黄土塬区麦田水资源特征研究

利用当地农业气象观测资料研究了陇东塬区麦田晚秋土壤贮水与收墒期水资源关系、春季降水与春旱的关系、春旱特征,并利用世界粮农组织(FAO)公布的模式,计算了该区域冬小麦不同生长阶段需水量,分析了该区域冬小麦不同生长阶段水资源丰歉度、可生长季水资源构成和农业生产对策。分析显示:陇东塬区冬小麦冬前生长期水资源过剩,返青后生长期水资源短缺,短缺最严重的时段是成穗期,即4月中旬到5月中旬,水资源总量只占需水量的67%,80%保证率为31%,是影响冬小麦产量的关键时期。春、夏、秋三个可生长季节中,春季麦田水资源以早春土壤贮水为主,夏季以自然降水为主,秋季初秋土壤贮水和自然降水占水资源总量的比例接近。植株生长期水资源、成穗期水资源和全生育期耗水量和冬小麦产量相关程度较高,幼苗期和籽粒形成期水资源对产量的影响相对较小。农业生产上要根据不同时期水资源构成特征科学决策种植模式,并采取工程措施或生产措施有效降低越冬期土壤水分损耗、麦田冬前旺长水肥损耗、晚秋和早春秋白地水分无效损耗,提高水分利用率。     

保护地栽培对黄花菜生长发育的影响

利用2004—2006年连续的田间试验资料,分析了传统种植方式下黄花菜的生长发育特性,同时比较了保护地栽培黄花菜和大田栽培黄花菜的水热效应和生长特性。结果显示,地膜覆盖增温保墒效应明显,黄花菜发育期提前,长势较好,但产投比较低;而秸秆覆盖可有效抑制春季土壤温度过快回升,减少土壤水分蒸发,延长黄花菜采摘期,产投比较高;采取越冬覆盖措施可减少非生长季土壤水分无效消耗,增加保墒作用,减轻春旱对黄花菜生长的影响,但地膜覆盖成本较高,经济效益较差,在生产上应该大力推广成本较低的秸杆覆盖种植技术,不但能够预防春旱危害,而且经济效益显著。     

陇东塬区周年水资源分布及对农业生产的影响

通过分析黄土高原典型残塬"董志塬"麦田周年水资源、不同季节水资源、冬小麦返青后生长期水资源构成,揭示了陇东黄土高原塬区麦田不同时段水资源潜力。结果表明多数年份早春土壤有效贮水量占生长季水资源总量20%以上,最高可达到38%。春季麦田水资源64%来源于早春土壤水库贮水,秋季麦田水资源52%来源于初秋土壤水库贮水,由于麦田春季消耗了大量土壤水库贮水,夏季麦田水资源只有22%来源于春末土壤水库贮水。冬小麦返青后生长期水资源一半来源于早春土壤贮水,一半来源于返青后生长期降水量。鉴于冬小麦既可以利用上年收墒期降水,又可以利用当年生长期降水,对周年水资源利用率较高,针对陇东塬区两年三熟的种植方式,建议采用冬小麦+小秋作物的种植模式,既可以变两年三熟为一年两熟,又可以提高土地利用率,有效利用光、热、水资源,增加单位面积产出。     

黄土塬区高底墒条件下养分差别对冬小麦产量的影响

为研究底墒与施肥组合处理对冬小麦产量的影响,在黄土塬区王东沟小流域塬面农田开展田间试验。3个底墒水平土壤含水量比较高,其2 m土层相对含水量分别为72%,82%,94%;试验年份冬小麦生育期降水301 mm,超过多年平均值的39%。试验结果表明:不施肥时,产量因底墒不同差别较大,且底墒过高会造成产量与收获指数的下降,而施肥后冬小麦产量均显著提升,但底墒不同所致产量的差别减小;施肥可显著增加冬小麦穗数、穗粒数、千粒重、株高,提高水分利用效率与降水利用效率,耗水量虽有增加,但产量提高的程度更大;在试验年份的降水条件下,高底墒会造成土壤水分的深层渗漏,下渗深度可超过5 m。     

