999精品在线视频,手机成人午夜在线视频,久久不卡国产精品无码,中日无码在线观看,成人av手机在线观看,日韩精品亚洲一区中文字幕,亚洲av无码人妻,四虎国产在线观看 ?

華北地區冬小麥灌溉制度及其環境效應研究進展

2016-04-10 16:56:47周廣勝譚凱炎
生態學報 2016年19期
關鍵詞:研究

劉 濤, 周廣勝, 譚凱炎, 周 莉

中國氣象科學研究院, 北京 100081

?

華北地區冬小麥灌溉制度及其環境效應研究進展

劉 濤, 周廣勝, 譚凱炎, 周 莉*

中國氣象科學研究院, 北京 100081

充分利用有限的灌溉水資源確保冬小麥安全生產是華北地區冬小麥穩產高產面臨的嚴峻挑戰,解決這一問題的關鍵在于如何基于環境效應科學地進行灌溉管理。綜述了國內外有關冬小麥的灌溉管理制度,即充分灌溉與非充分灌溉管理制度以及冬小麥關鍵灌溉期的環境效應,在此基礎上提出了華北地區冬小麥科學灌溉擬重點關注的研究任務:(1)冬小麥生長發育需水時間與需水量的控制機制研究;(2)冬小麥干旱發生發展過程與致災臨界氣象條件研究;(3)氣候變化背景下極端干旱事件的冬小麥脆弱性診斷與適應性管理,以為華北地區冬小麥安全生產措施制定提供依據。

冬小麥;華北;灌溉;環境效應

被稱為“中國糧倉”的華北地區,是中國冬小麥(TriticumaestivumL.)的主產區。該地區冬小麥主要分布在太行山以東、淮河以北、長城以南,產量和種植面積約占中國小麥產量和種植面積的50%左右[1- 2],在國家糧食安全中具有舉足輕重的作用。但是,該地區冬小麥生育期內的降水量僅100—300 mm[1, 3],多數地區不足250 mm,遠小于同期400—500 mm的需水量[4-6]。研究表明,基于播前底墑和自然降水僅能滿足冬小麥需水量的60%—70%,缺水率30%以上的年份出現概率達60%左右[7]。華北地區受季風氣候影響,年降水量主要集中在夏季,春季降水較少。受全球氣候變暖影響,近年來華北地區干旱發生更為頻繁,冬旱和春旱形勢十分嚴峻[1, 8]。因此,如何科學地進行灌溉,充分利用有限的灌溉水資源保證冬小麥越冬后正常返青及后期生長,是確保華北冬小麥安全生產和穩產高產面臨的嚴峻挑戰[4]。解決這一問題的關鍵在于科學處理好冬小麥冬前與春季第1水的組合灌溉時間。目前關于這兩水的灌溉時間及其連鎖效應對華北冬小麥的影響研究十分匱乏。

為此,本文試圖綜述國內外有關冬小麥灌溉及其環境效應的最近研究進展,探討未來擬重點關注的研究任務,以為華北地區冬小麥穩產高產及科學灌溉提供依據。

1 灌溉制度

傳統灌溉理論認為,農田灌溉以作物獲得最大單產為目標[9]。作物需水量的確定、灌溉制度的規劃和灌溉用水量的推算等均是建立在農田充分灌溉的基礎上,即確保灌溉的“及時足量”,以期達到豐水高產。目前,廣泛沿用的灌溉制度和灌溉模型大多以充分灌溉為前提[10]。充分灌溉是在作物生育期完全按作物高產需要水量實施的灌溉方式。

據研究,華北地區超過70%的灌溉水資源被用于冬小麥的生產灌溉,灌溉用水主要來自超過30 m或40 m的深層地下水[11]。由于該地區一直廣泛采用以畦灌為主的傳統地面灌溉方法,農作物水分利用效率較低[12-14],進一步加劇了華北地區水資源的短缺。隨著工農業生產的快速發展和水資源供需矛盾的日益突出,為避免地下水資源的過度開發、確保有限灌溉水資源下可持續的作物高產,迫切需要優化華北冬小麥已有的灌溉管理制度。正是在這一背景下,非充分灌溉理論應運而生。非充分灌溉(DI)指通過人為在作物生長需水的非關鍵期采取減少灌溉或不灌溉的節水措施[15-16],實現實際蒸散量小于潛在蒸散量的灌溉(EDI)[17],包括調虧灌溉(RDI)[18]、局部灌溉和分根交替灌溉(APRI)[19]等方式。非充分灌溉是利用作物自身的抗旱節水生理特點,在有限水量投入前提下尋求作物在整個生育期內最佳的灌水時間、灌水次數和灌水定額組合,提高灌溉水分利用效率,減少營養生長水分消耗,獲得最大經濟產量[20- 21]。華北地區田間試驗研究表明,充分灌溉處理下冬小麥的水分利用效率最低,且沒有因過量灌溉得到更高產量;冬小麥達到最高產量所需灌溉量為300 mm,而對應的蒸發散(ET)為426 mm[22]。華北冬小麥在非充分灌溉處理下的產量最高[23];隨著冬小麥灌溉量的增加,灌溉水分利用率(IWUE)顯著下降[24]。冬小麥生育期內一定程度的水分虧缺不僅不會導致產量降低,甚至可能提高產量[25- 26]。因此,確保冬小麥穩產高產的關鍵是如何將有限的灌溉水資源科學地分配到冬小麥不同的生育階段,解決需水關鍵期的水分需要,使冬小麥因水分脅迫受到的影響降至最低。

