冬小麦同化物生产与分配对水分胁迫响应的模拟模型研究

研究建立了不同土壤水分处理冬小麦同化物生产与积累模型 ,该模型综合考虑了环境因子对冬小麦物质生产能力的影响作用 ,引用简单的经验物质分配模式 ,得到同化产物的积累模型。并对模拟结果进行平均根方差分析 ,不同土壤水分处理叶、茎、穗干物质量模拟的平均根方差介于 1 5～ 1 0 0间 ,表明该模型较好地模拟不同土壤水分作物物质生产和积累过程     

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。     

水分胁迫对冬小麦生长后效影响的模拟研究

以Logistic方程为基础框架，建立了具有土壤水分胁迫后效影响的作物生长模型，实现了胁迫后效影响在生长模型中的定量化。利用模型模拟了小麦冠根干物质积累动态。经与实测值相比较，模拟与实测值吻合良好，表明所建模型结构合理，为作物水分关系模拟提供了一种新方法。所建模型不仅可以模拟单调上升的生长过程，也可模拟先上升后下降的过程，具有一定普适性。模型中的时变和非时变参数，都具有明确的物理意义。对冠根两种不同动态过程的后效影响参数对比显示，胁迫对冠生长的后效影响明显大于对根系的后效影响，表明对水分胁迫较敏感的生长过程，胁迫对它的后效影响也较大。     

鲁西南木本植物物候期对气候变化的响应

利用1983-2009年鲁西南地区木本植物物候观测资料,采用统计分析方法研究鲁西南地区木本植物物候对气候变化的响应,探讨了木本植物物候与平均气温、日照时数及降水的相关性。结果表明:(1)近27a年平均气温逐渐升高,年降水量也有偏多趋势,年累计日照时数逐渐减少。(2)毛白杨、旱柳、榆树芽开放期随着时间的推移逐年提前;展叶期、开花期等春季物候期也相应提前;植物生长季长度逐年延长。(3)在各种气候因子相关分析中,气温对植物物候的影响最显著,日照时数次之,降水量最弱。植物的芽开放期、开花期、展叶期与1-4月平均气温呈显著负相关,随着气温的升高,日照时数增加,毛白杨春季物候期提前明显,旱柳、榆树物候期也有提前趋势;降水量对物候期影响最弱。     

水分胁迫对冬小麦光合及生物学特性的影响

利用阜康绿洲农田的田间灌水试验，研究了不同水分胁迫程度、不同水分胁迫时期对冬小麦光合，茎秆生长、地上和地下干物质累积以及籽粒产量的影响。结果表明；随着水分胁迫程度的加剧。冬小麦光合作用、株高、干物质累积、根系生长以及籽粒产量受到的抑制作用逐渐增强；灌水量为田间持水量40％的处理在成熟期时根干重要大于其它处理。是由于干旱胁迫促进了新生根的生长．从而可使根系充分吸收中下层土壤贮水。这是减少灌水次数和提高水分利用效率的一个有效途径，冬小麦灌浆期受到重度的水分胁迫，籽粒产量明显下降．而拔节期遭受轻度的水分胁迫在恢复灌水后产量反而要高于其它处理。     

三工河流域土壤水分胁迫对冬小麦生长的影响

根据三工河流域试验小区1999～2000年冬小麦不同灌溉频次控制试验．研究了小麦耗水敏感期为拔节—灌浆期。探讨了干旱区小麦产量与灌水量之间的关系。提出了干旱区小麦返青水应采用“小水”灌溉的方式。同时通过对小区小麦成熟期灌水过程不同深度土壤水分含量的动态观测分析，提出小麦在成熟期对灌溉水分的消耗利用集中在0～30am土壤层内的观点。     

鲁西南木本植物物候期对气候变暖的响应

以鲁西南地区9种木本植物为研究对象,采用统计分析方法研究其物候期对气候变暖的响应规律。结果表明:(1)研究区气温呈上升趋势,尤以冬季升温最显著,在春、秋、冬季及年际水平的气温变化中,平均最低气温的上升趋势明显高于平均气温和平均最高气温。(2)随着气候变暖,木本植物春季物候期普遍提前,秋季物候期推迟,其中旱柳的整个物候期及毛白杨和榆树的春季物候期均呈极显著提前(P0.01),榆树的落叶期和梧桐的叶全变期和落叶末期呈极显著推迟(P0.01)。(3)春季物候期与前1~2个月平均气温及年平均气温呈负相关,秋季物候期主要与其前2旬的平均最低气温呈正相关。9种木本植物中,旱柳对气候变暖的响应最明显,其次是毛白杨和榆树,合欢和梧桐对气候变暖的响应则较迟钝。研究结果可为气候变暖背景下城市绿化及农时预报提供参考。     

