调亏灌溉对冬小麦产量和品质及其关系的调控效应

在大型启闭式防雨棚条件下,采用筒栽土培法,以专用型冬小麦(Triticum aestivum L.)为试验材料,就调亏灌溉(regulated deficit irrigation,RDI)对冬小麦籽粒产量和品质性状及其关系的影响进行了试验研究,旨在寻求适宜的水分调亏阶段(时期)和调节亏水度,为建立节水高产优质冬小麦RDI模式与指标提供技术参数。筒栽试验采用二因素(水分调亏阶段和调节亏水度)随机区组设计,冬小麦设置3个水分调亏阶段:返青-拔节(I)、拔节-抽穗(II)、抽穗-成熟(III);每个调亏阶段设置3个水分调亏程度:轻度调亏(L)、中度调亏(M)和重度调亏(S),土壤相对含水率(绝对含水率占田间最大持水率的百分数)分别为60%~65%,50%~55%,40%~45%。结果表明:小麦籽粒蛋白质含量与土壤含水量并非总是呈负相关关系,不同生育阶段控水对蛋白质含量的影响存在明显差异性,小麦蛋白质含量仅与拔节-抽穗期土壤相对含水量呈负相关关系。在小麦拔节以前施加轻度(60%~65%)或中度(50%~55%)水分调亏,籽粒产量、蛋白质产量和氨基酸产量等不会显著降低,甚或略有增产,重度(40%~45%)调亏会导致显著减产;拔节-抽穗期,即使是轻度调亏也会导致显著减产;灌浆期轻度调亏不会导致籽粒和蛋白质产量显著减少,而氨基酸产量略有增加,并且节水效果显著。小麦籽粒产量与蛋白质含量并非总是存在显著的负相关性,在一定条件下可以减弱或改变这种关系;小麦籽粒产量与品质性状间的关系在不同阶段RDI条件下存在显著差异性。据此认为,高产与优质的矛盾并非不可协调,初步证实了RDI提高小麦籽粒品质效应的真实存在和在小麦生产中"以水调质"的可行性。     

冬小麦调亏灌溉制度田间试验研究初报

大田试验结果表明,拔节期为冬小麦水分最敏感的生育时期,其次为孕穗期和抽穗～开花期,而返青～起身期充分供水则造成冬小麦明显减产。拔节期最大调亏程度为0～50cm土层土壤含水量≥田间持水量的65%,过小则导致明显减产;孕穗～抽穗期、抽穗～灌浆前期最大调亏程度为0～80cm和0～100cm土层土壤含水量≥田间持水量的60%;灌浆后期最大调亏程度为0～100cm土层土壤含水量≥田间持水量的50%,由此建立了冬小麦调亏灌溉制度。     

调亏灌溉对干旱环境下春小麦产量与水分利用效率的影响

试验研究调亏灌溉对干旱环境下春小麦产量与水分利用效率的影响结果表明,干旱环境下调亏灌溉春小麦拔节~孕穗后土壤水势低于未进行水分调亏的对照,且全生育期比对照多利用土壤水分14.3~66.5mm。调亏处理小麦产量、穗粒数、水分利用效率与充分供水对照间差异显著,并未因土壤水分亏缺而降低,甚至有较大幅度提高。试验条件下春小麦调亏的适宜土壤水分亏缺水平为营养生长期(拔节)重度水分亏缺(45%~50%田间持水量),其他生育期(孕穗、抽穗、灌浆期/生理成熟前)充分供水(65%~70%田间持水量),而最佳调亏灌溉定额为330~350mm。干旱环境下调亏灌溉春小麦产量和水分利用效率与全生育期耗水量间均呈二次抛物线关系。     

陕西泾阳冬小麦农田蒸散

本文结合实测资料详细分析了空气饱和差、作物叶面积和叶水势及土壤有效含水量对冬小麦农田蒸散的影响.根据零通量面位置变化计算和分析了泾阳冬小麦拔节后期至成熟阶段农田蒸散和土壤水分变化情况,以及在不同天气类型下作物对土壤上下层的水分利用特征.     

