鲁西北平原冬小麦和夏玉米耗水量的实验研究

利用中国科学院禹城综合试验站的大型称重式蒸渗仪近10年的观测资料和降水资料,分析了冬小麦和夏玉米的耗水特性、作物耗水量与同期降水量的关系、作物年耗水量与降水量之间的关系和作物生长期凝结水与同期降水量的关系。分析结果表明:1冬小麦生长期平均耗水量为450mm左右,同期降水量占作物耗水量的35%左右;2夏玉米生长期平均耗水量为350mm左右,同期降水量占作物耗水量的80%左右;3作物年耗水量平均为800mm左右,而同期降水量为500～600mm左右,需多次灌溉;4作物生长期凝结水所占同期降水量的比率相当可观,在水量平衡中占有一定的作用。上述成果可供本区区域作物耗水量计算时参照使用。     

运城市主要粮食作物灌溉需水量时空变化研究

明确运城市主要粮食作物冬小麦和夏玉米灌溉需水量的时空变化规律,为未来该市灌溉用水的科学配置提供基本参数。基于运城市域内13个气象站点的长期观测资料,利用Penman-Monteith公式确定参考作物蒸散量,结合有效降雨量和作物系数等参数,计算分析了运城市近50 a冬小麦与夏玉米的灌溉需水量及其时空变化特征。结果表明：在研究时段内,冬小麦和夏玉米年灌溉需水量整体均呈现波动式降低的变化趋势,整体降低幅度分别为-0.7和-2.1 mm/(10 a)。冬小麦在4月和5月的灌溉需水量较多,分别为80.5 mm和108.4 mm;夏玉米则为8月份的灌溉需水量最大,约为85.3 mm。冬小麦和夏玉米全生育期的平均灌溉需水量都呈现从东向西逐渐递增的趋势,冬小麦灌溉需水量的变化范围处于283.6～336.8 mm,夏玉米则为165.4～253.9 mm。相关分析结果表明,水汽压差与太阳辐射对运城市冬小麦和夏玉米灌溉需水量的影响较大。运城市冬小麦与夏玉米灌溉需水量在时间上呈波动降低趋势,在空间上则由东向西逐步递增;气温与降水的变化趋势显示运城市的气候正在朝暖湿化方向发展,未来灌溉方案的制定与优化应当予以充...     

不同灌溉条件对黄河下游引黄灌区作物水分关系的影响

在田间试验验证的基础上,利用SWAT2000模型对黄河下游引黄灌区冬小麦、夏玉米在不同灌溉条件下产量、耗水量以及水分利用效率等的时空变化进行了模拟,结果表明,冬小麦缺水情况比较严重,夏玉米生育期降水量基本能满足其耗水量的需求.灌溉对提高作物产量以及耗水量有很大的影响,然而随着灌水量的增加,作物产量以及耗水量增加的幅度并...     

作物节水灌溉需水规律研究

基于节水灌溉条件下作物需水量试验资料,分析了控制灌溉和覆膜旱作节水灌溉的水稻需水规律以及节水高效灌溉模式下冬小麦、夏玉米和棉花作物的需水规律。结果表明,节水灌溉模式通过对水稻、冬小麦、夏玉米和棉花等作物产生的生长调控作用与补偿生长效应,使植株蒸腾量和棵间蒸发量较大幅度减少,各阶段需水量、需水强度和需水模系数均发生显著变化,形成了节水灌溉模式的主要农作物新的需水规律。可为节水灌溉制度的制定、节水型灌区动态配水及灌溉预报等提供科学依据。     

关中地区气候变化对主要作物需水量影响的研究

用关中地区30个气象站41年气象资料,探讨了关中地区主要作物冬小麦和夏玉米需水量与相应生育期内气候因子的变化趋势,分析了气候变化对作物需水量的影响。结果表明:关中地区冬小麦需水量无一致变化趋势,净灌溉需水量(NIWR)呈增加趋势;夏玉米需水量呈不显著减少趋势,净灌溉需水量无一致变化趋势。气象因子影响顺序为,冬小麦:相对湿度>最高气温>日照时数>降水量>平均气温>风速,夏玉米:日照时数>相对湿度>最高气温>平均气温>降水量>风速。日照时数和风速引起冬小麦需水量的降低趋势在很大程度上抵消了相对湿度和最高气温引起的冬小麦需水量的升高趋势,而冬小麦生育期降水的减少是造成冬小麦净灌溉需水量增加的主要原因;风速和日照时数的降低趋势是导致夏玉米需水量减少的主要原因。关中地区秋冬春季向暖干发展,夏季除风速显著降低外,其它气象因子变化不大。     

