雄安新区上游农业种植结构及需水时空演变

本文利用作物模型模拟小麦、玉米灌溉需水量,结合蒸发皿法估算蔬菜、果树等其他作物需水量,回溯雄安新区上游1986-2015年农业种植结构及农业需水的时空演变趋势,摸清不同作物的需水量比例及时间变化,并推算了消除降水年际波动的1970-2015年农作物灌溉需水量,探讨单纯人类活动下的农业需水量变化趋势。结果表明,1986-2015年,研究区作物播种总面积总体呈上升趋势,耕地面积多年平均84.9万hm²,有效灌溉面积平均71.3万hm²,占总耕地面积的84%。其中小麦播种面积稍有下降,玉米、蔬菜播种面积显著增加,果树种植比例在山区增加、平原区减少。研究区多年平均灌溉需水量22.52×10⁸ m³,小麦、玉米、蔬菜、果树和其他作物分别占灌溉需水总量的58.6%、12.6%、5.8%、16.3%和6.7%,受播种面积增加影响,1970-2015年,蔬菜和果树需水显著上升。从空间上来看,灌溉需水总量在上游山区上升显著,而在平原区表现为下降;排除降水的年际波动后,研究区作物需水自1970年以来一直呈上升趋势,进入20世纪80年代中期,虽然整体上升减缓,但随农业播种总面积增加和蔬菜、水果需水增加影响,需水量整体呈缓慢上升趋势。因此,控制上游农业用水,种植低耗水作物、减少耗水作物的种植面积,是恢复雄安新区清水产流的关键。     

气候变暖对甘肃省不同气候类型区主要作物需水量的影响

作物需水量是农田水分循环系统中最重要的因素之一。在未来温度上升1~4 ℃的情景下, 研究了气候变暖对我国甘肃省不同气候类型区主要作物需水量的影响。结果表明, 气候变暖对不同作物需水量的影响程度不同。其中对冬小麦需水量的影响最大, 对玉米和春小麦次之。当生长期内温度上升1~4 ℃时, 冬小麦需水量将增加3.05%~12.90%, 相当于13.2~81.2 mm; 玉米需水量将增加2.49%~10.80%, 相当于9.9~60.6 mm;春小麦需水量将增加2.74%~11.69%, 相当于6.7~40.0 mm。气候变暖对作物需水量的影响存在一定地域性差异。对干旱区的作物需水量影响最大, 半干旱区次之, 其次是半湿润区, 对湿润区影响不大。根据甘肃省目前的种植结构, 据此估算, 当温度上升1~4 ℃时, 将使甘肃省冬小麦的灌溉需水量增加12.43×10⁸ m³、13.02×10⁸ m³、13.74×10⁸ m³ 和14.65×10⁸ m³, 玉米的灌溉需水量增加7.94×10⁸ m³、8.32×10⁸ m³、8.78×10⁸ m³ 和9.30×10⁸ m³, 春小麦的灌溉需水量增加4.97×10⁸ m³、5.16×10⁸ m³、5.42×10⁸ m³ 和5.76×10⁸ m³。     

辽宁主要粮食作物生长季需水与降水耦合度分析

以辽宁省1957−2017年逐日气象数据和研究区作物系数为基础，基于SIMETAW模型计算和分析辽宁主要粮食作物（春玉米、大豆和水稻）需水规律和降水对作物需水的满足程度，以揭示气候变化对该区域粮食作物需水的影响，探究自然降水对主要粮食作物需水的满足程度及其时空变化特征。结果表明：辽宁春玉米、大豆和水稻全生长季需水量多年平均值分别为511.8mm、509.4mm和605.1mm，均呈不显著下降趋势。春玉米和大豆全生长季需水与降水耦合度多年平均值分别为0.821和0.814，即降水分别满足了82.1%和81.4%的需水量，亏缺的17.9%和18.6%仍需播前灌溉或补灌，尤其在西部地区耦合度大于0.8的保证率仅为28.2%和21.1%。水稻全生长季耦合度为0.464，耦合度大于0.4的保证率全省仅为69.1%，西部地区保证率低至36.8%。辽宁4个分区中，3种作物均在东部地区耦合度最大，中部、南部和西部次之。3种作物各生长阶段耦合度呈现生长中期最高，快速生长期次之，初期和成熟期普遍最低。春玉米和大豆生长初期需水与降水耦合度近年来显著上升，3种作物成熟期耦合度则呈显著下降趋势。辽宁省主要粮食作物均需注意春旱和秋旱的发生，及时补充灌溉。在目前降水条件下，辽宁省最适宜种植春玉米，尤其水资源匮乏的西部地区，根据实际情况可适当扩大春玉米种植规模。大豆最适宜在辽宁东部和中部地区种植，水稻在东部和南部地区种植最为适宜。     

