利用累积湿润指数评估湖北棉花生育期内旱涝灾害特征

【目的】揭示湖北省棉花生育期内旱涝灾害特征,为棉田旱涝灾害防控工作提供依据。【方法】基于湖北省1961―2019年26个典型气象站点逐日气象资料计算了棉花生育期内旬累积湿润指数,以此分析棉花各生育期内旱涝变化特征,并揭示各生育期内旱涝强度与棉花气象产量的关联性。【结果】湖北省平均涝渍强度除棉花蕾期外,苗期、花铃期和吐絮期均呈下降趋势,平均干旱强度在除吐絮期外的其余生育期均呈下降趋势。平均涝渍强度在1965年苗期发生显著(p0.05)增强,在1965年和1985年吐絮期分别发生显著增强和减弱;平均干旱强度在1975年吐絮期发生1次显著的降低。湖北棉花旱涝灾害以涝为主,干旱次数较少且强度较低。棉花易在苗期和蕾期受涝,湖北省平均涝渍频率分别为58.42%和48.98%;易在花铃期和吐絮期受旱,湖北省平均干旱频率分别为10.59%和11.00%。涝渍频率整体呈西南部最高的特征,干旱频率整体呈现中北部高、西南部低的特征。棉花在花铃期最易因涝减产,且仅在该时期内气象产量与涝渍强度极显著(p0.01)相关;此外,涝害的减产作用大于干旱。荆门市、孝感市和黄石市蕾期为因涝减产的高风险地区/时段;黄冈市花铃期为因旱减产的高风险地区/时段。【结论】湖北省棉田旱涝防治工作以除涝为主,尤其需注意在蕾期和花铃期内及时灌溉和排水;各地区的旱涝防治工作因旱涝形式和发生时期而异。     

涝渍胁迫对棉花形态与产量的影响

为揭示棉花对涝渍胁迫的响应规律,于2008—2011年在武汉大学校园灌溉排水试验场开展了测坑试验研究,分析了涝渍胁迫不同形式(涝渍单一和涝渍综合)及不同生育期(蕾期、花铃期和吐絮期)对棉花形态(叶面积指数、茎粗和株高)和产量(籽棉和干物质)的影响,建立了"涝渍胁迫-形态特征-产量水平"结构方程模型,比较分析了各因子间的作用效果。结果表明:在形态响应方面,单渍胁迫即使历时更长,对棉花形态生长的影响仍小于单涝胁迫,而涝渍综合胁迫的抑制作用最大;蕾期和花铃期内遭遇涝渍综合胁迫均会显著(p0.05)抑制棉花形态生长,而吐絮期内抑制作用很小;叶面积生长受涝渍胁迫的抑制作用最大,其余依次是茎粗和株高。在产量响应方面,单涝胁迫的减产作用大于单渍胁迫,与涝渍综合胁迫基本相同;花铃期内棉花遭受涝渍综合胁迫会导致显著减产,蕾期次之,而吐絮期内减产作用较小;籽棉产量受涝渍胁迫的减产作用比干物质产量大。涝渍胁迫对棉花产量的作用效果大于形态;在所选的涝渍胁迫单一和综合指标中,以涝渍时间单一指标(受涝期间累积地表受淹深度和累积超标地下水位SWFDH、受渍期间地下累积超标地下水位SEW30)最适合描述涝渍胁迫对棉花形态及产量的影响。     

不同淹水时期与历时对夏玉米生长和产量的影响试验研究

为了探明夏玉米对不同淹水时期与历时的响应规律,连续3年采用模拟大田条件下有底测坑试验,在夏玉米的苗期、拔节期、抽雄吐丝期和灌浆期分别设置不同的淹水天数(2、4、6、8、10d),分析了淹水时期与历时对夏玉米生长发育及产量性状的影响。研究结果表明,拔节期淹水对玉米的株高和茎粗影响最大,其次是苗期,且随着淹水历时的增加呈降低趋势,苗期淹水前期虽影响较大,但涝渍解除后经过补偿,影响有所减小。抽雄吐丝期淹水前期对株高和茎粗有影响,但涝渍解除后经过补偿影响已不显著。拔节期淹水对叶面积指数(LAI)的影响最大,其次是苗期、抽雄吐丝期和灌浆期,且LAI随着淹水历时的增加逐渐降低。当苗期、拔节期和抽雄吐丝期淹水超过4d,灌浆期淹水超过6d,均会造成显著减产,可见,在玉米灌浆期之前均为玉米淹水的关键时期,生产上应采取措施排水降渍。该研究可为对夏玉米农田排水方案的合理制定、洪涝灾害损失的评估以及抗灾减灾能力的提高提供参考。     

