不同海拔麦田土壤水分变化特征 及其对水分利用效率的影响

2017—2018年在晋南4个不同海拔高度的麦田,开展了土壤水分变化特征及对水分利用效率的研究。结果表明:不同海拔麦田不同土层的成熟期土壤贮水量均低于播种期土壤贮水量,在0～100、100～200、0～200 cm土层深度不同海拔麦田成熟期土壤贮水量占播种期土壤贮水量的比例分别为47. 28%～45. 46%、42. 49%～77. 50%、45. 06%～60. 96%,其中0～200、100～200 cm深度所占比例均随海拔高度的上升而上升;播种期至成熟期0～100、100～200 cm土壤耗水量占该阶段0～200 cm土壤耗水量的比例分别为51. 53%～72. 12%、27. 88%～48. 47%,其中0～100 cm深度所占比例随海拔高度上升而上升,而100～200 cm则表现为随海拔高度上升而下降;播种期至成熟期0～100、100～200、0～200 cm土层耗水量占播种期同一土层贮水量的比例分别为52. 72%～54. 54%、22. 50%～57. 51%、39. 04%～54. 94%,其中100～200、0～200 cm随海拔高度的上升而下降,最高海拔(1008 m)麦田0～100、100～200 cm土层及其他3个海拔麦田不同土层深度在不同生育阶段土壤耗水量与其初始土壤贮水量均呈正相关;不同海拔麦田的全生育期平均气温与其全生育期不同土层的土壤耗水量均呈现正相关;水分利用效率基本随海拔高度的升高在提高。     

不同土壤水分和不同覆盖条件下麦田水分动态和增产机理研究

1997年 1月至 1 998年 6月在郑州水分试验场进行了小麦田覆盖期、覆盖量和土壤水分处理试验 .结果表明 ,覆盖是一种行之有效的保墒增产措施 .不同覆盖期、不同覆盖量和不同土壤水分对小麦干物重、叶面积、蒸腾强度、产量和水分利用效率有着显著的影响 .覆盖期、覆盖量和土壤水分含量的最佳结合点为 :冬前小麦停止生长之日、55%～ 70 %土壤相对湿度、450 0～ 60 0 0 kg/ hm2覆盖量 .在此状况下 ,产量可增加 1 8.5% ,水分利用效率提高 2 2 .1 % .     

郑州地区冬小麦水分利用效率变化及其气温变化响应

水分利用效率(WUE)反映了作物耗水量与干物质生产及籽粒产量的关系,提高作物WUE是保障水资源紧缺条件下农业持续稳定发展的关键。根据近30 a郑州地区冬小麦全生育期平均气温、土壤湿度和产量资料,利用数理统计方法,分析了近30 a冬小麦全生育期平均气温与冬小麦WUE的关系,在此基础上模拟了在不同增温、降水减少的气候变化情景下对冬小麦WUE的影响。结果表明:郑州地区近30 a冬小麦全生育期平均气温递增率约为0.82℃/10a;0—100 cm土壤平均湿度呈下降趋势,土壤有效含水量约以44.9 mm/10a的速率递减;实际耗水量年际间平均以18.2 mm/10a的速率递增;气温升高与小麦WUE变化表现为不显著的负相关。未来各情景下冬小麦WUE均比当前的WUE有所增加,其中增温2.4℃、降水减少10%时WUE比基础情景增加了15.5%,但WUE的数值并不随气温增加和降水减少而无限递增,当气温增加2.4℃、降水减少量超过20%时,WUE开始下降。     

郑旱1号生育特性与水分利用效率

田间试验表明,郑旱１号小麦春生根较多,后期叶面积指数较大,特别是到乳熟期叶面积指数还高达３．０３,在后期遇到４次干次风的情况下,郑旱１号千粒重较温麦４号高１１．６％,产量则高１１．１％。     

