基于随机降水的冬小麦灌溉制度制定

为了确定合理的冬小麦灌溉制度,该文在分析广利灌区30 a降水分布规律的基础上,应用蒙特卡罗方法对其进行模拟出长系列（500 a）的旬降水,结合试验所得到的冬小麦耗水的基本参数,制定出了每个模拟年份冬小麦最优灌溉制度,并对灌水规律进行统计分析,得到不同灌溉定额条件下,各生育期灌水定额的的概率分布以及不同灌水定额的高产概率。结果表明：以30 mm为灌水定额的变化步长情况下,灌溉定额为60 mm时,越冬和拔节期各应该灌30 mm,高产概率为1%;灌溉定额为120 mm时,越冬和返青期灌30 mm,拔节期灌60 mm,高产概率为12%;灌溉定额为 180 mm时,越冬和灌浆期灌30 mm,返青和拔节期灌60 mm,高产概率为62.8%;灌溉定额为240 mm时,拔节期和抽穗期灌60 mm,其他生育期灌30 mm,高产概率为98.8%。该文丰富了灌溉制度的研究方法,为冬小麦的科学灌水提供了有力的技术支持。     

不同灌溉处理下冬小麦水平衡与灌溉增产效率研究

水资源是华北平原冬小麦、夏玉米种植区最重要的生产制约因素, 农业水资源高效利用具有重大的社会需要。通过设置冬小麦不同灌溉处理, 分析了各处理的水分平衡、产量和灌溉增产效率。结果显示: 1)不同灌溉处理具有不同的水分平衡过程, 雨养农田、充分灌溉处理、返青水胁迫处理、拔节抽穗水胁迫处理和灌浆水胁迫处理的蒸散量分别为251±58 mm、482±48 mm、352±44 mm、388±22 mm 和324±53 mm; 2)灌溉量对于小麦产量的增加具有明显的正效应, 拔节-抽穗水胁迫对作物产量有较大影响, 灌浆水胁迫和返青水胁迫均没有对小麦产量造成明显影响; 雨养农业的经济产量为2 950±635 kg·hm^-2, 充分灌溉下的经济产量约为5 994±994 kg·hm^-2; 冬小麦返青期、拔节抽穗期、灌浆期施加适度的水分胁迫, 产量分别为5 163±885kg·hm^-2、5 047±1 180 kg·hm^-2、5 249±975 kg·hm^-2, 与充分灌溉相比, 没有明显的产量下降; 3)小麦的灌溉增产效率存在明显的年际差异, 在丰水年或特丰水年, 灌溉增产效率为1.9 kg·m^-3, 在枯水年为0.4 kg·m^-3, 平水年为1.6 kg·m^-3。     

基于SWAP模型的春小麦咸水非充分灌溉制度优化

为探讨石羊河流域春小麦适宜的咸水非充分灌溉制度,该文利用2008年、2009年的田间试验资料对SWAP模型进行了率定和验证,并应用模型模拟了不同水文年型、不同灌水方案对土壤水盐平衡、作物产量和水分利用效率的影响。结果表明:咸水灌溉时,适宜的非充分灌溉能够提高作物产量和水分利用效率,土体盐分增加量明显降低;而咸水灌溉时最大产量及对应的灌水量随灌水矿化度的增大而降低。春小麦最优灌水方案为:1)25%降水年型(丰水年),灌水矿化度0.7、3、6 g/L的最优方案均为灌3次水,灌溉定额322 mm;2)50%降水年型(平水年),灌水矿化度0.7、3、6 g/L的最优方案均为灌3次水,灌溉定额分别为328、287、246 mm;3)75%降水年型(枯水年),灌水矿化度0.7和3 g/L的最优方案为灌4次水,灌溉定额分别为440和396 mm,灌水矿化度6g/L对应的最优方案为灌3次水,灌溉定额352mm。该文提出的灌溉方案对于该地区咸水资源的高效利用具有一定的指导意义。     