不同灌水下限对棉花产量及水分利用效率的影响

基于田间试验,分析了棉花耗水量与产量、边际产量、棉花水分利用效率之间的关系.结果表明,棉花产量、水分生产率均与棉花耗水量呈二次抛物线关系.就棉花产量而言,苗期、蕾期、花铃期、吐絮期对应的0.6m土体适宜土壤水分下限分别为55％FC～60％FC、65％FC～70％FC、75％FC～80％FC、60％FC～65％FC.棉花水分利用效率而言,苗期、蕾期、花铃期、吐絮期对应的0.6m土体适宜土壤水分下限分别为60％ FC～65％ FC、65％FC～70％FC、80％FC～85％FC、55％FC～60％FC.     

冬小麦不同生育期受涝对其生长和产量的影响

以当地小麦品种新原958为对象,在孕穗期和灌浆期分别进行1、3、5和7 d的淹水处理,并以当地常规灌溉处理为对照(CK)在测坑中进行受涝试验,观察和分析了涝害对冬小麦生长和产量的影响。结果表明,孕穗期和灌浆期淹水处理对小麦叶绿素、灌浆速率和产量有一定的抑制作用,且随着淹水历时的增加,抑制作用越明显。与CK相比,孕穗期淹水7 d(wb7)处理的叶绿素显著降低了16.64%,籽粒灌浆速率降低了95.02%,产量降低29.6%,千粒质量降低了6.15%;灌浆期淹水7 d(wg7)处理的产量较CK减产25.9%。孕穗期和灌浆期淹水处理都会造成小麦减产,尤其是孕穗期淹水处理。因此,在小麦生产的日常管理中,应及时采取排水措施,以免造成小麦减产。     

基于参考作物法的玛河灌区棉花耗水强度研究

基于玛纳斯河流域中游平原灌区及其周边24个气象站点2013年的气象资料,采用分段单值平均法计算棉花作物系数,利用参考作物法确定灌区各站点棉花不同生育期耗水强度,结合Arc GIS空间插值,分析灌区棉花耗水强度在不同生育期和灌区空间尺度上的变化规律,并确定灌区棉花设计耗水强度。结果表明:灌区棉花全生育期耗水强度呈现先增大后减小的变化趋势,大小顺序为花铃期(5.64~6.84 mm/d)蕾期(3.74~4.70 mm/d)吐絮期(2.00~2.50 mm/d)苗期(1.62~1.76 mm/d);灌区棉花全生育期平均耗水强度自西南向东北呈现递增趋势,介于3.45~3.98 mm;玛河灌区棉花设计耗水强度应在5.69~6.45 mm间选取。     

不同生育期淹涝对夏玉米叶片叶绿素及产量的影响

为了探明淹涝条件对夏玉米生理生态特性及产量的影响规律,在防雨棚下开展了夏玉米不同生育阶段淹涝的桶栽试验.在苗期、拔节期、抽雄吐丝期和灌浆期分别淹涝1,3,5,7,9 d;以不淹水(适宜水分处理)为对照.结果表明,玉米株高和叶面积在苗期和拔节期受淹涝的影响最大,抽雄吐丝期次之,灌浆期淹涝的影响最小;叶绿素相对含量(SPAD)和气孔导度(Gs)在拔节期受淹涝的影响最大,苗期次之,灌浆期的影响最小;淹涝解除后,SPAD和Gs因补偿生长具有一定的恢复能力,苗期淹涝的恢复能力最强,并随淹涝时期后移呈减少趋势;拔节期淹涝对穗部性状及产量影响最大,苗期淹涝次之,灌浆期淹涝的影响最小.建立了玉米减产率与不同生育期淹涝历时的数学模型,依据其关系推算出苗期、拔节期、抽雄吐丝期和灌浆期的淹涝天数只要分别不超过1.5,2.0,1.5,6.5 d就可以把减产率控制在10%以内,分别超过4,5,4,10 d减产率可达20%以上.研究结果可为夏玉米涝渍灾害损失的评估和农田排水方案制定提供数据参考.     

