西南地区水稻灌溉需水量变化规律

研究作物需水变化规律是制订灌溉计划和水资源规划的重要依据。本文基于西南地区38个气象站点1951—2012年逐日气象观测资料,根据FAO推荐的Penman-Monteith公式计算水稻需水量,并分析了参考作物蒸散量分布及变化趋势、水稻生育期各阶段需水量变异性及灌溉需求指数分布。结果表明:近62年来西南地区参考作物蒸散量随时间变化不明显且随纬度增加而减少,各站点多年平均水稻生育期内参考作物蒸散量占到全年参考作物蒸散量的47.6%;对水稻生育期需水量分析发现,分蘖和抽穗阶段为水稻生长需水关键期,各阶段需水变化均为中等变异;西南地区水稻多年平均需水量、灌溉需水量和灌溉需求指数分别为304.5 mm、76.9 mm和0.24,需求指数分布自西向东呈逐渐增大,但均低于0.5,整体对灌溉依赖程度较低。     

基于CROPWAT模型的阜新地区春玉米灌溉制度的确定

基于辽宁省阜新蒙古族自治县气象站近30年来的气象资料,应用CROPWAT模型对该地区不同降水年型(湿润年、平水年、枯水年和极枯水年)春玉米生长需水规律及灌溉制度进行了研究。结果表明:玉米生长季需水服从生育初期少、中期多、后期偏多的变化规律,需水量为479.5~593.7 mm,阶段需水量在抽穗至灌浆期达到峰值;湿润年玉米生长需水与有效降雨的耦合度最大、平水年次之、枯水年较小和极枯水年最小,对应所需补灌量分别为127.6、175.8、296.5和411.6 mm,灌溉频率依次为3、4、6和8次。研究结果为该区农业水资源的合理利用及春玉米灌溉管理提供了理论依据,可以有效地指导当地农户针对不同降水年份实施适当的灌溉。     

大豆生育期降水量对产量的影响分析

大豆是喜温、短日照作物,同时也是需水较多的作物。大豆的一生要经历出苗、幼苗生长、花芽分化、开花结荚、鼓粒、新种子成熟的全过程。在这一整个过程中,每一时期降水的多少都影响着大豆产量的高低,特别是大豆需水临界期缺水或降水过多,都将严重影响大豆的产量。     

黄土高原地区春小麦对有限灌溉的反应及其生理生态基础

从对黄土高原地区有限灌溉条件下作物生理生态反应的众多研究中得出：（1）水分轻度亏缺时,作物可通过根信号物质ABA调节叶片的气孔导度。非水力根信号作用太强,可因降低光合作用而减少干物质生产和影响干物质分配模式而影响产量和水分利用效率,故削弱非水力根信号的作用将有利于提高产量。（2）浅层根系占根系总量比值越高,对干旱越敏感,表现为根信号能力增强;深层根系所占比例越高,越有利于土壤深层水分利用,并可削弱根信号,同理,给土壤中下层补水或采用播种前灌溉,可因为减少了无效蒸发,且削弱根信号而提高水分利用率。（3）本地区有限灌溉的最佳时期由于降水变率较高而变得较为复杂,不同降水年型,最佳灌溉时期差异很大,对有限灌溉进行科学管理还需要做更多的研究工作。     

