玉米节水灌溉技术研究现状及发展趋势

节水灌溉技术可以帮助农民有效管理水资源，提高作物产量和水利用效率。以玉米为研究作物，基于玉米种植中灌溉环节存在的问题，提出玉米节水灌溉技术的必要性，系统论述了玉米节水灌溉技术研究现状，总结目前玉米节水灌溉新技术及未来发展趋势。研究结果旨在为提高玉米产量和水资源利用率提供理论参考与借鉴。     

泾惠渠灌区冬小麦夏玉米连作需水量及灌水模式研究

为了寻求冬小麦-夏玉米连作下的节水高效灌溉制度,采用大田小区试验,在连作种植模式下,统筹分析了冬小麦和夏玉米的需水量及生育期内降雨量,并与当地传统灌溉制度进行了产量对比。结果表明,连作种植模式下,泾惠渠灌区冬小麦、夏玉米全生育期需水量分别为410 mm和400 mm。在年降雨量为490 mm时,连作种植1 a内的经济灌溉定额为305 mm,相比于传统灌溉能节水8.9%。连作条件下作物总产量为12 010 kg/hm~2,产量相对于传统单作种植增加了6.2%,达到了增产目的。在冬小麦抽穗期和夏玉米播种期减少灌水,可在保证产量的基础上有效提高水分利用效率,是更为优化的连作灌水模式。     

浙江省单季稻节水灌溉试验研究

为了适应农业种植结构的调整,获取单季稻节水灌溉模式灌溉定额与水分利用率,按不同地理特征,结合农业灌溉分区,在浙江省杭嘉湖平原地区、金衢盆地区、沿海平原区建立灌溉试验站,全面开展单季水稻节水灌溉试验研究。获得了节水灌溉定额及需水量、水分利用率等成果,为浙江省水资源供需平衡分析及优化配置提供重要的科学依据。     

黄河下游水情变化特征与引黄灌溉的可持续发展

自 2 0世纪 70年代以来 ,黄河下游年径流量逐渐减少 ,年最大流量亦在减少 ,1 990～ 1 995年本区引黄水量达到 1 0 7.8亿 m3 ,实灌面积达到 2 2 2 .3万 hm2 。1 995～ 1 999年全区用水量为 1 3 0 .5亿 m3 ,其中 ,流域内占3 1 .7% ,流域外占 68.3 %。本区河南段以引黄渠系自流灌溉为主 ,井灌为辅 ;山东段则是渠系自流、河网调蓄提灌和机井提灌相结合的综合引黄模式。本区作物灌溉定额 ,小麦为 2 66～ 3 3 5 mm,玉米为 1 1 5～ 1 3 9mm,大豆为 1 75～ 2 0 3 mm,棉花为 1 96～ 2 49mm,水稻为 699～ 75 4mm。引黄灌溉的发展潜力为 1 1 5 .8亿 m3 ,冬春占3 3 .4% ,夏秋占 66.6%。通过发展工程节水 (将综合节水率提高 7.6% )、实施适水种植 (将小麦播种面积下调1 0 .1 % ) ,则可节水 1 4.8%。     

盐化土壤节水灌溉春玉米产量及耗水规律研究

为合理利用盐化土壤,发展节水灌溉,通过设置3种水量水平(510、340、255mm)和2种灌水矿化度(0.7和3g/L),研究盐化土壤种植春玉米时,节水灌溉对春玉米产量及耗水规律的影响。结果表明,灌溉水量和灌水矿化度对耗水量和水分利用效率的影响显著,对产量的影响不显著。春玉米耗水量随灌溉水量的增大而增大,微咸水处理的耗水量低于淡水处理的耗水量。灌溉水量越少,土壤水分越能得到充分利用,50~100cm土层的水分利用程度越高。灌溉水量为340mm时,产量与充分灌溉相比减少不超过2%,水分利用效率提高15%左右,节约用水170mm。     

