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。     

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     

污水土地处理模拟试验比较分析

通过温室条件下，冬小麦３种不同种植密度下（Ａ、Ｂ、Ｃ３组分别为０．０２０８、０．１０４２、０．１４１５株／ｃｍ＾２），氮污染物运移转化吸收模拟试验，分析不同污水土地处理强度下植物生长、根系生长与分布、根系对氮污染物吸收规律以及根系部分吸收与土壤中氮去除过程，探讨最佳的污水土地处理条件和强度。试验结果是，Ａ组单株吸氮量最大达４９．９０ｍｇ／株；Ｂ组种植密度下，土壤中氮累计减少量与随灌水累计加入量相等     

鄱阳湖典型洲滩湿地植物根系对水分垂向通量的影响

为了定量揭示湿地植物根系的水文效应,采用全物理机制的土壤水分运移数值模型,以鄱阳湖吴城湿地国家自然保护区的茵陈篙群落为例,模拟分析根系引起的水文效应.结果表明,根系将增加土壤饱和含水量与土壤进气值,显著改变土壤水分特征曲线（SWRC）与土壤蓄水能力;在考虑根系影响SWRC下模拟率定的土壤含水量与观测数据的时空变化一致：模型10和50cm观测值与拟合值相关系数由不考虑根系效应下的0.83提高至0.85,10和50cm深度土壤含水量的实测值与模拟值的均方根误差分别减少61%和83%.同时这种率定方法下的模拟相比以往的研究地下水补给根系层水量提高34%;考虑典型的根系效应蒸散发量和累积地下水边界向上通量分别增加10%和150%.而在气候极端干旱条件下地下水向上补给量在根系效应下增加7%~56%,累计差异可达38~312cm,同时蒸散发量增加13%.在植被生长旺季时若地下水埋深较深,则根系效应对蒸散发量的影响会放大.因此在进行相关的湿地生态水文过程和湿地水与物质平衡研究中,建议充分评估湿地植物根系的水文效应,并视计算的工况条件,考虑其水文效应在整个水文过程中的影响.     

黄土高原水蚀风蚀交错区植被间土壤水分竞争

通过对黄土高原水蚀风蚀交错区4 种相邻植被条带（撂荒地、柠条地、苜蓿地、农地）0~4m土壤剖面含水量和地上生物特征的测定分析,研究不同植被之间的水分竞争关系。结果表明：水平方向上,撂荒地和农地土壤含水量随着靠近柠条地和苜蓿地呈下降趋势,且柠条对临近撂荒地土壤水分影响的水平距离至少有6 m。而深根性植物柠条和苜蓿相邻处测点的土壤含水量在所有测点中最低。此外,通过对地上生物特征分析,临近农地的苜蓿和临近撂荒地的柠条有较高的生物指标,证明这两种深根系植物吸收利用了相邻地块的土壤水分。因此,柠条和苜蓿对土壤水分竞争激烈,不宜搭配种植,而深根-浅根植物搭配扩大了深根系植物根系吸水空间,有利于其生长。     

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。     

黄土高原沟壑区森林和草地小流域水文行为的比较研究

分析了黄土高原沟壑区森林小流域和自然草地小流域的水文效应,并利用实测资料和模型计算结果比较了两流域的水循环特点,结果发现在郁闭度相同的情况下,森林小流域较自然草地小流域有较小的径流量、较大的蒸散量和较低的３ｍ土层平均含水量,也就是说森林的覆盖增强了水分小循环,削弱了水文大循环,并导致土壤含水量降低。同时也发现森林的上述水文效应仅当其郁闭度达到一定程度时才能表现出来。通过比较两类生态系统植物生长的土壤水分环境条件和水分利用率,认为黄土高原沟壑区在大力发展林业时应以沟谷为主     

毛乌素沙地地下水浅埋区田间水分动态

毛乌素沙地种植区地下水埋深较浅,地下水与土壤水分之间联系紧密,为揭示春玉米生长过程中水分运移关键过程,本文基于原位监测,利用Hydrus-1D建立模型研究毛乌素沙地的田间水分动态。结果发现:在包气带中,40 cm深以上土层水分受根系吸水和气象条件影响变化剧烈,50 cm深以下土层水分变化受地下水影响显著;在玉米整个生长期内,蒸发量占蒸散量的比例为31%,地下水对玉米生长的水分贡献总量为220.09 mm,占玉米耗水总量的37.9%;为了减少深层入渗,实现节水灌溉,在当前地下水埋深条件下,可将每次的灌溉量减少为原水量的72%;地下水位的下降会减少玉米对地下水的利用,并增大灌溉需求量,模拟发现,当平均地下水埋深下降至147 cm深时,玉米生长将不再利用地下水。研究成果可为毛乌素沙地的农田水分利用及生态环境保护提供重要的理论依据和参考信息。     

利用δ18O信息分析冬小麦对浅埋深地下水的利用

黄河下游引黄灌区地下水埋深通常较浅,冬小麦生长季存在对地下水的利用,论文应用稳定同位素方法研究冬小麦对地下水的利用特征。在中国科学院禹城综合试验站开展实验,通过分析不同灌溉处理条件下土壤水和植物茎水δ¹⁸O值之间的关系,应用同位素线性混合模型估算了冬小麦不同生育期对地下水的利用比例。研究结果表明,水的¹⁸O信息能很好地揭示冬小麦对不同层次土壤水的利用特征,雨养处理,40%田间持水量处理和现行灌溉制度处理下冬小麦在返青后对地下水的利用分别占其总耗水量的28%,22%和4%左右。研究结果显示适度的灌溉有利于促进作物对不同层次土壤水分的稳定利用,而现行的大田灌溉方式则抑制了作物对地下水资源的利用。     

