中国大豆需水量时空演变趋势分析

[目的]探究中国大豆需水量的时空演变趋势。[方法]基于1971-2020年气象数据,采用作物系数法计算中国大豆需水量,采用Mann-KendaⅡ趋势检验与重标极差(R/S)分析中国大豆需水量及水分亏缺值的时空变化。[结果]中国大豆全生育期需水量、水分亏缺值分别为382、111 mm,总体上不缺水,但在北方干旱半干旱区、青藏高原区、黄土高原区的干旱缺水形势严重。在北方干旱半干旱区东部、东北平原区南部、黄淮海平原区西部、云贵高原区南部、华南区,大豆干旱缺水形势趋于恶化。未来在北方干旱半干旱区东部、云贵高原区西南部、青藏高原区西部等缺水地区,干旱大豆生育期内缺水形势呈恶化趋势,而在黄淮海地区西部、云贵高原区东南部、长江中下游地区南北部及华南区西部等丰水地区,大豆生育期内存在潜在的缺水危机。[结论]在东北平原区南部、黄淮海平原西部及长江中下游地区南北部等大豆扩种区域,未来大豆干旱形势呈加剧趋势,在这些地区扩大大豆种植面积时需采用节水措施以确保水资源可持续利用。

基于半定量方法的华北冬小麦施氮量优化管理研究

利用田间实测数据对AquaCrop模型进行校验,获取了模型的关键参数,并量化不同施氮量水平与肥胁迫相关的压力系数;以此为基础,提出了半定量方法的参数化方案,实现了华北冬小麦施氮量的优化管理。结果表明:(1)模型校验过程中冠层覆盖度的决定系数R^(2)大于0.876、NRMSE小于15.554%;土壤含水率模拟值与实测值的R^(2)大于0.840、NRMSE小于9.960%;所有处理下产量模拟值与实测值的R^(2)大于0.964。说明经校验的模型能较好地模拟不同施氮处理下作物生长及产量产出过程,可利用该模型进行施氮量优化管理研究。(2)利用半定量方法实现了氮肥的多情景模拟,根据模拟结果建立了施氮量与产量之间的关系,当施氮量达到355.30 kg/hm^(2)后,继续增加施氮量,冬小麦的产量出现了降低的趋势。

基于灌溉制度优化和种植结构调整的用水总量控制

该文以农业耗水总量及灌溉取水总量为约束条件,采用优化灌溉制度和种植结构调整措施下京郊农业发展面积阈值。结果表明:1)采用优化灌溉制度措施能显著降低研究区农业耗水量与灌溉量,使区域农业耗水总量低于耗水总量控制指标及其使农业灌溉量取水总量低于其多年实际平均水平,但是农业灌溉取水总量仍超过其控制指标;2)在北京市大兴区减少耗水量高的露地蔬菜与冬小麦的种植面积,增加灌溉量少且耗水较低的夏玉米种植面积,同时进一步发展农业用水效率较高的设施农业面积,能够满足农业灌溉取水总量与耗水量总量控制指标,且符合国家规划稳定粮食产量与提高蔬菜产量的要求;3)满足灌溉取水总量控制下农业发展面积阈值为4.60?104~7.42?104 hm2,而满足耗水总量控制下农业发展面积阈值为6.72?104~9.48?104 hm2,而同时满足2种约束条件下农业发展面积阈值为7.42?104 hm2;4)在维持用水总量不变情况下,随着设施农业发展面积扩大,传统农业发展面积相应减少,但因用水总量约束值差异设施农业与传统农业的发展阈值并不完全一致。可见,为维持区域水资源持续高效利用,确保区域农业健康发展,势必采用优化灌溉制度与种植结构调整等节水措施,控制农业发展阈值在合理范围内,才能使区域农业用水总量不能突破灌溉取水总量与耗水总量的控制指标。研究对类似京郊资源性缺水地区农业健康发展具有重要参考价值。