冬小麥灌溉制度的研究大多基于農田水分平衡原理[27- 28]、充分灌溉理論[22,29]、非充分灌溉理論[10,30]、虧缺灌溉理論[18, 31- 32]、補充灌溉理論[33- 34]和模型模擬[23,35- 36]。華北地區冬小麥生產實踐中普遍采用全生育期灌溉4—5次水的灌溉制度[7, 23],分冬前灌溉和春季灌溉。冬前灌溉一般包括底墑水和越冬水灌溉,春季灌溉通常有返青水、起身水、拔節水、孕穗水、抽穗水、開花水和灌漿水灌溉。其中,底墑水必不可少。由于缺少灌溉時間指標,變動最大的是越冬水(簡稱冬灌)和春季第1次灌水(簡稱春季第1水),進而影響后續的灌水時間。李寶萍等[37]認為,越冬灌溉是保證小麥安全越冬的重要措施,但實際上越冬水常被底墑水或提前灌溉返青水代替。受制于地區差異和灌溉習慣等因素,春季第1水的灌溉時間通常橫跨越冬結束至拔節期。因此,春季第1水對冬小麥生長發育及其穩產高產具有特別重要的意義。

2 灌溉環境效應

冬小麥各發育階段和生理過程對水分虧缺的響應不同。在特定的發育時期,水分虧缺并非完全是負效應,冬小麥對適度的水分脅迫具有一定的適應性效應[38],一定的水分脅迫對冬小麥的品質和產量提高也存在一定的促進作用[25- 26]。基于缺水條件下華北冬小麥的生理生化過程響應,非充分灌溉通過人為調控階段性的灌溉水分,形成不同發育階段的水分盈虧狀態,利用冬小麥自身對干旱的脆弱性和適應性,調節其光合產物向不同組織器官分配的傾斜,此過程中包括了對冬小麥生育期、氣象條件、土壤物理、化學和生物學性質、作物生長狀況及產量等諸多方面的影響[39]。通過人為調控最終可實現冬小麥對水分虧缺的被動響應向主動調控的轉變,提高灌溉水-土壤水-作物水-光合作用-生物量-產量各環節的轉化效率,達到節水增產的目的[38]。而實現冬小麥非充分灌溉增產的關鍵就是要確定不同環境條件下的關鍵需水時期。根據當前華北冬小麥的灌溉制度,將冬小麥的發育進程分為冬前和春季兩個生長階段,冬灌和春季第1水灌溉組合形成的環境效應將對春季其他灌溉時間的選擇以及對經濟產量的影響具有至關重要的作用。

2.1 冬灌環境效應

冬小麥出苗至越冬前這段時間是其生根分蘗、形成壯苗,為翌年奪取高產打好基礎的關鍵發育階段[40]。華北地區受西伯利亞寒流和西北季風影響,冬季寒冷且時間較長,加之秋冬季降水偏少,冬旱時有發生,且伴隨溫度過低,容易造成干凍[41]。冬小麥在越冬前適時灌溉能起到儲水保墑、早春防旱作用,是保證冬小麥安全越冬的重要措施。研究發現,冬灌后能夠形成良好的土壤水分環境,有效緩解入冬后降水不足造成的旱情;同時可提高土壤熱容量,緩和地溫的劇烈變化,彌實土壤縫隙,防止麥苗遭受凍害;而且由于冬灌使得土壤踏實,可確保冬小麥根系下扎,避免玉米秸稈還田后旋耕播種造成的土壤懸虛。冬灌的水分以結晶狀態存于土壤中,為來年冬小麥返青提供水分,實現了冬水春用,有利于產量增加[41- 42]。田間試驗表明,冬灌可以減緩冬小麥夜間土壤溫度的降低效應,增強冬小麥的抗寒能力;冬灌的蓄水保墑作用明顯,能夠推遲春季第1水的灌溉時間[42]。但是,不同的降水年型應采取不同的灌溉措施,干旱年越冬灌溉能促進根系在表層土壤的增加,而平水年則可以免灌越冬水[43]。

盡管冬灌是北方冬麥區行之有效的增產措施之一,但如果冬灌時的氣溫、墑情、地溫和苗情等不適宜,輕則抑制冬小麥分蘗生長,造成葉面干尖,重則導致麥苗死亡,給生產帶來危害[37]。研究表明,冬小麥底墑較好時可以不灌溉越冬水[7,44]。一般認為,冬小麥播種前底墑充足,且土壤含水量(0—50 cm)不低于60%時,可以免灌越冬水[45]。足墑播種能夠使冬小麥更快出苗、及早分蘗,有利于根系下伸,是獲得冬前壯苗和豐產群體的重要措施;同時,足墑播種還可提高冬小麥的土壤水分利用率[46]。冬小麥生長季大量的水分消耗來自于底墑和其他灌溉補充,特別是在干旱年份,底墑是否充足對冬小麥的生長發育和最終產量均有重要影響[47]。因此,充足的底墑可以彌補無冬灌下冬小麥春季土壤水分的不足。

冬小麥冬灌的適宜時間應根據氣溫、苗情和土壤墑情確定。目前,關于冬小麥的冬灌時間主要來自生產實踐的經驗。研究發現,土壤相對含水量在60%以下時可能對冬小麥造成干凍,應進行越冬灌溉[45,48]。通常在11月下旬至12月上旬越冬期來臨前,選擇在晴天9:00—17:00期間進行。同時,為避免凍害,一般在日平均氣溫降至5—7 °C時開始冬灌,在3 °C左右時停止冬灌;土壤開始“夜凍晝消”時為最佳冬灌時間[41]。冬灌過早,由于氣溫高、蒸發大,冬小麥入冬時失墑過多,起不到調節地溫的作用;冬灌過晚,則由于土壤凍結,水分不易下滲,易造成麥根“凌抬”。冬灌的灌水量不宜過大,通常以40—50 mm為宜,忌大水漫灌,以當日滲完的灌溉量為宜,避免地面積水結冰造成麥苗凍害[37,41]。

