节水灌溉条件下水稻叶气温差变化规律与水分亏缺诊断试验研究

根据江西示范区的现场试验资料,分析了晚稻叶片叶气温差的日变化、全生育期变化规律及其与土壤水分和空气温度等外界影响因子的相互关系,分析了控制灌溉条件下水稻叶气孔温差对气孔导度、蒸腾速率与光合速率的影响,确定了水稻不同生育阶段光合与蒸腾出现下降的叶气温差临界值。结果表明:水稻叶气温差在不同的土壤水分条件下表现出不同的日变化规律,较低的土壤水分导致了较高的叶气温差;全生育期水稻叶气温差呈上升趋势,并随土壤水分降低而升高,灌水后出现降低;分蘖期、拔节孕穗期和抽穗开花期蒸腾出现下降的水稻叶气温差临界值分别为-0.64℃、0.83℃和1.09℃,生育后期高于生育期前期;分蘖期光合速率下降的临界叶气温差值为0.4℃,拔节孕穗期和抽穗开花期光合速率没有出现明显下降的趋势。

基于叶气温差的生育中期冬小麦水分亏缺诊断研究

为了获取叶片尺度基于叶气温差的冬小麦生育中期水分亏缺诊断阈值,分析了冬小麦叶气温差的典型日变化及其与土壤水分、空气温度及太阳辐射等因子的相互关系,揭示了冬小麦叶气温差对光合气体交换参数的影响,确定了冬小麦叶片水分利用效率较适宜的非气孔限制值及叶气温差范围。结果表明,冬小麦叶气温差在不同的土壤水分条件下表现出不同的日变化规律,随光量子通量增加而升高,随土壤水分、气温增加而降低;4、5和6月冬小麦叶片水分利用效率较适宜的非气孔限制值范围分别为0.7~1.3、1.1~2.0和0.9~1.5,叶气温差控制范围分别为-1.2~0.4、-1.5^-1和-1.25^-0.9℃。

相对蒸散用于冬小麦水分亏缺诊断及灌溉决策初步探讨

在建立农田相对蒸散计算的指数模型基础上，以模型物理意义的分析为手段、以冬小麦对水分亏缺的生物反应为依据，得出了相对蒸散用于冬小麦水分亏缺诊断和灌溉决策的初步指标：（１）相对蒸散≤５０％，冬小麦水分亏缺明显；（２）必须灌溉的指标下限值为相对蒸散＝５０％，节水灌溉的灌溉定额上限值为相对蒸散＝８０％，丰水灌溉的灌溉定额上限值为相对蒸散＝９４％。

基于冠气温差的冬小麦水分亏缺诊断试验研究

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，分析了冠气温差对叶片光合速率、蒸腾速率的影响，确定了冠气温差、相对冠气温差与叶片光合速率、蒸腾速率的差异区间。结果表明：冬小麦冠气温差与饱和水汽压差显著负相关，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依据。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。

基于产量响应诊断冬小麦水分亏缺适宜土层及其水分阈值

明确作物产量对水分亏缺的响应是实施非充分灌溉的科学基础。该文在华北气候下，通过设置不同灌水次数造成处理间的土壤供水差异，探讨了大田冬小麦籽粒产量与不同生育时期、不同土层深度的土壤水分之间的关系，系统分析了影响小麦产量的水分阈值，提出了适宜的土壤水分诊断深度。结果表明：不论从土壤水分动态、还是从全生育期平均水分来看，亏水处理与充分供水对照在浅层土壤的水分差异最大，且随土层深度增加而减小。0～0.4、0～0.8、0～1.2 m的水分差异分别在19.7%～36.5%、9.3%～21.7%和2.9%～9.7%之间。此外，土壤水分变异程度随土层深度增加而减小。不同生育期、不同深度的水分与小麦产量关系多为开口向下的抛物线函数，但函数关系的显著程度随生育期及土层深度而变化，其中0～0.4 m的水分与产量关系最为密切。影响小麦产量的水分阈值随生育进程呈下降趋势。自拔节孕穗至乳熟期，0～0.4、0～0.6、0～1.0、0～1.2及0～1.6 m的水分阈值由田间持水率的83.1%～95%下降到72.3%～90.0%。依据处理间土壤水分动态差异、全生育期平均水分差异、不同土层的水分变异程度、土壤水分与小麦产量关系显著性程度4方面的分析，该文提出0～0.4 m为适宜的水分亏缺诊断深度，相应在拔节孕穗、抽穗、开花、灌浆初期、灌浆中期、灌浆后期、乳熟期的水分阈值分别为95.0%、98.4%、79.9%、73.7%、88.6%、79.6%和75.7%。该结果对小麦亏缺灌溉管理具有实际指导意义。