石河子地区冬小麦生育期需水量变化特征及其气候成因

[目的]探究作物生育期需水量的变化趋势及其与气象因子的关系,为气候变化下农作物灌溉排水决策提供理论基础。[方法]基于联合国粮农组织(FAO)推荐的参考作物蒸散计算方法和相关作物系数,利用石河子地区1954—2012年逐日气温、降水、日照时数、风速、相对湿度等资料,计算石河子地区冬小麦近59a作物需水量和灌溉需水量,并探究其气候趋势变化的影响。[结果](1)过去50a,石河子垦区冬小麦需水量总体呈增加趋势,越冬—返青期增势最为明显(气候倾向率为2.65mm/10a);拔节—抽穗期冬小麦需水量最大,为130.23mm。(2)灌溉需水量总体呈减少趋势,其中拔节—抽穗期灌溉需水量最大(平均值为88.65mm)且减少趋势最为明显(气候倾向率为-3.11mm/10a)。(3)气象因子对冬小麦不同生育期的需水量和灌溉需水量有很强的相关性,其中冬小麦生育后期需水量与气象因子有极强的相关性;气象因子中,降水对于灌溉需水量影响最大。[结论]气候变化下,石河子地区冬小麦作物需水量呈增加趋势,但降雨量的增加趋势下,灌溉需水量总体呈减少趋势。     

产芝水库灌区农田水分转化及节水灌溉模式分析

在长期田间试验的基础上,建立了产芝水库灌区典型农田的土壤水分运动模型。结果表明,常规灌溉条件下灌区农田水分的无效渗漏量较大,降水和灌溉与土壤深层渗漏和农田蒸散量之间存在明显的正相关关系。基于作物的土壤水分调节标准,模拟得到灌区不同降水年型的节水灌溉模式,与常规灌溉相比,节水灌溉模式在丰水年可节省水240 mm,平水年140 mm,枯水年为90 mm,并且农田渗漏量显著低于常规灌溉,丰水年、平水年和枯水年的全年平均农田渗漏强度分别减少了0.66、0.35和0.27 mm/d。在作物关键生育期合理控制灌水量,能够保证作物正常需水的同时减少土壤水的无效渗漏,从而提高灌溉水的利用效率。     

限量灌溉对旱地小麦旗叶光合特性日变化和产量的影响

在大田条件下, 以“青麦6 号”小麦为试验材料, 研究了5 个灌水处理下旱地冬小麦灌浆期旗叶光合特性日变化和产量的变化。结果表明, 5 个灌水处理净光合速率日变化曲线均为双峰曲线, 但随着灌水次数的增加, “午休”明显减弱。在灌溉低于3 水的情况下, 旗叶的净光合速率、气孔导度都随灌溉量的增加呈上升趋势,均以灌3 水(W3, 拔节水60 mm+孕穗水60 mm+灌浆水60 mm)处理最高, 而胞间CO₂ 浓度和气孔限制值随着灌溉量的增加呈下降趋势; 而灌溉4 水(W4, 起身水60 mm+拔节水60 mm+孕穗水60 mm+灌浆水60 mm)处理的净光合速率明显小于W3 处理, 表明过量灌溉对旱地小麦灌浆期旗叶的光合作用有消极作用。小麦产量以灌2 水(W2, 拔节水60 mm+孕穗水60 mm)处理为最高, 且在灌溉2 水以下随着灌溉次数增加而增加, 但灌1 水(W1, 拔节水60 mm)和W2 处理间产量差异不显著, 同时灌溉3 水(W3)和4 水(W4)会使产量下降, 反而低于旱地处理, 因此过多灌水不利于旱地小麦的高产。试验结果还表明, 拔节期、孕穗期和灌浆期灌溉对旱地小麦旗叶灌浆中期达到较高光合作用至关重要, 而起身水对旱地小麦光合作用无显著影响。拔节期是旱地小麦达到高产最重要的灌溉时期, 拔节~孕穗期为冬小麦需水关键期, 拔节~孕穗水对冬小麦产量和水分利用效率有重要影响。水分生产效率也随着灌水量的增加呈下降趋势。综合产量和水分利用效率因素, 以灌溉拔节水60 mm(W1)处理为达到旱地冬小麦高产的最佳灌溉模式。     