气候变化对雨养冬小麦水分利用效率的影响估算

研究气候变化对雨养冬小麦水分利用效率的影响规律,可为农业适应气候变化提供科学依据。通过构建代表站雨养冬小麦产量和土壤水分变化量的模拟方程,分析水分利用效率的历史变化,并结合两种区域气候模式PRECIS和REGCM4.0输出的4种不同气候变化情景资料,估算未来2021—2050年雨养冬小麦水分利用效率的可能变化。结果表明:1981—2010年甘肃、山西和河南代表站的雨养冬小麦水分利用效率呈二次曲线变化趋势,最大值出现在2003年前后。4种气候变化情景的模拟结果均显示:2021—2050年冬小麦全生育期耗水量明显增加,各代表站不同情景平均增加6.2%;产量有增有减,平均产量变化率为1.4%;水分利用效率平均减小3.8%,且变率减小。区域气候模式PRECIS估算的水分利用效率的减小量A2情景大于B2情景,REGCM4.0模式估算的水分利用效率的减小量RCP8.5情景大于RCP4.5情景。整体来看,RCP气候情景对雨养冬小麦水分利用效率的负面影响更大。     

夏大豆与水分关系试验研究

本试验是在人为严格控制水分的条件下进行的，应用资料探讨了夏大豆两个生育关键期不同水分条件对群体生产力，叶面积动态变化、叶片光合作用，生育期及产量的影响。     

基于概念模型的麦田土壤水分动态模拟研究

农田土壤水分模拟是农业用水管理的重要依据。以根区土体水量平衡方程为依据,考虑根区下界面水分通量,构建了农田土壤水分变化模拟模型,该模型由作物蒸散量模型、根区下界面水分通量模型以及水量平衡方程等组成。采用山西水利职业技术学院试验基地2007年和2008年2个年度冬小麦试验资料,确定了模型参数。结果表明,土壤储水量模拟计算值与实测值有较好的一致性,其相关系数达到0.9555;F检验结果达到极显著水平,所建立的麦田土壤水分动态模型可用于作物蒸散量、根区下界面水分通量和田间土壤水分的模拟计算;计算精度平均达到3%～11%。表明该模型可较好地描述农田士壤水分转化过程。     

利用生育期水分供应系数进行旱涝区划的研究

根据不同作物不同发育阶段的需水特性，建立了作物蒸腾耗水模型。利用水分平衡方程。根据降水量及前期土壤水分储存量与作物蒸散耗水量的差，确定作物不同生育期水分满足程度的时间变化曲线，用以衡量水分的满足程度。     

中国黄土高原塬区表层土壤水分盈缺状况的研究

陆地表层水分的盈缺直接关系到局地气候变化.本文利用黄土高原塬区初夏至盛夏期两次陆面过程野外试验(LOess Plateau land surface process field EXperiment 2005,LOPEX05和LOPEX06)的野外试验观测资料,分析了试验期间黄土高原白庙塬区不同下垫面的水分蒸散和表层土壤水分盈缺状况.结果表明:在土壤水分比较充足的条件下,植被蒸腾增加量在正午时的峰值为0.05 mm·h-1,而较大降水发生后的首个晴日.冬小麦地和裸地的蒸散分别可达4.60 mm·d-和3.70 mm·d-1.局地降水是影响陆面蒸散量变化的主要因素,而植被冠层的存在增加了陆面蒸散发量中的植物蒸腾量值.2006年4月下旬到7月中旬,裸地的水分缺失为16.3 mm·m2,冬小麦地的水分缺失为39.9mm·m2.其中缺失最严重的时间段为5月下旬到6月上旬,最大旬缺失量达16.5 mm·m2,7月上旬和中旬,由于降水季节来临,土壤水分有少量盈余.在2005年7月中旬至8月下旬,玉米地和裸地的水分盈余分别为17.9 mm·m2和25.3 mm·m2.不同时间尺度的统计均表明,降水不仅是影响陆面蒸散量的主要因素,而且也是表层土壤水分盈缺的决定性因子.     

