局部灌水方式对冬小麦产量与水分利用的影响

以根系对土壤水分的吸收利用规律、土壤养分在土层中的分布规律和农田土壤蒸发特征为基础,研究局部不同节水高产灌水方式,是解决水肥异位问题和实现“浇作物”的新尝试。2000～2002年连续两年的试验结果表明,测坑内灌溉5水的处理与筒栽灌溉7水的处理有最高的产量和千粒重,适宜的灌水量是30mm。提高作物产量和水分利用效率的灌溉方式应该是灌水集中在作物主要根系分布层,实施高频局部灌溉。     

玉米马铃薯间作群体的蒸腾量和蒸腾效率研究

以玉米(Zea mays L.)和马铃薯(Solanum tuberosum L.)间作为研究对象,结合大田和盆栽试验,通过观测土壤蒸发、土壤含水量和作物蒸腾量,分析作物的水分竞争能力和间作的产量优势,研究间作对作物水分利用的影响特征与机理。大田试验结果表明:1玉米与马铃薯在同一时期的蒸腾量差异导致了两作物种植区域之间的土壤含水量差异;2间作的蒸腾量4 424.07 t·hm-2显著大于单作玉米和单作马铃薯蒸腾量的加权平均值3612.27 t·hm-2(P0.01);3间作的土地当量比LER(land equivalent ratio)1(P0.01),说明间作表现了增产优势。盆栽试验结果表明:1玉米和马铃薯在同一时期的蒸腾量存在差异,这意味着两作物种植区域的土壤含水量也存在差异(盆栽试验已基本消除土壤蒸发,土壤含水量主要受作物蒸腾影响);2间作的蒸腾量51.79 kg·盆-1显著大于单作玉米和单作马铃薯蒸腾量的加权平均值48.36 kg·盆-1(P=0.011);3作物的种间相对竞争力RC(Relative competitive abilty)1(P0.001),说明玉米在种间水分竞争中占据优势地位;4玉米的蒸腾效率5.38 g·kg-1显著大于马铃薯的3.68 g·kg-1(P0.001);5间作的蒸腾效率4.82 g·kg-1显著大于单作玉米和单作马铃薯蒸腾效率的加权平均值4.53 g·kg-1(P0.001);6间作的土地当量比LER1(P=0.001),说明间作表现了增产优势。以上结果说明:玉米和马铃薯在同一时期的蒸腾量差异可以导致它们种植区域之间的土壤含水量差异,进而使得在间作中,一种作物可以利用另一种作物种植区域的较多土壤水分,所以间作可以提高作物群体蒸腾量;玉米既具有较高的蒸腾效率,又在种间水分竞争中占据优势地位,因此玉米马铃薯间作可以提高作物群体蒸腾效率;蒸腾量和蒸腾效率的协同提高是该间作表现增产优势的重要原因。     

旱区农田水分利用效率探讨

通过旱区农田蒸发对比预测，肥力梯度和品种对比试验得出：旱区水分利用效率与蒸发率直线负相关；与施肥量的关系为抛物线变化并推导出最大和最佳施肥量的求算公式；不同品种的水分利用效率有显著差异。依据上述规律提出了提高水分利用效率途径。     

不同水肥条件对小麦生长及养分吸收的影响

采用盆栽试验研究了不同水肥条件对小麦地上部分和根系生物量、养分吸收状况及产量的影响。结果表明：随着水肥条件的改善，小麦地上部及整体植株生物量均呈明显增加趋势，而根系生物量在水肥条件适宜时较小，次适宜时较大；当水分进一步亏缺时，根系生长受阻，其生物量下降。水肥条件对小麦成穗率及穗粒数均有不同程度的影响，从而导致了籽粒产量在不同水肥条件下的差异；千粒重受水肥条件影响不大。适宜的水肥条件有利于作物对养分的吸收和运输，有利于植株的协调生长；而当水分供应不足时，根系与地上部分存在对养分和光合产物的竞争，根系成为光合产物的优势库，根系养分含量增加，根／冠亦增大。当土壤水分严重亏缺时，根系及茎秆中的养分向穗粒部运输受阻，养分相对积累在根系和茎秆中。     