不同供水条件对冬小麦根系分布、产量及水分利用效率的影响

通过中科院栾城农业生态试验站3种不同降水年型的田间灌水试验,研究了不同供水条件对冬小麦根系分布、产量及水分利用效率的影响,旨在为华北地区冬小麦建立优化灌溉制度,提高水分利用效率,达到节水增产目的提供理论依据。试验结果表明,冬小麦根系主要集中分布在80 cm以上土层,随土层深度的增加,根长密度呈指数下降;综合分析根系对不同土层的水分吸收、作物耗水组成及产量、水分利用效率与总耗水的关系,提出华北地区冬小麦最佳灌水方式是：丰水年灌0水、平水年灌1水(拔节水)、枯水年灌2水(拔节水和抽穗水),次灌水量60～75 mm,具有明显的节水增产效益。     

黄淮海平原典型区冬小麦水分胁迫规律与灌溉策略

黄淮海平原区是中国主要的水分亏缺区,进行合理的灌溉,充分提高水分利用效率是近些年该地区农业研究的重要课题。该文利用环境政策综合气候模型（environmental policy integrated climate,EPIC）,通过模拟黄淮海平原典型区河北沧州地区冬小麦在3种灌溉情景下的生长过程探索合理的灌溉策略。首先通过雨养（无灌溉）情景模拟,分析在当地气候条件下冬小麦生长期内水分胁迫的变化规律,然后通过自动灌溉,调整单次灌溉最大量来分析产量、水分利用效率的变化规律,并根据灌溉实施过程探索合理的人工灌溉方式进行手动灌溉模拟。研究发现：该地区冬小麦在生长期内缺水严重,存在4个主要的水分胁迫期,分别位于分蘖期、返青期、拔节期和灌浆期;通过分析自动灌溉结果,冬小麦在播种期需灌溉10 mm,分蘖期40 mm,返青期35 mm,拔节期35 mm,灌浆期10 mm,能在提高产量的同时保证水分利用效率在一个较高的水平;试验证明,利用EPIC模型可较好地进行作物的水分胁迫与灌溉策略研究。     

河北省棉花灌溉需水量与灌溉需求指数分析

对不同水文年份作物需水量和灌溉需水量的分析能够为作物灌溉用水定额的制定、作物生育期的水分管理和农业水资源规划提供基础数据。该文基于河北省棉区的气象资料,采用FAO推荐的Penman-Monteith 公式和作物系数法计算参照作物需水量和棉花需水量;利用水文计算应用最广的皮尔逊III型分布曲线,通过频率计算和配线法确定不同水文年份棉花生育期的有效降水量和需水量;据此分析不同水文年份棉花的灌溉需水量和灌溉需求指数。分析结果表明,河北省棉花多年平均需水量648.9 mm,多年平均灌溉需水量190.6 mm,多年平均灌溉需求指数0.29。枯水年（P=75%）、平水年（P=50%）和丰水年（P=25%）河北省棉花灌溉需水量分别为299.1、182.8和84.7 mm,灌溉需求指数分别为0.45、0.28和0.13。     

基于AquaCrop模型的有机稻灌溉制度优化

随着人们对提高农业生产效率方法的不断探索,水稻生产模式正发生很大变化,并由化肥农药高投入的传统农业向生态环保的有机农业转变,但有机稻需耗水特性及其适宜的灌溉制度研究较少。为揭示有机稻耗水规律及不同降水年型下的灌水与产量关系,2015-2016年在湖北省漳河灌区开展了有机稻灌溉试验研究,统计分析了有机稻与普通稻的需耗水差异,获得了有机稻耗水及其产量特性,提出了基于Aqua Crop模型与熵值法耦合的有机稻灌溉制度多目标多情景优化方法。结果表明:1)有机稻与普通稻需水量无显著差异,但前者的排水量显著高于后者,且前者排水中的氮磷浓度均显著降低。有机稻产量为普通稻产量的84%,但单方灌水产值高28.5%(P0.05),具有显著的经济效益。2)优化后中国南方灌区有机稻适宜的优化灌溉制度为:枯水年,108%(以RAW计,下同)的土壤含水率控制下限、30 mm的灌水定额、灌水8~9次,平水年113.85%的土壤含水率控制下限、32.31 mm的灌水定额、灌水6~7次;丰水年,116.92%的土壤含水率控制下限、32.31 mm的灌水定额、灌水3~4次。该文为选择节水、高产的有机稻灌溉方案提供参考。     

