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。     

冀京津冬小麦灌溉需水量时空变化特征

利用冀京津地区20个气象站点1961-2010年气象资料和1980-2009年冬小麦生育期资料,采用美国农业部土壤保持局推荐方法计算有效降水量,同时利用FAO推荐的Penman-Monteith方法计算冬小麦全生育期和4个主要生育阶段的需水量,并对冬小麦生育阶段灌溉需水量进行探讨。结果表明,过去50a来,冀京津冬小麦生育期内有效降水量呈增加趋势,空间上呈经向分布特点,表现为从西向东梯状增加的趋势。而冬小麦的需水量呈减少趋势,其中抽穗-乳熟期减少幅度最大,全生育期需水量的空间分布呈带状特征,全区差异较大。抽穗-乳熟期分布由东南向北递减。为满足冬小麦需水要求,全生育期灌溉需水量为291~381mm,灌溉需水量较多的地区为沧州市和衡水市一带。其中需水较多的生育阶段为拔节-抽穗期和抽穗-乳熟期。在空间上,拔节-抽穗期灌溉需水量以沧州市为中心,向南北两侧递减;抽穗-乳熟期灌溉需水量南高北低,有明显的带状分布特征。研究结果可为冀京津冬小麦适时定量灌溉和提高水分利用效率提供基础数据支撑。     

石河子垦区冬小麦生育期干旱变化特征

基于石河子垦区4个气象站的逐日数据,运用相对湿润指数探究了过去52a冬小麦作物生育期干旱变化特征,主要结论如下:(1)过去52a,石河子垦区冬小麦生育期干旱频发,干旱频次达200d以上。干旱频次总体呈减少趋势,旱情总体有所减轻,其中石河子和乌兰乌苏干旱频次减少趋势最明显,减势分别为-5.91d/10a和-2.72d/10a。(2)冬小麦不同生育期内干旱频次有所差异,在生育期初期和后期干旱发生较少,在越冬—返青期干旱发生较多;在冬小麦的整个生育期和各生育期,特旱发生频次最高。(3)降水的增加、风速和日照时数的减少对石河子垦区干旱有一定的缓解作用。     

中亚五国棉花和冬小麦需水量的变化及预测

农业灌溉用水是中亚地区最主要的水资源利用方式,灌溉用水量的变化直接影响中亚地区水资源消耗量,进而影响水资源管理和配置。作物需水量是衡量农业灌溉用水量的直接指标,为此本文以中亚主要作物棉花和冬小麦为研究对象,分析了2006—2015年中亚地区灌溉农业用地,以及棉花和冬小麦的需水量变化,并利用CA_Markov方法预测了2030年灌溉农地的变化,进而分析了未来中亚地区农业需水量的状况。研究表明,2006—2015年,中亚地区灌溉农田面积总体增加492km~2,其中哈萨克斯坦、吉尔吉斯斯坦和土库曼斯坦均有所增加,但塔吉克斯坦和乌兹别克斯坦有所减少。2006—2015年,棉花需水量只在土库曼斯坦和哈萨克斯坦东部地区显著增加(2.5～4.3 mm·a~(-1)),在吉尔吉斯斯坦显著减少,并且是唯一呈现总体减少趋势的国家。冬小麦需水量在土库曼斯坦明显增加(10.0mm·a~(-1))。至2015年,土库曼斯坦的棉花总灌溉水量增幅最大(3.44%),其他4个国家变化较小。中亚五国冬小麦的总灌溉水量均呈上升趋势; 2030年,土库曼斯坦是唯一灌溉农业用地增加的国家,棉花和冬小麦的总灌溉水量均明显增加,棉花灌溉水量增加约28km~3,冬小麦增加约17 km~3。     

鲁北地区主要作物不同生育期需水量和作物系数的试验研究

依据2006-2007年田间试验资料,利用Penman-Monteith公式计算鲁北地区主要作物(冬小麦、夏玉米、棉花、苹果和韭菜)各生育期的参考作物蒸散量,利用农田水量平衡方程及土壤水分胁迫系数计算作物不同生育期实际蒸散量,计算得到相应的作物系数.结果表明,鲁北地区目前产量状况下冬小麦、夏玉米、棉花、苹果和韭菜全生育期的需水量分别为491.2、371.0、425.8、666.8和891.8mm,作物系数分别为1.32、1.34、0.85、0.99和1.33.     

