覆膜和灌水量对农田水热动态和制种玉米生长的影响

覆膜和节水灌溉是我国西北旱区应对水资源短缺、提高作物水分生产率的主要措施。为了探索覆膜与灌溉制度对农田水热和制种玉米生长的综合影响,揭示农田耗水及水分利用效率的变化规律,于2017年在中国农业大学石羊河流域农业与生态节水试验站进行了制种玉米田间试验,设置覆膜与水分2个控制因素,覆膜分别为完全覆膜(M1)与不覆膜(M0)2个水平,水分设置W1、W2、W3、W4和W5 5个水平,分别为当地传统灌溉定额的100%、85%、70%、55%和40%,灌水方式为滴灌,共10个处理。结果表明:相同灌水条件下覆膜相对于不覆膜处理,可减少棵间蒸发,增高生育前期土壤温度,使株高和叶面积指数的增长速率高于不覆膜,提前7~10 d达峰值,增产达6.5%~44.6%,水分利用效率提高16.9%~50.4%。但覆膜可阻滞降雨入渗,以单次典型降雨32.4 mm为例,覆膜较不覆膜降雨入渗百分比降低22.4%。相同覆膜条件下,土壤贮水消耗量随着灌水量的减少而增多,因此土壤贮水量随着灌水量的增加而增加。灌水量越多,制种玉米株高、叶面积指数和最终干物质累积量越高,而水分利用效率则越低。覆膜条件下,W1处理产量最高,W3次之,且两者之间无显著性差异,水分利用效率则为W5处理最高,W3次之。M1W3处理可以在保证较高产量的同时,水分利用效率较MIW1提高17.6%。综上,在当地制种玉米生产中,虽然覆膜可能减少地表降水入渗,但可以使生育期提前、减少棵间蒸发,对于节水增产有一定的促进作用。     

覆膜和灌水处理下土壤水分动态与玉米生长的模拟研究

采用作物模型模拟作物生长过程和产量,是应对气候变化和人类活动的影响、实现农业节水增产的重要途径。覆膜和节水灌溉技术在我国西北旱区农田应用广泛,本研究基于覆膜增温对气积温的补偿效应以及覆膜和冠层截留对降雨入渗的影响对Aqua Crop模型进行了改进,使其适用于我国西北旱区覆膜制种玉米的模拟。利用2017年石羊河流域制种玉米的实测数据对改进模型进行了率定与验证,并模拟预测了未来气温升高和覆膜比变化情景下作物产量及水分利用效率(WUE)的变化规律。结果表明:改进的Aqua Crop模型能很好地模拟制种玉米生长发育阶段和冠层覆盖率,各处理冠层覆盖率的模拟值与实测值之间的R~2均大于0.95,RMSE为3.9%～10.1%,NRMSE为4.9%～15.3%。而在1m土层贮水量的模拟上,各处理R~2在0.60～0.92之间,RMSE在9.5～17.1mm之间,NRMSE处于4.4%～8.9%之间。改进的Aqua Crop模型在模拟不覆膜高水M0W1和M0W3处理的制种玉米干物质累积量、产量上模拟效果较差,其他处理的干物质累积量的R~2大于0.98,RMSE为0.64～1.66t/hm~2,NRMSE为9.9%～16.7%,产量的相对误差(RE)为-13.3%～4.5%,WUE则表现为除M0W1处理外,其他处理模拟效果较好,RE为-23.9%～18.1%。未来气温升高对作物产量及提高水分利用效率产生不利的影响。覆膜条件下,增温1.6℃和3.3℃分别比在实际温度下减产12.8%和20.7%,WUE降低3.0%和2.1%。不覆膜条件下减产率分别为13.9%和25.1%,WUE分别降低3.8%和7.6%。覆膜比例为50%时,可在保证产量的同时,提高水分利用效率,达到增产节水的效果。     