华北平原种植结构变化对农业需水的影响

不同种植结构下的农田需水研究是调整农业种植结构、制定切实可行的区域灌溉方案的重要依据。为了定量估算华北平原种植结构变化对农业需水的影响,本文基于MODIS NDVI数据和TM/ETM遥感影像提取了2002年和2012年华北平原主要作物类型及其种植面积,同时基于作物系数法计算了华北平原7种主要作物需水量,分析了华北平原种植结构变化对作物需水的影响。结果表明:2002—2012年,主要作物种植面积减少60.7万hm~2。其中,种植面积明显减少的作物分别为冬小麦-夏玉米(-43.18万hm~2)、棉花(-32.43万hm~2)、水稻(-9.3万hm~2)和春玉米(-4.9万hm~2),种植面积增加的作物主要是林果(+16.61万hm~2)和蔬菜(+12.6万hm~2)。2002—2012年,华北平原主要作物的总需水量从742.7亿m~3下降至695.5亿m~3,共下降6.37%。其中,需水量减少的作物类型为冬小麦-夏玉米(-35.41亿m~3)、棉花(-24.31亿m~3)、水稻(-7.48亿m~3)和春玉米(-2.1亿m~3),需水量增加的为林果(+11.24亿m~3)和蔬菜(+10.71亿m~3)。从空间分布来看,华北平原作物需水量整体呈减少趋势,仅在河北平原、鲁西北以及滨海平原靠近城市周边的区域呈增加趋势,其中滨海平原需水增加量最大。华北平原由于作物种植面积减小引起的作物需水减少量达44.7亿m~3;由作物种植结构调整引起的作物需水减少量为2.5亿m~3。种植规模的减小是华北平原作物需水量减少的主要原因。     

河北省近35年农作物需水量变化趋势分析

根据联合国粮农组织(FAO)推荐的参考作物蒸散计算方法和相关作物系数,利用河北省84个地面气象站的资料,计算了河北省主要作物冬小麦和玉米近35年(1965～1999年)的需水量和缺水量,并分析了其变化趋势.结果表明:河北省主要作物冬小麦和玉米的需水量在近35年呈减少趋势,每10年下降量冬小麦全省平均26 mm,其中中南部地区28 mm,东部地区15mm;夏玉米全省平均9.7 mm,其中南部地区9.4 mm,中部地区10.2mm;春玉米全省平均9.9mm,其中东部地区8.8 mm,北部地区10.5 mm.全省和各区域作物需水量变化均通过0.05信度的显著性检验.不同作物缺水量不同,其中冬小麦最多,全省平均345 mm,夏玉米20 mm,春玉米29 mm;虽然不同作物均表现出缺水增加的趋势,但不显著.     

中国主要作物灌溉需水量空间分布特征

作物需水量和灌溉需水量的时空分布是科学地制定不同地区灌溉用水定额的依据。该文基于全国范围200多个气象站近30 a逐日的气象资料和不同地区作物生育阶段的调查统计资料,采用FAO推荐的Penman-Monteith方法和作物系数法,计算了30种作物的需水量和净灌溉需水量,并用各地灌溉试验站的实测资料进行了检验。利用GIS的空间分析功能,采用反距离加权插值法得到主要作物多年平均作物需水量与净灌溉需水量的等值线图。选择种植面积最广的小麦、玉米、棉花和水稻4种作物,分析其作物需水量与净灌溉需水量的空间分布特征,得到不同地区主要作物的灌溉需求指数。研究表明：中国东北区、长江中下游区、华南区、川渝区和云贵区平均灌溉需求指数小于0.5,作物对灌溉的需求比较低;华北区、蒙宁区和晋陕甘区旱作物30%～50%的需水靠灌溉补充,水稻55%～80%的需水依靠灌溉;新疆地区主要作物的灌溉需求指数均在0.7以上,农业的发展完全依赖于灌溉。     

