山西省典型粮食作物水分生态适应性研究

为探究山西省典型粮食作物水分供需及水分生态适应性特征,基于1980—2018年山西省28个国家气象站点的逐日气象资料,采用Penman-Monteith公式计算玉米、谷子和马铃薯3种粮食作物生育期内的水分供需情况,并在此基础上定量分析作物的水分亏缺及水分生态适应性特征。结果表明：1)3种作物的需水量与自然降水有较好的耦合度,但自然降水仍无法满足作物生长发育的需求,尤其是马铃薯,灌溉需水量高达248.96mm,且在全省大部分地区高于玉米和谷子;2）晋南和晋东南地区马铃薯的水分亏缺指数最高,分别为0.85和0.78,其他地区表现为玉米最高,为0.76,谷子最低,为0.75;3）作物水分生态适应性指数由高到低表现为谷子（1.22）>玉米（1.07）>马铃薯（0.77）。谷子的灌溉需水量和水分亏缺指数最小且水分生态适应性最高,从水资源可持续利用角度分析,山西省应适当减少玉米的种植范围,适当增加谷子的播种面积,同时应控制严重缺水地区马铃薯的种植规模。     

贵州水稻有效降水量和需水量特征分析

为了分析贵州水稻生育期内有效降水量和需水量等水资源的变化特征,研究基于贵州80个气象站点1961—2015年的逐日气象资料,采用美国农业部(USDA)土壤保持局推荐的有效降水量和联合国粮食及农业组织(FAO)推荐的参考作物蒸散量计算方法,计算贵州水稻不同生育期内的有效降水量和需水量,并分析水稻不同生育阶段缺水量和灌溉需求指数的变化特征。结果表明:1961—2015年,贵州水稻全生育期有效降水量为324 mm,呈递减趋势,其中,移栽—抽穗期是有效降水量最大的阶段,呈递增趋势,其他生育期有效降水量均为递减趋势;水稻全生育期需水量为737 mm,呈递减趋势,其中,移栽—抽穗期、抽穗—灌浆期需水量呈递减趋势,其他生育期需水量呈递增趋势;水稻全生育期多年平均缺水量为413 mm,呈递增趋势,其中,移栽—抽穗期缺水量呈递减趋势,其他生育期呈递增趋势。全生育期作物水分盈亏指数为0.56,其中,抽穗—灌浆期对灌溉依赖程度最高。     

回归等值线图在分析旱地蔬菜全生育期土壤水分动态变化规律中的应用

为了探究半干旱地区不同作物布局中种植甘蓝的耗水特征,本试验引入玉米、谷子、菜豆、大豆、马铃薯与甘蓝构建三年轮作系统,设置8种轮作组合,利用回归等值线图分析不同轮作方式处理下甘蓝全生育期土壤水分动态变化规律的差异。结果表明:以甘蓝为当年生作物附以不同的前茬处理,前一年茬口的不同对当年生甘蓝全生育期土壤含水量动态变化的影响较大,在各时期水分贮量分布产生的差异中占主导地位,前两年茬口的不同对其造成的影响较小。前一年种植作物分别为:菜豆、甘蓝、大豆、马铃薯时,甘蓝全生育期土壤水分动态变化分别呈现:不闭合峰、斜鞍形、半鞍形、闭合峰的分布;前一年种植相同作物附以前两年不同的茬口处理,对当年生甘蓝生育期内土壤含水量的时空动态变化并未造成明显的影响。该结果对当地作物类型的选择、耕作制度及作物布局的调整具有一定的指导意义。     

旱作农业区不同田间集雨措施应用效果研究

分别对冬小麦和夏玉米进行了不同田间集雨措施的试验研究。结果表明,起垄可使垄背土壤变得疏松,孔隙度增大,有利于土壤通气透水,增加土壤水库容。这有利于作物根系生长,增强抗倒伏能力,并可以减少地表径流使表土土壤结构体免遭破坏。因土壤贮水能力增加、地形对降水的再分配、土壤水的运移及蒸发强度的不同,使更多水分可以被作物利用。秸秆覆盖也可以缓冲雨滴的冲击力而减弱对土壤结构体的破坏,并且可以减少土壤水的蒸发损失。冬小麦生育期由于降水较少且强度不大,田间地形对降水的再分配效果不明显;而在没有覆盖措施的情况下因加快了土壤水分的蒸发,会降低冬小麦降水利用率。垄沟种植对夏玉米有明显的增产效应,而覆盖的效应相对较小。     

