气候变化对松嫩平原水稻灌溉需水量的影响

以水稻为研究对象,选取松嫩平原20个国家气象台站和国家气象中心提供的格点气象数据,采用作物系数法和Mc Cloud模型及P-M模型估算水稻需水量,应用水量平衡模型估算水稻灌溉需水量,分析水稻生育期内需水量变化规律.结果表明:历史时期和气候变化情景下,松嫩平原水稻全生育期和生育中期(Lmid时段)灌溉需水量等值线沿西南-东北方向递减,同一灌溉需水量等值线北移.历史时期和气候变化情景下水稻全生育期灌溉需水量随年代呈波动增加趋势,其中前者以44.2 mm·10 a-1速度增加,后者以19.9 mm·10 a-1速度增加.历史时期和气候变化情景下Lmid时段水稻灌溉需水量随年代均呈波动增加趋势,其中前者显著增加,后者增加不显著.气候变化情景对水稻需水量的贡献率为波动上升,与1970s相比,2000s气候变化对水稻需水量的贡献率为23.6%,增加14.8×108m3灌溉水量;2040s气候变化对水稻需水量的贡献率为34.4%,增加21.2×108m3灌溉水量.     

未来气候变化对河南省冬小麦需水量和缺水量的影响预估

采用美国农业部土壤保持局推荐的方法计算有效降水量,应用Penman-Monteith模型和作物系数法计算需水量,在对河南省1981—2010年冬小麦生育期内有效降水量、需水量和缺水量分析的基础上,结合《排放情景特别报告》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,探讨了未来气候情景下河南省冬小麦的有效降水量、需水量和缺水量的时空演变规律及其主要气候影响因素.结果表明: 从整体上看,相对于基准时段(1981—2010年),A2和B2情景下,不同时段冬小麦全生育期的有效降水量、需水量和缺水量均表现出增加趋势,有效降水量均以2030s时段增加最多,分别增加33.5%和39.2%;需水量均以2010s时段增加最多,分别增加22.5%和17.5%,年代间呈现明显递减趋势;缺水量在A2情景下以2010s时段增加(23.6%)最多,B2情景下以2020s时段增加(13.0%)最多.偏相关分析表明,A2和B2情景下,太阳总辐射是影响河南省冬小麦需水量和缺水量变化的主要气候因素.由于地理环境和气候条件的差异,不同时段河南省冬小麦全生育期有效降水量、需水量和缺水量的距平百分率在空间分布上具有差异.未来河南省水资源可能更趋于短缺.     

气候变化背景下松嫩平原玉米灌溉需水量估算及预测

开展农作物需水规律研究对于干旱半干旱区域旱作物节水灌溉和水分管理实践具有重要意义。以松嫩平原玉米为研究对象,研究玉米生育期需水量规律及灌溉需水量。结果表明:(1)历史时期和未来气候变化情景下,松嫩平原玉米全生育期和L~(mid)时段灌溉需水量等值线沿西南—东北方向递减,其中全生育期和L~(mid)时段2000s灌溉需水量临界等势线(灌溉需水量为0的等势线)分别比1970s北移70.2km和53.4km,全生育期和L~(mid)时段2040s灌溉需水量临界等势线分别比2010s北移30.9km和55.2km。(2)历史时期和气候变化情景下玉米全生育期灌溉需水量随年代呈波动增加趋势,其中前者以29.1mm/(10a)速度增加,后者以17.5mm/(10a)速度增加。(3)未来温度和降雨量变化对玉米需水量的贡献率为波动上升趋势,与1970s相比,2000s温度和降雨量变化对玉米需水量的贡献率为22.1%,增加6.8亿m~3灌溉水量;2040s温度和降雨量变化对玉米需水量的贡献率为38.3%,增加12.6亿m~3灌溉水量。     

