基于气象信息的膜下滴灌棉花实时灌溉预报

基于气象信息和棉花生长发育状况预测膜下滴灌棉花实时耗水量,对提高膜下滴灌棉花实时灌溉预报精度十分重要.本文利用石河子垦区1953—2008年的历史气象资料确定了基于Hargreaves公式计算参考作物需水量的基本参数,根据2009—2010年2个生长季的大田膜下滴灌试验数据建立了基于积温的作物系数计算模型,在此基础上构建了石河子垦区膜下滴灌棉田实时灌溉预报模型,并利用2011年田间试验数据对模型预报结果进行验证.结果表明:膜下滴灌条件下,研究区棉花苗期、蕾期及花铃期预测结果和实测结果相对误差绝对值的平均值分别为3.7%、2.4%和1.6%,而且该模型可以根据实时气象资料对预报结果进行实时修正,可以用于指导当地膜下滴灌棉田水分管理.     

膜下滴灌条件下滴水量和滴水频率对棉田土壤水分分布及水分利用效率的影响

通过两年的田间试验,研究了滴水量和滴水频率对膜下滴灌棉田土壤水分分布及棉花水分利用效率的影响.结果表明:从整个生育期来看,当滴水量(375 mm)相同时,高频滴灌(每3天1次)处理0～20 cm土层含水率较高而深层土壤湿润不够;低频滴灌(每10天1次)处理有利于水分的下渗和侧渗,深层土壤含水率较高,但水分补给不及时,表层土壤偏低;总体上中频滴灌(每7天1次)处理有利于水分在土壤剖面中的均匀分配.当滴水频率相同时,滴水量越大,土壤含水率越高,40 cm以下土层含水率也越高.不同处理的棉田耗水规律基本一致,苗期较低,平均不高于1.7 mm·d-1,蕾期开始上升至花铃期达到最高,日均耗水量可达8.7 mm·d-1,吐絮期回落到1.0 mm·d-1左右.总耗水量与降水和滴水量密切相关,而与滴水频率无关;滴水频率对棉花水分利用效率无显著影响,但水分利用效率随滴水量的增大而显著降低.少量滴灌(300 mm)虽然可以获得较高的水分利用效率,但减产严重,过量滴灌(450mm)无显著增产效应,水分浪费严重.在当地棉田自然条件下,采用中量(375 mm)+中低频(每7天或10天1次)的滴灌模式为宜.     

草坪蒸散研究进展

草坪蒸散量是指导草坪合理灌溉的重要指标。自20世纪中叶以来,以节水为目的的草坪蒸散研究越来越受到人们的重视。草坪蒸散研究的内容主要包括相互关联的3个方面：草坪蒸散率的测定与比较,草坪蒸散机制的研究和草坪节水灌溉的研究。草坪蒸散率在不同草种间存在不同程度的差异。暖季型草坪草和冷季型草坪草相比普遍具有较低的草坪蒸散率。暖季型草坪草的夏季日平均最大蒸散率为3.0-9.0mm,而冷季型草坪草的为3.6-12.6mm。密度大,生长缓慢的杂交狗牙根、结缕草、野牛草和假俭草的耗水量很低,细羊茅的耗水量中等,而草地早熟禾、高羊茅、1年生早熟禾和匍匐剪股颖的耗水量很大。同种草坪草的不同品种的草坪蒸散率存在差异。有些草种内品种间差异的程度高达64％,不亚于种间。冷季型草坪草品种的蒸散率与留茬量显著相关,但环境因子对品种的蒸散率影响很大,品种的蒸散特性不稳定。与冷季型草坪草相比,暖季型草坪草的种内品种间蒸散率的差异和谐较小。草坪的冠层是草坪蒸散的一个主要外部条件,具有较低蒸散率的草坪往往具备高冠层阻力和低叶面积。土壤水分不受限制时,不同的暖季型草坪草种间的草坪蒸散率与叶片背面的气孔密度显著负相关。但在种内品种间没有表现出相关性。冷季型草坪草种间和种内的叶片气孔数目和草坪的蒸散率不相关。草坪的作物系数是确定最适灌溉量的关键参数,线性梯度灌溉系统比小型蒸渗仪提供的草坪作物系数更接近于实际。当草坪的质量维持在可接受的水平时,以彭曼公式推测的苜蓿的潜在蒸散量为参照蒸散量,高羊茅草坪的作物系数为0.60-0.80,草地早熟禾草坪的作物系数为0.50-0.80。基于草坪冠层温度的作物水分胁迫系数（CWSI）是确定灌溉时机的比较合理的指标。CWSI在不同的季节和不同的草种间表现不稳定,并且这种方法的节水效果也表现不一,还处于发展阶段。草坪蒸散的研究在我国几乎处于空白状态,开展我国的草坪蒸散研究,寻求适合的草坪节水途径已势在必行。     