甘肃省主要农作物水分供需特征研究

采用FAO-PM公式,计算了甘肃省主要农作物的需水量,并分析了它的时空变化特征及不同气候区的水分供需状况。结果表明,甘肃省主要农作物需水量自东南向西北方向增加,最大值在极端干旱的安西及敦煌一带,为515mm;最小值在徽县及成县盆地一带,为282mm。农作物全生育期日需水量呈单峰型。由于气候变化,导致农作物需水量呈波动减少趋势。对于雨养农业区,考虑到土壤水库的供水作用后计算的农作物水分供需特征更接近于实际状况,虽然玉米的需水量大于小麦,但由于其关键需水期和最大需水期与降雨时段相吻合,其水分供应状况反而优于小麦。而对于灌溉农业区,虽然目前的地表水资源总量上可以满足其流域内作物需水量,但实际已挤占了生态用水,导致水分供需矛盾突出。     

棉花耗水量和土壤水分指标研究

在进行５年的田间试验基础上，从水分利用效率的角度确定了棉花的适宜耗水量指标，根据棉花的蕾铃脱落率，气孔阻力，纤维品质以及产量结构等与土壤湿度的关系，确定了棉花生产的适宜水平指标和干旱指标。     

禁牧对安西荒漠化草原芨芨草光合生理生态特征的影响

对安西温性荒漠化草原退牧还草围栏建设工程区芨芨草光合生理生态特征进行了监测分析。结果显示,与放牧区相比较,围栏禁牧草场环境中气温和叶温相对较低,空气湿度相对较高,二者环境有显著差异,表明禁牧极大地改善了草原牧草的生长环境。同时,禁牧区草地主要植物类群芨芨草叶片的光合速率较高,有利于其生长和干物质的积累。     

干旱胁迫对甘肃中部春小麦生理性状及灌水利用效率的影响

为研究干旱胁迫对春小麦生长发育阶段生理性状和灌水利用效率的影响,以高产优质抗旱春小麦新品种‘定丰18号’和‘定丰19号’为材料,对其分蘖期到成熟期进行正常供水(WW)、轻度土壤干旱(MD)和重度土壤干旱(SD) 3种不同水分处理,研究3种处理对小麦叶片水势、光合速率、籽粒灌浆速率、产量构成因素以及灌水利用效率的影响。结果表明,与WW处理比较,MD和SD处理显著降低了叶片水势(p <0. 05),MD处理通过夜间恢复其叶片水势可达到正常水平,SD处理不能恢复; SD处理显著抑制了叶片光合作用,MD处理与WW处理无显著差异(p> 0. 05);与WW处理相比,MD处理籽粒灌浆速率、粒重、穗粒数、千粒重和产量显著增加,而SD处理则显著降低(p <0. 05),不同处理间容重无显著差异(p> 0. 05)。两个不同小麦品种的两年试验结果基本一致,适度的水分亏缺有利于小麦增产,从而可提高其灌水利用效率。     

土壤水分对氮肥肥效影响的试验

针对当前高产麦田中氮肥用量过大，浇水次数过多，严重影响小麦产量问题进行了试验。分析了不同肥、水条件对产量的影响，建立了数学模式。并根据投入、产出综合评判，得出不同产量水平下的经济最佳氮肥施用量和浇水次数。对提高小麦肥、水利用率有较高的实用价值。     

郑州市夏玉米生长季土壤水分变化特征分析

利用线性趋势估计、Mann—Kendall检验等方法对1981—2010年郑州市夏玉米生育期内土壤湿度的年际及垂直变化特征进行了分析,结果表明：近30a来郑州地区夏玉米生长季土壤水分呈显著的下降趋势,0—40cm、40—100am下降速率分别为-3．34％／10a和-5．94％／10a;0—40em在1986年形成一个突变点,40一100CIYI在1998年形成一个突变点,突变点后土壤湿度下降明显;夏玉米生育期内,土壤湿度随生育进程的推进不断增加,到乳熟期后维持在较高水平,同一生育阶段由浅及深各层土壤湿度变异系数逐步减小;各层次土壤湿度的垂直分布基本呈现上干下湿的状态,各生育阶段各层土壤湿度多表现为乳熟期的〉抽雄期的〉拔节期的〉出苗期的。     

有限供水对冬小麦根系生长发育的影响及其对底墒的利用特征

试验在中国气象局固城农业气象试验基地人工控制农田水分试验场进行。在底墒充足的条件下采用三种水分处理:I₁拔节期一次性供水75 mm; I₂返青期供水37.5 mm, 拔节期供水37.5 mm; I_CK生长季内无水分供应。生育期内遮去自然降水。试验结果表明, I₁处理由于有充足的底墒配合有限水分胁迫, 有助于减少冬小麦表土层 (0~30 cm) 的根生物量, 增加根系干物质向土壤深层分配, 挖掘深层土壤水分, 提高了土壤水供应量和有效底墒供水率.另外, I₁处理增加了需水关键期的有效蒸腾耗水比例, 提高了水分利用效率.虽然由于前期的水分胁迫降低了I₁处理总穗数, 但由于增加了籽粒数和籽粒重, 产量反而有所增加。     