播期对冬小麦生长及所需积温的影响

为给应对气候变暖而进行播期战略性调整和确定播量提供科学依据,以济麦20为供试材料,对时间跨度为67d的12个播期的冬小麦生长及所需积温进行了对比研究。结果表明：随着播期的推迟,播种-出苗期需0℃以上积温有所增加,冬前主茎每长1叶、冬后关键生育期和全生育期所需0℃以上的积温大幅度减少。晚播处理的苗后积温利用率显著提高,推迟播期有利于节约光热资源,为上茬秋作物腾出较多积温,让其在田间充分灌浆和成熟。     

过去30年气候变化对华北平原冬小麦物候的影响研究

全球变暖已成为全球共同关注的问题。作物物候对气候变化的响应是研究气候变化对农业生产影响的重要内容。本文选用1981—2009年华北平原16个农业气象观测站的冬小麦物候资料,利用统计方法分析了冬小麦物候的变化趋势。结果表明,过去30年华北平原冬小麦播种期、出苗期和越冬开始期推迟,而返青期、开花期和成熟期呈提前趋势。物候期的提前或推迟促使小麦不同生长发育阶段历时发生变化,出苗—越冬开始、越冬开始—返青、返青—开花等阶段呈缩短趋势,但开花—成熟阶段生育期却延长0.9 d.10a 1,整个生育期历时呈减少趋势,平均减少3.4 d.10a 1。本文采用作物模型(CERES-Wheat)模拟固定小麦品种在气候变化背景下的物候变化趋势,以探讨冬小麦物候变化的主要驱动因子。模拟结果表明,过去30年小麦开花期和成熟期提前的主要驱动因素为气候变化,品种变换在一定程度上可减缓气候变化对物候的影响。     

基于生长模拟模型的冬小麦生理过程水份胁迫影响因子效应的定量研究

A deep understanding of crop-water eco-physiological relations is the basis for quantifying plant physiological responses to soil water stress. Pot experiments were conducted to investigate the winter wheat crop-water relations under both drought and waterlogging conditions in two sequential growing seasons from 2000 to 2002, and then the data were used to develop and validate models simulating the responses of winter wheat growth to drought and waterlogging stress. Thee xperiment consisted of four treatments, waterlogging (keep 1 to 2 cm water layer depth above soil surface), control (70%-80% field capacity), light drought (40%-50% field capacity) and severe drought (30%-40% field capacity) with six replicates at five stages in the 2000-2001 growth season. Three soil water content treatments (waterlogging, control and drought) with two replicates were designed in the 2001-2002 growth season. Waterlogging and control treatments are the same as in the 2000-2001 growth season. For the drought treatment, no water was supplied and the soil moisture decreased from field capacity to wilting point. Leaf net photosynthetic rate, transpiration rate, predawn leaf water potential, soil water potential, soil water content and dry matter weight of individual organs were measured. Based on crop-water eco-physiological relations, drought and waterlogging stress factors for winter wheat growth simulation model were put forward. Drought stress factors integrated soil water availability, the sensitivity of different development stages and the difference between physiological processes (such as photosynthesis, transpiration and partitioning). The quantification of waterlogging stress factor considered different crop species, soil water status, waterlogging days and sensitivity at different growth stages. Data sets from the pot experiments revealed favorable performance reliability for the simulation sub-models with the drought and waterlogging stress factors.     

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。     

冬小麦冠层表面温度裂窗算法的筛选与土壤含水率监测

NOAA气象卫星的两个热红外通道可以用来反演地球表面温度,而地球表面温度可用于监测土壤含水率。该研究于2002年冬小麦主要生育期,应用9种裂窗算法反演了邯郸地区的地表温度,并用这一时期冬小麦地面观测的冠层表面温度进行验证,结果表明：9种方法中,UL92法比较适合邯郸平原区地表温度的反演,平均误差为-0.27℃,标准误差为2.66℃;并建议：对于山区和丘陵地带,如能使裂窗算法结合数字高程模型(DEM),也能使山区和丘陵地带的地表温度反演精度提高,最后以地面试验基础上所建立的冬小麦地表温度与土壤含水率间的回归拟合经验方程为基础,用UL92法反演的地表温度监测不同土层的土壤含水率,这是一种利用热红外遥感监测区域剖面土壤含水率的新方法的尝试,证明地面基础试验所建立的经验方程与遥感数据结合能监测区域土壤剖面的土壤含水率。     