气候变化背景下华北地区冬小麦生育期的变化特征

以21世纪初近10年的冬小麦(Triticum aestivum)生育期调研数据和气象站点数据为基础, 利用“多元逐步回归分析+残差插值”方法, 绘制了2000年后华北地区冬小麦生育期等值线图, 通过研究两个时期(1971-1980年和21世纪初近10年)华北地区气候资源及冬小麦生育期的变化, 探讨了气候变化对华北地区冬小麦生育期的影响。结果表明: (1)华北地区北部年均气温及≥10 ℃积温增加显著, 但降水减少, 暖干趋势明显, 中部和南部年平均气温和≥10 ℃积温也呈现增加趋势, 但降水增多, 日照下降, 出现暖湿趋势; (2)除南部江苏、安徽两省冬小麦播种期无明显变化外, 华北地区冬小麦播种期普遍推迟, 一般在7-10天; 冬小麦返青期变化较为复杂, 西部地区的冬小麦返青期推迟2-10天, 而东南部的山东、安徽及江苏地区冬小麦返青期明显提前, 一般在5-7天; 华北地区冬小麦的拔节期提前, 北部地区幅度较大, 为5-10天; 冬小麦抽穗期推迟明显, 以华北中部和北部最为明显, 为10-15天; 除华北南部胶东半岛外, 华北大部分地区冬小麦成熟期推迟, 一般在5-10天; (3)气候要素的波动是引起华北地区冬小麦生育期变化的主要原因: 日照时数与冬小麦返青期和拔节期呈显著相关, 日照时数减少, 冬小麦返青期和拔节期提前, 而受年平均气温升高的影响, 冬小麦抽穗期有所推迟, 积温的增加对冬小麦成熟期有推迟作用, 同时降水对冬小麦生长的拔节和抽穗有促进作用。     

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。     

河南省冬小麦需水量的时空变化及影响因素

基于河南省17个气象监测站点1961-2012年逐旬气象数据,采用FAO推荐的Penman-Monteith公式计算参考作物需水量,结合“全国灌溉试验资料数据库”中冬小麦生育期、作物系数等数据计算冬小麦生育期需水量,利用时间序列分析法和灰色关联分析法,分析河南省冬小麦需水量近51年来的时空分布特征、变化规律及其主要影响因素.结果表明: 1961-2011年,河南省冬小麦平均需水量在345~492 mm,卢氏站冬小麦平均需水量最低,孟津站最高.大部分站点1980-1989年冬小麦平均需水量最低,1961-1969年冬小麦平均需水量最高.17个站点中,新乡、栾川、开封、西峡、南阳、信阳、固始7站冬小麦需水量随年份呈上升趋势,其余10个站点需水量均呈下降趋势;豫北需水量高于豫南,豫西地区需水量跨度较大.河南省17站冬小麦生育期日平均高温、日平均低温均随年份呈上升趋势,生育期日平均风速、日平均相对湿度、日照时数基本呈下降趋势.河南省冬小麦生育期日平均高温、日照时数是影响冬小麦需水量的主要因素,日平均相对湿度对其影响最小.     

黄淮平原冬小麦灌溉需水量的影响因素与不同年型特征

以黄淮平原区80个气象站点46～54年的降水资料和10个站点100 cm深度的土壤湿度资料为基础,运用麦田水分平衡原理,分析了冬小麦灌溉需水量与冬小麦需水量、生育期降水量和土壤底墒水的关系,并就不同气候年型分析了冬小麦灌溉需水量的变化特征.结果表明:黄淮平原冬小麦灌溉需水量等值线基本呈纬向分布,自南向北逐渐增大.正常年零值线位于许昌、扶沟、柘城,鹿邑、亳州、萧县至徐州一带,此线附近冬小麦需水量和供水量基本平衡,可以不进行灌溉或进行少量灌溉;此线以北则必须进行灌溉,其灌溉量愈向北愈大,依次为60～100和100～190 mm,要分别灌1～2水和2水;此线以南,可不进行灌溉.丰水年零值线北移约0.5～1.0个纬度,全区灌溉面积和灌溉量明显减小.欠水年零值线南移约1.0～1.5个纬度,灌溉面积和灌溉量显著增大.

Abstract：

By using the last 46-54 years precipitation data from 80 meteorological stations and the 0-100 cm soil water content data at 10 stations in the Huanghuai Plain, the relationships be-tween the irrigation water requirement and water requirement by winter wheat, and between the precipitation in winter wheat growth season and the soil water content at planting time were ana-lyzed, based on the principles of farmland water balance. In the meantime, the characteristics of irrigation water requirement by winter wheat in different climatic years were studied. In the study area, the isoline of irrigation water requirement by winter wheat was basically in latitudinal distri-bution, with the requirement increased gradually from .south to north. In normal years, the zero isoline was located in Xuchang-Fugou-Zhecheng-Luyi-Bozhou-Xiaoxian-Xuzhou. Along this line, the water requirement by winter wheat was in balance with water supply, and no or less irrigation was required. However, in the north of this line, irrigation should be made, with the irrigation a-mount increased northward, being about 60-100 mm and 100-190 mm and irrigating 1-2 times or 2 times. In the south of this line, no irrigation was required. In the years of plentiful precipita-tion, the zero isoline moved northward by 0. 5-1.0 latitude, and the irrigation area and irrigation amount decreased obviously; while in the years of short precipitation, the zero isoline moved south-ward by 1.0-1.5 latitude, and the irrigation area and irrigation amount increased obviously.     