微咸水灌溉对土壤盐分平衡与作物产量的影响

河北低平原淡水资源短缺,微咸水资源丰富,合理开发利用微咸水已经成为缓解水资源供需矛盾的重要途径之一。本研究于2011—2015年在河北省沧州市中国科学院南皮生态农业试验站进行,以冬小麦和夏玉米一年两熟种植体系为研究对象,开展了河北低平原区实施微咸水灌溉对冬小麦及下茬作物夏玉米产量及灌溉对土壤盐分周年平衡的影响。2013—2014年冬小麦灌溉处理设雨养旱作处理(CK)、拔节期淡水灌溉1水(F1)、拔节期用2 g·L~(-1)、3 g·L~(-1)、4 g·L~(-1)、5 g·L~(-1)的微咸水灌溉1次(B21、B31、B41、B51)、拔节期和灌浆期用淡水灌溉(F2)、拔节期用3 g·L~(-1)的微咸水+灌浆期用淡水灌溉(B31F1)、拔节期用淡水+灌浆期用3 g·L~(-1)微咸水灌溉(F1B31)、拔节期和灌浆期都用3 g·L~(-1)的微咸水灌溉(B32)、拔节期、抽穗期和灌浆期都用淡水灌溉(F3)。2014—2015年根据上年度的试验结果对试验处理进行了精简,冬小麦灌溉处理设CK、F1、B31、B41、B51、B42(拔节期和灌浆期都用4 g·L~(-1)的微咸水灌溉)。结果表明,一般年型下冬小麦生育期灌溉2水就能获得高产和稳产,平均产量为6 593.4 kg·hm~(-2)。利用小于5 g·L~(-1)的微咸水灌溉,与淡水灌溉相比,不会造成冬小麦产量降低,灌溉1次微咸水比雨养旱作处理增产10%~30%,可用微咸水替代1次淡水。微咸水灌溉条件下冬小麦收获时土壤盐分有所积累,表层土壤含盐量大于1 g·L~(-1),影响下茬玉米的出苗和生长,但夏玉米播种后用675~750 m3·hm-2淡水灌溉可满足耕层淋盐需求,达到玉米生长的安全阈值,与淡水灌溉处理的玉米产量相比不减产。利用夏季降雨,可使土壤盐分得到淋洗,当夏季降雨量大于300 mm时,冬小麦微咸水灌溉下土壤盐分达到周年平衡。沧州地区73%以上的年份,夏季降雨量大于300 mm,为土壤淋盐创造了条件,保证了微咸水替代一次淡水灌溉的安全性。     

近30年吴桥县冬小麦生育期水分亏缺变化趋势分析

为了给地处黑龙港地区的河北省吴桥县制定冬小麦稳产灌溉制度提供理论依据,本文利用1981—2013年吴桥县的气象数据和SIMETAW模型,分析了冬小麦全生育期及播种—返青期、返青—拔节期、拔节—开花期、开花—成熟期4个生育阶段的降水量、需水量、耗水强度及水分亏缺指数(CWDI)的变化趋势;同时利用5年滑动平均法将分析年份冬小麦实际产量分为趋势产量和气象产量,计算了不同降雨年型下冬小麦减产率的变异系数。结果表明,近30年河北省吴桥县冬小麦生育时期的水分亏缺指数和需水量均呈现轻微的上升趋势;冬小麦发生干旱的概率为93.75%,其中,中旱和重旱发生概率为65.52%。冬小麦生育时期的平均日降雨量呈现从冬小麦生育中期向后期转移的趋势,日耗水强度表现为从生育后期向生育中期移动的趋势,这是导致返青—拔节期和拔节—开花期水分亏缺指数较大的重要原因。冬小麦减产率的变异系数的绝对值在缺水年最大,为154.241;在丰水年最小,为1.999;正常年份为24.776。因此,冬小麦拔节—开花期的及时灌溉对于保障冬小麦的稳产增产具有重要作用。建议在缺水年份调整冬小麦的水分管理制度,在冬小麦拔节初期一次性充分灌溉或在拔节初期和中后期分次进行少量灌溉。     

