Analysis and improving ways for water condition in winter wheat field of dryland in subhumid areas of the loess plateau

Based on the soil moisture data from the locating experiments from 1986-1990, and using the water balance method, the water supply and demand state in the field of winter wheat, and the ways for improving water condition in dryland of subhumid by dry area of the Loess Plateau were studied. The results suggested that a low precipitation satisfying ratio of 42.9%-58.8% appears in the growing period of winter wheat, and the yield, to a great extent depends on the water that was stored in deep soil layer in the previous rainy season. The filed trial results showed that tillage in the summer fallow period,straw cover, soil moisture regulation with adequate fertilization, crop rotation and proper croppingsystem could be the efficient ways for improving the water condition,and for the exploitation and utilization of natural water resources(both precipitation and soil water) in the winter wheat field of dryland.     

北京地区渗灌条件下冬小麦田间土壤水分动态及节水机理的研究

根据对渗灌条件下冬小麦田间土壤水分、冬小麦生长发育状况及产量的观测 ,研究了渗灌条件下冬小麦田间土壤水分动态及节水机理。试验结果表明 ,渗灌条件下田间土壤水分动态变化与灌溉、冬小麦生长发育状况及气象条件密切相关 ;渗灌用于冬小麦灌溉可以明显起到节约灌溉用水的作用 ,并有利于冬小麦的生长发育及产量形成。在冬小麦的整个生育期 ,采用渗灌比喷灌田间耗水量减少了44 4mm ,灌溉用水节约了1200m3/hm₂ ,而最终产量提高了714kg/hm₂ ,渗灌条件下作物水分利用效率为21 11kg/(hm₂·mm) ,比喷灌条件下高4 49kg/(hm₂·mm)。渗灌用于冬小麦灌溉的节水机理主要表现为两个方面 :①每次灌溉后 ,地表湿度较喷灌条件下要小得多 ,减小了土壤水分的无效物理蒸发 ;②渗灌利于冬小麦根系向地中供水层 (20～120cm )延伸 ,提高了冬小麦根系对灌溉供水层的水分利用     

黄土高原旱塬地冬小麦水分生产潜力与土壤水分动态的模拟研究

在EPIC模型介绍和模拟精度验证的基础上,利用EPIC模型对黄土高原旱塬地冬小麦水分生产潜力和土壤水分动态进行了中期(12a)和长期(30a)评价定量模拟研究。结果表明:(1)在12a实时气象条件下的模拟时段内,旱塬地小麦水分生产潜力随降水量变化呈现波动性降低趋势,3m土层土壤有效含水量也表现为剧烈波动性和逐渐下降趋势,土壤干燥化趋势明显;(2)在30a模拟气象条件下的模拟时段内,旱塬地小麦水分生产潜力呈现波动性轻微降低趋势,3m土层土壤有效含水量季节性和年际间波动性显著,但土壤干燥化趋势并不明显;(3)综合分析认为,在降水量减少幅度不显著的情况下,旱塬地麦田土壤干燥化只是一种短期现象,不会导致长期性土壤强烈干燥化现象发生,但产量随降水量变化的波动性不可避免。     

黄土塬区旱作冬小麦增产潜力研究

在长期冬小麦潜势试验和肥料试验的基础上 ,建立了作物光温水肥产量模型 ,从光温生产潜力、旱作产量潜势、现阶段施肥水平下光温水肥产量潜力和目前试区产量现状共4个层次 ,对黄土塬区旱作冬小麦的增产潜力进行了分析。结果指出 ,目前黄土塬区冬小麦实际产量仅达到了光温潜力的41 6 %、旱作产量潜势的49 3 %、试区施肥水平下光温水肥产量潜力的78 6 %。因此 ,采用合理施肥方式和加强田间管理 ,黄土高原塬区旱作冬小麦还有较大的增产潜力。     

冬小麦中轻度水分胁迫的增产节水效应研究

利用大型水分试验场的防雨棚遮挡自然降水,采用人工定量补水进行冬小麦土壤含水量占田间持水量40%～50%、45%～50%、50%～55%、50%～60%、55%～60%、60%～70%持续时间分别为5、10、15天水分胁迫处理的控制试验。试验结果表明:50%～70%的中轻度水分胁迫处理,冬小麦具有显著的增产节水效果;2年平均,增产6.3%～7.4%,节水28.2%～34.1%。中轻度水分胁迫下,冬小麦增产节水作用机制的实现,主要是通过水分胁迫效应诱发增强:①冬小麦根系的找水功能;②产量构成因子的优化;③复水后光合速率的提高。冬小麦水分胁迫效应的最佳利用时间为返青-拔节期,此时进行水分胁迫效应利用最有利于冬小麦稳产增产。     