未来气候变化对中国东北三省玉米需水量的影响预测

为了预测未来气候变化对中国东北三省玉米需水量的影响,该文在对中国东北三省近26 a来玉米生育期内参考作物蒸散量变化及玉米需水量分析的基础上,结合《排放情景特别报告》（Special Report on Emissions Scenarios, SRES）的两种排放情景A2（强调经济发展）和B2（强调可持续发展）预估的未来气候情景,研究探讨了未来气候情景下中国东北三省玉米需水量的变化趋势。结果表明,未来气候变化情景下,东北三省玉米需水量距平百分率大多表现为增加的趋势,最高可增加77.8%,而且不同地理环境及气候差异下,各地空间分布上也不尽相同。A2情景下,到2040年玉米需水量距平百分率平均增加27.2%,到2070年玉米需水量距平百分率平均增加34.5%,到2100年玉米需水量距平百分率平均增加42.9%;B2情景下,到2040年玉米需水量距平百分率平均增加28.6%,到2070年玉米需水量距平百分率平均增加33.3%,到2100年玉米需水量距平百分率平均增加37.3%。可见,未来中国东北三省水资源可能更趋于短缺状况。     

作物地膜覆盖技术适宜性及其在东北春玉米上的应用

为从源头解决地膜覆盖技术泛用、滥用问题,提高作物地膜覆盖技术的合理利用性。研究提出作物地膜覆盖适宜性的概念,将其定义为"地膜覆盖技术对作物自身环境要素需求与所在地提供环境要素差异的补偿程度"。该研究以东北春玉米为例,构建春玉米地膜覆盖适宜性的评价体系,通过数据检索的方式收集东北地区田间试验中春玉米地膜覆盖功能数据,明确作物地膜覆盖与不覆盖农田土壤温度和水分、经济产量相关关系,量化作物地膜覆盖的增温保墒、增产功效,筛选春玉米地膜覆盖技术适宜性评价指标,并计算地膜覆盖技术适宜指数,参照作物需求阈值标准和经济效益,明确东北不同熟期春玉米地膜覆盖种植范围,形成春玉米地膜覆盖综合适宜性区划。东北地区春玉米不同生育阶段地膜覆盖耕作层土壤温度（土壤含水率）与裸地土壤温度（土壤含水率）及产量与≥10 ℃积温存在良好的线性关系（P < 0.01）。基于春玉米地膜覆盖适宜性的评价体系,计算了地膜覆盖适宜指数,完成东北地区春玉米地膜覆盖综合适宜分区。作物地膜覆盖适宜性相关研究可为中国地膜投入量零增长和地膜污染综合防控提供可靠技术支撑。     

中国北方主要旱地作物需水量的计算与分析

论述了作物需水量的概念及其计算模式,根据作物,土壤和气候资料,计算了中国北方主要旱地作物小麦、玉米、谷子、甘薯和马铃薯的作物需水量,并对这些作物的需水规律与作物生长关系进行分析。     

我国北方地区几种主要作物氮营养诊断及追肥推荐研究 Ⅰ.几种主要作物氮磷施用量的研究

通过田间试验研究了春小麦、冬小麦、春玉米和夏玉米四种作物氮、磷施用量。结果表明,随作物和地区不同.各种作物氮肥最适施用量变异很大,其中,冬小麦氮肥最适施用量为100～155.4kghm^-2,春小麦为158.7～187.8kghm^-2,夏玉米为121～228kghm^-2。而磷肥最适施用量变化不大,仅春小麦略有差异,为71.9～94.4kghm^-2。该研究结果为通过快速营养诊断的方法指导作物追肥提供了依据。     