安达市灌溉用水需求与节水灌溉发展面积阈值分析

大力发展高效节水灌溉是现代农业可持续发展的必然选择。以黑龙江省安达市节水增粮行动为背景,分析了灌溉用水需求和节水灌溉发展面积阈值,结果表明:安达市节水增粮行动的水源主要为地下水,90%频率年的地下水可开采量6 759.84万m;1954-2014年作物需水量和净灌溉需水量都具有显著下降的趋势,近5a玉米的作物需水量为418.1mm,单位面积净灌溉需水量为101.4mm;节水增粮行动后地下水可开采量1 198.96万m~3,在水资源约束下的5种节水灌溉发展模式下(100%喷灌、90%喷灌+10%膜下滴灌、80%喷灌+20%膜下滴灌、70%喷灌+30%膜下滴灌、60%喷灌+40%膜下滴灌)可发展灌溉面积阈值分别为1.23、1.34、1.44、1.55和1.65万hm~2。     

压片式微喷带补充灌溉对玉米生长和产量的影响

为在辽西半干旱地区发展节水农业,通过大田试验,对比分析了压片式微喷带灌溉与传统管灌对玉米生长和产量的影响。结果表明,压片式微喷带灌溉可使玉米灌溉水量和耗水量减少23.8~35.1mm和24.1~48.2mm,且节水效益随着生育期内降雨量的减少而增大;压片式微喷带灌溉对玉米植株生长性状影响较小,而干旱年份则有利于LAI的提高;压片式微喷带灌溉对玉米产量及其构成的影响较小,但WUE可提高6.9%~8.7%。压片式微喷带灌溉技术是适宜辽西半干旱地区的节水灌溉技术,可作为地区节水农业发展的选择。     

亏缺灌溉对石羊河流域主要作物产量和耗水量的影响

采用固定灌溉次数和时间、调整不同生育期灌水定额的方法,研究了亏缺灌溉对石羊河流域春小麦、春玉米、制种油葵、色素辣椒和小麦/玉米等5种作物的产量和耗水量的影响。结果表明,对春小麦、制种油葵和色素辣椒进行亏缺灌溉时,可以在少量减产(4.1%~10.1%)的情况下,分别减少耗水量118.9 mm6、6.4 mm和142.3 mm,提高水分利用率27.4%、15.9%和24.7%,提高灌水效益24.7%、22.6%和36.4%。对春玉米和小麦/玉米带田进行亏缺灌溉时,分别减少耗水量121.9 mm和207 mm,提高水分利用率-6.6%和0.2%,提高灌水效益21.7%和28%,但会造成大幅减产,与充分灌溉相比,产量分别减少30%和20%。     

宁夏引黄灌区春玉米微咸水灌溉管理模式研究

根据宁夏引黄灌区春玉米微咸水灌溉试验的数据结果,应用SWAP模型在田间尺度上对微咸水灌溉条件下春玉米田间土壤水盐运移规律和灌溉制度进行模拟,对拟定的各种灌溉方案进行评价。结果表明,率定与验证的SWAP模型可用于当地微咸水灌溉管理;25%降雨年型下,春玉米适宜灌水方案为生育期内灌2水(拔节水、抽雄水),灌溉定额为1200 m3/hm2;50%降雨年型下,春玉米适宜灌水方案为生育期内灌2水(拔节水、抽雄水),灌溉定额为1500 m3/hm2;75%降雨年型下,春玉米适宜灌水方案为生育期内灌3水(拔节水、抽雄水和灌浆水),灌溉定额为2400 m3/hm2。     

黔中地区玉米需水量的计算与灌溉预报

作物需水量的计算和灌溉预报是农田水分管理的主要参数,实时灌溉预报是制定动态灌溉用水计划的基础,对区域节水,增加作物产量和提高经济效益起着重要作用。以黔中地区全生育期玉米为研究对象,结合玉米不同生育阶段的各项参数,进行作物需水量的计算和灌溉预报。     

基于SWAP模型的春玉米咸水非充分灌溉模拟

为了探究石羊河流域适宜春玉米生长的咸水非充分灌溉模式,应用SWAP模型模拟不同灌溉模式下的土壤水盐平衡、春玉米相对产量和相对水分利用效率,并预测了较长时期土壤水盐动态变化规律.研究结果表明:灌溉水矿化度为0.71 g/L和3.00 g/L的春玉米最优灌溉模式为生育期内灌4次水,灌溉定额均为408 mm,2种灌溉模式均能达到节约灌溉用水、提高作物产量和水分利用效率以及减少土体盐分累积量的目的.较长时期土壤水盐动态变化规律模拟结果表明:在冬灌条件下,春玉米最优灌溉模式下的土壤水分和盐分能够在模拟期内保持相对平稳的状态;在不同年份,相同土层土壤含水率随着土层深度的增加而增大,0.71 g/L的淡水灌溉土壤盐分主要累积在40~80 cm土层,3.00 g/L的微咸水灌溉土壤盐分主要累积在10~40 cm土层;5 a的模拟结果表明0.71 g/L和3.00 g/L的水持续灌溉5 a,不会引起土壤次生盐渍化.     