有限灌溉条件下冬小麦水分亏缺的灵敏度分析

水分亏缺是干旱、半干旱区作物生产的最主要限制因子。在我国西北半干旱区,随着集水生态农业的发展．实施在作物生育期对其进行关键性的有限灌溉．这就使得更多的土地具有种植价值了。用一个度量作物不同生长阶段水分亏缺的灵敏度指标值λ来确定灌溉关键期。对一个给定的作物．在不同的生长阶段．λ的值是不同的,λ的值越大．生长阶段对水分越灵敏,水分亏缺对产量造成的危害越大,从而越需要保持水分平衡。在西北半干旱区甘肃省定西农业试验站,经过两年冬小麦种植试验,建立了冬小麦产量-耗水量Jensen模型,该模型表明拔节期以后．λ值明显增大．至抽穗期达最大,这说明从拔节期开始．该地冬小麦进入灌溉关键期．抽穗期是灌溉的最关键时期。一个理论方法应用到有限灌溉试验田．确定了灌溉水减少与经济效益的关系,结果表明在作物生育期,一些水分减少是可能的。用Nairizi和Rydzewski的方法计算出的λ值确定出的最大允许水分亏缺是不合理的高,它们计算λ值的方法在半干旱区是不适用的,用我们建立的模型计算出的最大允许水分亏缺比较合理,在效益成本比为1．5时,冬小麦允许的水分亏缺是12．4％．这与大田试验较为接近。     

黑河中游主要农作物灌溉制度优化

科学的灌溉制度是干旱半干旱地区农业生产的重要保障。黑河位于西北干旱区,是我国第二大内陆河,且当地中游农业灌溉和下游生态需水矛盾十分突出。利用DSSAT （Decision Support for Agro-technology Transfer）模型模拟了黑河中游地区玉米、小麦、油菜、马铃薯的生长情况,对比分析了四种作物生育期内需水量变化与当地降水条件、现行灌溉制度之间的差异。通过设置灌溉组合探究了四种作物最适宜的灌溉制度,并计算了优化灌溉制度下的节水潜力。结果表明：DSSAT模型通过参数校正与验证后,对四种作物生长过程模拟性能较好,产量标准化均方根误差（nRMSE）均低于15.0%,决定系数（R²）均达到0.65以上。缺水量模拟结果表明,四种作物生长季平均水分亏缺介于122.5-367.0 mm。通过调整灌溉制度,可使玉米、小麦、油菜、马铃薯的水分利用效率分别提高54.8%、25.0%、18.3%和51.3%,且产量变幅均低于5.0%,实现了高产节水的目的。在研究区实施最优灌溉制度,中游农业灌区每年可以节省8.1×10⁸ m³的水资源量,用于支持下游生态保护。     

基于SPEI指数的近52年青海省农(牧)作物生长季干旱动态格局分析

标准化降水蒸散指数(the standardized precipitation evapotranspiration index,SPEI)是国际上最新发展的适用于气候变暖背景下多时间尺度干旱监测与评估的理想指标。本文利用1961—2012年青海省47个气象站点逐月的平均气温和降水数据,基于SPEI分析了近52年气候变化背景下青海省农作物生长季多时间尺度干旱风险的时空变化特征。结果表明:生长季干旱风险突出,时空差异显著;在气候变化背景下,生长季生育前期干旱化趋势小于需水关键期和全生育期趋势,生长季内干旱有以生育前期干旱为主向需水关键期干旱为主转变的特点。与此同时,干旱发生范围也有明显扩大趋势;在区域平均增暖1.36℃情况下,青海省农作物生长季中度以上干旱风险平均增加了2倍;进一步印证了气候变暖在带来可能收益的同时由于气候变率的增大及水热匹配的不均匀而增加农牧业生产的不稳定性。     

黄土高原降水年内分布差异对旱作果园蒸散特征的影响

天然降水是雨养农业区水文循环的主要驱动因子,在一定程度上决定着土壤水分生态环境,从而影响作物的蒸散特征。本研究通过分析静宁地区历年降水年内分布特征,明确了降水的集中趋势,在2018和2019年田间定位试验基础上,探究土壤水分随降水发生的变化过程以及果园蒸散特征对降水年内分布差异的响应规律。结果表明: 试验区历年降水集中度较高,集中期多分布在7和8月,8月所占比例达75%,且各年降水集中期出现的早晚变化较大。土壤水分对降水的响应主要集中在0～40 cm土层,深层水分只有在大雨量和连续性降水出现时才会发生明显变化。同为丰水年的情况下,2018年降水集中度高,集中期早,时间短,果树日耗水强度呈单峰结构,变幅较大;2019年降水分布均匀,集中期滞后,日耗水强度呈双峰结构,变幅小,大峰靠后。果树最大需水期历时长,2018年大雨的集中分布无法满足后期果树生理需水,果实产量受损,降水利用效率较2019年下降30.2%。黄土高原地区在苹果树幼果生长期往往会出现短暂干旱,影响果实品质,需加强该时段的水分管控。     

