范文一：关于提高作物水分利用率途径的初步探讨

前关于提高作物水分利用率途径的初步探讨杨文平吴大付河南职业技术师范学院河南新描对水分利用率的概念及其影响因子的介绍诀为提高作物水分利用率是一个复杂的系统田间农艺节水和节水灌溉两方面人手提出了提高水分利用率的途径。、利用率浓艺节水、节水灌溉‖‖我国人口众多耕地较少水资源严重匮乏而农业用水量占我国总用水量的以上而美国则只有。全国农业灌溉水的利用系数平均为—与先进国家的相比我国用水效率落后了一年水分利用率—以色列为。左右。在水资源日益紧缺的今天我国节约用水的重点无疑应当摆在农业用水上把节约用水这个大头抓好了整个节水这盘棋也就活了。所以节约农业用水稳定粮食生产是一项长期的战略任务。发展节水农业必须与农作物的产量相提并沦是在维持或提高农作物产量的前提下节约用水。也就是说节水农业的核心在于提高水分的利用率。关于作物水分利用率即作物产量和水分消耗之间的定量关系长期以来成为人们研究的热点领域研究的主要目标是谋求如何最有效地利用水分即以最低限度的用水获取最大的产量或收益。这是我国北方地区农业生产中高效利用水资源持续提高土地生产力的一个核心问题。水分利用率的表达作物水分利用效率是作物一水分关系研究中的一个重要理论问题节水农业所追求的目标之一就是尽可能获得高的值。近年来对于作物水分利用效率概念的定义一般都可以从单位水分消耗所生产的同化物的角度上予以理解。在群体水平上水分消耗指的是蒸散量考虑全生育期可表示为下式其中为经济产量为全生育期蒸散量即耗水量影响作物的内外因子作物水分利用率受制于光合作用的吸收同化和籼谧饔玫水分散失随光合作用的基金项目河南职业技术师范学院重点科研项目资助基金作者简介杨艾平一男河南潢县人硕士讲师增加而上升随蒸腾作用的增加而下降因而任何影响这两种过程的因素都会不同程度的影响。作物水分利用率的种间和品种间差异不同光合途径。、、类型和不同种类作物存在很大差异。。作物玉米、高粱、甘蔗等的较作物小麦、水稻等高—倍植物是已知最高的植物品种间的也有一定的区别有报道指出小麦基因纯化的无芒系比有芒系高约陆地棉的无限生长品种在中等供水水平比有限生长品种具有较高的但在供水充分的条件下情况则相反多种作物的杂交种比纯自交系具有较高的同一作物不同生育期也不同梁宗锁等在玉米上研究也证明抽雄一吐丝期最高而前期、后期均较低王韶唐报道大豆也在开花期最高梁宗锁研究节水条件下各生育期日变化中以每日上午时为最高在抽雄期不同叶层中以顶层第二功能叶为最高作物种间、品种问差异较大且同一作物不同生育期也有明显差异这为通过引种和育种提高提供了一种途径。外界生态因子对作物水分利用率的影响作物水分利用率与两个生理过程相关联与光合速率成正比与蒸腾速率呈反比梁宗锁和康绍忠研究发现在夏玉米冠层中各种生态因子对均有明显的影响但以光照为主因子。另外温度主要通过对于蒸汽压力的影响而影响蒸腾气温上升可使?增大而降低但各种作物均有其最适生长温度过度降低时抑制生长喜凉作物在较高温度下喜暖作物在低温下均显著下降。一天内昼夜温差对作物生长影响显著多数作物在一定限度内以低夜温有利高夜温增强呼吸不利于干物质累积从而导致下降。土壤水分状况直接影响作物水分状况进而影响其它生命活动但作物会经常遇到土壤水分不足的问题水分亏缺对于作物影响视缺水程度及延续时间等情况而异水分亏缺对于作物影响视缺水程度及延续时间等情况而异在轻度水分亏缺下是提高的但在严重干旱下是下降的这一规律在小麦、玉米、谷子、糜子、高梁等作物上得到证实张锡梅。矿质营养也是影响作物光合与蒸腾作用的另一重要

