农田生态系统水分循环与作物水分关系研究

通过对我国不同类型农田生态系统水分循环与作物生产力关系的网络研究,探讨了我国主要类型地区小麦、玉米、大豆等几种主要作物的菡散耗水和需水规律、水分利用效率和作物水分生产函数,获得这些地区主要作物耗水需水特征及小麦水分生产函数。结果表明,在不同生态系统优化结构模式中作物与水分关系均得到极大改善,节约了作物用水,提高了作物产量和水分利用效率。     

水分利用效率及其生理生态机理研究进展

系统分析了水分利用效率理论及其与作物产量的关系,并从作物生长发育、光合与蒸腾作用、水分状况以及空气相对湿度等环境因子诸方面对水分利用效率的生理生态机理研究进展进行了探讨。     

黑土农田水肥条件对作物产量及水分利用效率的影响

长期定位试验研究黑土农田不同水肥作物产量和水分利用效率的变化结果表明,大豆对水分条件变化反映较敏感,而玉米对养分条件变化反映较敏感,适宜水分条件下3种作物随施肥水平的提高,其产量与水分利用效率相应增加;有机 无机肥配施处理3种作物随水分含量的增加,其产量与水分利用效率相应提高     

吉林省梨树县不同作物产能及产能水分利用效率研究

东北地区旱地作物水分来源是降水,基于产能及产能水分利用效率比较分析吉林梨树可替代玉米种植的主要作物对该地区未来种植结构调整具有重要意义。该文基于吉林省梨树县4种作物(大豆、小麦、谷子和马铃薯)2 a田间试验,结合各作物在不同降水年型条件下全生长季和各生育阶段的耗水规律及水分亏缺程度,以作物产能和产能水分利用效率为研究指标,对各作物在雨养及灌溉处理条件下的产能水分利用效率和水分经济效益差异性进行了比较。结果表明,在平水及丰水年,马铃薯产能显著高于其他作物,其他作物无显著差异,雨养条件下马铃薯及谷子均超过100 000 GJ/hm~2,不同降水年型条件下灌溉对马铃薯产能提升效果显著但提升幅度存在差异。比较各作物不同年型条件下的产能降水利用效率、产能灌溉水利用效率和产能农业水分利用效率,马铃薯均达到20 GJ/mm以上,显著高于其他作物,且不同作物的产能水分利用效率受降水年型及水分处理影响的程度不同。对比作物需水量与降水量的耦合程度,马铃薯水分亏缺最严重,其次为大豆和小麦;谷子产能降水利用效率及丰水年产能农业水利用效率仅低于马铃薯,且在全生育期各生育阶段发生水分亏缺现象较少,具有极好的抗旱能力。比较而言,基于作物产能、产能水分利用效率及经济效益的作物结构调整,马铃薯和谷子相对于小麦和大豆有更大优势;基于作物抗旱能力,谷子具有绝对优势。     

施肥促进作物水分利用机理及对产量影响的研究

在田间及盆栽试验条件下,以小麦为主要实验材料,研究了干旱下无机营养与作物产量、生长、水分利用效率及抗旱性的关系.结果表明:旱地施肥明显提高了作物产量和水分利用效率,但干旱程度明显影响了肥效的发挥;不同营养元素对作物抗旱性的影响并不相同,氮、钾营养主要通过增强作物的渗透调节和气孔调节改善作物的抗旱性,而磷营养则明显改善了作物抗旱性.最后,从作物水分关系、气孔反应、渗透调节、地上地下关系等方面对施肥提高作物产量、水分利用效率和改善抗旱性的原因进行了分析.     

施肥和秸秆覆盖对旱地作物水分利用效率的影响

１９９２～１９９５年,在陕西省合阳旱地进行了施肥和秸秆覆盖对冬小麦、春向日葵水分利用效率影响试验。结果表明,在一定的施肥范围内,肥水表现为互促协同效应,作物的水分利用效率随着施肥量的增加而提高,试验条件下,冬小麦水分利用效率增加１４．９％～５７．５％。秸秆覆盖能抑制土壤蒸发,增强作物蒸腾,从而提高作物水分利用效率,在旱地推广合理施肥和秸秆覆盖技术是提高作物产量的有效途径。     

农田水分利用效率研究进展及调控途径

农田水分利用效率是节水农业研究的关键指标。本文将农田水分利用效率分解为灌溉水利用率、降雨利用率和作物水分利用效率三个方面,分别论述其重要指标及其计算方法,构建农田水分利用效率的指标体系;同时,分别提出提高灌溉水利用率、降雨利用率和作物水分利用效率的措施,以提高整个农田生态系统内的用水有效性,为农业水资源的持续高效利用提供科学指导。     