2.2 春季灌溉環境效應

農業氣象學認為,華北地區的春季為3—5月份,此期間的降水量僅占全年降水總量的10%—15%[2]。華北地區春季氣溫回升快,日照充足,空氣干燥,多大風天氣,導致蒸發強烈,土壤失墑很快。春季常年蒸發量遠大于降水量,土壤水分虧缺嚴重,發生春旱的幾率在70%左右[2],且干旱通常發生在冬小麥的需水關鍵期。春季干旱發生頻率高、范圍大、程度重已經成為華北麥區的突出特點。如果秋、冬兩季的降水很少,往往易形成秋、冬、春季的連續干旱,將嚴重影響冬小麥的返青及其生長發育。同時,春季也正好是華北冬小麥返青至乳熟期,該時期冬小麥生長旺盛,需水量大,是產量形成的關鍵時期。因此,春季第1水灌溉對冬小麥穩產高產具有非常重要的保障作用。春季第1水灌溉除滿足冬小麥的生理需水外,還具有調節土壤溫度和空氣濕度、控制土壤養分分解和利用等作用,有利于冬小麥生長發育形成合理的作物群體結構[49]。

由于冬小麥春季第1水灌溉與冬前和越冬期的土壤水分和氣象條件密切相關,因此冬小麥春季第1水灌溉時間受冬灌的影響。冬灌在一定程度上彌補了春季降水的不足,起到了隔年墑的作用,為冬小麥及時返青提供了水分保障[7,44]。研究發現,在冬小麥春季需水關鍵階段,由灌溉時間差異造成的產量損失,很難由后期的水分補償得到恢復[50]。因此,確保春季水分敏感期的水分供應是冬小麥豐產的關鍵。

返青后期至起身期,冬小麥生長所需水量迅速增加,加之春季氣溫回升較快,蒸發隨之加強,而自然降水補充較少,導致冬小麥土壤底墑開始迅速消耗[7]。冬小麥拔節前營養生長時間較長,水肥需求量較低,且具有較強的補償效應[51]。適度的水分虧缺對冬小麥產量的影響并不明顯,甚至有利于根系的發育和水分利用率的提高和增強后期的耐旱抗旱能力[32,47,52]。冬小麥進入拔節期,營養器官生長旺盛,同時生殖器官生長加速,此時期持續的水分虧缺會造成干物質更多的向支持生長的生物量分配,導致穗部占比相對減少[53]。如果春季第1水灌溉推遲至孕穗期(從四分體至花粉粒形成過程,耗水強度大)進行,不能保證冬小麥在水分臨界期供水及時,一旦持續干旱程度超過生理閾值,將嚴重影響花粉粒發育,使小花敗育,穗粒數下降,導致大幅減產[24, 54]。在冬灌前提下,返青至拔節期前控水對冬小麥具有一定的增產作用[50]。研究發現,與其他生育階段的干旱影響相比,拔節期干旱導致的冬小麥減產幅度最大(達19.8%)[53]。拔節期是冬小麥弱小分蘗的快速死亡期,適時適量的灌溉可以緩解水分虧缺,減少分蘗死亡,提高總穗數[53]。冬灌條件下,華北冬小麥春季明顯的土壤水分虧缺出現在孕穗期[24]。拔節后的冬小麥主根區土壤處于干旱狀態,拔節-成熟期是冬小麥耗水的主要時期,占總耗水比例超過60%,其中拔節-開花期是需水的生理生態臨界期[55]。冬小麥在拔節-開花期的水分虧缺導致的減產幅度最大[33],保證拔節-灌漿初期的水分供應能夠顯著提高水分利用效率[56],實現高產穩產。由此可見,拔節期是冬小麥春季需水的第一個關鍵時間節點,適當推遲春季第1水的灌溉時間至拔節期可以實現對冬小麥生育進程的調節,提高水分利用率,不僅有助于節水還利于冬小麥增產。

華北冬季漫長,無冬灌條件下冬旱發生概率較高,而充足的底墑可以保證冬小麥在無冬灌條件下安全越冬[57]。研究表明,足墑且冬季氣象干旱發生條件下,仍可以推遲春季第1水至拔節期灌溉,不僅能降低無效耗水,還可以提高冬小麥的水分利用效率[24,58]。即使沒有冬前灌溉,冬小麥播前或播種時充足的水分供應能夠促使冬小麥根系下扎延展,逐漸適應干旱脅迫[43,59];至拔節期時,冬小麥主要依靠根系吸收和利用較深層的土壤水分維持生長發育,且拔節開始后,冬小麥植株快速生長,葉面積指數迅速增加,導致深層土壤水供給冬小麥棵間蒸發較小,水分利用效率很高[60]。同時,冬小麥對水分脅迫的反映往往存在滯后效應[32],從而增加了春季第1水灌溉向后推遲的時間。Shao等[43]研究發現,華北地區冬小麥在濕潤年份達到最大產量的灌溉組合中沒有越冬水灌溉,相同灌溉量條件下有冬灌比無冬灌的冬小麥水分利用效率顯著降低;華北冬小麥的越冬灌溉應該根據不同的土壤水分條件被早春或者晚春灌溉所替代。

