农田蒸散量模型构建及蒸散状况分析

笔者以辽宁省为例,利用1981~2002年间18个代表站点常规气象资料与土壤湿度观测资料,建立了不同供水条件下农田蒸散量的模拟模型,计算了自然条件下的农田蒸散量的变化。结果表明,辽宁省农田蒸散量年内呈单峰形变化,峰值出现在玉米抽雄开花期。农田蒸散量区域分布中间高四周低,趋势与自然降水分布不一致。农田蒸散量年际间呈波动性变化,多水年农田蒸散量明显高于正常年,90年代辽宁中部、辽东、辽南、辽北地区农田蒸散量呈逐年上升趋势,辽西地区农田蒸散量呈逐年下降趋势。     

基于大型称重式蒸渗仪研究北疆滴灌麦田蒸散量

基于大型称重式蒸渗仪研究了北疆地区滴灌冬小麦不同时段(生育阶段、日、时)的农田水分蒸散特征,分析了气温、相对湿度、风速等因子对农田水分蒸散的影响及产量和蒸散的关系,旨在为北疆地区滴灌冬小麦的灌溉制度制定提供理论依据。3个灌水处理分别为全生育期灌溉375、600和750 mm。结果表明,在滴灌冬小麦全生育期内日蒸散量为抽穗–乳熟>拔节–抽穗>乳熟–成熟>返青–拔节>播种–越冬>越冬–返青;在一天中,滴灌冬小麦农田水分蒸散主要发生在8:00–20:00,夜间20:00–8:00蒸散量较小且比较稳定,时蒸散量随天气变化而改变。滴灌条件下,冬小麦的棵间蒸发量占农田水分蒸散的25.2%~28.3%。棵间蒸发与土壤含水率和叶面积指数具有良好的二元二次模拟关系,拟合系数为0.98。综合产量和水分利用效率,滴灌冬小麦的蒸散量为600~650 mm。本研究对合理制定滴灌冬小麦的灌溉制度具有重要的参考价值。     

黄土高原小杂粮降水生产潜力开发和增进的技术途径

在黄土高原,水资源已成为对粮食生产的主要制约因素。现阶段高原旱作农区农田降水利用效率仅为35%左右,研究表明在较为合理的生产条件用水效率可以达到70%~80%。在此,通过从提高种群的内在生产力、建设基本农田控制坡耕地水分的径流输出、抑制农田水分的无谓损耗、实施农田水分的空间富集、确立与降水分布相吻合的种植结构几方面阐述黄土高原小杂粮作物降水生产潜力开发和增进的技术途径。     

探讨品种间差异改良作物水分利用效率

提高水分利用效率是缓解水资源危机实现作物可持续生产的重要策略。本文对叶片尺度的瞬时WUE和单株尺度WUE的品种间差异,瞬时WUE到田间尺度WUE的尺度转换,以及瞬时WUE与产量之间的关系进行了讨论。瞬时WUE具有较大的遗传变异性,在亏水条件下品种间差异更显著。在禾谷类作物上,气孔导度与瞬时WUE密切相关。单株尺度WUE在亏水条件下品种间差异显著,足水条件下差异相对较小。气孔导度是影响单株尺度WUE的重要性状,品种之间气孔对水分亏缺的敏感性差异较大。瞬时WUE向田间尺度WUE的尺度转换不仅受到冠层阻力和边界层阻力的制约,还受土壤蒸发与作物蒸腾比率以及同化物分配模式的影响。瞬时WUE与产量的关系决定于环境的水分条件,在作物生长发育主要依靠土壤中储存水分的干旱条件下,瞬时WUE高对获得高产有利。相反,在水分条件较适宜的地区,高瞬时WUE性状不利于高产。     