河西绿洲灌区春小麦调亏灌溉试验研究

试验对北方干旱内陆河流域(张掖)春小麦调亏灌溉进行研究,设计了8个不同土壤水分亏缺处理,以探索调亏灌溉对该区春小麦耗水特征、地上部生物量、收获指数、供水效率等指标的影响.结果表明:在调亏灌溉条件下,不同水分调亏处理、不同产量水平下春小麦0～120 cm土层阶段耗水量和日耗水强度差异较小,小麦耗水模系数全生育期变化趋势也较为一致,且在播种～分蘖期和分蘖～拔节期最小,而拔节～孕穗期和抽穗～灌浆期最大;与未调亏的对照(全生育期充分供水,FFF)相比,干旱环境下调亏灌溉能显著提高春小麦地上部生物量和供水效率,而收获指数除2004年LLM(拔节、孕穗和抽穗轻度水分亏缺而灌浆～生理成熟中度亏缺)和MFL(拔节中度水分亏缺、孕穗和抽穗充分供水而灌浆～生理成熟轻度亏缺)调亏处理与未调亏的对照无显著差异外,其他调亏处理收获指数均比对照显著降低.小麦地上部生物量和供水效率分析表明,全生育期最优水分调亏模式为HFF(拔节重度水分亏缺、孕穗和抽穗及灌浆～生理成熟充分供水)处理,即春小麦孕穗和抽穗期及灌浆～生理成熟期均高水分处理(65%～70%田间持水量)而拔节期重度水分调亏(45%～50%田间持水量),灌溉定额为440 mm左右(包括晚秋季储水灌100 mm).     

水分调亏对冬小麦生理生态的影响

通过冬小麦盆栽试验，在不同时期给以不同的调亏灌溉处理，以研究不同生长时期水分亏缺和亏缺程度对冬小麦生理及生长特性的影响，为农田节水提供指导。冬小麦生长发育过程划分为4个阶段：返青—拔节初期，拔节—孕穗，孕穗—抽穗，开花—灌浆成熟。每个生育时期设置4个水分水平，结果表明：土壤水分调控对株高、叶面积、叶绿素含量、光合、蒸腾、水分利用效率等指标均有影响；水分胁迫使作物光合速率的峰值提前出现，这有助于胁迫处理的作物利用有限的土壤水分；蒸腾速率比光合速率对水分胁迫的反应更为敏感，更易受气孔调节的影响。     

基于节水高产优质目标的冬小麦适宜水分亏缺模式

为了探讨不同生育期水分亏缺对冬小麦产量和蛋白质形成的影响,同时确定出节水、高产、优质目标下冬小麦各生育期适宜的水分亏缺水平,开展了防雨棚下的冬小麦人工控水试验。该研究在返青期、拔节期、抽穗扬花期和灌浆成熟期设置2个水分亏缺水平即轻度亏水L(含水率控制在55%~60%田间持水量,相应土壤水吸力为375~448 k Pa)和中度亏水M(含水率控制在45%~50%田间持水量,土壤水吸力为586~687 k Pa);另设全生育期不亏水对照处理CK(含水率控制在65%~70%田间持水量,土壤水吸力为256~305 k Pa)。研究结果显示,同CK相比,亏水处理使得灌浆持续期缩短2.72%~15.78%,达到最大灌浆速度的时间提前2.33%~14.58%;除灌浆成熟期轻度亏水、中度亏水处理外,其他处理均使得最大灌浆速率和平均灌浆速率增加,其最大值分别为15.77%和12.09%。亏水处理没有改变蛋白质形成的基本趋势,均呈"V"字形;但亏水程度不同,蛋白质含量及产量不同,在拔节期、抽穗扬花期和灌浆成熟期,随着亏水程度加重,蛋白质含量升高,蛋白质含量最高为灌浆成熟期中度亏水处理(质量分数为14.33%),最低为拔节期轻度亏水处理(质量分数为12.88%);蛋白质产量最高为全生育期不亏水对照处理CK(1047.30 kg/hm2),最低为拔节期轻度亏水处理(802.77 kg/hm2)。结果表明,兼顾冬小麦产量与蛋白质产量的适宜亏水模式依次为:返青期轻度亏水、返青期中度亏水、灌浆成熟期轻度亏水、抽穗扬花期轻度亏水、拔节期中度亏水、拔节期轻度亏水。研究结果为相关区域冬小麦高产、优质栽培和水分调控提供理论依据和数据支持。     

