去电子水灌溉对冬小麦生长及其水分利用的影响

为探究去电子水灌溉对冬小麦生长及其水分利用的影响,选取关中平原典型灌区为研究区开展大田试验。以冬小麦"小偃22号"为供试作物,设置不同的灌水类型(普通水与去电子水)和灌溉量水平(60、120、180 mm与240 mm),分阶段对冬小麦的生长指标与光合指标进行测定,分析冬小麦的耗水特性、土壤水分变化状况及水分利用效率。结果表明,同一灌溉量水平(180 mm)下,与普通水灌溉相比,去电子水灌溉的冬小麦生长速率更快,同时耗水量较高,其籽粒产量与水分利用效率亦显著提高了17.8%与15.1%;与0 mm灌溉相比,去电子水灌溉的冬小麦增产46.9%,高于普通水灌溉处理(24.7%)。去电子水不同灌溉量处理中,灌溉量为180 mm时冬小麦的籽粒产量与水分利用效率均最高。因此,可以将去电子水灌溉180 mm作为关中平原冬小麦高效用水和高产的较优灌溉方案。     

Improving water use efficiency in grain production of winter wheat and summer maize in the North China Plain: a review

Reducing irrigation water use by improving water use efficiency (WUE) in grain production is critical for the development of sustainable agriculture in the North China Plain (NCP). This article summarizes the research progresses in WUE improvement carried out at the Luancheng station located in the Northern part of NCP for the past three decades. Progresses in four aspects of yield and WUE improvement are presented, including yield and WUE improvement associated with cultivar selection, irrigation management for improving yield and WUE under limited water supply, managing root system for efficient soil water use and reducing soil evaporation by straw mulch. The results showed that annual average increase of 0.014 kg·m^-3 for winter wheat and 0.02 kg·m^-3 in WUE were observed for the past three decades, and this increase was largely associated with the improvement in harvest index related to cultivar renewal and an increase in chemical fertilizer use and soil fertility. The results also indicated that deficit irrigation for winter wheat could significantly reduce the irrigation water use, whereas the seasonal yield showed a smaller reduction rate and WUE was significantly improved. Straw mulching of summer maize using the straw from winter wheat could reduce seasonal soil evaporation by 30–40 mm. With new cultivars and improved management practices it was possible to further increase grain production without much increase in water use. Future strategies to further improve WUE are also discussed.     

贮墒旱作冬小麦耗水特征与水分利用效率

为探究华北地下水超采区冬小麦进一步减灌节水的有效栽培措施,2013—2016年,以石麦15为试材,进行只灌底墒水、生育期不灌溉的贮墒旱作模式(W0)与现行春季灌2水的节水灌溉模式(W2)比较试验,研究2种栽培模式对冬小麦耗水特征和水分利用效率的影响。结果表明:1)W0与W2相比,3年平均产量降低16.6%,主要是因为穗数和穗粒数减少,库容降低,但千粒重明显增加;2)W0全生育期耗水强度较低,主要是拔节后耗水强度逐渐降低,其总耗水量比W2减少52mm;3)与W2相比,W0提高了土壤水分利用率,开花前较多地利用0~100cm土层的土壤贮水,成熟时耗水深度达到200cm,增加了对土壤深层贮水利用,麦收后多腾出土壤水分库容99mm,有利于接纳夏季降雨,减少汛期雨水损失;4)W0在减少灌溉用水150mm的条件下,获得6 600kg/hm~2以上产量,其水分利用效率与W2无显著差异,达到1.8kg/m~3以上。研究认为,在华北地下水超采区推广贮墒旱作模式,并与节水灌溉模式合理轮作,能大幅度减少灌溉用水并实现适度丰产和水分高效的结合。     