灌溉水盐分和灌水量对温室气体排放与玉米生长的影响

为揭示地下水与微咸水灌溉条件下灌水量对土壤CO2、N2O排放和春玉米生长的影响,设置2种灌溉水含盐量（1.1、5.0g/L）和3种灌水量（210、255、300mm）,于2019年4—9月在内蒙古自治区河套灌区进行了春玉米田间试验。结果表明,不同灌水量下,微咸水（含盐量5.0g/L）灌溉比地下水（含盐量1.1g/L）灌溉土壤N2O累积排放量提高了19.86%~44.21%,但利用微咸水灌溉并不会影响土壤CO2累积排放量与全球增温潜势。在相同的灌溉水盐分条件下,灌水量为300mm时土壤CO2、N2O累积排放量和全球增温潜势均最大,灌水量为210mm和255mm时并不会对土壤CO2、N2O的累积排放量和全球增温潜势产生显著影响。相关性分析表明,土壤含水率和无机氮含量是影响土壤CO2、N2O排放的重要因素,灌溉水盐分通过促进土壤的硝化作用促进土壤N2O排放。在微咸水灌溉条件下,春玉米产量较地下水灌溉减少了30.88%~37.32%。随着灌水量的增大,春玉米产量呈增加趋势,但255mm和300mm灌水量条件下的春玉米产量差异不显著。在地下水与微咸水灌溉条件下,灌水量为255mm时,土壤盐分累积较小,春玉米产量较高,土壤CO2、N2O累积排放量和全球增温潜势相对较小,是灌区适宜采用的灌溉定额。     

气候变化对黑河流域典型作物灌溉需水量的影响

为研究气候变化对作物灌溉需水量的影响,在假定未来气温上升0.5~4℃,降水增加10%~30%的条件下,研究了黑河流域主要作物在不同种植条件下的作物需水量及灌溉需水量的变化。结果表明,生长期内气温每升高1℃,区域内小麦净作、玉米净作和小麦与玉米间作方式下作物需水量将分别增加3.1%(15.5 mm)、2.8%(18.5 mm)和3.0%(25.6 mm),黑河流域中游每年将增加灌溉量0.15×108m3,相当于国家给黑河干流区分水量的2.4%;降水每增加10%,灌溉需水量将分别减少1.9%(7.8 mm)2、.3%(12.4 mm)和1.8%(12.8 mm)。     

An improved water use efficiency of cereals under temporal and spatial deficit irrigation in north China

Water shortage is the major bottleneck that limits sustainable development of agriculture in north China. Crop physiological water-saving irrigation methods such as temporal (regulated deficit irrigation) and spatial (partial root zone irrigation) deficit irrigation have been tested with much improved crop water use efficiency (WUE) without significant yield reduction. Field experiments were conducted to investigate the effect of (1) spatial deficit irrigation on spring maize in arid Inland River Basin of northwest China during 1997–2000; (2) temporal deficit irrigation on winter wheat in semi-arid Haihe River Basin during 2003–2007 and (3) temporal deficit irrigation on winter wheat and summer maize in Yellow River Basin during 2006–2007. Results showed that alternate furrow irrigation (AFI) maintained similar photosynthetic rate (P_n) but reduced transpiration rate (T_r), and thus increased leaf WUE of maize. It also showed that the improved WUE might only be gained for AFI under less water amount per irrigation. The feasible irrigation cycle is 7d in the extremely arid condition in Inner River Basin of northwest China and less water amount with more irrigation frequency is better for both grain yield and WUE in semi-arid Haihe River Basin of north China. Field experiment in Yellow River Basin of north China also suggests that mild water deficit at early seedling stage is beneficial for grain yield and WUE of summer maize, and the deficit timing and severity should be modulated according to the drought tolerance of different crop varieties. The economical evapotranspiration for winter wheat in Haihe River Basin, summer maize in Yellow River Basin of north China and spring maize in Inland River Basin of northwest China are 420.0 mm, 432.5 mm and 450.0 mm respectively. Our study in the three regions in recent decade also showed that AFI should be a useful water-saving irrigation method for wide-spaced cereals in arid region, but mild water deficit in earlier stage might be a practical irrigation strategy for close-planting cereals. Application of such temporal and spatial deficit irrigation in field-grown crops has greater potential in saving water, maintaining economic yield and improving WUE.     