基于NDVI-Ts特征空间的冬小麦水分诊断与长势监测

综合利用NOAA气象卫星4个波段的信息,来证实NDVI-Ts特征空间是否可用于作物的水分亏缺诊断以及监测作物长势。该文在NOAA17/AVHRR数据基础上,利用其1和2通道的数据计算了NDVI,利用4和5通道数据采用优选出的UL92裂窗算法反演了Ts,以邯郸地区为例计算了其植被供水指数(NDVI/Ts)并用NDVI-Ts二维特征空间分析该区冬小麦长势的情况。结果表明:NDVI/Ts基本能诊断邯郸地区冬小麦关键生育期(拔节和灌浆)的水分亏缺状况;NDVI-Ts二维特征空间表证了在各生育期冬小麦地的NDVI和Ts呈反比线性关系,而裸地二者没有相关性,证明了NDVI-Ts特征空间确实是研究作物水分亏缺和长势监测实用的理论方法。

冬小麦节水高产的土壤水分阈值及其动态

明确影响作物产量的土壤水分阈值,对作物水分亏缺诊断及非充分灌溉实施具有重要意义。本文通过设置不同灌水次数形成土壤供水差异,在河北省衡水试验站开展2011/2012年度冬小麦田间试验,探讨冬小麦产量与7个生育期不同深度土层的土壤水分之间的关系,分析影响冬小麦产量的土壤水分阈值及其动态。结果表明,6个亏水处理与充分供水对照在土壤浅层的水分差异最大,且差异随着土层深度的增加而减小,在0.4、0.8、1.2m土层深度的差异分别为19.7%~36.5%、9.3%~21.7%和2.9%~9.7%。6个亏水处理与对照之间不同土层土壤水分的变异程度随着土层深度增加而减小。不同生育期、不同深度土壤水分含量与小麦籽粒产量之间为二项式函数关系,且呈开口向下的抛物线形式,其显著程度随生育期推进及土层深度而变化。其中0.4m土层深度水分含量与产量关系最密切。影响小麦产量的土壤水分阈值随着生育期推进总体呈下降趋势。自拔节孕穗期至乳熟期,0.4、0.6、0.8、1.0、1.2以及1.6m土层深度的水分阈值由田持的83.1%~95%降至72.3%~90.0%。依据对照与亏水处理之间的土壤水分动态差异、全生育期平均土壤水分差异、不同土层土壤水分变异程度、土壤水分与小麦产量动态关系显著性程度4个方面的分析,提出0.4m为适宜的水分亏缺诊断深度,相应地拔节孕穗、抽穗、开花、灌浆初期、灌浆中期、灌浆后期、乳熟期的土壤水分阈值分别为95.0%、98.4%、79.9%、73.7%、88.6%、79.6%和75.7%。

水稻灌区高效水肥管理模式研究与示范

提出了水稻不同生育期水分亏缺指数阈值、氮素亏缺诊断阈值;形成了基于无人机与智能手机平台的水稻水分亏缺诊断方法、氮素亏缺诊断方法;明确了不同水氮管理稻田氮磷流失规律,形成了水稻高效水肥管理模式。