渭北地区冬小麦的有限灌溉与水分利用研究

采用越冬前、拔节、抽穗和灌浆4个灌水时期和每次60与120mm两个灌水量的组合设计,在大田条件下对冬小麦的灌水量与耗水量、产量、水分利用效率(WUE)以及灌水效率(IUE)和有限灌溉的下限与适宜的灌水时期进行了小区试验研究,并建立了冬小麦产量与耗水以及WUE与耗水的回归数学模型.试验结果表明,冬小麦在渭北地区的耗水量与产量和WUE之间均呈现非线性关系;满足最大产量时所需的补充灌水量约为180～220mm;满足WUE最大时的补充灌水量为60～80mm.研究结果还显示,在底墒良好的条件下,拔节期60mm的有限     

利用MODIS_EVI图像时间序列提取作物种植模式初探

作物种植模式对于高效、可控农业管理具有非常重要的意义,通过遥感手段获取种植模式信息是目前亟待解决的难题.以华北平原为试验区,收集了2003年全年每16天合成的MODIS_EVI时间序列图像,从种植模式的MODIS_EVI时间谱分析入手,提取了表征冬小麦及其后茬夏玉米与其他同季生长作物物候差异性特征,分析表明返青期和峰值时期对冬小麦提取贡献最大,而峰值时间和大小以及表征营养生长向生殖生长转化时生物量累积差异的参量(偏斜度)对玉米提取贡献最大.建立了冬小麦和夏玉米的提取模型,各省17个县的抽样表明,冬小麦的总体提取精度为88.38%最后形成了小麦─玉米、小麦─水稻和小麦─其他种植模式的分布图,与作物熟制气候分布图具有较好的一致性.     

调亏灌溉下菘蓝耗水量变化特征

[目的]研究膜下滴灌调亏灌溉对河西地区菘蓝耗水量和产量的影响,为干旱、半干旱区菘蓝的高产种植提供理论依据。[方法]通过大田试验分析耗水量和产量变化。[结果]在营养生长期和肉质根生长期各处理的耗水量呈现出随着水分亏缺程度的加剧逐渐降低,与CK相比显著降低(4.11%～15.71%,p0.05)。耗水强度变化规律基本呈现出苗期最小(约0.90 mm/d),肉质根成熟期较大(约1.60 mm/d),营养生长期和肉质根生长期最大(约3.00 mm/d)。WD_4(营养生长期和肉质根生长期轻度亏水)处理的菘蓝产量与CK无显著(p0.05)差异,达到8 235.32 kg/hm~2,WD_1(营养生长期轻度亏水)处理的水分利用效率最高[23.62 kg/(hm~2·mm)],WD_4处理次之,且比CK提高6.74%,即WD_4处理为最优处理。[结论]轻度水分亏缺可以有效降低菘蓝各生育期的耗水量,提高菘蓝产量和水分利用效率。而重度水分亏缺则导致土壤水分显著降低,不利于菘蓝生长。     