开发利用土壤深层水资源的一种有效途径——“以肥调水”的大田试验研究

我国北方冬小麦生育期内干旱少雨,农业水资源紧缺,因此,由汛期降水形成的底墒,特别是土壤深层储藏的水分则成为小麦生长的重要水源之一。在中国气象局固城农业气象试验基地大型人工控制农田水分试验场,进行了提高底墒和土壤深层水分利用率,以肥促根觅水的旱作冬小麦田间试验。试验结果表明,施肥深度在20～40cm范围内,能明显促进冬小麦中、下层根系的生长发育,扩大作物觅取水分和养分的土壤空间,有效地吸收和利用储藏在土壤深层的水分,从而能充分发挥土壤水库的调控作用,提高小麦的产量和水分利用效率。     

应用ARID CROP模型对中国黄淮海地区冬小麦气候生产力的数值模拟研究

应用ＡＲＩＤＣＲＯＰ模型对黄淮海地区冬小麦气候生产力进行了数值模拟研究,给出了该地区冬小麦气候生产力Ｙｑ分布图,继而研究了水分保持最适状况时的光温生产力Ｙｗ分布状况,在此基础上给出了水分增产力Ｑ（Ｑ＝（Ｙｗ－Ｙｑ）／Ｙｑ）分布图。研究表明,黄淮海地区冬小麦气候生产力变幅在３７５０～９７５０ｋｇ／ｈｍ^２之间,总的趋势北低南高,黑龙港地区出现了一个３７５０ｋｇ／ｈｍ^２的低值区。水分是黄淮海北部地区冬小麦气候生产力的一个重要限制因子,当水分完全适宜时,南部淮河流域冬小麦气候生产力仅可提高５％～１０％,而黄淮海北部地区气候生产力则可提高７５％～１００％。用黄淮海地区冬小麦高产记录与生产力模拟值进行了对比分析,表明用ＡＲＩＤＣＲＯＰ模型对该地区冬小麦气候生产力进行研究是可行的,该研究为引黄灌溉提供了一定的理论依据。     

冬小麦根系生长与土壤水分利用方式相互关系分析

１９９５～１９９６年在中国科学院栾城农业生态系统联合站布置了冬小麦水分试验，在土壤连续干旱条件下考察了冬小麦返青至成熟阶段根系生长和土壤水分利用方式。给出并验证了可用于分析二者相互关系的定量模型。根据以下两点分析了作物利用土壤水分特征：①将土壤含水量开始降低时间视为吸水峰到达某一深度时间；②吸水峰下达到某一土层后，土壤含水量即随生育进程以指数形式逐渐降低。愈接近地表的土层，根系分布量愈大，根系日增长率在抽穗期最大，至扬花期根量及根深达最大值，根系吸水范围和深度基本取决于营养阶段根系生长发育状况。返青时，根系已下扎到１ｍ，根系生长峰与吸水峰基本同步下移，根系下扎到某一土层后继续生长发育，直至土壤有效含水量只剩４０％～２０％时为止。根系下扎虽深达１８０ｃｍ，而且下层根系吸水功能较强，有效水量较大，但终因根系分布量太少，致使作物利用水分的土层深度只达１２０ｃｍ，吸收的水量大多来自０～６０ｃｍ土层。在土壤连续干旱条件下，土壤水分不足亦是制约根系吸水功能的一个重要因素。在作物利用土壤水分初期，根系吸水速率最大，随着土壤含水量逐渐减少，根系吸水速率随之降低。土壤中有效含水量比例在０８以上，根系吸水速率大致以线性关系大     

旱区经营人工植被对土壤干化过程的调控

人工植被在北方旱区具有重要的意义,但在干旱少雨的条件下开展建设,必须讲求水分平衡。基于此,作者通过考察长期的经营实践,从土壤水分角度讨论人工植被与环境之间的耦合匹配问题。阐述了普遍发生的人工植被作用下的土壤干化对植被自身的不利影响以及其可调控性,并进一步对调控途径和措施进行了分析。表明人为采取措施可以将土壤干化现象加以调节和控制,如局部带状或团块状种植、疏伐、轮作、休闲、灌溉等。在贯彻适地适种原则的基础上,还需选择耗水量少的抗旱节水植物和可维持土壤水库水平的密度或盖度,这是保证人工植被稳定持久值得重视的又一重要方面。预防土壤干化是首要的,需多途径相互结合进行调控。对土壤干化过程的调控实际上就是有效经营人工植被。需要结合经营目标评定人工植被的稳定性。     

