节水灌溉条件下冬小麦耗水规律及其生态基础研究

从土壤水分、作物生长发育及气象条件三个方面分析了冬小麦农田耗水变化特点。结果表明：在土壤水分状况较好条件下冬小麦农田耗水强度呈双峰曲线变化,不同灌溉处理的耗水高峰出现时期及其峰值不同,而与灌水时期一致,同时灌溉能够明显降低冬小麦利用土壤底墒水能力。在拔节以前冬小麦农田耗水与大气蒸发力呈显著直线相关;拔节后与其干物质积累以及土壤水分含量呈显著正相关,拔节期是冬小麦需水的生理生态临界期。     

不同尺度农田水分利用效率测定方法评述

水分利用效率是反映作物物质生产与水分消耗之间关系的指标,在不同的学科存在不同的理解,在不同尺度有不同的计算方法。此文评述了收获法、红外气体分析法、涡度相关法、稳定同位素法测定水分利用效率的优缺点及其适用的尺度。     

冬小麦节水灌溉的生理生态基础研究进展

从作物生理生化、农田生态环境等方面详细论述了冬小麦节水灌溉生理生态基础的研究进展．其研究主要集中在作物本身生物学特性、土壤水分与根系关系、农田生态环境3个方面。每个方面研究已较深入，但对这3个方面的综合性研究及边缘学科问的协作研究还比较薄弱。今后应从土壤一作物一大气连续体(SPAC)出发。着重研究在冬小麦高产优质栽培条件下，节水灌溉对冬小麦与水分关系的影响及其生理生态机制。     

水稻、大豆、玉米光合速率的日变化及其对光强响应的滞后效应

用LI-6400光合测定系统对水稻、大豆和玉米3种作物在不同生育时期叶片光合速率的日变化规律进行了研究。结果表明:在各个生育时期,C3作物(水稻、大豆)叶片的光合作用均存在午休现象。而午休现象的产生是气孔因素与非气孔因素共同作用的结果。其中“气孔因素”是高温加剧蒸腾作用,气孔对蒸腾作用的反馈抑制造成的。C3作物(水稻、大豆)叶片的光合速率对光强的响应在上午和下午存在明显差异,上午利用光能的能力明显大于下午。这主要表现在上午的表观初始量子效率比下午大。光合产物对光合作用的反馈抑制会造成这种量子效率的差异性。无论是气孔限制还是光合产物反馈抑制都可能是导致光合速率对光强响应产生“滞后效应”的主要原因。C4作物(玉米)的午休现象不明显,光合速率对光强的响应在上午和下午的差异也不明显,不存在明显的“滞后效应”,这可能与C4作物(玉米)自身的生理特性适应高温的能力有关。     

利用RZWQM-ERES模拟华北平原农田土壤水分动态及其对作物产量的影响

农业系统模型是农业生产多元目标优化管理的重要工具,但由于系统模型过程复杂,参数众多,校正和验证工作一直是模型研究的重点和难点。本文对RZWQM (Root Zone Water Quality Model)与CERES (Crop Environment Resource Synthesis)的结合模型RZWQM-CERES模拟土壤水分及作物产量进行了参数优化和验证,结果表明,RZWQM-CERES在禹城站和栾城站模拟不同灌溉处理土壤贮水量与测定值呈相似的变化趋势,均方根差(RMSE)分别为2.38~2.70 cm及3.49~3.73 cm;作物产量模拟结果与实测值对土壤水分的响应趋势一致(R² = 0.83^***,n = 22),其中在禹城站模拟小麦和玉米产量的RMSE分别为550 kg hm^-2和580 kg hm^-2,栾城站模拟小麦产量的RMSE为670 kg hm^-2。以上结果表明RZWQM-CERES可作为华北平原模拟和分析土壤水分对作物产量影响的有效工具。本文初步建立了一套适合华北平原作物生产的模型参数,为利用RZWQM-CERES建立农田水分优化调控策略奠定了基础,并探讨了模型评价过程中应注意的问题。     

