棉花先涝后渍减产规律分析及排水指标确定

为探究棉花多生育期先涝后渍胁迫下的减产规律,于2008-2011年在武汉大学灌溉排水试验场开展了不同涝渍水平、涝渍发生生育期(蕾期、花铃期和吐絮期)和涝渍形式(单涝、单渍和先涝后渍)的测坑试验。分析了2类排水指标的合理性,量化了多生育期先涝后渍胁迫下不同涝渍形式及涝渍发生生育期的减产作用,提出了棉花多生育期先涝后渍排水指标。结果表明:在先涝后渍胁迫下,基于淹水和受渍时间划分的涝渍指标(淹水期间地表及地下累计超标准水深和受渍期间地下累计超标准水深)比基于地表和地下水动态划分的涝渍指标(地表、地下累计超标准水深)更为合理;单渍的减产作用是单涝的0.759倍;先期的涝会增强棉花对后续渍的适应性,先涝后渍胁迫下渍的减产作用是涝的0.293倍;花铃期、蕾期和吐絮期的减产作用之比为1:0760:0.220;多生育期地表及地下累计超标准水位与棉花减产率之间呈极显著的线性关系(R2=0.629,P0.001)。研究成果可为多生育期先涝后渍胁迫下棉田排水标准的制定提供参考依据。     

以涝渍连续抑制天数为冬小麦排水指标的试验

为了探讨在冬小麦抽穗开花期以涝渍连续抑制天数作为排水指标的可能性,该文利用测坑试验研究了冬小麦抽穗开花期不同涝渍处理对其生理指标及产量的影响,建立了作物相对产量Ry（涝渍胁迫处理下小麦产量与对照的比值）与涝渍连续抑制天数CSDI的关系模型。结果表明,涝渍处理对冬小麦光合速率、气孔导度和蒸腾速率具有明显的抑制作用,在地表水累积深度SFW相同的情况下,地下水埋深小于50 cm的累积深度SEW50越大,冬小麦减产越严重;在单纯受渍情况下,冬小麦相对产量Ry随SEW50的增大而呈减小的趋势,但各处理之间差异不显著。冬小麦相对产量Ry与SEW50和CSDI均具有较好的线性关系;涝害权重系数CW是一个随涝渍状态而变的状态变量,说明在涝渍连续情况下,用涝渍连续抑制天数作为控制排水指标比较合理。     

近滨海盐碱地暗管排水条件下地下水埋深动态变化模拟

农田暗管排水工程是近滨海地区盐碱地防御涝渍害、降低土壤盐分和促进作物生长的重要措施。本文应用DRAINMOD模型对河北沧州近滨海暗管排水排盐试验区(暗管埋深1.2 m,间距30 m),2011年6—9月的地下水埋深进行了模拟,并对不同控制性排水方案(无强制排水,地下水埋深控制在50 cm、80 cm和100 cm)下地下水埋深的变化进行了预测。模型所需参数(气象数据、作物数据、土壤参数和排水数据)由室内试验、田间试验和实地观测得到。研究结果表明:DRAINMOD在该地区的模拟值与观测值拟合较好,效率系数为0.67,相对误差系数为6.15%,反映出模型良好的模拟性能;农田暗管排水系统能明显降低涝渍害的发生,即使发生强降水,也能在2 d内将地下水埋深控制在60 cm以下,而若无强制排水地下水埋深需在15 d后降至60 cm;对不同排水方案模拟效果的比较表明,试验区在夏季控制性排水中,将地下水埋深控制在80 cm左右较为合适。综上,DRAINMOD模型可以很好地应用于地下水埋深变化的预测中。因此,在未来的研究中,近滨海盐碱区可以通过DRAINMOD模型模拟地下水埋深变化,从而为农田排水系统的设计提供理论依据,为暗管排水管理制度的建立提供科学的选择方法。     