利用生产模拟对青藏高原小麦高产原因的分析

在大量的实测资料基础上，通过模拟计算得到了在当前气候条件下、水肥适宜的青藏高原冬小麦干物质累积动态曲线。模拟计算表明：青藏高原夏季气候温凉，小麦生育期延长，因而干物质累积时间长，高原小麦高产主要以干物质累积时间长取胜，有利的夏季温度条件是高原小麦高产的最主要原因；青藏高原冬小麦干物质潜在产量可达３２ｔ／ｈm₂·ａ，籽粒潜在产量可达１４４ｔ／ｈm₂·ａ，为平原的１４５倍。     

Modelling Crop-Climate Interactions in Spain: Vulnerability and Adaptation of Different Agricultural Systems to Climate Change

This study evaluates the theoretical impact of climate change on yields and water use of two crops with different responses to increased CO₂ and which represent contrasting agricultural systems in Spain. In all cases the simulated effects of a CO₂-induced climate change depended on the counteracting effects between higher daily ET rates, shortening of crop growth duration and changes in precipitation patterns as well as the simulated effects of CO₂ on the water use efficiency of the crops. For summer irrigated crops such as maize, the yield reductions and the exacerbated problems of irrigation water availability simulated with climate change may force the crop out of production in some regions. For winter dryland crops such as wheat, productivity increased significantly in some regions, suggesting a northward shift of area suitable for wheat production in future climates. The study considered strategies for improving the efficiency of water use based on the optimization of crop management decisions in a CO₂-driven warmer climate. This revised version was published online in August 2006 with corrections to the Cover Date.     

我国西南地区喀斯特森林树木年轮对气候变化的响应

利用贵州省2个典型喀斯特地区与1个非喀斯特地区的6个优势树种(化香树Platycarya strobilacea为重复树种)的树轮宽度资料,建立了6个树轮宽度年表,研究了不同地区不同树种的树木年轮对近50年来气候变化的响应异同,探讨了影响6个优势树种生长的气候限制因素。结果表明,季风期前的水热条件是喀斯特地区针叶树和阔叶树径向生长的最主要的气候限制因素。季风期前降水减少、月均温升高,导致土壤水分蒸发加快,加强了水分胁迫,不利于喀斯特地区针叶树和阔叶树的生长。帕尔默干旱指数虽表明喀斯特地区未达到干旱胁迫程度,但实际上水分渗漏加剧了喀斯特地区针叶树和阔叶树生长的水分胁迫。非喀斯特地区采样点的高海拔导致的低温,减少了春冬季节土壤水分蒸发。并且非喀斯特地区土壤和地形有利于水分涵养,同时,较高海拔的地形改变了季风期前的降水格局,消除了季风到来前树木生长的降水限制,因此,降水并不是喀斯特地区树木生长的限制因子;但其针叶树的径向生长受到上一年12月的温度控制,产生正响应信号,阔叶树径向生长仅受到生长季温度、降水增加带来的较小促进。     

基于植被指数和地表温度的冬小麦遥感干旱监测

针对河北省冬小麦主要种植区2007年发生的一次春旱过程,利用MODIS8天合成遥感资料,结合地面站点数据,分析植被供水指数及其多年距平值在冬小麦生长旺期对站点和区域尺度的旱情响应,探求其在河北省冬小麦旱情日常监测中的可操作性。研究结果表明：在三个典型干旱站点,植被供水指数多年距平值与土壤相对湿度多年距平值有较为一致的时间动态;在区域尺度,植被供水指数对水分亏缺状况敏感,与20cm土壤相对湿度的相关性较好。利用植被供水指数建立的遥感监测模型可用于反演冬小麦种植区旱情空间格局,结果与地面观测资料基本吻合。     