华北典型区冬小麦区域耗水模拟与灌溉制度优化

以经校验Aquacrop模型模拟了不同土壤条件下冬小麦水分与产量响应关系,结合北京大兴区土壤分布及其冬小麦实际种植情况,对模型模拟结果进行区域尺度拓展,以此为基础分析了研究区不同灌溉制度下冬小麦耗水量、产量及水分生产率的变化规律,并推荐了与华北地区水资源实际情况相适宜的冬小麦亏缺灌溉制度。结果表明:应用Aquacrop模型能较好模拟冬小麦生育期内土壤墒情和冠层覆盖度的动态变化过程及其生物量与产量情况,可利用经校验后的模型进行冬小麦水分与产量响应关系研究。灌溉定额在300 mm范围内,随着灌溉量增加,耗水量增大;在灌水次数相同条件下,灌溉日期不同,因蒸腾量变化导致耗水量差异显著。在相同处理下总体上降水多年份产量较高,而不同处理之间随着灌溉量增加产量增大;在灌水次数相同情况下,灌溉关键生育时段选择对冬小麦产量形成及水分生产率提高至关重要。以冬小麦增产提效为原则,在灌1水情况下重点保障拔节-抽穗阶段的需水;灌2水情况下重点保障返青-拔节、抽穗-乳熟阶段需水;灌3水情况下重点保障返青-拔节、拔节-抽穗、抽穗-乳熟阶段需水。针对华北水资源严重短缺实际,建议北京大兴区冬小麦采用灌2水的亏缺灌溉制度,较灌4水情况下的灌溉量与耗水量分别减少140、65 mm,能确保75%产量。可见,在与华北类似的资源性缺水区域,选择适宜亏缺灌溉制度,能大幅降低区域灌溉量与耗水量,在稳定区域冬小麦产量及涵养地下水源方面具有重要的现实意义。

基于RS数据和GIS方法估算区域作物节水潜力

利用遥感ET数据开展用水定额管理及节水潜力分析等方面的研究,是对传统农业节水研究的有益补充。该文利用分类均值法构建了基于遥感ET数据的作物水分生产函数,考虑耗水较低兼顾水分生产率较高的原则,提出基于水资源脆弱区作物ET定额估算模型,利用该模型计算获得冬小麦及夏玉米的ET定额分别为346.00、313.00mm;保持现有土地利用结构不变,以作物ET定额为评价标准,通过对超过该作物ET定额的像元进行调整,获得大兴区夏玉米及冬小麦的节水潜力分别为1176.75、369.27万m3。该研究为利用遥感ET数据开展区域耗水节水潜力的定量化评价进行了有益的探索。

农业节水措施对地下水涵养的作用及其敏感性分析

以北京市大兴区为研究区,利用经校验的水平衡模型,通过调整灌溉满足率和灌溉水利用系数,探讨了不同农业节水措施对增加地下水补给量和减少地下水开采量的作用及其敏感性。结果表明,不同水文年型下,降低灌溉满足率及提高灌溉水利用系数都能减少地下水开采量,且降低灌溉满足率对减少地下净开采量的作用更为显著,有利于区域地下水涵养。在参数取值范围内,地下水净开采量对灌溉满足率的敏感性较大,而地下水补给量对灌溉水利用系数的敏感性较高。与提高灌溉水利用系数相比,对资源性缺水区域,采用先进节水技术,适度降低区域灌溉满足率,对促进水资源持续有效利用及加大地下水涵养具有更显著的效果。

再生水灌溉对草坪草生长速率、叶绿素及类胡萝卜素的影响特征

为节约城市清洁水源,扩大再生水利用力度,确保高质量的草坪,以草地早熟禾为研究对象,探讨了不同灌溉水源及再生水灌溉不同水分梯度下草坪草生长速率及叶绿素的变化特征。试验采用7种水分处理:清水适宜灌、混合水适宜灌、再生水充分灌、再生水适宜灌、再生水轻微干旱胁迫、再生水中度干旱胁迫、再生水重度干旱胁迫,灌水下限分别70%fc(田间持水量)、70%fc、80%fc、70%fc、60%fc、50%fc、40%fc,灌水定额相同。研究表明:不同灌溉处理下草坪草生长速率差异明显,再生水灌溉促进了草坪草的生长,草坪草生长速率与供水量成正相关;再生水灌溉下草坪草叶绿素及类胡萝卜素含量显著高于清水适宜灌处理下草坪草叶绿素及类胡萝卜素含量,而再生水灌溉草坪草叶绿素及类胡萝卜素含量在处理间差异不显著。

再生水灌溉对草坪土壤速效养分及盐碱化的效应

采用7种水分处理:清水适宜灌(FP I)、混合适宜灌(RFP I)、再生水充分灌(RF I)、再生水适宜灌(RP I)、再生水轻微干旱胁迫(RLW S)、再生水中度干旱胁迫(RMW S)、再生水重度干旱胁迫(RSW S),相应灌溉下限分别为田间持水量70%,70%,80%,70%,60%,50%,40%,灌水定额相同。研究结果表明:与清水灌溉相比,短期内采用再生水灌溉不会使大量氮素残留于土壤,不会快速提高土壤供磷水平,土壤速效钾含量增加不显著,土壤阳离子含量增加也不显著。再生水灌溉不同水分处理下,土壤养分元素累积量与供水量成反比,特别是在中度及重度干旱胁迫处理下土壤速效养分累积明显。通过对再生水灌溉下土壤化学性质主成分分析表明,再生水灌溉下土壤盐分离子及氮钾元素变化较快,其次是水溶性钠离子,再次为速效磷。