藏东南冬小麦生育期变化及其对气候变化的响应

基于1991—2020年林芝冬小麦生育期及气温、降水量、日照时数等资料,采用线性倾向估计法、Pettitt法、相关分析法和优势分析方法等,在分析全球气候变暖背景下藏东南冬小麦生育期变化的基础上,探讨了影响藏东南冬小麦关键生育期的主导气象因子。结果表明：1991—2020年藏东南冬小麦营养生长期(VGP)、生殖生长期(RGP)和全生育期(WGP)的热量资源表现为升高趋势,降水量、相对湿度和日照时数均趋于下降;藏东南冬小麦三叶、分蘖和孕穗日期推迟0.16～4.12 d·10 a^-1,其他生育期日期提前0.41～4.42 d·10 a^-1,以开花期提前的最多;在生育期长度上,分蘖-返青、孕穗-抽穗、抽穗-开花、乳熟-成熟4个生育期长度缩短0.71～6.12 d·10 a^-1,其余生育期长度延长0.34～4.02 d·10 a^-1;VGP和WGP长度均呈缩短趋势,RGP长度对气候变化的响应不明显;冬小麦67%的生育期日期和70%的生育期长度出现了显著的气候突变,突变时间主要发生在21世纪初;≥0℃积温显著增...     

农作物需水量随气候变化的响应研究

利用甘肃省近80个气象站1961~2000年的常规气象观测资料以及夏秋主要粮食作物平均生育期资料,采用FAO推荐的Penm an-M on te ith公式结合作物系数,计算了各站夏秋主要粮食作物的需水量,分析作物需水量随时间和空间的变化特点以及对气候变化的响应.结果表明:农作物需水量与种植区的气候类型关系十分密切,从干旱-半干旱-半湿润-湿润地区其需水量呈现减小的趋势,越是干旱的地区作物需水量越大,越是湿润的地区作物需水量越小.作物需水量随气候变化的响应比较明显,在干旱、半干旱地区表现尤为突出.不同作物品种需水量相差较大,对气候的响应机制也有差异,一般来说夏粮的需水量小于秋粮,夏粮需水量对气候变化的响应比秋粮敏感.     

基于MODIS-EVI数据的河北省冬小麦生育期特征

生育期信息对作物生长发育的动态监测、田间精细管理以及产量预测等具有重要意义.采用NASA提供的2005年1～7月8d合成的MYD09数据产品计算出的EVI(增强型植被指数)时间序列图像,对河北省冬小麦的返青期、抽穗期和成熟期等3个关键生育期的时空分布特征进行了研究.结果表明:冬小麦生育期在空间分布上,由南向北随着纬度的增加,其返青期、抽穗期和成熟期依次推迟;不同纬度地区冬小麦的返青期、抽穗期和成熟期时间间隔基本一致,河北省南部地区冬小麦的3个主要生育期比北部地区约提前8d以上;在东西向分布上,生长条件存在异质性差异的冬小麦,其返青期相对一致,但生长条件较好冬小麦的抽穗期和成熟期比普通冬小麦提前4d左右.     

黄土高原半湿润区气候变化对冬小麦生长发育及产量的影响

利用黄土高原半湿润区西峰农业气象试验站冬小麦生长发育定位观测资料、加密观测和对应平行气象观测资料,分析气候变化对冬小麦生长发育的影响,以及冬小麦穗干重生长与气象条件的关系。结果表明,研究区域降水量年际变化呈波动变化,20世纪90年代降水量最少。降水量存在3、8a的年际周期变化。气温年际变化呈上升趋势,气温变化曲线线性拟合倾向率为0.325℃/10a。作物生长季干燥指数呈显著上升趋势,干燥指数变化曲线线性拟合倾向率为0.069/10a,20世纪90年代至2010年明显趋于暖干化。受气候变暖的影响,冬小麦播种期每10 a推后2—3d,返青期每10a提前4—5 d,开花期和成熟期每10a提前5—6 d。冬小麦越冬期每10a缩短5—6 d、全生育期每10a缩短7—8 d。冬小麦返青后第83天开始,穗干重的生长由缓慢转为迅速生长阶段,从返青后第101天开始,其生长从迅速生长又转为缓慢生长,在返青后的第87天,穗的干物质积累速度最大。由于气候变暖,冬小麦生育期大部分时段热量充足。播种—越冬前和拔节—开花期产量对气温变化的响应十分敏感;降水量的影响函数同温度的影响函数呈反相位分布,除成熟期降水量对产量形成为负效应外,其余时段降水量对产量影响均为正效应,而在冬小麦播种期和返青—拔节期产量对降水量变化的响应也十分敏感。     