调亏灌溉条件下冬小麦籽粒灌浆特征及其模拟模型

在移动式防雨棚下,采用盆栽土培方法,以冬小麦（Triticum aestivum L.）为试验材料进行了调亏灌溉（regulated deficit irrigation,RDI）试验研究,目的在于了解RDI对冬小麦籽粒灌浆特性的影响,并对其进行模拟,为建立冬小麦RDI指标与模式提供理论依据与技术参数。试验采用二因素（水分调亏阶段和调节亏水度）随机区组设计。结果表明,RDI条件下冬小麦籽粒灌浆过程符合“缓-快-慢”的“S”型生长曲线,并可用Richards方程进行较好的模拟;不同水分调亏处理间最大灌浆速率及其出现时间、平均灌浆速率、灌浆持续期、活跃生长期和3个灌浆阶段灌浆持续期,以及最终千粒质量等特征参数差异达显著水平;其中,越冬期轻度调亏具有最高的平均灌浆速率（每百粒0.234 g/d）、最大灌浆速率（每百粒0.369 g/d）、最高的第3阶段灌浆速率（每百粒0.099 g/d）和最高的千粒质量（58.46 g）。经相关和逐步回归分析灌浆参数与千粒质量的关系,结果表明,多数参数间存在着显著或极显著的相关性,其中,与千粒质量有显著或极显著相关关系的参数有最大灌浆速率、平均灌浆速率、活跃生长期和第3阶段灌浆速率等。     

基于CWSI和土壤水分修正系数的冬小麦田土壤含水量估算

2000年10月～2001年7月在西北农林科技大学灌溉实验站冬小麦田内,进行了利用作物冠层温度定量估算冬小麦田土壤含水量的试验研究。根据水分亏缺条件下作物蒸发蒸腾量计算公式及作物水分胁迫指标(CWSI)的定义,得到了基于CWSI和土壤水分修正系数Ks的不同生育阶段冬小麦田土壤含水量估算公式,其中Ks采用了康绍忠的幂函数形式(KM)及Dooreboos的线性公式(DM)。用该公式对冬小麦田土壤含水量在4个生育阶段进行了估算,并对估算值和实测值进行对比和误差分析。分析结果表明:在出苗越冬期和越冬返青期KM和DM模型对土壤水分的估算偏高,其原因是由于麦田土地裸露导致CWSI观测中出现了较大误差;在返青抽穗开花期和灌浆成熟期KM模型估算冬小麦根层土壤含水量较适宜,误差在15%以内,DM模型误差较大达到30%。     

拔节至开花期控水对冬小麦氮素吸收运转的影响

以中麦8号为试验材料,采用盆栽的试验方法,应用15N同位素示踪技术,研究拔节至开花期不同土壤水分含量对小麦氮素吸收运转特性和氮肥回收利用的影响,以期为合理控水,提高氮肥利用率和降低氮肥损失提供理论依据。结果表明:在该试验条件下,小麦吸收的氮素中,肥料氮占34.69%~39.74%,土壤氮占60.26%~65.31%;中度水分处理(土壤相对含水量70%)籽粒氮素积累量最高,干旱处理(土壤相对含水量55%)开花期植株营养器官氮素积累量、籽粒氮素积累量最低,湿润处理(土壤相对含水量85%)开花期植株氮素积累量最高;与干旱和湿润处理相比,中度水分处理显著提高花后籽粒氮素同化量,减少了当季施入氮肥的土壤残留量;与干旱处理相比,中度水分处理和湿润处理均提高了氮肥利用率,降低了氮肥损失。综上所述,拔节至开花期中度水分处理为籽粒氮肥利用率最高的最佳处理。     

