冬小麦土壤墒情预报及优化灌溉技术的计算机模型

利用土壤水分平衡方程,根据我省冬小麦的生长规律及冬小麦优化灌溉技术推广经验,建立了冬小麦土壤墒情预报及优化灌溉技术的计算机模型.利用该模型,可以较准确地预报未来1个月的土壤墒情变化,并可根据我省小麦的不同发育期给出以最高产量和最佳经济效益为目标的两种灌溉建议.     

冬小麦土壤墒情预报及优化灌溉技术的计算机模型

利用土壤水分平衡方程，根据我省冬小麦的生长规律及冬小麦优化灌溉技术推广经验，建立了冬小麦土壤墒情预报及优化灌溉技术的计算机模型，利用该模型，可以较准确地预报未来1个月的土壤墒情变化，并可根据我省小麦的不同发育期给出以最高产量和最佳经济效益为目标的两种灌溉建议。     

基于WheatSM模型参数优化的鹤壁地区冬小麦生长发育模拟研究

采用EFAST方法和SCE-UA算法优化WheatSM模型参数,采用区域模拟和单站插值的方法对2013—2017年鹤壁市冬小麦各发育期日数和产量进行模拟修订,为WheatSM作物模型在豫北地区的业务应用提供参考。研究发现:区域模拟方法对鹤壁地区冬小麦生育期开始日期的模拟效果除出苗期、越冬期的外,其他均好于单点插值方法的。单点插值方法对越冬期的模拟效果明显好于区域模拟方法的。冬小麦产量的模拟效果区域模拟方法也比单点插值方法好,但两种结果的相对误差均较大。通过对WheatSM模型得到的冬小麦气象产量模拟结果进行修订,可以明显提高模型产量模拟结果。2013—2017年鹤壁地区模拟产量的误差为-17. 92%～-2. 98%,RMSE为1114. 9 kg/hm~2,NMSE为12. 59,模拟效果较好。利用区域模拟方法可以对区域内单个站点的冬小麦生长发育和产量进行模拟,但对越冬期开始时间的模拟需要参考单点插值方法的相应结果。     

甘肃西峰冬小麦土壤水分动态及其对作物产量影响

本文利用甘肃省西峰市农业气象试验站非灌溉地冬小麦田间土壤水分资料、气候资料,分析了不同年型农田土壤水分的时空变化特征,从土壤水分平衡方程出发,讨论了冬小麦返青至成熟期间降水量、作物耗水量、渗漏量和土壤储水量变化各平衡分量的动态变化及其相互关系。对冬小麦产量与不同作物发育期的作物耗水量之间进行相关普查,结果表明影响小麦产量最显著的时段是拔节～孕穗期。分别运用物理统计和经验统计方法建立了冬小麦产量与作物耗水量的关系模型,认为后者模拟效果较好。     

河北省南部干旱特征及其对冬小麦产量的影响分析

以河北省南部冬小麦产区为例,基于标准化降水指数(SPI),采用数理统计方法,分析了近40 a(1971—2010年)冬小麦生育期干旱的时空变化特征,干旱对冬小麦产量的影响及干旱风险特征。结果表明:河北省南部干旱在空间上具有一致性,在时间上春季干旱20世纪90年代少于20世纪70年代和80年代,冬小麦全生育期干旱无明显变化。河北省石家庄地区冬小麦产量受干旱影响较小,沧州地区影响大,其他地区一般主要受春季干旱的影响。干旱的影响与各地灌溉条件及管理水平有关。冬小麦全生育期,邯郸西南部为干旱较高风险区;邢台、邯郸局部地区为干旱低风险区;其他大部分地区为干旱中风险区。     

遥感信息与作物模型结合在冬小麦区域模拟中的应用

遥感数据与作物模型结合是当前农业信息技术应用研究的重要内容和发展趋势之一,能够解决单独利用遥感或作物模型无法解决的问题。为了开展大范围、区域性作物生长过程的模拟和产量预测,首先对作物模型WOFOST进行了订正和验证,使得调整后的模型适于模拟河南新乡县冬小麦生长;根据实际生产分三类情形模拟新乡县2002—2003年度冬小麦的生长发育状况;利用全生育期内能获取的Landsat-7 ETM+数据反演叶面积指数,结合WOFOST模型的模拟情况,确定每个像元对应的冬小麦的生长状况,从而在像元上实现了WOFOST模型对冬小麦生长的模拟;最后对照比较本研究方法的结果与当年新乡县冬小麦的统计情况,结果相近,验证了本文研究方法的技术可行性。     

