基于DSSAT模拟的冬小麦作物水分利用效率评价指标分析

作物水分利用效率,是农业节水研究的主要指标之一,为研究分析不同的华北地区冬小麦作物水分利用效率评价指标之间的相关性及其适应性,采用作物生长模型DSSAT,基于田间试验数据率定优选的参数,采用数值模拟的形式,模拟地面灌溉条件下不同水平年华北地区冬小麦生长过程及产量分布,获得不同灌溉制度情景方案下的作物模拟产量,基于模拟结果,分析评价作物水分生产率WP、灌溉水分生产率WUE_(ti)、广义水分利用效率WUE_(u)、灌溉水利用效率WUE_(I)等4个评价指标值。结果表明:WP、WUE_(ti)、WUE_(u)数值都呈现随灌溉定额先增加再减少的趋势,较为全面地体现了产量与耗水量的关系,WP的计算较为复杂,数据指标获取难度及误差积累可能会影响结果可靠性,建议谨慎使用。WUE_(I)不考虑自然降雨对产量的贡献,虚高计算了灌溉对产量的贡献,数值偏大,不推荐使用。从各指标之间的相关性分析,WUE_(ti)、WUE_(u)相互之间及与其他指标之间的相关系数较好(P<0.05),并且其物理意义更符合灌溉定额和灌水定额对产量的影响关系,可以较为全面的反应作物水分利用效率,推荐作为评价灌溉制度的指标。

基于Copula的京津冀平原作物水分利用效率驱动因子分析

农业是京津冀地区最主要的用水部门,提高农业用水效率有助于缓解京津冀水资源压力,实现可持续发展。基于VIP模型模拟的1980-2013年京津冀平原作物水分利用效率(WUE)、作物净初级生产力(NPP)、作物实际蒸散发(ETa),结合同期年平均气温(Tmean)、年降水量(Pre)和年日照时数(Sun),应用Copula函数理论分别建立WUE与NPP、ETa、Tmean、Pre、Sun的5组联合概率分布函数,计算各驱动因子在低、中、高取值条件下WUE大于任一特定取值的可能性(定义为WUE条件概率),探索WUE的驱动关系。结果表明:1)驱动因子NPP、ETa、Sun取值越大, WUE大于任一特定取值的可能性越大;而驱动因子Tmean和Pre取值越小, WUE大于任一特定取值的可能性越大。2)若以各驱动因子分别在高、低取值条件下的WUE条件概率的差值来反映WUE对各驱动因子大小的敏感程度,WUE对NPP的大小最为敏感,而后依次是Sun、ETa、Pre、Tmean。3)对比不同驱动因子相同取值条件下的WUE条件概率,较低的NPP会明显抑制WUE的大小,提高NPP对WUE的提升有明显的保障作用。综上所述,作物WUE同时受光合作用和蒸腾作用两个生理过程控制,较难确定光合和蒸腾对WUE的驱动关系;WUE与驱动因子的联合概率分布和条件概率分析指出,在京津冀平原可以采用在控制耗水的条件下提高NPP的策略,该策略可能比在控制产量的条件下减少耗水的策略更有效。

作物水分利用效率对温度和CO_2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。

区域作物蒸散发时空变化及水分利用效率分析

作物水分利用效率(WUE)是量化农业高效用水重要指标,作物蒸散发(ET)是表征WUE重要参量,研究作物ET及WUE对实现高效灌溉管理具有重要意义。文章采用非监督分类(ISODATA)和光谱耦合技术(SMT),结合光学遥感提取2007~2016年北京市大兴区种植结构,基于RS-ET算法计算以乡镇为最小单元的冬小麦和夏玉米蒸散发,分析作物水分利用效率。结果表明,冬小麦—夏玉米、春玉米遥感提取面积与统计结果R2和相对误差分别为0.812、0.743和18.6%、1%;2007~2016年冬小麦和夏玉米平均ET均表现为北部小、南部和西南部高,冬小麦ET波动范围为334.18~435.61 mm,多年平均ET为392.66 mm,冬小麦ET值呈下降趋势,夏玉米ET波动范围为307.84~313.06 mm,多年平均ET为309.59 mm,夏玉米ET整体呈上升趋势;大兴区各乡镇冬小麦多年平均WUEET为1.41 kg·m^(-3),夏玉米平均WUEET为1.90 kg·m^(-3)。研究可为区域农业灌溉用水效率评价及灌溉决策提供参考。