因素在干旱条件下降低了矿质养分的有效性和根的吸收使降低在正常供水条件下土壤愈肥沃作物生长愈旺盛光合也增加但蒸腾并不成比例增高故提高。适用适量磷肥可以改善作物水分状况有利于提高缺乏某种矿质元素会妨碍正常的代谢活动并反映在气孔对于环境的改变反应迟钝而丧失调节能力使产量下降减少。提高作物的技术途径当前我国北方重点研究的节水农业要解决的关键问题是提高自然降水和灌溉水的利用效率在技术途径上主要通过减少地面水分的蒸发、渗漏、流水增强土壤根层人渗以及增强对土壤深层储水的利用因此提高需采取综合技术措施。从长远看通过研究需水规律提高植物本身水分利用率这一途径十分重要是未来节水增产的最大潜力所在山仑。优化种植结构选用节水高产型品种我国北方地区降雨量偏少且年内、年际间变化较大雨水集中的、、三个月的降雨量占年降雨量的。因此要根据当地的自然特点合理进行作物品种搭配调整播期使生育期耗水与降水相耦合提高作物对降水的有效利用以充分发挥品种、气候和水资源的增产潜力提高。充分利用生态学的时、空设计原理进行作物品种搭配在空间上加厚作物地下、地上的利????用层做到高矮秆、深浅根作物间作在时间设计上利用种群嵌合种群密结等套种形式提高农田水分利用率增产增收王新元等人研究表明小麦一玉米间套种比麦收后复种玉米水分利用率提高增产。因地制宜选用节水高产型品种对水分的充分吸收和经济利用方面一般都有其自身的优势。这样的品种首先有发达的根系或发达的根系输导组织。其次是它们的旱生结构比较发达现已认为是一个可遗传性状通过引种和育种提高作物完全有可能如墨西哥矮杆品种它比过去的小麦品种产量增加倍耗水量却增加不显著现在已初步通过选育出根系长下扎深根系密度大水传导阻力大的品种可以改变作物现行的水分利用方式达到提高的目的山仑。农田覆盖保墒技术农田覆盖是在土壤表面覆盖一层作物秸秆、塑料薄膜等达到减少土壤水分蒸发损失调节土壤温度等多种作用的措施。目前比较常用也能适应各地的覆盖保墒技术有秸杆覆盖和地膜覆盖两种。秸秆覆盖秸秆覆盖农对蓄雨保墒、培肥增产收到良好效果。秸秆覆盖一般可节水增产覆盖材料一般用麦秸或其他作物的有机残体其长度在以下为好玉米、高梁等高秆作物可采用整株秸秆用于冬闲地和中耕作物行间覆盖、农田覆盖量一般以每公顷覆秸为宜在覆盖时期上冬小麦田除夏闲期应尽早于伏耕后覆盖以利蓄雨保墒覆盖时必须将秸秆撒均匀力求厚薄均一。对春播作物玉米以拔节初期、大豆以分枝期为宜。地膜覆盖地膜覆盖现已成为农业节水增产的一项重要措施。地膜覆盖具有增温和保墒效应能有效抑制土壤水分的无效蒸发覆盖塑料薄膜可增加耕层土壤水分节水一增产一。水肥耦合技术水肥耦合互作增产技术是指灌溉与施肥两者在“时间、数量和方式”上进行合理配合以肥调水以水促肥充分发挥水肥协同效应和激励机制提高抗旱能力和水分利用率。吴海卿等研究表明合理氮、磷配比能显著增加小麦根系总量提高根系活力扩大吸收水分、养分空间和动力降低土壤水分蒸发损失提高光合效率从而大幅度地提高了小麦产量和水分利用效率。化学调控节水技术选用减少作物蒸腾、吸水保水、抑制蒸发的化学制剂是改善和调控环境水分条件增强土壤一作物的抗旱能力提高水分生产潜力的又一有效途径。目前应用较多的抗旱化学制剂主要包括保水剂、蒸腾抑制剂和土壤结构改良剂多属有机高分子物质。保水荆保水剂是一种新型的有机高分子聚合物具有高吸水、保水性能在土壤中施用后不仅可以增加土壤液相比例提高持水力而且能更有效地保持土壤养分可使土壤的蒸发量降低。小麦、玉米用保水剂拌种后出苗率较对照可提高增产经济效益上的产投

