冬小麦根冠指标对干旱持续发展的响应

基于2015/2016年、2016/2017年两个年度冬小麦返青后干旱持续控制试验,研究土壤水分持续减少对冬小麦叶片含水率、根系活力、气孔导度等的影响,以明确冬小麦根冠指标对干旱持续发展的响应特征。结果表明：冬小麦不同器官含水率随干旱持续呈非线性递减,拔节后递减更明显,其中叶鞘含水率平均降幅最大,达41.9%。叶片气体交换参数随干旱持续与对照的差异不断增大,其中净光合速率随干旱持续进一步减小,叶片气孔导度和蒸腾速率在返青期不同程度升高,拔节后开始不断下降,干旱持续时间越长,影响光合作用的非气孔限制因素越明显。持续干旱改变了根系在深层土壤中的分布,60-80cm土层根系体积百分率明显高于对照,根系的生理机能提前衰减,拔节-孕穗期根系活力急剧下降,孕穗后根系活力比对照减少60%以上。整体来看,植株含水率、叶片气体交换参数、根系活力等指标对干旱持续的响应既各具特点又有共性,其中根系活力对土壤水分变化的敏感系数最高,器官含水率对土壤水分变化响应最迟缓。     

华北冬小麦干旱产量损失评估方法

根据气候相似、农业生产水平相近的原则将华北分成15个亚区,利用1970-2010年华北逐日气温和降水资料计算逐日综合气象干旱指数（CI指数）,采用线性内插法将相邻土壤墒情观测资料处理成逐日数据,通过对比逐日CI指数与土壤墒情资料,分区域和发育阶段对冬小麦发生干旱时的CI指数评判标准进行订正,并基于该指标建立冬小麦干旱累积标准指数,同时结合冬小麦单产资料,构建冬小麦干旱产量损失评估模型。结果表明,冬小麦生育期内CI指数与对应的土壤墒情变化趋势基本一致;各亚区修订后的冬小麦干旱指标均与直接用CI指数判别干旱的指标存在较大差异,且不同亚区冬小麦干旱指标不一致,其中豫西、鲁北、鲁东南、京津、豫中东干旱指标较小,鲁中、冀东北、冀中、冀南干旱指标较大;华北15个亚区冬小麦干旱产量损失评估模型均通过0.05水平的F检验,冬小麦干旱累积标准指数与干旱产量损失具有显著的相关性,其中京津、晋中、晋南、鲁中、鲁东南、豫西等亚区的模型历史评估结果与对应的干旱产量损失相关性显著。模型能较准确地评估冬小麦发生干旱时的产量损失,具有一定的应用和深入研究价值。     

用冠气温差指导冬小麦灌溉的指标研究

对6个不同灌水处理的冬小麦测定其冠气温差,计算水分胁迫指数,并建立水分胁迫指数与冬小麦产量之间的关系结果表明,冠气温差与土壤含水量有良好的相关关系,冠气温差由正值变为负值相对应的1m土层土壤含水量为田间持水量的60％左右,可作为灌水的下限指标。对充分供水的冬小麦,中午时段随大气饱和水汽压差的增加,冠气温差的负值越大,具有良好的线性关系。据此建立了充分供水条件下冠气温差与饱和水汽压差的关系方程,作为基线方程,计算不同灌水处理的冬小麦旺盛生长期间水分胁迫指数（CWSI）。水分胁迫指数与最终作物经济产量的关系是一非线性关系,随水分胁迫指数的减少而产量增加,但当水分胁迫指数减少到一定程度时产量达到最大,这时水分胁迫指数若再减少,产量反而降低。结果显示平均水分胁迫指数在0.1-0.2左右,是冬小麦最优产量所允许的水分供应状态。     

山西省农业干旱预测模式

根据山西农业干旱规律,采用多种方法建立关键时段土壤水分预测模式。并在此基础上,确定农业干旱指标,进行预测,收到较好效果。     

陇南春旱指数与冬小麦产量关系及预测研究

干旱是影响陇南冬小麦产量最主要的灾害性因素。从冬小麦生长关键时段所对应的农业气象条件入手，制定出陇南春旱指数，并分析其年际变化及对冬小麦产量影响的规律，最后由均生函数预测模型预测春旱指数，相应预测出冬小麦的产量，经1999、2000年两年试报，趋势准确。     

