秸秆覆盖免耕储水灌溉对春小麦耗水特征及灌溉水分利用效率的影响

在河西走廊的黑河流域中心试验站进行了秸秆覆盖免耕（NTS）储水灌溉对春小麦耗水特征及灌溉水分利用效率影响的试验研究。结果表明:①就春小麦全生育期耗水情况来看,NTS并没有减少土壤水分的消耗,只使春小麦的耗水在时间和空间上有所改变;②NTS的全生育期日均耗水量最高,而全年的日均耗水量最低,这主要是由NTS在休闲期时明显的保墒作用所导致;③为获取高产和提高灌溉水分利用效率,耕作方式为NTS且冬季储水定额为1 200 m3·hm-2的处理是最优的;④随着储水定额的增大,全生育期和全年的日均耗水量增大,而灌溉水分利用效率递减。若仅仅为提高节水效率和灌溉水分利用效率可以将冬季储水定额减少到750 m3·hm-2。     

沙地玉米水分利用效率日变化特征

以科尔沁沙地玉米农田生态系统为研究对象,利用涡度相关技术和便携式光合作用测定系统（LI-COR6400）同步观测玉米（郑单958）主要生育期（苗期、拔节期、抽穗期、灌浆期和成熟期）群体和叶片尺度瞬时CO₂交换及水汽交换速率,并分析其水分利用效率的日变化特征。结果表明：各生育期玉米群体尺度瞬时CO₂交换速率分别为-2.205、-26.113、-26.118、-8.201、-3.672 μmolCO₂·m^-2·s^-1,叶片尺度光合速率分别为27.57、59.55、24.38、22.03、20.09 μmolCO₂·m^-2·s^-1。各生育期群体水分利用效率（WUE_C）的日动态呈现“L”型,峰值出现在日出后（约06：00）,分别为0.025、0.039、0.088、0.058、0.191 gCO₂·g^-1H₂O,叶片尺度瞬时水分利用效率（WUE_L）的日动态呈“~”型,峰值出现在06：00—10：00,分别为0.029、0.041、0.017、0.019、0.024 gCO₂·g^-1H₂O。玉米各生育期群体及叶片尺度瞬时CO₂交换速率和水分利用效率均存在明显差异。     

作物水分利用效率对温度和CO2浓度升高的响应研究进展

以大气CO2浓度和温度升高为主要标志的全球气候变化对作物水分利用效率产生重要影响,作物水分利用效率对CO2浓度和温度升高的响应特征与机理研究,对揭示气候变化对作物生长的影响及其机制具有重要作用和意义。本文分别介绍了作物水分利用效率对CO2浓度和温度升高的响应研究进展,CO2浓度和温度升高对作物水分利用效率的协同效应,以及CO2浓度与温度升高对作物水分利用效率影响的实验研究方法,并提出了作物水分利用效率对CO2浓度和温度升高响应研究仍需要解决的几个关键问题:①多因子协同效应;②不同品种的响应差异;③不同尺度水平的响应过程;④作物水分利用效率对气候变化的适应性。     

干旱胁迫下秸秆覆盖增强玉米耐旱性的研究

田间试验于1994- 2000年在吉林省西部半干旱地区洮南市幸福乡实施,试验田包括露地栽培和秸秆覆盖栽培两个处理,覆盖区于玉米植株5叶期用粉碎的长度为2~3的玉米和小麦秸秆全面覆盖,随机区阻设计,重复4次,试验区每年重新安排,以免上一年的覆盖物对试验结果产生影响。于5叶期在每个小区的中部连续标记10株,以后跟踪调查记录,子粒达生理成熟时收获。研究结果表明:秸秆覆盖前处理与对照的土壤含水量无差异,而5叶期实施秸秆覆盖处理的土壤含水量显著高于对照,这种效应一直持续到7月的第二周。6月10日、6月25日和7月15日秸秆覆盖处理的土壤含水量分别比对照高12.86%、7.17%和2.86%,这就保证了玉米植株的根系和地上部生长发育对水分的需求。在半干旱地区及干旱年份实施秸秆覆盖处理可提高田间土壤水分含量、促进玉米植株中后期的生长发育、提高单株叶面积和干物质重、有利于雌穗分化发育、改善穗部性状、增加单穗粒数和粒重、最终增加子粒产量。因此,可把秸秆覆盖作为玉米综合抗旱栽培措施中的一项措施加以实施。     