微喷补灌对冬小麦旗叶衰老和光合特性及产量和水分利用效率的影响

【目的】探明微喷补灌对冬小麦开花后旗叶衰老和光合特性、籽粒灌浆速率、产量和水分利用效率的影响,为小麦节水高产提供重要技术支持。【方法】于2011-2013年冬小麦生长季,选用高产冬小麦品种济麦22,设置全生育期不灌水（W0）、微喷补灌（W1）和传统畦灌（W2）处理,研究小麦开花后旗叶水势、超氧化物歧化酶（superoxide dismutase,SOD）和过氧化氢酶（catalase,CAT）活性、叶绿素荧光参数、群体光合速率和籽粒灌浆速率等的差异。W1与W2处理的灌水时期一致,均于小麦拔节期和开花期各灌水1次。W1处理采用小麦专用微喷带（ZL201220356553.7）补充灌溉,灌水前测定土壤含水量。两年度小麦拔节期均设定0-140 cm土层土壤目标相对含水量为70%,第一年和第二年小麦开花期设定0-140 cm土层土壤目标相对含水量分别为70%和65%,根据灌水定额公式计算所需补灌水量。W2处理采用传统畦灌方式灌溉,改口成数为90%,即当水流前锋到达畦长长度的90%位置时停止灌水,用水表计量实际灌水量。W1与W2处理试验小区的规格一致,畦宽（左侧畦梗中心线至右侧畦梗中心线的垂直距离）2 m,畦梗宽0.4 m,畦长60 m,面积120 m²。小区间设1.0 m保护行。每小区等行距种植8行小麦,实际行距22.9 cm。W1处理的每个试验小区在自边行向内数第4行与第5行小麦之间沿小麦种植行向（畦长方向）铺设一条专用微喷带。微喷带进水端装有压力表、水表和闸阀,进水端水压设为0.02 MPa。灌溉水水源为井水,从水源至微喷带和畦田进水端采用PVC水龙带输水。畦灌的单宽流量为4.6-5.2 L·m^-1·s^-1。【结果】两年度微喷补灌处理在小麦拔节期和开花期的补灌水量分别为21.3-96.0 mm和29.0-38.5 mm,灌水分布均匀系数达87.9%-97.0%,不低于传统畦灌处理,而全生育期总灌水量比传统畦灌处理减少33.2-70.8 mm,节水21.0%-54.2%。微喷补灌处理开花后旗叶水势、SOD和CAT活性、丙二醛含量、旗叶最大光化学效率、实际光化学效率,及群体光合速率和籽粒灌浆速率、籽粒产量均与全生育期灌2水的传统畦灌处理无显著差异,但水分利用效率提高2.1-2.9 kg·hm^-2·mm^-1,达21.6-23.2 kg·hm^-2·mm^-1。【结论】小麦拔节期和开花期微喷补灌可以根据灌水前的降水量和土壤含水量状况及时调节补灌水量,并实施精确、均匀灌溉,适量供给小麦高产生理需水,挖掘出小麦节水的更大潜力。     

不同喷射角微喷带灌溉对土壤水分布与冬小麦 耗水特性及产量的影响

【目的】研究不同喷射角微喷带灌溉对土壤水分布与冬小麦耗水特性及籽粒产量的影响,以期为创新小麦节水灌溉技术,实现小麦高产高效栽培提供理论依据。【方法】2010—2012年冬小麦生长季,选用高产冬小麦品种济麦22,在田间条件下设置T0：生育期不灌水;T1、T2、T3、T4采用微喷带灌溉,微喷带带长均为40 m,喷射角分别为35°、50°、65°和80°。每条微喷带沿小麦种植行向铺设在行间,灌溉左右各4行（L1—L4）小麦,实际灌溉宽度1.6 m。【结果】（1）拔节和开花期采用微喷带补灌,同一处理下,各取样区间L1—L4的0—200 cm土层土壤含水量变化规律一致,其中T1、T2和T3处理的各行间上部土层土壤含水量均表现为：随行间距离微喷带增加,土壤含水量逐渐降低;随微喷带喷射角增大,灌溉水在土壤中的分布均匀系数显著增加。T4处理各行间0—200 cm各土层土壤含水量无显著差异,灌溉水在土壤中的分布均匀系数最高。（2）与T1、T2和T3处理相比,T4处理在拔节期至开花期对40—80 cm土层土壤贮水消耗量和开花至成熟期20—80 cm土层土壤贮水消耗量显著升高,对深层土壤贮水消耗量和总土壤贮水消耗量显著降低,拔节至开花期的阶段耗水量、开花期补灌水量、总灌水量和总耗水量亦显著降低。（3）T4处理的籽粒产量、产量水分利用效率和土壤贮水利用效率显著高于其余各处理。【结论】在本试验条件下,采用80°喷射角的微喷带灌溉处理是兼顾高产和高水分利用效率的最优处理。     

A simulation of winter wheat crop responses to irrigation management using CERES-Wheat model in the North China Plain