调亏灌溉对冬小麦耗水特性和水分利用效率的影响

以高产中筋冬小麦品种济麦22为材料,在山东兖州小孟镇史王村进行田间试验,研究了调亏灌溉对冬小麦耗水特性和水分利用效率的影响.结果表明：在全生育期降水228 mm条件下,W₁（土壤相对含水量：播种期80%+拔节期70%+开花期70%）和W₄（土壤相对含水量：播种期90%+拔节期85%+开花期85%）处理总耗水量高于W₀（土壤相对含水量：播种期80%+拔节期65%+开花期65%）、W₂（土壤相对含水量：播种期80%+拔节期80%+开花期80%）和W₃（土壤相对含水量：播种期90%+拔节期80%+开花期80%）处理,W₁和W₄处理间无显著差异;W₁处理增加了0～200 cm土层土壤贮水消耗量,降低了小麦拔节至开花期的耗水模系数,提高了开花至成熟期的耗水模系数;W₄处理在开花至成熟期、拔节至开花期的耗水量和耗水模系数均较大.调亏灌溉条件下,W₀处理水分利用效率较高,但产量最低;随灌溉量增加,其他处理水分利用效率呈先增加后降低的趋势.耗水量最高的W₁和W₄处理产量也最高,W₁处理灌溉水利用效率和灌溉效益均高于W₄处理,为本试验条件下高产节水的最佳处理.     

有限供水下冬小麦全程耗水特征定量研究

为明确冬小麦不同水分条件下全生育过程日耗水及阶段耗水特征,在北京地区利用蒸渗仪系统连续监测了几种灌溉处理(W4:起身水+孕穗水+开花水+灌浆水;W2:拔节水+开花水;W1:拔节水;W0:无灌水)耗水动态变化。结果表明:冬小麦全生育期的耗水动态可分为3个阶段:(1)播种至11月底的冬前阶段,这个阶段日耗水量波动明显,一般低于3 mm/d;(2)12月上旬至来年2月底的冬季阶段,这个阶段日耗水量低于0.4 mm/d,且波动很小;(3)3月初小麦返青至收获的春后生长阶段,这个阶段日耗水量总体上是一个先升高后降低的过程,但波动很大,每次灌水都会引起1个日耗水高峰的出现。耗水日变化呈单峰或双峰曲线,高峰出现在正午前后,高峰值因灌水处理而有明显差异,灌水多则耗水峰值显著升高,而夜间耗水量及其在不同处理间差异均很小。拔节至成熟期是冬小麦耗水的主要时期,该期耗水占总耗水60%以上。减少灌溉会增加土壤贮水消耗,但降低了总耗水量。综合比较表明,在有限灌溉下,拔节水和开花水组合是高产和高水分效率相统一的灌溉模式。     

春灌模式对晚播冬小麦水分利用及产量形成的影响

为了明确华北严重缺水区晚播冬小麦耗水规律及高产高效灌溉制度,在大田条件下设置不灌水(W0)、1水(W1,拔节水)、2水(W2,拔节水+开花水)、3水(W3,起身水+孕穗水+开花水)和4水(W4,起身水+孕穗水+开花水+灌浆水)等五种春季灌溉模式,研究了不同灌溉模式下晚播冬小麦水分利用特征及产量形成特点.结果表明,在晚播且免浇冬水条件下,春季每增加750m3/hm2的灌溉水量则减少土壤水消耗量约440 m3/hm2,增加小麦总耗水量约230m3/hm2;从播种到拔节,小麦阶段耗水强度低,此生育阶段控制灌溉可显著降低总耗水量;春季第一水推迟至拔节期可提高土壤水消耗量占总耗水量比例至50%,土壤水利用率增加;开花前仅灌一次拔节水可基本满足拔节-开花期耗水需要,其群体库容量与开花前灌起身水+孕穗水模式无显著差异,且由于相对降低了开花期群体叶面积,显著增加了群体粒叶比; 晚播密植条件下,单位面积穗数是群体库容形成的主要贡献因素,在保证大库容建成条件下,灌浆期灌水会降低开花前贮藏物质向籽粒再转运比例,而后期控水可显著提高开花前贮藏物质再转运比例和对库容填充的贡献率,且较高的群体库源比增强了库对源的反馈促进作用,使花后单位叶面积的物质生产能力提高,这可补偿后期水分亏缺对叶片光合生产的不利影响.连续两年试验结果显示,晚播密植条件下,春季灌拔节水和开花水可以实现高产与水分高效利用的统一.     