花铃期棉花对地下水埋深和高温的响应及排渍指标确定

为了探究高温胁迫下棉花对不同地下水埋深的响应差异,并在此基础上提出适宜的排渍指标,2012-2013年利用自动调控地下水位的测坑,在花铃期设置地下水埋深0、30、50 cm(持续受渍10 d),同时进行连续6 d的高温处理,观测棉花主要表观形态特征、生理代谢指标及产量。结果表明:地下水埋深0和30 cm降低了棉花株高,增加了主茎复合红绿比,而高温胁迫对二者影响不明显。高温胁迫下,地下水埋深越浅,倒4叶叶绿素含量和光系统II潜在光化学转换效率越低,其关系可用线性关系模型描述,且地下水埋深80 cm的累计值对二者的影响居首,高温胁迫次之。地下水埋深处理过程中,倒4叶超氧物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、过氧化物酶(peroxidase,POD)活性先升高后降低,过氧化氢酶(catalase,CAT)活性持续降低,丙二醛(malonaldehyde,MDA)含量急剧增加。地下水埋深处于0和30 cm时,高温胁迫加剧了棉花膜脂过氧化反应程度,叶片SOD和POD活性更低,MDA含量更高,但增强了棉花在地下水埋深50 cm的抗逆能力。地下水埋深处理、高温胁迫及其复胁迫主要通过减少单株成铃数、单铃质量使棉花产量降低,而对衣分含量影响普遍不明显。从整体减产程度来看,地下水埋深处理+高温胁迫(33.7%)地下水埋深处理(26.2%)高温胁迫(7.5%)。若以允许棉花产量减少15%~20%为排渍标准,假设在地下水埋深处理过程中连续出现6 d、每天近6 h的高温天气,则棉花花铃期地下水埋深80 cm的累计值为216.0~321.2 cm·d。研究可为湖北平原湖区及类似地区棉田排水管理提供科学参考。     

花铃期高温受涝对棉花的交互效应及排水指标确定

湖北平原地区棉花花铃期恰逢强降水和高温易发期,棉田易遭受雨涝和高温热害双重胁迫,研究棉花对涝和高温及其复合胁迫的响应,可为该区棉花生产防灾减灾管理提供依据。2013和2014年在可控制灌排的有底混凝土测筒中于棉花花铃期设置持续受涝和高温+受涝处理,旨在研究江汉平原棉花花铃期持续受涝和高温+受涝对其形态、生理活动及产量的影响。结果表明:常温或者高温时,花铃期淹涝3 d棉花开始显著变矮、倒4叶可溶性糖和可溶性蛋白质含量开始显著增加;常温时淹涝6 d果枝数开始显著降低,倒4叶丙二醛含量开始显著增加,而高温时是3 d;常温或者高温时,淹涝12 d倒4叶叶绿素a含量才显著降低;常温时淹涝12 d倒4叶叶绿素含量才显著降低,而高温时是15 d;花铃期受涝、高温和高温+受涝均使籽棉产量显著下降,其影响程度顺序为涝+高温胁迫涝胁迫高温胁迫,主要原因是桃数和单铃质量显著下降。若以棉花减产20%作为排水标准,假设在受涝过程中出现连续4 d的高温,则应在3.4 d内排除田面涝水,田间涝水排除后应在3 d内将地下水位降到80 cm以下。     

涝渍胁迫与大气温、湿度对棉花产量的影响分析

在多雨湿润地区，涝渍胁迫与大气温、湿度共同影响作物。研究发现：作物相对产量与涝渍胁迫指标和降渍过程的大气温、湿度指标之间有密切的相关关系，其中，涝对作物的影响是第一位的；作物关键生育期受单过程涝渍胁迫时，涝后10 d内不出现高温，渍对作物的影响居第二位，出现高温天气（日最高气温不低于35℃），则渍的影响小于高温天气的影响；在多个涝渍过程连续发生的条件下，涝后10 d内日最高气温≥35℃的天数对产量的影响大于地下水埋深小于80 cm的累积作用时间对产量的影响。     

小麦苗期和孕穗期涝渍的某些生理特性比较研究

对两个不同耐涝性的小麦品种华麦 8号和鄂恩 1号在苗期和孕穗期遭受涝渍后的生理变化进行研究 ,结果表明 :叶片叶绿素 ( chl)含量、超氧化物岐化酶 ( SOD)、过氧化氢酶( CAT)活性和根系活力均下降 ,而丙二醛 ( MDA)含量上升 ,变化幅度为耐涝的华麦 8号低于不耐涝的鄂恩 1号 ,差异达显著或极显著水平 ;叶片脯氨酸 ( pro)含量上升 ,但华麦 8号的上升幅度极显著地高于鄂恩 1号 ;两个品种的过氧化物酶 ( POD)活性变化的差异也较大 ,其中华麦8号稳定而缓慢上升 ,而鄂恩 1号则先急剧上升后又逐步下降     