中国主要作物灌溉需水量空间分布特征

作物需水量和灌溉需水量的时空分布是科学地制定不同地区灌溉用水定额的依据。该文基于全国范围200多个气象站近30 a逐日的气象资料和不同地区作物生育阶段的调查统计资料,采用FAO推荐的Penman-Monteith方法和作物系数法,计算了30种作物的需水量和净灌溉需水量,并用各地灌溉试验站的实测资料进行了检验。利用GIS的空间分析功能,采用反距离加权插值法得到主要作物多年平均作物需水量与净灌溉需水量的等值线图。选择种植面积最广的小麦、玉米、棉花和水稻4种作物,分析其作物需水量与净灌溉需水量的空间分布特征,得到不同地区主要作物的灌溉需求指数。研究表明：中国东北区、长江中下游区、华南区、川渝区和云贵区平均灌溉需求指数小于0.5,作物对灌溉的需求比较低;华北区、蒙宁区和晋陕甘区旱作物30%～50%的需水靠灌溉补充,水稻55%～80%的需水依靠灌溉;新疆地区主要作物的灌溉需求指数均在0.7以上,农业的发展完全依赖于灌溉。     

黄淮海农作区冬小麦需水量时空变化特征及气候影响因素分析

鉴于作物需水量变化趋势对制定灌溉策略与区域水资源配置的重要作用,本文依据黄淮海农作区50个气象台站近50年(1960—2009年)的逐日气象数据,利用SIMETAW模型计算了研究区域7个亚区冬小麦生育期需水量、适宜灌溉量的时空变化趋势,各主要气象因子时空变化趋势以及需水量与气象因子的相关性。结果表明:近50年来,冬小麦生育期需水量呈下降趋势,其中在1970—1999年间显著下降9.21~18.90mm.10a 1;冬小麦需水量多年平均值为452.4 mm;灌溉需要量在不同亚区间变化不同,其中在汾渭谷地水浇地二熟旱地一熟兼二熟区和豫西丘陵山地旱坡地一熟水浇地二熟区呈上升趋势,每10年上升10.02~13.48 mm;生育期降水耦合度仅为0.40。生育期需水量、灌溉需要量在空间上呈现两边多、中间少的分布,在豫西丘陵山地旱坡地一熟水浇地二熟区最高,分别为457.32 mm、335.33 mm;在海河低平原缺水水浇地二熟兼旱地一熟区最低,分别为363.24 mm和247.51 mm。50年来,黄淮海农作区气温显著上升,降水量不显著下降,风速、相对湿度、太阳辐射显著下降;冬小麦需水量下降主要受太阳辐射、温度、平均风速、平均相对湿度、降水的综合影响,其中最主要的气象原因为太阳辐射量下降,温度、日照时数、平均风速与冬小麦需水量呈显著正相关,相对平均湿度与其呈显著负相关。     

固原市主要农作物生育期有效降水与需水量特征

由于干旱地区常年降雨资源匮乏,为提高旱区降雨资源的高效利用及更加精准的掌握该地区主要农作物的水分供需平衡状况。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、线性分析法、Mann-Kendall检验法及小波分析法,研究了固原地区近60年3种主要农作物的有效降雨量及需水量的时空变化趋势。结果表明:(1) 3种作物生育期平均有效降水分布在68.8～177 mm,玉米和马铃薯生育期有效降雨量呈减小趋势,春小麦呈上升趋势,且有效降水周期呈大—小—大的变化规律;(2) 3种作物生育期平均需水量主要分布在233.7～439.3 mm,生育期需水量均呈上升趋势,分别为2.4 mm/10 a, 0.8 mm/10 a, 2.3 mm/10 a,需水量周期也呈"大—小—大"的变化规律;(3)马铃薯、玉米、春小麦的平均水分盈亏指数为-38.0%,-57.5%,-58.7%,玉米和春小麦对灌溉的依赖程度较马铃薯高。综合考虑分析固原地区多年降水和作物需水分布特征的趋势,研究结果可以为该地区3种农作物合理种植及灌溉提供理论依据,同时为发展该地区主...     