覆膜和灌水处理下土壤水分动态与玉米生长模拟研究

采用作物模型模拟作物生长过程和产量,是应对气候变化和人类活动的影响、实现农业节水增产的重要途径。覆膜和节水灌溉技术在我国西北旱区农田应用广泛,本研究基于覆膜增温对气积温的补偿效应以及覆膜和冠层截留对降雨入渗的影响对Aqua Crop模型进行了改进,使其适用于我国西北旱区覆膜制种玉米的模拟。利用2017年石羊河流域制种玉米的实测数据对改进模型进行了率定与验证,并模拟预测了未来气温升高和覆膜比变化情景下作物产量及水分利用效率(WUE)的变化规律。结果表明:改进的Aqua Crop模型能很好地模拟制种玉米生长发育阶段和冠层覆盖率,各处理冠层覆盖率的模拟值与实测值之间的R~2均不小于0.95,RMSE为3.9%~10.1%,NRMSE为4.9%~15.3%。而在1m土层贮水量的模拟上,各处理R~2在0.60~0.92之间,RMSE在9.5~17.1 mm之间,NRMSE处于4.4%~8.9%之间。改进的Aqua Crop模型在模拟不覆膜高水M0W1和M0W3处理的制种玉米干物质累积量、产量上模拟效果较差,其他处理的干物质累积量的R~2不小于0.98,RMSE为0.64~1.66 t/hm~2,NRMSE为9.9%~16.7%,产量的相对误差(RE)为-13.3%~4.5%,WUE则表现为除M0W1处理外,其他处理模拟效果较优,RE为-23.9%~18.1%。未来气温升高对作物产量及提高水分利用效率产生不利的影响。覆膜条件下,增温1.6℃和3.3℃分别比在实际温度下减产12.8%和20.7%,WUE降低3.0%和2.1%。不覆膜条件下减产率分别为13.9%和25.1%,WUE分别降低3.8%和7.6%。覆膜比例为50%时,可在保证产量的同时,提高水分利用效率,达到增产节水的效果。     

地膜覆盖对河套灌区春玉米耗水结构及水分利用的影响

【目的】探究不同颜色地膜覆盖对春玉米农田蒸散量及蒸散结构的影响。【方法】在内蒙古河套灌区开展了黑色地膜覆盖(M2)、透明地膜覆盖(M1)和不覆膜(M0)春玉米试验,采用微型棵间蒸渗仪法、水量平衡法,在玉米生育期内测定并计算土壤含水率、农田蒸散量、棵间蒸发量及其占比,分析了不同覆盖处理下农田水量平衡、作物产量及水分利用效率。【结果】在土壤剖面0～120cm土层内,覆膜处理土壤含水率显著高于不覆膜处理,M1、M2处理的土壤贮水能力优于M0处理,同时覆膜处理显著降低了春玉米农田蒸散量,与M0处理相比分别降低了6.10%、8.18%;主要原因在于覆膜降低了土壤棵间蒸发,与M0处理相比,M1、M2处理分别降低了28.43%、33.20%的土壤蒸发量,改善了农田的耗水结构,从而导致更多的无效水分消耗转化为作物可利用的水分,进而提高春玉米产量与水分利用效率;与M0处理相比,M1、M2处理的产量分别增大22.83%、10.31%;水分利用效率分别增加了30.79%、20.12%。此外,在河套灌区常见透明地膜与黑色地膜覆盖条件下,透明地膜消耗了更多的水分,但同时透明地膜处理可以在后期利用更多的毛管上升水且具有更高的产量与水分利用效率。【结论】在河套灌区利用覆膜技术,可以有效地改善春玉米农田的耗水结构,提高春玉米产量与水分利用效率;相比于黑色地膜,透明地膜是最适宜河套灌区的农艺措施。     

管道均匀移动精准灌溉对夏玉米土壤水分变化及水分利用效率的影响研究

试验于2013年在山东农业大学农学实验站完成,设4种灌水处理方式:无灌水处理(W0)、传统沟灌(W1)、"小白龙"灌溉(W2)以及管道均匀移动精准灌溉(W3)。研究了管道均匀移动精准灌溉较其他3种处理对夏玉米土壤水分动态变化、水分利用效率(WUE)、夏玉米生理特性变化和农田产量的影响。结果表明:W3处理水分利用效率最高,较W0处理提高10.5%,较W1处理提高16.8%,较W2处理提高7.5%;W3处理灌溉水分利用效率最高,较W1处理提高39.2%,较W2处理提高6%,且W3处理的土体贮水量较高,灌水均匀度最好;W3处理下玉米产量为9 758.70kg/hm2,比W2处理高6%,比W1处理高11.4%,比W0处理高22.1%。试验表明,管道均匀移动精准灌溉是实现夏玉米高产、节水的有效手段之一,并能显著提高WUE。     