小麦对渍涝的响应及排水指标确定

湖北平原地区春季雨水较多,麦田易受渍涝危害,研究小麦对渍涝的响应,并建立作物相对产量与渍涝天数的关系模型,可为该区冬小麦农业生产防灾减灾管理提供依据。在可控制灌排的有底混凝土测筒中于小麦孕穗期和灌浆期设置持续渍涝(5、10、15和20 d)处理,旨在研究江汉平原冬小麦孕穗期和灌浆期持续渍涝胁迫对其生理活动及产量的影响。结果表明:小麦孕穗期、灌浆期受渍涝胁迫均导致叶绿素a、b和2者总含量降低,且渍涝时间越长,含量越低。孕穗期和灌浆期渍涝后,过氧化氢酶活性在旗叶、根系、灌浆期幼穗中的变化趋势均是先升高后降低,除孕穗期根系在渍涝15 d时达到最大,其余部位均是渍涝10 d时达到最大,在孕穗期幼穗中的变化趋势是随着渍涝程度的加剧,其活性持续升高;除孕穗期幼穗、灌浆期根系外,其余部位过氧化物酶活性的变化趋势是持续增加,且渍涝程度愈重,其增加幅度愈大,在孕穗期幼穗中的活性恰恰相反,在灌浆期根系中的变化趋势是先降低后升高,渍涝10 d时降到最低;旗叶、根系和幼穗中超氧化物歧化酶活性降低,且渍涝程度愈重,其降低幅度愈大。孕穗期、灌浆期小麦遭受渍涝后减产严重,孕穗期渍涝5、10、15和20 d 4个处理实际产量分别减少了18.4%、45.5%、63.9%、85.5%,灌浆期分别减少了7.6%、17.8%、43.7%、70.2%,孕穗期渍涝小麦减产的原因是单株有效穗数和穗粒数减少,灌浆期是穗粒数和千粒质量减少。若以小麦减产15%作为田间渍涝排除标准,孕穗期、灌浆期能承受的渍涝时间为3.6、6.4 d,田面渍涝排除后应在3 d内将地下水位降到70 cm以下。该研究可为长江中下游稻作区麦田排水管理提供科学依据。     

涝渍逆境下化学调节对孕穗期小麦生理特征和产量性状的影响

涝渍逆境下PP333、BR 120、AsA 能增加孕穗期小麦Chl含量, 缓解SOD、CAT 活性及根系活力的降低。减少Pro、MDA 积累, 增强POD活性, 增加主茎绿叶数和次生根数, 增大根冠比。PP333 和BR120 分别增加单株产量12.75% 和9.25% , 达极显著水平, AsA 增加4.29% , 差异不显著。     

涝渍胁迫条件下Morgan模型的试验研究

涝渍胁迫条件下的作物水分生产函数对于正确评估减灾效益,合理制定涝渍灾害治理对策具有重要现实意义。作物水分生产函数按照模型形式可分为动态模型与静态模型,其中动态模型能模拟作物生长过程,具备一定的作物生理学基础,但鲜有见到关于涝渍胁迫条件下动态模型的研究。该文以水分亏缺条件下的作物水分生产函数动态模型(Morgan模型)为基础,通过利用涝渍指标进行转换,建立了适用于涝渍胁迫条件下的动态产量模型。该模型选用的指标包括常用的空间划分型涝渍分离指标(累积超标准地下水深SEW30、地面累积淹水深度SFW)与涝渍综合指标SFEW30,并为了克服前者在计算过程中涝害指标权重偏小的问题,引入时间划分型涝渍分离指标(累积超标准地下水深SEW30、受涝期间涝渍综合指标SWFDH)。根据连续多年的棉花涝渍胁迫试验数据对模型进行参数率定与验证,结果表明该模型预测效果良好,并推荐优先使用涝渍综合指标SFEW30。同静态模型相比,该模型参数在年际之间也表现出更好的稳定性。     