节水灌溉制度对冬小麦品质和产量的协同调控效应

土壤水分是冬小麦产量和品质形成的重要调控因子,研究节水灌溉制度对冬小麦产量和品质的协同调控作用,对于冬小麦高产优质水分管理具有重要的意义。本研究通过分析不同节水灌溉制度下冬小麦籽粒形态品质和加工品质的变化特征及其与农田蒸散的量化关系,结果表明灌溉制度对冬小麦品质指标的影响存在明显差异,水分调控应针对不同的品质指标区别对待,其中拔节期和抽穗期灌溉对冬小麦多项品质指标及产量有明显的调控作用。多数小麦品质指标与农田蒸散量呈相反的趋势变化,而产量与蒸散量变化趋势一致。本试验条件下拔节期和抽穗期灌溉基本达到了冬小麦产量和品质的协调一致,可作为该地区冬小麦高产优质水分管理的有效措施。     

底墒差异对夏玉米耗水特性及产量的影响

该试验在中国科学院地理所禹城综合试验站进行，研究了底墒差异对夏玉米耗水特性及产量的影响。得出土壤体积含水率随深度的增加而逐渐趋向稳定，但底墒影响各层的水分含量和夏玉米的耗水深度。若夏玉米生育期间不进行补充灌溉且含水率小于27%时，夏玉米的主要供水层在60～90 cm范围内，冬小麦生育期间不灌水的夏玉米开始利用深层水，底墒相对充足的夏玉米利用的深度可达1.1 m土深。在冬小麦生育期间灌两水(120 mm)条件下，对夏玉米进行补充灌溉可显著提高产量，但在冬小麦生育期间灌一水(60 mm)条件下再进行补充灌溉，其增产作用不及充足的底墒水。冬小麦在抽穗和灌浆期灌溉120 mm，夏玉米生育期间灌水150 mm的处理夏玉米产量达7466.58 kg/hm²。冬小麦在拔节—抽穗—灌浆期灌溉，夏玉米整个生育期都不灌溉的处理水分利用效率(WUE)为33.34 kg/(hm²·mm)。     

保护性耕作机械化种植模式与播量试验

2009—2011年在青岛开展了保护性耕作机械化种植模式与播量试验。试验表明两者对产量均有显著影响,小宽窄行模式(28 cm+12 cm)小麦产量最高,分别比大宽窄行和大等行距模式高15%～30%;加大10%～20%的播量,产量提高2.2%～15%,并分析了小宽窄行模式增产和大宽窄行模式产量不高的原因。     

光和CO2作用下C3和C4作物气孔导度-光合速率耦合关系的差异

气孔控制着光合作用和蒸腾作用两个相互耦合的过程,气孔导度与光合速率的耦合关系是理解陆地生态系统碳循环和水循环及其耦合关系的基础。利用LI-6400光合仪控制光强和CO2浓度变化,分析了C3和C4作物气孔导度-光合速率耦合关系的差异。结果表明:即使CO2浓度变化条件下,Ball-Berry模型也能很好地模拟气孔导度与光合速率二者的耦合关系。气孔导度与净光合速率之间的耦合系数体现了不同作物之间水-碳交换比例的差异,反映了气孔限制和内部生理生化过程限制在不同作物上所占的比例。由于该系数在C3作物和C4作物之间存在明显差异,C3作物中,陆生C3作物和水生C3作物也存在一定差异,因此作物的生态功能类型可以大体划分为3类:C4作物、陆生C3作物和水生C3作物。这种生态功能类型的划分为提高碳循环、水循环以及水碳耦合循环模型在区域尺度上应用的精度是有益的。     

根系水质模型中土壤与作物参数优化及其不确定性评价

农业系统模型参数优化存在很高的不确定性,是模型应用研究的重点和难点。该研究利用自动优化程序PEST(parameter estimation software)对根系水质模型(root zone water quality model,RZWQM)中土壤参数(土壤水力学参数和根系生长参数)和作物遗传参数进行了优化,结果表明PEST优化模拟结果明显优于传统试错法的校正结果,且具有较高的参数优化效率。模型参数优化不确定性评价表明校正数据和参数初始值的选择、土壤水力学参数估算方法、不同类型参数间的相互作用以及优化目标方程(误差来源计算)都明显影响模型模拟结果。以上过程中土壤水力学参数优化值差异较小,但其土壤水分特征曲线却明显不同。通过以上评价分析提高了RZWQM相关参数优化结果的可靠性及其模拟功能,降低了模型参数优化的不确定性,为PEST优化其他模型参数提供了重要支持。