华北平原冬小麦-夏玉米种植体系周年水分高效利用研究进展

在保证周年较高产量的同时,进一步提高水分利用效率是促进华北平原冬小麦-夏玉米一年两熟种植体系可持续发展的关键。从20世纪中晚期开始国内学者便从节水灌溉技术创新、灌溉制度优化、替代节水种植制度构建和节水抗旱新品种选育等方面开展了以冬小麦-夏玉米两熟种植体系为核心的周年水分高效利用途径的探索,取得了重要进展,显著提高了作物水分利用效率(WUE)。本文综述了华北平原冬小麦-夏玉米种植体系水分高效利用的研究进展,并提出了通过耕作或播/收期调控冬小麦-夏玉米周年降水与地下水平衡利用,促进周年水分(灌溉水和降水)高效利用的技术途径,以充分挖掘华北平原水分生产潜力,为该区冬小麦-夏玉米种植体系节水高产栽培及节水种植制度建立提供思路和依据。     

辽西雨养玉米农田土壤水分变化特征及其模拟

土壤含水量是作物生长发育的关键影响因子之一,确定土壤含水量变化及预测土壤含水量变化趋势,对于雨养农业更加有效地保墒、提高作物水分利用效率和增强抗旱防灾能力有着重要的现实意义。利用2008-2011年锦州玉米生长季逢三逢八土壤湿度观测数据,日气温降水数据和2008年玉米生长发育期数据资料,结合CERES-MAIZE土壤水分模块,分析了雨养玉米农田土壤水分时空变化特征和模拟了土壤水分时空变化特征。结果表明：生长季降水并不能反映土壤水分条件的好坏,生长季中雨以下的降水量和降水频次与土壤水分条件的好坏较好的一致性;土壤水分随土层深度而增加,0-40cm土壤含水量平均值和最低值分别是田间持水量的69%-82%和49%-64%;玉米根系生物量与生长时间呈二次曲线关系,所建根系生物量模型解释率达89.7%;耦合根系生物量模型和叶面积指数模型的CERES-MAIZE中的土壤水分模块能够较好的模拟雨养玉米生态系统土壤水分的时空变化特征。     

作物不同品种间水分利用效率差异机理的研究进展

近年来,水分不足是限制我国北方干旱和半干旱区粮食生产的重要因子。生物节水是实现进一步提高作物水分利用效率的关键环节和潜力所在。笔者就作物水分利用效率的内涵和不同品种间水分利用效率差异的生理生态机理进行了综述,并提出了水分利用效率的研究方向。目前应进一步深入研究作物高效用水生理调控机理和抗旱节水鉴定评价技术与指标体系,为培育高WUE品种提供理论基础。     

二倍体小麦种间水分利用效率的差异及与根系生长的关系

提高作物水分利用效率(WUE)是当前半干旱地区农业研究的热点问题.利用管栽和田间干旱棚试验在两种土壤水分条件下,研究了5个不同二倍体小麦种WUE的差异及其与根系生长之间的关系.结果发现:两种水分条件下,不同二倍体小麦种间WUE存在显著差异,其从大到小的排列顺序为RR＞DD＞AA＞BB,说明R染色体组上可能存在控制高水分利用效率     

近49年石家庄地区参考作物蒸散量时空变化特征分析

利用石家庄地区9个气象站1964—2012年的气象数据,运用趋势分析、Mann-Kendall突变检验、经验正交函数等统计方法,以Penman-Monteith公式为基础,研究了该地区参考作物蒸散量月、年的时空变化特征。结果表明：石家庄地区的参考作物蒸散量在2月和3月呈上升趋势,其他月份呈下降趋势。其中,6月下降趋势最大,4月下降趋势最小;在突变检验分析中,5月、6月、8月、10月、11月和年的ETO变化发生了突变且下降趋势明显,上述月ETO时间序列的显著下降时间均出现在1983年之后;该区参考作物蒸散量随着纬度的增加而减少,空间变化表现为一致性,在20世纪80年代后期,石家庄—赵县一线西南进入了下降较快的阶段。该研究可以为石家庄地区节水农业发展和解决地下水供需矛盾提供必要的参考。     

京郊山地旱作区作物水分生态适应性系统评价

为了提高京郊山地旱作区农作物产量,以延庆县为例,依据农户调查、田间试验和数学模型等方法,从作物生长期间降水状况、作物生长发育与降水分布的时序关系、农田水分供需平衡与作物生态适应性判定和作物水分利用效率等方面,对京郊山地旱作区主要作物生态适应性进行了系统评价。结果表明:不同作物降水利用状况存在明显差异,其规律是:多年生苜蓿>春玉米>春大豆>春谷子>马铃薯。5种作物中春玉米、春谷子和春大豆生长发育与降水分布耦合性较好,马铃薯和多年生苜蓿生长发育与降水分布耦合性较差。农田作物水分满足率和生态适应性指数,4种春作物排序依次为:春玉米>春谷子>春大豆>马铃薯。水分利用效率依次为春玉米>苜蓿>春谷子>春大豆>马铃薯。研究结果可为京郊山地旱作区制定合理的种植制度提供理论依据。     