To improve efficiency in the use of water resources in water-limited environments such as the North China Plain(NCP), where winter wheat is a major and groundwater-consuming crop, the application of water-saving irrigation strategies must be considered as a method for the sustainable development of water resources. The initial objective of this study was to evaluate and validate the ability of the CERES-Wheat model simulation to predict the winter wheat grain yield, biomass yield and water use efficiency(WUE) responses to different irrigation management methods in the NCP. The results from evaluation and validation analyses were compared to observed data from 8 field experiments, and the results indicated that the model can accurately predict these parameters. The modified CERES-Wheat model was then used to simulate the development and growth of winter wheat under different irrigation treatments ranging from rainfed to four irrigation applications(full irrigation) using historical weather data from crop seasons over 33 years(1981–2014). The data were classified into three types according to seasonal precipitation: 100 mm, 100–140 mm, and 140 mm. Our results showed that the grain and biomass yield, harvest index(HI) and WUE responses to irrigation management were influenced by precipitation among years, whereby yield increased with higher precipitation. Scenario simulation analysis also showed that two irrigation applications of 75 mm each at the jointing stage and anthesis stage(T3) resulted in the highest grain yield and WUE among the irrigation treatments. Meanwhile, productivity in this treatment remained stable through different precipitation levels among years. One irrigation at the jointing stage(T1) improved grain yield compared to the rainfed treatment and resulted in yield values near those of T3, especially when precipitation was higher. These results indicate that T3 is the most suitable irrigation strategy under variable precipitation regimes for stable yield of winter wheat with maximum water savings in the NCP. The application of one irrigation at the jointing stage may also serve as an alternative irrigation strategy for further reducing irrigation for sustainable water resources management in this area.     

Experimental Investigation of Soil Evaporation and Evapotranspiration of Winter Wheat Under Sprinkler Irrigation

Sprinkler irrigation is one of the typical irrigation technologies used for the winter wheat-summer maize double cropping system in the North China Plain. To evaluate the evapotranspiration （ET） of winter wheat under sprinkler irrigation in Beijing area, field experiments were conducted in growing seasons through 2005-2008, in the experimental station located in Tongzhou County, Beijing, China, with different irrigation depths. Results indicated that a relatively large variation of soil water content occurred within 0-40 cm soil layer. The seasonal ET of winter wheat generally increased with increasing irrigation amount, while the seasonal usage of soil water had a negative relationship with irrigation amount. Soil evaporation （Es） was about 25% of winter wheat ET during the period from reviving to maturity. Es increased while Es/ET decreased with increasing irrigation amount. Sprinkler irrigation scheduling with relatively large irrigation quota and low irrigation frequency can reduce Es and promote the irrigation water use efficiency.     

Analysis on water requirement and water-saving amount of wheat and corn in typical regions of the North China Plain

This paper studied the variation characters on wheat and corn water consumption and irrigation watersaving amount under different water conditions (ample irrigation level, farmers conventional irrigation level and optimizing irrigation level). The water use efficiency and water saving potential of optimizing treatment and farmers’ conventional irrigation treatment were analyzed respectively. The objective of this study was to provide theoretical supporting for popularization and application of optimizing irrigation measures. Crop water requirement under sufficient water supply was calculated by Penman equation. We obtained crop water consumption under conventional treatment and optimizing treatment by field experiment. The main results showed that the irrigation amount of wheat and corn was too much under farmers’ conventional irrigation level and basically satisfied their water requirement, therefore, the water-saving amount was smaller while water-saving potential was bigger compared with the optimizing irrigation treatment. The grain yield under optimizing irrigation treatment was improved or appreciably reduced compared with that under conventional irrigation treatment, while the water consumption and irrigation amount of optimizing irrigation treatment was lower, with a higher water use efficiency. Therefore, the optimizing irrigation treatment could achieve a stable yield and high water efficiency at the same time. Moreover, when the optimizing irrigation measure was adopted, the grain yield reached 5940 kg/hm², water-saving amount reached 91mm for winter wheat, and the grain yield reached 7743 kg/hm², with water-saving amount of 49mm for summer corn in the piedmont region of Taihang Mount. The grain yield got 7710 kg/hm², with water-saving amount of 20mm for winter wheat in Heilonggang Plain. Therefore, the water-saving amount in the piedmont region of Taihang Mountain was obviously higher than that in Heilonggang Plain. Thus, the piedmont region of Taihang Mountain in the North China Plain is viewed as the key district for water-saving.     

