冬小麦不同生育阶段水分利用对保水剂与氮肥的响应

为探明保水剂和氮肥及其配施后对冬小麦不同生育阶段水分利用的作用机理,通过大田试验,以不施保水剂和氮肥为对照,研究了保水剂(60 kg.hm 2)与氮肥[0、225 kg(N).hm 2、450 kg(N).hm 2]单施及其配施后对冬小麦不同生育阶段的土壤水分、干物质积累及水分利用的作用特征。结果表明:保水剂和氮肥的施用均提高了土壤剖面各层次的含水量及冬小麦干物质积累量、产量和水分利用效率。各处理中以单施450kg(N).hm 2氮肥、单施保水剂及保水剂与450 kg(N).hm 2氮肥配施处理土壤含水量较高。不施保水剂时,随施氮量的增加,冬小麦地上部干物质积累量显著提高。施用保水剂时,氮肥用量过高,干物质积累有所降低。拔节—收获期,保水剂与225 kg(N).hm 2氮肥配施处理冬小麦干物质积累量均较高,且到生育后期效果更明显。在播种—拔节期和孕穗—灌浆期,随氮肥用量的增加水分利用效率提高,且保水剂与氮肥配施处理增加幅度更大。而灌浆—收获期,高氮[450 kg(N).hm 2]和保水剂与225 kg(N).hm 2氮肥配施处理的水分利用效率提高幅度最大,分别较对照增加53.8%和57.8%。而最终产量与水分生产效率以60 kg.hm 2保水剂与225 kg(N).hm 2氮肥配施处理最高。说明氮肥用量适宜时,施用保水剂冬小麦产量和水分利用效率的提高幅度更大。     

不同水分条件下保水剂对冬小麦产量及水分利用效率的影响

试验采用保水剂(B)与灌水水平(W)两因素2×4完全均衡方案和裂区区组设计,研究不同水分条件下保水剂对冬小麦产量及水分利用效率的影响。结果表明,灌水水平在20%~80%条件下,不施保水剂时,灌水量为80%时冬小麦产量达到最大值;施用保水剂时,灌水量为60%时冬小麦产量最高。随着灌水量的增加,土壤水分含量有所提高,施用保水剂后土壤水分显著提高;在冬小麦孕穗期灌水量为田间持水量的60%时,施用保水剂后土壤水分增加1.57倍。低灌水水平和高灌水水平均削弱保水剂对水分生产效率、灌水利用效率和降水利用效率的增加效应。可见,灌水的增产效应与灌水对水分生产效率、灌水利用效率、降水利用效率的提高有着密切关系。在本年度(2011年10月~2012年6月)降水及气候条件下,施用保水剂时,最佳灌水量为田间持水量的60%时冬小麦产量最高。     

不同砂石覆盖量对土壤水分及冬小麦生长过程的影响

为探讨不同砂石覆盖量对土壤水分运动和冬小麦生长的影响,进行了2014—2015年和2015—2016年遮雨棚下4种砂石覆盖量(0,23,46,69kg/m~2)的土箱试验研究。采用精度较高的重力传感器建立小型蒸渗仪观测系统,测定土壤水分动态变化。无麦和有麦情况下砂石覆盖量从0~69kg/m~2的处理名分别记为NW0、NW23、NW46、NW69及W0、W23、W46、W69。结果表明:(1)土壤贮水量随着砂石覆盖量的增加而增大,逐月土壤蒸发量、逐月蒸腾量、累积土壤蒸发量和累积蒸发蒸腾量均随砂石覆盖量的增加而减小。有麦的各处理土壤贮水量整体比无麦的低,有麦的各处理逐月蒸发蒸腾量比无麦的逐月土壤蒸发量高,累积蒸发蒸腾量亦比无麦的累积土壤蒸发量高。无麦情况下,第一、二年度3个覆盖处理比不覆盖处理的累积土壤蒸发量分别减少了11.6%~18.1%和28.5%~47.5%;有麦情况下,累积蒸发蒸腾量分别减少了2.2%~3.7%和0.7%~3.6%。(2)冬小麦的株高、叶面积指数、有效穗数、产量及水分利用效率均随着砂石覆盖量的增加而增大。第一、二年度3个覆盖处理比不覆盖处理的最大株高分别增长了5.3%~17.2%和1.0%~5.8%,最大叶面积指数分别增大了17.9%~74.6%和7.9%~28.2%,产量分别增大了6.6%~14.2%和12.3%~44.6%,水分利用效率分别增大了8.0%~16.2%和15.6%~67.1%。最适宜冬小麦生长的砂石覆盖量为69kg/m~2。进行砂石覆盖能够将冬小麦生长前期增加的土壤储水有效用于生长后期,从而对提高冬小麦产量和水分利用效率做出了重要贡献。     