基于HYDRUS-1D模型的华北低平原区不同微咸水 利用模式下土壤水盐运移的模拟

华北低平原区深层地下水的不断超采不仅造成淡水资源的枯竭,还引发了地面沉降、土壤盐渍化等一系列生态环境问题。微咸水在农业上的利用已成为缓解水资源危机的研究重点。为了研究不同咸水灌溉模式的可持续性,本文以华北低平原区的河北省南皮县为例,利用Hydrus-1D模型,基于8种不同微咸水灌溉方案,模拟2008—2013年6年冬小麦-夏玉米轮作制度下,2 m土体水盐通量变化。模拟结果表明,土体剖面盐分积盐区主要集中在下层土壤(100~200 cm);上层土壤(0~100 cm)溶液盐分浓度大部分时间保持在2 g·L~(-1)左右,能保证作物正常生长;但土壤剖面盐分浓度在冬小麦灌浆末期出现峰值且随灌水盐分浓度增加而逐渐升高。土体盐分充分淋洗的关键在于降雨强度,7月份降雨强度是土体脱盐与否的主要影响因素;同时,在丰水年型夏玉米播种后结合出苗水适当灌溉洗盐对土体达到有效脱盐起到重要作用。本文通过综合分析水文年型、土壤剖面盐分的动态分布特征以及结合夏玉米出苗水的洗盐淡水用量3方面因素对土壤盐分迁移的影响,提出华北低平原区两种适宜的微咸水灌溉制度:(1)冬前浇灌小于2 g·L~(-1)的冬小麦越冬水,春后在冬小麦拔节期浇灌一次2~4 g·L~(-1)微咸水;(2)冬前不灌越冬水,春后分别在冬小麦拔节期和灌浆期浇灌2 g·L~(-1)微咸水。两种灌溉制度年均结合夏玉米出苗水的洗盐淡水用量和总耗水量分别为60~70 mm和250~260 mm。本文结果旨在为华北低平原区微咸水利用的节水潜力及其可持续性提供理论指导。     

不同发育期干旱对冬小麦灌浆和产量影响的模拟

为探明不同强度干旱对农作物生长过程所产生的影响,本文基于作物生长模型WOFOST,采用数值模拟方法,模拟分析了河南省郑州地区冬小麦在拔节期、抽穗期和灌浆期分别发生不同程度干旱、两个发育期以及3个发育期都发生不同程度干旱对冬小麦灌浆过程和产量的影响。结果表明,当单一发育期供水减少10~30 mm时,干旱导致小麦灌浆强度在正常灌浆后的第14~18 d下降,可使小麦减产1.34%~12.5%,且以抽穗期干旱影响最大,其次是灌浆期干旱,拔节期干旱影响最小;当两个发育期供水都减少10~20 mm时,干旱导致小麦灌浆强度在正常灌浆后的第10~17 d下降,可使小麦减产4.94%~21.88%,且以抽穗期和灌浆期干旱影响为最大,其次是拔节期和灌浆期干旱,拔节期和抽穗期干旱影响最小;当3个发育期供水都减少5~15 mm时,干旱导致小麦灌浆强度在正常灌浆后的第11~16 d下降,可使小麦减产3.93%~24.84%。可见,干旱致使土壤水分亏缺,影响了作物正常的灌浆强度,进而导致作物减产。干旱发生时段与程度不同,造成作物的减产率也不尽相同,多个发育期干旱导致小麦的减产率往往大于单一发育期干旱相叠加的效应。     

渭北地区冬小麦的有限灌溉与水分利用研究

采用越冬前、拔节、抽穗和灌浆4个灌水时期和每次60与120mm两个灌水量的组合设计,在大田条件下对冬小麦的灌水量与耗水量、产量、水分利用效率(WUE)以及灌水效率(IUE)和有限灌溉的下限与适宜的灌水时期进行了小区试验研究,并建立了冬小麦产量与耗水以及WUE与耗水的回归数学模型.试验结果表明,冬小麦在渭北地区的耗水量与产量和WUE之间均呈现非线性关系;满足最大产量时所需的补充灌水量约为180～220mm;满足WUE最大时的补充灌水量为60～80mm.研究结果还显示,在底墒良好的条件下,拔节期60mm的有限     

