节水农业背景条件分析

综述了气候、地形、水文过程和土壤水分状况在节水农业研究与应用中的作用。干旱指标法被广泛采用以分析干旱情况，但它不能很好地反映季节性干旱；地形对节水农业的影响主要是通过影响降水和水土流失情况来影响水资源利用率和节水配置；对水文过程的分析从流域尺度出发主要采用TOPMODEL、SWAT、MODFLOPW、FEFLOW、MIKE－SHE等模型，从局地尺度出发主要采用TOPMODEL、WEPP等模型，从农田尺度出发，研究主要集中在农田蒸发、蒸散和作物水分生产函数方面；土壤水分状况受土壤类型、土壤性质、土地利用方式、地表覆盖物、气候因素、以及人为作用的影响，利用这些因素对土壤水影响的规律培育“土壤水库”和对作物进行非充分灌溉或者调亏灌溉能够有效地节约灌溉用水。     

再生水灌溉对作物及土壤安全性影响研究进展

中国水资源供需矛盾突出,农业灌溉用水尤为紧张,合理利用再生水进行农田灌溉是未来农业灌溉发展的趋势。再生水既是水源、肥源也是污染源,若使用不当会对作物和土壤造成负面影响。在对国内外相关资料进行分析的基础上,从作物生理生长、土壤理化性质、重金属污染、卫生学指标四个方面,对国内外再生水灌溉的研究现状进行了总结分析。研究发现,再生水灌溉研究主要存在三个方面的问题：国内大部分再生水灌溉试验周期短,缺乏长期观测;新型灌水技术和灌溉方式在再生水灌溉上的应用较少;关于再生水灌溉对土壤病原菌污染方面的研究较少。建议加强长期再生水灌溉试验、再生水灌溉下不同灌溉方式和灌水技术以及不同灌溉方式下再生水灌溉对土壤病原菌和重金属分布特征和累积规律的研究工作。     

沙漠绿洲隔沟交替灌溉辣椒的耗水特征及作物系数研究

为研究交替灌溉条件下辣椒的作物系数及土壤水分变化,用水量平衡法测定辣椒各生育期耗水量及土壤水分动态,实测得到辣椒各生育期的作物系数,并将作物系数与辣椒叶面积指数回归分析,研究隔沟交替灌溉辣椒各生育期的耗水特征及作物系数。结果表明,辣椒结果盛期是耗水量最大的时期,在辣椒定植—坐果期和结果末期交替灌溉处理作物的总耗水量与对照无显著差异,但结果盛期交替灌溉的总耗水量显著减少。辣椒交替灌溉下0~60 cm土层是土壤含水量变化活跃层。交替灌溉对辣椒的作物系数有显著影响,且随亏水程度的增大作物系数减小,‘美国红’的作物系数小于‘陇椒2号’。辣椒叶面积指数与作物系数呈显著的线性正相关。     

温室作物调亏灌溉研究进展

在温室土壤-作物-环境的连续体中,作物水分损耗、吸收和水分利用效率一直是研究的热点,温室作物水分来源的唯一途径是灌溉。为了在生产实践中指导节水灌溉,从近些年来节水灌溉的新技术新方法--滴灌和调亏灌溉入手,主要综述了温室内作物调亏灌溉的研究,包括调亏灌溉的节水及增产机理,调亏灌溉相应的灌溉指标,影响调亏灌溉的环境因素,以及作物本身不同时期对水分亏缺的反应。     

再生水灌溉对作物生长及土壤养分影响研究进展

水资源短缺是农业灌溉面临的重大挑战,在农业用水严重紧缺的现状下,以再生水为农业灌溉水源,将有效缓解农业用水紧缺形势。由于再生水中养分浓度与有机物含量较高,若使用不当会对作物生长及土壤环境带来不利影响,并可能导致农业面源污染问题。从再生水灌溉对作物生长、土壤养分及土壤酶活性的影响3个方面概括了再生水灌溉国内外研究现状与存在问题,并对下一步的研究重点提出了建议：加强再生水灌溉对作物不同关键生育期土壤供氮特征的影响研究,重视土壤酶活性对长期再生水灌溉响应特征研究,强化再生水灌溉土壤氮营养诊断与阈值范围研究以及拓宽再生水灌溉对农作物果实超微结构的影响研究等。     