雖然無冬灌條件下可以將冬小麥春季第1水推遲至拔節期,但也存在一定的減產風險。當遭遇暖冬或者春季氣溫迅速升高時,土壤水分蒸發強烈,底墑水被迅速消耗殆盡,使得冬小麥根系沒有足夠的時間伸長發展,導致根系較淺,難以吸收深層的土壤水分[23,61],迫切需要通過灌溉來保證此時已逐漸進入需水較旺盛時期冬小麥的需水要求。研究表明,無冬灌會對冬小麥返青期的生長造成不利影響[43];無冬灌條件下冬小麥春季延遲灌溉會導致葉面積和分蘗數的明顯減少[24]。干旱發生的程度和時段不同對冬小麥減產率的影響也不相同,多個發育期連續干旱導致的冬小麥的減產傾向往往大于單一發育期干旱相疊加的減產傾向效應[62]。冬小麥需水關鍵期是其水分生理特性和氣象條件綜合作用的結果,因此,無冬灌條件下春季第1水的灌溉時間應充分考慮早春氣象條件、土壤墑情和冬小麥苗情等變化,做到因土制宜、因墑制宜和因苗制宜。

3 研究展望

自20世紀60年代以來,國內外已經建立了大量的優化冬小麥灌溉制度的指標,包括灌溉土壤指標(土壤水分上下限、土壤水勢和濕潤層深度等)、灌水指標(灌水定額和灌水周期等)和作物指標(葉水勢和作物冠層溫度等)。同時,作物模型已被廣泛用于評價作物對環境脅迫的響應,為確定灌溉時間和灌溉量提供了科學依據。目前主要的灌溉模型是基于作物對灌溉下各種環境因素(光、CO2、水分和溫度等)的生理反應,主要包括CERES模型[63],EPIC模型[64],WOFOST模型[65],Jessen模型[66],DSSAT模型[36,67],APSIM模型[68],AquaCrop模型[69- 70],CROPWAT模型[35],ALMANAC模型[71],SVAT模型[72],VIP (Vegetation Interface Processes)模型[72]和RZWQM (the Root Zone Water Quality Model)[73]等。衛星遙感技術和光譜研究也逐漸被應用于監測冠層溫度和作物水分狀況,進而通過模型評估和模擬大面積或區域的灌溉時間、灌溉量、灌溉次數的組合模式。然而,現有的灌溉理論還受到研究的時間和空間尺度限制,許多研究結果還不能綜合反映不同地區的作物品種、氣象條件和人為干預等因素的影響,通常僅考慮其中一個或幾個因素的影響,具有一定的應用范圍和局限性。有關華北冬小麥各季節灌溉始點與灌溉上下限和產量相結合的研究依然相對缺乏,迄今還沒有建立起一個可用于推廣的作物對灌溉時間選擇的業務服務指標;模型與各種干旱指標體系之間仍缺乏系統與長期的驗證,因而制約著解決華北地區用水危機和預防干旱對農業不良影響的科學政策與措施的制定。為此,迫切需要開展冬小麥灌溉時間與灌溉量評價指標體系的建設和研究,主要包括以下研究任務:

(1) 冬小麥生長發育需水時間與需水量的控制機制研究 冬灌與春季第1水灌溉是解決冬小麥生長發育關鍵階段需水的重要手段,直接影響到冬小麥的產量。冬灌的時間和灌溉量不僅與冬灌時的氣溫、墑情、地溫和苗情等有關,還將影響到春季第1水的灌溉時間與灌溉量。因此,冬小麥灌溉時間與灌溉量的確定應該圍繞冬小麥的豐產與最大限度的節水目標,綜合考慮冬小麥生長發育的整個過程、環境條件(包括氣象條件與土壤墑情等條件) 及其田間種植管理技術(包括播種技術、耕作方式和灌溉條件等),進一步定量化不同時期不同干旱程度對冬小麥生長、生理過程、產量和水分利用效率的影響,從而根據冬小麥動態水分虧缺狀況制定灌溉時間與灌溉量。

(2) 冬小麥干旱發生發展過程與致災臨界氣象條件研究 針對華北地區冬小麥面臨的干旱強度與干旱過程持續時間,研究冬小麥不同生育階段干旱發生與發展過程及其光合生理生態、形態與功能變化機制;分析并確定冬小麥的生長對干旱響應的敏感性指標;發展反映大氣干燥程度、土壤供水能力和作物耐旱能力綜合作用的冬小麥水分虧缺指數及其模擬模型,揭示冬小麥對干旱發生發展過程的響應機制與致災臨界氣象條件,實現冬小麥干旱發生發展動態監測和受旱程度的準確評估,有針對性地確定灌溉時間、灌溉量、灌溉次數組合模式,為探討冬小麥生產應對干旱的對策措施、確保冬小麥的生產安全提供理論依據。

(3) 氣候變化背景下極端干旱事件的冬小麥脆弱性診斷與適應性管理 氣候變化致華北地區干旱頻繁發生,冬旱和春旱形勢十分嚴峻,嚴重威脅冬小麥的種植分布和產量構成[74]。針對氣候變化的區域差異、極端干旱事件和冬小麥對穩產高產的灌溉需求,研究氣候變化及極端干旱事件影響下的冬小麥敏感性指標及其控制因子,明確冬小麥不同發育期對不同干旱強度與持續時間的脆弱性閾值,研發不同時空尺度冬小麥對干旱脆弱性的診斷技術,因地制宜發展針對脆弱冬小麥農田生態系統的適應灌溉技術(包括噴灌、滴灌、滲灌、膜上灌、膜下灌、分根灌溉等)和管理措施(包括建設適用灌溉基礎設施、發展現代集水農業等),加大對現代化節水灌溉管理技術與冬小麥生長和產量關系的研究力度,并進行示范和推廣,為冬小麥安全生產提供決策依據。

[1] 趙廣才. 中國小麥種植區劃研究(一). 麥類作物學報, 2010, 30(5): 886- 895.