底墒和磷肥对渭北旱塬冬小麦产量与水肥利用的影响

在陕西杨凌渭北旱塬进行5年定位试验,在施N160kg/hm2的基础上,设施P2O5 0、50、100、150 kg/hm2 4个施磷水平,结合5年降水情况,分析了播前底墒、施磷对旱地冬小麦产量及水肥利用的影响。结果表明,夏季7～9月的降水是决定渭北旱塬小麦播前底墒的关键因素,两者呈线性相关夏季每增加1 mm降水,土壤贮水增加0.5mm。要保持这一地区小麦稳产或高产,底墒应保持550 mm左右,夏季降水应有380 mm左右。夏季降水充足的年份,施磷量增加造成的下季小麦播前底墒下降不明显;降水偏少的（350mm）的年份,合理施磷能够促进小麦生长,导致生育期内对土壤水分消耗较多,降低土壤含水量,使前季小麦每增施磷50 kg/hm2,下季小麦播前底墒减少9～12 mm。除底墒外,关键生育期的充足降水也是保证旱地小麦产量重要因素,每毫米播前底墒能形成9.0～9.9 kg/hm2、生育期降水形成28.6～33.3 kg/hm2小麦子粒产量。施磷水平决定了作物生物量、产量高低;底墒决定了水分和磷肥利用的程度或水平,同时水分也制约着作物累积的干物质向收获器官（子粒）转移的多少或比例。在底墒充足的年份,较低的施磷量,就可实现较高的产量和水肥利用效率;底墒较差的年份,则要求较高的磷肥投入量。     

基于植被遥感信息的作物蒸散量估算模型--以华北平原冬小麦为例

本文基于作物系数法并结合植被遥感信息(MODIS/NDVI),提出一种能反映作物空间分布和土壤供水差异信息的作物蒸散量估算模型。利用该模型得到2000—2013年华北平原冬小麦的蒸散量,模拟结果与遥感蒸散产品吻合度较高(R2=0.952,RMSE=1.3×107 m3),并分析了冬小麦蒸散量和灌溉耗水量的时空变化。结果表明:1华北平原冬小麦蒸散量呈南高北低的格局。基于250 m空间分辨率上来看,山东省、河南省的黄河灌区以及太行山前平原的冬小麦蒸散量可达400 mm以上,中部平原区冬小麦蒸散量350 mm,滨海一带蒸散量200 mm。2冬小麦灌溉耗水量与其蒸散量格局相一致。在太行山前平原、河南省和山东省的引黄灌区,灌溉耗水量可达250 mm以上;河北平原北部由于冬小麦种植比例较低,灌溉耗水量100 mm。3近14年河北平原北部冬小麦播种面积下降明显,区域灌溉耗水量减少,地下水位下降趋势得到明显缓解。本文提出的作物蒸散量估算模型能够较好地用于确定较大区域作物蒸散耗水量,并可应用于区域作物灌溉量的评估与管理中。     

辽宁主要粮食作物生长季需水与降水耦合度分析

以辽宁省1957−2017年逐日气象数据和研究区作物系数为基础，基于SIMETAW模型计算和分析辽宁主要粮食作物（春玉米、大豆和水稻）需水规律和降水对作物需水的满足程度，以揭示气候变化对该区域粮食作物需水的影响，探究自然降水对主要粮食作物需水的满足程度及其时空变化特征。结果表明：辽宁春玉米、大豆和水稻全生长季需水量多年平均值分别为511.8mm、509.4mm和605.1mm，均呈不显著下降趋势。春玉米和大豆全生长季需水与降水耦合度多年平均值分别为0.821和0.814，即降水分别满足了82.1%和81.4%的需水量，亏缺的17.9%和18.6%仍需播前灌溉或补灌，尤其在西部地区耦合度大于0.8的保证率仅为28.2%和21.1%。水稻全生长季耦合度为0.464，耦合度大于0.4的保证率全省仅为69.1%，西部地区保证率低至36.8%。辽宁4个分区中，3种作物均在东部地区耦合度最大，中部、南部和西部次之。3种作物各生长阶段耦合度呈现生长中期最高，快速生长期次之，初期和成熟期普遍最低。春玉米和大豆生长初期需水与降水耦合度近年来显著上升，3种作物成熟期耦合度则呈显著下降趋势。辽宁省主要粮食作物均需注意春旱和秋旱的发生，及时补充灌溉。在目前降水条件下，辽宁省最适宜种植春玉米，尤其水资源匮乏的西部地区，根据实际情况可适当扩大春玉米种植规模。大豆最适宜在辽宁东部和中部地区种植，水稻在东部和南部地区种植最为适宜。     