再生水灌溉对土壤氮素与生物有效性影响的研究进展

随着中国水资源短缺状况的不断加剧,农业用水矛盾日益突出,再生水作为有效的水资源,受到广泛的关注。由于目前农业上普遍存在氮肥施用过量,而再生水中含有丰富的氮素,因此再生水灌溉适宜的水肥模式日益受到关注。土壤生物活性与氮素水平是评价再生水灌溉对环境安全效应的重要指标,笔者在概述国内外再生水灌溉研究现状的基础上,总结了再生水灌溉对土壤氮素生物有效性、相关土壤微生物及土壤酶活性的影响研究进展,并对未来再生水灌溉的研究发展趋势进行了展望：探明长期再生水灌溉和不同施肥水平对土壤微生物与碳、氮循环影响;加强长期再生水灌溉和不同施肥水平对土壤微生物与土壤碳库、氮库与养分交互作用综合影响研究;重视再生水灌溉下污染物监测与去除技术研究,建立建全规范的再生水监管体系和再生水安全灌溉制度、灌溉技术;进行再生水灌溉对作物-土壤-地下水环境影响的长期定位监测与评价。     

冬小麦优化灌溉模型研究及其应用

在土壤－植物－大气系统中，土壤有效水分贮存量、作物耗水量和有效降水量是农田水分平衡的主要组成因子。土壤水分预报模型综合分析了它们的动态变化，给出了未来农田实际蒸散量和土壤有效水分含量；决策模型则根据不同生育阶段的作物水分批、产量反庆系数、和以取得最大目的的目标函数，优化函数决策－灌或不灌、灌溉期和灌溉量。     

作物对干旱胁迫的响应机制及提高作物抗旱能力的调控措施研究进展

干旱是影响作物生长发育和产量的最主要非生物胁迫之一,在气候变化背景下,作物遭受干旱胁迫的风险越来越大。为了应对干旱,作物表现出一系列的抵御机制,包括形态特征和生理生化（抗氧化酶、渗透调节物质、内源激素）特性改变。本研究从上述2个方面总结了作物对干旱胁迫的响应机制,并对提高作物抗旱能力的调控措施进行了论述,主要包括：（1）筛选抗旱性品种,促进对深层土壤贮水的吸收利用;（2）地面覆盖,有利于降低土壤蒸发,增加土壤含水量;（3）节水灌溉技术,如微喷灌、滴灌等灌溉方式能实现少量多次灌溉,根区局部灌溉有利于调节气孔关闭,减少奢侈蒸腾,降低土壤蒸发;（4）抗蒸腾剂,在作物枝干及叶面表层形成超薄透光的保护膜,抑制作物水分过度蒸腾;（5）植物生长调节剂,调控植物生理代谢,增强抗旱性;（6）纳米肥料,改变作物生理生化反应,促进植株生长发育;（7）生物炭,有利于土壤通气保水,改善土壤的物理性质和土壤的持水能力。本研究系统地对以上7种措施提高作物抗旱能力的作用机理、应用前景及存在问题进行了论述,以期为应对干旱胁迫提供理论依据和技术参考。     

不同灌水下限再生水灌溉对土壤-小白菜的影响研究

再生水灌溉的安全开展取决于合适的灌溉水质和灌溉制度,为了探明生活污水用于短生育期作物灌溉的可行性并寻求适宜的灌溉制度,以小白菜作为研究对象,采用2种水质（清水、再生水）和4个灌水下限（60%、70%、80%和90%的田间持水率）的两因素盆栽试验,研究了不同灌水下限下再生水灌溉对作物产量和全氮、全磷、重金属（Cu、Cd和Pb）等品质指标以及对土壤盐分、肥力和重金属的影响。结果表明：再生水灌溉对小白菜产量的影响较小,对小白菜吸收氮、磷和重金属的能力影响不显著,而小白菜对不同重金属的吸收能力表现出显著的差异。与清水相比,再生水灌溉条件下土壤有机质、速效氮和速效磷均有增加,且与灌水下限有显著的正相关,同时也会导致土壤盐分的增加、而土壤重金属无明显差异。总而言之,再生水适用于小白菜的灌溉,但不能直接移用清水灌溉的灌溉制度。     