绿洲调亏灌溉春小麦农田生态化学计量特征

用配对样本t 检验对绿洲不同调亏灌溉下春小麦收获时土壤C∶N和C∶P生态化学计量比年际间差异及土壤碳平衡进行了分析研究, 结果表明: 小麦收获时不同调亏灌溉处理0~20 cm、20~40 cm 和0~40 cm 土层C∶N 2008 年比2007 年分别显著降低19.0%~37.3%、11.8%~27.9%和17.1%~32.8%, 而C∶P则显著增加31.9%~62.4%、16.5%~79.1%和33.6%~68.8%。两年试验表明, 拔节期轻、中度水分调亏, 孕穗~抽穗期轻度调亏或丰水处理, 而灌浆~生理成熟期中、重度调亏的处理RDI2 和RDI5 C∶N 和C∶P生态化学计量比高于其他处理。两年试验后, 不同土层调亏灌溉处理及对照土壤有机碳均增高, 其中0~20 cm 土层增幅为1.31~2.35t(C)·hm^-2, 20~40 cm 土层为2.00~4.58 t(C)·hm^-2, 0~40 cm 土层为2.18~3.07 t(C)·hm^-2。     

不同水分条件下3种灌木幼苗的耗水及生长特征

[目的]研究岳武高速公路填方边坡3种绿化灌木幼苗在不同土壤水分条件下的耗水特征及生长表现,为该地区边坡早期植被恢复和护坡植物维护提供参考。[方法]选取马棘、二色胡枝子、紫穗槐幼苗为试验材料,采用盆栽称重法测定其在不同土壤水分处理下〔田间持水量(FC)的30%~45%,45%~60%,60%~75%和75%~90%〕的阶段耗水特征及生长变化。[结果]3种灌木幼苗的日耗水变化曲线均呈单峰型特征,峰值出现在中午时分;月耗水量、总耗水量均随土壤含水量的升高而增大,且差异显著;不同水分条件下灌木幼苗的株高、地径、生物量增量差异显著,马棘长期处于30%~45%FC、二色胡枝子和紫穗槐长期处于30%~45%FC,45%~60%FC水分条件下其幼苗生长受到抑制;土壤水分含量对灌木幼苗的水分利用效率影响较大,75%~90%FC和30%~45%FC均会降低幼苗的水分利用效率。[结论]综合考虑灌木幼苗的耗水量及生长特征,认为马棘幼苗土壤含水量维持在45%~60%FC、胡枝子和紫穗槐维持在60%~75%FC时能够实现幼苗正常生长,同时又能实现水分的高效利用。     