半干旱区湿地地下水埋深对芦苇SPAC系统水分运移耗散的影响

准确把握土壤-植被-大气系统（简称"SPAC"）中水分的运输和耗散规律是区域水资源可持续管理的重要前提。以白洋淀湿地为研究区,结合现场实测和模型模拟方法,探讨台田地下水埋深变化对芦苇SPAC系统中的水分运移耗散影响。结果表明:1）随着地下水埋深的增加,芦苇蒸散发（ET_a）开始下降,ET_a下降的地下水埋深阈值在100 cm左右;随着地下水埋深的降低,生长季0~120 cm土壤剖面由水分亏损转为盈余,亏盈转换的地下水埋深阈值在60 cm左右,并且亏损量与地下水埋深呈正相关。2）相同的地下水埋深变化对不同月的土壤水分储量、蒸散发的影响程度均存在差异,其中6月影响程度最高。在对白洋淀进行生态补水时,应避免在汛期前的春季进行大量的生态补水,可以优先考虑在生长末期的秋冬季来进行生态补水。3）综合考虑植被生长需求和生态节水,白洋淀芦苇最优的地下水埋深区间在110~150 cm,此时生长季内芦苇蒸散发具有10%~20%的节水潜力。     

长期不同耕作方式下紫色水稻土和上覆水中汞及甲基汞的分布特征

为了解不同耕作方式对稻田中甲基汞的影响,在免耕冬水、垄作免耕、厢作免耕、水旱轮作和常规平作等5种耕作方式的长期定位试验地,分层采集土壤和上覆水样品,分析了汞及甲基汞的垂直分布特征.结果表明,免耕冬水、垄作免耕以及厢作免耕条件下土壤总汞含量在10~20 cm层最高,其中免耕冬水富集效果相对明显;而水旱轮作和常规平作处理则随土层加深呈下降趋势,其中水旱轮作更有利于汞的迁移转化.免耕冬水、厢作免耕、常规平作土壤甲基汞含量在剖面的分布规律与土壤总汞类似,除水旱轮作土壤汞甲基化能力在底层比表、中层较强外,其余4种处理则相反.5种耕作方式下稻田上覆水中溶解态汞(DHg)和溶解态甲基汞(DMe Hg)含量均随水深而增加,且水旱轮作和常规平作相对较高.各处理孔隙水中DHg含量与该层次土壤总汞含量有关,两者在土壤剖面上的波动趋势基本相同.免耕冬水、垄作免耕的孔隙水中DMe Hg含量及DMe Hg占DHg比例均在10~20 cm层出现最大值.水旱轮作和常规平作的孔隙水DMe Hg含量则相反,在10~20 cm层有最低值,两种处理的DMe Hg占DHg比例随土壤深度增加而上升.不同处理孔隙水中DMe Hg含量及DMe Hg占DHg比例均大于对应处理上覆水的值.     

黄土高原森林植被对陆地水循环影响的研究

论文从土壤水文学科视角来研究和分析黄土高原森林水文作用的两个重大问题，即对总径流量和对地下水转化的影响。联系黄土高原与水循环有关的生态属性，系统阐述了林地土壤下伏干层的发现、分布、水文性质及其生物学成因。重点分析了干层因其巨大水分亏缺量阻隔重力水下渗，阻止降水垂直入渗补给地下水的作用。指出森林因其显著拦蓄径流作用，蓄积水分又难以转化为地下水，因而具有减少林地出境总径流量的作用。     

基于氢氧稳定同位素的华北农田夏玉米耗水规律研究

农作物耗水规律的研究对提高农业用水效率,缓解我国华北地区的水资源短缺现状具有重要意义。论文基于水文监测与氢氧稳定同位素方法,以山西省运城市董村农场为例,研究了夏玉米在不同生长期的根系吸水深度变化,以及农田灌溉条件下SPAC系统的水分通量。研究结果表明,夏玉米拔节期、开花期和成熟期的主要根系吸水深度分别为0~20 cm(96%~99%)、20~50 cm(58%~85%)、0~20 cm(69%~76%),在整个生长期内存在着先由浅变深,后由深变浅的规律;夏玉米漫灌后,蒸腾量占蒸散发量的71.3%,深层入渗损失量占到灌溉水量的43.3%,灌溉水的利用率仅为40.4%,应采取措施减小深层入渗量以提高灌溉水利用率。     

河套灌区春小麦-萝卜复种模式下土壤NO3--N动态

研究了河套灌区春小麦-萝卜复种模式下,土壤、土壤溶液和地下水NO₃^--N浓度的动态变化.结果表明:随着试验时间的延长,土壤表层NO₃^--N含量降低,深层(100～150cm)增加;土壤溶液中、下层NO₃^--N浓度(70、120cm)显著高于上层(30cm),尤其是在萝卜生长季.当前的灌溉条件下,不同年度、不同生长季土壤NO₃^--N淋失量的多少与土壤水分的下渗量密切相关,且输入的氮素中有30%以上以NO₃^--N的形式淋失掉.施肥区地下水NO₃^--N浓度显著高于未施肥区,且65.5%的水样超过WHO规定的上限(11.3mg/L).总之,经过连续2a的春小麦与萝卜复种可使表层土壤NO₃^--N含量明显降低,但由于中、下层土壤剖面中残留大量的NO₃^--N,因此在当前灌溉措施下,短期内NO₃^--N淋失是不可避免的.     

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.