高水位区暗管埋设下土壤盐分适时立体调控的生态效应

高水位地区作物生长关键期采用微咸水或咸水灌溉被证明在一定条件下可以起到增产正效应,但同时却存在着土体盐分积累及其对下茬或次年种植影响的生态负效应.为探讨消除或抑制微咸水或咸水灌溉对土壤盐分积累的生态负效应,保证作物种植增产的正效应,本文在河北近滨海高水位盐碱区开展了为期2年的试验研究,探讨了旱季微咸水或咸水灌溉带来的盐分异位积累与离子分布变化特征,分析了雨季关键期暗管适时排盐对土壤盐分的立体调控生态效应.结果表明：旱季咸水灌溉后土壤经历“积盐-脱盐-二次积盐”3个阶段;灌溉初期,1 g·L^-1咸水灌溉处理下0～50 cm土体脱盐,土壤含盐量随土壤深度增加而增加,HCO₃^-含量增加,其他离子含量降低;6与13 g·L^-1咸水灌溉处理下0～50 cm土体积盐,土壤含盐量随土壤深度增加而降低,HCO₃^-含量降低,其他离子含量增加;雨季暗管适时立体调控脱盐效果显著,土壤脱盐率达16.0%～45.7%,同降雨量下,降水分布越集中,脱盐效果越好;周年时间尺度上,咸水灌溉小区土壤积盐量小于对照区;咸水灌溉处理小区冬小麦产量显著高于对照处理,1 g·L^-1 处理高于6与13 g·L^-1处理.     

华北地区冬小麦灌溉制度及其环境效应研究进展

充分利用有限的灌溉水资源确保冬小麦安全生产是华北地区冬小麦稳产高产面临的严峻挑战,解决这一问题的关键在于如何基于环境效应科学地进行灌溉管理。综述了国内外有关冬小麦的灌溉管理制度,即充分灌溉与非充分灌溉管理制度以及冬小麦关键灌溉期的环境效应,在此基础上提出了华北地区冬小麦科学灌溉拟重点关注的研究任务:(1)冬小麦生长发育需水时间与需水量的控制机制研究;(2)冬小麦干旱发生发展过程与致灾临界气象条件研究;(3)气候变化背景下极端干旱事件的冬小麦脆弱性诊断与适应性管理,以为华北地区冬小麦安全生产措施制定提供依据。     

秸秆还田条件下灌水模式对冬小麦产量和水肥利用效率的影响

于2008-2010年,在山西省临汾市尧都区半干旱、半湿润季风气候区,通过大田试验研究了玉米秸秆连续还田条件下灌水模式对冬小麦籽粒产量、干物质转移及水肥利用效率的影响.结果表明:浇越冬水可促进小麦分蘖;浇拔节水可提高分蘖成穗率,增加成穗数;浇孕穗水可促进穗部干物质积累,提高千粒重.浇2水时,推迟第2次浇水时期使叶片干物质转移量和穗粒数增加;浇2水比浇l水的肥料表观利用率高,可促进穗部干物质积累.越冬水灌水量和总灌水量对分蘖、穗部干物质积累的影响较小;拔节期或孕穗期增加灌水量则更有利于养分吸收及干物质积累与转移,提高籽粒水分利用效率,产量构成因素协调,增产效果明显.因此,确保越冬水可实现稳产,在越冬水基础上,拔节期增量灌水(900 m3·hm-2)可满足冬小麦中后期生长发育的需要,提高籽粒水分利用效率,实现节水高产栽培.     