比约为特别地对于旱缺水地区的农业发展具有十分重要的意义。蒸晦抑制剂作物吸收的水分以上是被其表面蒸腾消耗的通过光合作用直接用于生长发育的大约不到因而抑制蒸腾是防旱抗旱的一个重要方面。其中最常见的为抗旱剂号黄腐酸最常用的使用方法有拌种和喷施两种试验表明抗旱剂号拌种对作物根系发育有特殊的促进作用并使出苗提前—天出苗率提高。抗旱剂号用来喷洒作物叶面可缩小气孔开度减少水分蒸腾提高多种酶的活性和叶片叶绿索含量能络合金属元素提高作物对微量元素的吸收和运转能力经北方旱区多年多点试验可增产。土壤结构改良剂土壤结构改良剂是用来促进土壤形成团粒改良土壤结构固定表土保护耕层抑制土壤蒸发防止水土流失的高分子化合物的总称包括矿物制剂、腐殖质制剂和人工合成制剂。我国自比利时引入的沥青乳剂和聚丙烯酰胺液在田间土壤上实验应用时其使用方法主要是分别以约倍和倍的清水稀释后在地表喷施试验结果表明可使土壤结构状况改善水稳性团粒较对照增加一抑制土壤蒸发增加入渗保持水分减少水土流失和提高地温等。节水灌溉技术喷灌技术喷灌是利用专门的设备将水加压或利用水的自然落差将有压水通过压力管道送到田问再经喷头喷射到空中散成细小的水滴均匀地散布在农田上达到灌溉目的。喷灌几乎适用于所有的作物、土壤和地形特别适用于地形起伏大的山丘区、土壤透水性强的沙土以及地形复杂难以用地面灌溉的地方。现阶段适合在我国大面积推广的主要有固定式、半固定式和机组移动式三种喷灌形式与地面灌溉相比大田作物喷灌一般可省水增产一。微灌技术微灌是一种新型的用水效率更高的节水灌溉技术包括滴灌、微喷灌和渗灌等微灌常以少量的水湿润作物根区附近的部分土壤主要用于局部灌溉微灌适用于所有的地形和土壤但代价较高在大田中难以推广。对于设施栽培如温室塑料大棚等以及果园区中高产值经济作物深受欢迎与地面灌溉相比微灌一般省水一增产十分显著。膜上灌技术膜上灌是在地膜覆盖栽培的基础上把膜侧行水改为膜上行水通过放苗孔直接向作物供水的一项田间节水增产灌溉技术。采用膜上灌解决了地膜覆盖下的灌溉技术它是一种局部灌溉能有效地防止深层渗漏大大减少了棵间无效蒸发可节水一节肥左右增产一水分利用效率提高一。作物交替隔沟灌溉技术交替隔沟灌溉技术为大幅度减少对栽培作物供水的可行性提供了理论依据是对传统地面灌溉技术理论提出的又一新的挑战采用交替隔沟灌溉技术可减少作物奢侈的蒸腾耗水还可减少棵间全部湿润时的无效蒸发和总的灌溉用水量作物叶片的气孔行为得到了优化蒸腾速率降低而作物的光合作用没有受到明显影响作物水分利用效率得以明显提高。作物调亏灌溉技术调亏灌溉

是世纪年代国际上出现的一种新兴灌溉方式其主要根据作物的生理特性使其生育期的某一阶段水分亏缺并通过其它措施调节光合产物在群体和个体间的分配抑制营养生长增大根冠比增强抗旱性有利于作物籽粒形成期吸收更多的水分和养分达到节水增产增益的目的。蔡焕杰对玉米的调亏灌溉技术进行了示范结果显示玉米生长期间共减少灌溉定额产量从。增加到水分利用效率在原来的基础上提高以上年均每亩纯收益增加元以上。由于该技术是一种新的灌水??技术还存在许多不完善的地方有待以后进一步深入研究。信息技术在节水农业中的应用当今信息技术已广泛用于农业成为现代农业的重要构成部分传统农作是以亩甚至百亩为单位的地块进行操作的而同地位单元内的地形、土壤、肥力、作物生长状况差异很大技术则可将操作单元缩小至平方米使粗放生产变为精细农作可以显著提高水、肥、药的利用效率以最经济的投入获得最佳产出及减少对环境的污染。参考文献钱蕴壁李英能

杨剐等编著节水农业新技术研究黄河水利出版社王维敏主编中国北方旱地农业技术中国农业出版社梁宗锁编高级植物生理学西北农业大学研究生试用教材吴海卿农艺节水增产技术节水农业技术江西科技出版社农业高效用水与可持续发展研讨会论文集灌溉排水增刊谢森传惠士博高产高效冬小麦节喷灌模式研究灌溉排水