[2] 呂厚荃. 中國主要農區重大農業氣象災害演變及其影響評估. 北京: 氣象出版社, 2011: 6- 153.

[3] Li Y. The Northern China needs a water-saving agriculture. Irrigation and Drainage, 1993, 12: 10- 20.

[4] 中國農業科學院. 中國農業氣象學. 北京: 中國農業出版社, 1999: 540- 557.

[5] 胡瑋, 嚴昌榮, 李迎春, 周元花, 劉勤. 冀京津冬小麥灌溉需水量時空變化特征. 中國農業氣象, 2013, 34(6): 648- 654.

[6] Li H J, Zheng L, Lei Y P, Li C Q, Liu Z J. Zhang S W. Estimation of water consumption and crop water productivity of winter wheat in North China Plain using remote sensing technology. Agricultural Water Management, 2008, 95(11): 1271- 1278.

[7] 薛昌穎, 霍治國, 李世奎, 盧志光, 毛飛, 莊立偉, 王素艷. 灌溉降低華北冬小麥干旱減產的風險評估研究. 自然災害學報, 2003, 12(3): 131- 136.

[8] 矯梅燕, 周廣勝, 陳振林. 農業應對氣候變化藍皮書: 氣候變化對中國農業影響評估報告(No.1). 北京: 社會科學文獻出版社, 2014: 61- 149.

[9] 汪志農. 灌溉排水工程學. 北京: 中國農業出版社, 2000.

[10] Araya A, Habtu S, Hadgu K M, Kebede A, Dejene T. Test of AquaCrop model in simulating biomass and yield of water deficient and irrigated barley (Hordeumvulgare). Agricultural Water Management, 2010, 97(11): 1838- 1846.

[11] Yuan Z J, Shen Y J. Estimation of agricultural water consumption from meteorological and yield data: a case study of Hebei, North China. PLoS One, 2013, 8(3): e58685.

[12] Wang H X, Liu C M, Zhang L. Water-saving agriculture in China: an overview. Advances in Agronomy, 2002, 75: 135- 171.

[13] Deng X P, Shan L, Zhang H P, Turener N C. Improving agricultural water use efficiency in arid and semiarid areas of China. Agricultural Water Management, 2006, 80(1/3): 23- 40.

[14] Shao L W, Zhang X Y, Chen S Y, Sun H Y, Wang Z H. Effects of irrigation frequency under limited irrigation on root water uptake, yield and water use efficiency of winter wheat. Irrigation and Drainage, 2009, 58(4): 393- 405.

[15] 姚邦松, 董成森. 作物非充分灌溉研究進展. 湖南農業科學, 2003, (4): 42- 44.

[16] Shang S H, Mao X M. Application of a simulation based optimization model for winter wheat irrigation scheduling in north China. Agricultural Water Management, 2006, 85(3): 314- 322.

[17] 康紹忠, 蔡煥杰. 農業水管理學. 北京: 中國農業出版社, 1996.

[18] Fereres E, Soriano M A. Deficit irrigation for reducing agricultural water use. Journal of Experimental Botany, 2007, 58(2): 147- 159.

[19] 楊靜, 王玉萍, 王群, 方小宇, 張和喜. 非充分灌溉的研究進展及展望. 安徽農業科學, 2008, 36(8): 3301- 3303.

[20] Fang Q X, Chen Y H, Yu Q, Ouyang Z, Li Q Q, Yu S Z. Much improved irrigation use efficiency in an intensive wheat-maize double cropping system in the North China Plain. Journal of Integrative Plant Biology, 2007, 49(10): 1517- 1526.

[21] Ali M H, Talukder M S U. Increasing water productivity in crop production—a synthesis. Agricultural Water Management, 2008, 95(11): 1201- 1213.

[22] Sun H Y, Liu C M, Zhang X Y, Shen Y J, Zhang Y Q. Effects of irrigation on water balance, yield and WUE of winter wheat in the north China plain. Agricultural Water Management, 2006, 85(1/2): 211- 218.

[23] Iqbal M A, Shen Y J, Stricevic R, Pei H W, Sun H Y, Amiri E, Penas A, Rio S D. Evaluation of the FAO AquaCrop model for winter wheat on the North China Plain under decit irrigation fromeld experiment to regional yield simulation. Agricultural Water Management, 2014, 135: 61- 72.

[24] Li J M, Inanaga S, Li Z H, Eneji A E. Optimizing irrigation scheduling for winter wheat in the North China Plain. Agricultural Water Management, 2005, 76(1): 8- 23.

[25] 李建民, 王璞, 周殿璽. 冬小麥節水高產栽培技術及其生理基礎的研究 // 冬小麥水肥高效利用栽培技術原理. 北京: 中國農業大學出版社, 2000.

[26] 楊曉亞, 于振文, 許振柱. 灌水量和灌水時期對小麥耗水特性和氮素積累分配的影響. 生態學報, 2009, 29(2): 846- 853.

[27] Pleban S, Israeli I. Improved approach to irrigation scheduling programs. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 1989, 115(4): 577- 587.

[28] Smout I K, Gorantiwar S D. Multilevel approach for optimizing land and water resources and irrigation deliveries for tertiary units in large irrigation schemes. I: method. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 2005, 131(3): 254- 263.