基于SIMDualKc模型估算西北旱区冬小麦蒸散量及土壤蒸发量

为研究西北旱区冬小麦蒸散和土壤蒸发规律,以及土壤蒸发比例与其影响因子的关系,利用2 a冬小麦小区控水试验实测数据,对SIMDual Kc模型进行了参数校正和验证,对比大型称重式蒸渗仪的实测蒸散量值(或水量平衡法计算值)与模型模拟值。用建立的模型模拟精度评价标准对模拟值和实测值的误差进行评价。用经参数校验的模型模拟冬小麦农田土壤蒸发,并与微型蒸渗仪的实测值进行对比。基于通径分析方法研究气象因子(最低气温、最高气温、平均相对湿度、2 m处风速、太阳辐射量)和作物因子(地面覆盖度)与土壤蒸发比例的关系。结果表明,该研究建立的模型模拟精度评价标准能够较为全面地评价模型精度;SIMDual Kc模型可以较好地模拟西北旱区不同灌溉制度下冬小麦蒸散量和土壤蒸发量的变化过程,且在模拟长时段累积值时具有较高精度;拔节-灌浆期是冬小麦的需水关键期,冬小麦全生育期土壤蒸发比例呈现出生长中期生长后期快速生长后期生长初期的规律;灌水仅在短时间内影响土壤蒸发,地面覆盖度是影响土壤蒸发的最主要因子;在实测数据不充足的情况下,可以将地面覆盖度和蒸散量作为输入变量,用该研究确定的土壤蒸发比例与地面覆盖度的回归模型计算土壤蒸发量,该模型在计算不同水分条件下冬小麦农田土壤蒸发量时表现出较高的计算精度,决定系数在0.721~0.902之间,可以作为计算土壤蒸发量的简便方法。研究可为西北旱区冬小麦农田节水和灌溉决策提供理论依据。     

干旱灌区冬小麦分蘖冗余的研究

通过人为去除分蘖(设处理A:于抽穗前期去除所有分蘖;B:于抽穗前期去除平均分蘖的1/3;C:于抽穗前期去除平均分蘖的1/2;D:于抽穗前期去除主茎,留侧茎及其余分蘖;E:对照)的方法对甘肃省河西绿洲灌区两个冬小麦品种的产量构成因子进行研究.结果表明:处理B和处理D两个冬小麦品种的总生物量和有效分蘖生物量均比相应对照高;各处理主茎的穗长、穗重、穗粒数和粒重与对照相比均以处理A最大,但均无显著性差异,而分蘖的穗长、穗重、穗粒数和粒重处理B和处理D均比相应对照大,处理A和处理C均比相应对照小.初步肯定冬小麦至少有1/3的分蘖是冗余的.     

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。     

基于两层土壤计算模式的农业干旱风险评估模型

在分析总结当前农业干旱评估模型的基础上,利用“土壤-作物-大气连续体”理论,建立起水分运动的两层土壤计算模式,对作物蒸散量的变化规律进行描述。在此基础上,从作物受旱程度和产量损失关系出发,借助作物水分生产函数,并综合考虑各作物的权重,建立起农业干旱风险评估的静态、动态模型。实例表明,这些模型与传统模型相比,不仅适用于未来各种时间尺度下的干旱程度风险评估,而且能够提供出产量损失的信息,有较高的推广应用价值。     

陕西关中灌区冬小麦施肥指标研究

为建立关中灌区冬小麦施肥指标体系,对关中灌区2008年95个冬小麦“3414”大田试验数据进行整理、分析,以相对产量70％、80％、90％和95％划分土壤养分丰缺指标,并利用一元二次模型对各试验点施肥量与产量关系进行模拟,确定各试验点最佳经济产量施肥量,最终建立了关中灌区冬小麦基于土壤碱解氮(AN)、有效磷(AP)和速效钾(AK)测定值的氮、磷、钾推荐施肥模型,确定了不同肥力水平下的推荐施肥量:当碱解氮含量处于极低(＜ 50 mg kg-1)、低(50～80 mg kg-1)、中(80 ～ 120 ng kg-1)和高等级(＞120 mg kg-1)时,氮肥(N)施用量分别为190 ～230 kg hm-2 、150～190 kg hm-2、110～ 150 kg hm-2和0 ～ 110 kg hm-2;有效磷含量处于极低(＜ 10 mg kg-1)、低(10～20 mg kg-1)、中(20～ 35 mg kg-1)和高等级(＞35 mg kg-1)时,磷肥(P2O5)施用量分别为130～ 160 kg hm-2、110 ～ 130 kg hm-2、90～110 kg hm-2和0 ～90 kg hm-2;速效钾含量处于低(＜90mgkg-1)、中(90～150mgkg-1)、高(150～190 mg kg-1)和极高等级(＞190mgkg-1)时,钾肥(K2O)施用量分别为120 ～150 kg hm-2、90～120 kg hm-2、70 ～90 kg hm-2和0～70kghm-2.示范试验证明推荐施肥处理较农民习惯施肥处理平均增产789 kg hm-2,增收1 227元hm-2,肥料贡献率提高8.2个百分点,每kg氮磷钾肥小麦增产量提高1.7 kg.     

