changing patterns and affecting factors of soil evaporation and energy balance under crop canopy were studied. Soil evaporation under crop canopy was measured directly using the microlysimetry technique. The main factors affecting soil evaporation under crop canopy including surface net radiation, leaf area index, soil water content, and crop growth period were analyzed to give scientific proof for the soil evaporation control. The results showed that no soil evaporation occurred under the crop canopy when net radiation was reduced to a threshold of 230.57 w/m². Under crop cover conditions, evaporation/evapotranspiration (E/ET) reduced with increases of crop leaf area index, followed by an exponential function to a leaf area index (LAI) threshold of 4. The cumulative evapotranspiration, transpiration, and evaporation under crop canopy conditions during the winter wheat growing season were 443.9 mm, 272.2 mm, and 171.7 mm, respectively, with E/ET having a relatively high value of 38.7%.     

模拟降雨条件下作物植株对降雨再分配过程的影响

为系统测定玉米（Zea mays L.）、大豆（Glycine max）、谷子（Setaria italica）和冬小麦（Triticum aestivum Linn.）不同生长阶段的穿透雨、茎秆流和冠层截留,研究采用室内模拟降雨法测定了不同降雨强度、不同叶面积指数作物冠下穿透雨和茎秆流,采用喷雾法测定了作物不同生长阶段的冠层截留。对其进行了量化分析,并探讨了3者与作物叶面积指数和降雨强度的关系。结果表明：在40和80 mm/h降雨强度下降雨30 min,玉米、大豆、谷子和冬小麦冠下穿透雨率分别平均为65.15%、85.52%、80.05%和72.18%;在40和80 mm/h降雨强度下降雨10～20 min,4种茎秆流率分别平均为34.59%、13.58%、19.42%和26.34%;在0.3 mm/min喷雾强度下,作物冠层截留量相对较小,冠层截留率分别为0.26%、0.90%、0.53%和1.48%。随作物生长,穿透雨量逐渐降低,茎秆流量和冠层截留量逐渐增加。降雨强度与穿透雨量和茎秆流量呈正相关关系,但是2者占总降雨量的比例与降雨强度关系不显著（p＞0.05）。随着作物生长,穿透雨冠下空间分布由均匀逐渐趋向于不均匀,具有趋于向行中汇集的趋势。该研究揭示了黄土高原地区主要作物对降雨的再分配作用特征,可为农田水分有效利用和坡耕地土壤侵蚀防治提供理论依据。     

华北平原秸秆覆盖冬小麦减产原因分析

秸秆覆盖是减少农田棵间蒸发和提高水分利用效率的措施之一。冬小麦/夏玉米一年两作种植中, 秸秆资源非常丰富, 随着机械化作业的发展, 小麦秸秆覆盖夏玉米技术在同类地区得到成功应用和推广。但夏玉米秸秆覆盖冬小麦后对冬小麦的生长发育产生了一些不利影响, 造成了冬小麦不增产或减产, 限制了该项技术的推广。秸秆覆盖造成冬小麦穗数的降低是冬小麦产量降低的主要原因, 其次是千粒重的降低。大部分研究表明秸秆覆盖小麦地表后, 使根区土壤温度白天最高温度低于不覆盖处理, 夜间的最低温度高于不覆盖处理, 土壤温度的日较差减小。秸秆覆盖下根区温度的变化可能是引起小麦生长发育滞后和产量降低的主导因素。本文综述了华北平原秸秆覆盖冬小麦减产原因, 为实现两熟区冬小麦秸秆覆盖提供理论依据。     

冬季抗旱措施对小麦耗水特征与生育性状的影响

在2010—2011年小麦生长季节降水量为47.7 mm条件下,采用冬季抗旱处理时期(1月28日、2月12日、2月27日)、冬季抗旱措施与春一水灌水量组合(冬季喷灌+春一水灌水量75 mm、漫灌措施+春一水灌水量75 mm,冬季覆盖牛粪措施+春一水灌水量90 mm)2因素设计,研究了河北低平原区高产条件下冬小麦耗水特征和生育性状。结果表明:各处理的小麦全生育期总耗水量为384.93~464.24 mm,产量水分利用效率为15.23~20.87 kg·hm-2·mm-1。播种到越冬期和起身到灌浆期是小麦耗水量较大的时期。同一处理时期不同水肥措施下,随灌水量的增加,耗水量有增加趋势,水分利用效率与灌溉水利用效率有降低趋势;其中以牛粪覆盖措施小麦产量和灌水利用效率最高,喷灌措施小麦产量水分利用效率高于漫灌。同期不同水肥措施对小麦干物质再分配的影响表现为:牛粪覆盖措施和对照促进了小麦开花前营养器官贮存的同化物向籽粒再分配,喷灌和漫灌提高了小麦开花后干物质积累量和籽粒中来自花后积累干物质的比例。不同处理时期同一水肥措施比较,随处理时期推迟籽粒产量有增加趋势。以上结论可为指导小麦冬季田间旱情补救措施提供理论依据。     

基于温室环境和作物生长的番茄基质栽培灌溉模型

为解决涵盖土壤蒸发和作物冠层蒸腾的土培作物蒸散模型不能直接应用于稻壳炭基质栽培番茄灌溉的问题,该研究首先通过修改Penman-Monteith模型的原始表达式来去除土壤蒸发部分,并引入TOMGRO模型来模拟番茄冠层生长,给出了阻抗参数的修正计算,得到了新的番茄基质栽培蒸腾模型。考虑到蒸腾模型中净辐射项削弱了室外太阳辐射对冠层及以下部整株植株的耗水影响,进而将新的蒸腾模型与太阳辐射线性比例供水模型结合建立蒸腾-辐射综合灌溉模型。结果表明,蒸腾-辐射综合灌溉模型对上海崇明A8温室番茄灌溉量的模拟结果与实际结果之间的相关系数高于0.95,平均相对误差小于20%。这说明蒸腾-辐射综合灌溉模型能够较好地估算温室稻壳炭基质栽培番茄的灌溉需水量,对深入研究温室灌溉实施具有参考价值。     

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。     

华北主要作物需水量近50年变化趋势及原因

作物需水量是制定灌溉计划和水资源规划的重要依据，了解其历史变化对于掌握未来农业用水走势并据此做出正确决策至关重要。该文利用FAO推荐的作物系数乘以参考作物蒸散量的方法计算了华北地区6个站点近50年主要作物的需水量，并并分析了其变化趋势。结果表明：除北京外，华北冬小麦和夏玉米两大作物需水量均呈下降趋势，每10年分别减少0.9～19.2 mm和8.3～24.3 mm。夏玉米需水量下降幅度超过冬小麦。其中以华北南部的郑州减少最多，下降幅度在19.2～24.3 mm/10年。与日照、降雨、温度、湿度和风速的同步分析表明，需水量变化趋势与日照和风速的下降趋势相一致。由于日照减少造成到达地面的能量减少，风速减小可削弱陆地与大气的水分和能量交换强度，故近50年来华北日照与风速的减小是作物需水量下降的主要原因。