灌溉与施氮对留茬免耕春小麦产量、水分利用效率及氮肥表观利用效率的影响

在甘肃省石羊河流域绿洲灌区,研究了不同灌溉量(常规灌溉327 mm、节水20%灌溉261 mm和节水40%灌溉196 mm)和施氮量(0、140、221 kg·hm-2和300 kg·hm-2)对留茬免耕春小麦籽粒产量、秸秆产量、收获指数、水分利用效率和氮素表观利用效率的影响。结果表明,在各施氮处理中,春小麦籽粒产量、秸秆产量、收获指数随灌溉量增加而增加,水分利用效率和氮素利用效率随灌溉量增加先增加后降低。节水20%灌溉的水分利用效率和氮素表观利用效率最高。就各灌溉水平平均值而言,当施氮达到221 kg·hm-2,春小麦籽粒产量(6 365 kg\5hm-2)、收获指数 (0.49)、水分利用效率 (14.51 kg·mm-1·hm-2) 和氮素表观利用效率(21.8%)达到最大值。在与该试验条件相似地区,综合考虑籽粒产量、水分利用效率和氮素表观利用效率,节水20%灌溉和221 kg·hm-2施氮量为最优组合。     

淮河流域蚌埠闸以上地区夏玉米生育阶段水分供需时空变化特征研究

作物水分供需量是进行科学合理灌溉的重要参考依据,水分供需不平衡也是引起农业旱涝的根本原因。基于淮河流域蚌埠闸以上地区及周边1961—2015年共91个气象站点的日尺度气象数据,借助有效利用系数法计算夏玉米有效降水量,采用联合国粮食及农业组织（FAO）建议的Penman-Monteith（P-M）公式和作物系数法计算需水量,分析夏玉米水分供需时空变化特征,并探讨典型站点夏玉米生育期内水分盈亏状况。结果表明：① 近55a来,研究区夏玉米全生育期和各生育阶段有效降水量呈南高北低的分布特征,各站点趋势变化不明显;② 夏玉米全生育期和各生育阶段需水量大致呈南低北高的纬向分布,全生育期和各生育阶段呈显著减少趋势,只少数站点未通过显著性检验;③ 夏玉米全生育期和各生育阶段缺水量大致呈纬向分布特征,全生育期和播种-出苗期呈显著减少趋势,其余生育阶段趋势变化不明显。     

荒漠绿洲区间作和密植对作物产量和水分利用效率的影响

针对间作种植模式下密植潜力薄弱、水资源不足、生产实践中难以同步提高产量和水分利用效率(WUE)的问题,在河西荒漠绿洲区通过大田试验研究了4个(5.25、6.00、6.75、7.50万株·hm^-2)玉米密度水平下玉米间作豌豆群体的产量和水分利用效率,以期为构建禾豆间作在密植条件下的高效节水技术提供理论依据。结果表明:玉米间作豌豆的土地当量比(LER)平均达到1.16,且LER随玉米密度的增大而增大。单位面积间作玉米的产量平均达到了相应单作的74.87%;随玉米密度的增大,作物产量的最大值均出现在高密度(6.75、7.50万株·hm^-2)处理中。间作0~120 cm土层平均土壤含水量平均低于单作玉米1.60%,但平均高于单作豌豆6.70%;两年内单作玉米和间作0~120 cm土层平均土壤含水量均在高密度(7.50万株·hm^-2)处理时最大。由于土壤贮水量、降雨量、灌水等诸多因素的影响,间作较单作增加了耗水量(ET),上述间作的ET比单作高19.23%~23.66%。与单作WUE加权平均相比较,间作的WUE分别高于单作11.08%、13.32%、18.86%和28.06%;不同玉米密度处理中,密度3(6.75万株·hm^-2)的WUE表现出了优势。因此,在河西荒漠绿洲区,同步提高作物产量和水分利用效率的有效措施之一是间作和密植条件。     

玉米秸秆带状覆盖对西北旱地土壤温度及马铃薯产量的影响

设黑膜大垄（M1）、玉米秸秆带状平覆（M2）、玉米秸秆带状垄沟覆杆（M3）和不覆盖露地平作（CK）4个处理进行田间小区试验,对比研究不同覆盖方式对西北旱地土壤温度及马铃薯产量的影响。结果表明：M1较CK提高全生育期土壤温度0.98℃,主要提高了块茎膨大期5 cm土层（2015年）及淀粉积累期10 cm土层（2016年）的土壤温度;M2、M3较CK降低全生育期土壤温度1.06℃、0.59℃,主要降低了块茎形成期10 cm土层的土壤温度。两年M1、M2、M3分别平均较CK增产11.68%、21.74%、16.88%。产量与淀粉积累期至收获期单株结薯数、单株产量正相关（r=0.064~0.766）,覆盖处理显著较CK提高淀粉积累期单株结薯数及单株产量,平水年以M1最好,偏旱年以M2最好。     

