豫南冬小麦夏玉米水氮高效利用试验

为了筛选出豫南地区冬小麦夏玉米水氮高效利用模式，在干旱和丰水年份设置9个水氮运筹控制比较试验，分析不同水氮运筹模式对冬小麦夏玉米水氮利用的影响。结果表明，在枯水年份，I2N2处理，即在小麦越冬期和拔节期以及夏玉米的大喇叭口期和灌浆期灌溉(100 mm)和追肥(150 kg/hm²)，产量和水氮利用效率最高；在丰水年份，I1N2处理，即冬小麦在拔节期和夏玉米在大喇叭口期灌水(50 mm)和施肥(150 kg/hm²)，产量和水氮利用效率最高。本研究针对丰水年份和枯水年份提出的2种冬小麦夏玉米水氮高效利用模式，对于豫南地区冬小麦夏玉米节水减氮、增产增效具有较高的参考价值。     

太行山山前平原农田水分动态模拟研究

以中科院栾城农业生态试验站的田间灌溉试验为基础,以荷兰Wageningen农业大学等单位开发的土壤-水分-大气-作物系统模拟软件SWAP软件为工具,应用试验站的土壤、水分试验资料对模型的参数进行了率定和验证.在此基础上设计了该地区不同降水水平年、不同灌溉定额下的多种灌溉方案,并应用SWAP软件模拟了各种方案的农田水分平衡情况,提出了在当地平水年份下冬小麦灌水5次,夏玉米灌水1次的灌溉指导方案,其研究结果对该地区的农田水分利用具有一定的借鉴意义.     

华北平原主要农作物灌溉需水量的估算

本文根据华北平原农田水分循环特点,建立了一个农田土壤水分平衡模型.利用研究区内30个气象台站20～40年的气象资料,模拟计算了华北平原主要农作物(冬小麦、夏玉米和棉花)的历年灌溉需水量.在模拟过程中,考虑到华北平原土壤质地层次排列复杂,土壤持水特性不一,将土壤的最大有效含水量划分了5个等级.根据统计排频分析,确定了在干旱年、中等年及湿润年型下冬小麦、夏玉米和棉花的灌溉需水量.并分析了华北平原的1m 土层土壤最大有效含水量为180～240mm 范围时,3种作物多年平均的及不同年型的灌溉需水量在华北平原的区域分布特征.     

沼液灌溉对冬小麦-夏玉米轮作农田CO2、N2O排放规律的影响

为探究沼液灌溉对冬小麦-夏玉米轮作农田CO_2和N_2O排放特征及土壤理化性质的影响,设置不同的灌溉模式,即空白对照处理CK、常规施肥处理CF、灌溉两次(小麦季一次+玉米季一次)2∶1沼液处理T1、灌溉三次(小麦季两次+玉米季一次)2∶1沼液处理T2与灌溉三次(小麦季两次+玉米季一次)2∶1沼液处理T3共五个处理,采用静态箱-气相色谱法,研究牛场沼液灌溉条件下冬小麦-夏玉米轮作农田土壤CO_2和N_2O的排放特征,同时监测气象条件、土壤铵态氮、硝态氮、土壤可溶性有机碳等因子以及作物产量,分析并探讨了轮作周期内农田土壤CO_2和N_2O的排放特征及相关影响因子。试验结果表明,沼液灌溉没有改变轮作周期内土壤CO_2和N_2O排放通量的季节性变化规律,但会造成灌溉后短期内CO_2和N_2O排放通量增加;轮作周期内沼液灌溉处理在一定程度上提高了CO_2的排放水平,但除T3处理外,差异性均未达到显著水平;沼液灌溉处理没有明显提高N_2O排放水平。沼液灌溉提高了土壤可溶性有机碳含量,施用化肥会降低土壤可溶性有机碳含量;与常规施肥处理CF相比,T2、T3处理作物籽粒产量无明显差异,T1处理严重减产。综合考虑作物籽粒产量与CO_2和N_2O累积排放量,T2处理为本试验条件下最合理的沼液灌溉模式。     