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。     

基于恒水位蒸发皿蒸发量的膜下滴灌棉花灌溉指标

为探索新疆膜下滴灌棉花简易方便的高效灌溉指标,于2008-2009年在乌鲁木齐开展了2个生长季的人工控水试验.在棉花蕾期和花铃期均设2个灌水周期和2个灌水水平,分析了不同水分处理对棉花产量、耗水量和水分利用效率的影响.结果表明: 各处理的棉花耗水过程与蒸发皿蒸发量具有较高的相关性,高产棉田\[2008年处理T₄(蕾期和花铃期灌水周期分别为10和7 d,相应灌水定额分别为30.0和37.5 mm)和2009年处理T₁(蕾期和花铃期灌水周期均为7 d,相应灌水定额分别为22.5和37.5 mm)\]苗期、蕾期、花铃期和吐絮期的蒸发皿-作物系数(K_p)分别为0.29～0.30、0.52～0.53、0.74～0.88和0.19～0.20;2008年处理T₄的产量(5060 kg·hm^-2)和水分利用效率(1.00 kg·m^-3)最高,2009年处理T₁的产量(4467 kg·hm^-2)和水分利用效率(0.99 kg·m^-3)最高;蕾期蒸发皿7和10 d的平均累积蒸发量分别为40～50和60～70 mm,花铃期蒸发皿7 d的累积蒸发量为40～50 mm.在新疆棉区灌45 mm出苗水、苗期和吐絮期不灌水,蕾期和花铃期当蒸发皿蒸发量达到45～65和45 mm时开始灌溉,灌水定额通过阶段累积蒸发量与蒸发皿-作物系数K_p(蕾期、初花期、盛花期和末花期分别取0.5、0.75、0.85和0.75)相乘确定时,在获得高产的同时可节约灌溉水资源,提高水分利用效率,可以作为当地膜下滴灌棉田简易方便的高效灌溉指标.     

河南省冬小麦农田蒸散和作物系数

农田蒸散是农田水分消耗的主要方式,是农田管理和规划必须考虑的重要因素之一。本试验在郑州农业气象试验站开展,用Penman-Monteith公式计算了2017和2018年两年冬小麦越冬期-成熟期的参考作物蒸散量,利用大型称重式蒸渗仪观测了充分灌水(T2)和自然降水(T1)两种状况下冬小麦农田的实际蒸散量,进而计算充分灌溉下冬小麦的作物系数和自然降水条件下的冬小麦实际作物系数,并分析它们的变化规律及其与气象要素的相关关系。结果表明:不同水分条件下冬小麦农田蒸散量均呈现先升高后降低的单峰变化趋势,其中T2处理的蒸散量和波动幅度明显高于T1处理;冬小麦试验观测时期内,T2、T1处理两年总蒸散量均值分别为535.8和256.4 mm,日均蒸散量分别为3.7和1.7 mm;不同发育期日均蒸散量均是孕穗、抽穗期最高,越冬期最低;冬小麦作物系数明显高于自然降水条件下的实际作物系数,总体上均呈现降低-升高-降低的变化趋势; T1处理实际作物系数与空气湿度相关性最好,与平均气温相关性最差; T2处理作物系数与平均气温、总辐射和风速均有较好相关性,而与空气湿度相关性较差。     