保水剂施用量对土壤水分和番茄生长的影响

为了探寻保水剂在内蒙古河套灌区番茄生产中的适宜施用量,以不施BJ2101一L保水剂为对照,在番茄定植前沟施不同用量（30．0、37．5、45．0和52．5kg／hm^2）的保水剂,测定番茄不同生长期保水剂对土壤水分及番茄光合速率、生长状况、产量、水分利用效率等的影响。结果表明：施用保水剂提高了番茄缓苗期、开花期、幼果期的耕层土壤水分,提高了开花期及幼果期的光合速率及蒸腾速率,且其效果均随施用量的增加而增加;施用保水剂促进了番茄根系及茎秆、叶片的生长发育,且随施用量的增加,保水剂用量30．0、37．5、45．0和52．5kg／hm^2水平较对照分别增产了3．48％、7．83％、11．01％和10．29％,生物量增加了24．9％、56．7％、94．0％和82．7％,水分产出率提高了-0．2％、3．9％、6．2％和5．2％,水分利用效率提高了19．1％、50．4％、81．5％和69．2％。试验结果表明,施用保水剂可促进番茄生长,提高水分利用效率,其中施用量为45kg／hm^2的效果最佳。     

保水剂对冬小麦土壤水分和光合生理特征的影响

 为探明保水剂施用对冬小麦不同生育期的土壤水分、叶片相对含水量及光合生理等的作用,采用保水剂大田试验,研究分析了冬小麦不同生育时期保水剂对土壤水分动态变化、叶片相对含水量及光合特征等的影响。结果表明:1)从返青期到孕穗期,随保水剂用量的增加,020cm土壤含水量显著提高,且2040 cm土壤水分均提高,其基本表现为:60 kg/hm2>90 kg/hm2>30kg/hm2>对照。2)叶片相对含水量表现为:拔节期,随保水剂用量的增加,叶片相对含水量降低,但均显著高于对照（P0.05）,但均显著高于对照（P<0.05）。3)冬小麦各生育期的光合生理特征表现为:用量为60kg/hm2的光合速率、蒸腾速率及叶片水分利用效率均相对最高,而30和90kg/hm2保水剂用量结果各异,但均显著高于对照（P<0.05）。综上所述,保水剂显著提高了冬小麦各生育期的土壤水分、叶片相对含水量及其光合速率、蒸腾速率及水分利用效率等,且以60kg/hm2保水剂用量的效果为佳。     

保护性耕作冬小麦产量及土壤水分变化研究

利用长期定位试验(1999~2009年),在豫西旱区坡度为8°的黄土坡耕地上,研究了连续10年来免耕覆盖、深松覆盖和传统耕作不同耕作措施对冬小麦产量及土壤水分变化的影响。结果表明:(1)保护性耕作的实施随着年份的增加表现出增产效果,欠水年增产显著,丰水年增产较少,免耕覆盖和深松覆盖增产效应不同。其中免耕覆盖在5年以后表现稳定增产,产量幅度为3857~5547 kg hm-2,10年间平均增产4.42%。深松覆盖在所有年份均表现增产,10年间有9年较传统显著增产,增产幅度为5.2%~20.9%,产量幅度为4593~5844 kg hm-2,10年间平均增产8.67%。(2)在半湿润的豫西北旱区年降水量总体呈下降趋势的情况下,夏休闲期和小麦生育期免耕覆盖和深松覆盖下土壤含水量均高于传统耕作,在干旱年份差异更明显。(3)免耕覆盖和深松覆盖下土壤水分垂直变化的变异系数高于传统耕作,且有随着土层深度的增加而增加的趋势,说明二者有利于降水的入渗和蓄水保墒。(4)深松覆盖和免耕覆盖可有效提高土壤水分利用效率,干旱年份其水分利用效率提高的幅度也较大。10年免耕覆盖水分利用效率平均提高0.02 kg m-3,深松覆盖水分利用效率平均提高0.05 kg m-3。     