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。     

基于CROPWAT-DSSAT关中地区冬小麦需水规律及灌溉制度研究

明确关中地区作物需水规律可为合理制定灌溉制度提供理论前提,从而为合理开发和高效利用农业水资源提供帮助。该文基于CROPWAT-DSSAT模型模拟分析了关中地区近30年来冬小麦生长季期间的有效降水量、作物需水量等季节变化特征,并模拟不同降水年型不同灌溉制度下作物产量的变化趋势,分析了多次灌水对产量及经济效益的影响,以确定不同降水年型下的最优灌溉方案。结果表明:关中地区冬小麦生长季期间有效降水量不足其需水量的50%,不同降水年型的季节特征有所不同,总体表现为越冬及返青拔节期缺水较为严重。冬小麦生长期间,越冬水、返青水、拔节水及灌浆水4水中以返青水最为关键,其次为拔节水,灌浆水对产量的贡献作用最小;丰水年、平水年、枯水年冬小麦最佳灌溉定额分别为75 mm、125 mm及150 mm;枯水年需在越冬期、返青期和拔节期分别灌水25 mm、75 mm和50 mm,此时冬小麦产量和经济收益均最高;平水年需在越冬期、返青期、拔节期分别灌水50 mm、50 mm和25 mm,此时冬小麦产量最高,越冬水灌溉量减半后经济效益最高;丰水年则需在越冬期、返青期和拔节期均灌溉25 mm为宜,此时冬小麦产量和经济效益均最高。     

冬季抗旱措施对小麦耗水特征与生育性状的影响

在2010—2011年小麦生长季节降水量为47.7 mm条件下,采用冬季抗旱处理时期(1月28日、2月12日、2月27日)、冬季抗旱措施与春一水灌水量组合(冬季喷灌+春一水灌水量75 mm、漫灌措施+春一水灌水量75 mm,冬季覆盖牛粪措施+春一水灌水量90 mm)2因素设计,研究了河北低平原区高产条件下冬小麦耗水特征和生育性状。结果表明:各处理的小麦全生育期总耗水量为384.93~464.24 mm,产量水分利用效率为15.23~20.87 kg·hm-2·mm-1。播种到越冬期和起身到灌浆期是小麦耗水量较大的时期。同一处理时期不同水肥措施下,随灌水量的增加,耗水量有增加趋势,水分利用效率与灌溉水利用效率有降低趋势;其中以牛粪覆盖措施小麦产量和灌水利用效率最高,喷灌措施小麦产量水分利用效率高于漫灌。同期不同水肥措施对小麦干物质再分配的影响表现为:牛粪覆盖措施和对照促进了小麦开花前营养器官贮存的同化物向籽粒再分配,喷灌和漫灌提高了小麦开花后干物质积累量和籽粒中来自花后积累干物质的比例。不同处理时期同一水肥措施比较,随处理时期推迟籽粒产量有增加趋势。以上结论可为指导小麦冬季田间旱情补救措施提供理论依据。     

黄土高原区草粮（油）翻耕轮作的土壤水分及作物产量效应

为了评价苜蓿翻耕后进行不同轮作模式的水分适应性和经济效益,提出黄土高原区生态效益和经济效应较好的草田轮作模式。该文测定了6a生苜蓿草地翻耕后轮作农田和休闲地的土壤水分及作物产量,并进行经济效益分析。结果表明,不同草田轮作模式的土壤水分恢复作用存在差异。苜蓿地轮作第2年收获后,以苜蓿-休闲-休闲模式土壤水分状况最好,0～300cm土层土壤水分已接近连作农田水平,且100～340cm土层土壤水分较耕前出现了恢复现象;而苜蓿-冬小麦-冬小麦模式最差,土壤水分恢复层出现在120～320cm土层;6a生苜蓿地翻耕后经过2a轮作,0～500cm土层土壤水分仍未达到连作农田水平。轮作2a冬油菜平均籽粒产量和平均籽粒水分利用效率较连作冬油菜分别增加了34.9%、44.4%(P<0.05),轮作2a冬小麦平均籽粒产量和平均籽粒水分利用效率较连作冬小麦分别提高了45.0%、42.9%(P<0.05);效益分析表明,轮作2a冬小麦的平均产投比是连作2a冬小麦的近1.5倍,是轮作2a冬油菜的2.5倍,是连作2a冬油菜的3.4倍,6a生苜蓿地翻耕后轮作冬小麦比轮作冬油菜具有更高经济效益。该研究结果为黄土高原苜蓿草地可持续利用,建立稳定的旱地农业生态系统提供了理论依据。     

