贵州地区主要作物需水规律与作物系数的研究

为了明确西南地区主要作物的需水规律和作物系数,根据贵州省修文县中心试验站2012年水稻、冬小麦、玉米、油菜和烤烟的田间试验资料,依据田间水量平衡方程和FAO-56Penman-Monteith公式计算出贵州地区主要作物需水量以及参考作物需水量,并对主要作物在不同灌溉模式下的需水规律和作物系数进行了研究。试验结果得出,贵州地区的水稻、玉米、冬小麦、油菜和烤烟在充分灌水条件下全生育期的作物系数分别为1.47、0.97、1.39、1.06和0.97,且各种节水灌溉模式均具有一定的节水效果,各处理条件下的玉米、冬小麦和烤烟的需水规律较一致,抽雄期、拔节抽穗期和旺长期分别是玉米、冬小麦和烤烟的生长旺盛期,需水量分别达70.42~96.14、90.7~97.4和182.49~238.34mm,而水稻和油菜的需水规律受灌溉模式的不同有所影响。研究结果以期为贵州地区农业节水灌溉和灌区水资源配置提供一定的科学依据。     

基于CROPWAT模型的玉米需水量及灌溉制度研究

【目的】研究黑龙江西部气候变化对玉米需水量影响及不同降雨年型下喷灌、膜下滴灌的灌溉制度。【方法】基于黑龙江省肇州县1988—2015年气象资料、作物参数和土壤数据,利用Mann-Kendall趋势检验法分析了玉米生育期内各气象因素变化规律,结合CROPWAT模型研究了黑龙江省西部玉米需水量、有效降雨量和灌溉需水量的年际和各生育期间的变化规律并总结归纳了导致这些变化的气象原因,分析了不同降雨年型作物需水量与有效降雨量的耦合度并制订了相应的喷灌和膜下滴灌灌溉制度。【结果】(1)玉米生长期内,月平均最高温度和月平均最低温度显著升高,月平均风速显著降低;(2)玉米生长期内需水量受最高温度影响,以8.72 mm/10 a的速率增长,变化范围为374.7~537.0 mm;(3)特枯水年、枯水年、平水年和丰水年的需水量分别为500.3、470.8、442.8、395.4 mm。(4)不同降雨年型作物需水量与有效降雨量的耦合度总体呈先升增大后减小的变化趋势;(5)喷灌条件下,特枯水年、枯水年和平水年的灌溉净定额分别为187.4、125.4、49.2 mm;(6)膜下滴灌条件下,特枯水年、枯水年和平水年的灌溉净定额分别为163、95.6、35.8 mm。【结论】在气候变化背景下,该地区有效降雨呈减小趋势,玉米需水量呈增大趋势,除丰水年外,有效降雨量难以满足玉米的需水要求,在农业生产中应根据不同降雨年型在抽雄期和灌浆期进行适量灌溉来保证玉米稳产、高产。     

干湿循环作用下稻田地下水补给过程变化特征

【目的】探究节水灌溉模式条件下稻田地下水补给特征。【方法】采用定地下水埋深的蒸渗仪开展试验,分析节水灌溉干湿循环下稻田地下水补给量变化过程,研究地下水补给对节水灌溉稻田作物需水的贡献及对土壤水分的调节作用。【结果】控制灌溉稻田地下水补给过程频繁,当稻田干湿循环过程中土壤水分降至一定限度时,稻田地下水补给量在复水后(灌水或降雨)1 d内出现峰值,稻季共出现16次峰值。控制灌溉稻田稻季地下水补给量达253.98mm,约占水稻需水量的51.1%。稻田干湿循环中,在稻田地下水补给与土壤水入渗的综合作用下,30 cm深度以下土壤含水率保持稳定,0～30 cm深度土壤含水率总体呈下降趋势。【结论】节水灌溉干湿循环下稻田地下水补给量显著增加,有效补给了水稻需水。浅地下水埋深条件下,稻田地下水补给过程直接影响水稻根区土壤水分变化。     