有限灌溉对半干旱区春小麦根系发育的影响

 对半干旱区旱地春小麦(Triticum aestivum)的有限灌溉试验表明,苗期灌溉显著减少春小麦三叶期—抽穗期总根量和根密度,并促使开花期根系的良好更新和下扎,明显提高春小麦水分利用效率和籽粒产量。苗期水分胁迫则导致春小麦生长前期根系过大,影响地上部分的生长并加重土壤水分的亏缺,籽粒产量严重下降。     

石羊河流域武威绿洲春玉米水氮耦合效应

为探讨西北旱区春玉米最佳的水氮耦合模式,在甘肃石羊河流域武威绿洲边缘进行田间正交试验,研究不同生育阶段水量分配及施氮量对春玉米群体产量和水氮利用的影响.结果表明：石羊河流域武威绿洲春玉米籽粒产量随施氮量的增加而增加;施氮量为300 kg·hm^-2、拔节期灌水136 mm时的籽粒产量最大.籽粒灌溉水利用效率随灌水量的增加而降低;全生育期灌水340 mm时增施氮肥可使籽粒产量和籽粒灌溉水利用效率同时提高;施氮量为300 kg·hm^-2、苗期和灌浆期分别灌水34 mm时籽粒灌溉水利用效率最大.各因素对玉米植株全氮累积总量的影响由大到小依次为：施氮量、拔节期灌水、苗期灌水、灌浆期灌水和抽穗期灌水.石羊河流域武威绿洲春玉米水氮耦合最佳模式为：施氮量300 kg·hm^-2,苗期、拔节期、抽穗期和灌浆期分别灌水34、136、68和102 mm.     

Enhancing water use efficiency and grain yield of wheat by optimizing irrigation supply in arid and semi-arid regions of Pakistan

The lack of good irrigation practices and policy reforms in Pakistan triggers major threats to the water and food security of the country. In the future, irrigation will happen under the scarcity of water, as inadequate irrigation water becomes the requirement rather than the exception. The precise application of water with irrigation management is therefore needed. This research evaluated the wheat grain yield and water use efficiency (WUE) under limited irrigation practices in arid and semi-arid regions of Pakistan. DSSAT was used to simulate yield and assess alternative irrigation scheduling based on different levels of irrigation starting from the actual irrigation level up to 65% less irrigation. The findings demonstrated that different levels of irrigation had substantial effects on wheat grain yield and total water consumption. After comparing the different irrigation levels, the high amount of actual irrigation level in semi-arid sites decreased the WUE and wheat grain yield. However, the arid site (Site-1) showed the highest wheat grain yield 2394 kg ha^?1 and WUE 5.9 kg^?3 on actual irrigation (T₁), and with the reduction of water, wheat grain yield decreased continuously. The optimal irrigation level was attained on semi-arid (site-2) with 50% (T₁₁) less water where the wheat grain yield and WUE were 1925 kg ha^?1 and 4.47 kg^?3 respectively. The best irrigation level was acquired with 40% less water (T₉) on semi-arid (site-3), where wheat grain yield and WUE were 1925 kg ha^?1 and 4.57 kg^?3, respectively. The results demonstrated that reducing the irrigation levels could promote the growth of wheat, resulting in an improved WUE. In crux, significant potential for further improving the efficiency of agricultural water usage in the region relies on effective soil moisture management and efficient use of water.     