三江平原典型下垫面FAO Penman-Monteith模型适用性分析

提高蒸散量估算精度对于研究地表能量和水分平衡具有重要意义.基于涡度相关系统测量值和小气候观测资料,比较分析了FAO Penman-Monteith模型对三江平原典型下垫面沼泽湿地、水稻和大豆田蒸散量的模拟效果,以探讨模型在该区的适用性.结果表明:作物系数采用FAO推荐值时,FAO Penman-Monteith模型对沼泽湿地蒸散量的模拟值明显高于测量值,平均高估81.8%,模拟效率(ME)为负值,说明该模型不适用于沼泽湿地;该模型能够模拟水稻和大豆田蒸散量季节变化,且对稻田的模拟效果明显优于大豆田.沼泽湿地、水稻和大豆田3种类型下垫面的作物系数(Kc)值与叶面积指数(LAI)均呈极显著正相关关系,大豆田的Kc值还与饱和水汽压差(VPD)呈极显著负相关关系.依据线性回归方程校正Kc值后,FAO Penman-Monteith模型对沼泽湿地、水稻和大豆田估算精度均显著提高,平均偏差(MBE)为-0.1~0.3 mm·d-1,均方根误差(RMSE)为0.50~0.67 mm·d-1,ME为0.69~0.85,对水稻田蒸散量的模拟效果最好.无论是否校正作物系数,FAO Penman-Monteith模型都适用于模拟三江平原稻田蒸散量,如果用于模拟沼泽湿地和大豆田蒸散量,则必须要校正作物系数.     

黄土高原春小麦农田蒸散及其影响因素

蒸散与水循环、能量平衡密切相关,是黄土高原雨养农田生态系统最重要的水通量之一。准确测定半干旱区农田生态系统蒸散,对增强陆气相互作用的理解以及科学应对气候变化有重要意义。采用涡度相关技术对黄土高原春小麦农田生态系统蒸散进行了观测,利用气象梯度系统进行环境因子观测;分析了春小麦农田生态系统蒸散日、季动态及其环境影响因子。结果表明,黄土高原半干旱区春小麦农田生态系统蒸散呈早晚低、中午高的"单峰型"日变化特征;最大日峰值出现在8月(0.22mm/h)。生长季蒸散日峰值高于非生长季。春小麦农田最大日蒸散率值相对较低,这可能与该地区干旱少雨的气候特征有关。农田蒸散且具有明显的季节动态,与降水季节分布密切相关。7、8月份降水较多,月蒸散量较高。全年蒸散量(318.0 mm)略低于年降水量(332.3 mm);蒸散量与降水量比值为95.7%。非生长季蒸散量显著低于生长季(4—9月);二者之比为0.26。农田蒸散随土壤含水量和空气温度(低于26℃)增大呈指数增长趋势;随空气相对湿度、太阳辐射、风速增大呈先增大后降低的二次曲线变化趋势。净辐射是黄土高原半干旱区农田生态系统蒸散主要环境控制因子,土壤含水量次之。     

膜下滴灌条件下滴水量和滴水频率对棉田土壤水分分布及水分利用效率的影响

通过两年的田间试验,研究了滴水量和滴水频率对膜下滴灌棉田土壤水分分布及棉花水分利用效率的影响.结果表明： 从整个生育期来看,当滴水量(375 mm)相同时,高频滴灌(每3天1次)处理0～20 cm土层含水率较高而深层土壤湿润不够;低频滴灌(每10天1次)处理有利于水分的下渗和侧渗,深层土壤含水率较高,但水分补给不及时,表层土壤偏低;总体上中频滴灌(每7天1次)处理有利于水分在土壤剖面中的均匀分配.当滴水频率相同时,滴水量越大,土壤含水率越高,40 cm以下土层含水率也越高.不同处理的棉田耗水规律基本一致,苗期较低,平均不高于1.7 mm·d^-1,蕾期开始上升至花铃期达到最高,日均耗水量可达8.7 mm·d^-1,吐絮期回落到1.0 mm·d^-1左右.总耗水量与降水和滴水量密切相关,而与滴水频率无关;滴水频率对棉花水分利用效率无显著影响,但水分利用效率随滴水量的增大而显著降低.少量滴灌(300 mm)虽然可以获得较高的水分利用效率,但减产严重,过量滴灌(450 mm)无显著增产效应,水分浪费严重.在当地棉田自然条件下,采用中量(375 mm)+中低频(每7天或10天1次)的滴灌模式为宜.     

