基于茎直径变化的作物水分状况监测研究进展

对“利用茎直径变化监测作物水分”的研究进行了综述。自20世纪60年代开始,基于茎直径变化的作物水分状况监测指标体系研究经历了两个阶段,即茎直径变化与作物水势关系的定性研究阶段;考虑环境变化和植株正常生长的茎直径变化—作物水势之间动态量化阶段。此方法通过对作物体内水分的动态监测,并与计算机应用相配合,可以用于温室和大田条件下指导适时灌溉。     

温度与水分状况对作物叶片水分能态的影响

在实验室条件下试验研究不同温度与水分胁迫对小麦和玉米幼苗叶水势及渗透势的影响结果表明，在一定温度时随土壤水势的降低，叶水势呈下降趋势；相同土壤水势条件下随温度升高，叶水势呈下降趋势。温度和水分状况对叶片渗透势的影响与叶水势不同，随温度升高和水分胁迫的加剧，叶片渗透势则呈先降后升趋势。通过对作物叶水势和渗透势变化幅度的比较，说明小麦的渗透调节能力和抗旱性能均大于玉米。对植物叶片水分水偏摩尔自由能（ΔG）、焓（ΔS）、熵（ΔH）计算与分析，初步从能量的观点证实作物在27℃左右温度时生长最佳。     

作物水分胁迫监测的国内外研究进展

介绍了计算蒸散的方法和作物蒸腾估算的方法。通过气象资料和土壤水分资料，监测土壤水分和作物体内水分状况的动态模型进行水分亏缺诊断的动态化管理，并与系统科学和计算机的应用相配合，形成了实用的农田水分管理系统。     

基于无线传感器网络的作物水分状况监测系统研究与设计

为实现准确判断作物水分亏缺程度,为精量灌溉提供科学依据,论文采用无线传感器网络技术,设计了作物水分状况监测系统。该系统实现了信息采集节点的自动部署、数据自组织传输,可以使人们随时随地精确获取作物需水信息,包括引起作物水分亏缺的环境信息（温度、湿度、土壤温度、土壤湿度）以及水分亏缺时作物水分生理指标微变化信息等。它具有功耗低、成本低廉、鲁棒性好、扩展灵活等优点。初步试验表明了该系统的合理性与实用性。可以应用于温室、农田、苗圃等区域。该文为无线传感器网络在设施农业中的应用做出了探索性研究     

根据植株茎直径变化诊断作物水分状况研究进展

植株茎直径膨胀和收缩与作物体内水分状况的关系一直是研究的热点问题。根据20世纪50年代以来的大量国内外文献,综述了茎直径变化法诊断作物水分状况的研究进展,阐明了从植株茎直径变化诊断作物水分状况方法的优势,指出了此项研究存在的问题,进而对其今后研究方向和发展趋势进行了展望。     

温度与水分状况对作物叶片延伸生长的影响

在实验室条件下通过对春小麦和夏玉米生长中叶片延伸速率（LER）、渗透势（Ψs)、叶水势（ΨL）的测定，研究温度与水分胁迫对春小麦和夏玉米叶片延伸生长的影响结果表明，随温度升高，作物叶片延伸速率先上升，在27℃左右达最大值而后迅速下降；且在不同土壤水势条件下叶片延伸速率随温度变化的幅度不同，随土壤水势的降低其叶片延伸速率也降低，且叶片延伸速率与土壤水势的变化呈线性关系。土壤水势、温度的变化引起膨压（ΨP)的变化，而膨压的变化又引起叶片延伸速率的变化。总趋势是随膨压的增加其叶片延伸速率也增大，且温度与土壤水势共同胁迫对玉米叶片延伸速率影响最大。     

基于作物模型的农田水分管理决策支持系统研究

初步建立了基于作物模型的农田水分管理决策支持系统(DSSFWM) ,着重阐述了系统的实现原理,包括系统的结构和功能、系统管理决策目标的确立和水分管理决策的机制。以郑州冬小麦生长季水分管理为对象,对当地1991,1992年冬小麦生长季优化灌溉制度决策进行了实例分析。结果表明冬前分蘖期、返青期和拔节期灌三水的灌溉制度兼顾了节水(灌水量少)、高产、高效(效益费用比值较高)的多目标。系统能支持和加强用户对农田水分管理的策略分析和判断效率     