基于MODIS和SEBAL模型的黄淮海平原冬小麦水分生产力研究

以2011年1月-2012年12月MODIS多时相遥感影像产品、气象数据和作物生育期为基础,借助SEBAL模型估算了黄淮海平原冬小麦实际蒸散量(ETa);通过MODIS NDVI光谱曲线特征与冬小麦单产数据的耦合,将县域尺度作物单产"降尺度"至基于像元的产量栅格图,实现冬小麦产量栅格化。在完成作物实际蒸散量模拟和产量栅格化的基础上,对黄淮海平原冬小麦水分生产力进行估算。结果表明,冬小麦水分生产力区域平均值为1.21kg·m~(-3),高值区主要位于北京、天津、山东北部和河北南部地区。在环渤海山东半岛滨海外向型二熟农渔区(一区)、海河低平原缺水水浇地二熟兼旱地一熟区(三区)和黄淮平原南阳盆地水浇地旱地二熟区(五区)冬小麦产量与水分生产力呈显著正相关,说明随着冬小麦产量的增加,其水分生产力增加;在燕山太行山山前平原水浇地二熟区(二区)冬小麦水分生产力与实际蒸散量呈极显著负相关(P0.01),与产量呈极显著正相关(P0.01),表明水分生产力将随着实际蒸散量的减少和产量的增加而增大,同时产量增加对水分生产力提高的贡献大于实际蒸散量的减少;在江淮平原丘陵麦稻两熟区(六区)冬小麦水分生产力与实际蒸散量呈显著负相关,与产量相关关系不明显,说明在黄淮海平原南部水分生产力的提高主要依靠实际蒸散量的减少。     

保水剂对冬小麦不同生育阶段土壤水分及利用的影响

为探明保水剂施用后对冬小麦不同生育阶段水分利用的作用机理,在豫西丘陵旱作区,通过大田试验,研究了保水剂对冬小麦不同生育阶段的保水、作物的耗水特征、水分利用效率等的影响。结果表明：保水剂提高了冬小麦不同生育阶段0～100 cm土层的土壤含水量、促进了生物量的积累、降低了小麦耗水量、提高了小麦产量和水分利用效率。各处理中,60和90 kg/hm2处理的土壤含水量及储水量均较其他处理高,而耗水量最低。播种-拔节期,保水剂用量越高干物质积累越显著;拔节-孕穗期及灌浆-收获期,60 kg/hm2处理较对照增加的干物质量最高;而孕穗-灌浆期,30 kg/hm2干物质量增加最为显著。各生育阶段,除孕穗-灌浆期外,60 kg/hm2处理的水分利用效率均较高。最终,60 kg/hm2处理的产量和水分利用效率均最高,较对照增产47.4%,水分利用效率增加10.6 kg/(mm·hm2)。     

冬小麦调亏灌溉制度田间试验研究初报

大田试验结果表明,拔节期为冬小麦水分最敏感的生育时期,其次为孕穗期和抽穗￣开花期,而返青￣起身期充分供水则造成冬小麦明显减产。拔节期最大调亏程度为０￣５０ｃｍ土层土壤含水量≥田间持水量的６５％,过小则导致明显减产;孕穗￣抽穗期、抽穗￣灌溉前期最大调亏程度为０￣８０ｃｍ和０￣１００ｃｍ土层土壤含水层≥田间持水量的６０％;灌浆后期最大调亏程度为０￣１００ｃｍ土层土     

夏玉米调亏灌溉的生理机制与指标研究

在人工控制试验条件下,采用子母盆栽土培法,以夏玉米为材料进行了调亏灌溉试验研究。结果表明,玉米调亏灌溉是可行的,可以实现节水、高产和高效的目标。适时适度地水分亏缺显著抑制蒸腾速率,而光合速率下降不明显,复水后光合速率又具有超补偿效应,光合产物具有超补偿积累,且有利于向籽粒运转与分配;抑制营养生长,增大作物根冠比,提高了根系传导力,增强了植株抗旱性。玉米节水高产的调亏灌溉指标是：调亏时段为三叶一心—拔节（七叶一心）,调亏度为４５％～６５％的田间持水率（θ_ｆ）,历时２１天;或拔节～抽穗调亏,调亏度为６０％～６５％,历时２１天;平均比对照增产２５．２４％,节水１５．４１％,水分利用效率提高４５．０５％。     

华北平原冬小麦相对蒸散与叶面积指数及表层土壤含水量的关系

冬小麦相对蒸散(农田蒸散量ET与自由水面蒸发量ET_0之比)表征冬小麦受土壤水分和作物生长状况制约下的耗水规律。冬小麦生长季利用大型蒸渗仪测定农田蒸散,用E601型水面蒸发器测定水面蒸发,并用平行观测方法测定叶面积指数,分析冬小麦相对蒸散与叶面积指数和表层土壤含水量的关系,并建立了冬小麦返青～收获期相对蒸散与叶面积指数和0～60cm表层土壤含水量的经验公式为。在田间条件下由RE和ET_0推算出小麦耗水量ET,并可用于冬小麦适时、适量灌溉管理。     