小麦间作玉米农田耗水特性及产量变化对根系分隔的响应

通过田间试验,研究了小麦间作玉米塑料薄膜隔根(PW//C)、尼龙网隔根(NW//C)、不隔根(W//C)及单作玉米(C)和单作小麦(W)对土壤水分、棵间蒸发和水分利用效率的影响。结果表明,根系分隔显著影响作物的耗水特性,从而显著影响作物产量及水分利用效率的提高。小麦收获前,W//C、NW//C和PW//C处理玉米带土壤水分含量均高于小麦带,分别提高2.38%、3.82%和6.13%;小麦收获后,NW//C和PW//C处理玉米带土壤水分含量却均低于小麦带,分别降低5.41%和16.07%,而W//C处理玉米带和小麦带间水分差异不显著。根系分隔显著增大了间作模式的作物棵间蒸发量,NW//C和PW//C较W//C处理分别显著提高6.71%和20.13%。以单作小麦、单作玉米加权平均为对照,W//C、NW//C和PW//C处理分别显著提高经济产量33.60%、26.93%和24.69%,增大耗水量-0.2%、1.02%和6.69%,显著提高水分利用效率34.93%、26.67%和17.80%。W//C处理较NW//C和PW//C处理分别提高经济产量5.25%和7.14%,降低耗水量1.21%和6.64%,提高水分利用效率6.52%和14.54%。     

南疆地区田间配置对枣棉间作耗水特性的调控效应

为探明农果间作水分高效利用机理，提出适合南疆地区最优的农果间作模式，在大田试验条件下对枣棉间作系统进行研究，以种植模式（枣棉间作和枣、棉单作）和田间配置（棉花种植行数分别为2、4、6行；棉花株距分别为10 cm和12.5 cm）为参试因子，共9个处理，田间随机排列，共27个小区，小区面积为3 m×10 m。测定了各处理的耗水特征、产量、水分利用效率（WUE）和水分当量比（WER）等指标。结果表明：种植模式显著影响复合群体的耗水特性，枣棉间作耗水量较单作加权平均增加9.5%，棵间蒸发量降低11.4 mm，蒸散比降低13.5%。棉花种植行数显著影响复合群体的耗水特性，间作6行棉花较间作2行棉花耗水量增加9.1%~13.9%；间作6行棉花分别较间作4行和2行棉花提高土壤贮水消耗量35.2 mm和66.3 mm，棵间蒸发量分别降低24.2 mm和33.7 mm，蒸散比分别降低16.0%和22.2%；棉花株距变化仅对土壤贮水消耗量有显著影响，I3处理（间作棉花4行）土壤贮水消耗量较I4（间作棉花2行）高24.4 mm，I1（株距10 cm）较I2(株距12.5 cm)高14.7 mm。枣棉间作群体对40~60 cm土层土壤贮水消耗量最高，20~40 cm土层次之，80~100 cm土层最低；单作枣树对土壤深层水分利用较多，单作棉花则主要消耗浅层土壤中的水分，枣棉间作能够较好地利用土壤各层的水分。就土壤贮水利用而言，增加棉花行数或减小株距有助于促进40~80 cm土层土壤贮水的利用。不同枣棉间作处理的WER都大于1，说明枣棉间作较单作提高了农田WUE。间作棉花种植行数为4行、株距为12.5 cm时，枣棉间作综合效益最优，产量为7 460 kg·hm^-2，WUE为11.37 kg·mm^-1·hm^-2，WER为1.34。     