基于产量响应诊断冬小麦水分亏缺适宜土层及其水分阈值

明确作物产量对水分亏缺的响应是实施非充分灌溉的科学基础。该文在华北气候下,通过设置不同灌水次数造成处理间的土壤供水差异,探讨了大田冬小麦籽粒产量与不同生育时期、不同土层深度的土壤水分之间的关系,系统分析了影响小麦产量的水分阈值,提出了适宜的土壤水分诊断深度。结果表明:不论从土壤水分动态、还是从全生育期平均水分来看,亏水处理与充分供水对照在浅层土壤的水分差异最大,且随土层深度增加而减小。0~0.4、0~0.8、0~1.2 m的水分差异分别在19.7%~36.5%、9.3%~21.7%和2.9%~9.7%之间。此外,土壤水分变异程度随土层深度增加而减小。不同生育期、不同深度的水分与小麦产量关系多为开口向下的抛物线函数,但函数关系的显著程度随生育期及土层深度而变化,其中0~0.4 m的水分与产量关系最为密切。影响小麦产量的水分阈值随生育进程呈下降趋势。自拔节孕穗至乳熟期,0~0.4、0~0.6、0~1.0、0~1.2及0~1.6 m的水分阈值由田间持水率的83.1%~95%下降到72.3%~90.0%。依据处理间土壤水分动态差异、全生育期平均水分差异、不同土层的水分变异程度、土壤水分与小麦产量关系显著性程度4方面的分析,该文提出0~0.4 m为适宜的水分亏缺诊断深度,相应在拔节孕穗、抽穗、开花、灌浆初期、灌浆中期、灌浆后期、乳熟期的水分阈值分别为95.0%、98.4%、79.9%、73.7%、88.6%、79.6%和75.7%。该结果对小麦亏缺灌溉管理具有实际指导意义。     

长期不同施肥措施下潮土冬小麦农田基础地力演变分析

农田基础地力提升对于减施肥料和作物稳产高产有着重大现实意义,该文依托潮土长期定位试验,采用DSSAT(decision support system for agro-technology transfer)模型分析了长期不同施肥条件下冬小麦农田基础地力的演变规律及其影响因素。结果表明,不同施肥显著影响冬小麦的农田基础地力产量,18a连续施用氮磷钾化肥(NPK)、NPK配施有机肥(NPKM)、高量NPK配施有机肥(1.5NPKM)和NPK配施秸秆还田(NPKS)的农田基础地力均得到提升,其基础地力产量分别增加了721、1033、2108和1306kg/hm2,增长率分别为29.6%、42.4%、86.6%和53.7%,平均每年提高1.6%、2.4%、4.8%和3.0%,其中以1.5NPKM处理更能有效提高冬小麦农田基础地力产量。1991-2008年冬小麦的基础地力贡献率在36.5%～70.9%,各处理18a年均基础地力贡献率分别为42.5%、59.9%、58.9%和52.5%,大小顺序为NPKM>1.5NPKM>NPKS>NPK,说明有机肥或秸秆与化肥配施比单施化肥更能有效提高农田基础地力产量及地力贡献率。基础地力贡献率与土壤全钾、全磷含量无显著相关性,与土壤有机碳、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾含量均达到了极显著相关,其中有机碳和全氮与基础地力贡献率相关度最高,说明土壤有机碳和全氮是潮土区基础地力的主要影响因素,是潮土区基础地力的主要评价指标。     

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。     

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。     

甘肃陇东粘黑垆土区冬小麦土壤水分利用特征

连续三年进行田间水分动态监测.结果表明,冬麦耗水量主要受生育期降水的影响;不同年份间对土壤水分的消耗量差别不大.对0～150cm土层水分的利用系数(WUC)为0.543～0.799,在中下部土层中有相当数量的水分是不能够被冬小麦利用的,其WUC降低到0.2以下.     

滴灌模式对农田土壤水氮空间分布及冬小麦产量的影响

大田作物最优滴灌模式的研究是滴灌技术深入推广应用过程中的重要研究内容,通过田间试验,选取地表滴灌和地下滴灌两种滴灌类型,研究其在4种不同灌溉制度下农田水、氮空间分布规律以及冬小麦产量的差异。试验结果表明,在土壤水分控制范围相同时,不同滴灌类型下冬小麦生育期内所需的灌水总量和灌水频率不存在显著差异;在施肥量和灌水定额基本相同时,地下滴灌较地表滴灌促使硝态氮向深层土壤运移的几率更大。但总体而言,不同滴灌类型相同灌溉制度下,硝态氮运移规律基本相似;同种滴灌类型不同滴灌制度下的各处理冬小麦产量存在显著差异。而且,在充分灌时,不同滴灌模式下的冬小麦产量差异性不显著;非充分灌时,滴灌模式对冬小麦产量存在显著影响。