水分调控下旱地土壤中毒死蜱的消解研究

为探讨水分调控下旱地土壤中毒死蜱的消解特性,通过盆栽试验及通径分析方法,研究了不同水分条件下旱地土壤中毒死蜱消解速率及其与土壤性质之间的关系.结果表明:①土壤中毒死蜱的消解速率随时间的延长而逐渐减缓,并且不同水分条件下土壤中毒死蜱的消解速率不同,施药45 d后,5个水分处理（20% FC、40% FC、60% FC、80% FC和100% FC,表示田间持水量依次为20%、40%、60%、80%和100%）下毒死蜱的消解率分别为65.58%~85.56%、70.71%~89.64%、76.30%~95.33%、72.53%~97.60%和70.57%~90.80%,其中以80% FC下的消解速率最快,60% FC下次之.②一级动力学方程能较好地描述土壤中毒死蜱的消解过程（R2>0.88）,消解速率常数（k）最大为0.099 0 d-1.③土壤中毒死蜱的消解速率与w（有机碳）、w（DOC）（DOC为可溶性有机碳）和w（MBC）（MBC为微生物量碳）均呈显著相关.通径分析结果显示,水分条件的改变致使土壤中w（有机碳）、w（DOC）和w（MBC）发生变化,进而对土壤中毒死蜱的消解速率产生较大影响.④大豆、玉米和小麦根际土壤中毒死蜱消解速率均快于非根际土壤,根际土壤中毒死蜱消解速率表现为大豆土壤（0.099 0 d-1）>玉米土壤（0.080 6 d-1）>小麦土壤（0.069 6 d-1）.研究显示,改变土壤水分含量可有效调节土壤中毒死蜱的消解,并为农业生产中毒死蜱的安全施用提供参考依据.      

干旱综合防御集成技术机制及在华北冬麦区的示范应用研究

论文将底墒效应利用技术、土壤深松技术、秸秆覆盖技术、有限水分胁迫效应利用技术、喷施多功能防旱剂五项单项抗旱技术在冬小麦播前及各个发育阶段适时、适地综合集成,并给出了应用量化指标。于1998～2000年在河南、河北、山东省进行示范推广应用。结果表明:冬小麦干旱综合防御集成技术是通过各单项抗旱技术触发和优化冬小麦找水、增水、保水、节水、控水的五种水分利用机制,发挥了植物生理生态、土壤理化性状、土壤水库、麦田小气候效应和化学制剂喷施等多种防旱抗旱的效能,时间贯穿于冬小麦整个生育期,可实现持续防旱抗旱。集成技术具有比各单项技术更显著的增产、节水效果。在两个典型大旱年的情况下,集成技术使水分利用效率提高10.6%～53.7%,平均提高27.7%;小麦增产7.0%～42.3%,平均增产16.6%;每公顷增加纯收入490～1200元。     

黄土高原冬小麦田土壤水分与小麦产量对降水和气温变化响应的模拟研究

明确黄土高原地区降水和气温变化对冬小麦田土壤水分和产量的影响,对探索适应气候变化的冬小麦田间管理措施具有重要的现实意义。论文在验证EPIC模型对冬小麦田土壤水分模拟精度的基础上,以历史气象数据为基础,设置TR1、TR2和TR3三个气候情景,采用作物模型模拟的方法,研究黄土高原冬小麦田土壤水分和冬小麦产量对降水和气温变化的响应。结果显示：1）1961—2010年黄土高原降水呈降低趋势,其年际间变化幅度和频率均有所增加。与1961—1970年相比,洛川、长武、运城和延安的年均降水量在2001—2010年间分别降低了18.1%、13.6%、18.8%和24.9%,其变差系数分别增加了0.029、0.087、0.02和0.057。1961—2010年黄土高原气温呈波动性增加趋势,其中日最低气温增加幅度大于日最高气温增加幅度。与1961—1970年相比,日最高气温在2001—2010年间增加了0.30~0.84 ℃,而日最低气温增加了1.00~1.55 ℃。2）EPIC模型能够较好地模拟黄土高原冬小麦田土壤水分动态变化规律,0~2.0 m土层土壤湿度观测值与模拟值间的相对均方根误差RRMSE值为6.0%~14.0%,R²和模型效率ME值分别为0.824和0.815。3）黄土高原地区降水的减少和最高气温的增加均不利于冬小麦生产,而最低气温的提高对冬小麦生产较为有利。洛川、长武、运城和延安冬小麦产量因年降水量的降低而分别减产了8.5%、7.6%、11.7%和12.3%;因日最高气温的升高分别减产了6.4%、6.8%、7.2%和-3.0%;因日最低气温的提高而分别增加了8.8%、10.2%、1.5%和12.0%。因此,为适应降水减少和日最低气温升高的趋势,黄土高原冬小麦生产区应适当调整冬小麦播期,研究并推广保水节水技术措施,充分利用气候变化对冬小麦生产的有利因素,克服不利因素,确保冬小麦的可持续生产。     