咸水非充分灌溉对土壤盐分动态及制种玉米产量的影响

通过田间试验,研究了咸水非充分灌溉下土壤盐分动态及其对制种玉米产量和水分利用效率的影响。结果表明,玉米播种前至收获后土壤盐分主要累积在中层土壤,尤其是灌水量越大的处理;灌水阶段,表层土壤脱盐量随着灌水量增加而增大;土壤蒸发阶段,灌水量大的处理表层土壤盐分累积明显。灌溉水量控制在390mm左右且灌水矿化度不超过3g/L,减产幅度较低且节水。     

不同灌溉方式下木薯根区水分空间分布及耗水动态变化研究

设置滴灌、小管出流、微喷灌3种灌溉方式,研究不同灌溉方式下木薯根区土壤水分空间分布及其耗水变化规律。结果发现:(1)滴灌灌水集中,土壤水分在根区剖面以根际为中心对称分布;小管出流水分沿支管出口方向入渗,形成斜向下迁移的态势;微喷灌喷洒均匀,根区各层次土壤含水量差异不大。(2)滴灌能有效抑制木薯棵间蒸发,降低水分消耗,提高块根产量,其水分利用效率显著高于其他处理;微喷灌湿润面大,棵间蒸发量较高,其产量和水分利用效率较低;小管出流土壤水分散失量最高,其产量和水分利用效率最低。综上所述,滴灌对木薯的节水增产效应最优。     

晋北地区膜下滴灌玉米田水盐分布及产量研究

适宜的灌溉制度节水增产,能够改善盐分。不同灌溉制度对山西膜下滴灌玉米田土壤水盐及玉米生长、产量和水分利用效率的影响。以不灌溉(CK)为对照,设计3种灌溉处理,灌溉定额分别为675、900和1 125 m~3/hm~2,在玉米生育期内测定土壤含水率、土壤电导率、玉米株高、叶面积和产量,并计算灌溉水水分利用效率(Irrigation Water Use Efficiency,IWUE),研究不同处理对土壤水盐分布、玉米生长及产量的影响,结果表明:膜下滴灌土壤40 cm以内水分受灌水量影响较大,玉米需水关键期内,各处理间土壤水分差异不大;玉米收获后,土壤表层盐分有一定程度的降低,灌水量900和1 125 m~3/hm~2处理EC值比初始土壤EC值显著降低14%和28%(P0.05);玉米生长指标均随着灌水量增大而增大,但灌水量900和1 125 m~3/hm~2之间差异不明显,玉米产量以灌水量900和1 125 m~3/hm~2最高,二者无显著差异(P0.05),玉米IWUE随灌水量增大而减小。综合考虑产量和节水效应,建议灌水量900 m~3/hm~2为适宜的灌溉定额,该处理下灌水次数为4次。研究可为膜下滴灌技术在山西干旱地区的推广应用提供参考。     

不同灌水处理对玉米生长特性及水分利用效率的影响

【目的】针对宁夏干旱区水资源严重匮乏、灌溉水利用效率低等问题,开展田间玉米膜下滴灌试验,探索不同灌水处理对玉米生长特性及水分利用效率的影响。【方法】通过设置4个灌溉定额(1 350、1 650、2 100、2 550 m3/hm~2)和2个灌溉次数(8次、10次)共8个处理,研究了不同灌水处理对玉米耗水量、叶面积指数、光合特性、产量及水分利用效率的影响。【结果】耗水量随灌水量增加呈上升趋势,灌水8次条件下耗水量高于灌水10次;全生育期W1处理(2 550 m3/hm~2,8次)叶面积指数最大,W8处理(1 350 m3/hm~2,10次)叶面积指数最小;光合速率日变化呈双峰凸抛物线型,蒸腾速率日变化呈单峰凸抛物线型,低水分处理的蒸腾速率普遍低于高水分处理;W5(1 650 m3/hm~2,8次)、W7(1350 m3/hm~2,8次)处理灌溉水生产效率高,但产量低,W2(2 550 m3/hm~2,10次)、W4(2 100 m3/hm~2,10次)、W1处理灌溉水生产效率很低,W3处理(2 100 m3/hm~2,8次)水分生产效率仅次于W1处理,是节水的最佳处理。【结论】综上,灌水方案以W3处理为宜。     