三江平原挠力河流域主要作物水分盈亏时空变化特征

明确中国粮食生产基地主要作物种植条件下的水分盈亏条件,有利于区域灌溉策略制定及保障国家粮食安全。该研究基于MODIS遥感数据和常规气象数据,运用Priestley-Taylor公式以及作物水分盈亏指数,以三江平原腹地的挠力河流域为研究区,揭示2000年以来该流域主要作物(中稻、春小麦和春玉米)的水分盈亏时空变化特征。结果表明:1)挠力河流域潜在蒸散量由2000年的910.25 mm增至2015年的964.04 mm,各作物需水量整体呈现不同幅度的上升态势;2)各作物表现出不同的水分盈亏特点。中稻水分亏缺明显,缺水量由东北向西南递增,天然降水不能满足其水分需求。春小麦水分亏缺程度低,灌溉需求量在空间上变化较小。春玉米多处于轻度缺水状态,且西北部的缺水量小于东南部;3)流域境内的中稻多处于轻旱状态,2000—2015年干旱区持续扩张,面积增长幅度达到143.46%。对于旱作物而言,春小麦的缺水量尚未达到轻旱的标准,而春玉米的轻旱区面积往复变化,2000—2015年间面积减少了79.90%。作物种植结构的快速变化,使得中稻种植区迅速扩张,加剧了该流域的水分亏缺态势,而春小麦和春玉米的种植区变化未对水分盈亏态势造成显著影响。研究可为挠力河流域的农业结构调整与农田灌溉措施制定提供支持。     

固原市主要农作物生育期有效降水与需水量特征

由于干旱地区常年降雨资源匮乏,为提高旱区降雨资源的高效利用及更加精准的掌握该地区主要农作物的水分供需平衡状况。采用美国农业部(USDA)土壤保持局推荐的有效降水量和联合国粮食及农业组织(FAO)推荐的参考作物蒸散量计算方法、线性分析法、Mann-Kendall检验法及小波分析法,研究了固原地区近60年3种主要农作物的有效降雨量及需水量的时空变化趋势。结果表明:(1) 3种作物生育期平均有效降水分布在68.8～177 mm,玉米和马铃薯生育期有效降雨量呈减小趋势,春小麦呈上升趋势,且有效降水周期呈大—小—大的变化规律;(2) 3种作物生育期平均需水量主要分布在233.7～439.3 mm,生育期需水量均呈上升趋势,分别为2.4 mm/10 a, 0.8 mm/10 a, 2.3 mm/10 a,需水量周期也呈"大—小—大"的变化规律;(3)马铃薯、玉米、春小麦的平均水分盈亏指数为-38.0%,-57.5%,-58.7%,玉米和春小麦对灌溉的依赖程度较马铃薯高。综合考虑分析固原地区多年降水和作物需水分布特征的趋势,研究结果可以为该地区3种农作物合理种植及灌溉提供理论依据,同时为发展该地区主...     

等高反坡阶对玉米生长及光合特性的影响

[目的] 探讨坡耕地等高反坡台阶措施对玉米生长及光合特性的影响,为云南省坡耕地作物种植提供科学依据。[方法] 以玉米（云瑞668）为供试材料,采用田间试验,试验设置2个布设有反坡台阶的坡耕地样地（2^#和3^#,CR）及1个未扰动的对照样地（1^#,CK）,通过野外定位监测方法,测定玉米生长相关指标,净光合速率、蒸腾速率、水分利用效率以及作物产量,研究等高反坡阶对玉米生长特征、光合特性的影响。[结果] 等高反坡阶措施对玉米茎粗、穗位高影响不显著。反坡阶坡中地块对玉米株高促进作用最为显著,增幅为27.9%;反坡阶样地玉米叶面积指数显著高于原状坡耕地,LAI最高达5.01~5.78,灌浆期后可维持相对较高的LAI,而CK组LAI范围为3.78~4.79,且下降较快;反坡阶处理下玉米叶片净光合速率（P_n）、气孔导度（G_s）、叶片瞬时水分利用效率（WUE_L）、作物水分利用效率（WUE）均高于坡耕地;玉米产量分别较坡耕地提高了9.6%,13.8%。[结论] 在云南省坡耕地作物种植地区,通过布设等高反坡阶减少水土流失,提高土壤水分,增加土壤贮水量,进而使叶片维持较高的光合作用以及生理状态,为玉米干物质生产奠定了生理基础,提高了作物产量。自然降雨情况下,坡耕地坡度为15°时布设高反坡阶对玉米光合特性、WUE及产量促进作用最佳。     