水泥硬壳覆盖对春玉米蒸腾与水分利用效率的影响

水泥硬壳覆盖对春玉米蒸腾，棵间土壤蒸发，作物生长发育状况，产量有水分利用效率的影响研究结果表明，水泥硬壳覆盖农田能减少土壤无效蒸发，提高玉米蒸腾效率，促进春播作物苗全苗壮，提高作物产量和水分利用效率。     

晋东豫西（寿阳）旱农试区水肥效应研究

在晋东豫西（寿阳）旱农试区，研究土壤水肥状况及施肥措施对玉米产量和水分利用效率的影响，结果表明，播前土体贮水量影响玉米的产量和生育期耗水量，适宜的土壤水分状况，有益于产量的提高，耕层土壤养分越充裕，玉米产量和水分利用效率就越高，相反，则越低，适宜的土壤养分状况。促进玉米水分的吸收及其有效利用，各种肥料的优化施用，培肥土壤实行秋季施肥，是改变该区低产面貌，有效利用降水的重要途径。     

植物对土壤水分变化的响应与控制性分根交替灌溉

在土壤水分减少的情况下,植物可以感知并利用脱落酸(ABA)作物信号传递物质,将水分胁迫信号传至叶片,进而调节气孔导度,减少蒸腾耗水。同时,植物蒸腾耗水与气孔导度为线性关系,而光合作用与气孔导度为渐趋饱和关系,如果适当降低气孔导度,可以在显著降低蒸腾耗水的基础上,对光合没有影响或影响很小。在此理论基础上,提出了一种新的灌溉技术——控制性分根交替灌溉。其核心是通过一定的灌溉措施,形成土壤水分的不均匀分布,使作物的根系处于不同的水分状态：处于湿润部分的根系吸收水分,保证作物光合,处于干燥土壤的根系产生ARA,调节叶片气孔导度。这样,在不降低或少量降低光合作用的前提下,更多地减少作物的蒸腾耗水,提高作物的水分利用率。它是一种以内涵为主的节水灌溉技术,具有坚实的理论基础和良好的应用前景。     

西南高原“旱三熟”地区不同覆盖栽培措施的土壤水分效应

在西南高原季节性旱区进行田间试验,研究不同覆盖栽培条件下"旱三熟"种植模式的农田土壤水分效应。研究表明,秸秆、地膜覆盖尤其是秸秆地膜二元覆盖有明显蓄集和保存土壤水的作用,土壤保蓄水度平均提高60.63%,覆盖能有效减少田间水分的无效蒸发,平均减少181.93 mm,使作物蒸腾系数和水分利用效率提高,平均提高19.84%和23.5%,而使作物耗水系数减小,平均减少18.26%,根区是作物耗水与土壤保蓄水的关键区域;农田水分变化沿土层可划分为3个层次,即0~30 cm土层为土壤水分变化活跃层和土壤贮水变化明显层、30~80cm土层为土壤水分变化次活跃层和土壤贮水变化显著层、80~100 cm土层为土壤水分变化相对稳定层和土壤贮水变化缓慢层。覆盖栽培可促进作物耗水量由田间无效蒸发耗水向有效的田间作物蒸腾耗水转化,使农田水分的有效性显著提升。     

半干旱区春小麦水分与产量关系及其影响因素分析

水分是影响半干旱雨养作物生长、发育及产量形成最重要的环境因素。以中国西北半干旱区田间试验为基础，收集长期观测资料和文献数据，分析春小麦产量与水分之间的关系及其环境影响因素，揭示不同环境条件下春小麦水分限制特征和调控机制。研究表明：半干旱区常规管理水平下，雨养春小麦产量与水分间的关系相对稳定，然而播前土壤储水影响生育期降水与春小麦产量间的关系，不同播前土壤储水条件下，每增加1 mm降水量，春小麦产量的增加量分别为21.3 kg·hm^-2和16.8 kg·hm^-2。生育期大气干湿条件（潜在蒸发量与降水的差值）对播前土壤储水与春小麦产量间的关系也有影响，其中大气较为干燥时（潜在蒸发量与降水的差值大于425 mm），产量与土壤水分间关系斜率为22.9 kg·hm^-2·mm^-1，大气较为湿润时（潜在蒸发量与降水的差值小于425 mm），斜率为20.1 kg·hm^-2·mm^-1。相较生育期降水，播前土壤储水对春小麦产量更具有决定性作用。半干旱雨养春小麦的气候年型由播前土壤储水和生育期大气干湿条件共同决定。增加播前土壤水分储量、在生育期的特定阶段灌溉均会改变小麦耗水量与产量之间的关系，并最终导致小麦水分利用效率发生变化。大气干湿条件和灌溉条件共同导致中国西北不同地区春小麦边界函数存在差异。     