温室芹菜需水强度与作物系数研究

测定作物需水量是进行合理灌溉的基础,确定作物系数是借助气象参数便捷预测作物需水量的前提。本研究借助水量平衡法和Penman-Monteith温室修正模型对芹菜进行研究。试验结果表明:温室芹菜需水强度和参考需水强度均呈“增加-降低-增加”的波动增加趋势,累积需水量和参考累积需水量均呈直线函数增加趋势,作物系数呈移动平均函数变化趋势。进一步将全生育期划分为4个阶段发现,苗期、叶丛初期、中期和后期的需水强度分别为1.128、1.917、1.405和2.212 mm/d,需水量分别为30.46、51.77、63.23和79.63 mm,作物系数分别为0.418、0.385、0.571和0.565。基于2 h采集频率的气象数据结果还表明,4个生育期的参考需水强度日变化曲线均呈“单峰型”,早晨8点开始逐渐升高,午间12点至下午2点达到峰值,以后逐渐降低,至晚间10点左右回落至初始值。     

西北旱区制种玉米不同灌溉制度对土壤水分及产量的影响

通过田间试验研究了不同灌溉制度对土壤水分及制种玉米农艺性状及产量的的影响。试验结果表明,在苗期~拔节期,灌水处理主要影响土壤0~60cm的土壤水分分布。灌浆期~成熟期进行灌水处理对提高土壤0~100cm土壤蓄水量无明显的促进作用。相同灌溉定额条件下,不同灌水次数对产量有一定的影响。作物全生育期耗水量与作物经济产量具有二次抛物线关系,相关性显著(相关系数为0.886 1)。研究结果表明在西北旱区灌水定额为900m3/hm2条件下,在制种玉米苗期~拔节期、拔节期~抽雄期、抽雄期~灌浆期进行3次灌水为最优灌溉制度。     

河西绿洲灌区主要作物需水量及作物系数试验研究

利用Penman-Monteith公式计算了甘肃张掖绿洲主要作物各生育期参考作物蒸散量,利用农田水量平衡方程及土壤水分胁迫系数计算了作物实际蒸发蒸腾量,并计算比较了充分灌溉和非充分灌溉条件下不同生育期作物需水特征,确定了非充分灌溉条件下主要作物的作物系数。结果表明,非充分灌溉条件下,主要作物各生育期需水规律和充分灌溉具有一致变化趋势。非充分灌溉条件下,小麦、玉米、马铃薯全生育期作物系数平均值分别为0.81、0.7和0.73。在全生育期当中,随生育期的延续,主要作物叶面蒸腾比例逐渐增大,棵间蒸发逐渐减少。     

华北小麦-玉米轮作净灌溉需水量变化趋势——以大兴区为例

【目的】开展不同时间序列华北小麦-玉米轮作净灌溉需水量变化趋势研究,为未来农业用水规划提供决策参考。【方法】采用Mann-Kendall非参数检验法分析了近60 a(1961―2017年)与近30 a(1988―2017年)小麦-玉米轮作的作物需水量、有效降水量、净灌溉需水量的变化趋势。【结果】不同时间序列小麦-玉米轮作的作物需水量、有效降水量及净灌溉需水量的变化趋势存在较大差异,1961―2017年小麦-玉米轮作作物需水量与有效降水量整体呈显著增加趋势,变化倾向率分别为5.3、7.8 mm/10 a;而净灌溉需水量呈不显著减少趋势,变化倾向率为-2.5 mm/10 a。1988―2017年小麦-玉米轮作作物需水量整体呈显著增加趋势,变化倾向率为11.0 mm/10 a;有效降水量整体呈显著减少趋势,变化倾向率为-7.3 mm/10 a;净灌溉需水量整体呈显著增加趋势,变化倾向率为18.3 mm/10 a。【结论】1961―2017年小麦-玉米轮作的净灌溉需水量减少,主要是平均风速与日照时间减少所致;而1988―2017年小麦-玉米轮作净灌溉需水量增加,主要是气温升高与相对湿度减少所致,且序列越短其变化趋势越显著。因而在进行灌溉用水规划时,合理选择序列长度尤为重要。     