冀中平原冬小麦—夏玉米一体化节水栽培技术

实验表明：冬小麦的灌水量直接影响下茬玉米的土壤水分；冬小麦耗水量与产量、冬小麦力。夏玉米的总耗水量与产量均呈抛物线关系。因而减少非关键生育期的灌水对产量影响不大。根据天然降水分布规律，选用全生育期９０天左右的玉米杂交种，６月２０日以前播种，８月上旬抽雄，使主要需水期与降水高峰相吻合，尽量减少夏玉米的灌水。通过作物干旱胁迫试验，找到作物不同生育期的减产系数，为制定节水型灌溉制度提供依据；通过对土壤水分的观测发现，在作物播前、收后土壤内均有部分速效水，充分利用土壤水是节水栽培技术的重要措施之一。     

河南省三义寨灌区主要农作物需水量动态预报

根据三义寨灌区惠北水利科学试验站2000—2014年作物需水量试验资料及气象观测资料,结合灌区土壤墒情、地下水埋深、作物种植结构等资料,以灌区主要农作物小麦、棉花和玉米为主要研究对象,分析了灌区内主要农作物需水量与气象因子的相关关系,借助Origin 8.1软件建立了冬小麦、夏棉花、夏玉米日尺度的灌溉需水量经验模型,分析计算了三义寨灌区的作物需水量,并实现了对主要农作物需水量趋势分析。     

灌水对冬小麦耗水量和产量影响的试验研究

2006年10月~2008年5月在山西省运城灌溉试验站进行了两年的冬小麦需水量和灌溉制度试验研究。结果表明,冬小麦的耗水规律为播种~越冬阶段0.48~1.11 mm/d;越冬~返青阶段0.14~1.07 mm/d;返青~拔节阶段0.69~2.10 mm/d;拔节~抽穗阶段2.02~4.27 mm/d;抽穗~灌浆阶段达到最大值3.57~8.62 mm/d;灌浆~收获阶段1.63~3.85 mm/d。冬小麦耗水量与产量呈抛物线关系,为了取得高产和较高的水分利用率,全生育期的耗水量应在380~440 mm之间。在当地气候、土壤及栽培模式下,冬小麦的灌溉制度为全生育期灌水3次,灌水定额60~80 mm,灌溉定额180~240 mm。     

不同灌水方式根层土壤水分动态及耗水规律试验研究

通过冬小麦、夏玉米周年连作种植试验,观测不同灌水方式根层土壤水分的动态变化,揭示了不同灌水方式和土层深度土壤含水率的变化规律,建立不同时期、不同土层的土壤水含量变化曲线,进而研究出冬小麦、夏玉米不同生育阶段的耗水规律。结果表明:夏玉米生育期土壤含水量波动较冬小麦频繁,周年内,水分处理越高,土壤含水量波动越大,0~20cm土层内土壤含水率波动频率大,且波动幅度也较大,随着土层加深,土壤含水量波动减小;两种作物都是拔节期到灌浆期耗水量最大,约占全生育期耗水量的45%~50%;与传统畦灌模式相比,沟灌各水分处理的耗水量减少38.15~44.13mm,水分利用效率提高9.17%~22.73%。其中L-70处理的产量较高,耗水量适度,水分生产效率最高,小麦、玉米分别平均达到1.84、1.81kg/m3,满足节水高产的宗旨。     

基于大型蒸渗仪的1年2作滴灌小麦-玉米耗水特征

利用大型称质量式蒸渗仪,分析了滴灌条件下小麦-复玉米蒸散耗水过程。结果表明,中等灌水条件下,滴灌小麦-玉米蒸散耗水总量为777.93mm,其中小麦耗水占45.8%,玉米耗水占54.2%,小麦拔节期和抽穗期耗水量为188.03mm,占1年2作耗水总量的24.2%,玉米拔节期和抽雄期耗水量为235.42mm,占1年2作耗水总量的30.26%;1年2作滴灌小麦-玉米全生育期平均耗水强度为4.25mm/d,其中小麦、复播玉米平均耗水强度分别为3.93、4.57mm/d。不同天气状况下玉米蒸散耗水强度的差异大于小麦,玉米蒸散日变化具有明显"午休"现象。滴灌小麦-玉米受各气象因子的影响不同,春小麦和夏玉米蒸散强度与各气象因子的相关性分别表现为净辐射相对湿度30cm土壤水分总辐射光合辐射日平均气温风速和相对湿度光合辐射净辐射30cm土壤水分总辐射风速日平均气温。     