淮河流域夏玉米关键期水分盈亏时空变化分析

为分析淮河流域夏玉米关键期水分盈亏状况及其变化特征,为政府决策部门和农业生产者及时合理地开展田间管理和农业生产提供科学依据,利用淮河流域121个站点1971-2010年的气象资料,通过对夏玉米关键期的需水量和有效降水量的估算,采用水分盈亏指数分析了淮河流域各夏玉米种植区的水分盈亏特征。结果表明：淮河流域各种植区夏玉米关键期的需水量呈显著下降趋势,下降速度呈现出南部高于北部、平原高于山区的特点;多年平均的夏玉米关键期需水量表现出明显的纬向空间分布特征,由北向南增加。各种植区夏玉米关键期的降水量不显著增加,多年平均的夏玉米关键期降水量大致呈现南部多于北部、山区多于平原的空间分布特点;各种植区有效降水量与降水量的空间分布特点一致。各种植区夏玉米关键期均存在不同程度的水分亏缺,但水分盈亏指数呈不明显的增加趋势,水分亏缺的程度有缓和的趋势;多年平均的水分盈亏指数空间分布特征为自西南向东北增加,中部平原区大部分地区水分亏缺严重。     

1981-2016年庆阳市地表湿润状况时空变化特征分析

根据甘肃省庆阳市8个气象站1981-2016年降水量、温度、日照等观测资料,利用改进后的Thornthwaite公式计算潜在蒸散量,从而得出庆阳市地表湿润指数,并利用地表湿润指数对庆阳市地表湿润状况的时空变化特征进行分析,得出：近36年庆阳市干湿状况的总体特征与各个时间段的空间分布特征均为北干南湿,湿润度从西北向东南递增；平均地表湿润指数随年代变化具有波动减小的趋势,其变化倾向率为0.05/10a,表示庆阳市具有越来越干的趋势；80年代为最湿润时期,该时期庆阳市整体湿润水平较高,90年代最干,各地地表湿润指数均低于30年平均值,2000年以后庆阳市略变湿润,但干湿分布呈现出两极化的特征,西北部与东南部干湿差异增大；降水量与潜在蒸散量随时间变化呈现出相反的特征,降水量随时间递增而减小,而潜在蒸散量随时间递增而增大；地表湿润指数与降水量和潜在蒸散量有极强的相关性,其次是日照,与气温相关性最弱。     

不同底墒条件下补灌对冬小麦耗水特性、产量和水分利用效率的影响

我国黄淮平原水资源紧缺,而且年际间降水量及其时间分布存在较大差异,探明不同底墒条件下补充灌溉对冬小麦产量和水分利用效率的调节效应及其生理基础,可为该地区冬小麦节水高产栽培提供理论和技术支持。2013—2014和2014—2015年冬小麦生长季,在播种期0~100 cm土层土壤贮水量分别为201.5(A)、266.3(B)和317.0mm(C)3种底墒条件下,各设置4个补灌水处理,包括不灌水、拔节期+开花期补灌、越冬期+拔节期+开花期补灌、播种期+拔节期+开花期补灌,研究不同处理冬小麦耗水特性、旗叶光合、干物质积累与分配、产量及水分利用效率的差异。结果表明,冬小麦生育期总耗水量和土壤水消耗量均随播种期底墒的提高而增加。在底墒A和B条件下,冬小麦主要消耗降水和灌溉水。提高播种期补灌水平或于越冬期补灌,冬小麦在底墒A条件下对土壤水的消耗量显著增加,在底墒B条件下对土壤水的消耗量显著减少。在底墒C条件下,冬小麦耗水以土壤水为主,其次为降水,再次为灌溉水;播种期或越冬期补灌显著增加生育期总耗水量,对土壤水消耗量则无显著影响。于播种期、拔节期和开花期补灌,冬小麦在底墒A条件下可获得较高的籽粒产量,但水分利用效率较低;在底墒B条件下籽粒产量和水分利用效率均较高;在底墒C条件下,仅于拔节期和开花期补灌即可获得高产和高水分利用效率,播种期和越冬期无需补灌。综上所述,播前底墒是实施冬小麦合理补灌的重要依据。     