河北省冬麦区土壤水分监测预测系统及其应用

河北省冬小麦生育阶段正值少雨时期,一般年份只有在灌溉的情况下才能满足小麦生长发育的需求,麦区土壤水分实时监测预测对于灌溉决策十分重要。在冬小麦单站多层次土壤水分动态模型(VSMB模型)的基础上,根据河北省麦区从南到北冬小麦发育期和土壤类型的不同进行参数调整和修正,并对数据库进行设计,形成河北省整个冬麦区麦田土壤水分监测预测系统(RSM-MFS)。文中介绍了该系统的基本原理和功能,并对实际应用进行了效果分析。从近年在河北省冬麦区土壤水分的监测预测结果来看,监测相对误差在10%左右,风险预测相对误差在20%左右。     

麦田耗水与小麦生长发育及产量的关系

本文根据1983—1984年和1984—1985年两年人工控制水份条件下的冬小麦农田水分试验资料，分析了农田耗水量与小麦生长特性、生理性状和产量的关系，得出了冬小麦拔节到成熟期的最佳水份指标和最佳产量。另外，讨论了水分利用效益问题。     

近地层O3和CO2浓度变化对冬小麦影响的数值模拟：Ⅰ模型结构

在试验研究的基础上,文中尝试利用数值模拟方法评估O3和CO2浓度变化对作物的影响.以农田生态系统碳氮生物化学模型(DNDC)为基础,对其中的作物子模型进行改进,加入O3对冬小麦光合作用和叶片生长影响的模拟,结合原模型中有关CO2对冬小麦光合作用影响的模拟,建立反映O3和CO2浓度变化对冬小麦生长发育和产量形成影响的作物模型.文章对DNDC模型进行了参数修正以适用于中国华北地区;文章参考前人的工作,引用了两种O3对作物光合作用影响的模拟方法进行比较,分别是O3对初始光利用率的影响和O3对叶片光合作用的直接影响;在此基础上,进一步考虑O3对冬小麦叶片生长的影响,根据试验资料,建立了O3对叶片生长影响系数.     

WOFOST模型对河南省冬小麦模拟的适用性分析

为进一步研究WOFOST模型在河南省冬麦区的适用性,以河南省30个农业气象观测站1991—2014年冬小麦观测资料、历史气象资料和土壤资料为依据,对WOFOST模型进行逐站调参和验证,分别建立了30个站的冬小麦模型参数。其中1991—2010年为模型调参年份,2011—2014年为模型验证年份。各站开花期和成熟期调参模拟的归一化均方根误差NRMSE分别小于5%和3%,验证误差分别为3.7%和2.9%。除潢川和固始外,模型对其余各站产量模拟的归一化均方根误差NRMSE全省各站均小于20.0%,验证误差全省平均为15.2%,大部分站点观测值和模拟值相关系数r通过了显著检验。利用调参后的模型模拟2011—2014年冬小麦生长动态变化可知,模拟地上部总干物重与实测单株干物重、模拟LAI与单株叶面积有较一致的变化趋势,拟合度较高。因此,WOFOST模型对河南省冬小麦主要发育阶段、产量及干物质积累模拟能力较强,具有良好的应用前景。     

气候变化对河南省灌溉小麦的影响及对策初探

灌溉是河南省冬小麦最重要的种植管理模式。在DSSAT-CERES小麦模型参数调试和区域适用性验证的基础上,利用区域气候模式PRECIS输出的未来气候情景资料,量化分析了2021—2050年河南省灌溉条件下冬小麦产量的可能变化,结果表明:若不采取其他措施,未来A2,B2两种温室气体排放情景下,河南省冬小麦产量平均减少5%左右,A2情景减产率略高于B2;随着产量降低,产量波动区间略有缩小,但25%~75%的稳产区间也相应缩小,且B2情景下更容易出现极端低产的年份;冬小麦水分利用效率相应降低。采取适当应对措施,如延迟播种期、减小种植密度等有利于提高产量或缓解减产趋势。     

沧州地区冬小麦的水分供需特征及水资源的合理利用

本文根据前人的田间试验结果和气象观测资料,应用彭曼公式和气候生产潜力的理论与方法,分析了沧州地区冬小麦水分供需特征,并从理论上探讨了不同时期灌水的生产效率。结果表明:本区小麦冬前水分条件较好,基本上可以满足需要,返青后水分供需矛盾日趋尖锐,返青—成熟各关键期各生育阶段的缺水幅度为88—138mm,产量降低幅度为18—50％。 灌溉的增产作用以拔节—抽穗期最好,在灌溉量相同的情况下,分别比返青—拔节期和抽穗—成熟期灌溉的增产40.6％和18.3％。     