Changes in Water Use Efficiency Caused by Climate Change,CO2 Fertilization,and Land Use Changes on the Tibetan Plateau

Terrestrial ecosystem water use efficiency(WUE) is an important indicator for coupling plant photosynthesis and transpiration, and is also a key factor linking the carbon and water cycles between the land and atmosphere. However,under the combination of climate change and human intervention, the change in WUE is still unclear, especially on the Tibetan Plateau(TP). Therefore, satellite remote sensing data and process-based terrestrial biosphere models(TBMs) are used in this study to investigate ...     

利用GLDAS资料分析黄土高原半干旱区土壤湿度对气候变化的响应

利用GLDAS资料分析了1948~2010年黄土高原半干旱区气温、降水和土壤湿度的变化趋势,并重点讨论了气温和降水对土壤湿度的影响和相对贡献。结果表明:近60 a来黄土高原半干旱区整体呈现暖干化趋势,增温速率明显高于全球平均增温速率;不同深度的土壤湿度的长期变化均呈减小趋势,且年际间变化明显。不同深度的土壤湿度和气温呈负相关关系,并随着土壤加深,两者的相关性加强;土壤湿度和降水则呈正相关关系,相关关系最大出现在表层土壤。通过分析气温和降水在不同季节对土壤湿度的相对贡献发现,春季和冬季气温对土壤湿度的相对贡献较降水显著,秋季恰好相反,夏季气温和降水对土壤湿度的相对贡献大小相当。对比不同深度层降水、气温对土壤湿度的相对贡献得出,降水对浅层土壤湿度有显著作用,而气温对深层土壤湿度的作用更明显。     

青藏高原CMIP6土壤湿度适用性评估

为了解第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）土壤湿度数据在青藏高原的适用性,利用全球陆面数据同化系统（GLDAS）Noah模型输出的土壤湿度产品,对CMIP6 Historical试验的土壤湿度数据进行评估。结果表明：在青藏高原地区,CMIP6集合平均土壤湿度总体高于Noah产品,季节变化幅度明显小于Noah产品;各模式模拟的土壤湿度差异较大,在偏差、线性相关、标准差、场相关4个维度上,表现最好的模式分别为AWI-ESM-1-1-LR、NorESM2-MM、CanESM5、TaiESM1,而EC-Earth3、EC-Earth3-Veg和GFDL-CM4在两个维度上表现突出;综合考虑4个维度,AWI-ESM-1-1-LR等10个模式在高原适用性较好。     

夏季青藏高原不同层次土壤湿度时空变化特征

基于1950—2009年GLDAS Noah 2.0逐月平均土壤湿度资料,分析了夏季青藏高原各层土壤湿度的时空变化特征。结果表明:(1)夏季青藏高原各层土壤湿度整体上呈自南向北递减的空间分布,但在高原中部地区中层、深层土壤湿度均有一个极值中心。(2)夏季高原中东部地区表层、浅层、中层、深层土壤湿度之间的差值(深层与中层除外)均表现为"上湿下干"的垂直分布,而中部偏西地区各层土壤湿度差值则表现为"下湿上干"的垂直分布。(3)夏季高原各层土壤湿度第一模态均呈现西南—东北反向型分布,且随着深度的增加,零线向东北移。(4)夏季高原主体各层土壤湿度的年际变化特征明显,除深层(呈现不显著增加趋势)外整体均呈现显著下降趋势,前期土壤湿度较高,后期较低。从空间趋势分布来看,除深层土壤湿度在高原中部有增大趋势外,各层土壤湿度变化趋势在高原上均以减小为主。(5)去趋势后,除深层外其他各层土壤湿度最大年际变化幅度在高原中部随着土层的增加而减小,而高原中东部则随土层的增加而增大。