不同施磷水平下灌水量对小麦水分利用特征及产量的影响

采用大田试验,设灌水和施磷2个因素,其中灌水设W0(不灌水)、W1(拔节水60mm)、W2(拔节水+开花水,每次灌水60mm)、W3(拔节水+开花水+灌浆水,每次灌水60mm)共4个水平;磷肥设P1(90kg/hm2)和P2(180kg/hm2)2个水平,研究不同施磷水平下灌水量对小麦耗水特征、旗叶水分生理特性及产量的影响。结果表明:同一施磷水平下,随灌水量的增加,灌水量占总耗水量的比例增大,而降水量和土壤供水量所占总耗水量的比例下降,且土壤供水量占总耗水量的比例降低幅度增大。与P1相比,P2处理的0-100cm土壤贮水消耗量显著大于P1处理,并且P2处理提高土壤供水量占总耗水量的比例,说明增施磷肥可提高小麦对土壤水的利用。W2和W3处理灌浆中后期旗叶相对含水量和水势高于W0和W1处理;灌浆后期旗叶相对含水量和水势为P2W0和P2W1处理显著分别高于P1W0和P1W1处理,说明增加灌水和磷肥能显著提高旗叶水势和相对含水量。在本试验条件下,施磷90kg/hm2、拔节水和开花水分别灌60mm的W2处理籽粒产量、水分和磷素利用效率高,农田耗水量较低;增加灌水量后籽粒产量无显著变化,农田耗水量增高,土壤贮水消耗量、水分利用效率、灌溉水利用效率均降低。     

灌溉和施磷对紫花苜蓿土壤水分动态及根重的影响

采用完全随机裂区设计,常规灌溉量(330mm),节水20%灌溉量(264mm)和节水40%灌溉量(198mm)作为主处理,施磷量(0,60,120和180kg/hm²)作为副处理,研究了不同灌溉量和施磷量对紫花苜蓿土壤贮水量、耗水强度、水分利用效率和根重的影响。结果表明,土壤贮水量、紫花苜蓿耗水强度和根重随灌溉量增加而增加,水分利用效率随灌溉量增加而降低。施磷对紫花苜蓿土壤贮水量和耗水强度影响不明显。紫花苜蓿水分利用效率和深度0-40cm根重随施磷量的增加表现为先增加后降低,当施磷量达到120kg/hm²时,紫花苜蓿水分利用效率﹝26.50kg/(mm·hm²)﹞和全生育期平均根重(1 320.78g/m²)达到最大值。     

越冬期不同覆盖对土壤水分变化及黄花菜生长和产量的影响

越冬覆盖可减少冬季土壤水分的损耗,在地膜和秸秆覆盖中,以地膜覆盖保墒最好;覆盖物的不同,春季地温回升快慢不同,各处理间黄花菜生育期以地膜覆盖出现较早,秸秆覆盖出现较迟;同一时期测定的黄花菜叶长和叶宽,以地膜覆盖长势较好,秸秆覆盖长势最差。同时地膜覆盖抽薹数和落蕾数比对照多,秸秆覆盖抽薹数比对照多,而落蕾数比对照少,从而使秸秆覆盖产量比对照增产27.3%～165.9%;地膜覆盖产量因受干旱和冰雹灾害的影响不同,产量与对照比有增有减,在试验地两年里,2004年因干旱影响严重,产量比对照减产4.9%,2005年虽有干旱影响,但在春苗期,主要是受5月30日冰雹的影响,使产量比对照仅增产7.9%。黄花菜日鲜重与采摘天数呈现二次型曲线变化。     