石家庄农业区地下水位对灌溉用水响应特征

[目的]为了探究在不同水文年份组合条件下,石家庄农业区地下水位衰变-涵养机制。[方法]基于近50年研究区地下水位及气象实测数据,采用彭曼-蒙蒂斯及相关分析等研究方法,明确了气候变化条件下研究区地下水位对灌溉用水的响应特征。[结果]在丰-丰水年份组合条件下,农业区地下水位可恢复2.13m;在枯-枯水年份组合条件下,农业区地下水位急剧下降,下降幅度可达2.51m;在平-枯水年份组合条件下,农业区地下水位仍呈下降趋势。冬小麦和夏玉米灌溉用水与地下水位改变的幅度呈正相关关系:灌溉用水量每增大100mm,在冬小麦生育期内,地下水位下降的幅度平均将增大0.26m;灌溉用水量每减少100mm,在夏玉米生育期内,地下水位下降幅度平均将减少0.26m。[结论]研究成果可为该区地下水资源的开发利用提供理论指导。     

冀中南多样化种植模式的适水效应分析

为优化冀中南作物种植结构,本研究以河北省典型地下水漏斗区邢台市为例,基于作物需水SIMETAW模型系统量化1965—2018年冬小麦、春棉花、春玉米、夏谷子、夏大豆和春绿豆等10种主要农作物的生育期需水量与灌溉需水量,针对当地不同降水年型和水资源条件以及不同作物的生育期、生长发育特点和前后茬作物的农学特性等构建11种不同的种植模式,分析不同种植模式需水及降水耦合度等参数。结果表明:1)各作物年均生育期需水量表现为春棉花(515.2mm)冬小麦(466.6mm)春玉米(424.9mm)春油葵(420.0mm)春甘薯(362.1mm)春马铃薯(354.2mm)夏大豆(313.9mm)夏玉米(298.7mm)春绿豆(288.1mm)夏谷子(217.5mm)。2)各作物年均生育期灌溉需水量表现为冬播作物春播作物夏播作物。冬小麦年均生育期灌溉需水量最大,为329.2mm;夏谷子最低,为82.8mm。3)传统麦玉一年两熟制周年需水量最大(753.4～780.3mm),相比之下,多样化轮作模式的生育期需水量可显著降低15%～34%,生育期灌溉需水量明显降低9%～32%。春玉米-冬小麦-夏玉米、春玉米-冬小麦-夏谷子、春甘薯-冬小麦-夏玉米和春甘薯-冬小麦-夏谷子等两年三熟制在丰水年、平水年和枯水年下的生育期需水量、灌溉需水量和周年需水量均较低。春绿豆-夏谷子一年两熟模式的年均生育期需水量最低,为504.4mm,年均生育期灌溉需水量为286.8mm。因此,在保证粮食安全的前提下,为减缓河北省地下水位持续下降的趋势,发展适水种植模式是节水农业的重要途径之一。     