干旱胁迫下冬小麦产量结构与生长、生理、光谱指标的关系

通过控制生育期水分条件形成不同程度的干旱胁迫,对冬小麦生长、产量及生理指标和冠层高光谱反射率对干旱胁迫的反应进行监测,建立冬小麦减产率与生长、生理及冠层光谱反射率的相关模型。研究结果表明:不同生育期冬小麦干物质积累速度随水分胁迫程度的增大而减小;叶绿素含量与水分条件的关系不同于其他参数,表现为中等水分条件下叶绿素含量最大,严重水分胁迫下叶绿素含量最低;不同水分条件下光合速率呈两种不同日变化特征,且正常供水处理的光合速率明显高于严重干旱处理。光合速率和增强植被指数(EVI)同冬小麦减产率相关性较强,能够建立较好的关系模型用于小麦产量预测。     

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。     

冬小麦旱情监测中土壤水分估算模型的互补性——以河北省为例

旱灾是影响我国农业最大的气象灾害。频发的冬春旱尤其是春旱恰逢冬小麦生长的关键阶段,对我国的冬小麦生产造成了严重影响,利用遥感技术实现冬小麦旱情监测成为当前农业旱情管理的一个重要发展方向。采用2005年EOS/MOD IS数据产品,对春季不同时段内河北省旱情监测遥感信息模型的互补性进行了研究,得出以下结论:(1)在冬小麦生长的不同时期,ATI模型与TVD I模型之间具有较好的互补性,3月冬小麦旱情遥感监测应选取ATI遥感信息模型;(2)4月~5月表层土壤的RSM-TVD I、RSM-ATI的拟合方程均通过了置信度α=0.001水平的t检验且相关性较好,TVD I和ATI均可以用来估算4月~5月土壤表层土壤水分;(3)4月~5月RSM-TVD I、RSM-ATI的相关性与误差分析结果表明:4月上旬和4月中旬可选择ATI模型或TVD I模型进行冬小麦旱情遥感监测,但以4月上旬选择ATI模型、4月中旬选择TVD I模型为佳,4月下旬~5月下旬TVD I模型是比较合适的冬小麦旱情遥感监测模型。     

亏缺灌溉对冬小麦生理生态指标的影响及应用

华北平原是资源性缺水的地区, 同时又是我国粮食的主产区。如何利用有限的水资源发展农业生产是该地区面临的主要问题。亏缺灌溉是一种新的灌溉制度, 是在产生较高经济价值的前提下, 科学合理地利用水资源。本文阐述了中国科学院栾城农业生态系统试验站多年以来在亏缺灌溉对冬小麦根系、冠层结构、干物质生长、产量及水分利用效率等生理生态指标影响方面的研究进展。亏缺灌溉可以明显影响冬小麦根系在土壤中的分布, 并通过水分调节叶片的气孔, 进而影响光合产物, 优化冬小麦的干物质生长和分配, 最终实现最高的经济产量。多年不同供水条件下田间连续试验和控制性盆栽试验的研究结果显示, 拔节期是冬小麦对水分比较敏感的时期, 不宜进行亏缺灌溉, 其他时期可以进行适度的亏缺灌溉。同时, 根据研究结果优化了冬小麦季的灌溉制度, 提出在干旱年灌溉3 水、平水年灌溉2 水和丰水年灌溉1 水的灌溉制度, 次灌溉水量在60~70 mm 之间。     