沙土地夏玉米灌溉方式的试验研究

在豫北耕作层保水能力较差的砂壤土地带,围绕节水和增收,开展了夏玉米沟灌、常规畦灌及减少生育期内灌水次数的试验研究,每次畦灌定额控制在630~682.5m³·hm^-2,而沟灌条件下平均灌水量仅为442.5m³·hm^-2。研究结果表明,反映夏玉米生长速率的株高、叶面积指数等性状均是以抽雄期为界,之前增长迅速;抽雄时植株高度达2.50m左右,之后增长速率明显减慢;而抽雄至灌浆初期,叶面积指数保持在5.40~5.92的最高值,往后急剧地下降。不同灌水处理下生长速率的变化则是随着供水总量的增加呈同步增长趋势。在干旱年份,畦灌夏玉米全生长期耗水4278m³·hm^-2,沟灌及减少灌水次数的处理,耗水量分别为3762m³·hm^-2和3348m³·hm^-2。按生长阶段比较,抽雄~开花期日耗水强度最大,为66.75~76.50m³·hm^-2;其次是拔节~抽雄期,平均为65.50m³·hm^-2;播种~出苗期间日耗水强度仅为13.35m³·hm^-2。不同的灌溉方式与灌水量对夏玉米的穗粒重、千粒重及粒占穗重的百分比都有影响。对于宽行稀植作物采用沟灌方式,灌溉用水量小(平均为442.5m³·hm^-2),所供的水能集中于植株的根际附近,棵间蒸发的无效损耗少,穗粒重和千粒重都较高,产量达9616.5 kg·hm^-2,比畦灌条件下节省22.8%的灌溉用水,水分生产率提高16.9%。减少夏玉米生长期内的灌水次数,在降低水量消耗的同时,易造成较大幅度的减产(13.7%),因此,在夏玉米生长过程中,遇到偏旱年份,要特别注意防止缺水而引起的水分胁迫。     

灌溉量对2种灌木光合特性和水分利用效率的影响

采用野外试验,研究了灌溉量对新疆策勒绿洲木沙拐枣（Calligonum mongolicum）和花棒（Hedysarum scoparium）光合特性和水分利用效率的影响。结果表明：（1） 随着灌溉量的增加,沙拐枣和花棒的净光合速率均增加,但是蒸腾速率、气孔导度、胞间CO₂浓度没有明显增加;（2） 灌溉增加了沙拐枣的清晨水势和正午水势,并且只有灌溉和无灌溉处理的正午水势差异显著（p<0.05）;而灌溉只增加了花棒的清晨水势,并且只有充分灌溉和无灌溉的条件下差异显著（p<0.05）;（3） 在不同的灌溉条件下,沙拐枣和花棒的稳定碳同位素比率δ¹³C变化不大,沙拐枣在无灌溉、适度灌溉、充分灌溉下δ¹³C的平均值分别为-12.267、-12.147、-11.958,花棒的δ¹³C分别为-27.928、-28.068、-27.166;（4） 沙拐枣和花棒的水分利用效率均在无灌溉条件下明显高于灌溉条件下,而且一次性的灌溉不会改变其水分利用效率。     

Budyko方程和单作物系数法在区域蒸散发估算中的耦合及应用

实际蒸散发(ET)是水文循环的关键环节,分布式量化ET是区域水量平衡计算的重要内容。本文基于Budyko水热耦合方程推算单作物系数,在单作物系数和基于遥感方法的叶面积指数(LAI)之间进行统计回归,建立计算LAI的模式,实现Budyko方程进行区域ET估算的空间分辨率提升。洮河流域的范例研究证实了两种方法耦合在复杂地理-生态区间应用的合理性。本文为区域ET的分布式量化研究提供了一种新的思路。     