不同畦长灌溉对冬小麦产量及水分利用特性的影响

为探讨畦长对冬小麦耗水及产量和水分利用特性的影响,本试验以冬小麦品种‘科农2011’为试验材料,在2014—2015年中国科学院栾城农业生态系统试验站小麦生长季,畦宽为5 m条件下,设置4 m、5 m、10 m(农民习惯畦长)、50 m、100 m共5个畦田长度,各处理均在拔节期和灌浆期用塑料软管从机井口引水到畦首灌水,塑料软管出水口安装水表计量灌水量,用秒表计量灌溉用时,研究不同畦长处理对冬小麦耗水特性、灌溉定额及灌溉用时、畦田内不同部位土壤含水量差异、籽粒产量以及产量和灌溉水利用效率的影响。结果表明:随着畦长增加,灌水量和总耗水量逐渐增加,灌水量占总耗水量的比例逐渐增加;籽粒产量虽逐渐增加,但未达到显著水平。土壤储水消耗量、产量水分利用效率和灌溉水利用效率随着畦长增加逐渐降低。与农民习惯的畦长10 m相比,4 m畦长处理的灌水量减少34.50%,多消耗深层土壤贮水58.92 mm,总耗水量降低1.61%,产量水分利用效率提高1.15%,灌溉水利用效率提高51.96%,次灌溉用时减少42.75%。100 m畦长处理在产量没有显著提高的基础上,总耗水量增加9.58%,灌溉水增加38.08%,产量水分利用效率降低9.88%,灌溉水利用效率降低26.20%,次灌溉用时增加65.61%。综合考虑籽粒产量、灌水量和水分利用效率,4 m畦长是本试验条件下兼顾高产与节水的最优畦长处理。     

华北典型区域农田耗水与节水灌溉研究

本文总结了中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心围绕华北典型地区冬小麦-夏玉米一年两熟开展的节水灌溉研究。在位于华北中北部的中国科学院栾城农业生态系统试验站的定点试验结果显示,从1980年到2017年,在充分灌溉条件下冬小麦产量增加55.7%、夏玉米产量增加59.7%。冬小麦生育期耗水(ET)从400 mm增加到465 mm;玉米耗水年平均稳定在375 mm左右;年耗水量从777.0 mm增加到834.4 mm;满足冬小麦、夏玉米生育期耗水条件下,年灌溉需水量平均300 mm,必须减少灌溉用水和田间耗水,才能解决区域地下水超采问题。研究发现在限水灌溉条件下,冬小麦拔节期1次灌溉可显著促进作物营养生长和根系生长,利于后期土壤水分高效利用,在维持作物稳产基础上,比充分灌溉年节水165.2 mm。研究发现进一步利用小定额灌溉技术,通过增加灌水频率、缩减次灌水量,可增加有限水对作物的有效性,实现作物根系、土壤水分和养分在空间上的耦合,进一步提升有限灌溉对作物的增产作用。只考虑维持播种时良好土壤水分条件、生育期不进行灌溉的最小灌溉模式,与充分灌溉模式相比,产量减少28%,但可节约灌溉水69%,田间耗水减少43%,水分利用效率提高13%,年耗水量维持在560 mm左右。相对于减熟制节约灌溉水措施,冬小麦-夏玉米一年两季最小灌溉模式总产量高于两年3作5.5%~12.0%,年耗水量低于两年3作10%~13%,可显著消减减熟制带来的休闲期土壤蒸发损失。因此,实施冬小麦、夏玉米生育期节水灌溉,如最小灌溉、关键期灌溉,可大幅度降低灌水量和作物生育期耗水量,同时又能维持一定的生产能力,是华北实施地下水限采措施下应优先考虑的技术选择。