云南省烤烟需水量及灌溉需求指数的时空特征

基于云南省124个农业气象站点1977—2010年逐日气象数据,采用FAO推荐的Penman Monteith公式,计算不同时空条件下云南省烤烟生育期的需水量和灌溉需求指数,分析云南省烤烟需水量和灌溉需求指数的时空特征和变化规律.结果表明： 研究期间,云南省烤烟伸根期、旺长期、成熟期和大田生育期需水量分别为76.73～174.73、247.50～386.64、180.28～258.14和528.18～764.08 mm,以旺长期需水量最高;平均灌溉需求指数分别为-0.02、0.38、0.17和0.26,伸根期有效降雨量可以满足烤烟需求.云南省烤烟需水量呈逐年减少趋势,各生育期需水量气候变化趋势分别为-12.42、-21.46、-7.17和-47.15 mm·(10 a)^-1.各生育期及大田生育期灌溉需求指数最小的地区为德宏,最大的为迪庆;大田生育期灌溉需求指数是负值的3个地区为德宏、西双版纳和普洱.参考作物蒸散量、需水量和有效降水量随纬度的升高而减少,而灌溉需水量和灌溉需求指数却随纬度的升高而加强;有效降水量随海拔的升高而减少,灌溉需水量和灌溉需求指数随海拔的升高而增加.     

华北平原典型农田氮素与水分循环

华北平原近几十年的粮食生产伴随着强烈的地下水开采和化肥投入.高强度的农业活动改变了农田生态系统原有的物质循环和能量过程,同时给地区水土资源乃至粮食安全带来潜在的风险.本文通过对近20年有关华北平原冬小麦-夏玉米典型农田氮素循环、水分循环研究的分析,并结合气象数据及田间试验观测结果,综合计算得到该一年两熟轮作农田生态系统氮水循环的主要通量.在氮素循环方面,华北平原小麦-玉米轮作体系农田每年经由化肥施入的氮素约为523 kg N·hm-2,有机肥施入74 kg N·hm-2,大气沉降23 kg N·hm-2,灌溉水带入12 kg N·hm-2,共632 kg N·hm-2;在主要的氮素输出项中,作物吸收289kg N·hm-2,土壤残留77 kg N·hm-2,淋失到根区外104 kg N·hm-2,氨挥发52 kg N·hm-2,硝化-反硝化过程损失10 kg N·hm-2,共计532 kg N·hm-2.由于各研究案例本身以及综合分析时纳入的不确定性,致使氮素收支并不平衡.在水分循环方面,年平均降水量557 mm,灌溉量340 mm,蒸散约762 mm,根区向下的入渗量约135 mm.鉴于氮水平衡过程的不确定性,应尽快开展多学科并举的大型农田氮水耦合试验研究,揭示氮素与水分在土壤-植物-大气系统的运移转化规律,以及两者相互影响制约的机制和特定生理化学过程的临界点/阈值的确定,以实现水土资源的可持续利用.     

基于系统性策略的灌溉水资源时空优化配置

随着社会、经济的发展以及人口数量的急剧增长,人类对水资源的需求量越来越大.在水资源日益短缺的情况下,科学合理地规划与管理灌溉水资源对提高水分利用率和保障粮食安全具有十分重要的意义.研究人员对此开展了大量卓有成效的工作,但多专注于特定的方面或尺度,深入性很强,系统性、整体性较弱.本文从管理的综合性与技术的集成性出发,提出了用于灌溉水资源时空优化配置的多层次多尺度框架,并阐明了框架内各组成部分的基础理论,以智能算法在各类模型求解中的应用为主线回顾和总结了前人的研究成果.基于系统性策略来研究灌溉水资源优化配置问题,既可以从时间尺度上总体控制灌溉用水总量,也可以从空间尺度上减少灌溉水量的损失,为提升灌区灌溉水资源管理水平,提高水分生产率以保障粮食安全提供科学依据与技术支撑.     

寒地稻田不同灌溉模式下稻株生长与水分消耗利用

为揭示不同灌溉模式下水稻植株生长与水分消耗利用,通过蒸渗仪与田间小区结合的方法,以常规淹灌模式作为对比,研究了三种灌溉模式的水稻植株生长与水分消耗利用。试验结果表明：水稻植株体通过水分的自我调解来适应稻田生态系统变化,灌溉模式对水稻植株各器官的湿基含水率产生显著影响（P<0.05）,控制灌溉模式能够有效地延缓水稻生育后期的根系衰老;作为水分的载体,水稻植株干物质积累量直接影响水稻的耗水量,控制灌溉模式下稻田生态系统的水稻耗水量较间歇灌溉和常规淹灌都有大幅度的降低,而水分利用效率大幅度提高;控制灌溉模式可以通过生长补偿效应来增加后期干物质的积累,从而提高籽粒产量。根据各灌溉模式水稻的腾发量结合实际降雨量,来调控稻田灌溉水量,能够有效地维持SPAC稻田生态系统平衡,保证农业和生态系统的可持续发展。研究结果可为寒地黑土区稻田生态系统水分消耗利用研究提供理论依据和技术支撑。     

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。     

再生水灌溉对黄瓜和西红柿养分元素分布特征及果实品质的影响

通过田间试验,研究再生水不同灌溉处理对黄瓜、西红柿植株各部位养分元素的分布特征及果实品质的影响.结果表明:再生水灌溉对西红柿的生长发育有促进作用,对黄瓜的生长发育有一定的抑制作用.再生水灌溉后,氮具有向植株地上部分运输的特征;钾易于在黄瓜叶片中富集,不易于在西红柿根部富集;钠主要富集在根系中,叶片中的浓度较低,不会对作物造成伤害;对各部位Ca2+、Mg2+、Cl-的分配没有显著影响.再生水灌溉对黄瓜、西红柿品质无显著影响,果实中硝态氮浓度分别增加了5.3%和32.9%,但均低于国家标准限值.     