基于田间实际耗水的作物生产水足迹

为了衡量田间尺度粮食生产对资源的真实利用,基于水足迹及作物耗水理论,提出基于作物实际耗水的农作物生产水足迹计算方法,并以陕西关中的小麦、玉米为研究对象,对1998,2005及2010年的生产水足迹进行了计算.结果显示：同一年份同一作物不同地区间耗水量具有较大差异,同时,关中地区3个代表年份平均小麦、玉米耗水量分别比需水量小16.2%和12.4%;小麦、玉米生产水足迹有减小趋势,代表年平均值分别为0.96,0.77 m^3/kg;各地区小麦虚拟水中蓝水比例在10%-40%,玉米则在20%-50%范围内变化,且年际、地区间的蓝水占有比例均无明显变化趋势;3个代表年小麦、玉米的总水足迹之和分别为70.1,59.8及60.7亿m3,均大于当地的水资源总量,其中蓝水所占比例均值为29.1%.基于作物实际耗水的作物生产水足迹的计算对基于水足迹和虚拟水贸易的科学研究及政策制定均有重要意义.     

基于GIS的再生水利用对地下水位影响的研究

基于ArcGIS9.3应用软件,系统分析了北京市大兴区地下水时空变化规律及蓄变特征,比较了不同区域地下埋深的变化。结果表明:大兴区的地下水埋深程逐年加大趋势,地下水储量逐年减少;2002年开始大量利用再生水以后,大兴区南红门再生水灌区的地下水位下降速度小于灌区以外的区域。     

基于DNDC模型的北京市大兴区冬小麦农业用水效率

为了阐明大兴区冬小麦农业用水效率时空变化趋势, 基于近10 a大兴区冬小麦产量统计值和遥感ET值, 构建了冬小麦脱氮-分解作用模型(DNDC模型), 验证了DNDC模型在区域冬小麦水分生产率方面的适用性.结果表明:点位模拟与验证中,冬小麦产量和ET值模拟效果较好,相对误差均小于4.20%,作物水分生产率WP点位模拟值分别为1.91和1.75 kg/m³.区域模拟与验证中,不同土壤区冬小麦产量及ET不尽相同,但总体趋势保持一致,产量随降雨量变化较大,2008年产量达到最大.2007-2016年产量统计平均值为5 227 kg/hm²,产量模拟平均值为4 845 kg/hm²;同期区域冬小麦ET模拟平均值为381.74 mm,遥感平均值为392.66 mm,产量和ET平均相对误差小于13%.2007-2016年WP模拟值为1.10~1.62 kg/m³,平均值为1.27 kg/m³,统计值为1.15~1.62 kg/m³,统计平均值为1.34 kg/m³.     

河北省主要农作物水足迹与耗水结构分析

【目的】调整区域农业种植结构,合理利用区域农业水资源。【方法】基于水足迹理论框架分析了1957—2015年河北省14种农作物的水足迹及其历史变化趋势,通过核算农作物耗水率和单位水价值2个指标,划分了主要农作物的耗水结构。【结果】河北省主要农作物年均总水足迹为434.4亿m~3,其中蓝水、绿水和灰水分别占44%、42%和14%;总水足迹、绿水足迹及灰水足迹均呈逐年增加趋势;而蓝水足迹变化趋势不明显。冬小麦、夏玉米、水果与蔬菜为主要耗水作物。棉花和芝麻耗水率最高,为典型的高耗水作物。甜菜、蔬菜和水果的单位水价值最高,且耗水结构最优。【结论】河北省可进一步控制棉花和芝麻的种植规模,在不造成水压力的前提下,适度扩大蔬菜和水果的种植规模。     