一种水肥气高效耦合灌溉系统的设计与试验研究

本研究旨在解决传统灌溉农业的“水氧矛盾”和根系的“向水追氧”两大农业难题,应用现代水肥耦合和增氧灌溉技术,设计了一种水肥气高效耦合灌溉系统。通过应用灌溉系统对水稻、黄瓜等作物的栽培试验证明：相比于常规灌溉方式,水、肥、气耦合灌溉能促进作物根系生长和提高根系活力,使其能最大限度地从土壤中吸收水分和养分,进一步挖掘和提高作物自身生产力,提高水肥利用效率,增产提质,同时也为从根源上缓解农业面源污染提供一种新途径。     

作物不同品种间水分利用效率差异机理的研究进展

近年来,水分不足是限制我国北方干旱和半干旱区粮食生产的重要因子。生物节水是实现进一步提高作物水分利用效率的关键环节和潜力所在。笔者就作物水分利用效率的内涵和不同品种间水分利用效率差异的生理生态机理进行了综述,并提出了水分利用效率的研究方向。目前应进一步深入研究作物高效用水生理调控机理和抗旱节水鉴定评价技术与指标体系,为培育高WUE品种提供理论基础。     

Establishment of a crop evapotranspiration calculation model and its validation

In order to contribute knowledge on the method used to calculate the actual crop evapotranspiration, soil, crop, atmosphere, and water spatial structure were integrated into a complete system. Based on the energy balance equation and aerodynamic equation, the meteorological data was reduced and the crop physiological parameter was increased, then the crop evapotranspiration calculation model under natural conditions was derived. The crop evapotranspiration calculation model was verified by the water balance formula using data generated from corn, potato, and flue-cured tobacco grown under field conditions for three consecutive years from 2017 to 2019. The results showed that: from 2017 to 2019, the average root mean square error for measured and calculated evapotranspiration of corn, potato, and flue-cured tobacco at different growth times were 0.5948, 0.4753, and 0.3326, respectively, the mean deviation, mean absolute error, and mean relative error were small, and the coefficient of determination and consistency index were both greater than 0.9100. The measured and calculated crop evapotranspiration of the selected crops increased at first and then decreased gradually as the crops matured, and finally decreased to harvest evapotranspiration, showing a parabolic trend. The crop evapotranspiration calculation model not only reflects the actual evapotranspiration of crops at different growth time but also reflects the change law of actual crop evapotranspiration. The model does not need the correction of soil moisture content, irrigation method, and crop coefficient and can directly calculate the actual crop evapotranspiration. It has the characteristics of consistency between the calculated value and the measured value, strong applicability, simple calculation process, and high accuracy and has the best effect on monitoring soil moisture and crop water shortage sensitivity. The model is significance in that it guides for monitoring soil moisture, determining actual crop evapotranspiration, crop water shortage index, and high yield and efficiency under water-saving conditions.     

Thermal Infrared Radiation for Assessing Crop Water Stress in Wheat

Field studies on differentially irrigated wheat ( Triticum aestivum L.) crops were conducted at Pantnagar for two years to evaluate the use of thermal infrared radiation to detect crop water stress. Data show that the stress-degree-day index (mid day canopy-air temperature difference) is influenced by environmental variability other than soil moisture. Improvement in the stress-degree-day (SDD) index was achieved by including the measurements of vapor pressure deficit and approach was termed as plant water stress index (PWSI). Observations indicated that daily variation in SDD values due to meteorological changes was removed through PWSI. Better correlation was found between soil-induced leaf water potential and plant water stress index than between total leaf water potential and plant water stress index. It is concluded that remote sensing of thermal infrared radiation offers a promising technique which can be incorporated into irrigation management programme.     