耕作方式与灌水次数对砂姜黑土冬小麦水分利用及 籽粒产量的影响

【目的】 探讨耕作方式与灌水次数对砂姜黑土冬小麦水分利用和籽粒产量的影响,明确适宜砂姜黑土区冬小麦产量和水分利用效率同步提高的耕作与灌水处理组合模式。【方法】 于2015—2017年连续2个冬小麦生长季,在豫东南砂姜土区设置旋耕（RT）、深松（SS）2种耕作方式为主处理和拔节期+开花期灌2次水（W2）、拔节期灌1次水（W1）、全生育期不灌水（W0）3种灌水为副处理的二因素裂区试验,深入研究耕作方式与灌水次数的主效应及其互作效应对砂姜黑土冬小麦水分利用和籽粒产量的影响。【结果】 耕作与灌水对砂姜黑土麦田耗水特性、水分利用效率及籽粒产量均具有明显的调控效应。SS较RT处理可显著增加土壤贮水消耗,有利于提高自然降水和灌溉水的利用效率,与RT相比,两年度SS处理的土壤平均贮水消耗量、降水、灌水利用效率分别提高13.69%、7.03%、6.51%;增加灌溉虽可明显增加冬小麦田间耗水量,但过多灌溉致使水分利用效率降低,两年度W2较W1、W0的水分利用效率平均值分别下降18.85%、16.69%。SS处理的籽粒产量显著高于RT处理,且以深松+拔节期灌1水处理组合SSW1的产量最高。相同耕作方式下,随灌水次数的增加,千粒重呈降低趋势,成穗数呈增加趋势;两年度穗粒数变化总体随灌水次数的增加呈先升后降的变化规律。耕作方式主要通过调控千粒重影响产量,灌水次数则主要通过调控穗粒数和千粒重而影响产量,但灌水过多会抑制穗粒数和千粒重的提高。【结论】 综合考虑耕作方式与灌水次数对冬小麦水分利用和籽粒产量的调控效应,深松+拔节期灌1水处理组合SSW1可作为适宜豫东南砂姜黑土区冬小麦产量和水分利用效率同步提高的耕作与灌水处理组合模式。     

滴灌施肥对免耕冬小麦水分利用及产量的影响

【目的】为解决黄淮海平原麦区冬小麦滴灌用水量和合理的水肥配合等问题,以山东省桓台县免耕农田为试验点,系统研究了滴灌施肥对土壤水分垂直运移、冬小麦产量及其构成因素、水分利用效率等的影响。【方法】采用测墒补灌和生育期滴灌施肥相结合的方法,以常规漫灌施肥处理为对照。设置65 mm（W1）、98 mm（W2）、130 mm（W3）、195 mm（W4）和260 mm（W5）5个滴灌梯度水平处理。在130 mm滴灌水平下,分别于冬小麦的分蘖期、拔节期、孕穗期、扬花期和灌浆期5个生育时期设置相应的氮磷钾肥料配比,采用氮磷钾3个因素,每个因素4个水平的二次饱和D-最优设计方法进行田间试验。氮、磷、钾4个水平分别为：0水平（0、0、0）,1水平（94.5、42.4、59.2 kg•hm-2）,2水平（189、84.7、118.3 kg•hm-2）和3水平（270、121、169 kg•hm-2）。【结果】测墒补灌试验结果表明,W1、W3和W5处理滴灌后土壤水分主要向下运移至60、80和100 cm以下土层。滴灌量越大,土壤水分垂直运移深度越大。滴灌量260 mm时存在灌溉水深层渗漏的风险;W1处理在整个生育期土壤含水量明显低于其他滴灌处理,滴灌量130 mm以上的处理,整个生育期0-80 cm土层的含水量为田间持水量的75%-80%;滴灌施肥处理与常规漫灌施肥处理相比显著增加了冬小麦的有效穗数,不同滴灌处理中灌溉量与穗粒数呈正相关关系,与千粒重呈负相关关系;滴灌量130 mm时,小麦籽粒产量最高;滴灌显著提高了冬小麦的水分利用效率,并以W3处理最高,达2.28 kg•m-3;对滴灌施肥试验的拟合结果表明,试验区冬小麦最佳N、P2O5和K2O施用量分别为206.63、86.72和88.07 kg•hm-2。【结论】在黄淮海平原地区免耕冬小麦采用测墒补灌和滴灌施肥相结合的方法可以显著提高水分利用效率和小麦籽粒产量,较常规对照分别提高了57.46%和21.13%。主要原因是滴灌后水分向下运移至作物根区内,减少了灌溉水深层渗漏的风险,促进了作物对随水施入肥料的吸收。合理的滴灌施肥配比下总体可节水51.85%,节约氮肥23.47%、磷肥28.33%和钾肥47.89%。     