花后渍水对不同耐渍型冬小麦籽粒灌浆特性的影响

江汉平原冬小麦中后期常遭受涝渍灾害,为明确花后渍水对冬小麦籽粒灌浆进程的影响,以郑麦9023（耐渍型）和扬麦20（敏感型）2个小麦品种为研究对象,利用灌排可控的测坑模拟冬小麦花后不同天数（5、9、13和17 d）的渍水胁迫,应用Richards模型对冬小麦籽粒灌浆进程进行了模拟,在此基础上分析各籽粒灌浆参数与渍水天数的关系。结果表明：花后渍水5、9、13和17 d,郑麦9023（耐渍型）分别减产10.84%、19.51%、25.93%和36.52%,扬麦20（敏感型）分别减产14.25%、25.84%、37.26%和47.84%。导致冬小麦减产的主要原因是千粒质量降低,花后渍水天数每增加1 d,冬小麦郑麦9023和扬麦20千粒质量分别降低0.961和0.996 g。Richards方程能极显著模拟花后渍水冬小麦籽粒灌浆过程,拟合方程决定系数均在0.99以上。对耐渍型冬小麦,花后渍水主要显著缩短活跃灌浆期,且主要是显著缩短籽粒灌浆快增期和缓增期的持续天数;对敏感型冬小麦,花后渍水主要显著降低籽粒灌浆三阶段的灌浆速率。花后渍水增加1 d,郑麦9023籽粒活跃灌浆期缩短0.827 d,籽粒灌浆快增期、缓增期灌浆持续天数分别缩短0.492、0.963 d,扬麦20单粒最大灌浆速率降低0.046 mg/d、单粒平均灌浆速率降低0.032 mg/d,籽粒灌浆渐增期、快增期和缓增期单粒灌浆速率分别降低0.011、0.040和0.010 mg/d。研究可揭示花后渍水致使冬小麦减产的影响过程,为冬小麦涝渍灾害防控提供理论支撑。     

不同地下水埋深条件下再生水灌溉对冬小麦生长的影响

为给地下水浅埋区再生水作物安全灌溉提供科学指导,该文利用地中渗透仪控制地下水位,研究不同地下水埋深条件下再生水灌溉对冬小麦生长的影响。结果表明：灌水量相同时,地下水埋深对作物生长影响顺序为:埋深2 m>埋深3 m>埋深4 m;灌水量不同时,地下水埋深为2 m的处理,低水处理较高水处理更能促进冬小麦干物质量和产量的增长;地下水埋深为3 m和4 m时,高水处理较低水处理更能促进冬小麦干物质量和产量的增长。再生水灌溉对冬小麦生长有一定的促进作用。     

华北平原地下水压采区冬小麦种植综合效应探讨

华北平原冬小麦-夏玉米一年两熟种植模式为维护国家粮食安全发挥了重要作用。但冬小麦生长期正处于华北平原降水较少的干旱季节,实现高产依赖于灌溉,是华北平原地下水超采的主导因素之一。随着国家地下水限采政策的实施,在地下水超采区如何稳定冬小麦的种植面积和产量是面临的一个重要问题。本文通过综述以往研究并结合典型地点田间试验结果,从冬小麦种植可减少休闲期土壤蒸发损失、具有的深根系系统可充分利用土壤储水、可利用微咸水替代淡水灌溉、通过限水灌溉发展优质麦生产、冬春形成覆盖层美化和防沙尘效应等方面论述了华北平原种植冬小麦的优势,提出华北平原冬小麦生产需要转变传统高耗水高产量理念,充分发挥冬小麦抗旱、耐盐能力强的特点,在不实施大规模压缩冬小麦种植面积条件下,通过冬小麦限水灌溉和微咸水利用满足对地下水压采需求,充分发挥华北平原冬小麦种植冬春防风沙、美化环境的生态功能,同时满足区域口粮安全的保障功能。     

江苏沿海垦区暗管排水对冬小麦产量的影响模拟

江苏沿海垦区农田地下水位埋深较浅,冬小麦生长易受到渍害的影响;为探究不同暗管排水条件影响下冬小麦产量的变化,该研究根据在江苏东台试验站实测的气象、土壤、地下水埋深等数据,联合运用田间水文模型DRAINMOD和作物模型AquaCrop模拟不同暗管排水条件对冬小麦产量的影响。结果显示：DRAINMOD模型可准确模拟研究区地下水埋深变化,与作物模型 AquaCrop联合使用,可以更好地预测不同水文年排水条件对冬小麦生长情况的影响;一般年份及湿润年内,涝渍胁迫是影响研究区冬小麦产量的主要因素;在冬小麦生长季降渍保证率达到85%的条件下,排水暗管的最优布局为埋深1.5 m、间距20 m左右,以此可实现研究区较为理想的小麦生产目标。研究可为当地暗管排水系统建设及农业生产提供理论依据和技术支持。     