日光温室茄子冠气温差与环境因子之间的关系研究

系统地研究了日光温室内茄子冠气温差的变化规律与环境因子之间的关系,运用回归方法建立了主要气象因子与冠气温差之间的数量关系。深入分析了不同土壤水分条件下日光温室内茄子冠气温差与土壤含水量的关系,并建立了二者之间的相关方程,得出了诊断茄子水分状况的指标。

节能日光温室光照强度的分布及其变化

在充分考虑了温室结构和植株生长影响的基础上,对日光温室光照强度的变化规律进行了研究,得到的主要结论如下:冠层上部辐射强度的南北差异比东西差异大;冠层下部光照条件东西差异明显,南北差异不大。总体上讲,辐射强度上下差异比南北差异明显。

基于RS数据和GIS方法的冬小麦水分生产函数估算

以冬小麦遥感监测耗水与产量为数据支持,开展了多种水分生产函数模型的对比研究,探求与研究区相适宜的水分生产函数模型及其参数,其中全生育期水分生产函数模型分别选择直线模型、抛物线模型、D-K模型及指数模型;而分生育阶段水分生产函数模型分别选择Jensen、Minhas、Blank、Stewart及Singh模型。研究结果表明,冬小麦全生育水分生产函数模型推荐采用抛物线模型;而分生育阶段水分生产函数模型推荐采用Stewart模型;冬小麦对水分最敏感的阶段是抽穗期,其次为扬花-成熟期,而出苗-拔节期最小。为此,在北京市大兴区的冬小麦灌溉应优先满足抽穗灌浆期的需水,而在出苗-拔节期适度减少灌溉量,可达到节水增效目的。

不同水分处理对番茄产量性状及其生理机制的效应

在分析不同处理土壤水分动态的基础上,探讨了不同水分处理对番茄植株营养生长、生殖生长及其生理机制的效应,分析了不同土壤水分状况下番茄的水分利用效率的差异.试验表明:(1)日光温室滴灌条件下深墒较稳层的土壤水分含量在整个生育期有下降趋势,胁迫处理更为明显,土壤含水率变幅为13%～21%;(2)土壤水分对营养生长为正效应,而对生殖生长影响不明显;(3)胁迫处理叶片的细胞液浓度高于高水分处理,而叶片气孔导度低于高水分处理;(4)番茄座果后保持土壤水分不低于田间持水量的70%,较适合番茄生长.

日光温室条件下番茄植株蒸腾规律研究

首先对用茎热平衡技术测定植株茎流的基本原理进行了介绍.在此基础上,探讨了实际测定的番茄植株茎流在不同天气下的日变化规律.同时结合日光温室内自动数据采集系统采集的气象数据,对影响植株茎流的气象因子进行了统计分析,并以太阳辐射、气温和大气湿度为主要因子,建立了预测植株蒸腾的方程.鉴于气孔对植株蒸腾的调控作用,结合实测资料,对其进行了定性分析.

日光温室条件下茄子植株蒸腾规律的研究

通过采用茎流计测定茄子植株的蒸腾速率以及小气候自动监测系统采集温室内的小气候 ,系统地研究了日光温室内茄子的茎流变化规律及其与环境因子之间的关系 ,运用回归分析法建立了主要环境气象因子与蒸腾之间的数量关系。同时还分析了不同水分处理下茄子植株间茎流的差异 ,以及同一植株不同部位的茎流差异 。

基于遥感ET数据的区域水资源状况及典型农作物耗水分析

以遥感ET及实测降水数据为基础,借助GIS技术开展水分盈亏分析研究;同时依据项目区土地利用现状,选择冬小麦、夏玉米、棉花及人工草坪为重点分析对象,对其耗水及灌溉耗水规律进行研究。结果表明:①大兴区耗水量与降水量在总量上不平衡,时空上不匹配,在现状土地利用下若无外来水补充,则不得不超采地下水,资源型缺水突出。②冬小麦和夏玉米耗水年际变化不大,而棉花及人工草坪随降水增加耗水增大;分析作物耗水与降水的吻合性发现,冬小麦耗水与降水匹配性最差,其次为人工草坪,而夏玉米及棉花耗水与降水匹配较好。③在所选择的4种作物中小麦灌溉耗水量最大,达230 mm以上;其次为人工草坪,其灌溉耗水量超过189 mm;夏玉米及棉花灌溉耗水量较小。