不同降雨和灌溉模式对作物产量及农田氮素淋失的影响

【目的】定量化不同降雨和灌溉条件下农田氮素的淋失和作物产量,为不同降雨量年份的灌溉决策提供科学依据。【方法】在中国农业大学河北曲周实验站,依据该地40年（1966—2005）的气象资料,结合当地农民的习惯,设定了5种灌溉方式,即冬小麦季灌水3次,分别在越冬期、起身到拔节期和灌浆期,灌水量分别为：（A）无灌溉,（B）50 mm +50 mm +50 mm,（C）70 mm +70 mm +70 mm,（D）90 mm +90 mm +90 mm,（E）120 mm+ 120 mm +90 mm;夏玉米季灌水2次,分别在苗期和乳熟期,灌水量分别为：（A′）无灌溉,（B′）80 mm +0 mm,（C′）80 mm +70 mm,（D′）90 mm +80 mm,（E′）100 mm +100 mm。利用校验后的水氮管理模型,分析了不同降雨量和灌溉对氮素淋失和作物产量的影响。【结果】冬小麦产量随降雨和灌溉量的增加而增加。在综合考虑氮素淋失风险和作物产量的条件下,当降雨量＜200 mm（发生概率87.2%）时,可采用D灌溉方式,相应氮淋失量为0—30.9 kg N•hm-2;当降雨量＞200 mm（发生概率12.8%）,可采用C灌溉方式,相应氮素淋失量为0.06—41.2 kg N•hm-2。夏玉米产量也随灌水量的增加而增加,但降雨和灌溉总量超过600 mm时,产量下降;按降雨量可分为＜250 mm（发生概率17.9%）、250—450 mm（发生概率64.2%）、＞450 mm（发生概率17.9%）,分别采用D′、C′和B′的灌溉模式,相应的氮素淋失为0—7.3 kg N•hm-2,0—82.2 kg N•hm-2（其中84.2%的淋失水平为I级,淋失水平III级只有5.3%）和0—61.6 kg N•hm-2（其中I级概率为86.8%,III级只有2.6%）。【结论】不同降雨量采用不同的灌溉模式,既可以保证产量,又可以减少氮淋失。普通年份冬小麦季建议采用越冬期、起身到拔节期和灌浆期3次灌溉,每次灌水90 mm的模式。夏玉米季采用苗期和乳熟期灌溉,分别灌水80 mm和70 mm的模式。     

黄土塬区冬小麦产量及水分利用效率对播前底墒变化与生育期差别供水的响应

【目的】通过黄土塬区播前底墒变化和生育期差别供水(降水+补充灌溉)对冬小麦产量、耗水量以及水分利用效率影响的田间试验,揭示该区域农田有限水资源高效利用的调控机制,明确现有措施下冬小麦旱作生产潜力可实现水平。【方法】划设田间试验小区,在夏闲期通过覆盖保水与生物耗水措施形成底墒差异的基础上,设计如下试验:(1)由不同底墒+生育期降水形成4个冬小麦全生育期无补灌处理,以分析冬小麦产量及水分利用效率对播前底墒变化的响应。其2 m土层底墒变化范围为350—550 mm。(2)相同底墒下不同生育期灌一水处理:在平均底墒约为500 mm下分别在拔节期、孕穗期和灌浆期补充灌溉40 mm,探讨冬小麦不同生育期对等量灌溉的响应差别。(3)高底墒542.3 mm与571.6 mm下分别进行灌2水与4水处理,形成冬小麦全生育期比较充分的供水条件,研究冬小麦在低水分胁迫下产量提升的可能程度及其水分利用效率特征。【结果】(1)在黄土塬区降水季节分布特征下,播前底墒对冬小麦产量具有决定性作用,产量随底墒线性增加。在做好夏闲期蓄水保墒的基础上,旱作冬小麦产量可达到充分供水情况下能够取得产量的88%—90%水平。(2)与2 m土层底墒为500 mm且生育期无补充灌溉的处理比较,供水增加同为40 mm时,表现为底墒增加处理的产量提高了11.8%,次之是在拔节期与孕穗期分别补灌的处理,但三者间产量无显著差异;播前底墒较高并在拔节期及孕穗期补充灌溉的处理冬小麦产量达到试验年份较高水平,且作物水分利用效率(WUE)也得到提高。(3)冬小麦产量与耗水量表现为Logistic曲线关系,随着耗水量的增大,产量提升速率表现为先快后慢,边际水分利用效率(MWUE)则持续降低,而WUE表现为上升、达到峰值和下降三个阶段,且WUE到达其最高值的耗水量小于产量到达其最高值的耗水量。【结论】黄土塬区气候条件下,播前底墒差别与生育期差别供水对冬小麦产量均有影响,由底墒或不同生育时期分别增加等量供水在总供水水平相同时其增产效应基本一致;采用Logistic曲线模型可以较好地模拟冬小麦产量与耗水量之间的关系,揭示产量、耗水量及WUE间的内在联系。     