基于无人机遥感的玉米水分利用效率与生物量监测

玉米生物量及水分利用效率是反映作物长势和作物品质的重要指标。为实现农业精准管理,本文以不同水分处理的青贮玉米为研究对象,探讨无人机多光谱遥感平台结合作物生长模型估测青贮玉米生物量及水分利用效率的可行性。首先,将基于高时空分辨率无人机多光谱图像估测的关键作物参数蒸腾系数k_t输入到简单的水分效率模型中,来拟合不同水分胁迫处理下玉米水分利用效率WUE和标准化水分利用效率WP*;然后,采用拟合的WUE、WP*估算相同水分和不同水分状况下的玉米生物量,并进行验证;基于高时空分辨的无人机多光谱遥感图像获取了大田尺度上的WUE、WP*和生物量的空间分布图。结果表明,基于无人机多光谱、气象和土壤水分数据计算的实际蒸腾量∑T_(c,adj)和∑k_(t)k_(sw)k_(st)(k_(sw)、k_(st)为环境胁迫因子)与玉米生物量具有极显著(P <0.001)的相关性,不同水分处理下WUE的决定系数R^(2)均不小于0.92,WP*的R^(2)均不小于0.93。在同一水分胁迫下,使用拟合的WUE和WP*对生物量的估测精度几乎相同,玉米V-R4生育期估测精度较高,WUE的RMSE为126 g/m^(2),WP*的RMSE为91.7 g/m^(2),一致性指数d均为0.98,但在R5-R6生育期内精度不高。在不同水分胁迫下,使用WUE和WP*估测生物量时,WUE容易受到水分胁迫影响,精度较低(RMSE为306 g/m^(2),d=0.93),而WP*的精度较高(RMSE为195 g/m^(2),d=0.97)。研究表明,将无人机遥感平台与作物生长模型相结合能够很好地估测大田玉米生物量及水分利用效率。

基于DSSAT的广西来宾甘蔗水分利用效率指标分析

作物水分利用效率是衡量农业用水科学性与合理性的重要指标,研究甘蔗水分利用效率是实现其高效灌溉管理、提高我国蔗糖业发展的一个关键科学问题。基于SPEI指数,选取典型干旱年,采用DSSAT-Canegro模型开展了不同典型干旱年的甘蔗产量对灌溉制度情景响应机制模拟,根据模拟结果对农田总供水利用效率WUE_(g)、田间水分利用效率WP、真实灌溉水利用效率WUE_(ti)、和灌溉水利用效率WUE_(i)进行评价分析。研究明晰了不同典型干旱年模拟产量的均值随灌溉定额的增加均有较明显的上升趋势,尤其是特旱年;WUE_(g)、WUE_(ti)和WP指标能较好地反映甘蔗产量和水分消耗的关系,三者之间的相关性显著,但WP由于田间蒸散发量的数据不易获取,限制了它在大尺度及长时段的应用。WUE_(i)只反映了甘蔗产量和灌溉量之间的关系,不适用于降水丰富的地区。经分析,推荐WUE_(g)和WUE_(ti)作为广西来宾市甘蔗灌溉用水效率指标。该研究对灌溉用水效率评价和灌溉决策制定具有一定的参考及指导意义。

辣椒/玉米间作条件下土壤持水能力和作物水分利用特征研究

通过田间小区试验,在辣椒/玉米间作(10∶2)条件下,对土壤的持水性能、土壤贮水量和作物水分利用效率特征研究分析。结果表明:(1)生长期间作辣椒第1行和第5行的土壤饱和持水量显著高于单作的玉米和辣椒,生长期的土壤饱和持水量显著高于盛果期;生长期间作辣椒的平均非毛管持水量比单作辣椒高54.86%,呈显著差异。(2)收获期玉米单作地的土壤贮水量显著高于辣椒单作地;收获期土壤平均贮水量相比播种前增加了64.95%。(3)间作辣椒产量和水分利用效率均为中间行显著高于第1行,与单作无显著差异性;间作玉米的产量和水分利用效率显著高于单作。从水分利用角度来看,玉米和辣椒间作能提高土壤持水性能,提高作物产量,也是提高田间有限水分利用效率的可行途径之一。