[29] Wang X X, Wang Q J, Fan J, Fu Q P. Evaluation of the AquaCrop model for simulating the impact of water decits and different irrigation regimes on the biomass and yield of winter wheat grown on China′s Loess Plateau. Agricultural Water Management, 2013, 129: 95- 104.

[30] Zhang B C, Li F M, Huang G B, Cheng Z Y, Zhang Y H. Yield performance of spring wheat improved by regulated deficit irrigation in an arid area. Agricultural Water Management, 2006, 79(1): 28- 42.

[31] 孟兆江, 賈大林, 劉安能, 龐鴻賓, 王和洲, 陳金平. 調虧灌溉對冬小麥生理機制及水分利用效率的影響. 農業工程學報, 2003, 19(4): 66- 69.

[32] 楊靜敬, 路振廣, 潘國強, 和剛. 虧缺灌溉對冬小麥耗水規律及產量的影響. 節水灌溉, 2013, (4): 8- 11.

[33] Zhang H, Wang X, You M, Liu C. Water-yield relations and water-use efficiency of winter wheat in the North China Plain. Irrigation Science, 1999, 19(1): 37- 45.

[34] 陳曉遠, 羅遠培, 李韻珠. 灌漿期復水對冬小麥根、冠生長及其相互關系的影響研究. 干旱地區農業研究, 2003, 21(4): 73- 77.

[35] 宋春雨, 韓曉增, 于莉, 王守宇, 金彩霞. CROPWAT模型在調虧灌溉研究中的應用. 農業系統科學與綜合研究, 2003, 19(3): 214- 217.

[36] 王文佳, 馮浩. 基于CROPWAT-DSSAT關中地區冬小麥需水規律及灌溉制度研究. 中國生態農業學報, 2012, 20(6): 795- 802.

[37] 李寶萍, 劉增進, 康迎賓. 冬小麥最優灌溉制度的研究. 華北水利水電學院學報, 1999, 20(3): 9- 12.

[38] 彭世彰, 徐俊增, 丁加麗, 繳錫云. 節水灌溉與控制排水理論及其農田生態效應研究. 水利學報, 2007, (S1): 504- 510.

[39] 齊學斌, 龐鴻賓. 節水灌溉的環境效應研究現狀及研究重點. 農業工程學報, 2000, 16(4): 37- 40.

[40] 于振文, 田奇卓, 潘慶民, 岳壽松, 王東, 段藏祿, 段玲玲, 王志軍, 牛運生. 黃淮麥區冬小麥超高產栽培的理論與實踐. 作物學報, 2002, 28(5): 577- 585.

[41] 李水蓮, 張少豪. 小麥冬前管理技術要點. 安徽農學通報, 2011, 17(22): 102- 102, 108- 108.

[42] 劉秀位, 苗文芳, 王艷哲, 孫宏勇, 邵立威, 陳素英, 張喜英. 冬前不同管理措施對土壤溫度和冬小麥早期生長的影響. 中國生態農業學報, 2012, 20(9): 1135- 1141.

[43] Shao L M, Zhang X Y, Sun H Y, Chen S Y, Wang Y M. Yield and water use response of winter wheat to winter irrigation in the North China Plain. Journal of Soil and Water Conservation, 2011, 66(2): 104- 113.

[44] 安順清, 劉庚山, 呂厚荃, 林日暖, 白月明, 郭安紅. 冬小麥底墑供水特征研究. 應用氣象學報, 2000, (S1): 119- 127.

[45] 張喜英, 裴冬, 由懋正. 太行山前平原冬小麥優化灌溉制度的研究. 水利學報, 2001, (1): 90- 95.

[46] 劉庚山, 郭安紅, 安順清, 呂厚荃, 白月明, 溫民. 底墑對小麥根冠生長及土壤水分利用的影響. 自然災害學報, 2003, 12(3): 149- 154.

[47] 李紅梅, 李志宏, 韓湘玲. 冬小麥降水年型與補水灌溉動態管理. 灌溉排水, 2001, 20(1): 60- 64.

[48] 郭艷波, 馮浩, 吳普特. 作物非充分灌溉決策指標研究進展. 中國農學通報, 2007, 23(8): 520- 525.

[49] 周德超. 從越冬后冬小麥的生長、發育和氣候條件談談北方冬小麥春季灌溉的重要性. 生物學通報, 1962, (1): 20- 21.

[50] 張建軍, 唐小明, 黨翼. 灌水量及其分配方式對冬小麥水分利用效率、光合特性和產量的影響. 麥類作物學報, 2008, 28(1): 85- 90.

[51] 趙麗英, 鄧西平, 山侖. 水分虧缺下作物補償效應類型及機制研究概述. 應用生態學報, 2004, 15(3): 523- 526.

[52] Geerts S, Raes D. Deficit irrigation as an on-farm strategy to maximize crop water productivity in dry areas. Agricultural Water Management, 2009, 96(9): 1275- 1284.

[53] 肖俊夫, 劉戰東, 段愛旺, 劉祖貴, 李曉東. 不同灌水處理對冬小麥產量及水分利用效率的影響研究. 灌溉排水學報, 2006, 25(2): 20- 23.

[54] 許旭旦, 諸涵素, 楊德興, 龐向宇, 朱保本, 王德喜. 葉面噴施腐殖酸對小麥臨界期干旱的生理調節作用的初步研究. 植物生理學報, 1983, 9(4): 367- 374.

[55] 張興娟, 薛緒掌, 郭文忠, 李亮, 王志敏. 有限供水下冬小麥全程耗水特征定量研究. 生態學報, 2014, 34(10): 2567- 2580.