祁连山中部亚高山草地作物系数估算

利用Lysimeter蒸散仪于2011-2014年对祁连山中部黑河上游天涝池流域亚高山草地实际蒸散量进行观测。用FAO Penman-Monteith模型对草地参考蒸散量进行估算,根据草地植被高度结合气象数据,以估算日尺度作物系数,以估算的作物系数与模拟的参考蒸散量计算草地实际蒸散量,并用观测值进行验证。结果表明：FAO改进后的作物系数计算方法适合该区域草地作物系数的计算;以FAO Penman-Monteith模型估算的日蒸散量为0.50~7.26 mm,生长季日均蒸散量有年际变化,2011年 > 2014年 > 2012年 > 2013年。总体来看,土壤蒸发总量年际变化不大,影响蒸散量年际变化的主要部分是植被的蒸腾。     

华北平原7种人工牧草不同气候条件下的耗水规律

本文主要目的是研究华北平原不同气候条件下7种人工牧草的耗水规律。试验于2005-2009年在中国科学院禹城综合试验站进行,牧草品种有一年生牧草黑麦（Secale cereale L.）、小黑麦（× Triticosecale Wittmack）、高丹草（Sorghum biolor × Sorghum Sudanense c.v.）、青饲玉米（Zea mays L.）和籽粒苋（Amaranthus paniculatus L.）,多年生牧草苜蓿（Medicago sativa L.） 和串叶松香草（Silphium perfoliatum L.）。结果显示,苜蓿的Kc值为1.08,其他牧草在0.79-0.94。不同气候条件下的Kc值大小规律为,越年生牧草：湿润〉干旱〉平常;一年生牧草：干旱〉平常〉湿润;多年生牧草：平常〉干旱〉湿润。本文建议青饲玉米和高丹草为夏季播牧草的优选牧草,籽粒苋对气候变化最敏感,干旱和平常季节会减产一半以上。黑麦和小黑麦蒸是冬闲田种植的优选牧草,小黑麦因为耗水量较小,优于黑麦。苜蓿在干旱季节的表现优于串叶松香草,但当降雨达592.9mm以上反而会引起减产。该研究的结果能为牧草在华北平原的种植布局提供科学依据。     

膜下滴灌条件下不同灌溉量对番茄根系分布和产量的影响

采用分层挖掘法,对膜下滴灌5 426 m³·hm^-2（W1)、4 419 m³·hm^-2（W2）、3 700 m3·hm^-2（W3）3个灌溉量下番茄根系分布特征和产量进行了研究。结果表明：随灌水量的减少,番茄根系表现出向深层发展的趋势,符合“水大根小”的特征,根长、根表面积、根长密度随着土壤深度的增加均呈“单峰型”曲线：即灌水量愈少,根长、根表面积、根长密度的峰值愈位于土壤的深层;番茄根冠比也随着灌水量的减少而呈增大的趋势,W2处理、W3处理分别比W1处理提高了26.53%和70.71%;适度的控制灌溉水量可以促进根系的生长发育,扩大水分吸收空间,有利于番茄增产,4 419 m³·hm^-2灌溉量是膜下滴灌最适宜灌溉水量。     

不同水分条件下梭梭和多花柽柳苗期光合特性及抗旱性比较

在新疆墨玉县对不同水分条件下大田栽植的梭梭和多花柽柳苗期的净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、水分利用效率(WUE)、气孔导度（Gs）和胞间CO2浓度（Ci）等光合生理指标进行了测定,同时测定了不同灌水量下梭梭和多花柽柳在不同时刻的叶片水势,以及两树种叶片的稳定碳同位素比率。结果表明:①梭梭和多花柽柳的水势在一天中的变化趋势呈“V”字型,不同处理下多花柽柳的水势日平均值略大于梭梭。②不同灌水量对梭梭和多花柽柳的水分利用效率影响不显著,在相同处理下,梭梭的水分利用效率总是大于多花柽柳。③梭梭的δ13C值为-12.65‰～-13.39‰,多花柽柳的δ13C值为-26.85‰～-27.70‰。梭梭的δ13C值显著大于多花柽柳（P<0.05）,表明梭梭的长期水分利用效率较高。④运用隶属函数综合各个指标的比较结果来看,梭梭的抗旱性强于多花柽柳。     