不同生育期水分亏缺对春青稞水分利用和产量的影响

对不同生育期水分亏缺程度对春青稞(Hordeum vulgare)水分利用效率和产量的影响进行了桶栽试验研究。试验处理设充分灌溉处理(2个水分控制下限和秸秆覆盖)以及在全生育期和5个不同生育期的4个水分亏缺程度(轻度、中度、重度和极度)处理,共27个处理。结果表明,在充分灌溉条件下,75%田间持水率水分下限控制处理的春青稞收获指数、籽粒产量和作物水分利用效率大于80%水分处理;秸秆覆盖处理的籽粒产量和水分利用效率在所有试验处理中最大。在全生育期水分亏缺条件下,春青稞籽粒产量均小于充分灌溉处理,且随着水分亏缺程度的增大而显著减小;轻度至重度水分亏缺处理可获得更大的作物收获指数和水分利用效率,但极度水分亏缺却导致最低的籽粒产量、收获指数和水分利用效率。除成熟期水分亏缺处理外,不同生育期水分亏缺处理条件下,春青稞籽粒产量和作物水分利用效率基本随着水分亏缺程度的增大而减小;拔节期、分蘖期和灌浆期水分亏缺对籽粒产量的不利影响较大。地表秸秆覆盖或全生育期轻度至重度水分亏缺处理可提高春青稞水分利用效率。

免耕轮作对内蒙古地区农田贮水特性和作物产量的影响

2005—2011年,在内蒙古清水河县进行了免耕留高茬覆盖(NHS)、免耕留低茬覆盖(NLS)、免耕留高茬(NH)、免耕留低茬(NL)和常规耕作(T)5种耕作方式与3种轮作模式(燕麦-大豆-玉米、大豆-玉米-燕麦和玉米-燕麦-大豆)对土壤贮水特性和作物产量影响的研究。结果表明,不同免耕轮作处理中以免耕留茬覆盖结合燕麦-大豆-玉米轮作模式对土壤贮水量的提高程度最大,增幅为常规耕作的35.66%～41.63%。不同免耕轮作模式均能提高作物水分利用效率和作物产量,且作物产量高低与降雨量的变化趋势一致。第1个轮作周期后NHS、NLS、NH和NL分别较T作物水分利用效率增加43.77%、31.45%、26.74%和13.91%,作物产量增加29.68%、27.69%、18.05%和15.66%。第2个轮作周期内由于干旱比较严重,免耕方式结合燕麦-大豆-玉米模式效果较轮作第1个周期有所下降,但NHS、NLS、NH和NL仍分别较T作物水分利用效率增加29.83%、20.51%、6.18%和3.15%,作物产量增加17.52%、13.60%、4.33%和1.95%。因此,在土壤水分基本来源于自然降水的内蒙古旱作区,免耕轮作能够提高土壤蓄水保墒能力,增加作物产量,尤其以免耕秸秆覆盖结合燕麦-大豆-玉米模式效果最佳。

作物水肥优化耦合区域的图形表达及其特征

用中国科学院安塞实验站田间试验数据 ,建立了水肥供应与玉米产量、耗水量的关系模型。以作物水分利用效率与产量为目标 ,得到了两类作物水肥优化耦合区域。在水肥坐标面上 ,取两种方向 (与产量达到最大的点的连线的方向及产量曲面的梯度方向 ) ,得到的水分生产弹性系数等于 1和等于 0的点所形成的区域均呈椭圆形 ,分别称为第一类椭圆和第二类椭圆。第二类椭圆与第一类椭圆相比 ,短轴缩小 ,长轴没有变化。最大产量与最大水分利用效率处于长轴的两个端点上。由此椭圆 ,根据节肥要求等条件 ,得到了水肥优化耦合区域。

基于遥感的农业用水效率评价方法研究进展

遥感技术的发展为区域尺度蒸散发计算、作物分布识别及估产提供了一条有效途径,为基于遥感信息的灌区灌溉水利用效率及作物水分利用效率定量评价奠定了基础。回顾总结了遥感蒸散发模型、瞬时蒸散发升尺度方法、日蒸散发插值方法、作物分布识别方法及作物估产模型的研究进展,评述了遥感蒸散发及作物估产结果在灌区灌溉水利用效率及作物水分利用效率评价中的应用情况。提出了相关领域需要进一步研究的问题,包括适合非均匀下垫面特点且具有较强物理基础的灌区遥感蒸散发模型、日蒸散发插值中灌溉或降雨引起土壤含水量突变情况的处理、农田蒸散发中灌溉水有效消耗量的准确估算、能适应复杂种植结构并且适用于多年的作物分布遥感识别模型以及精度较高且可操作性强的遥感估产模型等。