黄淮海平原地区深松和灌水次数对冬小麦- 夏玉米节水增产的影响

目的 研究黄淮海平原地区冬小麦-夏玉米不同深松时机交互不同灌水次数对作物产量及水分生产效率的影响,为优化黄淮海地区土壤耕作方式提供理论依据。方法 采用土壤耕作方式与灌水次数相结合的方法,设置秋深松+冬小麦2水（QS-2）、秋深松+冬小麦3水（QS-3）、夏深松+冬小麦2水（XS-2）、夏深松+冬小麦3水（XS-3）、对照（CK）共5个处理,研究深松与灌水次数对冬小麦-夏玉米一年两熟农田土壤物理性质、植株生长发育、产量、总产出值及水分生产效率等的影响。结果 深松和灌水次数对土壤容重、土壤紧实度、土壤储水量、总产出值、水分生产效率均有不同程度显著影响。与对照相比,QS-2、XS-2、XS-3处理均显著降低深松后第1年土壤耕层（0—40 cm）及深松后第2年0—20 cm土层的土壤容重;深松各处理均显著降低第1年土壤紧实度,对第2年土壤紧实度影响效果不明显;秋深松后第2年QS-2处理的冬小麦整个生育期平均土壤储水量较CK显著增加18.14%,QS-3处理次之,夏深松后第2年XS-2、XS-3处理分别较CK显著提高24.7%、25.6%;秋深松能显著提高当季冬小麦生长发育,QS-2、QS-3处理地上生物量分别较CK增加了19.29%、27.06%,第2年QS-2和QS-3处理地上生物量较CK均有所提高,差异不显著,秋深松对第2年冬小麦生长发育影响效果减弱,夏深松第2年XS-2和XS-3处理的叶面积和地上生物量均较对照显著提高,夏深松能显著促进后茬冬小麦生长发育;QS-2处理对2年冬小麦-夏玉米总产出值和水分生产效率均显著提高,第1年总产出值和水分生产效率分别较CK提高27.21%、23.51%,第2年分别提高19.54%、18.84%,夏深松显著提高第2年冬小麦-夏玉米总产出值及水分生产效率,XS-2处理分别提高18.50%、17.65%,XS-3处理分别提高19.57%、15.35%。结论 黄淮海平原冬小麦-夏玉米连作采用冬小麦播前秋深松耕作方式,冬小麦全生育期灌水2次,有利于降低农田土壤容重、降低土壤紧实度、提高土壤储水效果、显著提高深松周期内冬小麦-夏玉米总产出值及水分生产效率。建议在黄淮海平原地区平水年和丰水年（夏玉米季降雨充沛）,冬小麦-夏玉米种植区采用秋深松+冬小麦灌2水耕作模式,实现高产与高效。     

底墒差异对夏玉米生理特性及产量的影响

研究了底墒差异对夏玉米生理特性及产量的影响。试验结果表明,在夏玉米生育期间极度干旱的条件下,以冬小麦生育期间灌拔节水和抽穗水(各40mm),夏玉米生育期间灌两水(共计100mm)的处理夏玉米产量最高,达7466.58kg/hm2。而且该处理的叶面积、光合速率、蒸腾速率等生理指标高于其余各处理,气孔阻力和叶温等生理指标则低于其余各处理,以上各生理指标的变化是由于前茬冬小麦不同生育期灌溉而造成的。本试验同时表明,研究作物的水分问题应与特定的种植制度相结合。     

微咸水灌溉对土壤盐分及冬小麦和夏玉米产量的影响

1997-2001年间,研究了微咸水灌溉条件下,不同深度原位土壤溶液的电导率及其微咸水灌溉对冬小麦和夏玉米产量的影响.表明使用微咸水灌溉,0～80 cm土壤溶液的电导率迅速升高,2年后较淡水灌溉处理同一深度土层土壤溶液的电导率高约5～10 mS*cm-1.在一个生长季节内,550 mm的降雨和250 mm的灌溉水对盐分的最大淋洗深度一般都不超过150 cm.灌溉农田中,盐渍化最严重层是亚表层(20～60 cm).当20～60 cm土壤溶液的电导率在8 mS*cm-1以下时,对夏玉米的产量无显著影响;若电导率长期维持在10～15 mS*cm-1之间且当季的降雨相对较少时,玉米产量将显著降低.当20～60 cm土壤溶液的电导率长期维持在12～15 mS*cm-1之间,在灌溉量较大的条件下,盐分胁迫所造成的冬小麦产量损失一般在10%左右.     