热带湿润地区作物水分损失总量的研究进展

位于热带雨林地区的波多黎各在过去的 5 0a里对作物水分蒸发蒸腾损失总量进行了研究 ,其结论是 :甘蔗的日均需水量是 2 .5～ 4 .6mm。guinea草的年需水量是 1 .4 94mm ;而 para草的需水量是 1 .4 6 6mm。这是仅有的草类的水分蒸发蒸腾量进行的研究。水稻日均需水量为 6 .9～ 1 1 .8mm。甜玉米 1 2月和 3月的最少和最大水分消耗量分别为 2mm和 7mm。这是唯一利用Hargreaves -Samani和作物参数相结合的方法进行水分消耗量预测的研究。但在波多黎各研究中并没有确定出作物参数 ,不太适用于当地的很多作物。如果在作物整个生长季节用同一作物参数值 ,将导致所测结果超过作物实际的水分需求量。因此在今后的研究中 ,应当重新整理数据以获得作物参数 ;并应用最新开发技术对原有蒸发系数进行更新。此项研究为热带雨林地区以及我国湿润地区研究农业灌溉提供了理论依据     

作物水分生产函数研究进展

作物水分生产函数(cropwaterproductionfunctions,CWPF)一般指作物产量(cropyield,Y)与蒸散发(evapotranspiration, ET)之间的函数关系,是作物模型中联系水分和生产力的关键。本文系统地梳理了近半个世纪以来CWPF的相关研究,发现CWPF受多种因素影响,不同地区获得的田间试验结果往往差异较大;常用的CWPF模型多是基于统计信息,缺少坚实的物理基础和可靠的理论支撑,在跨地区、跨物种应用时存在一定缺点。同时基于碳同化过程的机制模型和更为复杂的作物模型也因为参数过多而不易在实际中应用。在以往研究的基础上,从公开发表的41篇文献中筛选出592组田间试验数据,发现小麦产量与ET基本呈线性关系,但数据分布相对离散,而玉米、棉花、水稻因数据量较少其产量与ET关系不明显。利用生长季降水量和累计蒸发皿蒸发数据对不同地区获得的小麦水分生产函数进行了修正,发现改进后的小麦水分生产函数表现出较好的跨地区应用潜力(r2从0.36提高到0.75),并提出了进一步的CWPF修正思路。指出通过改进函数关系虽然能提高统计模型的可移植性,但发展机制模型仍是未来CWPF研究的根本出路。     

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。     

作物主动汲水技术内涵与研究进展

持续创新农田灌溉技术，有利于应对农业水资源短缺、耕地资源不足，也是确保中国粮食安全的重要技术基础。该研究提出了"作物主动汲水"（Crop Initiative Draw Water，CIDW）概念，并分析其得以实现的基本条件是：土壤水非饱和性、外界水水势始终小于大气压、外界水和作物根系的距离有效性、高效的水势能差转化界面。综合文献划分出了压力势差（Pressure Potential Difference, P-CIDW)、渗透势差 (Osmotic Potential Difference, O-CIDW)和重力势差作物主动汲水（Gravitational Potential Difference，G-CIDW）等3种形式的CIDW，并分析了它们的势能特征和基本实现途径。进一步，从硬件设备技术、作物表现、水盐运移与分布、土壤生境等几个方面，重点综述了P-CIDW的研究进展。近十多年来的研究表明，相比漫灌、沟灌、滴灌等传统灌溉技术，适宜参数的P-CIDW能够显著地提高作物产量与水分利用效率、养分吸收和肥料利用率、根际土壤酶活性和微生物多样性、水肥耦合效应，明显地影响了作物生理生化指标、土壤养分有效性和养分空间分布；土壤质地及其剖面构型显著地影响了P-CIDW下的水盐运移与分布；利用初始土壤含水率和基质势、渗水器导水率、供水压力以及时间等参数，可以半机理半经验地估测P-CIDW的累积入渗量。最后展望了CIDW研究的未来，认为，土壤水分-作物关系的基础理论急需要突破、研发高效的势能转化界面材料仍然是发展CIDW技术的关键任务、尽快制定P-CIDW技术标准、P-CIDW控压方法还需要革命性的创新。     