咸水非充分灌溉对土壤盐分动态及制种玉米产量的影响

通过田间试验,研究了咸水非充分灌溉下土壤盐分动态及其对制种玉米产量和水分利用效率的影响。结果表明,玉米播种前至收获后土壤盐分主要累积在中层土壤,尤其是灌水量越大的处理;灌水阶段,表层土壤脱盐量随着灌水量增加而增大;土壤蒸发阶段,灌水量大的处理表层土壤盐分累积明显。灌溉水量控制在390mm左右且灌水矿化度不超过3g/L,减产幅度较低且节水。     

黑龙江西部玉米调亏灌溉的节水增产效应

采取测筒试验,对玉米单生育阶段、连续生育阶段和全生育期进行不同程度的水分亏缺处理,研究了调亏灌溉对玉米耗水量、产量和水分利用效率(WUE)的影响。结果表明:就单生育阶段调亏而言,产量和耗水量之间呈开口向下的二次抛物线关系,苗期中度水分亏缺(水分控制上限为60%)为最佳的灌水处理模式,玉米产量和水分利用效率分别提高了1.23%和11.95%;连续生育阶段和全生育期调亏均对作物的产量有不利影响;全生育期充分灌溉时的产量最高,但水分利用效率较低。     

辽西半干旱区春玉米有限补灌制度研究

为高效利用辽西半干旱区有限农业水资源,在2006～2007年进行了两年的田间有限补灌制度研究。结果表明,有限补灌对籽粒产量和农田水分利用效率有明显的影响。通过分析不同处理的产量、灌溉效率和水分利用效率,最终优选确定了辽西半干旱区有限补灌制度,为该区春玉米大田补灌生产提供技术支撑。     

不同灌水量对饲料玉米耗水特性和生物量的影响

为了研究不同灌水量对饲料玉米耗水特性和生物量的影响,采用卷盘式喷灌的灌水方式,在内蒙古鄂尔多斯市鄂托克前旗进行田间试验。结果表明:总体来说随着灌水量的增加,饲料玉米的耗水量、耗水强度、株高、产量和水分生产率都有不同程度的增加;其中灌水定额为60mm的处理分枝期的耗水强度最大为4.31mm/d;在灌水量低于45mm时,增加灌水量对于产量和水分生产率的影响十分明显;而灌水量为60mm处理,相对于45mm处理来说产量和水分生产率增加甚微。从经济、节水、增产考虑,建议饲料玉米苗期可适当增加灌水量,其他生育期可取45mm的灌溉制度。     

基于CERES-Maize模型的新疆滴灌玉米灌溉制度优化

【目的】研究新疆膜下滴灌玉米的灌溉制度和需水规律,为新疆玉米节水增产提供科学指导。【方法】基于2020年4个不同灌水水平下的玉米生长发育及产量数据,对DSSAT-CERES-Maize模型进行参数率定和验证,评价模型在新疆地区的适用性;利用1979―2017年气象数据,对典型年型分别设置14种灌溉方案,探究新疆膜下滴灌玉米的最优灌溉制度。【结果】利用玉米的叶面积指数、干物质量、产量的观测值对CERES-Maize模型进行参数率定和验证。叶面积指数、干物质量、产量等的模拟值和实测值都表现出了较好的一致性,模拟效果较好。通过模拟分析可得,不同年型玉米关键需水期对缺水的敏感程度大小为:抽雄期>拔节期>灌浆期。综合考虑产量和水分利用效率,枯水年、平水年、丰水年玉米抽雄期灌溉量分别为180、180、120 mm,灌浆期均灌溉120 mm,其余各生育期灌溉量都为60mm时最优。优化后灌溉制度对应的产量分别在枯水年、平水年、丰水年占对应最高产量的99.53%、97.51%、98.45%。【结论】CERES-Maize模型总体上可以应用于新疆地区滴灌玉米的研究,利用模型优化后的灌溉制度能够为新疆滴灌玉米的种植提供一定的参考依据。