中国冬小麦需水量时空特征分析

作物需水量是科学确定灌溉时期和灌溉量的重要依据。该文基于中国冬小麦种植区22个省(市、自治区)356个气象站点的气候资料以及冬小麦生育期资料,采用FAO推荐的Penman-Monteith公式和作物系数计算了中国冬小麦1961-2010年全生育期及不同生育阶段的需水量,明确了研究区域内冬小麦需水量的空间分布特征和年代际变化特征,并结合降水量时空分布特征,综合分析冬小麦生长季内水分满足情况。研究结果表明:除播种-越冬(出苗)生育阶段冬小麦降水量空间分布特征不明显外,全生育期及各生育阶段冬小麦降水量空间分布特征均为东南沿海地区高西北内陆地区低的分布特征;除返青(出苗)-拔节生育阶段冬小麦需水量空间分布特征不明显外,全生育期及其他各生育阶段空间分布特征均呈西北高东南低的分布趋势;冬小麦全生育期和各生育阶段需水量近50a来均呈下降趋势,尤其是全生育期及开花-成熟生育阶段内需水量下降趋势更明显,返青(出苗)-拔节生育阶段下降速率较少;若不考虑灌溉条件,从全国尺度来看,华南冬麦区和长江下游冬麦区水分满足情况较好,其他区域冬小麦各个生育阶段的降水条件均不能满足水分需求。比较各区域典型站点冬小麦水分满足情况,北部冬麦区、黄淮冬麦区、新疆冬春麦区和西南冬麦区水分亏缺比较严重,比较水分亏缺严重区域的冬小麦各个生育阶段的水分满足情况看出,相对水分亏缺程度较轻的为播种-越冬生育阶段,开花-成熟生育阶段冬小麦的水分亏缺程度最严重,该生育阶段是决定冬小麦千粒重的关键期,有灌溉条件地区适时灌溉,对保证高产稳产具有重要意义。     

松嫩平原作物生长季气候和作物生育期的时空变化特征

基于松嫩平原及其周边地区131个气象站点1951-2008年的观测数据和133个农业气象站1992-2010年主要旱作物(春玉米、大豆和春小麦)的生育期记录数据,分析了松嫩平原主要气候要素和主要旱作物各生育期的时空变化特征。结果表明,松嫩平原近60a气候变化十分明显,气温平均升高了1.79℃,年≥10℃积温平均增加了228℃.d,积温线明显北移,2700、2800、2900℃.d线向北位移了100～240km;松嫩平原的降水量减少、相对湿度降低,且西部地区较东部变化更加明显;日照时数呈南减北增的变化趋势。松嫩平原气候变化对不同旱作物的生育期产生了不同程度的影响,大豆生育期推迟相对较为明显,其次是春玉米,春小麦的生育期变化最小。松嫩平原西部和南部地区的作物生育期距平的变化较其它地区更明显。     

西藏冬小麦需水关键期的降水变化趋势分析

利用1961～2000年西藏不同农业气候区旬降水量资料，分析了冬小麦生育期的降水特征及趋势变化。结果发现，半干旱农区冬小麦拔节-孕穗期、抽穗-乳熟期的降水变率较大，多数年份自然降水不能满足作物需水，水分亏缺严重。半湿润农区多数年份拔节-孕穗期的降水少于作物需水量，而抽穗-乳熟期相反，水分有盈余。过去40年冬小麦抽穗-乳熟期、全生育期的降水量，在半湿润农区呈较明显的增加趋势，而在半干旱农区1980年以前呈减少趋势，1981年以后表现为显著的增加趋势。     

1961-2013年河南省极端降水事件时空变化特征

以1961—2013年河南省17个站点逐日降水量数据为研究对象,运用Sen’s倾向估计、Mann-Kendall显著性检验和空间插值等方法,分析了河南省11个极端降水指数时间和空间变化特征及其影响因素。结果表明:（1）过去53年,河南省极端降水指数变化趋势不显著。（2）河南省区域内,东南部极端降水量、降水日数、降水强度大于西北部。过去53年,商丘和西华降水量、降水日数和降水强度显著增加,而安阳、新乡、孟津、三门峡等地显著减少。（3）将河南省极端降水指数与其他区域进行了比较表明,极端降水指数存在区域性差异。（4）极端降水指数与纬度因素之间相关性强于经度和海拔因素。（5）除CDD指数外,其余指数与年总降水量均具有较高相关性。其中,极端降水量（R95p）、年降水日数降水量（R10,R20和R25）对年总降水量贡献最大。     