作物需水时空尺度特征研究进展

受气象、土壤和种植条件等客观条件的影响,作物需水时空尺度分布具有明显的时空异质性,致使作物需水的理论和模型具有高度的尺度依赖性。基于此,该文对作物需水时空尺度特征的计算方法及其运用情况作了详细的阐述,并建议在今后作物需水时空尺度特征的进一步研究中,应以试验数据为基础,运用分形、小波、信息熵等复杂性理论,研究作物需水的时空尺度特征,发展既有理论基础又便于应用的区域尺度的作物需水量估算新模式。     

基于作物生长监测诊断仪的双季稻叶面积指数监测模型

为探索作物生长监测诊断仪(Crop Growth Monitoring and Diagnosis Apparatus,CGMD)在不同株型双季稻长势指标监测应用的准确性和适用性,该研究开展了不同株型品种和施氮量的田间试验,采用CGMD获取冠层差值植被指数(Differential Vegetation Index,DVI)、归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)和比值植被指数(RatioVegetationIndex,RVI),并同步采用高光谱仪(AnalyticalSpectralDevices,ASD)获取冠层光谱反射率,构建DVI、NDVI和RVI;通过比较2种光谱仪获取的植被指数变化特征及相互定量关系,评价CGMD的监测精度,建立基于CGMD的不同株型双季稻叶面积指数(Leaf Area Index,LAI)监测模型,并用独立数据对模型进行检验。结果表明:不同株型品种的LAI、DVI、NDVI和RVI随施氮量增加而增大,随生育进程推进呈"低—高—低"的变化趋势;基于CGMD与ASD的DVI、NDVI和RVI间的决定系数(Determination Coefficient,R2)分别为0.959～0.968、0.961～0.966和0.957～0.959,表明CGMD具有较高监测精度,可替代价格昂贵的ASD获取DVI、NDVI和RVI。基于CGMD植被指数的单生育期LAI监测模型的预测效果优于全生育期,基于CGMD植被指数的松散型品种LAI监测模型的预测效果优于紧凑型品种;基于DVICGMD的线性方程可较好地预测LAI,模型R2为0.857～0.903,模型检验的相关系数(Correlation Coefficient,r)、均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)和相对均方根误差(Relative Root Mean Square Error,RRMSE)分别为0.950～0.984、0.18～0.43和3.95%～9.40%;基于NDVICGMD的指数方程可较好地预测LAI,模型R2为0.831～0.884,模型检验的r、RMSE和RRMSE分别为0.906～0.967、0.24～0.38和5.73%～9.16%;基于RVICGMD的幂函数方程可较好地预测LAI,模型R2为0.830～0.881,模型检验的r、RMSE和RRMSE分别为0.905～0.954、0.25～0.56和7.37%～9.99%。与传统人工取样测定LAI法相比,利用CGMD可实时无损监测双季稻LAI动态变化,可替代SunScan植物冠层分析仪获取双季稻LAI,在双季稻生产中具有推广应用价值。     

兼顾农业生产与环境保护的农田控制排水研究进展

农田控制排水(又称地下水位管理)是一种通过调控农田排水量以达到减少污染物输出并保证农业生产的环境友好型水管理措施。该措施的发展经历了不同的阶段,从最早的保墒增产到后来的污染物削减以及节约灌溉用水等功能,对其研究和应用的不断深入,对于变化环境下农田排水的设计和管理都具有重要意义。该文回顾了农田控制排水发展的历史,阐述了该措施的各项功能及其研究方法和应用特点。结果认为,农田控制排水是新形势下农田排水的必要手段,通过对排水出口水位的调控可以达到调节农田水分,减少营养物流失,节约灌溉用水,增加雨水资源利用等多重目的,是存在排水问题地区农业生产可持续发展的最佳水管理措施。目前各地对于控制排水研究的热点问题是寻求一种适合当地农业生产形式的排水水位调控方案,使其具有可操作性、易于推广。     