鄱阳湖流域典型湿地植物需水规律研究

湿地植被需水量是维持湿地生态系统生态平衡和湿地植被正常生长,保障湿地系统生态功能正常发挥所需的水量。选取鄱阳湖流域8种典型湿地植物:藜蒿、菖蒲、美人蕉、茭白、高秆灯芯草、西伯利亚鸢尾、白莲、莲藕,于2013年在江西省灌溉试验中心站人工湿地试验场开展试验,分析了不同湿地植物全生育期需水量及其生育阶段和日变化规律,得到不同湿地植物的作物系数。结果表明,在湿地植物需水高峰期的5-10月,8种湿地植被日均需水量变化范围为4.3~6.1mm,其中菖蒲最高为6.1mm,白莲最低为4.3mm。经测定,湿地日均渗漏量为1.3mm;全生育期湿地植被需水量变化范围为800~1 125.6mm,是平均值的0.86倍至1.21倍;8种湿地植物全生育期作物系数变化范围为1.8~2.4,其中菖蒲最高为2.4,白莲和莲藕最低为1.8,而藜蒿、高杆灯芯草和西伯利亚鸢尾的全生育期作物系数为2.0左右,对照处理作物系数保持在1.7。本文研究结果为鄱阳湖流域不同湿地植物需水规律分析及其计算提供了依据。     

设施栽培菠菜需水规律与作物系数研究

根据设施栽培蔬菜需水量试验资料,分析了设施栽培春菠菜和冬菠菜在全生育期内的需水规律和累积需水规律;采用FAO-56单作物系数法计算了设施栽培春菠菜和冬菠菜的作物系数,分析了2种作物的作物系数在全生育期内的变化规律;引入Logistic曲线划分的生育阶段对设施栽培作物系数进行了进程修正,引入气象修正因子对其进行了数值修正.结果表明,设施栽培春菠菜与冬菠菜作物需水规律随生长发育表现为先增后减变化规律,作物累积需水量表现出符合Logistic曲线的慢一快一慢的累积规律;作物系数呈与需水规律一致的变化规律;进程、数值双重修正后的作物系数值更加接近实测值.     

冀中平原冬小麦—夏玉米一体化节水栽培技术

实验表明：冬小麦的灌水量直接影响下茬玉米的土壤水分；冬小麦耗水量与产量、冬小麦力。夏玉米的总耗水量与产量均呈抛物线关系。因而减少非关键生育期的灌水对产量影响不大。根据天然降水分布规律，选用全生育期９０天左右的玉米杂交种，６月２０日以前播种，８月上旬抽雄，使主要需水期与降水高峰相吻合，尽量减少夏玉米的灌水。通过作物干旱胁迫试验，找到作物不同生育期的减产系数，为制定节水型灌溉制度提供依据；通过对土壤水分的观测发现，在作物播前、收后土壤内均有部分速效水，充分利用土壤水是节水栽培技术的重要措施之一。     

东北寒区水稻需水对地下水埋深的响应及灌溉模拟

【目的】揭示不同降水年型下东北寒区水稻需水对地下水埋深变动与灌溉的响应规律,进一步优化寒区水稻灌溉制度。【方法】以黑龙江庆安和平灌区灌溉试验站多年水稻灌溉试验及2017年地下水动态观测数据为依据,分析不同灌水模式下水稻耗水及地下水变化动态,验证AquaCrop模型在东北寒区水稻生长模拟中的适用性,并用于模拟分析25%、50%、75%降水年型下水稻需水与不同地下水埋深的相互关系及灌水量的响应规律,提出适宜该地区水稻高产的地下水埋深范围及其生育期净灌水量。【结果】①水稻生育期内,地下水埋深先浅后深,其中,分蘖期、拔节孕穗期和抽穗开花期耗水量大,灌溉和降雨较多,地下水埋深较浅;②构建了3种降水年型下ET与GD、I的多元回归方程,综合考虑了水稻需水量与地下水埋深、生育期灌水量之间的相关关系,可用于稻田高效耗用水管理和地下水资源持续利用;③为实现东北寒区水稻高产和地下水埋深基本稳定的双重目标,地下水埋深应控制在2.0～2.5 m之间,水稻生育期净灌水量为:枯水年不宜低于现状灌水量,即300 mm;丰水年和平水年净灌水量可适当减少至现状灌水量的0.8倍,即240 mm。【结论】提出了适宜该地区水稻高产的地下水埋深范围及生育期净灌水量,为促进我国东北地区节水增粮,保护湿地生态环境,提高农业用水效率提供了理论依据。     