限水灌溉对冬小麦产量和水分生产效率的影响

１９９１～１９９３年在临汾市乔李村粮田３队进行冬小麦限水灌溉试验,提出减少灌溉次数（即灌溉量）,只在关键时期进行灌溉,就可使冬小麦节水与增产的目标同时实现。冬小麦灌溉量减少３３．０％～６６．７％,产量只减少６．３％～１２．３％,灌溉水生产效率提高３３．３％～１２７．８％。因此,根据试验结果和生产实践,临汾地区限水灌溉制度应为：在正常年份,一水条件下,浇足冬水;二水条件下浇好越冬水和浇足拔节水;存充足灌溉条件时要采取限水灌溉,节约水资源,应浇好越冬水,浇足拔节水,少浇孕穗水,小麦亩产可达到４００ｋｇ以上。     

黄土塬区冬小麦产量及水分利用效率对播前底墒变化与生育期差别供水的响应

【目的】通过黄土塬区播前底墒变化和生育期差别供水(降水+补充灌溉)对冬小麦产量、耗水量以及水分利用效率影响的田间试验,揭示该区域农田有限水资源高效利用的调控机制,明确现有措施下冬小麦旱作生产潜力可实现水平。【方法】划设田间试验小区,在夏闲期通过覆盖保水与生物耗水措施形成底墒差异的基础上,设计如下试验:(1)由不同底墒+生育期降水形成4个冬小麦全生育期无补灌处理,以分析冬小麦产量及水分利用效率对播前底墒变化的响应。其2 m土层底墒变化范围为350—550 mm。(2)相同底墒下不同生育期灌一水处理:在平均底墒约为500 mm下分别在拔节期、孕穗期和灌浆期补充灌溉40 mm,探讨冬小麦不同生育期对等量灌溉的响应差别。(3)高底墒542.3 mm与571.6 mm下分别进行灌2水与4水处理,形成冬小麦全生育期比较充分的供水条件,研究冬小麦在低水分胁迫下产量提升的可能程度及其水分利用效率特征。【结果】(1)在黄土塬区降水季节分布特征下,播前底墒对冬小麦产量具有决定性作用,产量随底墒线性增加。在做好夏闲期蓄水保墒的基础上,旱作冬小麦产量可达到充分供水情况下能够取得产量的88%—90%水平。(2)与2 m土层底墒为500 mm且生育期无补充灌溉的处理比较,供水增加同为40 mm时,表现为底墒增加处理的产量提高了11.8%,次之是在拔节期与孕穗期分别补灌的处理,但三者间产量无显著差异;播前底墒较高并在拔节期及孕穗期补充灌溉的处理冬小麦产量达到试验年份较高水平,且作物水分利用效率(WUE)也得到提高。(3)冬小麦产量与耗水量表现为Logistic曲线关系,随着耗水量的增大,产量提升速率表现为先快后慢,边际水分利用效率(MWUE)则持续降低,而WUE表现为上升、达到峰值和下降三个阶段,且WUE到达其最高值的耗水量小于产量到达其最高值的耗水量。【结论】黄土塬区气候条件下,播前底墒差别与生育期差别供水对冬小麦产量均有影响,由底墒或不同生育时期分别增加等量供水在总供水水平相同时其增产效应基本一致;采用Logistic曲线模型可以较好地模拟冬小麦产量与耗水量之间的关系,揭示产量、耗水量及WUE间的内在联系。     

华北地区冬小麦-夏玉米轮作节水体系周年水分利用特征

【目的】定量研究华北地区冬小麦-夏玉米轮作节水体系的水分周年利用特征。【方法】在大田条件下,通过在小麦季设不灌水（W0）、拔节水（W1）、拔节水+扬花水（W2）和起身水+孕穗水+扬花水+灌浆水（W4）4个水分处理,进行了两个周期的研究。【结果】（1）小麦产量和周年最高产量两年分别在节水灌溉处理W1和W2获得,玉米产量在不同处理间无显著差异。小麦水分利用效率（WUE）与产量的表现相似,玉米WUE显著高于小麦,并随灌水量的增加显著降低;周年WUE则在W0或W1处理最高,而后随灌水量的增加显著降低。（2）W4处理的2 m土体土壤水分含量在各个阶段没有明显变化,其它处理则随小麦生育进程而不断降低（即土壤水分库容不断变大）,且灌水次数越少降幅越大,至小麦收获期达到最低点;到玉米拔节期,由于降雨补充所有处理的土壤含水量趋于一致,相应地,2 m土体接纳汛期降雨分别为178-188 mm（W0）、124-160 mm（W1）、38-93 mm（W2）和-30-21 mm（W4）。（3）随灌水量增加,作物耗水强度和季节蒸散量变大;玉米拔节期后,作物耗水特性与土壤水分变化无差异。（4）降雨致使出现水分的深层渗漏,丰水年和平水年分别为163 mm（W0、W1）、181 mm（W2）、253 mm（W4）和13 mm（W0、W1、W2）、45 mm（W4）,丰水年小麦季W4处理也有54 mm水分深层渗漏。丰水年W0和W1处理实现了127 mm和57 mm对地下水的净回补。【结论】小麦节水栽培显著减少了对地下水的开采,大幅提高了降雨的利用效率,可实现作物对水资源的高效利用和丰水年降雨对地下水的净回补。丰水年W1处理或平水年W2处理有利于水分高效利用与高产的统一,对于华北地区农业的可持续发展具有重要意义。     