荒漠植物根系吸水的数学模型

关于土壤 -植物 -大气连续统 ( SPAC)的研究是当前热点之一 ,研究该连续统 ,土壤水分是联结纽带。土壤水分通过植物根系和土面蒸发进入大气从而使三者成为一连续统。植物根系吸水是把土壤中水分输送入大气的关键形式 ,搞清植物吸水模式将为认识 SPAC奠定基础。目前研究植物根系吸水模式的文章很多 ,按其研究对象来说 ,主要是农作物研究 ;按研究区域来说 ,主要为降水条件充足的区域。目前研究干旱荒漠区天然植物的根系吸水模式还没有 ,本文就此研究了中国干旱内陆荒漠区的多年生小灌木 (以苦豆子 ( Sophora alopecuroides)为例 )的根系吸水模式     

干旱区土壤蒸发及水热耦合运移模式研究

干旱地区土壤蒸发模拟及水热耦合运移研究,对干旱地区水资源利用、陆面过程及气候模式研究具有重要意义.通过对土壤蒸发与内部水分传输机理的深入了解,推导出土壤水热传输与土壤蒸发模式.为了比较模式模拟结果,利用本模式对CoLM陆面过程模式进行改进,并采用黑河沙漠站观测资料,对模式改进前后土壤蒸发与土壤温度和湿度模拟结果进行了对比.结果表明:改进后模式能够更好地模拟土壤温度与土壤蒸发,干旱条件下应考虑水汽对土壤水分与温度传输的影响.     

砾石覆盖量对夏玉米作物系数及水分利用效率的影响

为评价半湿润易旱地区砾石覆盖对土壤贮水量、作物生长与产量及水分利用效率的影响,利用杨凌地区夏玉米2014年实测数据及气象数据,基于Penman-Monteith公式计算了砾石不同覆盖量下全生育期内参考作物蒸发蒸腾量,并根据FAO推荐的分段单值平均法,计算夏玉米各生育期作物系数,以及砾石不同覆盖量下作物水分利用效率。结果表明:砾石覆盖的保水效果主要体现在作物生长初期,拔节期最大砾石覆盖处理0~200 cm土壤贮水量较对照增大12.8%,后期由于冠层覆盖影响其效果减弱;夏玉米全生育期作物系数与覆盖量呈线性关系;覆盖量越大,不同生育阶段的作物系数也相应增加;叶面积和株高与作物系数有着较好的回归关系,可以对生育期内的玉米蒸散量进行预报;砾石覆盖可以缩短夏玉米生育期的天数,最大可缩短19 d;砾石覆盖能促进作物生长,提高作物产量,且在该试验覆盖量范围内,覆盖量越大,增产增效越明显,随覆盖量增加,各处理分别较对照提高4.65%~38.17%;作物水分利用效率随覆盖量的增大分别较对照提高2.94%~32.99%。     