温室滴灌条件下土壤水分亏缺对番茄产量及其形成过程的影响

采用小区试验,在温室滴灌条件下研究了不同生育阶段土壤水分状况对番茄果实大小、坐果数、畸形果及产量形成过程的影响,分析了温室滴灌条件下番茄总产量与灌水量的关系.结果表明：番茄苗期适度水分亏缺（田间持水量的50%～55%）可提高坐果率,畸形果形成减少,但果实总体偏小,果实成熟主要集中在采摘后期;开花坐果期过度水分亏缺（田间持水量的65%以下）虽可促进果实成熟,但降低了坐果数,易形成小果和畸形果;采摘期水分过高（田间持水量的80%以上）或过低（田间持水量的65%以下）均可降低番茄产量,水分亏缺（田间持水量的65%以下）则使坐果数降低、畸形果增加.各水分处理对果实成熟时间无明显影响;温室番茄总产量、灌溉水利用效率与全生育期灌水总量之间均呈二次抛物线关系;当番茄土壤水分（占田间持水量的百分比）下限控制在苗期60%～65%、开花坐果期70%～75%、成熟采摘期70%～75%时,番茄畸形果形成量减少,产量及坐果率较高,可作为滴灌条件下温室番茄适宜的土壤水分控制指标.     

滨海半干旱地区海水灌溉对土壤安全和作物产量的影响

2001至2003年,连续3a在山东莱州地区布置田间试验,研究海水灌溉对土壤安全和作物产量的影响。试验共设4个处理,即CK(未灌溉处理)、25%、50%、75%的海水灌溉处理。结果表明:未灌溉处理土壤中的总盐量呈明显积累趋势,2003年较2001年增加了1.3倍;25%和50%的海水灌溉处理,2001年土壤盐分明显积累,此后两年有逐年脱除的趋势。2003与2001年相比,脱盐率分别达到34.9%和41.0%。连续3a海水灌溉后,除CK外,各处理耕层中的盐分较为稳定,且处于较低水平;CK和50%的海水灌溉处理,60~100cm的土层中的盐分明显积盐,而其它处理均未表现出积盐趋势。25%的海水灌溉处理土壤钠吸附比明显高于50%、75%的海水灌溉处理,但仍然未达到10mmol/L。2001和2002年,25%和50%的海水灌溉处理,较未灌溉处理增产效应显著。因此,25%和50%的海水灌溉耐盐作物菊芋,能够保证土壤安全和作物高产高效。     

微喷灌水氮一体化对冬小麦生长发育和水肥利用效率的影响

在等灌水量和施氮量下,探索小麦-玉米一年两熟轮作区玉米秸秆还田后冬小麦生育期微喷灌水氮一体化模式对冬小麦生长发育和水肥利用效率的影响。2016—2018年通过2年田间大区试验,在生育期设6种微喷灌水氮一体化模式,其中,灌水设W₁(越冬水+拔节水+灌浆水,各灌600 m³·hm^-2)、W₂(越冬水+返青水+拔节水+灌浆水,各灌450 m³·hm^-2)和W₃(越冬水、拔节水各灌600 m³·hm^-2,返青水、灌浆水各灌300 m³·hm^-2)3种模式;施氮设N₁(基施氮60%+随拔节水追氮40%)和N₂(基施氮60%+随拔节水追氮30%+随灌浆水追氮10%)2种模式,以W₁下不施肥为对照(CK),共7个处理,调查群体动态、灌浆期干物质积累转移和成熟期养分积累规律。结果表明: 1)越冬水灌水量由450 m³·hm^-2增至600 m³·hm^-2,有利于越冬期植株总茎数和成穗数的增加而增产,灌返青水拔节期总茎数增加,对成穗数影响较小;拔节期施氮越多,单株茎数增加越多,但成穗数降低。2)生育期灌4水(W₂和W₃),配合拔节期和灌浆期分次水氮一体化(N₂),有利于灌浆期总干物质积累、穗粒数和千粒重增加而增产。3)灌4水处理比灌3水处理生育期耗水量和氮、磷、钾素吸收量增加,水肥利用效率提高。灌4水处理(W₂和W₃)中N₂的生育期耗水量低于N₁,氮、磷、钾素吸收量高于N₁,灌水和氮磷钾利用率显著提高,以W₃N₂效果最好。因此,W₃N₂处理,即玉米秸秆还田后播种冬小麦,微喷灌生育期灌4水,越冬水和拔节水灌水量增加到600 m³·hm^-2,配合拔节水和灌浆水追施氮肥,使冬小麦成穗数和千粒重增加而增产,且水肥利用效率最高,是山西南部冬小麦微喷灌水肥一体化高产高效最佳水氮管理模式。     