节水灌溉对黄淮海地区冬小麦水分消耗与光合特性的影响

20082~009年在大田试验条件下研究了节水灌溉对冬小麦耗水特性、光合特性、产量及水分利用效率(WUE)的影响。结果表明,小麦播种至拔节期,以消耗0—40 cm土层水分为主,在此期间42 mm降水条件下,不灌冻水处理在拔节前0—40 cm土层达到重度水分亏缺,灌冻水处理只为轻度水分亏缺。前期重度水分亏缺对后期根系吸收深层水分和旗叶光合速率起到显著影响。轻度水分亏缺条件下,气孔导度下降,蒸腾速率随之降低;而光合速率可得以维持,单叶水分利用效率提高。随灌水次数增加,总耗水量加大,土壤水和降水的消耗比例显著降低。产量、WUE与耗水量均呈二次曲线关系,但变化趋势不一致,两曲线在耗水量360 mm处相交,为两者理论上最佳结合点。本试验中,冻水+拔节水处理产量最高,达到7753 kg/hm2,比不灌水处理(W 0)提高了40.2%,WUE值为1.9 kg/m3,与W 0处理差异不显著,为本试验的最优节水高产灌溉方案。     

不同降水年型水氮运筹对冬小麦耗水和产量的影响

灌水和施氮是影响农田生态系统粮食生产的2个主要因素,但其增产效应和资源利用效率会受降水年型的影响。该研究基于2011—2014在陕西关中平原进行的3 a冬小麦水氮耦合试验,分析了不同降水年型下水氮管理对土壤含水率、籽粒产量、耗水量(water consumption,ETa)及产量与耗水量关系的影响。结果表明:7—9月总降水量每增加1 mm,小麦播前0~180 cm土壤底墒增加0.47 mm。随着灌水量增加,产量和ETa均增加,但仅在降水较少的2012—2013年增产显著,对水分利用效率(water use efficiency,WUE)的影响不显著;随着施氮量增加,ETa变化不显著,但其增产效果显著,使WUE显著提高,表明施氮增加了作物蒸腾占农田耗水量的比例。根据3 a各处理冬小麦产量和ETa数据,进一步探讨了在一定水分消耗下能达到的最大(边界)产量和WUE,建立了关中平原冬小麦的产量-耗水量边界方程;当ETa超过388 mm时,产量稳定在8 184 kg/hm2,WUE的最大值为2.52 kg/m3。研究可为制订合理的冬小麦水肥管理措施提供科学依据。     

豫北冬小麦、夏玉米多年需灌水次数及典型 生育期需灌水分析

研究气候变化情景下豫北地区农业需灌水次数的变化情况,可为当地灌溉以及保证农业可持续发展提供参考。本文分析处理近63 a(1951—2013年)气象数据和新乡七里营站点土壤数据,结合作物生长参数,利用降水、灌溉、作物蒸散发与土壤水分之间变化关系,建立干旱灌水指数模型。此模型中干旱灌水指数(DII)分布在[-1,1]之间,小于0时即干旱需灌水。在现有冬小麦-夏玉米种植制度下,利用干旱灌水指数模型计算多年需干旱灌水指数,并进一步得到灌水次数。选择冬小麦生长季分别为湿润(1985—1986年)、正常(2004—2005年)、干旱(1983—1984年)的3个典型实际代表年度,夏玉米生长季分别为湿润(2003年)、正常(1993年)、干旱(2009年)的3个典型实际代表年,计算了不同代表年冬小麦、夏玉米作物需水情况。进一步计算得到了冬小麦、夏玉米在典型湿润、正常、干旱3个不同代表年的干旱灌水指数,并进行了有无灌水的干旱情况分析。结果表明:近63 a冬小麦-夏玉米系统每年需灌水2~7次不等,平均需灌水5.1次。冬小麦和夏玉米湿润、正常、干旱3个代表年蒸散发量(ETC)分别为489.4 mm、551.4 mm、481.7 mm和466.1 mm、477.8 mm、529.3 mm。在无灌水条件下典型代表年内,冬小麦、夏玉米都会遭遇不同程度干旱,典型湿润、正常、干旱代表年冬小麦分别灌水2次、3次、4次,夏玉米分别需灌水1次、2次、3次后,基本可以消除干旱对其正常生长影响。综上,通过干旱灌水指数来量化需灌溉次数是可行的。气候变化情景下,近10年(2003—2013年)需灌水频次变化大,年际间干旱事件频发,更好的科学灌溉管理可减少干旱对作物的影响。