冬小麦夏玉米土壤水分预报及优化灌溉模型

利用土壤水分平衡方程，结合河南省冬小麦和夏玉米的生长规律和1994～2000年冬小麦、夏玉米田实测土壤湿度资料，建立了河南省冬小麦、夏玉米土壤水分预报及优化灌溉的计算机模型。用1998～1999年郑州市麦田实测土壤湿度资料验证该模型模拟结果，未来10、20、30天土壤湿度相对误差分别为-7．3％～7．7％、-8．3％～6．8％、-7．6％～7．7％，表明利用该模型，可以较为准确地预报未来1个月的土壤水分变化，并可根据小麦、玉米不同发育期特点，给出以最高产量和最佳经济效益为目标的灌溉建议。     

冬小麦拔节期灌溉防霜冻效果研究

以矮抗58为研究对象,在冬小麦拔节期设置灌溉与未灌溉两种水分处理,通过对无霜冻年份(2012年)和晚霜冻年份(2013年)的对比试验,分析晚霜冻害对冬小麦群体密度、干物质积累、产量及其构成要素的影响,探讨拔节期灌溉的防霜效果。研究结果表明:1)孕穗-抽穗期发生晚霜冻害可使冬小麦群体密度下降、产量显著降低。2012年的产量整体高于2013年的,且2012年未灌溉处理的产量显著高于2013年灌溉处理的(P0.05);受霜冻影响,2013年灌溉与未灌溉的成熟期密度分别比抽穗期下降11.8%和14.8%,地上部分总干物质重先显著下降而后逐渐恢复,和抽穗期相比其下降幅度分别为18.5%(灌溉)和33.7%(未灌溉)。2013年成熟期叶片干重占地上部分总干物质重比例为43.5%(灌溉)和41.0%(未灌溉),显著高于2012年的16.3%(灌溉)和4.1%(未灌溉)。2)无论是否有霜冻害发生,拔节期灌溉均可显著提高产量,灌溉处理产量分别比未灌溉处理的偏高16.3%(2012年)和24.5%(2013年)。霜冻年份拔节期灌溉处理可显著降低穗粒数损失和抽穗期以后叶面积指数的衰减速度。3)2013年灌溉处理较2012年灌溉处理减产23.6%,未灌溉处理较2012年未灌溉处理减产32.9%。拔节期灌溉能够有效减少霜冻造成的产量损失,但这主要是由水分增加所引起,抽穗期的冬小麦抗霜能力并没有提高。     

基于冠层温度的冬小麦水分胁迫指数的实验研究

在田间实验基础上对冬小麦田逐日14时基于冠层温度的作物水分胁迫指数，（CWSI）进行了计算和分析。同一时刻干旱处理CWSI高于湿润处理；麦田灌溉后CWSI4～6天降到极小值，表明了灌水后作物从水分胁迫状态恢复所需的时间；从本次灌溉后CWSI达到极小值至再次灌溉期间，CWSI呈持续增加趋势。这些表明CWSI较好地反映了因土壤供水不足导致的作物水分胁迫。CWSI与叶水势之间呈明显的负相关关系。CWSI等于0.4，相当于实际蒸散与可能蒸散的比率为60%，是指示冬小麦发生严重水分胁迫的关键性指标。     

气候变化对我国小麦发育及产量可能影响的模拟研究

利用随机天气模型, 将气候模式对大气中CO₂倍增时预测的气候情景与CERES-小麦模式相连接, 研究了气候变化对我国冬小麦和春小麦生产的可能影响.结果表明, 气候变化后小麦发育将加快, 生育期缩短, 冬小麦平均缩短7.3天, 春小麦平均缩短10.5天, 春小麦生育期缩短的绝对数和相对数均大于冬小麦.籽粒产量呈下降趋势, 冬小麦平均减产7%~8%, 雨养条件下比水分适宜时减产幅度略大.春小麦的减产幅度大于冬小麦, 水分适宜时平均减产17.7%, 雨养时平均减产31.4%.     