不同灌溉制度对玉米生长过程中水分利用的影响

以玉米为试验材料,研究不同灌溉制度对玉米生长过程中水分利用情况的影响。结果表明,土壤水分是影响玉米根系分布的重要指标,早期缺水对玉米根系向土壤深层的延伸程度大于只在玉米生长中期缺水处理;玉米生长前期对水分需求非常旺盛,会直接影响玉米整体生长期,进而影响作物产量;后期水分亏缺,能够提高玉米对水分的利用率,对作物产量影响较小。     

气候变化下东北农作区大豆需水量时空变化特征分析

为探讨气候变化背景下东北农作区大豆需水量变化特征,基于Simulation of Evapotranspiration of Applied Water(SIMETAW)模型,利用东北农作区58个气象站点1961—2010年的气象资料,分析气候变化背景下大豆不同生育时期内有效降雨量、需水量(ETc)与缺水量(WD)的时空变化特征。结果表明:近50年来东北农作区大豆花前有效降雨呈微弱增加的趋势,花后有效降雨呈下降趋势,大豆全生育期有效降雨量呈下降趋势,气候呈现暖干趋势;在大豆全生育期及各生育阶段长白山区的有效降雨量均高于其他亚区。全区大豆全生育期50年平均需水量为398.29mm,呈下降趋势,其分布呈西多东少、南多北少;全区大豆播种-出苗阶段需水量多年来保持稳定,平均为27.36mm,其分布呈北部及中部多、南部少。全区大豆出苗-开花阶段平均需水量为130.90mm,呈下降趋势,其分布呈南多北少,全区大豆开花-成熟阶段平均需水量为240.03mm,呈上升趋势,其分布呈中部多、南北少。近50年来,东北农作区大豆全生育期及不同生育阶段内缺水量为正值,其中松辽平原区大豆缺水量值最大。如果不考虑灌溉,研究区域有效降雨不能满足大豆的需水,有条件的地区,应适时补充灌溉,来保证大豆的稳产高产。     

保水剂基质育苗移栽对杂交谷子生长特征影响初探

张家口地区属长城沿线半干旱地区,年均降水量仅为350~400 mm,农田水分不足与作物需水的矛盾限制了该区农业发展,因此利用和保蓄有限的降水资源成为农业可持续发展的关键。‘张杂谷’系列谷子杂交种是张家口市农业科学院具有自主知识产权的科研成果,已在中国北方干旱、半干旱地区累计推广近6750万hm2。为了充分发挥杂交谷子的增产潜力,试验以‘张杂谷3号’和海明牌保水剂为试验材料,采用单因素完全随机设计方法就不同保水剂和土壤比例基质育苗移栽对杂交谷子生长特征的影响进行了研究。试验结果显示,最适宜的保水剂和土壤混合基质比例为1:100。     

云南蒙自坝子主要作物需水量及灌溉需水量研究

根据蒙自坝子中部蒙自气象站1980—2010年逐月气象资料和相应的作物数据及CROPWAT软件,计算了蒙自坝子近31年来的作物需水量和灌溉用水量,通过排频,确定了不同作物在相应保证率下的灌溉用水量。研究结果表明,水稻、玉米、马铃薯、烤烟、花生等大春作物的多年平均作物需水量分别为696．2、427．7、517．8、414．0和469．0mm,作物需水量离差系数较小。大春作物生育期有效降雨量较多,故灌溉需水量很少,但水稻因为泡田用水、秧田用水、生长期渗漏等,导致灌溉用水量很大,成为灌溉需水量最大的作物;小春作物蚕豆、小麦、油菜的多年平均作物需水量分别为394．8、412．5、476．2mm。因为生育期内有效降雨量相对较少,小春作物灌溉需水量很大;甘蔗、蔬菜为全年种植（生长）作物,作物需水量分别为1308．3和1186．9mm,灌溉需水量分别为675．2和523．51／11／1,成为仅次于水稻的第2和第3位灌溉需水量最大的作物。该研究为蒙自坝子灌溉制度制定、作物种植结构调整提供了理论依据。     

