寒地黑土区水稻耗水特性及其对水分利用效率的影响

为了探究寒地黑土区水稻耗水特性及其对水分利用效率的影响,于2017年在黑龙江省水稻灌溉试验站的蒸渗仪内进行了水稻耗水试验。采用U_7(7~6)均匀试验设计,分析了各生育期水稻生育阶段、昼夜间及逐时耗水量的变化特征,明确了各生育阶段耗水量对产量及生物量水分利用效率的影响。结果表明:拔节孕穗期各处理耗水量及耗水模系数均值最高,分别为77. 25 mm、23. 09%;水稻各处理昼间、夜间耗水量总体呈现低-高-低的变化趋势,抽穗开花期昼、夜间耗水量均值达到最大,为6. 32、0. 76 mm/d;分蘖前期、分蘖中期水稻昼间耗水特征呈倒V形曲线,耗水量高峰出现在12:00—13:00;分蘖后期至乳熟期呈M形曲线,耗水量高峰分别出现在11:00—12:00、13:00—14:00,乳熟期首个耗水量峰值相对提前,为10:00—11:00;阶段耗水量对水分利用效率(WUE)的直接作用和对R~2总贡献排列一致,由大到小依次为抽穗开花期耗水量(ET_5)、分蘖中期耗水量(ET_2)、拔节孕穗期耗水量(ET_4)、分蘖后期耗水量(ET_3)、乳熟期耗水量(ET_6)、分蘖前期耗水量(ET_1);分蘖后期、乳熟期耗水量对WUE存在直接负作用,阶段耗水量对WUE影响决定系数较大的变量由大到小依次为ET_5、ET_4×ET_5、ET_2×ET_5、ET_2、ET_4;抽穗开花期生物量水分利用效率(SWUE5)与水稻产量及WUE均呈显著正相关,分蘖前期至抽穗开花期耗水量对SWUE5的影响由大到小依次为ET_5、ET_4、ET_3、ET_1、ET_2。该研究结果可为深入研究黑土区水稻耗水特性、水分利用规律及水稻节水高效生产提供依据。     

黑土区水稻生长生理特性与产量对耗水过程的响应

为了探究黑土区水稻生长生理特性及产量对耗水过程的响应规律,于2017年5月18日—9月20日在黑龙江省水稻灌溉试验站的蒸渗仪内进行了水稻耗水试验。采用U7(76)均匀试验设计,解析了各生育时期耗水量对水稻生长生理特性及产量的影响。结果表明:水稻生育期内耗水强度总体呈现先上升后下降的趋势,在抽穗开花期达到最大,为5.66 mm/d;耗水模系数在整个分蘖期达到最大,平均值为43.98%,抽穗开花期后趋于稳定。分蘖后期耗水量(ET3)对叶片干物质量影响最大;茎鞘和穗干物质量对拔节孕穗期、抽穗开花期耗水量(ET4、ET5)的响应程度最为显著(P0.01);分蘖中、后期耗水量(ET2、ET3)对根干物质量分别存在最大正效应、负效应;除分蘖前期耗水量(ET1)外,分蘖中期至抽穗开花期耗水量对根系伤流量影响由大到小顺序为:ET2、ET3、ET4、ET5;分蘖中期、拔节孕穗期、抽穗开花期耗水量对气孔导度和蒸腾速率的影响为正效应(P0.05),分蘖前期耗水量对蒸腾速率的影响为负效应(P0.05);除分蘖前期耗水量外,分蘖中期至抽穗开花期耗水量对胞间CO2浓度和净光合速率影响由大到小顺序分别为:ET5、ET2、ET4、ET3和ET2、ET5、ET4、ET3。分蘖中期、拔节孕穗期、抽穗开花期的水分敏感指数值分别为0.120、0.244、0.252,这3个时期耗水量对产量影响更为显著。该研究可为黑土区水稻节水灌溉制度制定提供依据。     