干旱与灌溉处理对冬小麦冠层内光分布的影响

为探讨北方冬麦区节水灌溉的关键时期,借助干旱和灌溉对冬小麦冠层光分布,获取本地化参数,为华北农业干旱预报模型的修正提供依据。采用美国CID公司生产的CI-110型植物冠层分析仪,对干旱和灌溉条件下冬小麦冠层内光分布进行直接测定。结果表明,干旱和灌溉条件下,无论是高氮还是低氮、中氮,平均叶面倾角(MLA)都随生育期的延长呈现出先下降再上升的趋势。高氮和低氮时,随着生育期的延长,干旱处理和灌溉处理的冬小麦散射辐射透过系数(TCDP)都呈现先下降再上升的变化趋势;中氮时,干旱处理和灌溉处理的冬小麦TCDP在开花期和灌浆期都呈现一直上升的趋势。无论高氮还是中氮、低氮,冬小麦直接辐射透过系数(TCRP)的值都随着天顶角角度的增大而减小,冬小麦TCRP的值随着冬小麦生育期的推进,都呈现出先下降、后上升的变化趋势。高、中、低氮3种情况下,干旱和灌溉处理的冬小麦每个生育期均呈现随着天顶角角度的增加,消光系数K也增大;高氮时,多数情况下,冬小麦冠层的消光系数K干旱的大于灌溉的;中氮、低氮时,多数情况下,冬小麦冠层的消光系数K干旱的小于灌溉的。干旱和灌溉对冬小麦冠层光分布的影响:灌溉增加了冬小麦的平均叶面倾角(MLA);干旱和灌溉处理条件下冬小麦的TCDP差异较小,TCDP与MLA变化趋势相似,也都呈现出先下降、再上升的变化规律;干旱和灌溉处理冬小麦TCRP,无论高氮还是中氮、低氮,都随着天顶角角度的增大而减小,在7.5°、22.5°时干旱和灌溉对冬小麦TCRP的影响较大,而在37.5°、52.5°、67.5°时对冬小麦TCRP的值影响很小;每个生育期消光系数K均随着天顶角角度的增加而增大。     

我国北方地区冬小麦干旱灾害风险评估

选取我国粮食重要生产区——北方冬麦区作为研究区,基于干旱灾害对作物产量的影响开展冬小麦干旱灾害风险评估和区划。在确定干旱灾害危险性指标过程中,通过对比分析MCI、CWDIa、CI、Pa及Ma干旱指数的适应性,确定了干旱灾害风险危险性指数;在分析北方冬麦区干旱背景和脆弱性时,考虑了冬麦区的地形、土壤类型、土壤有效持水量、河网水系、灌溉条件、降水量及干燥度等环境因素,以及冬小麦的耕地面积、播种面积、主要生育期的水分敏感系数、历史产量等。与以往致灾因子危险性分析方法不同,本文首先建立了干旱指标与冬小麦减产率之间的关系,通过减产率等级来确定干旱致灾临界阈值,在此基础上计算分析了冬小麦全生育期和6个关键生育期不同等级干旱发生的频率。综合考虑干旱发生的危险性、不同地区干旱背景和脆弱性,建立了我国北方冬麦区全生育期和6个关键生育期的干旱灾害风险评估模型和区划方法,实现了我国北方冬麦区干旱灾害的风险评估和区划。结果表明,MCI更能反映北方冬麦区干旱的特征,故以MCI指数作为干旱灾害风险危险性指数;我国北方冬麦区中北部的干旱灾害风险较高,应该加强防旱抗旱能力建设,南部地区包括苏皖和河南东南部的干旱灾害风险较小。本文建立的北方冬麦区不同生育期干旱灾害风险评估模型可应用于干旱灾害风险动态评估实时业务中。     

水分胁迫对华北平原冬小麦地上部分及产量的影响

以“济麦-22”为供试品种,利用中国气象局固城生态环境与农业气象试验站大型根系观测系统,研究冬小麦在重度干旱胁迫（≤40.0%）、轻中度干旱胁迫（40.1%-55.0%）和适宜（55.1%-80.0%）3种水分胁迫条件下地上部分对水分胁迫的响应,以探索水分胁迫对华北平原冬小麦产量的影响,分析不同水分胁迫对冬小麦产量的影响程度。结果表明：华北平原冬小麦在轻中度干旱胁迫和重度干旱胁迫下,小麦全生育期的天数缩短,株高、叶面积及灌浆速率均呈不同程度的减少。3种水分胁迫的株高增长量为适宜>轻中度胁迫>重度胁迫,灌浆速率为适宜>轻中度胁迫>重度胁迫。土壤水分胁迫引起冬小麦物质分配更多地向支持生长的茎秆转移,在生长发育过程中受到水分胁迫,小麦产量将降低,重度胁迫条件下小麦产量为适宜水分条件的69%。