基于CERES-Wheat模型的沧州地区冬小麦需水量分析

作物生长模拟模型的应用为农田水资源分析和水分管理措施的优化提供了新的方法手段。本研究以CERES-Wheat模型为基础,通过情景分析的方法,分析了华北平原沧州地区冬小麦1981—2014年产量、大田蒸散量(ET)、作物蒸腾(EP)、土壤蒸发(ES)、水分生产率(WP)的年际变化特征,并建立了ET与WP定量化关系模型,利用该模型计算出了WP达到最大值的经济蒸散量为435 mm;利用ET多年平均值与多年平均降雨量差值计算出了T0(不灌溉)、T1(拔节期灌水75 mm)、T2(拔节期、扬花期各灌水75 mm)、T3(起身期、孕穗期和扬花期各灌水75 mm)4个水分处理不同产量目标下冬小麦多年平均的需水量分别为189 mm、264 mm、298 mm和319 mm,对应的平均产量分别为4 144 kg?hm?2、7 293 kg?hm?2、7 301 kg?hm?2和8 245 kg?hm?2;采取地膜覆盖等栽培管理措施扣除土壤蒸发,T0、T1、T2、T3水分处理可分别节水80 mm、71 mm、71 mm和70 mm。在此情况下,利用EP多年平均值与多年平均降雨量之间的差值计算出不同水分处理下冬小麦多年平均的需水量分别为109 mm(T0)、193 mm(T1)、227 mm(T2)和249 mm(T3)。以上研究结果可为沧州地区冬小麦水分定量化管理措施的制定提供参考。     

甘肃省冬小麦水分盈亏指数的改进及其应用

冬小麦是甘肃省主要粮食作物,水分是限制该省旱作冬小麦生产最主要的因素,降水时空分布不均造成冬小麦干旱常年发生,因此准确监测甘肃省冬小麦干旱及定量评估灾害损失可为决策部门制定农业防灾减灾措施及保障区域粮食安全提供科学依据。利用甘肃省1981—2014年3个农业气象观测站土壤水分和冬小麦生育状况观测资料,38个冬小麦种植县气象资料、产量资料及干旱灾情资料,考虑冬小麦休闲期土壤储水及生育期水分盈亏量修订了作物水分盈亏指数,修订后作物水分盈亏指数与土壤储水、冬小麦产量要素和产量损失相关性较高,能客观、准确、定量地反映干旱对甘肃冬小麦产量的影响;利用水分盈亏指数分别建立冬小麦产量要素和产量损失评估模型。结果表明:产量要素评估模型均通过0.01水平显著性检验,产量损失评估模型大部分通过0.05水平显著性检验。产量要素评估模型回代结果与冬小麦产量要素实测值间均通过0.01水平的F检验;产量损失评估模型验证结果表明,68.4%种植县通过0.05水平F检验,基本能准确评估全省大部分地方干旱对冬小麦产量造成的损失。修订后作物水分盈亏指数能客观反映甘肃省冬小麦干旱,建立的评估模型能准确评估干旱对冬小麦造成的损失,具有一定的应用价值。     

六种冠层阻力模型在冬小麦蒸散估算中的应用

蒸散量是农田水循环中水分损失的主要途径,其准确估算对节水灌溉具有重要意义。单源的Penman-Monteith （P-M）模型是最常用的蒸散量估算方法,但模型中冠层阻力的合理参数化一直是研究中的难点。该研究选取常用6种冠层阻力模型,使用北京顺义2 a（2020年和2021年）的波文比实测结果,分析不同模型进行冬小麦冠层阻力及蒸散估算的可行性。结果表明：1）无参数校正条件下,6种模型均低估了冬小麦冠层阻力,同时高估了蒸散量。其中,Todorovic模型（TD）的普适性最好,其模拟的冠层阻力、蒸散量与实测值的R2都在0.605及以上;耦合的冠层阻力模型（CO模型）普适性最差,冠层阻力、蒸散量与实测值的R2分别为0.113、0.046;2）进一步使用2021年的试验数据进行模型参数校正、2020年的数据进行验证,发现校正后的JA、CO、GA、KP及FAO56-PM模型计算的冠层阻力和蒸散量与实测值的一致性大幅提高。除JA模型低估冠层阻力外,其余均高估冠层阻力、低估蒸散量。其中KP模型模拟的冠层阻力和蒸散量效果最好,R2均在0.907及以上,而其余5种模型估算精度也较好。6种模型的估算精度排序为KP、GA、TD、FAO56-PM、CO、JA。综上,所评价的模型校正后均可作为P-M模型的冠层阻力输入来估算冬小麦蒸散量,但TD 模型不需要参数校正,在数据不足时可作为首选;而KP模型参数较少,校正后拟合精度最高,在数据充足时可作为首选。研究结果对华北地区使用P-M一步法计算冬小麦蒸散量具有重要价值。     