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关于提高作物水分利用率途径的初步探讨作者杨文平吴大付作者单位河南职业技术师范学院河南新乡 1.期刊论文 提高作物水分利用率的探讨 -河南科技学院学报自然科学版从田间农艺节水和节水灌溉两方面入手提出了提高水分利用率的途径.2.学位论文 高延军 冬小麦水分利用效率与其生理生态特征关系的研究 2004 农业灌溉用水在华北平原水分利用中占有很大的比重华北平原冬小麦生长在一年中最干旱的季节是灌溉用水的重点因此研究冬小麦水分利用的生理机制探索与冬小麦高效利用水分有关的生理生态特征以及农艺节水措施在生产中的适宜性成为当前节水农业研究的中心。 本文针对华北平原冬小麦灌溉水利用现状以当前生产上大面积推广的16个冬小麦品种为研究对象利用盆栽试验与大田试验紧密结合中国科学院知识创新项目KZCX-SW-317-02和河北省科技攻关重大项目01220703D开展试验研究着重研究了不同水分处理对冬小麦水分利用效率和产量的影响以及与冬小麦水分利用效率密切相关的生理生态特征不同品种对农艺节水措施秸杆覆盖的响应为筛选和选育高水分利用效率品种以及农艺节水措施秸烁哺堑钠分盅?裉峁?谰荨?本研究得出以下结论冬小麦品种间水分利用效率存在明显差异品种产量是决定其水分利用效率大小的主要因子在本研究中发现在充分灌溉处理和亏缺灌溉条件下品种间水分利用效率和产量差异显著石新733在两种水分处理中产量水平水分利用效率和产量均优于其它品种水分利用效率分别比其它同处理品种高烟

烟产量分别比其它品种高邯烟

邯莱3279。表明华北平原在小麦品种节水方面有很大的潜力。研究表明从亏缺灌溉到充分灌溉处理冬小麦产量增加主要是增加亩穗数和穗粒数但水分利用效率有下降趋势。品种间产量对水分亏缺的响应存在一定差异。 2.叶片水平水分利用效率LWUE存在一定的水分、光强和CO2浓度阈值旗叶LWUE存在一定的水分阈氮橥寥篮拷系褪豹榧的田间持水量水平旗叶叶片水平水分利用效率随土壤含水量的增加而增大由田问持水量水平时叶片水平水分利用效率同光合速率一样趋于平稳。 品种间对环境光能和CO2的利用情况存在很大差异主要表现在品种间旗叶光合速率“光饱和点”和“CO2饱和点”存在很大差异旗叶LWUE与光强呈对数曲线关系与CO2浓度呈二次曲线关系在一定范围内旗叶LWUE随光强和CO2浓度的增加而增大但光强和CO2浓度增大到一定值时旗叶LWUE趋于稳定同样存在其“光饱和点”和“CO2饱和点品种间旗叶LWUE“光饱和点”和“CO2饱和点”同样存在很大差异。 3.叶片水平水分利用效率LWUE与其生理生态特征的相关关系品种间旗叶比叶重、

叶片相对水分含量、蒸腾速率、蜡质含量、气孔导度、叶水势和灰分含量差异显著品种间冠层温度只有在水分胁迫非常严重时才表现出显著差异品种间叶绿素在各个生育时期差异均不明显。旗叶LWUE与蒸腾速率、蜡质含量和叶水势呈显著负相关与旗叶比叶重成显著正相关与试验测定的其它生理生态因子无显著相关性。 4.冬小麦产量水平水分利用效率WUEb与其生理生态特征的相关关系16个品种的农艺性状、收获指数和冬小麦产量水平水分利用效率WUEb之间的相关分析结果表明产量水平水分利用效率WUEb与产量呈显著正相关与品种开花时间呈一定正相关关系但试验所涉及其它农艺性状或生理特征与产量水平水分利用效率WUEb的相关性均达不到显著水平产量与收获指数呈显著正相关在产量构成因素方面千粒重与穗粒数呈显著负相关穗粒数与旗叶灰分含量呈显著正相关。 LWUE与WUEb相关性不显著而群体水平干物质的累积量以及干物质在茎、叶、穗中分配与累积量与WUEb有很强的一致性。产量可以作为筛选高WUEb小麦品种的一个最直接的指标。 5.不同品种对秸杆覆盖措施响应的差异品种间因其生理生态特性存在的显著差异品种间在产量方面对覆盖处理的响应不一致。秸杆覆盖措施有明显的节水效应秸杆覆盖处理品种的产量水平水分利用效率也高于不覆盖处理。年度冬小麦研究结果初步证实和6365对秸秆覆盖条件下农田小气候的春季低温效应不敏感在实施秸秆覆盖时可以提高水分利用效率实现节水、增产。对试验所涉及的充分灌溉处理、亏缺灌溉处理和秸杆覆盖处理品种的水分利用效率综合评价得出品种水分利用效率的位次即石新