黑土区水稻光合物质生产特性对耗水过程的响应

为了探究黑土区水稻光合物质生产特性对耗水过程的响应规律,于2017年在黑龙江省水稻灌溉试验站的蒸渗仪内进行了水稻耗水试验。采用U_7(7~6)均匀试验设计,解析了各生育时期耗水量(ET_1～ET_6,分别表示分蘖前期、分蘖中期、分蘖后期、拔节孕穗期、抽穗开花期、乳熟期耗水量)对水稻光合物质生产特性的影响。结果表明:ET_1、ET_6对水稻成穗率影响不显著,ET_2～ET_5对水稻成穗率有显著影响,其影响由大到小依次为ET_4、ET_5、ET_3、ET_2;ET_3与叶面积指数呈显著正相关;叶片光合势对ET_4的响应最为敏感;ET_3与有效叶面积率呈显著正相关,ET_4与有效叶面积率、高效叶面积率的正相关关系达显著水平(P0.05);ET_5与阶段最大干物质积累量及群体生长速率呈显著正相关;ET_1、ET_3和ET_6对茎鞘物质输出率影响不显著,ET_2、ET_4和ET_5对其影响达显著水平(P0.05),其影响由大到小依次为ET_5、ET_2、ET_4;对于茎鞘物质转化率,ET_1、ET_4对其影响不显著,其他时期耗水量对其影响达显著水平(P0.05),其影响由大到小依次为ET_5、ET_6、ET_3、ET_2,ET_3对茎鞘物质转化率的影响为负效应;叶片气孔导度、蒸腾速率、叶绿素含量与净光合速率均存在线性关系,胞间CO_2浓度与净光合速率呈二次函数曲线关系;叶片叶绿素含量、净光合速率对ET_4、ET_5的响应关系均达极显著水平(P0.01),ET_3对净光合速率存在显著负效应。     

秸秆生物炭对寒地黑土区玉米生长发育及耗水规律的影响

为探明在寒地黑土区不同生物炭添加量对玉米生物性状指标及耗水规律的影响,于2014年在北安市红星农场通过盆栽试验设置6个处理(CK-0g/kg、C1-20g/kg、C2-40g/kg、C3-60g/kg、C4-80g/kg、C5-100g/kg)进行研究。结果表明:适量施加生物炭(处理C1、C2)可以有效促进玉米生长发育,提高玉米的产量,也有效增加了玉米的日耗水量、全生育期耗水量及水分利用效率,处理C1、C2分别比对照CK增产20.95%、26.07%,水分利用效率增加14.62%和18.01%。而过量施加生物炭(处理C4、C5)则会抑制玉米的生长发育,导致减产,同时也降低了玉米的日耗水量、全生育期耗水量及水分利用效率。生物炭量与玉米单株产量和水分利用效率之间成二次抛物线关系,相关系数分别为0.812 2和0.772 1,当生物炭施加量为36.13和39.25g/kg时,产量和水分利用效率达到最大值150.95g/株和3.92g/kg。     

不同灌溉方式下旱直播水稻光合特性与干物质积累动态

为探究东北黑土区不同灌溉方式对旱直播水稻生长生理特征的影响,按照不同的灌溉方式设置了滴灌旱直播(DH)、漫灌旱直播(MH)和淹灌旱直播(HS)3个试验处理,以当地常规的插秧淹灌（CK）为对照。通过拟合曲线定量分析了不同处理的干物质积累过程动态变化特征以及水稻各生育阶段光合特性指标的变化。结果表明,不同处理水稻干物质积累量均随着生育时间推进呈现慢-快-慢的“S”形曲线变化规律,但干物质积累量、快速增长起止时间、生长速率以及生长周期则表现出随灌溉方式的不同而不同,干物质积累量由大到小依次为HS、MH、DH、CK,其中CK处理干物质理论最大积累量为3190.65g/m2,而DH、MH和HS处理干物质理论最大积累量较CK增加17.74%~52.57%,为3756.81~4867.88g/m2;CK处理水稻快速积累期开始于分蘖中期,其他处理水稻快速积累期开始于分蘖中期向分蘖末期过渡阶段,不同处理的水稻干物质快速积累期均结束于乳熟期。不同灌溉方式的光合特性指标也有所不同,抽穗开花期后,旱直播处理叶绿素SPAD较CK处理下降快;除分蘖末期外,旱直播处理净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)和气孔导度(Gs)均低于CK处理,气孔限制值(Ls)均高于CK处理。相关分析表明,旱直播水稻干物质积累量与叶绿素SPAD、Pn、Tr、Gs呈极显著正相关（P<0.01）。通过对光合特性参数和干物质积累量分析表明,旱直播DH、MH和HS处理光合特性劣于CK处理,而干物质积累量优于CK处理;HS处理光合特性及干物质积累量优于DH与MH处理。研究结果可为东北黑土区水稻种植模式选取提供理论依据。     

