延迟灌溉对冬小麦产量及水分利用效率的影响

2011—2013年在山西省临汾市灌溉试验站进行冬小麦灌溉试验,研究了冬小麦关键生育期延迟灌水对其产量和水分利用效率的影响程度,旨在优化半干旱地区冬小麦灌溉制度,提高水分利用效率,达到节水增产目的。通过对冬小麦产量及生育期耗水量观测,结果表明:不同降水年型下,冬小麦关键生育期灌水时间的延后对其产量和水分利用效率均会产生影响。通过综合分析冬小麦总耗水量、水分利用率与产量的关系,提出半干旱地区冬小麦的最佳灌水方式:丰水年份拔节水延后20 d灌溉,干旱年份灌浆水延后20 d灌溉,可获得适宜的产量和较高的水分利用效率。     

地下膜调控润灌对冬小麦耗水规律及水分利用效率的影响

通过测坑及田间试验,探究地下膜调控润灌条件下冬小麦各生育期的耗水量、耗水强度及模系数,研究不同供水条件对作物产量和水分利用效率的影响,提出该灌水技术条件下所研究作物的适宜灌水定额和灌溉制度。研究表明：在试验设定的灌水量范围内,较小的灌水定额可获得较高的水分利用效率;综合考虑产量和水分利用效率,地下膜调控润灌条件下冬小麦较优的灌水处理为S_M处理,即灌水定额为450 m³/hm²,灌水时期分别是返青、拔节、抽穗、灌浆4个时期,灌水次数为4次,灌溉定额为1 800 m3/hm²;在S_M处理下,冬小麦产量可达到9 520.03kg/hm²,水分利用效率可达到2.85 kg/m³。该试验结果可为缺水地区冬小麦种植探究高效可行的灌溉方式提供合理的参考依据。     

庞庄水库灌区冬小麦灌溉配水优化

根据作物产量与作物耗水量的关系，考虑了某一次灌水时间提前或推后对产量的影响，不同灌水次数以及相同灌水次数因不同灌溉地块灌水时间有先有后使得产量不同等几个因素，以灌区全部灌溉地块综合平均产量最大为目标函数，建立了灌区灌溉配水优化模型。通过对庞庄水库灌区冬小麦生长期灌溉具体条件进行优化计算，获得了比较满意的结果。     

灌水模式对冬小麦根系空间分布及多年产量的影响

以田间连续多年试验为手段,探讨了精细地面灌（水平格田灌）、地表滴灌和地下滴灌3种灌水模式分别在4种灌溉制度下对冬小麦根系空间分布以及多年产量的影响,试验结果表明,在灌水下限和灌溉定额相同时,灌水方式对冬小麦根系在行上和行间的空间分布规律存在显著影响,精细地面灌和地表滴灌显著促进根系在0—50cm土壤中的分布,而地下滴灌条件下作物根系在0～100cm土壤中分布的相对均匀一些;冬小麦的产量与灌溉定额呈现一定正相关性,灌溉制度对冬小麦产量存在显著影响,滴灌模式下作物产量多年连续稳定的几率大于精细地面灌。此外,非充分灌条件下,滴灌模式较精细地面灌提高作物产量的优势明显。     

基于AquaCrop和NSGA-Ⅱ的灌溉制度多目标优化及其应用

为了有助于在干旱区非充分灌水条件下制定合理的灌溉制度,构建了基于作物生长模型(AquaCrop)及多目标遗传算法(NSGA-Ⅱ)的灌溉制度多目标模拟-优化模型。利用甘肃石羊河绿洲2014—2015年不同灌水和覆膜处理下的春小麦田间试验数据对AquaCrop模型进行了率定与验证,并采用历史气象数据(1963—2016年)通过优化适线法确定了降水量保证率为25%、50%、75%的不同典型年,以最大产量及最小灌水量为目标对模型进行求解,得到了不同条件下灌水量与产量之间的关系曲线,分析了覆膜对于优化结果的影响,并分别对农户与农场两种类型的生产者进行了决策分析。结果表明:(1)作物的边际产量随着灌水总量的增加而减小,优化灌溉制度后的作物水分生产函数可以表示为二次函数。(2)覆膜的增产效应随着灌水量的增加而减小。(3)灌水次数对不覆膜条件下的产量影响较大,因此总灌水量小时应选择灌水次数少的灌溉制度,而总灌水量较大时,可采用灌水次数多的灌溉制度。(4)对不同的决策者采用不同的功效系数可以实现多样化的灌溉决策。     

冬小麦渗灌试验节水分析

为提高人们的节水意识,给推广节水灌溉提供依据,自1994年10月～1998年5月在南皮县翟官屯村搞了5年4个冬小麦生育过程的渗灌试验。试验结果表明,渗灌的灌溉次数和灌水量少于地面灌溉。而产量高于地面灌溉约40％。地面灌溉比渗透的灌溉次数多1～2次,灌溉定额高2～4倍,可是还会出现土壤含水率低于冬小麦生育期要求的含水率下限值的现象。渗灌水的利用率和水的利用效率均高于地面灌溉,渗灌水的利用率达0.9％以上,水的利用效率为3.07kg/m~3。     