呼伦贝尔地区喷灌对大豆生长及水分利用效率的影响

【目的】优化呼伦贝尔地区灌溉管理制度。【方法】针对呼伦贝尔大豆喷灌补灌技术,以"新密荚王738"为供试品种,采用喷灌,设75 mm(P1)、85 mm(P2)、95 mm(P3)、105 mm(P4)4个灌水量处理,并设置1个无灌溉对照处理(CK),测定了不同时期的生物质量、产量、产量构成因子,分析了不同水平下生育期各阶段的耗水规律和水分利用效率。【结果】不同生育期灌水均能促进植物株高和叶面积的生长,株高较CK增加了3.8%～14.1%,叶面积指数较CK增加了2.4%～16.7%,结荚期是株高和叶面积指数的需水敏感期。与CK相比,灌水各处理百粒质量和荚粒数明显增加,单株荚数显著增加。与CK相比,P2处理荚数、百粒质量分别提高了37.2%、11.1%,P4处理荚数、百粒质量分别提高了21.9%、6.6%。P1、P2、P3和P4处理产量分别增加了9.9%、21.9%、20.8%和16.9%。全生育期大豆耗水量在326.7～435.8 mm之间,且随着灌水量的增加,大豆总耗水量显著增加,P1、P2、P3、P4处理分别比CK增加了17.7%、19.9%、26.5%、33.4%。不同生育阶段大豆耗水量不同,结荚期与鼓粒期为主要耗水阶段,共占总耗水量的48.6%以上。生育期日耗水强度均值表现为结荚期>鼓粒期>开花期>成熟期>分枝期>苗期。P1、P2、P3、P4处理WUE均分别比CK提高了17.4%、27.5%、20.3%和10.1%。【结论】本试验条件下,不同灌水量对耗水量和水分利用效率影响比较明显,P2处理在各方面表现均最好,可以达到节水与高产的目标。     

基于冠气温差的淮北地区水稻日需水量估算模型研究

【目的】构建水稻日需水量估算模型,为灌区动态用水管理提供科学指导。【方法】以淮北淮涟灌区水稻为研究对象,通过称质量法获取水稻日需水量,同步采集水稻冠层温度和相关气象要素,分析各要素与实测水稻日需水量关系,构建了以太阳净辐射和冠气温差为参数的水稻日需水量估算模型,并利用叶面积指数对其进行修正。【结果】太阳净辐射量和冠气温差是反映水稻日需水量的关键因子,水稻日需水量与太阳净辐射呈正线性相关,与冠气温差呈负线性相关,冠气温差随着生育期延续有增大的趋势。通过叶面积指数修正的模型相对误差为5.07%,均方根误差为0.183 mm/d。【结论】利用冠气温差估算水稻日需水量,方法较为简单,精度满足灌溉管理要求。     