寒地黑土区水稻水分生产函数试验研究

通过测坑试验研究,应用水稻6个生育阶段不同灌水处理下的蒸发蒸腾量和产量的试验资料,用Jensen模型、Blank模型、Singh模型和Stewart模型分别对寒地黑土区水稻的水分生产函数进行了拟合,并对得出的模型求解结果进行了比较分析与检验。结果表明,Jensen模型适合寒地黑土区水稻的水分生产函数模型计算,得出了敏感指数在生育期内的变化规律。为黑龙江省稻灌区调亏灌溉条件下的灌溉制度优化提供基础依据。     

寒地黑土区玉米高效调亏灌溉制度的试验研究

通过筒测试验,研究了玉米最佳的水分调亏阶段以及各调亏阶段亏水程度的最佳上、下限阈值。结果表明,抽穗开花期水分亏缺对产量影响最大,其次是拔节期,苗期水分亏缺对产量影响最小。苗期、拔节期和抽穗开花期水分亏缺程度分别为50%FC～60%FC、65%FC～75%FC和65%FC～75%FC的灌溉处理是最佳调亏灌溉方案,产量与水分利用效率比正常灌溉处理提高了8%、12.6%。     

水炭运筹对寒地黑土区稻田土壤肥料氮素残留的影响

为揭示水炭运筹下肥料氮素在稻田土壤中的残留情况,采用田间小区试验与微区试验相结合的方法,应用15N示踪技术,以传统淹水灌溉作为对比,研究水分管理模式和生物炭施用量二因素全面试验构成的不同水炭运筹模式下水稻收获后基肥、蘖肥、穗肥和肥料整体在稻田土壤中的残留情况,以及各阶段施用的肥料氮素残留在不同深度土层的分布规律。试验结果表明,稻作浅湿干灌溉模式不同生物炭施用水平下施用的氮肥在稻田土壤中的总残留率为28.16%~34.42%,其中基肥、蘖肥和穗肥氮素的残留率分别为27.53%~41.35%、34.32%~43.50%和11.58%~25.67%。当生物炭施加量在0~12.5 t/hm^2时,水稻收获后两种灌溉模式下基肥和蘖肥氮素在土壤中的残留量均随着生物炭施入量的增加而增大,而穗肥氮素在土壤中的残留量随生物炭施入量的增加而减小,相同生物炭施用水平下稻作浅湿干灌溉模式各阶段肥料氮素在土壤中的残留率显著高于传统淹水灌溉(P<0.05),且两种灌溉模式肥料氮素在相同土层深度中的残留量差异显著(P<0.05),不同生物炭施用水平下稻作浅湿干灌溉模式各阶段施用的氮肥在稻田0~20 cm土层中的残留量均高于传统淹水灌溉,而在40~60 cm土层的残留量均低于传统淹水灌溉;施加25 t/hm^2生物炭时,对稻作浅湿干灌溉模式的基肥、蘖肥和穗肥氮素在稻田土壤中的残留产生负效应。合理的水炭运筹模式能够增加耕层土壤(0~20 cm)肥料氮素残留量,减少肥料氮素损失,抑制肥料氮素向深层土壤运移,降低残留在土壤中的肥料氮素对稻田生态环境造成污染的风险。     

偏最小二乘回归法在寒地黑土区水稻非充分灌溉分析中的应用

利用测坑精确控水的优势,2009年对寒地黑土区水稻进行了非充分灌溉试验研究.运用解释变量个数多、样本量少的偏最小二乘回归法建立非充分灌溉水稻产量的预测模型,消除了因子间多重相关性的影响,很好地解释因变量.研究分析表明:结果比较合理,并与实际相符,这为水稻非充分灌溉分析的研究提供了新的思路和研究方法.     