河北省冬小麦生产空间格局及其控制因素

在气候变化与水资源短缺的背景下,华北平原冬小麦生产面临巨大的挑战,明确冬小麦生产的空间格局及其控制因素,可为本区冬小麦的科学规划管理决策和高效生产提供依据。基于河北省各县市2004—2013年冬小麦单位面积产量与农情资料,以主产区(以县市平均冬小麦播种面积大于总播种面积的20%为标准选取)101个县市为基本研究单元,采用系统聚类分析对河北省冬小麦主产区进行区域划分;利用因子分析方法对冬小麦生产要素进行主成分分析,并利用逐步回归分析方法建立冬小麦产量与主要控制因素主成分之间的关系。结果表明,河北省冬小麦主产区分为4个(Ⅰ~Ⅳ),各区冬小麦产量水平从Ⅰ区向Ⅳ区依次递减,产量变异依次增大,且各区差异均达显著水平(P0.05)。冬小麦产量(Y)与化肥因子(F1)、灌溉因子(F3)、年降水量因子(F4)、年降水量下限因子(F5)有显著的线性回归关系(R2=0.685,P0.05),其中F1、F3分别解释了Y的21.7%、37.4%,F4、F5解释了Y的9.4%。据此说明灌溉是影响河北省冬小麦产量区域差异的首要因素,其次是化肥使用量,而年降水量对产量区域差异影响较小。农药因子(F2)的回归效应不显著,说明冬小麦病虫害发生及防治具有区域随机性变化特点,对冬小麦生产的区域差异不形成显著影响。另外,全省冬小麦播种面积比重与产量水平有较好的区域吻合度(R2=0.409,P0.05),说明在现有管理模式下冬小麦区域布局基本合理,只是在东部低平原沿海的极个别低产县的播种面积明显偏高,结合冬小麦对灌溉条件的依赖性,认为这些县市的冬小麦布局需要慎重审视。     

作物生长模型的适用性评价及冬小麦产量预测

为了研究CERES-Wheat模型在北京地区的适用性及应用模型对冬小麦产量进行预测,在对模型进行参数校正的基础上,通过连续3 a的试验数据对模型适用性进行评估,进一步采用试验点气象观测站2007－2008年气象数据作为驱动模型展开模拟,预测了2007－2008年北京冬小麦产量为6 000 kg/hm2,并对比了2004－2008年的模型模拟值（包括生殖生长期时间、叶面积指数和产量）与实际观测值。结果表明：模型模拟开花期时间一般较实际观测时间推迟6 d以内,成熟期时间一般较实际观测时间推迟5 d以内,叶面积指数和产量较真实值偏高,综合4 a产量预测数据发现模型模拟产量准确度在90%以上,说明CERES-Wheat模型在北京适用性良好,可以作为一个有效的冬小麦产量预测工具在农业中应用。     

增温对河南省冬小麦产量的影响分析

研究历史气候变化背景下增温对作物产量的影响是识别气候变化对农业影响的有效途径。本文利用河南省历史气候资料和冬小麦平均单产资料, 通过提取气候产量、建立不同时段回归方程的方法, 分析了河南省气候变暖对冬小麦产量的影响。结果表明: 河南省1961~1981 年冬小麦气候产量与气温距平显著相关, 1987 年以后产量波动随气温变化的相关性减弱。20 世纪80 年代中期以后河南省冬小麦全生育期气温显著升高, 增温幅度为0.81 ℃?10a^-1。相对于变暖前的1961~1981 年, 1991~2000 年和2001~2007 年增温带来的单产增加量占实际增产量的15.6%~20.7%; 但显著升温后的2001~2007 年相对于1991~2000 年增温带来的增产量仅占实际增产量的1.0%, 冬小麦单产对气温的敏感性降低。