提高农田水分利用效率的调控机制

提高作物水分利用效率是解决农业淡水资源匮乏的重要途径。本文从水氮调控作物叶片和群体耗水过程、根系调控提高土壤水分的有效性和遗传改良提升作物水分利用效率3个方面论述了国内外研究进展,并提出华北粮食作物生产中通过上述3个方面提升农田水分利用效率存在的问题及对策,为提升华北严重缺水区主要作物农田水分利用效率提供参考。主要包括:1)通过调控有限灌溉农田水分的时空分布,优化地上、地下干物质形成、分配,提高单位农田耗水的生产效率,是充分发挥农田节水潜力的一个重要途径;2)在华北对于压实严重且影响作物生长的土壤上,研究深耕深松结合轮作制度改良上层和下层土壤压实,促进根系生长,对改善长期大型机械耕种可能对作物产生的不利影响有重要意义;3)华北主要作物冬小麦和夏玉米通过品种更新来实现水分利用效率提高的幅度在减小,急需通过高水效品种选育突破,降低品种的生理需水量,实现进一步增产节水目标。     

北京市灌溉农田水资源利用效率研究

以各种作物的水分利用效率、水分能量生产效率和水分经济利用效益评价为依据,对北京市灌溉农田的水分利用状况进行了综合评价,提出了该区域优化粮食作物、果树和瓜菜类作物的种植结构,推进节水型种植业发展的思路与途径。     

基于DSSAT模拟的灌溉用水效率评价指标比较

为研究不同灌溉用水效率评价指标间的差异、相关关系、影响因素和使用条件,该文利用DSSAT-CERES-Wheat模型,模拟得到新乡地区1963-2013年50 a冬小麦的灌溉用水效率5个常用评价指标:农田总供水利用效率、广义水分利用效率、作物水分生产率和灌溉水利用效率及真实灌溉水利用效率。结果表明:1)农田总供水利用效率、广义水分利用效率和作物水分生产率用于评价水分利用效率结果相近,相关系数均在0.8以上(P0.05),综合考虑建议使用农田总供水利用效率或作物水分生产率;2)灌溉水利用效率大小受降雨量的影响,用于灌溉用水效率评价依赖于情境,需谨慎使用;真实灌溉水利用效率因数据获取困难,并不实用。该研究可为灌溉用水效率的评价提供一定的参考,对宏观决策及指标的正确使用均有重要的指导意义。     

耕作措施对土壤特性及作物产量的影响

通过夏玉米田间试验研究了不同耕作措施及秸秆覆盖对土壤特性、水分状况、作物产量及水分利用效率的影响。试验处理包括常规耕作、深松、秸秆覆盖、垄作、浅坑及免耕。结果表明,秸秆覆盖可显著提高土壤蓄水量、作物产量及水分利用效率。其保水增产效果在干旱年份更加明显。深松可有效打破犁底层降低其密度,可增加作物根深、根长及根重,提高作物产量和水分利用效率。免耕可提高夏玉米早期田间土壤含水率,保持相同产量。     

水分利用效率与用水有效性: 基于气孔视角的稳定同位素应用研究

澳大利亚多年降水较少并且分布不均,同华北平原相似,水资源短缺是制约粮食生产和作物产量的限制因子,水资源消耗中,农业用水所占比例最大,提高植物(作物)的水分利用效率和用水有效性对于实现水资源和农业生产的可持续利用和发展具有重要意义。本文针对澳大利亚和华北平原的农业生产和水资源现状,基于植物气孔角度在以下3个方面进行论述:1水分利用效率与用水有效性的概念;2基于气孔视角的水分利用效率和用水有效性的分析;3不同作物品种水分利用状况的同位素判别与应用。除此之外,也对华北平原目前农业水分利用情况提出相应建议。     

渭北旱塬不同田间管理措施下冬小麦产量及水分利用效率

水分是限制旱地作物产量最主要的因素,提高自然降水利用效率是增加旱地作物产量的有效途径。2001～2003年在渭北旱塬粉砂壤土上的田间试验研究表明,不同田间管理措施对冬小麦的产量及水分利用效率有显著的影响。秸秆覆盖不仅增加雨水入渗,提高上层土壤含水量,而且促进水分向下运输。在覆盖第二年小麦产量较常规种植显著增加,同时覆盖下土壤有机质含量有较快增加的趋势。夏季休闲期种植填闲作物将不影响下一季作物的水分状况,短期内填闲作物对土壤有机质,小麦产量及水分利用效率也没有影响。     

水泥硬壳覆盖对盐渍土水盐运动及作物生长发育的影响

通过田间定位试验,研究了水泥硬壳覆盖对盐渍化土壤蒸发、作物蒸腾、土壤盐分变化、作物生长发育状况、产量及水分利用效率的影响。结果表明：硬壳覆盖能减少农田土壤无效蒸发,调节土壤盐分在土体中的分布,促进春播作物苗全苗壮,提高作物产量和水分利用效率。     