不同带长微喷带灌溉对土壤水分布与冬小麦耗水特性及产量的影响

于2010-2012年度冬小麦生长季,选用高产冬小麦品种济麦22,采用测墒补灌方式,设置40 m(T₄₀)、60 m(T₆₀)和80 m(T₈₀)3种带长的微喷带灌溉处理,研究不同带长微喷带灌溉对土壤水分分布及冬小麦耗水特性和产量的影响.结果表明： 拔节期和开花期采用微喷带补灌,随微喷带带长缩短,灌溉水在土壤中的水平分布均匀系数显著增加.拔节期补灌,T₄₀和T₆₀处理在距畦首0～40 m范围内各小麦行间的0～200 cm土层土壤含水量均无显著差异;T₈₀处理在距畦首38～40 m、58～60 m和78～80 m处各小麦行间的0～200 cm各土层土壤含水量变化规律一致,均表现为随距微喷带的距离增加而减小.T₄₀处理的小麦在拔节至开花期间和开花至成熟期间分别对40～60 cm和20～80 cm土层土壤贮水的消耗量显著高于T₆₀和T₈₀处理,而对深层土壤贮水消耗量和总土壤贮水消耗量、开花期补灌水量、总灌水量和总耗水量显著低于T₆₀和T₈₀处理.随微喷带带长缩短,小麦籽粒产量、产量水分利用效率显著升高,而流量降低,在灌水量一定的情况下,单位时间内的有效灌溉面积减小.综合考虑小麦籽粒产量、水分利用效率和流量,40和60 m是本试验条件下的适宜微喷带带长.     

不同灌溉量对绿洲-荒漠过渡带多枝柽柳幼苗根系生长和分布的影响

为了探讨绿洲-荒漠过渡带上受损柽柳群落幼苗适宜生长的土壤水分条件,在塔南策勒绿洲外围设置A（不灌溉）、B（适度灌溉）、C（充分灌溉）3个处理的田间试验,于7～10月份考察了各处理柽柳幼苗粗根（>2 mm）和细根（<2 mm）生物量积累、空间分布等变化特征。结果显示:（1）随着灌溉量的增加,柽柳根系生物量积累不断增加,且在生长季末（10月份）增速最大,同时细根占总根重的比例从20.5%上升到29.8%,显著提高了幼苗吸收养分和水分的能力。（2）干旱胁迫（处理A）下柽柳幼苗根系的下扎深度大,但水平根幅的扩展却有限;适度灌溉（处理B）的生物量较处理A大,但小于处理C;根系扎根深度表现为处理A>处理B>处理C,各指标均处于中间状态;水分条件最好（处理C）时虽然垂直扎根深度小,但水平根幅最大,可以更有效利用浅层土壤资源。（3）柽柳幼苗大量根系集中在0～40 cm的土壤表层,而且水分条件越好,这种集中趋势越明显;根系生物量随土壤深度的增加呈递减变化,细根的根长密度也有相似变化,但细根的比根长变化规律不明显,这可能与各层土壤微观环境的变化有关。研究表明,灌溉对柽柳幼苗根系的生长和分布有显著影响,充分灌溉下柽柳幼苗根系生物量积累最多且空间分布最大,该灌溉量有利于柽柳幼苗根系的正常生长和合理分布。     

灌溉和种植方式对冬小麦耗水特性及干物质生产的影响

于2008—2010年通过田间试验,以高产中筋冬小麦品种济麦22为材料,设等行距平作、宽窄行平作、沟播3种种植方式,每种种植方式下设不灌水(W0)、拔节水(W1)、拔节水+开花水(W2)、拔节水+开花水+灌浆水(W3)4种灌溉处理(每次灌水量为60 mm),研究不同灌溉和种植方式对冬小麦耗水特性及干物质积累与分配规律的影响.结果表明:随灌水量的增加,3种植方式下农田总耗水量均增加,灌水量占总耗水量的比例也增加,而土壤贮水消耗量及其占总耗水量的比例显著降低;与W0处理相比,各灌水处理提高了开花后干物质的积累量、小麦籽粒产量,而水分利用效率(WUE)降低.同一灌溉条件下,与其他两种种植方式相比,沟播方式土壤贮水量消耗比例、籽粒产量和WUE均较高.综合考虑小麦的籽粒产量和WUE,沟播结合灌拔节水+开花水是华北平原冬麦区较适宜的节水种植方式.     

水肥耦合对油松生态林林木生长的影响

为减少油松定植后的死亡率,在控制成本的基础上促进油松良好生长,该研究采用裂区实验设计方法,选取三个灌溉水平与三个园林废弃物有机肥施用量进行比较试验,通过测定油松树高、胸径、叶绿素及叶片养分含量指标探究灌溉和施用有机肥对油松林木生长的影响。结果表明:灌溉可以显著提高油松在胸径、树高、生理等方面的生长指标,树高和胸径在中水灌溉(A2)下的促进效果甚至高于高水灌溉(A3);试验处理1 a后,施肥对油松的生长影响显著,但三个施肥水平间的差异不显著;灌溉与施用有机肥之间不存在显著交互作用。综上可知,施肥和灌溉对油松的生长会产生显著的促进作用,从施肥和灌溉的效果并综合资源利用效率的角度考虑,少量施用有机肥,并以80 L·(10天·株·次)-1的灌水量在生长季(4月—9月)进行滴灌是较为经济、有效的油松生态林管护措施。