邯莱与三种处理得出的总干物质累积以及穗、叶、茎干物质累积规律一致。3.期刊论文 程福厚 农艺和生物节水技术在果树上的研究进展 -河北果树2004quotquot1 本文综述了农艺节水技术和生物节水技术在果树中的研究进展提出高水分利用效率树种、品种的选择节水生化制剂的应用水肥耦合高效利用技术以及调亏灌溉和分根区交替灌溉等节水灌溉制度.并指出了农业节水技术的发展方向.4.期刊论文 张玉玲.焦登学 春玉米不同农艺节水技术模式的研究初报 -陕西农业科学2006quotquot6 试验采用对春玉米单项农艺节水技术进行组装配套的技术路线通过分析各技术模式的水分利用率、产量效益等指标集成推荐渭北旱塬春玉米的主要农艺节水技术模式为:quot地膜覆盖抗旱专用肥quot、quot垄沟种植抗旱专用肥quot由于试验直接选用了优良抗旱春玉米品种故从推广角度出发技术组合模式中还应加.

范文二：提高植物水分利用率

植物水分利用率的影响因素及测定方法

摘 要 ： 提高植物水分利用率具有重要的意义，本文介绍了水分利用率的概念，不同植物的水分利用率，重点介绍了目前广为应用的稳定碳同位素测定植物水分利用率的方法，及影响WUE的因素：CO2浓度、耕作方式、灌水、秸秆覆盖、施肥、植物遗传。

关键词 ： 水分利用率； WUE ；稳定碳同位素； 影响因素

全球水资源丰富，而淡水资源较少，可灌溉水更加缺乏且分布不均匀。在一些发展中国家，如中国、印度、非洲国家等，人均可利用水资源少，如果遇到恶劣环境导致农作物缺水，就会造成人类与作物抢水的场面，严重的话会引发饥荒，造成大量人口死亡，形成无法预估的灾难。可见，提高植物水分利用率是如此重要，正如诺贝尔和平奖获得者，布劳格所说，“让每一滴水生产出更多的粮食”，因此，国内外众多研究人员都在致力于提高植物水分利用率。

1 水分利用率的概念及其表达式

1.1叶片水平上的生理学概念

以单位蒸腾量固定的净CO2 量，即植物的蒸腾效率来表示:

WUE=PH/TR

PH为单叶的净光合速率,TR为蒸腾速率,其单位是umol(CO2)mol(H2O),即消耗单位水所吸收的CO2的摩尔数。由于便携式光和测定系统的广泛应用，使这一测定计算方法简便易行，缺点是只能表示某一时刻的瞬时值，而测定的部位亦受到限制(如多用于测定叶片的WUE等)。 -1

1.2田间水平上的广义概念

把WUE表述为单位蒸腾蒸发量的地上部干物质产量。可简单用下式表达：

WUE=DW／CW (2)

式中，DW 为地上部干物质量；CW 为蒸发蒸腾量。其单位一般为kg·m-3hm, 即消耗单位水所获得的单位土地面积上的干物质量，一般是指经济产量。蒸发蒸腾量可用水分平衡公式获得 。此表达方法的优点是简单明了，目的性强，便于理解和计算。缺点是单位的大小因土壤面积的不同而不同，反映的只是一个综合的最终结果，不能反映作物生育时期的某一阶段、某一部位的水分利用情况，难以分析植物组织瞬时的水分利用效率。

1.3区域水平上的综合概念

Gregory[1]等为有利于全面分析水分利用率而制定了如下数学表达式：

WUE=ew/{1+(L+Es+R+D)/Et}

式中，WUE仍然指单位水资源的生物量; L 指在储存和运输过程中的损失量；Es为土壤蒸发或稻田里的水面蒸发量;R为径流量; D为作物根区的流失量;Et为作物蒸腾量;ew为蒸腾效率(单位蒸腾量固定的净CO2量). 其单位与式(2)相同. 此表达式考虑到田间或群体尺度的蒸腾与蒸发作用、水在根际间的流失等因素，反映的内容比较全面。缺点是比较复杂，难以操作，需分别计算蒸腾蒸发量等。

1.4应用碳同位素技术可间接测定比较作物的WUE[2-6]