不同水分管理下全田土下微膜覆盖的冬小麦耗水特性

【目的】针对海河平原水资源匮乏与冬小麦生产水分高耗的现实矛盾,研究不同水分管理条件下全田土下微膜覆盖的冬小麦耗水特性,探索区域小麦节水生产新方法。【方法】采用大田试验,以小麦常规种植方法为对照,进行两地3年试验研究。【结果】全田土下微膜覆盖下,小麦生育期田间耗水量显著降低116.1—167.9 mm,土壤贮水消耗占总耗水的55.5%—77.9%。覆膜显著减少了小麦返青前的耗水量,生育后期耗水占总耗水量的比例提高。覆膜条件下,拔节前根系吸水深度较露地处理浅40 cm,生育期2 m土体可供水212.2—240.3 mm,春季灌水75 mm小麦对土壤贮水消耗集中在0—140 cm土层,比常规生产（CK,3次灌水共225 mm）深40 cm,灌水时间后移可显著减少2 m土体贮水消耗。土下微膜覆盖条件下,雨养耗水284.3 mm可获得不低于7 500 kg•hm-2的小麦产量,播前灌水≥60 mm或抽穗期灌水75 mm,可获得与CK相当的产量,水分利用效率比CK提高40%以上、净水分利用效率和灌溉水利用效率达到最高。【结论】全田土下微膜覆盖雨养或适时少量灌水是海河平原大幅降低小麦耗水,缓解水资源供需刚性矛盾的一种新型种植方法。     

华北平原压采地下水对小麦生产的影响分析

华北平原是我国农业主产区,长期以来,该区域农业生产主要依靠大量抽取地下水维持,区域的水资源安全乃至生态安全面临重大挑战。当前为实现地下水压采,该区域提出了以节水为核心,着力调整种植结构,大力发展高产量、低耗水作物的农业措施,而小麦又是该地区的主粮作物,同时也是高耗水作物,因此,在优化农业灌溉方式和调整种植结构方面明确小麦生产与水资源安全的关系对于实现华北平原农业可持续发展具有重要意义。采用调查和数据收集相结合的方法,研究了不同灌溉方式和种植结构对小麦产量、耗水量的影响,进而探讨不同生产方式对小麦产量以及粮食安全的影响。结果分析认为各地在推进压采地下水措施时应当根据实际情况选择合理的节水模式或节水技术,而不是简单地调减小麦种植面积乃至退出小麦生产。     

Improving winter wheat grain yield and water-/nitrogen-use efficiency by optimizing the micro-sprinkling irrigation amount and nitrogen application rate

Available irrigation resources are becoming increasingly scarce in the North China Plain (NCP),and nitrogen-use efficiency of crop production is also relatively low.Thus,it is imperative to improve the water-use efficiency (WUE) and nitrogen fertilizer productivity on the NCP.Here,we conducted a two-year field experiment to explore the effects of different irrigation amounts (S60,60 mm;S90,90 mm;S120,120 mm;S150,150 mm) and nitrogen application rates (150,195 and 240 kg ha~(–1);denoted as N1,N2 and N3,respectively) under micro-sprinkling with water and nitrogen combined on the grain yield(GY),yield components,leaf area index (LAI),flag leaf chlorophyll content,dry matter accumulation (DM),WUE,and nitrogen partial factor productivity (NPFP).The results indicated that the GY and NPFP increased significantly with increasing irrigation amount,but there was no significant difference between S120 and S150;WUE significantly increased first but then decreased with increasing irrigation and S120 achieved the highest WUE.The increase in nitrogen was beneficial to improving the GY and WUE in S60 and S90,while the excessive nitrogen application (N3) significantly reduced the GY and WUE in S120 and S150 compared with those in the N2 treatment.The NPFP significantly decreased with increasing nitrogen rate under the same irrigation treatments.The synchronous increase in spike number (SN) and 1 000-grain weight (TWG)was the main reason for the large increase in GY by micro-sprinkling with increasing irrigation,and the differences in SN and TGW between S120 and S150 were small.Under S60 and S90,the TGW increased with increasing nitrogen application,which enhanced the GY,while N2 achieved the highest TWG in S120 and S150.At the filling stage,the LAI increased with increasing irrigation,and greater amounts of irrigation significantly increased the chlorophyll content in the flag leaf,which was instrumental in increasing DM after anthesis and increasing the TGW.Micro-sprinkling with increased amounts of irrigation or excessive nitrogen application decreased the WUE mainly due to the increase in total water consumption (ET)and the small increase or decrease in GY.Moreover,the increase in irrigation increased the total nitrogen accumulation or contents (TNC) of plants at maturity and reduced the residual nitrate-nitrogen in the soil (SNC),which was conducive to the increase in NPFP,but there was no significant difference in TNC between S120 and S150.Under the same irrigation treatments,an increase in nitrogen application significantly increased the residual SNC and decreased the NPFP.Overall,micro-sprinkling with 120 mm of irrigation and a total nitrogen application of 195 kg ha~(–1) can lead to increases in GY,WUE and NPFP on the NCP.     