灌溉水平及灌溉间隔对大豆植株干物质积累的影响

采用桶栽方法,选用黑农48为试验材料,设计4个灌溉水平及4种干旱胁迫历时进行交叉试验,研究了灌溉水平及干旱胁迫历时对大豆干物质积累的影响。结果表明,花荚期大豆植株叶、茎、根和荚果更易受干旱胁迫历时影响,干旱胁迫历时越短越有利于植株生长,灌溉水平对植株的生长影响相对弱于干旱胁迫历时。植株各器官干质量的等高线图表明高灌溉水平、短干旱胁迫历时比低灌溉水平、长干旱胁迫历时有绝对优势,同时也表现出高灌溉水平、长干旱胁迫历时处理与低灌溉水平、短干旱胁迫历时处理之间具有相似性。     

节水灌溉的水稻干物质积累C-R模型研究

介绍了水稻干物质模型的研究进展和Chapman-Richards模型的数学结构以及该模型在描述林木生长和不同生物种群生长过程中的应用,并根据国家“863”节水农业专项子课题现场试验资料,用Chapman-Richards模型模拟了水稻干物质积累过程。结果表明。用Chapman-Richards生长方程来模拟控灌水稻干物质积累过程中,Logistic模型拟合效果最好。并根据模型参数对水稻生长过程进行了分析。     

不同盐分棉田土壤水盐运移及其干物质积累的研究

研究选择2种不同盐分含量土壤（中度盐渍化EC25：3～7dS/m和轻度盐渍化EC25：1～3dS/m）,通过对棉田整个生育期的土壤盐分和水分含量测定,研究棉田不同土层水分、盐分变化及其对棉花干物质积累的影响。结果表明：两种不同盐分含量土壤,盐分降幅较大的在0～20,40～80cm土层为膜下滴灌棉田盐分积累区,中度和轻度土壤在0～20cm土层分别下降1.73dS/m和1.04dS/m。整个生育期土壤盐分变化趋势相似,都表现为土壤盐分前期（现蕾期）快速下降后期有所增加,中度土壤和轻度土壤的各层含盐量都有着极显著的差异;中度盐渍化和轻度盐渍化棉田的单株干物质积累量在生长前期差异显著,后期差异不显著。     

不同水肥耦合条件下水稻干物质积累与分配特征

2009年5—9月在湖北省灌溉试验中心站以优质水稻新两优香4为材料,采用长期淹灌和间歇灌溉2种灌溉模式,结合3种施肥(氮及磷肥)水平F1、F2、F3,研究了不同水肥耦合条件下水稻产量形成过程和干物质积累与分配特征。结果表明,不同水肥处理下水稻各生育期干物质积累的动态变化相似,分蘖前期水稻干物质的积累量随施肥的增加而上升,到一定程度则会下降,不同灌溉模式间的差别不明显。从分蘖后期到抽穗开花期,不同水肥处理水稻干物质的积累总量均明显增大,且不同处理间差异显著,F1、F2、F3处理抽穗开花期间歇灌溉模式干物质积累量比淹灌模式分别大12.1%、22.1%、61.9%。间歇灌溉模式水稻干物质净积累量(NDMA)和群体生长速率(CGR)峰值随施肥量的增加发生改变,由出现在低肥水平(F1)的抽穗开花期至乳熟期转变为高肥水平(F2,F3)的分蘖后期至拔节孕穗期,且NDMA和CGR显著增大。不同水肥处理水稻黄熟期干物质在各器官间的分配不同,但均表现出相同趋势,即由高到低依次为籽粒、茎、叶、根。不同灌溉模式水稻的收获指数随施肥量的增加而下降,淹灌模式下收获指数下降明显,相对F1处理,F2、F3处理下分别下降12.4%、17.9%。干物质积累过程的拟合结果表明,三次曲线模型比Logistic模型的拟合精度高。     

旱地地膜覆盖和施肥对马铃薯干物质累积和土壤水分含量的影响

研究了旱地地膜覆盖和不同施肥处理对马铃薯干物质累积、土壤水分含量及产量的影响.结果表明,各生育期马铃薯全株、决茎及地上部干物质累积覆膜处理显著高于露地,最佳施肥处理(OPT)的干物质累积高于传统施肥处理(FP)和不施肥处理(CK).在21～80 cm土层露地田间土壤水分含量高于覆膜.覆膜土壤水分利用效率(WUE)和产量...     