[56] 王家仁, 郭風洪, 孫茂真, 崔若亮, 郭春榮, 邊萍, 付光永. 冬小麥調虧灌溉節水高效技術指標試驗初報. 灌溉排水學報, 2004, 23(1): 36- 40.

[57] 張其魯, 魏秀華, 姜官恒, 鄭以宏, 黃迎光, 張成. 小麥不同灌水組合模式優化研究. 山東農業科學, 2013, 45(8): 58- 60.

[58] 張勝全, 方保停, 王志敏, 周順利, 張英華. 春灌模式對晚播冬小麥水分利用及產量形成的影響. 生態學報, 2009, 29(4): 2035- 2044.

[59] 張忠學, 于貴瑞. 不同灌水處理對冬小麥生長及水分利用效率的影響. 灌溉排水學報, 2003, 22(2): 1- 4.

[60] 梁文清, 蔡煥杰, 王健. 冬小麥田間蒸發蒸騰與棵間蒸發規律研究. 灌溉排水學報, 2011, 30(6): 93- 96.

[61] 吳忠東, 王全九. 階段性缺水對冬小麥耗水特性和葉面積指數的影響. 農業工程學報, 2010, 26(10): 63- 68.

[62] 張建平, 趙艷霞, 王春乙, 楊曉光, 王靖. 不同發育期干旱對冬小麥灌漿和產量影響的模擬. 中國生態農業學報. 2012, 20(9): 1158- 1165.

[63] Jones C A, Kiniry J R. CERES-Maize: a simulation model of maize growth and development. Texas: Texas A&M University Press, 1986.

[64] Lu C H, Fan L. Winter wheat yield potentials and yield gaps in the North China Plain. Field Crops Research, 2013, 143(1): 98- 105.

[65] Ma H Y, Huang J H, Zhu D H, Liu J M, Su W, Zhang C, Fan J L. Estimating regional winter wheat yield by assimilation of time series of HJ- 1 CCD NDVI into WOFOST-ACRM model with ensemble Kalman filter. Mathematical and Computer Modelling, 2013, 58(3/4): 759- 770.

[66] Vaux H J, Pruitt W O. Crop-water production functions // Hillel D, ed. Advances in Irrigation, Vol. II. Orlando, Florida, USA: Academic Press, 1983: 2- 2.

[67] Jones J W, Hoogenboom G, Porter C H, Boote K J, Batchelor W D, Hunt L A, Wilkens P W, Singh U, Gijsman A J, Ritchie J T. The DSSAT cropping system model. European Journal of Agronomy, 2003, 18(3/4): 235- 265.

[68] Keating B A, Carberry P S, Hammer G L, Probert M E, Robertson M J, Holzworth D, Huth N I, Hargreaves J N G, Meinke H, Hochman Z, McLean G, Verburg K, Snow V, Dimes J P, Silburn M, Wang E, Brown S, Bristow K L, Asseng S, Chapman S, McCown R L, Freebairn D M, Smith C J. An overview of APSIM, a model designed for farming systems simulation. European Journal of Agronomy, 2003, 18(3/4): 267- 288.

[69] Steduto P, Hsiao T C, Raes D, Fereres E. AquaCrop—the FAO crop model to simulate yield response to water: I. concepts and underlying principles. Agronomy Journal, 2009, 101(3): 426- 437.

[70] Raes D, Steduto P, Hsiao T C, Fereres E. AquaCrop—the FAO Crop model to simulate yield response to water: II. Main algorithms and software description. Agronomy Journal, 2009, 101(3): 438- 447.

[71] Kiniry J R, Williams J R, Gassman P W, Debaeke P. A general, process-oriented model for two competing plant species. Transactions of the American Society of Agricultural Engineers, 1992, 35(3): 801- 810.

[72] Mo X G, Liu S X, Lin Z H, Guo R P. Regional crop yield, water consumption and water use efficiency and their responses to climate change in the North China Plain. Agriculture, Ecosystems & Environment, 2009, 134(1/2): 67- 78.

[73] Yu Q, Saseendran S A, Ma L, Flerchinger G N, Green T R, Ahuja L R. Modeling a wheat-maize double cropping system in China using two plant growth modules in RZWQM. Agricultural Systems, 2006, 89(2/3): 457- 477.

[74] Xu Z Z, Yu Z W, Zhao J Y. Theory and application for the promotion of wheat production in China: past, present and future. Journal of the Science of Food and Agriculture, 2013, 93(10): 2339- 2350.

Review on research of irrigation regime and its environmental effect in winter wheat field of North China Plain