模拟降雨量下沟垄微型集雨种植玉米的水温效应

 【目的】探明沟垄微型集雨种植（垄体覆膜沟内种植）适宜的降雨量范围,为确定合理的微型集雨种植模式提供科学依据。【方法】在夏玉米生长期,人工模拟大、中、小3种降雨量（440、340和230 mm）,定期测定传统平作（T1）和沟垄微型集雨种植（T2）条件下土壤水分和耕层地温,并分析了农田水分利用效率（water use efficiency,WUE）。【结果】在玉米全生育期230、340和440 mm降雨量下,沟垄微型集雨种植农田200 cm土层平均储水量分别较平作（平作不起垄不覆膜）增加了2.3％、5.2％和4.5％,耕层0～5 cm平均地温分别增加了1.2、1.1和1.0℃。在全生育期230 mm和340 mm雨量下,WUE 较平作分别增加7 kg•ha-1•mm-1和3.1 kg•ha-1•mm-1,提高了61.24％和26.90％;当全生育期降雨量为440 mm时,沟垄微型集雨种植和平作的WUE分别为16.55 kg•ha-1•mm-1和17.46 kg•ha-1•mm-1,差异不显著。【结论】在夏玉米生育期降雨量为230 mm到340 mm雨量范围,沟垄微型集雨种植能明显改善玉米的水温条件,提高WUE。     

黄土高原半干旱区不同覆膜方式对土壤水热环境及糜子耗水特性的影响

【目的】探明黄土高原旱作区不同覆膜方式中的土壤水温效应及糜子增产机制。【方法】 2015-2016年,以陇糜10号为试验材料,设置全膜双垄沟留膜免耕穴播（A1）、全膜双垄沟穴播（A2）、全膜平铺膜上覆土穴播（A3）、全膜平铺穴播（A4）、露地等行距条播（CK）5个处理,研究土壤水热效应及其对糜子耗水特性、水分利用效率及产量的影响。【结果】与露地条播（CK）相比,两年间在糜子生育期内,A1、A2、A3、A4处理5-25 cm土层平均温度变化及土壤平均温度日变化均表现出不同程度的增温效果。糜子生育期内,丰水年份（2015年）A1、A2、A3、A4处理较CK贮水量分别提高94.7、67.9、58.0、21.0 mm,而耗水量表现为CK＞A1＞A4＞A2＞A3,且各处理在不同土层、不同生育阶段耗水均衡;严重干旱年份（2016年）A1、A2处理较CK贮水量提高83.9、57.4 mm,而A3、A4较CK降低27.1、25.3 mm,耗水量表现为A3＞A4＞A1＞A2＞CK,其中,A3、A4、A1、A2较CK依次加强了对80-100 cm土层水分的利用,且播种至苗期4种覆膜方式较CK耗水量降低,均衡调控了拔节至成熟期的耗水强度;基于4种覆膜方式间土壤水热环境的不同和对糜子生育期内耗水特性的差异,A1、A2、A3、A4处理较CK水分利用效率分别提高1.3-3.9、5.2-5.5、3.4-3.5、4.1-4.2 kg·hm^-2·mm^-1,增产9.0%-43.3%、34.8%-58.2%、20.8%-49.4%、29.0%-52.9%,且干旱年份的增产幅度更高。【结论】4种覆膜栽培均改善了糜子生育期内的土壤水热环境,调节了其不同生育阶段的耗水强度,显著提高作物水分利用效率、产量及其相关性状,增产潜力依次为A2＞A4＞A3＞A1。     

渭北旱塬冬小麦水·肥·产量关系研究

[目的]探讨了不同供水条件下土壤水分与作物产量的关系。[方法]以冬小麦品种长旱58为试材,设肥力和水分2因子高、中、低3水平9个处理组合,通过试验资料分析了不同养分和水分条件下作物的产量响应。利用2006年9月~2007年7月的气象资料研究了冬小麦不同生育期耗水量。[结果]各生育期耗水量占全生育期总耗水量的百分比以孕穗灌浆期最大,达45.6%,其次为拔节期,约21.5%,越冬期最小,约8.4%。底墒对旱作作物产量具有重要影响,施肥量过量会影响农田水分循环过程,使得高产农田的产量随降水量的变化而波动。[结论]提高作物土壤耗水量和土壤底墒利用率是黄土高原旱地农业实现高产稳产的关键。     

作物根茬对土壤团聚体的影响

本试验探讨作物根茬对土壤团聚体的影响。测定结果表明:作物根茬留在土壤中能够增加水稳性团聚体的数量、玉米根茬优于其他作物,即玉米>高粱>谷子>大豆。玉米连作三年的优于连作二年的,玉米连作二年的优于豆茬玉米。玉米适当连作并且不刨除根茬,可以改善土壤的结构状况,还可收到培肥与增产的效益。     