农业干旱与气象干旱关联性——以淮河蚌埠闸以上地区为例

基于淮河蚌埠闸以上地区60个站点1961—2015年气象数据,计算作物水分亏缺指数（Crop Water Deficit Index,CWDI）与相对湿润度指数（Relative Moisture Index,M）,以冬小麦干旱作为农业干旱的代表,分析生育期内冬小麦干旱与气象干旱时空特征,并通过游程理论识别30场主要干旱事件的历时、烈度及重现期频率,展开农业干旱与气象干旱关联性研究,结果表明：（1）时间上,冬小麦生育期内农业干旱旱情年占比均高于气象干旱,年际差最多年份均发生在冬前生长期;（2）空间上,全生育期和各个生育期内的冬小麦干旱和气象干旱呈纬向分布,由南至北旱情逐渐加重,冬小麦干旱75%以上中旱占比发生在越冬期至灌浆成熟期,气象干旱仅在越冬期出现;（3）冬小麦干旱相较气象干旱存在延时,且烈度大于气象干旱,平均历时分别为18.8旬和17.3旬,平均烈度分别为12.2和9.9;（4）气象干旱历时达到1.28旬或干旱烈度达到3.35时,便会引发冬小麦干旱,且冬小麦干旱历时、烈度重现期频率大于气象干旱,农业干旱较气象干旱持续周期更长、频率及强度更大,气象干旱加剧农业干旱旱情。     

河套灌区土壤水和地下水动态变化及水平衡研究

为探究田间土壤水及地下水在不同作物种植区、不同灌期等情况下的动态变化规律与水平衡特征,以春小麦、玉米、向日葵为典型作物,在河套灌区选取4块2亩的试验田,于2009年4-11月采集田间土壤及地下水样品进行研究.结果表明,不同作物地块间土壤含水率的变化差别主要集中在5-9月的作物生长期.夏灌灌水量不足,土壤含水率呈下降趋势,田间土壤水分变化属于“蒸腾蒸发消耗型”;秋浇期内水量充足,各地块各土层含水率均明显增加,田间土壤水分呈“入渗补给型”.各地块地下水埋深月均变化趋势基本一致,由于优先流的存在,地下水对灌溉降水响应快.本文定量研究了区域土壤水和地下水的变化规律,揭示了灌区水平衡要素间的相互转换关系,可为灌区科学合理的水资源管理提供理论依据.     

不同前茬冬小麦土壤呼吸特征及影响因子分析

以不同蔬菜前茬处理的冬小麦田为对象,研究土壤呼吸变化特征、各影响因子对土壤呼吸的响应的通径分析以及计算全生长季农田碳汇强度.结果表明：①温度对土壤呼吸速率的响应随深度增加具有滞后性;土壤呼吸与土壤水分呈显著二次相关.②有效磷、速效钾、土壤脲酶、土壤温度、土壤水分对土壤呼吸变化的贡献较大,为主要影响因子.5种主要因子中土...     

四川冬小麦产量对气候变化的敏感性和脆弱性研究

论文以四川冬小麦种植区1981—2012年88个县的气象观测数据和冬小麦生产数据为基础,采用一元线性回归和逐步回归等方法,评价四川冬小麦产量对单个气候因子及气候变化的敏感性与脆弱性。结果显示：假设冬小麦生育期内平均气温和日较差升高1 ℃、降水量下降100 mm、辐射量下降100 MJ/m²,冬小麦的产量随之发生变化,全生育期降水量下降导致产量敏感的面积最大,占整个研究区域播种总面积的6.5%;而辐射量下降使产量脆弱的面积最大,为2.4%。从各个生育阶段来看,研究区域内冬小麦产量对播种到拔节期辐射量下降表现为敏感和脆弱的面积比例最大,分别占9.4%和7.9%。受到4种气候因子变化的综合影响,产量对冬小麦生育期内气候变化表现为敏感的面积占播种总面积的40.0%,在7个冬麦区均有分布,产量变化为-23.0%~9.5%;产量脆弱的面积占14.0%,主要分布在川西北高原大部及盆西、盆南和川西南的部分区域。