作物农田蒸散计算模型的研究

农田蒸散是指田间条件下,作物棵间蒸发和蒸腾之和,它涉及土壤作物大气系统,受气象、作物和土壤等多种因素的制约。本文从田间试验出发,综合考虑影响农田蒸散的各种因素,建立了不同作物（棉花、玉米和冬小麦）农田蒸散的计算模型,为今后农业生产中的合理灌溉、节...     

内蒙古西部旱区机采棉膜下滴灌水氮耦合效应

为探明内蒙古西部旱区机采棉膜下滴灌水氮耦合对棉花生长发育、产量、品质,以及水分与氮素利用效率的影响,在内蒙古阿拉善盟阿拉善左旗,设置3种灌溉定额(216、288、360 mm,分别记为W₁、W₂、W₃)和3种施氮水平(127.5、195、262.5 kg·hm^-2,分别记为N₁、N₂、N₃)的完全组合处理,进行了大田棉花膜下滴灌试验.结果表明: 水分是膜下滴灌棉花生长的决定因素,增加灌水量可以促进棉花株高增加,提高棉花各部分干物质积累量,但降低生殖器官与地上部干物质比例.W₃处理单株成铃数较W₁和W₂分别提高25.4%和17.5%,单铃质量分别降低5.8%和4.6%,籽棉产量分别增加18.1%和11.9%;单株成铃数提高是籽棉产量增加的主要因素.水氮调控对籽棉产量的互作效应显著,W₁与W₂灌水量下N₁处理籽棉产量最高;W₃灌水量下N₂处理较N₁、N₃籽棉产量分别增加8.5%和31.9%.水氮调控对纤维品质整体无显著影响.W₁N₁处理水分利用效率最高,为1.37 kg·m^-3,与W₃N₂处理差异不显著;W₃N₁处理氮肥偏生产力最高,为51.35 kg·kg^-1.在本试验条件下,灌水增产效应显著,施氮则在水分充足条件下对籽棉产量形成有促进作用.其中,灌水360 mm、施氮195 kg·hm^-2处理显著促进地上部干物质积累,籽棉产量最高,水分利用效率和氮肥偏生产力分别达1.30 kg·m^-3和36.41 kg·kg^-1,节水增产效果显著,是内蒙西部旱区较理想的机采棉水氮调控模式.     

水氮运筹对棉花花后生物量和氮素利用率的影响

在池栽和大田条件下,以‘美棉33B’为材料,研究不同水分(自然降水、自然降水 灌水)和氮素(0、240、480kgN/hm2)运筹下棉花花后生物量和养分累积及氮素利用率动态变化特征。结果表明:施氮使棉花(整株、营养器官、生殖器官)生物量和养分快速累积期持续时间缩短、最大累积速率增大且出现时间提前、累积量及皮棉产量增加。灌水使240 kgN/hm2处理棉花(整株、营养器官、生殖器官)生物量和养分快速累积期持续时间缩短、最大累积速率出现时间提前、最大累积速率和累积量增大、氮素累积利用率和产量提高;而使480 kgN/hm2处理棉花营养器官生物量和养分快速累积期持续时间延长、最大累积速率出现时间推迟、生物量和养分最大累积速率及累积量增大、氮素累积利用率提高,而生殖器官相应指标呈降低趋势;灌水对不施氮处理棉花生物量和养分累积各项特征参数影响较小。营养器官生物量和氮磷钾最大累积速率出现时间较生殖器官早23 d左右,而快速累积期持续时间长于生殖器官11 d左右。研究发现,水分和氮素运筹可通过影响棉花生物量和养分累积的动态特征参数来影响棉花生长,进而影响最终产量品质形成;在本实验条件下,以灌水的240 kgN/hm2处理棉花的生长特征参数最为协调,皮棉产量和氮素利用率最高,品质较优。     