近50年新疆小麦需水量时空特征及气候影响因素分析

基于新疆地区54个国家基本气象站1963—2012年的逐日气象资料,利用FAO Penman-Monteith公式和作物系数法,得到近50 a来新疆小麦全育期和各生长阶段需水量,并利用线性趋势估计、MK检验、空间插值法分析了小麦全育期及各生长阶段需水量的年际变化趋势、空间分布特征及气象影响因素。结果表明:近50 a新疆小麦全育期平均需水量空间分布总体呈现南疆大于北疆、东部大于西部、由西北向东南增大的格局,生长初期和发育期需水量空间分布表现为南多北少,而生长中期和生长末期则为东多西少。小麦全育期年需水量平均以7.8 mm/10 a的速率呈极显著的下降趋势,并于1978年开始发生突变。小麦全育期内风速降低、日照时数减少是导致小麦全育期需水量下降的主要原因。     

气候变化对北方冬麦区冬小麦生育期的影响

利用北方冬麦区18个农业气象观测站1983-2005年气象资料和冬小麦生育期观测资料,采用统计分析方法,分析了该区域气象因素和冬小麦生育期变化特征,以及气候变化对生育期的影响。结果表明：1983-2005年,北方冬麦区降水量、日照时数和日较差的变化趋势不明显;而气温呈明显增加,以冬春季增加最为明显,最低气温的增幅较大;从总体上看,冬小麦播种期和返青期的变化趋势不明显,抽穗期和成熟期分别以0.46d/a和0.27d/a的趋势显著提前;在空间分布上,播种期和返青期的变化趋势差异不显著,而抽穗期和成熟期差异显著,特别是抽穗期表现出随纬度增加提前趋势变小的特点。相关分析表明：冬小麦关键生育期均表现为与日照时数和日较差呈显著正相关;与气温均呈显著负相关;除成熟期与5月降水总量相关性不显著外,其余均表现出显著负相关;从整体上看,最低气温升高是北方冬麦区冬小麦生育期提前的主要原因。北方冬麦区以气候变暖为主要特征的气候变化特征较为明显,其对冬小麦生育期的影响较为显著,研究结果可为北方冬麦区的农作物生产积极应对气候变化提供参考依据。     

旱地作物需水量预报决策辅助系统

旱地作物需水量预报决策辅助系统是利用人工智能技术,在Penman公式的基础上结合现有西北旱区的农学知识、模型以及经验进行系统集成而建立的智能化计算机软件系统,该系统是西北地区节水农业专家系统的一个子系统。在生产实践中可为陕西关中地区的冬小麦、夏玉米的栽培作出灌溉方案的决策咨询。     

水稻灌溉制度的计算机模拟

自动化灌溉或称智能灌溉是当前农业灌水技术发展的方向,该文研究了自动化灌溉中的关键,即灌水量预报中的有关问题,提出了解决的方案。所建立的广西青狮潭灌区水稻灌溉制度的计算机模拟系统,能比较准确地进行灌水量的预报,并能根据高产节水的“薄、浅、湿、晒”的灌水经验,制定出符合当地实际的灌溉制度。     

负水头供水源位置对番茄生长和水分利用率的影响

[目的] 研究负水头灌溉对番茄生长、灌水方式和水分利用率等的具体影响,旨在为完善负水头灌溉技术体系和提高水资源高效利用等提供科学依据。[方法] 采用单盆单株的盆栽试验方法,利用负水头灌溉技术,研究了供水源位置对番茄长势、灌水量、产量和水分利用率的影响。[结果] 负水头供水源位置对于番茄的生长和水分利用率有显著影响。与双盘埋设于根系两侧并交替供水相比,单盘竖向埋设于根系一侧供水和供水盘水平埋放于根系底部供水的单株产量分别增产14.3%和0.5%;根系两侧并交替供水的番茄植株生长趋势和地上部植株干物质量相对较小,但与其他两种供水位置相比其根冠比均提高33.3%;另外,根系两侧并交替供水的单株番茄总灌水量可降低24.7%和17.4%,较其他两种供水源位置的单侏水分利用率分别提高43.8%和14.8%;根系趋向供水源处生长。[结论] 不同的负水头灌溉水源埋设位置显著影响番茄生长的参数是不同的,就设计的试验组次而言,在有效利用水资源,促进番茄植株生长和提高番茄产量等方面,双盘埋设于根系两侧并交替供水的方式最优,能有效降低灌水量,提高水分利用率,是最优处理,可以在实践中予以推广。