晋中地区冬小麦最优灌溉制度研究

根据在晋中地区对冬小麦进行的四种灌溉制度试验对比，研究了灌溉制度对冬小麦产量构成及最终产量、节水效益和经济效益的影响。结果表明灌三水处理的已经基本能够满足高产小麦对水分需求，是水分利用效率最高，也是最经济高效的节水灌溉方式。文中提出了一套适合华北半湿润偏旱井渠结合灌区冬小麦节水效益型灌溉制度。     

灌水、施肥与冬小麦蒸发蒸腾量及产量的关系

试验研究了晋南地区冬小麦在不同生长期的亏水灌溉、施肥条件下对其产量的影响。研究表明,冬小麦蒸腾量随着灌水量增加而增加,相应的产量也明显提高;冬小麦产量与总耗水量呈二次抛物线关系;灌水量相同,施肥量不同,对水分蒸腾量的影响较小;施肥和灌水相同条件,灌水时间不同对产量的影响明显。     

华北轮作农田灌溉制度多目标优化模型及应用

针对华北地区冬小麦-夏玉米轮作种植模式,构建了轮作农田灌溉制度多目标模拟-优化模型,该模型利用水量平衡模型模拟不同灌溉制度下的农田耗水过程,利用水分生产函数估算不同耗水条件下的作物产量,以2种作物每次灌溉的灌水时间及灌水定额为决策变量,以两种作物产量最大为目标函数。引入动态罚函数对灌溉定额进行约束,采用改进非支配排序遗传算法进行求解,最终用理想点法对所得Pareto非劣解进行决策。不同灌溉定额下北京地区冬小麦-夏玉米轮作农田灌溉制度多目标优化结果表明:轮作模式下冬小麦的灌水关键时期为抽穗与灌浆期,与水分敏感期基本一致;夏玉米的灌水关键时期为拔节与抽穗期,受前期墒情及降水影响比水分敏感期有所提前。在最优灌溉制度下,随着灌水量的增加,两种作物产量均增加;产值呈抛物线增加,但边际产值递减;单位灌水量产值呈幂函数减小;同时作物耗水量呈对数增加,而土壤水利用量呈抛物线减少。     

冬小麦节水高效灌溉制度试验研究

以广利灌区冬小麦为研究对象,通过测坑试验,研究确定在新的生产条件下作物各生育阶段的日需水强度、阶段需水量和全生育期需水量。同时调查不同水分条件下冬小麦产量变化情况,在此基础上,分析作物各生育阶段耗水量与产量的关系,建立作物水分生产函数模型,分析确定作物的需水主、次关键时期和灌水关键期。结合不同供水条件下冬小麦各生育阶段的水分状况、冬小麦耗水量和最终产量的观测结果,分析确定冬小麦生育阶段的适宜土壤水分控制指标,为制定节水高效灌溉制度提供参考依据。     

晋南冬小麦节水高产灌溉制度研究

根据灌溉试验资料，在分析晋南冬小麦生育期水分亏缺程度的基础上，研究拟订了该区冬小麦节水高产灌溉制度，即生育期内浇返青、孕穗、灌浆三次关键水，灌溉定额１８００ｍ＾３／ｈｍ＾２，灌水定额６００ｍ＾３／ｈｍ＾２左右，就可达到节水高产的目的。结合晋南冬小麦不同生育阶段缺水对产量的影响分析及我国北方各地对冬小麦最佳灌水时间的研究成果，对晋南冬小麦的最佳灌水时间进行了分析论证。具体实施节水灌溉制度时，根据晋南     

降水因素导致的水分亏缺对冬小麦产量影响的敏感期分析

降水是影响华北平原冬小麦产量的重要因子之一,该区域生长季降水无法满足冬小麦生长需求是造成粮食减产的主要因素。本研究设计不同降水情景,基于 CERES-Wheat 模型模拟不同水分亏缺情景下冬小麦生长发育过程,识别降水对冬小麦产量影响的关键期。研究发现: 不同持续时间的无降水对产量的影响存在较大差异,由 1 ～4 周不降水引起的水分亏缺对冬小麦造成的减产率范围为 3. 1% ～29. 7%。超过 2 周不降水引起的降水亏缺对冬小麦产量造成显著影响。播种－越冬期后期( 0～16 周) ,冬小麦不同生育阶段发生 1～4 周的无降水对减产率的影响差异较小; 从越冬期后期开始,1～4 周的的无降水造成的减产率差异显著增大。太行山山麓平原区、冀鲁豫低洼平原区、山东丘陵农林区在冬小麦生育期内存在三个较大的减产率峰值期,分别是越冬期后期、返青期前期、拔节－灌浆期。黄淮平原区在冬小麦生育期内存在两较大的减产率峰值区,分别在返青期、灌浆期周围。区域上不同持续时间的无降水造成的冬小麦减产率研究,能够为作物干旱影响评估和节水灌溉提供有益借鉴。     