再生水灌溉水分处理对草坪生理生化特性及质量的影响

为了缓解城市水资源紧张的趋势,扩大污水资源化力度,确保高质量的都市草坪,在永乐店试验站进行了不同水分处理再生水灌溉草坪的试验研究。该试验采用6种水分处理:清水适宜灌(K)、再生水充分灌(RF I)、再生水适宜灌(RP I)、再生水轻微干旱胁迫(LW S)、再生水中度干旱胁迫(MW S)、再生水重度干旱胁迫(SW S),灌溉下限分别为70%fc、80%fc、70%fc、60%fc、50%fc、40%fc,灌水定额相同。试验结果表明:水分处理对草坪草分蘖消长及质地有重要影响,为获得密致的草坪,保持土壤水分含量在60%fc以上,然而土壤含水率不能低于50%fc,否则草坪草难以正常生长。草坪草叶片脯氨酸累积量是对干旱胁迫较最为敏感的生理生化指标,随水分胁迫的加重脯氨酸累积量迅速增加,脯氨酸累积量与土壤水分含量有明显的相关性。此外,随着生长季的延长,外界气温降低也会影响草坪草生长。

再生水灌溉草坪观赏品质及其综合评价

为了缓解城市水资源紧张状况,扩大污水资源化力度,确保高质量的都市草坪,在永乐店试验站进行了再生水灌溉草坪的试验研究。采用7种水分处理:清水适宜灌、混合适宜灌、再生水充分灌、再生水适宜灌、再生水轻微干旱胁迫、再生水中度干旱胁迫、再生水重度干旱胁迫,其相应灌溉下限分别为田间持水量70%、70%、80%、70%、60%、50%、40%,灌水定额相同。研究结果表明:不同灌溉水质下,与再生水适宜灌和混合适宜灌处理相比,试验后期清水适宜灌坪草叶宽减小,分蘖减少,颜色、盖度及均一性分值降低;再生水灌溉不同水分处理下,整个生育期内草坪的观赏品质随土壤水分含量的增大而提高;模糊综合评判结果显示,再生水充分灌模式下草坪观赏品质综合表现最好,清水适宜灌较再生水轻微干旱胁迫稍差,再生水重度干旱胁迫最差。

再生水灌溉对草坪草植株体内氮磷钾及氯元素分配规律的影响

为了缓解城市水资源紧张的趋势,扩大污水资源化力度,确保高质量的都市草坪,该文研究了再生水灌溉对草坪植株体内养分分配的影响.结果表明,草坪草不同器官中氮磷钾及氯元素浓度分配状况相似,即叶片中养分元素浓度>茎中养分元素浓度>根状茎中养分元素浓度>根中养分元素浓度.再生水灌溉下草坪草地上部分养分元素内部间相关性较好,特别是叶片氮素与植株地上部分其他养分元素浓度的相关性都达显著或极显著水平.通过与清水灌溉下草坪草养分分配状况比较发现,采用再生水灌溉有利于氮素、钾素及氯素向植株地上部分分配;随着再生水供水量增加,地上部分植株氮素、钾素及氯素含量减少,而磷素含量增加.采用通径法研究了草坪草植株养分及草坪草质量之间的关系表明,叶片钾浓度、根状茎氯浓度、茎中磷浓度及叶片氯浓度是影响草坪草综合质量的主要影响因素,对草坪草综合质量直接作用较大.

CPSP模型在华北井灌区农业水管理中的应用

为研究不同农业水管理措施对区域水平衡的影响,选择北京市大兴区为华北井灌区代表性研究区,以CPsP模型为技术支持,研究了提高灌溉水利用率、采用亏缺灌溉、改善农业种植结构及利用区外水源等不同水管理措施影响下区域水平衡、区域耗水、区域取水及用水指标的变化规律.结果表明,在资源型缺水区域,提高灌溉水利用率、采用非充分灌溉及改善农业种植结构在一定程度上能缓解区域水资源紧缺的压力,特别是采用非充分灌溉及改善作物种植结构能显著减少区域取水及耗水总量,并能减少地表水及地下水的补给量中回归水所占比例,在缓解区域水资源紧缺压力的同时也降低了区域水质遭受回归水污染风险.另外,在未来情景中,因经济快速发展及人口持续增长,工业及居民生活用水量增加,区域水资源供需矛盾将会加剧,为确保区域水资源良性循环,势必采取积极有效的水资源管理模式.

灌溉水质对草坪草生理生化特性及质量的影响

为了大面积利用再生水灌溉,加大污水资源化力度,确保高质量的都市草坪,在永乐店试验站进行了不同灌溉水源灌溉草坪的试验研究。试验采用3种水源灌溉盆栽草坪:清水灌溉;清水和再生水1∶1混合灌溉;再生水灌溉。各处理的灌水时间、灌水次数相同。试验结果表明:再生水灌溉在一定程度上能提高草地早熟禾出苗率,与清水适宜灌相比出苗率提高达29%,能获得较为密致的草坪,确保草坪细腻的质地。当外界气温较高时,与清水灌溉处理相比,再生水灌溉会促使草坪草叶片细胞膜透性、过氧化氢酶活性及脯氨酸含量增大;当外界气温转低时,水质对生理生化指标影响减弱,而温度成为影响草坪草生理生化指标的主导因素。