旱地不同生态型冬小麦水分利用效率对播前底墒的响应

针对甘肃陇东旱作区冬小麦产量低而不稳、水分利用效率低下,冬小麦夏季休闲期正值该区的降雨高峰期,降雨和无效蒸发同步且土壤保持水分不足的问题开展试验研究。通过夏季休闲期的地膜覆盖、集雨抑蒸,提高播前底墒,并对模拟底墒试验的产量、水分利用效率(WUE)进行分析,得出:冬小麦产量与播前底墒具有显著的相关性,基于一定底墒条件下的底墒和生育期降水互作分析表明,产量与播前底墒的拟合度高于与生育期降水拟合;播前底墒对不同生态类型冬小麦产量和WUE有显著的影响,高底墒条件下的产量、WUE分别较中底墒和低底墒高28.40、70.43和22.94、75.06个百分点;在夏休闲期采用集流入渗抑蒸技术,使土壤蓄水效率由传统耕作的33%~38%提高到60%~70%,蓄保夏休闲期的降雨于土壤中,对于稳定提高适宜生态型冬小麦产量有显著的作用。     

不同施氮水平下小麦/玉米套作群体产量和水氮利用

通过2018—2020年连续两年田间试验,以小麦/玉米套作群体为试验对象,研究N0、N1和N2 3个水平下（施N量分别为小麦0、120 kg·hm^-2和240 kg·hm^-2,玉米0、180 kg·hm^-2和360 kg·hm^-2）小麦/玉米套作群体产量、土地当量比与土壤水分利用的差异。结果表明：小麦/玉米套作具有明显的产量与水分利用优势,与单作相比,套作小麦产量提高21.34%~27.80%（P＜0.05）,产量优势主要来源于边1行与边2行的增产,而套作玉米表现受氮肥供应的调控,在N0与N1水平下套作产量减少3.02%~11.43%,仅在N2水平下高于单作玉米;小麦/玉米套作群体的土地当量比（LER）在1.04~1.16,具有土地利用优势;在相同产量下小麦/玉米套作群体比单作群体的耗水量更少,水分利用效率更高,其中在N1水平下耗水量减少最为明显,两年内平均减少消耗47.30 mm的水分,而水分利用效率比单作系统提高2.77%~6.46%,小麦/玉米套作群体在3个施氮水平下均表现出节水与水分利用优势;套作种植还可以提高小麦和玉米的氮肥农学利用率及小麦的氮肥偏生产力,两年内套作小麦的氮肥偏生产力和氮肥农学利用率最高可达64.17 kg·kg^-1和11.17 kg·kg^-1。因此在半湿润区雨养条件下具有发展小麦/玉米套作种植模式的可行性。     

草炭保水机制的初步研究

灌溉是干旱区农业存在与发展的必要条件。如何提高灌溉水的利用率，及如何保持土壤中的水分以保障作物需求，是本区农业研究的重要问题。通过测定并分析不同草炭处理土壤的表层（30cm)含水量，物理性质及作物产量，本文探讨了草炭处理土诘的水分动态变化及草炭的保水机制，观测数据显示，与对照组相比，在观测期间，2%加拿大草炭处理土壤含水量提高3.96%;2%石河子草炭处理土壤含水量提高3.43%。进一步的研究表明，草炭对土壤水分的保持机制，不仅是因为其所具有的巨大持水能力，对土壤物理性质的改善，也是其保水机制之一，由于大空隙的增加，切断了毛管水的上升，从而降低了土壤表面的水分蒸发，在下层土壤中保持了更多的水分。     

我国旱区作物根域微集水种植技术研究进展及展望

概述了我国旱作区作物根域微集水种植技术的增产机理与效果,在总结现有研究基础上,指出了目前根域微集水种植技术研究中存在的若干问题,并提出针对该技术的完善与深化应加强其影响作物生产力机制及水肥耦合机理方面的研究,科学评价在不同雨量区根域微集水种植的应用效果和水保效应,同时应进一步规范根域微集水种植技术的相关技术标准和操作规程。作者认为该技术在深化试验研究与广泛示范的基础上,在旱农区有十分广阔的应用前景,是提高旱区降水资源化效率及作物增产的重要技术途径。