河北省冬小麦干旱综合监测模型研究

干旱是影响河北省冬小麦生产的主要灾害之一。为了客观地辨识、监测干旱的发生发展,针对河北省冬小麦干旱监测业务服务需求,开展冬小麦干旱综合监测模型研究,选取能反映土壤、作物、大气三方面干旱的土壤相对湿度指数、作物水分亏缺距平指数、降水量距平指数,采用层次分析法确定各指数权重系数,建立冬小麦干旱综合监测模型;应用1981-2010年唐山、涿州、定州、黄骅、深县、栾城、南宫、肥乡8个农业气象观测站资料,计算各站冬小麦干旱综合指数,并对其描述干旱的能力进行分析。结果表明：当不存在旱情时,各单一指数和综合指数均可正确反映,这种情况占总样本的17.6%。当存在旱情时,综合指数克服了距平指数不能反映灌溉对旱情的影响,及土壤相对湿度指数受灌溉影响,掩盖前期旱情的不足,比较客观地反映了旱情的发生发展情况,这种情况占总样本的67.6%;同时,综合指数也克服了距平指数对降水过渡敏感的不足,既能反映降水对旱情的影响,又能反映降水大小对旱情的影响程度,较单一指数能更准确的反映旱情,这种情况占总样本的14.8%。     

调亏灌溉对超级稻‘深两优5814’孕穗期根系生长的影响

为探究调亏灌溉对超级稻孕穗期根系生长的影响。采用盆栽试验方法,透光通风大棚内栽种超级稻。土壤水分湿度仪测定土壤水分含量,根据土壤水分含量对超级稻孕穗期进行不同程度的调亏灌溉处理。调亏程度分别以田间持水量的80%~70%、70%~60%、60%~50%,编号为A、B、C三组,对照组CK为淹水灌溉。调亏灌溉处理促进超级稻孕穗期根系生长,使根冠比显著高于充分灌溉。对不同处理组的根系活力进行测定,调亏灌溉处理组要高于充分灌溉组,其中B处理组活性最强。根系扫描分析结果显示A和B处理组各个根系特征指标要大于C处理组,同时,3个处理组均大于CK处理组。超级稻孕穗期调亏处理可有效减少灌溉水量,水分亏缺为田间持水量的60%至70%时,对超级稻根系生长最佳。     

北疆滴灌春小麦毛管适宜布置模式

目前新疆滴灌技术已在小麦作物上普遍推广应用,但由于滴灌毛管布置及种植模式不统一,很多毛管布置间距不合理,既影响农田耕作、浪费水资源,又使得作物水肥需求困难,同时还影响小麦滴灌工程设计。通过田间测坑试验,在北疆典型土壤中壤土条件下设置了6种滴灌春小麦毛管布置模式,对比分析了不同毛管布置模式下滴灌春小麦的土壤水分变化及对小麦生长和产量的影响。结果表明,在相同灌水情况下,不同毛管布置模式造成了土壤水分分布特征的差异,引起作物对灌溉水利用效率的差异,从而影响滴灌春小麦的株高、叶面积系数及产量,以一管两行(A)布置模式在0~100 cm土层范围内土壤含水量最大,更有利于春小麦的生长发育,一管五行(F)布置模式次之,一管六行(D)布置模式最小,但考虑投入产出关系,一管五行(F)的经济效益最好,其次是一管四行(B)。综合评价认为北疆在中壤土条件下滴灌春小麦的毛管适宜布置为一管五行(F)。     

土壤水分快速测量传感器研究及应用进展

土壤水分的测量直接关系到作物的灌溉,进而影响到作物的产量,是一项长期且艰巨的任务。总结了目前市场上3种主流的基于介电原理的土壤水分传感器,阐述了它们的测量原理、标定方法、影响因素以及性能情况,分析了使用过程中可能出现的一些问题,并对其未来的发展方向进行了展望,旨在为农技、水利部门在选用该类型的土壤水分传感器产品和测量土壤水分的过程中提供一定的参考和借鉴。