安徽省极端降水事件的时空分布特征及其对农业生产的动态影响分析

为了减少极端降水事件给农业生产带来的损失,使农业生产能够主动应对极端降水事件变化。基于安徽省17个城市逐日降水数据,使用百分位法计算了1965—2014年安徽省年极端降水事件,在此基础上使用线性趋势和EOF方法对其时空分布特征进行分析,并以计量经济学的结构向量自回归模型为基础,将1989—2013年的极端降水事件作为1个因子与农业总产值、国内生产总值、农业机械总动力构建了新的气候-经济模型,使用脉冲响应函数和方差分解定量分析了极端降水事件对安徽省农业生产的动态影响。结果表明:近50年,安徽省极端降水事件平均11.59次/a,无显著年际变化趋势。区域分布基本呈南多北少的特征,各城市也均无显著的年际变化趋势。EOF分析显示,安徽省极端降水事件有2种典型分布特征:第1种为全省变化一致,变化程度江淮之间多,南北少,变化中心位于江淮之间东部;第2种为南部和北部变化相反,变化的中心分别位于皖南山区和沿淮淮北中部。2种分布在时间上均以震荡变化为主,近5年全省分别表现出一致偏多和南多北少的分布特征。极端降水事件对农业生产总体为正向的影响,影响程度约为0.01%,但贡献比例比较低。     

黑龙港流域不同滴灌制度下的冬小麦产量和水分利用效率

针对华北黑龙港流域冬小麦–夏玉米种植制度中冬小麦灌溉水用量过大的问题,以节水和稳产为目标设计了冬小麦滴灌制度定位试验,比较了滴灌与漫灌及不同滴灌模式下的小麦产量和水分利用效率。结果表明,在实验年份的降水条件下,传统灌溉定额和次数(总量225 mm,分1~3次灌溉)的滴灌与漫灌处理的小麦产量和水分利用效率差异均不显著;在两年降水特点不同的情况下,滴灌量比对照减少45~105 mm的处理产量下降不显著,水分利用效率显著提高。相关分析结果表明,对产量的贡献表现为穗粒数>千粒重>穗数。研究结果初步表明,冬小麦滴灌技术在黑龙港流域具有节水稳产的潜力。     

高产小麦耗水特性及干物质的积累与分配

在2005—2006年和2006—2007年小麦生长季降水量分别为128.0 mm和246.4 mm条件下, 采用不同灌水量处理, 研究了高产条件下冬小麦的耗水特性和小麦干物质的积累与分配。结果表明, 底水和拔节水分别灌溉60 mm处理(W2)在两个生长季获得了最高的籽粒产量, 2005—2006年生长季其水分利用效率和灌溉水的利用效率均显著高于其他灌水处理; 2006—2007年生长季, 其水分利用效率较高, 降水量、灌水量和土壤供水量分别占农田耗水量的47.32%、23.04%和29.64%; 与不灌水处理(W0)相比, 灌水处理显著提高开花后干物质的积累量和开花后干物质积累量对籽粒的贡献率, 以W2处理最高, 分别达8 241.59 kg hm-2和84.18%。灌水量过多显著减少光合产物向籽粒的分配, 使产量降低。随灌水量增加, 小麦全生育期耗水量显著增大, 灌水量占农田耗水量的比例增加, 降水量和土壤供水量占农田耗水量的比例均降低, 以土壤供水量所占比例降低最大。综合考虑小麦的籽粒产量和水分利用效率, 在本试验条件下, 以底水和拔节水各60 mm的灌溉量为最优。在小麦生长季降雨量为246.4 mm条件下, 仅灌60 mm底水亦可获得较高的籽粒产量, 其土壤供水量占农田耗水量的比例和灌溉水的利用效率高于底水和拔节水处理。     