条带种植模式下微喷带对冬小麦产量和耗水特性的影响

【目的】缓解华北平原淡水资源匮乏与冬小麦高耗水的矛盾,解决当地水资源利用率低的问题。【方法】以济麦22为试验材料,在条带种植微喷带灌溉设置了4个灌水量处理:在小麦拔节期、灌浆初期、灌浆中期(灌浆期5月下旬)3个生育时期设灌水15 mm(W1)、22.5 mm(W2)、30 mm(W3)、37.5 mm(W4),以等行距种植常规地面畦灌在拔节期和灌浆初期各灌60mm为对照(CK),分析了不同灌溉处理的耗水特性、籽粒产量及水分利用特征。【结果】小麦生育期内总耗水量在306.46～399.4 mm,W1、W2、W3、W4处理和CK土壤水占总耗水的比例分别为44.2%、42.97%、41.24%、40.15%和38.41%;随着灌水量的增加,灌溉水占总耗水的比例增加;冬小麦拔节至灌浆初期耗水量最大,占全生育期的45.33%～53.68%,条带种植模式各处理在播种至灌浆初期耗水所占比重较大,CK则在灌浆初期至成熟期较大。微喷带灌溉条件下冬小麦籽粒产量随着灌水量的增加而增加,W4处理产量最高达9 682.66 kg/hm2;W3处理的水分利用率最高,比CK提高了7.54%。【结论】微喷带灌溉灌水量在135～157.5mm,耗水量在367.5～400 mm时,冬小麦能获得最高的产量和水分利用效率。     

水分处理对冬小麦生育期耗水分配及产量影响

【目的】探索冬小麦产量及水分利用效率对灌溉水在生育期运筹的响应过程。【方法】通过人工控水试验开展了6个生长季(2012—2018年)的测坑冬小麦灌溉试验,试验设置不同灌溉水时间和不同次灌水定额,3个处理分别为拔节90 mm(I90)、拔节45 mm+抽穗45 mm(I45*2)、拔节30 mm+抽穗30 mm+灌浆30 mm(I30*3),总灌溉额均为90 mm,重点研究了灌溉水在生育期分配对冬小麦产量和水分利用效率(WUE)的影响。【结果】6个生长季的试验数据统计分析表明,I90、I45*2和I30*3处理的平均产量分别为6 878.3、7 249.1和7 568.6 kg/hm^2;与I90处理相比,I45*2和I30*3处理的产量分别提高了4.4%和10.0%;在灌溉定额一定条件下,不同灌溉处理对生育期总耗水没有显著影响,但I45*2处理比I90处理生殖生长阶段的耗水增加了23.7%,且生育期水分利用效率提高了14.8%。【结论】有限供水条件下,小定额多次灌溉可以有效改善生育后期麦田水分状况,有利于光合产物向籽粒的转化,进一步提高冬小麦千粒质量和收获指数,最终提高了冬小麦经济产量和水分利用效率。     

深松条件下灌溉频次对棉花水分利用效率及产量的影响

【目的】探讨深松条件下灌溉频次对棉花水分利用效率及产量的影响。【方法】2016—2017年,在深松后相同灌溉量下,设置3个灌溉周期为4、7、10 d,对应灌溉次数为17、10、7次,分别以D4、D7、D10表示,研究了灌溉期土壤水分、干物质积累、耗水量、水分利用效率(WUE)及产量的变化特征。【结果】深松条件下,适中的灌溉频次(D7)显著增加了0～20 cm土壤含水率,促进棉花干物质向蕾铃器官分配,提高WUE,2016年和2017年D7处理比D4、D10处理分别提高15.5%、16.5%和10.5%、9.2%。而过高(D4)或过低(D10)的灌溉频次降低了土壤含水率,高频灌溉促进了棉花营养生长,但向蕾铃器官分配比例降低,而低频灌溉干物质积累总量显著降低,土壤贮水减少量和总耗水量显著增加。过高或过低的灌溉频次均导致产量降低,D7处理的籽棉产量比D4、D10处理在2016年提高13.8%、17.3%,2017年提高7.0%、6.1%,而产量提高的主要原因是单株铃数和单铃质量的增加。【结论】深松后灌溉频次应以1次/7 d,可有效促进棉花营养与生殖器官干物质协调增长,提高生殖器官干物质分配比例,有利于棉花产量及水分利用效率的协同提高。     