棉瓜间作条件下水分调控对棉花生育及水分生产效益的影响

以黄淮区种植面积相对较大的棉、瓜间作模式为研究对象,开展了不同生育阶段水分亏缺对棉花的生长发育、产量及水分生产效益的影响研究,确定棉、瓜间作的适宜土壤水分控制指标。结果表明,苗期适度亏水对棉花生育和棉、瓜产量的影响较小,节水效果较明显;蕾期缺水对棉花影响较少,节水效果最明显,但对甜瓜产量影响最大;花铃前期不同程度水分亏缺的成铃数低于其他处理且脱落率较高,棉、瓜减产幅度均较大,为棉、瓜需水关键期;花铃后期缺水仍会导致蕾铃脱落率增加,不利于产量的进一步提高。综合比较各项指标,大田棉、瓜间作高产高效的土壤水分适宜控制下限指标为:苗期土壤含水率不低于田间持水率(FC)50%,蕾期为60%FC～65%FC,花铃前期为75%FC～80%FC,花铃后期为70%FC～75%FC。     

咸淡轮灌棉花耐盐指标及耐盐特征值研究

采用筒栽精确控制试验,模拟初始土壤含盐量较低,且降雨不足以对土壤进行淋洗的生产情况,通过分析不同生育期、不同程度盐分胁迫与棉花生长及生理指标的响应关系,得出不同生育期咸淡轮灌条件下棉花的耐盐指标及相应土壤含盐量的耐盐特征值。结果显示,株高相对增长量可以作为蕾期轮灌（AL）和花铃期轮灌（AH）的阶段耐盐指标,叶面积相对增长量可以作为AL、AH和吐絮期轮灌（AT）的阶段耐盐指标;相对铃数可以作为AL和AH的全生育期耐盐指标,相对叶面积可以作为AT的全生育期耐盐指标。在允许减产10%的情况下,AL与AH处理阶段土壤含盐量最好分别控制在0.277%和0.584%以下,全生育期土壤含盐量分别控制在0.486%和0.754%以下。AH较之AL和AT可以利用更多的微咸水。     

麦后移栽棉适宜调亏灌溉模式研究

【目的】探讨麦后移栽棉适宜的调亏灌溉模式。【方法】在麦后移栽棉蕾期、花铃期分别设计不同亏水灌溉处理,研究了不同调亏灌溉处理对麦后移栽棉生长发育、产量、品质和灌溉水利用效率的影响。【结果】蕾期和花铃期的水分亏缺均会抑制棉花株高、茎粗等营养生长,其中蕾期水分亏缺影响程度相对较大;无论是蕾期还是花铃期,轻度亏水灌溉对棉花生长发育无明显影响;叶片相对含水率随缺水程度的增加呈下降趋势,蕾期或花铃期轻度亏缺灌溉均有利于地上干物质积累;与全生育期充分灌溉(CK2)处理相比,蕾期轻度调亏灌溉节省灌溉用水5.45%,增产9.16%,灌溉水利用效率提高15.05%;花铃期轻度调亏灌溉节省灌溉用水9.09%,增产2.34%,灌溉水利用效率提高12.90%;调亏灌溉对麦后移栽棉马克隆值和伸长效率影响不明显,但蕾期或花铃期轻度调亏灌溉都有提高棉纤维长度、整齐度和断裂比强度的趋势。【结论】在水资源供应较为充足时,蕾期轻度调亏灌溉、花铃期充分灌溉可获得最高的籽棉产量和较高的灌溉水利用效率;而在水资源不足的条件下,蕾期充分灌溉、花铃期轻度调亏灌溉是较为适宜的省水、高产、高效灌溉模式。     