棉花蕾花铃生物量、氮累积特征及临界氮浓度稀释模型

在大田栽培条件下,于河南安阳（黄河流域黄淮棉区）和江苏南京（长江流域下游棉区）设置了棉花氮素水平试验,对不同氮素水平条件下棉花蕾花铃的生物量、氮素累积及氮浓度的动态变化进行分析,并依据Justes的临界氮浓度稀释模型确定方法,研究棉花蕾花铃临界氮浓度稀释模型。结果表明：棉花蕾花铃的生物量增长和氮吸收累积均受氮素水平的影响,其动态变化符合S型曲线,氮累积的快速起始时间较生物量早1～5d;氮浓度过高或过低均不利于产量形成,蕾花铃等器官存在氮奢侈消费现象;氮浓度随施氮量的增加而升高、随生育进程的推移而降低,其生物量累积量与氮浓度间符合幂函数关系,两试点蕾花铃氮稀释曲线模型形式相同,但模型参数a不同,不同生态区存在独立的临界氮稀释曲线模型。由于临界稀释模型具有明确的生物学意义,可以作为定量诊断蕾花铃氮营养动态变化的指标之一。     

Accumulation characteristics of biomass and nitrogen and critical nitrogen concentration dilution model of cotton reproductive organ

Several nitrogen (N) field experiments were carried out in Nanjing and Anyang, China, to study the dynamic characteristics of biomass accumulation and N uptake, and to define the dilution curve for critical N concentration in cotton reproductive organ over the growth period. The results show that the total biomass and N accumulation were affected significantly by the rate of N application, exhibiting a sigmoid curve over time. The beginning time of fast N accumulation was 1–5 d earlier than that of biomass accumulation. The cotton lint yield was correlated with N concentration in the reproductive organ and fluctuated with varying N concentration, indicating the existence of luxurious N consumption in the cotton reproductive organ. The N concentration increased with increasing N application rates, and decreased gradually during the growth period. The relationship between biomass and N concentration can be described with a power equation. The patterns of the N concentration dilution model were consistent at both experimental sites, but the model parameter values of a differed. The results presented in this paper indicate that a critical N concentration dilution curve for cotton reproductive organ is independent of ecological region and can be described with a power equation.     

Accumulation characteristics of biomass and nitrogen and critical nitrogen concentration dilution model of cotton reproductive organ

Several nitrogen (N) field experiments were carried out in Nanjing and Anyang, China, to study the dynamic characteristics of biomass accumulation and N uptake, and to define the dilution curve for critical N concentration in cotton reproductive organ over the growth period. The results show that the total biomass and N accumulation were affected significantly by the rate of N application, exhibiting a sigmoid curve over time. The beginning time of fast N accumulation was 1–5 d earlier than that of biomass accumulation. The cotton lint yield was correlated with N concentration in the reproductive organ and fluctuated with varying N concentration, indicating the existence of luxurious N consumption in the cotton reproductive organ. The N concentration increased with increasing N application rates, and decreased gradually during the growth period. The relationship between biomass and N concentration can be described with a power equation. The patterns of the N concentration dilution model were consistent at both experimental sites, but the model parameter values of a differed. The results presented in this paper indicate that a critical N concentration dilution curve for cotton reproductive organ is independent of ecological region and can be described with a power equation.     

Impacts of small hydropower plants on macroinvertebrate communities

Several nitrogen (N) field experiments were carried out in Nanjing and Anyang, China, to study the dynamic characteristics of biomass accumulation and N uptake, and to define the dilution curve for critical N concentration in cotton reproductive organ over the growth period. The results show that the total biomass and N accumulation were affected significantly by the rate of N application, exhibiting a sigmoid curve over time. The beginning time of fast N accumulation was 1–5 d earlier than that of biomass accumulation. The cotton lint yield was correlated with N concentration in the reproductive organ and fluctuated with varying N concentration, indicating the existence of luxurious N consumption in the cotton reproductive organ. The N concentration increased with increasing N application rates, and decreased gradually during the growth period. The relationship between biomass and N concentration can be described with a power equation. The patterns of the N concentration dilution model were consistent at both experimental sites, but the model parameter values of a differed. The results presented in this paper indicate that a critical N concentration dilution curve for cotton reproductive organ is independent of ecological region and can be described with a power equation.     