秸秆覆盖和播前灌水量对夏玉米抗倒伏特性的影响

【目的】研究秸秆覆盖和播前灌水量对成熟期夏玉米茎秆抗倒伏特性的影响。【方法】设置2种覆盖处理(秸秆覆盖处理和不覆盖处理,秸秆覆盖处理为小麦秸秆覆盖0.6 kg/m~2)和3种播前灌水量(低灌溉量30 mm、中灌溉量70 mm和高灌溉量110 mm),测定了成熟期夏玉米茎秆主要物理性状参数、倒数第3节间茎秆机械强度、抗倒伏指数和产量等指标。【结果】与不覆盖相比,秸秆覆盖增加了夏玉米穗位高、重心高度和茎秆抗折力,提高了玉米抗倒伏能力和籽粒产量(2017年增产7.6%)。播前灌水量显著影响夏玉米成熟期穗位高系数和倒数第3节间茎长、长粗比和茎秆机械强度,播前灌水量越高籽粒产量越高。秸秆覆盖下播前灌水70 mm玉米抗倒伏能力最优,不覆盖处理播前灌水70 mm玉米抗倒伏能力最差。茎秆长粗比和茎秆抗折力与玉米抗倒伏指数相关系数(r)2016年分别为:-0.458 7、0.434 6,2017年分别为:-0.315 7、0.375,穗位高系数不能作为评价玉米抗倒伏特性的指标。【结论】秸秆覆盖+播前灌水70 mm是实现抗倒高产的最优组合方案。     

间作模式下玉米干旱胁迫响应研究

【目的】为了在干旱地区建立玉米大豆间作模式的节水灌溉制度,在大型防雨棚中针对玉米大豆间作模式下的玉米生长情况进行干旱胁迫研究。【方法】设置3个土壤相对含水率,进行玉米和大豆间作种植试验,通过分析玉米叶片叶绿素量、生长特性、产量等因素,研究了不同生育时期干旱胁迫对玉米生长的主要影响以及玉米和大豆之间的水分竞争情况。【结果】前期适当的干旱使玉米的株高和茎粗分别增加了6.24%、7.83%,对玉米叶绿素量积累也是有利的;在玉米生长旺盛时期,干旱导致玉米产量下降,适当干旱区域水分利用效率最大为1.39%。【结论】玉米在拔节—灌浆期对水分最敏感,在此阶段玉米和大豆对水分的竞争模式也最为复杂,在出苗中后期,适当干旱有利于玉米后期发育。     

灌溉方式和灌水下限对温室青茄生长、耗水特性及产量的影响

【目的】探明插入式地下滴灌和地表滴灌条件下,不同灌水下限对温室新乡糙青茄(Solanum melongena L.)的生长、耗水特性及产量的影响。【方法】试验设置2种灌溉方式:插入式地下滴灌(SDI-R)、地表滴灌(DI)。灌水下限设置4个水平:开花坐果期60%θF、成熟采摘期60%θF(F60M60);开花坐果期60%θF、成熟采摘期70%θF(F60M70);开花坐果期70%θF、成熟采摘期60%θF(F70M60);开花坐果期70%θF、成熟采摘期70%θF(F70M70),处理简称为T1(DI,F60M60)、T2(SDI-R,F60M60)、T3(DI,F60M70)、T4(SDI-R,F60M70)、T5(DI,F70M60)、T6(SDI-R,F70M60)、T7(DI,F70M70)、T8(SDI-R,F70M70)。研究了不同处理对温室青茄的株高、根干物质、产量、耗水特性及水分利用效率的影响。【结果】SDI-R处理的青茄株高和总根干质量均高于DI处理的;SDI-R处理的总耗水量和各生育阶段的耗水量均小于DI处理的,2种灌水方式中T7处理和T8处理总耗水量最大,分别为338.09 mm和331.25mm,4种灌水下限下,DI处理较SDI-R处理分别高2.06%～16.67%;SDI-R灌水方式中的T4处理的产量和水分利用效率最大,分别为56 046.30 kg/hm~2和20.43 kg/m3,DI条件下T7处理的产量和水分利用效率最高,分别为51 546.30kg/hm~2和15.24 kg/m3,T4处理显著高于T7处理(P<0.05)。【结论】插入式地下滴灌相对于地表滴灌能达到增产节水的目的,且插入式地下滴灌开花坐果期和成熟采摘期的灌水下限宜分别设为田间持水率的60%和70%。