覆膜和降雨强度对玉米耗水过程及土壤水分入渗的影响

【目的】研究农田作物生长过程中,覆膜和降雨特征等因素对玉米耗水过程和土壤入渗产生影响。【方法】根据北京地区典型年降雨量设计和模拟春玉米生育期降雨过程,利用群集式测坑和挡雨棚及附设人工降雨装置,开展了不同地表覆盖条件下降雨强度对玉米耗水及水分利用效率的影响研究。降雨强度包括小雨强0.5 mm/min和大雨强1.5 mm/min,覆盖和种植条件包括膜下滴灌(MDI)、地面滴灌(SDI)和对照无作物种植(NP)。【结果】①MDI处理水分利用效率较SDI处理高13.5%。与SDI处理相比,MDI处理作物耗水量减小了40.6 mm,覆膜主要提高20～60 cm土层储水量。②大雨强条件下土壤深层渗漏量增多了3.4%～15.6%;降雨和灌溉对土壤水分影响深度主要为0～150 cm土层,相对于SDI处理,MDI和NP处理土壤储水量大大增加。③小雨强时表层0～20cm土壤入渗NP处理最快,大雨强时MDI处理入渗最快。作物根区40 cm深度处,小雨强时MDI处理的土壤水分最快达到峰值,而大雨强时NP处理最快达到峰值。60 cm深度处不同覆盖条件下在2种雨强时土壤水分变化速率一致,达到峰值速率表现为NP处理>MDI处理>SDI处理。【结论】覆膜具有较好的节水增产效应;降雨强度越大,土壤水分下渗越快;相同降雨量时小雨强降雨更有利于土壤水存储。不同的降雨强度对土壤水分入渗和再分布影响不同。研究结果可为雨水资源的合理利用从而提高农田水分利用效率提供理论依据。     

覆膜与不覆膜滴灌对土壤温度和玉米产量影响研究——以辽西为例

在辽宁西部开展了覆膜与不覆膜滴灌试验,通过土壤温度、玉米植株生长性状和产量对比分析,得出:覆膜滴灌较不覆膜滴灌可提高积温254.5℃,覆膜滴灌有利于促进玉米提前出苗,早成熟;在苗期和拔节期,覆膜滴灌玉米株高、茎粗和叶面积指数显著优于不覆膜处理,抽雄期后对玉米植株生长性状影响差异不显著;综合考虑产量和水分利用效率,在覆膜滴灌条件下,当灌水控制灌溉下限在-25kPa将获得较高的产量,且水分利用效率最高。     

灌溉处理对冬小麦-夏玉米不同品种土壤水分和WUE的影响

在冬小麦-夏玉米轮作下,于2008—2010年采用不同小麦和玉米品种,研究不同灌溉处理下土壤水分动态及对冬小麦和夏玉米水分利用效率(WUE)的影响。2a试验结果均表明,灌水在不同土层的入渗是一个缓慢的过程,大致以1a为周期,冬小麦生长期间,0~60 cm土层土壤水分变异较大,60 cm以下土层土壤水分夏玉米无法利用是导致灌水利用效率低的原因。通过分析冬小麦和夏玉米的WUE表明,抗旱节水品种的WUE随着灌溉次数的增加而减小,而非抗旱节水品种的WUE则相反;抗旱节水品种的产量在适度水分胁迫下变化不大,而耗水量有所减少,非抗旱节水品种在适度水分胁迫时,产量减少幅度较大,致使WUE有减小趋势。因此,在冬小麦-夏玉米轮作的华北地区,选用抗旱节水品种,适度减少灌水次数,可以减少无效灌水的入渗,在不影响产量的情况下,提高WUE。     