不同土壤水分冬小麦根、冠关系及其对叶片水分利用效率的影响

试验研究不同土壤水分冬小麦根、冠关系及其对叶片水分利用效率的影响结果表明,水分条件对根系与叶冠间干物质分配模式影响较小,而对根系功能与叶冠结构建成之间关系影响较大,水分胁迫抑制植株结构的建成,随作物由营养生长向生殖生长的过渡其根系功能发挥与叶冠结构建成之间矛盾愈加明显,拔节期复水有利于植株根系功能的增强和叶冠结构的改善。根冠比与叶片水分利用效率关系呈单峰倒“V”型曲线,水分多少可影响曲线的斜率和高低。根量达最大值前沿根冠比降低的方向,叶片水分利用效率增加;当根量达最大值时叶片水分利用效率也达最大值,此时根冠比为0 .1～0 .2。而抽穗期后沿根冠比降低的方向,其叶片水分利用效率也降低。     

灌溉制度对冬小麦耗水及产量的影响

研究结果表明,随灌水量的增加,冬小麦总耗水量明显增加,土壤贮水的消耗量相应减少;随着耗水量的增加,冬泪科生育后期耗水所占的比例明显增加;当灌水量相同时,灌水越早的处理耗水量越多。不同的妈制度对冬小麦产量结构与产量有显著影响,起身水主要增加穗数,拔节水显著增加穗粒数,而孕穗期或开花期灌水对提高千粒重有明显作用;１水以孕加物理穗期,２水以拔节期和开花期,３水以拔节期、开花期和灌浆期灌水效果最佳。适当控     

灌溉制度对冬小麦耗水及产量的影响

研究结果表明,随灌水量的增加,冬小麦总耗水量明显增加,土壤贮水消耗量相应减少;随总耗水量的增加,冬小麦生育后期耗水所占的比例明显增加;当灌水量相同时,灌水越早的处理耗水量越多。不同的灌溉制度对冬小麦产量结构与产量有显著影响,起身水主要增加穗数,拔节水显著增加穗粒数,而孕穗期或开花期灌水对提高千粒重有明显作用;1水以孕穗期,2水以拔节期和开花期,3水以拔节期、开花期和灌浆期灌水效果最佳。适当控制开花前耗水量,增加开花后耗水量,有利于增加产量和提高水分利用效率。     

土壤水分胁迫对冬小麦氮素分配利用及产量的影响

在防雨棚池栽条件下研究了土壤水分胁迫对冬小麦氮素主产量的影响。结果表明：随土壤水分胁迫加重,植株将吸收的氮素较多地分配于根系,分配于地上部的比率少,肥料氮利用率降低,土壤残留增高,回收率增高,损失率降低,但轻度、中度水分胁迫,有利于氮素向籽粒转移,水分过多,氮素较多地分配至茎叶、鞘等营养器官,较少分配至籽粒,随水分胁迫加重,氮素利用效率降低。底施氮肥利于植株吸收利用,且为土壤固定,损失率较低,所以底施氮肥利用效率高于追施氮肥。因此,在旱作麦田应重视底肥的施用。     

土壤水变动对冬小麦生长产量及水分利用效率的影响

采用盆栽和管栽试验,研究土壤水变动对冬小麦地上部生长、产量及水分利用效率的影响。结果表明：株高对水分胁迫的发生时期较敏感,叶面积对水分胁迫的持续时间更敏感,与其他水分胁迫处理相比,分蘖至拔节阶段水分胁迫处理的株高最小,分蘖至孕穗阶段水分胁迫处理的叶面积最小。冠重主要受胁迫持续时间的影响,分蘖至孕穗阶段水分胁迫处理的冠重最小。水分胁迫对冬小麦穗数和WUE的影响基本上表现为正效应,而对每穗粒数、千粒重及产量的影响则全部为负效应。在各水分胁迫处理中,拔节至孕穗阶段经中度水分胁迫后抽穗期复水的处理,产量最高,达到充分供水对照的62%;分蘖至拔节阶段经中度水分胁迫后孕穗期复水的处理,WUE最大。试验结果表明,冬小麦株高、叶面积及各产量要素对土壤水变动的响应存在差异。     