灌区节水潜力估算的方法及应用

从作物需水量出发 ,考虑有效降水、地下水、输水损失、田间损失、无效蒸腾等因素后 ,构造了一个理论节水潜力的计算公式 ,继而利用一个调节因子 ,求得实际节水潜力     

河南省冬小麦各生育期水分亏缺的空间分布及降水量突变检验

为探明河南省冬小麦不同生育阶段缺水量情况,将其冬小麦生育阶段划分为生育前期(播种—三叶期)、分蘖—越冬期、返青—成熟期,根据河南省20个基准气象站点1951—2013年旬值气象资料,利用CROPWAT模型计算了冬小麦不同生育阶段有效降水量,用P-M公式计算了冬小麦需水量,进而得到了冬小麦缺水量;利用Arc GIS10.0绘制了有效降水量、需水量、缺水量空间分布图,并分析了其空间变异性;利用Mann-Kendall非参数秩次相关检验法分析了冬小麦各生育阶段降水量时间序列变化趋势。结果表明,(1)不同生育阶段有效降水量整体呈由东南向西北递减趋势,部分地区略高于周边地区;不同生育阶段冬小麦需水量整体呈由西北向东南递减趋势,分蘖—越冬期降水量分布无明显规律;不同生育阶段缺水量整体呈由西北向东南递减趋势,部分地区略低于周边地区;(2)冬小麦全生育期、生育前期、分蘖—越冬期、返青—成熟期多年平均有效降水量分别为201.80、25.04、45.91、130.85 mm,多年平均需水量分别为432.52、39.23、104.22、289.07 mm,多年分别平均缺水量分别为230.72、14.19、58.31、158.22 mm;(3)Mann-Kendall检验结果表明,冬小麦全生育期降水量随时间整体呈降低趋势;而生育前期降水量则整体呈升高趋势;分蘖—越冬期降水量整体呈降低趋势;返青—成熟期降水量整体呈降低趋势,期间各生育阶段降水量亦随UF曲线变化而变化。故河南省冬小麦返青—成熟期缺水量较多,西北部安阳、新乡等地缺水量严重,南部驻马店、信阳等地水分充足;除生育前期外,各生育期降水量随时间整体呈下降趋势。     

灌区自然供水条件下的水资源短缺风险模型及应用

以河南省陆浑灌区1970—2013年的年降水量和年参考作物腾发量为基础,运用Frank Copula函数构建了灌区自然供水条件下的水资源短缺风险模型,并对灌区自然供水条件下的水资源供需联合分布和组合遭遇概率进行了分析。结果表明,Frank Copula函数能较好地模拟降水量与ET_0之间的相依关系,所构建的联合分布模型能很好地描述降水量与ET_0的联合概率分布特性;不同量级年降水量和年ET_0的2类联合分布概率可通过该模型进行耦合量化。     

气候变化对区域农业灌溉用水影响分析

从气候变化对区域灌溉用水影响机理入手,利用区域经济发展、灌溉用水、种植结构等因素之间动态反馈关系,采用系统动力学建模方法,构建了气候变化背景下灌溉用水响应模型,分析了未来不同气候情景下宝鸡峡灌区灌溉用水的变化过程。结果表明,随着未来气温升高趋势的增加,灌溉用水亦呈明显升高趋势,不同情景稍有差异,但差别不大,而不同作物间差异较大。以B1情景为例,温度升高1℃,灌区内灌溉净需水量约增加12050×104m3,毛需水量约增加20080×104m3,灌区内小麦单位面积约增加需水量28m3/亩;玉米约增加8m3/亩,这可能与冬小麦和夏玉米生育期的变化有关,应进一步加强研究。     

毛乌素沙地饲草料作物土壤水动态

对节水灌溉条件下的紫花苜蓿、饲料玉米和青贮玉米需水量进行了试验研究，分析了不同灌溉水平下3种饲草料作物的土壤水动态和需水规律。结果表明，土壤水动态主要受降雨、灌溉和地下水埋深的影响。紫花苜蓿需水高峰值出现在6月下旬至8月中下旬，其需水强度最大可达9.0mm/d，阶段需水模系数最大可达41.2%；饲料玉米和青贮玉米需水高峰值出现在7月下旬至8月上旬，其需水强度分别为11.40mm/d和11.3mm/d，阶段需水模系数最大可达45.2%和44.9%,成果为节水灌溉制度的制定和灌溉预报等提供了科学依据。     

华北小麦-玉米轮作净灌溉需水量变化趋势——以大兴区为例

【目的】开展不同时间序列华北小麦-玉米轮作净灌溉需水量变化趋势研究,为未来农业用水规划提供决策参考。【方法】采用Mann-Kendall非参数检验法分析了近60 a(1961―2017年)与近30 a(1988―2017年)小麦-玉米轮作的作物需水量、有效降水量、净灌溉需水量的变化趋势。【结果】不同时间序列小麦-玉米轮作的作物需水量、有效降水量及净灌溉需水量的变化趋势存在较大差异,1961―2017年小麦-玉米轮作作物需水量与有效降水量整体呈显著增加趋势,变化倾向率分别为5.3、7.8 mm/10 a;而净灌溉需水量呈不显著减少趋势,变化倾向率为-2.5 mm/10 a。1988―2017年小麦-玉米轮作作物需水量整体呈显著增加趋势,变化倾向率为11.0 mm/10 a;有效降水量整体呈显著减少趋势,变化倾向率为-7.3 mm/10 a;净灌溉需水量整体呈显著增加趋势,变化倾向率为18.3 mm/10 a。【结论】1961―2017年小麦-玉米轮作的净灌溉需水量减少,主要是平均风速与日照时间减少所致;而1988―2017年小麦-玉米轮作净灌溉需水量增加,主要是气温升高与相对湿度减少所致,且序列越短其变化趋势越显著。因而在进行灌溉用水规划时,合理选择序列长度尤为重要。