近30年黄淮海平原干旱对冬小麦产量的潜在影响模拟

为了探明黄淮海平原冬小麦需水关键生育阶段干旱对产量的潜在影响,该文基于黄淮海平原6个农业亚区典型站点的1981—2009年气象数据及田间观测资料,使用作物模型DSSAT模拟探讨了近30 a冬小麦关键生育阶段潜在干旱对产量的影响,并分析了各典型站点干旱减产的概率分布以及典型丰水和缺水年土壤水分的变化规律与产量的关系。研究结果表明:DSSAT模型的区域模拟误差在可接受的范围内(模拟的冬小麦开花期、成熟期和产量的相对均方根误差分别为2.0%、2.5%和12.4%),调试的区域品种3H能够代表黄淮海平原冬小麦品种进行区域模拟。黄淮海平原冬小麦需水关键生育阶段潜在干旱减产率在1980s均呈现出明显减轻的趋势。冬小麦拔节—抽穗期的潜在干旱减产率由南向北逐渐加重,黄淮海农作区天津(Ⅰ区)、石家庄(Ⅱ区)和莘县(Ⅲ区)的减产率超过了40%,临沂(Ⅳ区)、商丘(Ⅴ区)与寿县(Ⅵ区)分别为38%、27%和13%,干旱减产的区域差异主要是由各地气候因素的差异所导致。另外,黄淮海平原冬小麦同一水平的干旱减产率,在拔节—抽穗期发生的概率要远大于灌浆期的概率,北部地区冬小麦在拔节—抽穗期同一水平的潜在干旱减产率要明显高于南部地区,而在灌浆期的概率差别不明显。该研究可为黄淮海平原冬小麦实际生产过程中的抗旱管理与合理灌溉提供理论依据。     

基于生长模拟模型的冬小麦生理过程水份胁迫影响因子效应的定量研究

A deep understanding of crop-water eco-physiological relations is the basis for quantifying plant physiological responses to soil water stress. Pot experiments were conducted to investigate the winter wheat crop-water relations under both drought and waterlogging conditions in two sequential growing seasons from 2000 to 2002, and then the data were used to develop and validate models simulating the responses of winter wheat growth to drought and waterlogging stress. Thee xperiment consisted of four treatments, waterlogging (keep 1 to 2 cm water layer depth above soil surface), control (70%-80% field capacity), light drought (40%-50% field capacity) and severe drought (30%-40% field capacity) with six replicates at five stages in the 2000-2001 growth season. Three soil water content treatments (waterlogging, control and drought) with two replicates were designed in the 2001-2002 growth season. Waterlogging and control treatments are the same as in the 2000-2001 growth season. For the drought treatment, no water was supplied and the soil moisture decreased from field capacity to wilting point. Leaf net photosynthetic rate, transpiration rate, predawn leaf water potential, soil water potential, soil water content and dry matter weight of individual organs were measured. Based on crop-water eco-physiological relations, drought and waterlogging stress factors for winter wheat growth simulation model were put forward. Drought stress factors integrated soil water availability, the sensitivity of different development stages and the difference between physiological processes (such as photosynthesis, transpiration and partitioning). The quantification of waterlogging stress factor considered different crop species, soil water status, waterlogging days and sensitivity at different growth stages. Data sets from the pot experiments revealed favorable performance reliability for the simulation sub-models with the drought and waterlogging stress factors.     

受渍指数构建及其在长江中下游小麦渍害风险评估中的应用

渍害是长江中下游地区影响小麦生长发育的一种主要农业气象灾害,针对目前渍害评估方法中考虑致灾因子不全面和没有考虑作物耐渍性生育期差异等问题,该研究提出了以整个生长季受渍指数表征小麦受渍程度特征的量化模型。该模型综合考虑了土壤低氧对根系影响和不同生育期内小麦耐渍性差异,并将2016-2022年SMAP（soil moisture active passive）土壤表层含水率产品数据代入模型中计算长江中下游地区各栅格点（10 km×10 km）受渍指数值,通过分析受渍指数与小麦产量的关系,确定受渍指数 5.3 为是否受渍的阈值,从而得到长江中下游地区受渍率空间分布,并依据受渍率进行分区风险评估。结果表明：湖北省、安徽省、江苏省小麦发生渍害地区主要集中在长江沿线,即各省南部,主要以中风险区为主;湖南省、江西省小麦发生渍害高风险区主要集中在各省的中部,2省其他区域都为中风险区。长江中下游地区全域无渍害区面积占20.0%,低风险区占14.8%,中风险区占30.1%,高风险区占35.7%。研究可为作物渍害精细化风险评估提供可靠的方法与手段。