海河平原春季限水灌溉下冬小麦农田水分动态及产量形成特征

海河平原冬小麦生产与水资源匮乏的矛盾十分突出，亟需建立限水灌溉制度，实现丰产与水分高效的协调统一。于2018—2020年冬小麦生长季，选取旱地组（石麦22、衡观35和冀麦418）和水地组（石农086、冀麦585和石新828）2种类型小麦品种，设置适期播种和晚播2个播期以及春季2次灌水、不灌水和春3、4、5、6叶龄1次灌水处理。研究不同处理土壤水分动态变化及冬小麦产量形成特征。结果表明： 春季限水灌溉下，0—60 cm土层为主要供水层，其含水量（SWC60）变化显著影响小麦产量形成；春4叶龄为冬小麦春季1次灌水的最佳灌溉时期，灌水前干旱程度较轻，灌水后直至乳熟末期SWC60才低于60%，干旱胁迫也相对较轻；春季限水灌溉下，冬小麦产量显著降低，旱地组品种产量降幅低于水地组品种。不同春季叶龄1次灌水处理总体表现为春4叶龄灌水产量降幅最小，平均减产约10%。春季1次灌水晚播处理的产量水平与对应的适期播种处理无显著差异。春4叶龄灌水处理产量和水分利用效率（WUE）显著高于其他春季1次灌水处理，其单位面积穗数、穗粒数和千粒重更为均衡协调，最终在实现7 502.9~8 050.0 kg·hm^?2产量水平的同时，WUE达17.5 ~20.1 kg·hm^?2·mm^?1，较春季2次灌水节水70.1 mm。上述研究结果为构建精量高效的小麦春季限水灌溉制度提供了依据。     

灌水时期和灌水量对小麦耗水特性、籽粒产量及蛋白质组分含量的影响

 【目的】研究高产条件下灌水时期和灌水量对小麦的耗水特性和籽粒蛋白质组分含量的影响,为小麦节水高产优质栽培提供理论依据。【方法】设置不同灌水时期和灌水量的处理,采用反相高效液相色谱（RP-HPLC）分析方法对籽粒蛋白质进行分离量化,研究不同水分处理对小麦耗水量、水分利用率、籽粒产量、籽粒品质和籽粒蛋白质组分含量的影响。【结果】随着灌水量的增加,灌水量占农田耗水量的百分率提高,降水量和土壤贮水消耗量占农田耗水量的百分率降低。减少灌水量,促进小麦对土壤贮水的利用,提高小麦在0～100 cm各土层的土壤耗水量。降低农田耗水量、提高水分利用率是实现节水高产栽培的有效途径。拔节期和开花期分别灌水60 mm的处理在两年度生长季均获得了最高的水分利用率;在2004－2005年生长季W1处理的籽粒产量与W2无显著差异,但显著高于W0处理;在2005－2006年生长季W'2处理的籽粒产量与W'3无显著差异,但显著高于W'0、W'1处理。水分对小麦籽粒蛋白质组分含量具有重要的调控作用。在2004－2005年生长季,与W2处理相比,W1处理的籽粒醇溶蛋白含量降低,HMW-GS含量和谷蛋白含量升高,籽粒蛋白质含量和湿面筋含量升高,面团形成时间和面团稳定时间延长,有利于强筋小麦济麦20籽粒品质的改善。在2005－2006年生长季,随灌水量增加,籽粒HMW-GS含量、谷蛋白含量有先升高后降低的趋势,以W'2处理最高,与籽粒蛋白质含量、面团形成时间和面团稳定时间的变化趋势一致。【结论】本试验条件下,拔节期和开花期分别灌水60 mm是兼顾节水、高产、优质的最优处理。     