LIU Tao, ZHOU Guangsheng, TAN Kaiyan, ZHOU Li*

ChineseAcademyofMeteorologicalSciences,Beijing100081,China

The North China Plain known as “China granary” is the main winter wheat producing areas. However, it has been frequently and seriously affected by drought because of monsoon climate, especially winter drought and spring drought have been frequent and serious during recent decades. Making full use of the limited irrigation water resources to guarantee the safety of winter wheat production is a serious challenge for ensuring stable and high yield of winter wheat in the North China Plain. The key to solving this problem is how to make a scientific irrigation management based on the environmental effects. Although many studies have been done on drought and water-saving irrigation systems of winter wheat, there were less comprehensive commentary recently and still a lot of insufficiencies on interactive combinations of irrigation time, irrigation frequency and the environment effects, which have been based on overwintering water and the first springing water, especially for the adverse effects of current climate change and water shortage. This paper reviews the latest researches at home and abroad on the irrigation management systems (sufficient irrigation and deficit irrigation) and the environmental effects of irrigation in the key irrigation periods of winter wheat in the North China Plain. The responses of various developmental stages and physiological processes of winter wheat to water deficit are different. In particular developmental stages, the water deficit is not entirely negative effects, and it might have some adaptive effects on moderating water deficit to a certain extent. Deficit irrigation is through the artificial stage regulation to form state water budget at different developmental stages of winter wheat. Based on the theory of vulnerability and adaptability to drought, winter wheat will adjust its distribution pattern of assimilation to various organs. This process includes the impacts on many aspects: such as the development stages, weather conditions, the soil′s physical, chemical and biological properties, and winter wheat yield. Eventually winter wheat will achieve the change of passive responses on water deficit. The purpose is to improve the conversion efficiency at each stages of irrigation water- soil water- plant water- photosynthesis- biomass- yield. The key to ensure stable and high yield of winter wheat in the North China Plain with deficit irrigation is to determine the critical water demand period under different environmental conditions. Overwintering water (usually is replaced by sowing water or in advance of reviving water), the first spring water and their irrigation interactive combination will make different environment effects, and affect the time and frequency of the other irrigation waters, various stages of growth and development of winter wheat, especially in reviving and the late growth. Finally the future research tasks of winter wheat scientific irrigation in the North China Plain are proposed, including (1) Control mechanisms on temporal and amount dynamics of water demand for the growth and development of winter wheat; (2) Processes of occurrence and development of winter wheat drought and its critical meteorological conditions for causing disasters; (3) Vulnerability diagnosis and adaptive management of winter wheat responding to extreme drought events under climate change. These researches would provide reference for the development of measures to safety production of winter wheat in the North China Plain.

winter wheat; North China Plain; irrigation; environmental effect

公益性行業專項資助項目(GYHY201106030);國家自然科學基金重點項目(41330531)

2015- 05- 24;

日期:2016- 01- 15

10.5846/stxb201505241039

*通訊作者Corresponding author.E-mail: zhouli@cams.cma.gov.cn

劉濤, 周廣勝, 譚凱炎, 周莉.華北地區冬小麥灌溉制度及其環境效應研究進展.生態學報,2016,36(19):5979- 5986.

Liu T, Zhou G S, Tan K Y, Zhou L.Review on research of irrigation regime and its environmental effect in winter wheat field of North China Plain.Acta Ecologica Sinica,2016,36(19):5979- 5986.

猜你喜歡
研究
FMS與YBT相關性的實證研究
2020年國內翻譯研究述評
遼代千人邑研究述論
視錯覺在平面設計中的應用與研究
科技傳播(2019年22期)2020-01-14 03:06:54
關于遼朝“一國兩制”研究的回顧與思考
EMA伺服控制系統研究
基于聲、光、磁、觸摸多功能控制的研究
電子制作(2018年11期)2018-08-04 03:26:04
新版C-NCAP側面碰撞假人損傷研究
關于反傾銷會計研究的思考
焊接膜層脫落的攻關研究
電子制作(2017年23期)2017-02-02 07:17:19
主站蜘蛛池模板: 狠狠色婷婷丁香综合久久韩国| 91欧美在线| 极品国产在线| 国产精品成人啪精品视频| 91年精品国产福利线观看久久| 国产美女一级毛片| 久久黄色一级片| 国产在线观看第二页| 国产成人亚洲日韩欧美电影| 97青草最新免费精品视频| 亚洲欧美精品在线| 国产97公开成人免费视频| 亚洲欧美一区二区三区图片| 国产第一色| 亚洲欧美日韩中文字幕一区二区三区 | 精品黑人一区二区三区| 国产区网址| 国产毛片基地| 日本在线免费网站| 波多野结衣亚洲一区| 成年A级毛片| 国产女人水多毛片18| 欧美成人综合在线| 在线日本国产成人免费的| 精品国产网站| 看看一级毛片| 久久9966精品国产免费| 欧美精品在线免费| 欧美一级在线| 国产性生大片免费观看性欧美| 亚洲无码视频喷水| 亚洲成人在线网| 国产你懂得| 成年人视频一区二区| 综合五月天网| 国产精品亚洲欧美日韩久久| 亚洲成肉网| 欧美精品1区2区| 亚洲国产精品日韩欧美一区| 专干老肥熟女视频网站| 奇米影视狠狠精品7777| 欧美日本视频在线观看| 综1合AV在线播放| 国产亚洲精品资源在线26u| 国产欧美日韩另类| 亚洲91精品视频| 99精品国产电影| 一级毛片免费不卡在线| 国产大片黄在线观看| 高清国产在线| 多人乱p欧美在线观看| 深夜福利视频一区二区| 波多野结衣视频网站| 亚洲综合色婷婷中文字幕| 亚洲AV无码一区二区三区牲色| 国产手机在线观看| 亚洲国产一区在线观看| 成人午夜精品一级毛片| 亚洲欧美极品| 丁香六月综合网| 精品国产香蕉在线播出| 香蕉在线视频网站| 自拍中文字幕| 日韩AV无码免费一二三区| 午夜视频在线观看免费网站| 亚洲欧美一区二区三区蜜芽| 欧美亚洲国产一区| 中文字幕亚洲专区第19页| 人人91人人澡人人妻人人爽| 国产一区二区三区夜色| 永久成人无码激情视频免费| 欧美日韩资源| 无码AV动漫| 一区二区三区成人| 国产美女一级毛片| 91精品久久久久久无码人妻| 91在线无码精品秘九色APP| 精品成人一区二区| 日韩欧美91| 91无码人妻精品一区二区蜜桃| 91色爱欧美精品www| 国产第一页屁屁影院|