基于DSSAT模型对豫北地区夏玉米灌溉制度的优化模拟

合理的灌溉制度是提高农业水资源利用效率、保证夏玉米高产稳产的前提。采用农业技术转化决策系统(DSSAT,Decision Support System for Agrotechno1ogy Transfer)探究了河南省北部地区夏玉米不同降水年型下的最优灌溉制度。经过参数的校正和验证,归一化均方根误差(nRMSE)、均方根误差(RMSE)和一致性指数(d)均表现出模拟值与实测值的吻合度很好,DSSAT-maize模型可以准确模拟夏玉米物候期、地上部分生物量、产量和土壤水分状况。然后基于模型模拟了不同灌溉处理下的夏玉米生产潜力,从而评估夏玉米缺水量,并对比分析不同生育时期灌水对产量的影响确定最优灌溉时期,综合考虑产量和水分利用效率确定最优灌溉制度。结果表明:夏玉米生长季的缺水量年际间差异显著,多年平均值为38.91 mm,波动范围为0—193.03 mm。在丰水年,不需要灌溉;在平水年,开花期灌水30 mm;在枯水年,开花期和灌浆期灌水50 mm;在特别干旱年,苗期、拔节期和开花期至少灌水180 mm。优化的灌溉制度下丰水年、平水年和枯水年的WUE达到最高且产量分别占其最高产量的100%、99.72%和97.89%,实现了作物高产节水协同提高的目标。     

苗期刈割伤害对春小麦生长及产量的影响

通过1996年大田试验研究了黄土高原半干旱区春小麦苗期（三叶－心期）受到不同强度刈割伤害（模拟动物的采食）后的补偿作用,结果,在大田试验条件下,受轻度刈割（刈割一半叶面积,H0,H1）,春小麦的补偿效应大于受重度刈割（刈割全部叶面积T0,T1）春小麦的补偿效应,且都低于未受刈割处理（对照,CK0,CK1）,即CK0＞H0＞T0;CK1＞H1＞T1,刈割处理后,灌溉一次水（CK1,H1,T1）虽可增强其补偿能力,促进小麦的生长,但仍为低补偿。     

浅埋滴灌水肥耦合对辽西半干旱区春玉米产量的影响

为揭示辽西半干旱区浅埋滴灌水肥耦合春玉米的产量效应,采用水、氮、钾三因子五水平二次回归正交设计,于2017—2018年开展了田间试验。研究以产量(Y)为因变量,以灌溉量(W)、施氮量(N)、施钾量(K)为自变量,建立二次回归模型,分析Y与W、N、K之间的耦合关系。结果表明: 浅埋滴灌水肥耦合对产量有显著影响。W、N、K单因子对Y的提高均有促进作用,影响程度为W>N>K;二因子交互作用对产量的影响呈先提高后降低的变化趋势,交互作用的大小顺序为WN>WK>NK;三因子耦合产量效应表现为丰水丰氮丰钾配合处理最高,高水高氮高钾次之,低水低氮低钾最低。利用模型寻优,得到较高产量8000～8810 kg·hm^-2的浅埋滴灌适宜水肥配比范围,即在自然降雨条件下,灌溉量43～61 mm、施氮量138～343 kg·hm^-2、施钾量79～163 kg·hm^-2。研究结果可为北方半干旱区浅埋滴灌水肥一体化种植模式的应用推广提供依据。