旱坡地集水枣园的水量平衡研究

研究表明，黄土丘陵区旱坡地集水枣园的年降雨量达到331mm时，枣树生长期的水分供需在理论上达到平衡状态。降雨量低于331mm时，枣园水分出现亏损，水量平衡向负值倾斜。由于雨量分布不均，某一时期的早害会影响整个生育过程。实际观测表明，当集水枣园平均单株土壤水分净集水量达到树体蒸发量的2倍时，枣树才能正常地生长结果；而要达到这个集水量，枣园年降雨量需大于400mm。当降雨量为298mm时，枣树缺水随密度的加大而增加，4种密度缺水依次为－249．14kg、－354．56kg、－453．50kg和－640．95kg。     

渭北旱塬西部主要作物水肥效应指数的研究

在防雨棚控制条件下，采用最优设计和盆栽试验，研究水分和肥料对冬小麦、春玉米、夏谷子的产量及生物学产量效应指数，作为评判旱地水肥关系的量化指标。结果表明，冬小麦、春玉米的水肥效应是水分大于肥料，谷子则是肥料大于水分，并提出了作物的肥水需要量     

旱地全膜双垄沟播玉米水分变化特征探讨

2008年在会宁县四方吴乡三房吴村进行了全膜双垄沟播玉米需水动态测定。结果表明：在半干旱地区全膜双垄沟播玉米生育期需水264mm左右,造成干旱的原因不是降水总量不足,而是降水与玉米生长发育期需水不吻合,尤其是玉米进入大喇叭口期,需水进入高峰期,此期需降水补充,如无有效降水,应采用集雨补灌等主动抗旱措施。     

北疆膜下滴灌玉米年际需水量及耗水规律

【目的】探索新疆天山北部准噶尔盆地南缘区膜下滴灌玉米年际需水量、气象因素、水分生产率、作物系数以及生长、生理动态等变化特征,为调整区域作物种植结构,高效节水提供理论依据。【方法】在新疆灌溉中心试验站,通过2013—2015年3年的旱棚灌溉试验,分析4种不同灌水定额300、375、450、525 m3·hm~(-2)(分别用T1、T2、T3、T4表示)玉米年际内和年际间耗水规律、作物系数及生长、生理指标变化,采用相关分析方法,探明各气象因素与玉米需水量的相关关系,确定影响玉米需水量变化的主要气象因素。【结果】年际内各处理玉米总耗水量、生育阶段耗水量随灌水量增加而增大,2013年各处理(T4—T1)总耗水量为202.69、243.22、317.70、366.99mm;2014年各处理总耗水量为293.81、372.18、466.69、537.13 mm;2015年各处理总耗水量为326.84、401.31、490.76、569.33 mm。年际间,2015年度各处理总耗水量比2014年多5.66%、4.90%、7.26%、10.11%,比2013年多35.54%、35.26%、39.39%、37.98%;2014年度各处理总耗水量比2013年多31.68%、31.92%、34.65%、31.01%。2015年平均温度比前两年高2.6%—3.3%,有效降雨高30.4%—31.2%,相对湿度高11.5%—12.5%。平均温度对玉米播种至灌浆生长期需水量影响突出,线性回归方程的决定系数均达到0.98。玉米产量随灌水量的增加呈先增后减趋势,经优化分析玉米生育期灌水量为3 570—6 370 m~3·hm~(-2),产量可达13 061—14 929 kg·hm~(-2)。水分生产率随灌水量增加而降低,变幅5.92—1.75 kg·m-3之间。作物系数随灌水定额增加而增大,变幅在0.51—1.18之间,3年内作物系数在灌浆—成熟阶段最大,其值为1.01,播种—出苗作物系数最小,其值为0.33。【结论】年际内玉米各处理总耗水量差异显著,各生育阶段耗水量在拔节—抽雄、抽雄—灌浆、灌浆—成熟阶段差异显著。年际间各处理总耗水量变化差异显著,各处理生育阶段耗水量在抽雄—灌浆、灌浆—成熟阶段差异显著。气象因素中平均温度、有效降雨、相对湿度呈逐年增长趋势,太阳辐射、风速、平均温度与需水量成正相关,相对湿度与需水量成负相关。在出苗—拔节阶段,主要气象影响因素是太阳辐射和风速;在拔节—抽雄阶段,主要气象影响因素是相对湿度和平均温度;在抽雄—灌浆阶段,主要气象影响因素是平均温度。平均温度对玉米生育阶段需水量影响最大。玉米产量与全生育期灌水量成二次抛物线关系。玉米作物系数全生育期呈现单峰值变化,峰值出现在抽雄—灌浆期。生育期内玉米株高随灌水量增大而增加,全生育期呈单峰变化,峰值在抽雄期。叶面积指数峰值出现在灌浆期,叶绿素峰值出现在抽雄期。     