考虑生态的灌区水资源区间两阶段随机规划模型建立与应用

在传统农业水资源优化配置研究中,往往因经济效益忽视了农业水资源复合生态系统中生态子系统对其他子系统有较大的影响。因此,该文以建三江地区为研究对象,通过概率分布函数和离散区间数的结合,构建区间二阶段随机规划模型,以解决农业水资源优化配置过程中农作物水量配置、生态需水、水质污染治理补偿、来水不确定、经济效益等问题。以2011年建三江地区作物的种植灌溉情况和农用化肥使用情况进行研究分析,得到生态子系统中在来水水平分别为低、中、高时地表水水质治理成本分别为[1 400.24×10~6,2 372.42×10~6]元、[1 033.44×10~6,1 850.26×10~6]元、[526.84×10~6,1 437.95×10~6]元,地下水分别为[253.07×10~6,501.71×10~6]元、[174.13×10~6,308.27×10~6]元、[57.62×10~6,138.54×10~6]元。该模型量化分析农业水资源复合生态系统中影响因素,为决策者提供了合理的决策区间,有效平衡农业水资源子系统与生态子系统之间的关系,为农业水资源合理配置提供了科学的依据。     

三大粮食作物产量潜力与产量差研究进展

产量潜力和产量差的研究对揭示未来粮食增产潜力,有针对性地制定提高作物产量的措施具有重要意义。通过总结近年发表的64篇经典文献,本文总结了世界三大粮食作物小麦、水稻和玉米的产量潜力和产量差的研究进展,并对定量产量潜力和产量差的4种常用方法进行了比较分析。研究表明:1)当前全世界小麦、水稻、玉米的平均产量潜力分别为6.7 t-hm-2、8.1 t-hm-2、11.2 t-hm-2,农户产量分别实现了产量潜力的60%、60%、53%。2)模型模拟是目前定量评估产量潜力最为有效的方法之一,综合使用模型模拟和高产纪录两种方法进行比较分析产量潜力结果会更加可靠;试验产量和高产农户产量一般会低于模型模拟产量潜力,对探索农户短期内增产潜力具有重要意义。3)优化栽培管理措施比如应用土壤-作物综合管理系统等方法是缩小产量差的有效途径。因此,当前三大粮食作物具有较大增产潜力,如何有效缩小产量差、提高作物产量、保证粮食安全是未来需要关注的重点。     

叶面喷硒对不同作物籽粒硒含量及产量的影响

分析了黑龙江省主栽作物(水稻、大豆、玉米和小麦)叶面喷硒的效果。结果表明:原始籽粒含硒量以大豆最高,玉米最低,顺序为大豆小麦水稻玉米;而施入等量的硒后,4种作物籽粒硒含量都有明显的提升,提升幅度与喷硒量呈正相关,其中以小麦和水稻增加最高,大豆次之,玉米最少,且硒含量均在安全补硒值的范围之内。叶面喷硒后作物增产效果不明显。确定了叶面喷硒的浓度范围为11.25~22.50 g·hm~(-2),即可使水稻、大豆、玉米和小麦籽粒中硒含量满足低硒区居民补硒的需要;施硒时期综合比较,水稻的最佳喷硒时期是在扬花后期,玉米的最佳喷硒时期是在抽雄期,大豆是在初花期,小麦是在孕穗期。腐植酸硒降低了高浓度硒对作物的毒害作用,在生产实际中更具有安全性。     

激光平地乳芽直播节水效果的研究

我国水资源严重短缺，农业生态环境急剧恶化。农业是我国的用水大户，约占全国总用水量的72％；水稻生产又是农业生产中的用水大户，在东北地区平均每公顷用水7 500～9 000 m³。故此，研究水稻生产中的节约用水，保护生态环境和节本增效等问题，具有重要的经济和社会效益。该文利用自动控制理论，研究了激光平地机组的结构和工作原理；通过在辽阳市太子河区景尔屯村进行的20 hm²激光平地乳芽直播田间试验，对激光平地的作业效果和泡田过程中的节水、节地效果进行了试验研究，在测试泡田用水量的过程中，利用秒表、乒乓球等设备实时地测试了田块的进水口流量，实践证明此方法成本低，操作简单，测试结果准确可靠。结果表明，激光平地可节约泡田用水21.578％ ，节约土地 0.92％；乳芽直播可节约泡田用水25.888%。