作物需水量模拟计算结果有效性检验

作物需水量是确定节水高效灌溉制度、制定灌溉排水规划和水资源合理配置必不可少的重要参数。当前模拟计算作物需水量的主要方法有FAO-56双作物系数法、双涌源能量守恒模型、根系层水量平衡模型和SWAP模型,而各种方法均有利弊和使用条件。不论采用哪种方法模拟计算作物需水量,其结果必须进行有效性检验,否则不能用于上述工程项目。该文用FAO-56双作物系数法基于灌溉试验数据模拟计算了人工牧草——老芒麦、冰草的需水量,并对模拟计算的需水量采用拟合相关图法、回归分析法和残差估计误差指示法进行了有效性检验。拟合相关图法属定性检验,给出了统计相关趋势;回归分析法和残差估计误差指示法为定量检验,给出了模拟计算值与实测值间的拟合优度和残差估计误差的范围。这种定性定量相结合的方法有效地检验了需水量模拟值与其实测值间的一致性,其结果可用于工程项目中。     

无线传感器网络作物水分状况监测系统的上位机软件开发

该文在Microsoft Visual C++ 6.0和National Instruments LabVIEW 8.6等环境下,开发了WSN-CWSM系统的上位机软件。该上位机软件由后台管理软件和数据管理软件2个模块组成。后台管理软件由数据库、数据处理引擎、图形用户界面和后台组件4个子模块组成;数据管理软件由参数设置、数据采集、数据处理、控制输出和数据管理5个子模块组成。WSN-CWSM系统上位机软件提供了与Internet的标准接口,集成了传感器节点的校正引擎和传感数据的数据融合机制,所有人机接口采用友好的图形化界面设计。试验结果表明：所开发的上位机软件具有良好的稳定性、完善的功能性和便捷的人机接口等优点,实现了对各种传感数据和系统数据的有效组织与管理。目前,上位机软件能够满足WSN-CWSM系统的应用需求。     

Carbon and water footprints of major crop production in India

Scarcity of water and emission of greenhouse gases (GHGs) are the two key environmental issues affecting crop production in India.Reducing the carbon footprint (CF) and water footprint (WF) of crop production can help to mitigate the environmental hazards that stem from GHG emissions and water scarcity.The CFs and WFs of three major cereal crops,rice,wheat,and maize,were estimated for the year 2014 under the environmental conditions in India,based on national statistics and other data sources.To...     

京津冀都市规划圈考虑作物需水成本的农业结构调整研究

该文从经济和资源两个方面入手,研究了京津冀缺水区换种作物调整方案。应用GIS技术及FAO推荐的Penman-Monteith方法计算了主要作物的需水量,建立了包含水资源成本的作物综合效益研究模型,并对水资源补偿问题进行了初步探讨。研究结果表明：从需水量来看,水稻>冬小麦>春玉米>夏玉米;如果将承德、张家口等地区的部分水田改种其他的粮食作物,可以节约3.5亿m³的用水;考虑水资源成本的情况下,水稻改种春玉米显示了良好的综合效益。     

劣质水灌溉对土壤盐碱化及作物产量的影响

长期的劣质水灌溉将导致土壤潜在的次生盐碱化。通过在以色列的大田试验,分析了劣质水灌溉对浅埋地下水位条件下土壤盐碱动态和作物产量的影响。试验在安装有暗管排水系统的试验田中进行。试验田土壤为粉砂粘土,种植有饲料玉米(Zea mays L.)。试验结果显示,高盐碱地下水的侧向运动和蒸发形成了试验田南半部和北半部土壤中盐碱度分布的巨大差异。在试验条件下,0～1.2 m土壤中的盐分在整个玉米生长期内平均增加了7.5%,碱度增大了19.6%。作物产量和植株高度与土壤含盐量成反比,籽粒产量受影响最为严重。利用冬季的降雨淋洗土壤盐分是维持本地区灌溉农业持续发展的关键。