半干旱地区地膜覆盖、底墒和氮肥对春小麦根系生长的集成效应

在年降水量 4 1 5 m m的黄土高原中部黄绵土上 ,以春小麦 (Triticum aestivum)为供试作物进行大田试验 ,研究地膜覆盖 (设不覆膜、播种后覆膜 30 d、覆膜 6 0 d和全程覆膜 )、底墒 (设低、高 2种底墒 )和施氮 (设不施氮和施氮 75 kg/hm2 )对春小麦根系生长的影响。结果表明 ,覆膜后作物根系生长加快 ,中下层根系比例增加 ,有利于吸收土壤深层水分。相对发达的根系保证了作物吸收器官 (根 )和失水器官 (叶 )间的平衡 ,协调根冠间的干物质分配关系 ,能在不影响根系吸收能力的前提下 ,提高光合产物的繁殖分配比例。适时揭膜能够改善光合产物分配 ,促进根系生长下扎 ,维持生长后期活性。全程覆膜处理的表层和中层 (30～ 6 0 cm)土壤中 ,根系生物量显著低于其他处理 ,原因在于后期覆膜使土壤温度急剧升高 ,造成根系大量死亡和活性下降。因此及时揭膜 ,有利于作物生长后期的根冠比保持在较高水平 ,而全程覆膜对维持作物生长后期较高的根冠比不利     

“一膜两年用”关键技术及节本增产效应研究

“一膜两年用”第2年种植玉米时。玉米播种期0～60cm土壤含水量平均为18．38％,比早春顶凌全膜覆盖增加0．98～1．36个百分点,比播期半膜增加3．96-4．14％;水分生产效率提高24．17％,土壤温度较播期半膜覆盖提高2．37℃／d,玉米全生育期积温增加323．4℃,其表现程度与早春顶凌全膜覆盖基本一致。“一膜两年用”种植玉米、油葵增产效果低于早春顶凌全膜覆盖4．9％,但与播期半膜相比,玉米增产幅度达23．7％,油葵增产13．3％。由于“一膜两年用”减少了地膜和田间作业的投入,增收效果非常显著,种植玉米、油葵平均纯收益11057．2元／hm^2,比早春顶凌全膜覆盖增加1653．2元／hm^2,比播期半膜增加4107．1元／hm^2。“一膜两年用”既能减少水分的散失,使土壤含水量相对稳定,又提高了地温,改善了土壤环境,减少了废旧地膜的污染,为作物生长发育创造了良好的环境。     

不同水肥处理对当归种植需水量的影响

[目的]对当归在不同水肥处理下的需水量进行研究,为当归灌溉制度研究及GAP规范化种植提供理论依据。[方法]通过小区田间试验,依据试验结果进行理论统计分析,分析了当归在不同灌水施肥处理下的土壤水分变化规律、需水量和作物系数。[结果]不同处理0～37 cm深度土壤含水率变化、表层土壤含水率变化起伏较大,随着深度增加,土壤含水率变化较小;不同水肥处理对当归阶段需水量的影响,需水量与灌水量大小成正比,灌水量越大,需水量越高;在适宜灌溉条件下,当归整个生育期的日耗水强度从0.16～4.03不等,作物系数为0.37～1.26,全生育期需水量592.98 mm;当归的整个生育期作物系数变化趋势是先增大后减小。[结论]该研究结果对制定当归种植灌溉制度和GAP规范意义重大。     

辽西地区春播期土壤湿度变化特征及气象影响因子分析

利用1981—2011年辽西地区土壤相对湿度、降水和气温资料,对该区土壤湿度和降水变化特征及二者关系进行分析。结果表明：土壤湿度具有明显干化趋势,同期降水不是唯一影响因子;春播期土壤湿度与前秋降水正相关,深层相关系数为0.69,与底墒显著正相关,相关系数最高可达0.84,如此显著的正相关是由于北方特有的封冻雨,秋季降水封冻在土壤里,到第二年春季,气温升高,解冻返浆,土壤变得湿润;5月土壤湿度与同期降水呈正相关,浅 层相关系数为0.67,与气温呈负相关,深层相关系数为-0.58。