基于冠气温差的冬小麦水分亏缺诊断试验研究

为提高灌溉预测的精度和及时性,基于两个生长季的冬小麦田间试验资料,揭示了冠气温差与多因素的响应关系,阐明了冠气温差对叶片光合速率、蒸腾速率的差异区间,获得了以相对冠气温差为基础的冬小麦水分亏缺调控阈值。结果表明：冬小麦冠气温差响应土壤水分调控,数值呈增大变化趋势。0~60cm的土壤平均水分、饱和水汽压差与冠气温差显著负相关,叶片光合速率、蒸腾速率与冠气温差呈显著的二次抛物线关系,冠气温差、相对冠气温差对叶片光合速率、蒸腾速率的差异区间可作为反映冬小麦叶片水分高效利用的调控阈值。不同水文年相对冠气温差差异区间较为一致,不同生育阶段（抽穗开花期、灌浆期、成熟期）范围分别是0.40~0.60,0.40~0.55和0.40~0.65。     

作物需水量与灌溉制度模拟

从作物需水量的基本概念出发，以水量平衡原理为基础，建立了模拟农田根层土壤水循环的计算机模型-ISAREG.这一模型具有多种功能，可模拟根层土壤水分变化，评价给定的灌溉制度，计算作物需水量和灌溉需水量，也可用以制订多种供水限制条件下的优化灌溉制度．用望都灌溉试验站的小麦、玉米、棉花3种作物两年的试验观测资料对上述模型进行了验证．     

黑龙港地区的农业干旱风险评估

干旱是黑龙港地区最严重的农业气象灾害,评估冬小麦各生育阶段的干旱风险可为合理制定灌溉制度、采取相应的防旱抗旱措施提供依据。基于验证后的APSIM模型所模拟的1961年-2005年31个点的土壤含水量动态,计算得到了冬小麦各生育期的土壤相对湿度干旱指数,分析了农民方案和优化方案的该地区的农业干旱时空分布特征。结果表明,干旱频率发生较高的时期农民方案中是播种-越冬期和返青-拔节期,分别为48.89%和27.60%;基于"吴桥模式"的优化方案是越冬-返青期、返青-拔节期和灌浆-收获期,干旱发生的频率为51.61%、39.78%和62.22%。易发生干旱的地方多位于邢台、衡水南部和邯郸北部。在冬小麦各生育阶段,干旱指数年际变化显示出两种方案的变化趋势基本一致。尽管总体说来优化方案发生干旱的风险要高于农民方案的,但基于"吴桥模式"的优化方案充分发挥了根系带的土体水库功能,减少了灌溉水,能够高效利用土壤水,如果全区31个点在1961年-2005年间,均按照优化方案灌溉,相比农民方案总共可节水61 785mm,表明"吴桥模式"可在黑龙港地区推广,它在一定程度上可规避干旱风险,同时能达到节水、稳产的目标。     

冬小麦节水高效灌溉制度试验研究

通过冬小麦生长不同时期、不同土壤水分下限控制水平的灌溉试验,提出了冬小麦在当年水文和生产条件下的耗水规律、耗水量与产量的关系,提出了冬小麦试验年的优化土壤水分下限控制指标和灌溉制度,并对其研究方法也作了论述.     

喷灌田间小气候对作物蒸腾影响的田间试验研究

为准确评价喷灌水利用率,以地面灌为对照,利用热平衡茎流计对喷灌冬小麦和夏玉米的蒸腾速率进行了连续2年监测,结果表明,喷灌对田间小气候的改善使得作物的蒸腾受到明显抑制,就一次灌水而言,从喷灌启始至蒸腾抑制作用消失,喷灌处理冬小麦蒸腾量仅占地面灌处理的7％～14％,由冠层截留水量蒸发导致的蒸腾抑制量为1.7～4.1mm;夏玉米喷灌处理蒸腾量占地面灌处理的23％～42％,蒸腾抑制量为 0.5～2.8mm。将截留水量与蒸腾抑制量进行比较可知,喷灌夏玉米冠层截留作用可能产生一定量的水分损失,而冬小麦冠层截留水量则在小麦耗水过程中是完全有效的。     

冬小麦储水灌溉节水增产效果分析

储水灌溉是利用土壤水库调蓄作用，把地面水以较大灌水定额通过灌溉储存在土壤中的一种灌水方法。可以做到以丰补欠，秋冬水春夏用，汛期水非汛期用，提高水源利用率，达到节水增产目的。同时可以减少农田灌溉高峰期用水量，缓解工农业和作物间争水矛盾。本文以冬小麦储水灌溉试验为例，分析了储水灌溉节水增产效果及其机理，并给出了当地冬小麦储水灌溉适宜灌水时间、灌水定额及管理要求。