基于ASAR的冬小麦不同生育期土壤湿度反演

基于ASAR高级合成孔径雷达ASAR数据和地面调查数据,结合MIMICS模型分析方法,研究ASAR后向散射数据与土壤湿度及冬小麦结构参数之间的关系,构建冬小麦不同生育期土壤湿度反演模型。研究结果表明：冬小麦冠层散射影响ASAR信号探测土壤湿度的深度,冬小麦生长初期（起身期前）ASAR信号探测土壤湿度的最佳深度为0～20 cm,拔节期后ASAR信号探测土壤湿度的最佳深度为0～5 cm。冬小麦抽穗期前,ASAR IS2 VV模式后向散射系数与土壤湿度线性相关性较高,可以利用经验统计模型方法反演土壤湿度;冬小麦生长旺盛期（抽穗期）,经验模型土壤湿度反演精度较差,多角度ASAR数据模型能够提高土壤湿度反演精度。利用该土壤湿度反演模型,起身期、拔节期和抽穗期土壤湿度反演的均方根误差分别为0.0125、0.0247和0.0298 g/g。     

不同水分胁迫条件下DSSAT-CERES-Wheat模型的调参与验证

作物模型为人们认识旱区农业生境过程并对其进行调控提供了一种有效的工具。为了探讨小麦生长模拟模型DSSAT-CERES-Wheat能否准确模拟水分胁迫条件下旱区冬小麦的生长发育和产量形成过程,同时确定参数估计和模型验证的最优方案,该研究进行了连续两季(2012.10-2013.06和2013.10-2014.06)的冬小麦分段受旱田间试验。试验将冬小麦整个生育期划分为越冬、返青、拔节、抽穗和灌浆5个主要生长阶段,每相邻两个生长阶段连续受旱,形成4个不同的受旱时段水平(D1-D4),根据小麦生育期的需水量,设置灌水定额分别为40和80 mm 2个水平(I1和I2),共形成8个处理,每处理3次重复,在遮雨棚内采用裂区试验布置,此外在旁边设置1个各生育期全灌水的对照处理。文中设置了5套不同的参数估计和验证方案,利用DSSAT-GLUE参数估计模块得到不同的参数估计结果。通过对比分析冬小麦物候期、单粒质量、生物量、产量、以及土壤水分含量的模拟值和实测值之间的差异,以确定利用DSSAT-CERES-Wheat模型模拟旱区冬小麦生境过程的精度。结果表明,参数P1V(最适温度条件下通过春化阶段所需天数)和G3(成熟期非水分胁迫下单株茎穂标准干质量)具有较强的变异性,变异系数分别为19.07%和16.34%,受基因型-环境互作的影响较大,而其他参数的变异性则较弱,变异系数均小于10%;DSSAT-GLUE参数估计工具具有较好的收敛性,不同参数估计方案所得的参数值具有一定的一致性;不同的参数估计方案所得的模型输出结果有较大差异,其中参数估计方案1(利用两季试验中的充分灌溉处理CK数据进行参数估计,其他不同阶段受旱处理数据进行验证)的模型校正和验证精度最高,其中模型校正的绝对相对误差(absolute relative error,ARE)和相对均方根误差(relative root mean squared error,RRMSE)分别为4.89%和5.18%。在冬小麦抽穗期和灌浆期受旱时,DSSAT-CERES-Wheat模型可以较好地模拟小麦的生长发育过程以及土壤水分的动态变化,但是在越冬期和返青期受旱时,模拟结果相对较差,并且随着受旱时段提前和受旱程度的加重,模拟精度将变得更低。此外,该模型无法模拟由不同水分胁迫造成的冬小麦物候期差异,需要对模型进行相应的改进。交叉验证表明DSSAT-CERES-Wheat模型模拟该研究中不同水分胁迫条件下冬小麦生长和产量的总体性误差在15%~18%左右。总之,DSSAT-CERES-Wheat模型在模拟旱区冬小麦生境过程时存在着一定的局限性,若要更广泛地将该模型应用在中国干旱半干旱地区的冬小麦生产管理和研究,有必要对冬小麦营养生长阶段前期的水分胁迫响应机制和模拟方法进行进一步的深入研究。     