水氮运筹对膜下滴灌棉花光合特性及产量形成的影响

以不同基因型棉花品种为材料,在土柱栽培条件下研究膜下滴灌条件下水氮运筹方式对新疆棉花光合性能和产量构成的影响.结果表明： 播前灌溉+盛花期前限量滴灌+盛花期后充分滴灌,并配合氮肥基施20%+追施80%的水氮运筹方式（W₄N₂）下,盛花期叶片叶绿素含量、气孔导度（g_s）、净光合速率（P_n）、PSⅡ实际光化学效率（Φ_PSⅡ）和光化学猝灭系数（q_P）均显著低于全生育期常规滴灌处理,非光化学猝灭系数（NPQ）增加,地上部干物质累积量受到限制;盛铃期至吐絮期叶绿素含量、g_s、P_n、Φ_PSⅡ、q_P均随水氮供应量的提高而增大,地上部干物质产生超补偿积累,且有利于光合产物向棉铃的运转与分配.在氮肥基施20%+追施80%的施氮方式下,新陆早13号以播前灌溉+全生育期常规滴灌（W₃）处理的籽棉产量较高,新陆早43号以播前灌溉+盛花期前限量滴灌+盛花期后充分滴灌（W₄）处理籽棉产量最高.因此,在播前灌溉条件下适当减少盛花期前、增加生育中后期水氮供应,可以延长冠层叶片光合功能期,促进光合物质优先向生殖器官分配,充分发挥膜下滴灌棉花的增产潜力.     

根域限制下水氮供应对膜下滴灌棉花叶片光合生理特性的影响

在新疆气候生态条件下,采用管栽方法,选用棉花新陆早13号和新陆早33号2个品种为供试材料,通过人工限制根系垂直生长深度和水氮供应,测定棉花叶片气体交换和叶绿素荧光参数、光合物质积累等,探讨根域限制及水氮供应对棉花光合生理特性及产量形成的影响。结果表明:与对照相比,相同水氮供应条件下,根域限制处理棉花从开花期至盛絮期叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和光化学猝灭系数(qp)显著降低,尤其在盛铃后期至盛絮期表现明显,但潜在最大光化学效率(Fv/Fm)、实际光化学效率(ΦPSⅡ)未受到影响;盛花期和盛絮期根重均显著降低,但地上部总干物质、蕾铃干物质累积量及籽棉产量均显著高于对照。同一根域容积不同水氮处理棉花开花期至盛絮期的Pn、Gs和Fv/Fm、ΦPSⅡ、qp均表现为W1N1>W0N1>W1N0>W0N0;根域限制条件下适量水氮供应处理盛花期和盛絮期地上部总干物质和蕾铃干物质累积量均显著增加,最终单株铃数、单铃重和籽棉产量均显著高于其它处理。因此,在膜下滴灌棉花根域容积受限制条件下,通过优化生育期水氮供应,能改善叶片光合性能、增加地上部干物质积累量及其向生殖器官分配比例,是挖掘膜下滴灌棉花产量潜力和提高效益的有效途径。     

转基因抗虫棉苗期氮代谢

以3种不同转基因抗虫棉及其亲本对照为材料,研究了盆栽条件下不同品种棉花苗期氮代谢特征。结果表明与非转基因棉花比较,转Bt基因棉Z30叶片内的硝酸还原酶活性、肽酶活性、游离氨基酸含量均没有明显变化,但转氨酶活性显著增加(增幅为14.03%),可溶性蛋白含量显著减少(降幅为26.29%)。双价转基因棉花CCRI41叶片内除可溶性蛋白含量没有明显变化,其它所测指标均发生了显著的改变。双价转基因棉花SGK321叶片内硝酸还原酶活性、转氨酶活性、氨基酸含量没有明显变化,但肽酶活性和可溶性蛋白含量均显著增加(增幅分别为7.01%和121.32%)。随着转入基因的多样化,其可能引发转基因棉花产生的非预期效应更加不确定与复杂。