农田灌溉节水分析

1 节水是缓解我省水资源供求矛盾的根本途径 南水北调、开发新水源工程、节水灌溉久已成为摆脱我省水资源短缺的三大举措,各有关部门和广大科技工作者为此已付出极大努力,并取得一定成效。然而引江是跨世纪工程,其主要目的是满足区内城市工业人口增长和能源基地的用水,分配农业的水量有限,又是局部地区受益。开发新水源工程,按现有水利工程设施计算,地表水平水年各河来水量,海河流域已控制96.5％,滦河流域在姚林口水库建成后基本上可全部控制。况且今后开发新水源工程,难度大,投资大,效益差。地下水资源,全省现有配套机井50余万眼,灌溉面积近300万hm^2,其中纯井灌面积约240万hm^2。浅层地下水平均每年超采20亿m^3,

抑制果园土壤蒸发技术的应用探讨

水是生命之源,是农业的命脉,是保障农业生产持续发展必不可少的重要资源之一。21世纪我国农业发展的主要制约因素是水资源不足及其分布不均。我国人均水资源占有量仅2220m^3,是世界人均占有量的1/4。

等高反坡阶对玉米生长及光合特性的影响

[目的]探讨坡耕地等高反坡台阶措施对玉米生长及光合特性的影响,为云南省坡耕地作物种植提供科学依据。[方法]以玉米(云瑞668)为供试材料,采用田间试验,试验设置2个布设有反坡台阶的坡耕地样地(2^(#)和3^(#),CR)及1个未扰动的对照样地(1^(^(#)),CK),通过野外定位监测方法,测定玉米生长相关指标,净光合速率、蒸腾速率、水分利用效率以及作物产量,研究等高反坡阶对玉米生长特征、光合特性的影响。[结果]等高反坡阶措施对玉米茎粗、穗位高影响不显著。反坡阶坡中地块对玉米株高促进作用最为显著,增幅为27.9%;反坡阶样地玉米叶面积指数显著高于原状坡耕地,LAI最高达5.01~5.78,灌浆期后可维持相对较高的LAI,而CK组LAI范围为3.78~4.79,且下降较快;反坡阶处理下玉米叶片净光合速率(P_(n))、气孔导度(G_(s))、叶片瞬时水分利用效率(WUE_(L))、作物水分利用效率(WUE)均高于坡耕地;玉米产量分别较坡耕地提高了9.6%,13.8%。[结论]在云南省坡耕地作物种植地区,通过布设等高反坡阶减少水土流失,提高土壤水分,增加土壤贮水量,进而使叶片维持较高的光合作用以及生理状态,为玉米干物质生产奠定了生理基础,提高了作物产量。自然降雨情况下,坡耕地坡度为15°时布设高反坡阶对玉米光合特性、WUE及产量促进作用最佳。

可持续发展与节水农业的研究问题

我国是一个农业大国,每年农业用水占用水总量的80%,而我国水资源却相对贫乏,尤其北方严重缺水,因而发展节水农业是解决我国当前用水紧张的主要出路。本文拟就节水农业的几个问题谈点个人的见解。一、节水农业与可持续发展当人类历史进入20世纪末期,水资源紧缺已是一个全球性问题。我国水资源总量约为2.8万亿立方米,居世界第6位,但人均占有量仅为2730立方米,每公顷平均仅为28050立方米,分别为世界平均水平的25%和76%。我国不但水资源相对贫乏。

栽培技术

Z001244 施肥深度对旱地小麦花后根系干重及产量的影响/石岩(莱阳农学院旱作所)。

可持续发展与节水农业

党的十五届三中全会通过的《中共中央关于农业和农村工作若干重大问题的决定》中指出，要“大力发展节水农业，把推广节水灌溉作为一项革命性措施来抓”。我国是一个农业大国，每年农业用水占用水总量的８０％，而我国水资源却相对贫乏，尤其北方严重缺水，因而发展节水农...

农业气象干旱综合应变防御技术研究

研制出一套农业气象干旱综合应变防御技术，用以提高防御干旱的科学水平和减缓对作物的危害。

稻田土壤水分运动规律研究

水资源短缺是我国水稻生产过程中面临的主要问题,成为制约水稻生产进一步提升的主要瓶颈。通过分析土壤水分运动基本方程及根系模型研究现状,指出存在的问题,并给出了解决问题的方法,丰富、完善水稻节水灌溉基本理论研究。研究成果可以推动我国水稻节水灌溉技术的进一步发展。