中高产麦田水分变化规律及节水灌溉方案的研究

1986～1990年,在高产地力条件下,进行了麦田水分变化规律及节水灌溉方案的研究。研究的主要结果:1.麦田0～300cm土层的土壤水分,可分为苗期供水层、中期供水层、后期供水层及稳定供水层等层次。2.小麦亩产184.9～456.1kg,耗水量为147.5～451.6mm。高产(400kg以上)小麦耗水量为338～536mm。耗水量的水源分别来自:降水占31.1％～53.7％,灌水占23.4％～33.6％和土壤供水占22.8％～32.7％。3.0～140cm上层的供水量为107～233mm,约占土壤有效贮水量的1/3～1/2。4.高产麦田的节水灌溉方案:灌水次数2～3次;灌水量低限80～115mm,高限125～180mm,干旱年份取高限。灌水时期:播前(底墒)、起身(二棱期)或拔节期、孕穗或灌浆期。     

Improving water use efficiency in grain production of winter wheat and summer maize in the North China Plain: a review

Reducing irrigation water use by improving water use efficiency (WUE) in grain production is critical for the development of sustainable agriculture in the North China Plain (NCP). This article summarizes the research progresses in WUE improvement carried out at the Luancheng station located in the Northern part of NCP for the past three decades. Progresses in four aspects of yield and WUE improvement are presented, including yield and WUE improvement associated with cultivar selection, irrigation management for improving yield and WUE under limited water supply, managing root system for efficient soil water use and reducing soil evaporation by straw mulch. The results showed that annual average increase of 0.014 kg·m^-3 for winter wheat and 0.02 kg·m^-3 in WUE were observed for the past three decades, and this increase was largely associated with the improvement in harvest index related to cultivar renewal and an increase in chemical fertilizer use and soil fertility. The results also indicated that deficit irrigation for winter wheat could significantly reduce the irrigation water use, whereas the seasonal yield showed a smaller reduction rate and WUE was significantly improved. Straw mulching of summer maize using the straw from winter wheat could reduce seasonal soil evaporation by 30–40 mm. With new cultivars and improved management practices it was possible to further increase grain production without much increase in water use. Future strategies to further improve WUE are also discussed.     

The water-saving potential of using micro-sprinkling irrigation for winter wheat production on the North China Plain

The shortage of groundwater resources is a considerable challenge for winter wheat production on the North China Plain. Water-saving technologies and procedures are thus urgently required. To determine the water-saving potential of using micro-sprinkling irrigation(MSI) for winter wheat production, field experiments were conducted from 2012 to 2015. Compared to traditional flooding irrigation(TFI), micro-sprinkling thrice with 90 mm water(MSI1) and micro-sprinkling four times with 120 mm water(MSI2) increased the water use efficiency by 22.5 and 16.2%, respectively, while reducing evapotranspiration by 17.6 and 10.8%. Regardless of the rainfall pattern, MSI(i.e., MSI1 or MSI2) either stabilized or significantly increased the grain yield, while reducing irrigation water volumes by 20–40%, compared to TFI. Applying the same volumes of irrigation water, MSI(i.e., MSI3, micro-sprinkling five times with 150 mm water) increased the grain yield and water use efficiency of winter wheat by 4.6 and 11.7%, respectively, compared to TFI. Because MSI could supply irrigation water more frequently in smaller amounts each time, it reduced soil layer compaction, and may have also resulted in a soil water deficit that promoted the spread of roots into the deep soil layer, which is beneficial to photosynthetic production in the critical period. In conclusion, MSI1 or MSI2 either stabilized or significantly increased grain yield while reducing irrigation water volumes by 20–40% compared to TFI, and should provide water-saving technological support in winter wheat production for smallholders on the North China Plain.     