冬小麦生长季不同灌溉模式对冬小麦-夏玉米产量与水分利用的影响

在华北平原黑龙港流域对冬小麦实行3种灌溉模式,研究了不同灌溉模式对冬小麦-夏玉米产量、耗水特性和水分利用效率的影响.结果表明:浇底墒水+拔节水处理(W2,75 mm+90 mm)和浇底墒水+拔节水+灌浆水处理(W3,75 mm+90 mm+60 mm)周年总产量均显著高于只浇底墒水处理(W1,75 mm),增幅分别为8.7%和12.5%.冬小麦全生育期对土壤水的消耗随灌溉量的增加而减少,夏玉米季总耗水量随冬小麦季灌溉量的增加而增加.W2处理冬小麦水分利用效率(WUE)比W3处理高11.1%,而其夏玉米水分利用效率(WUE)与W3处理差异不显著.W2和W1处理的周年水分利用效率(WUET)分别为21.28和21.60 kg.mm-1.hm-2,比W3处理分别高7.8%和9.4%.综合周年产量、耗水量和水分利用效率,W2是较好的节水丰产灌溉模式.     

水分和氮素运筹对冬小麦生育后期光合特性及产量的影响

在大田条件下,进行了不同水分和氮素运筹对冬小麦生育后期光合特性及产量影响的研究。结果表明：适当增施氮素有利于提高旗叶的叶绿素含量(Chl)、PSⅡ潜在活性(Fv／Fo)及PSⅡ光化学的最大效率(Fv／Fm),而减少荧光非光化学猝灭系数(qN),从而提高光合速率(Pn)和产量。但水分不足或过多,均会影响氮素对光合性能的改善,进而影响水分及氮素的效率和产量的形成。     

不同试点灌溉方式对冬小麦产量和品质性状的影响

小麦是我国主要的粮食作物之一。随着人们生活水平的提高,对小麦高品质的需求日益迫切。未来全球环境变化背景下,CO2 浓度升高、气候变暖、降水格局变化等将可能影响作物的生理过程,继而影响作物产量和质量。为此,选择两个试点(CO2 浓度、温度等环境条件不同) ,同期进行不同灌溉方式对两个冬小麦品种(中育5号和中优970 1)的产量和品质影响的试验研究。结果表明:2灌(拔节水和开花水)对小麦经济产量最有利;小麦生育后期增加灌溉可提高千粒重,尤其浇灌浆水对增加千粒重有利。在小麦拔节后期,随灌溉增加,小麦品质性状普遍呈现下降趋势,但个别品质性状因品种而异,即灌溉增加,对中优970 1的面包体积影响不大,对其沉降值、面团拉伸参数反而有利。同一品种产量和品质性状有明显的地域差异,在小麦开花至成熟期,大田环境CO2 浓度较高(增幅6 9.0μmol/ mol)、日均温度高2℃多的北京试点,与安阳试点相比,产量表现较低,多数小麦品质性状较优。说明北京试点的环境条件有益于品质改善,不利于产量提高,而且在小麦生育后期较高温度可能更为影响小麦产量和品质。从而在未来全球气候变暖背景下,温度小幅增加将可能改善小麦品质,但产量减少     

小麦灌水时期与灌水量对花后果聚糖积累与转运及水分利用效率的影响

于2004-2005年和2005-2006年冬小麦生长季,在山东泰安和兖州进行田间试验,研究不同灌水时期和灌水量处理对冬小麦开花后倒二节间果聚糖积累与转运和水分利用效率的影响.结果表明：全生育期不灌水促进了灌浆后期倒二节间贮藏果聚糖向籽粒的转运.在拔节期和开花期各灌水60 mm,可提高开花后旗叶的光合速率和同化物输入籽粒量及其对籽粒的贡献率,拔节期、开花期和灌浆期各灌水60 mm或拔节期和开花期各灌水90 mm,灌浆后期旗叶的光合速率显著降低,营养器官花前贮藏同化物转运量及其对籽粒的贡献率升高,花后同化物输入籽粒量及其对籽粒的贡献率降低,灌浆后期倒二节间的聚合度（DP）≥4、DP=3果聚糖滞留量增加,不利于果聚糖向籽粒的转运.两个生长季中,拔节期和开花期各灌水60mm处理的小麦籽粒产量较高,水分利用效率最高.拔节期、开花期和灌浆期各灌水60 mm或拔节期和开花期各灌水90 mm,小麦籽粒产量无显著变化,水分利用效率降低.