中稻灌浆期对淹水胁迫的响应及排水指标研究

为了定量揭示淹水胁迫对水稻的影响和科学评估灾损并在此基础上提出相应的排水指标,在中稻(丰两优香1号)灌浆期设计了不同淹深(株高的1/4、1/2、3/4和4/4高度)及不同淹水持续时间(3、6和9 d)交互试验,研究了稻株生长和代谢对淹水胁迫的响应。结果表明,中稻灌浆期受淹水胁迫后,株高、节间显著增长;剑叶中的MDA质量摩尔浓度和POD活性随着淹水时间和淹水深度的增加会逐步上升;剑叶中的SOD活性和根系中POD和SOD活性的变化趋势为:当淹水时间为3 d时,会随着淹水深度增加而升高,而达到6 d和9 d时会呈现先升高后降低的趋势;根系中的MDA表现较灵敏,在同一淹水时间下,其质量摩尔浓度均会随着淹水深度增加呈现先增高后降低的趋势。在产量构成方面主要表现为穗结实率显著下降,其次是千粒质量和实际产量降低,当受涝深度分别为1/4PH(株高的1/4)、1/2PH、3/4PH和4/4PH时,受涝时间达到3 d以上,水稻会分别减产10.73%、10.82%、22.23%和45.81%以上。若以水稻减产20%为排水指标,当中稻灌浆期受到株高的(灌浆期株高137 cm)1/4、1/2、3/4和4/4高度的涝水时,应分别在9.9、5.0、3.3和2.5 d内将田面涝水排到其田面正常蓄水深度。     

蕾期涝渍胁迫对盆栽棉花生长和产量特性的影响

涝渍灾害是棉花生产中面临的重要自然灾害之一,长江流域棉花蕾期常遭遇多雨天气而产生涝渍灾害。在盆栽条件下,以华棉3109为试验材料,研究了不同涝害胁迫7 d(T1处理)和14 d(T2处理)对棉花生长和产量特性的影响,正常灌水管理作为对照(CK)。结果表明,在涝渍胁迫处理期间,棉花叶片SPAD值、株高、绿叶数、倒四叶功能叶叶面积、开花数、蕾数、结铃数、果枝数和果节数均表现为:CKT1处理T2处理。在处理结束之后(花铃期),受涝渍胁迫棉株株高、茎粗、蕾数、开花数、结铃数、果枝数和果节数等指标都相继出现快速补偿性生长现象。但是随着涝渍胁迫时间的增加,棉花蕾铃脱落率升高,成铃率下降,最终产量构成因素和单株籽棉产量呈下降趋势。     

棉花水分生产函数及灌溉源制度研究

根据实验资料,通过不同受旱处理确定了棉花的水分敏感指数及水分生产函数,结果表明对水分最敏感的阶段是花铃期,其次是蕾期,吐絮期最小.并运用动态规划方法制定了灌溉制度,可有效提高作物生育期内水分利用效率,对优化配置水资源,实现农业高效用水具有重要作用.     

Yield and nutritional responses to waterlogging of soybean cultivars

Furrow irrigating soybean prior to a large, unexpected rainfall event can reduce nitrogen fixation and crop yield. The objective of this study was to evaluate the tolerance of soybean cultivars to waterlogged alluvial soils. Five cultivars were selected, which showed a range of tolerances to excessive soil water. Flood duration and flood timing experiments were conducted on clay and silt loam soils. Main plots were flooding duration and flood timing and subplots were soybean cultivars. Most cultivars were able to withstand flooding for 48–96 h without crop injury. Cultivars flooded during the V5 growth stage suffered the least amount of yield loss. The greatest yield losses from flooding occurred at the R5 growth stage. Soybean yields from cultivars flooded at R5 were reduced by 20–39% compared to non-flooded checks. Pioneer 94B73 (cv.) had no significant change in yield from flooding for 192 h at any of the three growth stages, compared to non-flooded controls.     