覆膜及膜下滴灌对玉米生长发育及水分利用效率的影响

采用田间小区试验的方法,研究了雨养(对照)、覆膜、常规滴灌、覆膜常规滴灌、覆膜限量补灌等保墒及灌溉措施对玉米株高、叶面积、叶面积指数、产量和水分利用效率的影响。结果表明,覆膜及膜下滴灌使玉米生育期提前2~3d,增加生长前期株高,提高叶面积及叶面积指数,促进了玉米生长发育。与对照相比,覆膜、常规滴灌、覆膜常规滴灌和覆膜限量补灌玉米叶面积指数分别增加0.22、0.11、0.38和0.44;百粒重分别增加3.1g、2.6g、5.1g和5.5g,增产率分别为6.7%、6.1%、12.7%和13.1%。覆膜、覆膜常规滴灌、覆膜限量补灌分别比对照提高水分利用效率0.57、0.83和1.23kg/m3;提高水分生产效率0.23、0.30和0.36kg/m3。其中覆膜限量补灌在产量略有增加的基础上,灌溉水利用效率是常规滴灌和覆膜常规滴灌的2.7倍和2.5倍。因此,从农业节水和作物高产综合考虑,覆膜限量补灌是一种既节水又增产的最佳膜下滴灌措施。     

灌水方式和水平与施肥方式对糯玉米产量和水肥利用的影响

根区局部灌溉是通过人为控制作物部分根区湿润和干燥,刺激根系吸水功能和调节气孔开度,减少蒸发蒸腾耗水的节水灌溉技术。为揭示玉米根区局部灌溉水肥利用及其最佳供应模式,通过盆栽试验,研究了在不同灌水水平和施肥方式下玉米苗期-拔节期根区局部灌溉对糯玉米产量、水分利用和NK含量和吸收量的影响。试验设3种灌水方式,即常规灌溉CI、分根区交替灌溉AI和部分根区固定灌溉FI,3种灌水水平,即充分灌水W1、轻度亏水W2和中度亏水W3,和2种施肥方式,即1/2土壤50%施肥量+1/2土壤50%施肥量F1和1/2土壤70%施肥量+1/2土壤30%施肥量F2。F1W1时,与CI相比,AI耗水量减少12.9%,而鲜穗产量、水分利用效率和地上部K含量分别增加15.7%、32.9%和16.6%,但是地上部N含量和总N、K吸收量增加不明显。与F1相比,AIW1时,F2鲜穗产量、水分利用效率、地上部K含量和总K吸收量均有所降低。因此,苗期-拔节期分根区交替灌溉AI在充分灌水W1且均匀施肥F1情况下表现最佳。     

套播夏玉米全程免耕对水分利用效率的影响

节水耕作措施在旱作农田中研究的相对较多 ,而在灌溉农田上则较少研究。本文重点探索在灌溉农田上 ,节水耕作措施 (免耕 )与高效节水管灌技术相结合 ,充分发挥耕作措施与灌溉技术的节水潜力和优势 ,提高农田水分利用效率。试验结果表明 :同常规耕作相比 ,玉米全程免耕下棵间蒸发的无效耗水可降低 2 7.6% ;农田水分利用效率提高幅度达 18.9% ;同时 ,免耕措施具有明显的省工和节能效果 ,耕作成本可降低 52 .9%～ 74.3%。     

河北省冬麦区农作技术水分生产率初探

为了解农作技术的节水效果,通过对降水、灌溉水和土壤含水量消耗的监测,观测了河北省冬麦区畦田整理、深耕深松、灌溉制度改革、秸秆覆盖、播种量及轮作制度等农作技术的水分生产率和节水效果,结果表明,农作技术能显著提高雨水的利用效率,调控土壤蓄水和水分消耗,减少灌水用量.其中,畦田整理后麦田减少灌水量15%以上.深耕深松后麦田的土壤耗水量减少11%.根据降水年型确定灌溉制度,可减少1～2次灌溉,减少麦田灌水量60～120mm,增产15%.夏茬秸秆覆盖玉米水分生产效率提高8.9%.小麦-玉米轮作1年累加节水效益109～224 mm.研究成果表明,农作技术可以显著地提高水的生产率,节水效果显著,对发展节水农业具有重要的生产实践意义.     