调亏灌溉对棉花生长、生理及产量的影响

通过盆栽试验在棉花不同生育时期进行不同程度的调亏灌溉试验。结果表明,调亏灌溉对棉花株高、蕾铃脱落、成桃数等影响较显著;苗期和吐絮期重度水分亏缺、蕾铃期中度水分亏缺均有利于棉花产量的形成。棉花的光合速率和气孔阻力随土壤含水量变化的阈值约在14％土壤含水量水平,该阈值相当于田间持水量的60％～65％。合理的棉花调亏灌溉制度是苗期控制水分供应,土壤含水量维持在田间持水量的55％～60％;蕾期和花铃期是棉花的需水关键期,土壤含水量应分别保持在田间持水量的65％和70％左右;吐絮期应控制水分供应,土壤含水量维持在田间持水量的50％～55％。     

微咸水非充分灌溉对土壤水盐分布与冬小麦产量的影响

为了实现高效用水,缓解北方地区水资源紧缺的状况,根据河北省中科院南皮生态农业试验站2003－2005年的冬小麦微咸水非充分灌溉田间试验资料,研究了微咸水非充分灌溉对土壤含盐量、冬小麦产量和产量构成因素以及水分利用效率的影响。结果表明,从拔节前到麦收后的冬小麦主根区土壤含盐量随着生育期的发展呈明显升高趋势;随着缺水阶段的后移,0～100 cm深度土壤积盐程度逐渐增大;穗粒数对缺拔节水敏感程度最高,缺抽穗水对单位面积穗数的影响最大,缺灌浆水对千粒重的负效应最大;总的来说产量随着缺水阶段的后移,水分胁迫的负效应逐渐减小,水分利用效率随着缺水阶段的后移有所提高,微咸水非充分灌溉的灌水优先顺序应为拔节水、抽穗水和灌浆水。该研究为黄淮海地区冬小麦在微咸水非充分灌溉下的适宜灌溉次数和灌溉水量的确定提供了科学依据,有利于合理开发利用当地微咸水资源。     

不同坡度和不同生育期的谷子坡耕地入渗特征

坡度和作物生育期是影响坡耕地土壤入渗性能的关键因素,作物生长导致土壤特性及根系变化进而影响坡面入渗过程。通过人工模拟降雨试验,设计4个坡耕地坡度(3°,5°,10°,15°)及2个降雨强度(40,80 mm/h),在谷子4个生育期(拔节初期、拔节中期、抽穗初期、灌浆初期)开展试验,探究坡度和生育期对谷子坡耕地土壤入渗特征的影响机制,并结合入渗模型(Horton、Kostiakov、Philip模型)对谷子坡耕地土壤水分入渗过程进行拟合并评价其适用性。结果表明:(1)随坡度增加土壤入渗能力下降,与3°相比,15°坡耕地土壤稳定入渗速率、平均入渗速率及累积入渗量分别减小30.76%~52.38%,21.28%~37.50%和22.51%~43.55%。(2)随着谷子生育期的延长,土壤入渗能力显著增加,与拔节初期相比,灌浆初期时土壤稳定入渗速率、平均入渗速率及累积入渗量分别增加23.81%~80.00%,20.83%~40.00%,17.84%~54.10%,表现为拔节初期<拔节中期<抽穗初期<灌浆初期。(3)通过对入渗速率实测值进行拟合,Horton模型对坡耕地土壤入渗过程拟合最好,且模型拟合参数具有物理意义。研究结果可为增加坡耕地降雨入渗、提高水分利用效率、减少坡耕地水土流失提供理论依据。