水分胁迫对冷蒿和差不嘎蒿体内水分状况的影响

在土壤正常水分条件下,冷蒿的ψ_w,ψ_π和ψ_π100远远低于差不嘎蒿,RWD、Va及Va·Vs^-1远远大于差不嘎蒿,维系其生命活动的膨压只占差不嘎蒿的30%。土壤极端干旱时,差不嘎蒿的上述参数发生大幅度变化,抗旱能力随之提高。极旱的午后,二种灌木均遭旱害威胁,其水分状况参数值(ψ_w,ψ_O、Va和RWD)相差很小。旱后复灌的情况下,差不嘎蒿上述参数同样发生大幅度变化,各参数值可恢复到对照水平;冷蒿在干旱和复灌期间参数相对变化较小。多水环境使二种灌木束缚水含量明显提高,从外观生长状况看差不嘎蒿优于冷蒿。     

Assessment of efficiency and potentiality of agricultural resources in Central Asia

This paper quantitatively analyzes the utilization efficiency of agricultural resources in Central Asia by calculating the consumption coefficient of the main resources, including arable land, water and fertilizers. The results of these investigations reveal the following: (1) The average consumption coefficients of cultivated land resources in Central Asia are much higher than the world average value of up to 7.74 m²/kg, which is 3.6 times that of China, suggesting that the cultivated land resource consumption coefficient of cultivated land resource utilization efficiency is low in the Central Asian region. (2) Up to 80% of available water Central Asia is about 9.43 m³/kg, or nearly 9.3 times the average value elsewhere in Asia, indicating that agricultural water use efficiency in this region is very low and water resources are wasted. (3) The fertilizer consumption coefficient in Central Asia is 0.035 kg/kg, which is close to the world average, but the utilization efficiency of fertilizer is relatively high. Therefore, in the future development of agriculture, Central Asia should pay more attention to the management of agricultural water resources in order to improve the utilization efficiency of these resources as well as that of arable land.     

水分胁迫对冬小麦物质分配及 产量构成的影响

通过设置不同土壤水分条件和不同生育期受旱处理,研究土壤水分条件对冬小麦生长发育的影响。从器官水平上详细考察了水分条件对小麦物质积累、分配以及产量的影响,并建立产量和耗水量关系。在相对适宜的土壤水分条件,茎秆所占比例较小,为24%,穗部则占56%;而过度灌溉和水分亏缺条件下,茎秆所占比例较大,分别为36%和37%,穗部比例相对较小,仅为43%和48%。各种条件下均以茎秆对产量的贡献量大。相对适宜的土壤水分条件,茎秆对产量的贡献量最大,为0.308g/茎;水分亏缺条件下,叶鞘对产量贡献量较适宜土壤水分条件的叶鞘贡献量要大,分别为0.18克/茎和0.09克/茎;而过度灌溉条件下各器官对产量的贡献量均较小。根据实测产量和蒸散耗水量模拟的产量、水分利用效率与蒸散耗水量的关系可知：禹城地区在现有的肥力水平和栽培管理措施下冬小麦的理论最大产量为6240kg/hm²,蒸散耗水量为473mm,而获得最高水分利用效率的蒸散耗水量为403mm。由于该地区地下水埋深浅,地下水对冬小麦生育期需水量的补给作用明显,试验年份冬小麦拔节期至成熟期地下水补给量占同期耗水量的22%。     

Leaching requirement and salinity threshold for the yield and agronomic characteristics of halophytes under salt stress

An experiment was carried out at Nahshala Farm, north west of Al-Ain City, U.A.E. during the 1998–2000 growing seasons, using six halophytes (Batis maritima, Distichlis spicata, Juncus roemerianus, Paspalum vaginatum, Salicornia bigelovii and Spartina alterniflora) and two levels of leaching fraction (0·25 and 0·50) under three irrigation salinity levels (10, 20, and 40 gL⁻¹) in a randomized complete block design arranged in split plots. The purpose of the research was to apply the theory of crop salt tolerance on aboveground yields and agronomic characteristics of halophytes to determine their thresholds for salinity and to determine leaching requirements. The results indicated that the halophyte species tested can grow with minimum reduction in the growth potential at <20 gL⁻¹of mean salinity of soil solution. Leaching fraction (LF) of 0·25 at the highest salinity of irrigation water (40 gL⁻¹) was inadequate to attain the steady-state salt balance during the growth period, although the drainage salinity reached more than 90 g L⁻¹. Furthermore, if the same level of LF is used for longer period, soil salinity under this high salt treatment will continue to rise, and plant growth may deteriorate. Leaching fraction of 0·50 is preferable if salinity of irrigation water was more than 20 gL⁻¹and dry matter production is considered, although the amount of water use will be excessive