基于根系加权土壤水分有效性的冬小麦水分生产函数

为了准确评估作物水分亏缺程度及其敏感性动态对作物产量的影响,该研究结合基于根系加权土壤水分有效性的植物水分亏缺指数（Plant Water Deficit Index,PWDI）与基于归一化热单元指数的S型累积水分敏感指数,建立了3种不同形式的作物水分生产函数（Crop Water Production Function,CWPF）,即Blank加法模型（PWDI-B）、Jensen（PWDI-J）和Rao（PWDI-R）乘法模型。通过2 a冬小麦栽培田间蒸渗仪试验（北京昌平）和1 a冬小麦栽培田间滴灌试验（山东黄河三角洲）,优化了土壤水分胁迫修正系数中参数,进而对PWDI估算精度及CWPF产量估算效果进行检验与评价。结果表明：蒸渗仪试验基于根系加权估算的PWDI与实测值吻合良好,决定系数R2为0.78,标准化均方根误差（Normalized Root Mean Squared Error,NRMSE）为0.16;滴灌试验PWDI均值与作物株高（r=?0.95）、生物量及产量（r≤?0.79）均具有较好的相关性,表明根系加权PWDI能较准确地反映不同试验条件下冬小麦的水分亏缺程度及其对作物生长的影响;此外,无论是蒸渗仪试验还是滴灌试验,所建的3个CWPF对冬小麦产量的估算精度均在可接受范围内（R2≥0.78,NRMSE≤0.11）,且PWDI-R估算精度依次高于PWDI-J、PWDI-B、以及线性回归模型（即PWDI均值与产量的线性拟合模型）。因此,根系加权PWDI与S型水分敏感指数累积函数融合可用于合理构建冬小麦水分生产函数,其中PWDI-R乘法模型可优先推荐用于研究区冬小麦产量估算和灌溉制度优化,从而为当地冬小麦田间水分管理提供理论依据。     

基于小波特征和冬小麦生理参数的土壤水分高光谱模型优化

土壤水分是影响作物生长的关键因子,在精准灌溉中估算土壤含水率有重要意义,结合作物生理参数与叶片光谱特性,能够在一定程度上增强土壤含水率遥感监测模型的稳定性。为了提高土壤含水率遥感监测模型在冬小麦多种物候期的适用性以及迁移能力,该研究通过连续小波变换增强光谱对叶片不同生化生理指标的响应后,通过变量投影重要性分析方法对冬小麦叶片含水率、叶绿素、叶面积指数敏感的光谱特征进行特征筛选,结合偏最小二乘回归构建土壤含水率模型,并与土壤含水率所选特征建立的监测模型在独立年份数据与不同传感器之间进行比较。结果表明,土壤含水率变化显著改变了冬小麦叶绿素以及叶面积,进而影响了小麦冠层光谱,小尺度小波变换可以增强冬小麦冠层光谱和土壤含水率的相关性（相关系数由0.46提升至0.61）。综合基于地面非成像数据集和机载成像数据集进行的模型验证结果,基于叶绿素所选小波特征在2021年高光谱非成像数据集和2022年机载成像数据集构建的土壤含水率监测模型表现最优,其中基于1尺度叶绿素小波特征构建的模型效果最好,其在独立非成像数据集验证中决定系数为0.541,均方根误差为2.42%,在成像数据集验证中决定系数为0.687,均方根误差为1.92%。因此,通过冬小麦叶片叶绿素与连续小波变换选取的光谱特征进行土壤含水率监测的适用性更强,可以进一步提高土壤含水率监测模型的准确性及稳定性。     

不同耕作方式对小麦旗叶光合特性和水分利用效率的影响

在豫西丘陵旱作条件下,对少耕、免耕覆盖、深松覆盖、一年两熟和传统耕作5种耕作处理的冬小麦旗叶光合、荧光特性和产量、水分利用效率进行了研究,结果表明：免耕覆盖和深松覆盖灌浆中后期小麦旗叶叶绿素和类胡萝卜素含量明显高于传统耕作,且有较高的叶绿素a和叶绿素b的比值和叶绿素和类胡萝卜素的比值;开花期免耕覆盖和深松覆盖光化学猝灭系数、非光化学猝灭系数和光化学效率值较传统耕作高,光抑制程度较传统耕作小;灌浆中期免耕覆盖和深松覆盖净光合速率略低于传统耕作,分别为传统耕作的96.4%和99.7%,但差异不显著。免耕覆盖和深松覆盖小麦生育期间耗水量较高,产量和水分利用效率显著提高,与传统耕作相比,产量增加19.3%和9.4%,水分利用效率提高17.5%和8.5%。     