基于农业旱涝指标的湖北省棉花生育期内旱涝急转特征分析

【目的】揭示湖北省棉花不同生育期内旱涝急转事件的时空演变规律,为减灾保产提供依据。【方法】基于日尺度标准化前期降水蒸散指数SAPEI(Standardized Antecedent Precipitation Evapotranspiration Index)对农业旱涝急转事件进行日尺度判定,并利用湖北省26个气象站的逐日气象资料对湖北省1961―2019年内棉花不同生育期的旱涝急转事件进行时空规律分析。【结果】SAPEI适用于反映湖北省棉田的水分状况并可用于研究旱涝急转规律。在棉花全生育期内,旱转涝累计强度约为涝转旱累计强度的5倍。花铃期内棉花遭受旱涝急转的次数最多且单次平均强度最大;蕾期旱涝急转次数少但每次强度较大;吐絮期旱涝急转强度低但次数偏多。湖北棉花旱涝急转灾害主要集中在鄂西北和洪湖地区,旱转涝和涝转旱均频发。此外,湖北省内棉田旱涝急转事件在不同年代的差异较大,其中20世纪70年代旱涝急转强度最大,但自20世纪90年代以来,旱涝急转有发生范围变广、强度增加的趋势。【结论】湖北省内棉花旱涝急转灾害以旱转涝形式为主,主要发生在花铃期,具有频率高、强度大的特征,因此有必要重点关注花铃期内棉田发生旱转涝的风险,尤其是鄂西北和洪湖地区等地区。     

冬小麦受旱减产规律及产量与水关系模型研究

以淮北平原地区常用小麦品种冠35为试验材料,采用测坑进行冬小麦受旱试验,研究了不同受旱等级条件下的减产规律,构建了产量与水分关系模型。结果表明,冬小麦需水非关键期和关键期土壤水分对产量影响的总趋势均是产量随着土壤水分的降低即受旱程度的增大而下降,轻旱、中旱、重旱减产率分别为4.4%、8.1%、8.6%和6.2%、6.9%、11.2%;冬小麦在拔节期和抽穗—灌浆期对水分亏缺较为敏感,敏感指数分别为0.175 2和0.084 9,乳熟期与分蘖期对水分亏缺敏感程度较低,敏感指数分别为0.003 2和0.066 2。水分亏缺对冬小麦产量影响最大的阶段为抽穗灌浆期,而此阶段也正是小麦耗水强度最大期。     

河套灌区经济作物番茄节水型优化灌溉制度研究

以2009年内蒙古河套灌区经济作物番茄的田间实测资料为基础,分别应用水量平衡原理与作物系数法得到经济作物生育各生育阶段实际腾发量;然后以作物-水模型为基本原理,采用多元线性回归方法对作物不同生育阶段水分敏感指标进行求解,其变化规律为：开花着果-结果盛期＞苗期-开花着果＞结果盛期-结果末期,最后应用基于实数编码的遗传算法对作物灌溉制度进行优化,结果表明,作物生育期内适宜的灌水量为60mm。     

水分管理对镉轻度污染农田水稻镉积累的影响

【目的】研究镉轻度污染农田水稻适宜的水分管理模式。【方法】采用盆栽试验,分别设置水稻全生育期湿润灌溉(CK)、全生育期淹水(T1)、拔节期(T2)、孕穗期(T3)、抽穗扬花期(T4)、灌浆乳熟期(T5)、蜡熟期(T6)开始淹水7个处理,对水稻不同器官镉积累差异以及土壤氧化还原电位、根际土壤溶液水溶性镉质量分数变化进行研究。【结果】土壤氧化还原电位与水溶性Cd呈极显著正相关(p<0.01),淹水后土壤的氧化还原电位(Eh)显著降低,土壤还原性增强,淹水时间越长氧化还原电位越低,其中T1处理最低可降至-159.78mV,淹水后根际土壤溶液中水溶性Cd也迅速下降,T3处理下降最多,为75.0%。不同水分管理模式下水稻糙米含镉量均未超过食品安全国家标准规定的限量值(GB2762—2017)。与CK相比,T1处理降低稻米含镉量达76.9%,而水稻产量明显下降,减产19.2%;T6处理明显抑制镉从水稻根系向地上部分转移,增加根系镉质量占比15.2%;T6处理降低水稻茎秆的镉积累,降低茎秆镉质量占比13.0%;淹水通过抑制镉从水稻叶片向谷物的转移来降低稻米镉积累,与CK相比,T5处理叶片镉质量占比增加5.0%,T3处理谷物镉质量占比降低4.3%。【结论】综合考虑水稻产量、稻米含镉量和田间农事操作习惯,镉轻度污染稻田推荐的水分调控方式为抽穗扬花期淹水至收获前1周。