管渠灌溉对夏玉米产量及水分利用效率的影响

为探讨不同灌溉方式对夏玉米生长及水分利用效率的影响,以夏玉米为研究对象,设定传统连续灌溉(T)、管渠灌溉(P)、波涌流灌溉(S)和固定隔畦波涌灌溉(G)4种灌溉方式,对比分析4种不同灌溉方式下对夏玉米的叶面积指数、株高、地上部干物质积累量、产量及水分利用效率的影响。结果显示:①夏玉米生育期内4种不同灌溉方式下株高相差不显著,基本不受灌溉方式的影响;②全生育期内P处理叶面积指数最大,且在不同畦段的叶面积指数变化不大。T处理叶面积指数在畦中段与畦尾段上的叶面积指数相差较大;③P处理的地上部干物质积累量最高,总体表现为PSTG;④在夏玉米产量上,P处理比T处理提高了7.64%,且P处理水分利用效率最高,对比T处理、S处理和G处理分别提高了17.5%、9.3%和11.9%。因此,管渠灌溉能提高水分利用效率,在山东泰安对夏玉米采用管渠灌溉可以取得较好的节水和增产效果。     

不同地面处理下的降雨入渗规律研究

近年来,膜下滴灌等节水灌溉技术的实施提高了水分利用效率,但膜下滴灌的起垄和覆膜的处理在一定程度上改变了农田下垫面条件,降雨的入渗过程会受到一定影响。为了分析膜下滴灌的覆膜及起垄对降雨入渗过程的影响,试验选取下垫面处理、降雨强度、土壤初始含水量3个影响因素,进行了遮雨棚内的人工降雨测坑试验。试验数据分析结果表明:降雨强度对降雨入渗量及入渗深度影响最大;不同下垫面处理中,平整裸地的入渗量及入渗深度最大,起垄次之,覆膜及起垄最小。在一定的降雨强度范围内,垄沟的集雨作用随着雨强的增加而增加,沟内的入渗量增加显著;在起垄及覆膜起垄条件下,膜上水分由于膜的不透水作用和垄沟的集雨作用,分别是膜边和沟中的降雨入渗量最大。当雨强继续增加时,垄沟的集雨作用被削弱,但膜的汇流作用仍然存在,覆膜区域下方的土壤水分都是由膜边的土壤水分经过侧向运移达到,土壤水分的二维入渗过程十分显著。     

灌溉水量对水稻生长和产量的影响

以杂交水稻培两优3076为材料,在充分利用降雨的情况下,对各试验处理补充灌溉不同的水量,分别为对照(P0)灌水量的90%(P1)、80%(P2)、70%(P3)、60%(P4),研究不同灌水量下水稻的生长特性及产量,品质以及灌溉水利用效率。结果表明,与淹水灌溉相比,适当减少灌溉水量更有利于提高水稻的产量,稻米品质和灌溉水利用效率。初步研究表明,P3处理比淹水灌溉增产15.25%,节水21.34%。     

灌水方式对华北不同品种玉米产量形成和水分利用的影响

【目的】发展华北地区高效节水灌溉技术,探索华北地区主栽玉米品种的产量与水分利用对灌水量和灌溉方式响应,筛选不同灌溉模式下抗旱稳产玉米品种。【方法】设置了3种灌溉方式(地面灌溉、滴灌和微喷灌)、3种灌水量(高、中、低灌溉水平)和5~6个玉米品种处理,研究了不同玉米品种在不同灌溉模式和灌水量条件下的产量与水分利用特征。【结果】地面灌溉模式下,低灌水处理产量显著低于中灌水和高灌水处理,低灌水和中灌水处理水分利用效率显著大于高灌水处理;农华101品种夏玉米产量和水分利用效率最高,其次为浚单20和郑单958。微喷灌溉模式下,高灌水处理产量显著高于中灌水和低灌水处理,但后二者差异不显著;灌水处理对水分利用效率影响不显著;农华101品种夏玉米产量和水分利用效率显著高于其他品种,其次为先玉335和郑单958。滴灌灌溉模式下,灌水处理对夏玉米产量影响不显著,对水分利用效率影响显著,低灌水处理水分利用效率显著高于高灌水处理;浚单20、先玉335和登海605品种夏玉米产量显著高于中单909和郑单958品种的。因此,低灌水量可显著提高夏玉米水分利用效率,但3种灌溉模式下低灌水处理品种间产量差异显著。【结论】综合来看,华农101较适于地面灌溉和微喷灌,浚单20、先玉335和登海605适于喷灌技术。