中国冬季暖日频率和冷日频率变化特征分析

为了分析在全球气候变暖的背景下,中国冬季极端气温事件的变化特征,采用经过逐日均一化处理的（排除台站迁移对资料均一性的影响）中国201个台站1960—2009年冬季逐日最高和最低气温资料,对中国冬季暖日频率和冷日频率这2个极端气温指标的时空变化特征进行分析。结果表明：1960—2009年2个极端气温指标在全国冬季为一致的异常偏冷或异常偏暖的特征,其中暖日频率为上升趋势,冷日频率为下降趋势;1960—2009年北方冷日频率的均方差普遍大于南方;近50年来,暖日频率趋势系数在全国均为正趋势,冷日频率在全国均为负趋势,总体来讲,北方的趋势系数均略大于南方;近50年来,这2个极端气温指标均有明显的区域特征,且各分区均呈变暖趋势,但各区突变时间不同。     

广东近40年气候变化特征及对农业的影响

为了合理利用气候资源,趋利避害,保障粮食及特色作物安全生产,利用广东省9个代表气象站1971—2010年气象资料,分析了近40年热量、降水及光照资源时空变化特征。研究表明,广东各地平均气温1976年以后呈较明显的上升趋势,上升突变年出现在1989年,2007年以后为下降趋势;四季气温亦呈上升趋势,冬季及秋季最为明显,由北到南,冬季增幅最多,夏季变化最小;1990年以后热量资源增加显著。各地年平均降水量呈减少趋势,由北到南,冬季、春季降水量减少,夏季、秋季增多。潜在蒸散于20世纪80年代最低,21世纪初期最高,冬季增幅最为明显。日照百分率呈下降趋势。气候变化对作物生长、产量品质、种植布局及干旱等气象灾害均带来一定影响。     

陇中半干旱区马铃薯集雨限灌效应研究

采用大田试验与实验室分析相结合的方法,研究了集雨限灌对旱作马铃薯田蒸散量、灌水利用率、产量、产量性状及薯块品质的影响。结果表明,集雨限灌45 mm条件下马铃薯水分利用效率(WUE)显著提高,在此基础上增加灌水量,WUE降低;苗期限灌处理的WUE和灌水利用效率(IWUE)均高于薯块膨大期;苗期限灌45 mm处理综合用水效率较高。限灌可提高旱作马铃薯产量、大薯率与中薯率,降低小薯率,苗期限灌有利于大薯率的提高,薯块膨大期限灌有利于中薯率的提高;限灌降低马铃薯单株结薯数,可提高单株薯产量;超过45 mm随限灌量的增加,产量增加不显著,绿薯率和烂熟率显著增加。限灌能降低马铃薯薯块淀粉含量,提高薯块蛋白质含量。苗期限灌45 mm为半干旱区马铃薯最佳集雨限灌模式。     

昌吉地区作物生长季潜在蒸散量变化特征及影响因子

本文探究昌吉地区1963—2020年作物生长季蒸散量变化特征,为该地区水资源优化管理、作物合理布局、农业灌溉规划以及水资源开发利用提供依据。根据昌吉地区8个气象站点1963—2020年的气象数据,采用Thornthwaite法、气候倾向法、M-K检验法、小波分析法分析潜在蒸散量的时空变化特征,结合相关分析探讨气候因子对其影响。结果表明：（1）在时间尺度上,昌吉地区作物生长季潜在蒸散量增加趋势显著,变化率为2.3 mm/10 a,多年平均值为876 mm;8个气象站点潜在蒸散量都呈现增加趋势;（2）在空间尺度上,昌吉地区作物生长季内潜在蒸散量由西向东呈递减趋势。整体呈先减少后增加的变化趋势;（3）西部在2009年、中部在1994年、东部在2013年发生突变,昌吉地区突变发生在1997年,中部和昌吉地区突变早于西部和东部;周期变化显示,昌吉地区作物生长季潜在蒸散量有3.7~4.2年变化周期;（4）影响昌吉地区作物生长季潜在蒸散量主要因素是气温,其中最低气温逐年升高导致潜在蒸散量逐年增加的贡献最大,其他气候因子的变化对潜在蒸散量起着削弱作用。