黑土区调亏灌溉条件下大豆耗水规律试验研究

针对黑土区存在的降雨量时空分布不均,水资源短缺,作物水分利用效率较低的实际问题。2013年在黑龙江省北安农垦分局红星农场进行了盆栽试验,研究了调亏灌溉条件下的大豆耗水规律。结果表明大豆各生育阶段耗水量按结荚-鼓粒、开花-结荚、鼓粒-成熟、分枝-开花、出苗-分枝、播种-出苗阶段依次递减;产量、水分利用效率与耗水量之间均呈二次抛物线关系。耗水量为62.5kg/盆时,水分利用效率先出现最大值,耗水量达84.76kg/盆时,产量(52.9g/盆)最高,最高值出现时间较水分利用效率偏后。在试验的基础上,建立了基于Jensen模型的黑土区大豆水分生产函数。研究结果可为黑土区大豆节水灌溉管理提供一定的理论依据。     

东北寒区水稻需水对地下水埋深的响应及灌溉模拟

【目的】揭示不同降水年型下东北寒区水稻需水对地下水埋深变动与灌溉的响应规律,进一步优化寒区水稻灌溉制度。【方法】以黑龙江庆安和平灌区灌溉试验站多年水稻灌溉试验及2017年地下水动态观测数据为依据,分析不同灌水模式下水稻耗水及地下水变化动态,验证AquaCrop模型在东北寒区水稻生长模拟中的适用性,并用于模拟分析25%、50%、75%降水年型下水稻需水与不同地下水埋深的相互关系及灌水量的响应规律,提出适宜该地区水稻高产的地下水埋深范围及其生育期净灌水量。【结果】①水稻生育期内,地下水埋深先浅后深,其中,分蘖期、拔节孕穗期和抽穗开花期耗水量大,灌溉和降雨较多,地下水埋深较浅;②构建了3种降水年型下ET与GD、I的多元回归方程,综合考虑了水稻需水量与地下水埋深、生育期灌水量之间的相关关系,可用于稻田高效耗用水管理和地下水资源持续利用;③为实现东北寒区水稻高产和地下水埋深基本稳定的双重目标,地下水埋深应控制在2.0～2.5 m之间,水稻生育期净灌水量为:枯水年不宜低于现状灌水量,即300 mm;丰水年和平水年净灌水量可适当减少至现状灌水量的0.8倍,即240 mm。【结论】提出了适宜该地区水稻高产的地下水埋深范围及生育期净灌水量,为促进我国东北地区节水增粮,保护湿地生态环境,提高农业用水效率提供了理论依据。     

水肥一体化模式对马铃薯干物质积累及水分利用效率的影响

【目的】探寻适宜于内蒙古阴山北麓地区马铃薯节水高效种植的水肥一体化模式。【方法】采用大田裂区试验,研究了3种灌水量(1 200、2 100、3000 m~3/hm~2)和3种施肥模式(味丹腐殖酸肥、中化大量元素水溶肥、常规NPK肥)组成的9种水肥一体化模式对马铃薯干物质积累及水分利用效率的影响。【结果】较基于腐殖酸肥和大量元素水溶肥施肥模式的水肥一体化模式相比,基于常规NPK配施施肥模式的水肥一体化模式马铃薯全株和块茎干物质快速积累持续时间长、干物质快速积累期间积累速率快,茎、叶、块茎各器官干物质积累量多,茎叶和块茎干重平衡期适期出现,茎叶生长和块茎生长关系协调,产量分别显著增加38.95%～46.93%和35.40%～39.63%,水分利用效率显著提高39.37%～42.96%和33.83%～44.25%。1 200 m~3/hm~2灌水量较2 100、3000 m~3/hm~2灌水量下水分利用效率显著增加27.63%～37.56%、49.62%～57.62%,灌水量对产量影响不显著。【结论】在内蒙古阴山北麓地区相似于本试验条件的马铃薯生产中,推荐使用1 200 m~3/hm~2与常规NPK肥结合的水肥一体化施用模式,既可提高产量,也能节约用水。