渭北旱塬西部作物水肥产量耦合效应研究

通过在渭北旱塬西部长武塬区所进行的玉米水肥两因子五水平试验，就作物水肥产量耦合效应进行了研究。在给出玉米水－肥生产函数的基础上，推出了养分优化供应条件下玉米分生产函数，阐明了水肥供应坐标面上产量，耗水量与水分利用效率等值线分布特征，并应用水分生产弹性系数，以产量与水分利用效率为目标，探讨了作物水肥优化耦合区域及其几何特征。     

利用碳同位素分辨率表征沟灌番茄水分利用效率

为了进一步探索沟灌条件下作物水分利用效率提升机理,利用稳定碳同位素对水分利用效率（WUE）的指示特性,研究了隔沟交替灌溉（AFI）和常规沟灌（CFI）条件下大田番茄不同部位碳同位素分辨率（Δ13C）与叶片和产量水平水分利用效率的关系。研究结果表明：不同沟灌条件下果实成熟期的叶片碳同位素分辨率（ΔL）、果实碳同位素分辨率（ΔF）分别为19.27‰～20.25‰和18.07‰～20.04‰,ΔL与叶片水平瞬时水分利用效率（WUEi）、内在水分利用效率（WUEn）均呈负相关,且ΔL对WUEn的指示性优于WUEi。ΔL、ΔF均与产量水平水分利用效率（WUEET）呈负相关。AFI条件下ΔL与WUEn、WUEET的相关性较CFI更为显著,沟灌条件下果实成熟期的叶片碳同位素分辨率可作为表征作物WUE的量化指标。     

作物高效用水生理生态调控机制研究

提高作物对水分的高效利用是解决我国农业水资源短缺的根本出路。本文从作物高效用水的品种差异、作物不同生育时期对水分的响应差异、气孔导度对作物叶片奢侈蒸腾的调控、不同抗旱类型作物在应对水分胁迫的生理生态策略差异等4个方面,主要对国内研究进展及发展趋势进行了综述。根据本研究组多年研究结果,提出了3项作物高效用水的配套栽培技术,主要包括:1)调整种植结构,提高作物周年用水效率技术。利用作物及品种的用水特性、产量差、效率差,根据地下水压采目标,构建合理的作物种植结构与轮作方式,提高作物周年对水资源的利用效率。以太行山前高产区为例,冬小麦-夏谷子/春甘薯两年3熟制是一种产量、水分经济利用效率均较高的种植结构。2)活化播期,拓宽播种阈值,提高作物雨水利用效率技术。通过选用合适品种拓宽播期、等墒、找墒、保墒拓展利用土壤水分的时空范围、播量变量调节等,提高作物雨水利用效率。通过技术组装与配套,冬小麦只要在11月底之前播种,产量与常规种植没有显著差异。3)覆盖保墒,提高旱地作物高效用水技术。其中,小麦-玉米土下覆膜一膜两用丰产节水模式通过调节土壤温度、水分、盐分、抑制杂草等多项调控,显著提高了雨养农田作物产量与水分利用效率。在环渤海低平原沧州地区,该技术模式在没有任何灌溉条件下的周年产量达15 910.20~16 965.90 kg·hm-2,比对照增产10.52%~41.44%。深入探讨作物高效用水的生理生态基础、进一步研发提高作物水分利用的新技术、统一作物高效用水的量化标准和充分利用非常规水将是今后相当长一段时期的重点研究方向。     

养分优化管理条件下作物水分生产函数

养分优化管理条件下的作物水分生产函数,包括供水型生产函数与耗水型生产函数,由玉米水肥耦合田间试验数据推导出,并以耗水生产弹性系数为指标对其产量-水分利用效率-耗水量-供水量间的关系进行分析,同时对养分优化管理条件下的作物水分生产函数与一般水分生产函数进行了比较与分析,指出不同年型作物水分生产函数不同,仍城作深入研究。     

地下微孔渗灌的节水机理及控制初探

田间试验结果证明，采用地下微孔渗灌技术，能显著提高作物的水分利用效率。如茄子、冬小麦的水分利用效率分别比对照提高１７．７％、４１．２％。并从理论上分析了地下微孔渗灌提高作物水分利用效率的机理是减少地面土壤物理蒸发。提出了应用ＤＴＳ－Ⅱ型土壤水分测控仪，可根据土壤湿度状况对地下微孔渗灌的灌水量实施控制。     

基于土壤-作物系统模拟模型的冬小麦田间水氮优化管理

将作物生长模型与土壤水氮管理过程模块相结合,构建了土壤-作物系统水分养分模拟模型。以灌水、施氮总量为决策变量,冬小麦生物量、水分和氮肥利用效率为优化目标,将冬小麦按生长发育时期分为6个阶段,建立了多目标的动态规划模型。在土壤-作物系统过程模型的基础上,用动态规划的方法对田间水、氮资源管理措施进行优化。通过对作物水分胁迫系数和氮肥胁迫系数的模拟计算,可获得最佳的灌水、施肥时间及用量。算例结果表明：在养分供应充足仅水分胁迫的条件下,优化方案的灌水量较对照处理平均节约了25%,水分利用效率比对照处理平均高出约1