基于土壤条件的边缘绿洲典型灌区灌溉需水研究

【目的】土壤性状是影响作物灌溉水生产力（IWP）与灌溉需水的关键因子。以土壤性状与作物灌溉水生产力及灌溉需水的定量关系为依据、结合区域土壤性状的空间分布,估算绿洲典型灌区作物灌溉需水及空间分布,为灌区尺度的合理用水分配及节水潜力评估提供科学依据。【方法】选择黑河中游临泽边缘绿洲平川灌区,对118个农田土壤进行取样分析,确定土壤性状的空间分布;通过不同土壤质地和肥力水平的农田玉米灌溉试验,确定土壤性状与灌溉水生产力及灌溉需水量的关系、进而依据土壤条件估算灌区尺度的灌溉需水及空间分布。【结果】平川灌区农田0-20 cm耕层土壤砂粒含量为29.4%-91.9%,平均53.6%,土壤有机质含量范围为1.37-17.7 g•kg-1,平均10.9 g•kg-1;20-100 cm土层砂粒平均含量51.3%。土壤质地为壤沙土和沙土的面积占农田总面积的50%以上;有机质含量低于10.0 g•kg-1的面积占26%,土壤持水性能弱;土壤性状在空间分布上存在高度的变异性。玉米IWP平均为1.11 kg•m-3（沙土）-2.44 kg•m-3（壤土）,与0-20 cm土层黏粉粒含量（CS1,%）、20-100 cm土层黏粉粒含量（CS2,%）、0-20 cm土层有机质含量（OM,g•kg-1）呈极显著正相关。依据土壤性状与灌溉水生产力的关系,得出平川灌区玉米灌溉水生产力平均为（2.36±0.77）kg•m-3,变动范围为0.75-3.92 kg•m-3,IWP小于2.0 kg•m-3的面积为970 hm2,占总面积的18.5%。灌区玉米生育期平均灌溉需水量为558 mm,总灌溉需水量为28.4×106 m3。【结论】土壤条件决定作物的灌溉需水与灌溉水生产力,在灌溉尺度农业水管理方面,应依据不同土壤性状的斑块单元进行地表水与地下水的合理分配与配置,并重视有利于土壤结构改善和肥力提升的施肥、耕作、灌溉等农业技术的应用。     

黄淮海中部地区作物水分胁迫和干旱研究结果

 根据河南巩县和山东泰安不同水分处理的冬小麦和夏玉米的农田试验资料，分析了两种作物的耗水规律，确定了最佳耗水量，求出干旱指标，阐述了农田水分变化规律，从提高水分利用效率和经济效益出发，制订了冬小麦的优化灌溉方案。事实表明这种优化灌溉方案能节约用水，对缓解水资源的紧张局面有重要意义。     

微咸水灌溉对土壤盐分和春玉米生长发育的影响

通过田间小区试验,研究了3 g/L微咸水灌溉对土壤盐分动态和春玉米生长发育的影响。结果表明,用矿化度为3 g/L的微咸水灌溉可在土体中积累较多的盐分,对春玉米叶面积、株高、叶绿素含量、干物质、产量均有不良影响,玉米叶面积在玉米生长后期减少速度较快,干物质积累相对减少,玉米产量下降。在干旱年份微咸水灌溉致使玉米产量下降了28.0%,多雨年份玉米产量下降了10.4%,井渠混灌在干旱和多雨年份玉米产量则分别下降了14.0%和7.4%。