基于CiteSpace的华北冬小麦-夏玉米周年优化灌溉制度的节水潜力分析

为探究华北地区冬小麦-夏玉米一年两熟制周年优化灌溉制度的节水潜力,基于文献计量学方法,系统梳理了1995—2020年有关华北地区冬小麦-夏玉米一年两熟制周年优化灌溉制度的文献发文量、被引量、高影响力期刊、作者、研究单位、高频词、试验站点,以分析其研究态势,并利用CiteSpace进行了可视化与关联分析。在此基础上,进一步整理了该模式中高灌溉需水量作物冬小麦的关键节水技术,包括了工程节水技术(喷灌、滴灌、微喷灌)、生物节水技术(品种选育)与典型农艺节水技术(优化灌溉制度)等,系统分析了各节水技术对冬小麦产量、耗水量、水分利用效率的影响。结果表明:1)华北地区冬小麦-夏玉米一年两熟制周年优化灌溉制度研究的相关发文量在近年来呈明显增加趋势,发展态势良好,但同时缺乏高被引论文。中国农业大学、中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心、河南农业大学发文数量排在前三位,分别占总发文数的27%、10%和10%,在该领域具有较高的活跃度;2)从高频词来看,该领域主要聚焦于水分利用效率、产量、光合特性、生长特性、模型模拟等。但相关领域也存在问题,如主要作者、一些研究机构间合作不够密切,田间实验站点分布不均匀且缺少长期稳定的定位观测试验等;3)对于高灌溉需水量作物冬小麦的文献计量研究表明,喷灌、滴灌、微喷灌、选用抗旱节水品种等技术,可降低田间耗水量7%~13%、产量不同程度增加2%~10%,水分利用效率提高约5%~28%。优化灌溉制度,减少灌溉次数,且根据不同降水年型保证冬小麦关键生育期的需水,可降低田间耗水9%~25%,产量降低2%~18%,水分利用效率提高约6%~9%。综上,为进一步保证粮食生产与水资源安全,应将冬小麦-夏玉米一年两茬作为一个整体来充分考虑周年的水分利用,合理优化周年的灌溉制度,构建整合配套的农艺节水技术体系和灌溉设备与技术。     

华北地区冬小麦-夏玉米轮作节水体系周年水分利用特征

【目的】定量研究华北地区冬小麦-夏玉米轮作节水体系的水分周年利用特征。【方法】在大田条件下,通过在小麦季设不灌水（W0）、拔节水（W1）、拔节水+扬花水（W2）和起身水+孕穗水+扬花水+灌浆水（W4）4个水分处理,进行了两个周期的研究。【结果】（1）小麦产量和周年最高产量两年分别在节水灌溉处理W1和W2获得,玉米产量在不同处理间无显著差异。小麦水分利用效率（WUE）与产量的表现相似,玉米WUE显著高于小麦,并随灌水量的增加显著降低;周年WUE则在W0或W1处理最高,而后随灌水量的增加显著降低。（2）W4处理的2 m土体土壤水分含量在各个阶段没有明显变化,其它处理则随小麦生育进程而不断降低（即土壤水分库容不断变大）,且灌水次数越少降幅越大,至小麦收获期达到最低点;到玉米拔节期,由于降雨补充所有处理的土壤含水量趋于一致,相应地,2 m土体接纳汛期降雨分别为178-188 mm（W0）、124-160 mm（W1）、38-93 mm（W2）和-30-21 mm（W4）。（3）随灌水量增加,作物耗水强度和季节蒸散量变大;玉米拔节期后,作物耗水特性与土壤水分变化无差异。（4）降雨致使出现水分的深层渗漏,丰水年和平水年分别为163 mm（W0、W1）、181 mm（W2）、253 mm（W4）和13 mm（W0、W1、W2）、45 mm（W4）,丰水年小麦季W4处理也有54 mm水分深层渗漏。丰水年W0和W1处理实现了127 mm和57 mm对地下水的净回补。【结论】小麦节水栽培显著减少了对地下水的开采,大幅提高了降雨的利用效率,可实现作物对水资源的高效利用和丰水年降雨对地下水的净回补。丰水年W1处理或平水年W2处理有利于水分高效利用与高产的统一,对于华北地区农业的可持续发展具有重要意义。     

华北平原主要农作物灌溉需水量的估算

本文根据华北平原农田水分循环特点,建立了一个农田土壤水分平衡模型.利用研究区内30个气象台站20～40年的气象资料,模拟计算了华北平原主要农作物(冬小麦、夏玉米和棉花)的历年灌溉需水量.在模拟过程中,考虑到华北平原土壤质地层次排列复杂,土壤持水特性不一,将土壤的最大有效含水量划分了5个等级.根据统计排频分析,确定了在干旱年、中等年及湿润年型下冬小麦、夏玉米和棉花的灌溉需水量.并分析了华北平原的1m 土层土壤最大有效含水量为180～240mm 范围时,3种作物多年平均的及不同年型的灌溉需水量在华北平原的区域分布特征.