低锌旱地土壤水分对小麦产量和锌利用的影响

【目的】西北旱地土壤有机质含量低,pH和碳酸钙含量高,导致土壤有效锌含量低,加之水分缺乏,不仅制约冬小麦生长和产量,还严重影响小麦锌的吸收利用。本研究选取西北旱地典型缺锌区,在土施锌肥的基础上,设置了2年的补充灌水田间试验,进一步研究水分对土壤锌有效性、 小麦生长、 产量以及锌和相关元素吸收利用的影响。【方法】田间试验于2010~2012年在陕西永寿县进行,采用裂区设计,锌肥为主处理,在不施锌与施锌(ZnSO4·7H2O)50 kg/hm2的基础上,设置在冬小麦关键生长期补充和不补充灌水2个副处理。在成熟期采集植株样品,测定了小麦产量、 生物量,各器官部位的锌及氮、 磷、 钾、 铁的含量; 采集0—40 cm土层土壤,测定了土壤有效性锌含量。【结果】在返青期、 孕穗期补灌20~30 mm水分对小麦产量、 土壤有效锌含量无显著影响,却有提高小麦各部位锌含量、 锌肥利用率的趋势,不施锌和施锌条件下,灌水比不灌水处理小麦籽粒锌含量分别提高3.8%~16.3%、 3.8%~13.1%,灌水使锌肥利用率提高21.2%~177.8%。灌水量和灌水时期的不同也影响锌在小麦各器官部位的分配与累积,第一季施锌和不施锌条件下,灌水比不灌水处理锌收获指数分别降低5.1%和2.0%,而第二季锌收获指数分别提高2.1%和2.7%。两季灌水对小麦籽粒中铁及大量元素氮磷钾含量的影响亦各不相同。【结论】在旱地缺锌土壤上,小麦生长关键期灌水对小麦产量、 土壤有效锌含量无显著影响,却有提高小麦各部分锌含量、 锌肥利用率的趋势,说明水肥结合对旱地石灰性土壤锌和锌肥有效性的影响应引起进一步重视,这对提高旱地缺锌地区作物和人体锌营养水平具有潜在意义。     

造墒与播后镇压对小麦冬前耗水和生长发育的影响

为明确造墒和播后镇压对小麦冬前耗水和群体与个体特征及产量的影响,为确定播后镇压技术和提高小麦水分利用效率提供依据,分别于2013—2014年和2014—2015年小麦生长季在河北省衡水市选用当地小麦品种‘衡4399’,分9月15日(I9.15)、9月20日(I9.20)、9月25日(I9.25)和9月30日(I9.30)4期造墒,以不造墒为对照(CK),每期处理又设每延米0 kg(G0)、95 kg(G95)和120 kg(G120)3个水平镇压的冬小麦田间试验。冬前对土壤水分和小麦幼苗生长情况进行动态监测,翌年成熟期考察产量性状并测产。结果表明,播种时土壤水分含量高,冬前阶段农田蒸散量也高。同一造墒不同镇压处理比较,I9.30处理以G95田间蒸散量最低,其他处理均以G120蒸散量最低,处理间差异显著。对苗情的影响,同一造墒不同镇压比较,苗期单株生物量、叶面积、群体总茎数以G120与G95处理较高,以G0处理较低,处理间显著水平不同;同一镇压不同造墒处理间比较,不造墒的CK总茎数显著减少,产量显著较低,且年际变化不稳定。造墒与镇压对穗数影响较大,其中造墒处理穗数显著高于CK,镇压处理对穗数的影响表现一致:G120G95G0。以上处理对产量与对穗数的影响一致:造墒处理间产量差异水平不同,但以CK最低;镇压处理间产量差异不显著,但以G0最低。造墒和镇压对产量的交互作用不显著。综上可见,墒情适宜是小麦播后镇压的基础,镇压又是提墒壮苗的保障。河北地区小麦造墒水提前到9月20—25日,播种后采用95 kg×m~(-1)镇压器便于田间操作且镇压效果较好。