首先计算样品中的C／C值与标准样品偏率的百分比：

δp=(Rp-Rs)／Rs

式中，Rp和风分别为植物和标准化石样品中的C/C值与植物生长点空气中的13C/12C的比值，计算同位素的分辨率为：

△=(δa-δp)／(1+δP)

式中, δa 0为空气中的C组分。△分别与植物的蒸腾速率和WUE呈负相关，据此可表示WUE的大小。可见它表示的是WUE的相对大小。此方法的优点是测定的结果比较准确可靠，变异幅度较小，可用于比较不同基因型的差异，有利于育种者使用；而且采集的样品较少，并且测定不受时间和季节的限制。缺点是需使用昂贵的质谱仪进行测定。△与田间测得的WUE及其产量的关系还有待研究证实。

1313121312

2 稳定碳同位素介绍及应用

稳定同位素是没有放射性的同位素，其绝对丰度是指某一同位素在所有各种稳定同位素总量中的相对份额，常以该同位素与H(取H=10)或S1(S1=10 )的比值表示。比如碳的绝对丰度为0．03%(地壳中的绝对丰度为0．28％)。相对丰度(F)是指同一元素各同位素的相对含量。自然界中C有2种稳定同位素，即C和C，相对丰度分别为C=C/(C+C)=98.90%，C=C/(C+C)=1.10%。一般定义碳同位素比值R=C/C。但绝对比值R极难测准，因此实际工作中将待测样品(Sa)的同位素比值Rsa与一标准物质(St)的同位素比值Rst 作比较，即用样品的同位素比值相对于某一标准的同位素比值的千分差表示：δ(‰)={(Rsa/Rst)-1}×1000 (1)碳同位素分析标准为PDB (Peedee Belemnite)，为美国南卡罗来纳州白垩纪皮狄组拟箭石化石，其“绝对”碳同位素比值131312121312121213131312131112 28286C/C=(11237.2士90) ×10 (Hayes，1982)，定义其δC(‰)=δ0‰

1312-613 [7] δC值是用质谱仪测定的。碳同位素质谱分析对象为CO2气体，制备过程中要尽量消除CO的影响，否则CO和CO2之间的同位素交换会影响质谱分析结果。对有机化合物的碳同位素分析有3种反应装置：(1)多次循环分析系统，使第1次未完全反应的甲烷再次与CuO反应；(2)通用分析系统，采用银基化合物作催化一氧化剂，适用于各种类型的有机化合物；(3)密闭安瓶法，将微量样品(2～3 mg)与2 g的CuO混合后放入5 ml的安瓶中，在真空线上先将安瓶抽成真空，在850～1 000℃高温下在O2气流中燃烧或者以CuO作氧化剂生成CO2。同时用Mg(ClO4)冷阱除去H2O。为保证反应完全，可加入催化剂 。同位素的测量精度为0．34％。(n=5)，包括样品准备和仪器测量的误差 大气CO2浓度升高和大气温度升高都会影响植物的水分利用效率(WUE)。确定单叶WUE常用气体交换的方法测定光合与蒸腾速率，这种方法测得的是瞬间值，容易受当时瞬间环境条件的影响而波动。碳同位素技术提供了一种间接测定作物蒸腾效率和单叶WUE的有效方法。可以通过对长期积累于叶片或其他器官中的碳代谢产物的稳定碳同位素分析来评估叶片或植株生长过程中总的WUE特性，这比用气体交换测定的瞬时WUE更具代表性。另一方面，该方法不受时间和季节的限制，样品采集烘干之后，其中的c同位素成分不再改变，故可放置至生长季节后较空闲时进行测定，为实验带来方便。虽然它是否可用来确定群体WUE尚存争议，但与传统方法相比，其方便、快速和准确测定显示了诱人的前景。

从1982年开始，Farquhar等进行了一系列关于稳定同位素比与植物组织水分利用效率方面的研[8]

究，从理论上论证了植物组织，尤其是C3植物的C／C比(δC )与叶片胞间C02浓度和大气CO2浓度之比(Ci／Ca)有关:

δCL=δCatm-a-(b-a)Ci／Ca (2)

胞间CO2浓度又与水分利用效率有关：

WUE=(Ca— Ci)／1．6△W (3)

式(2)中，δCL和δCatm分别是植物叶片和大气CO2的δC值；a是CO2经气孔扩散过程引起的分馏效应(=4．4‰)，b是C3植物羧化作用引起的分馏效应(27‰)。式(3)中，△W 是叶片与空气的水蒸气压差。从式(2)和(3)可知，δCL与Ci呈负相关，与WUE呈正相关。△与WUE的关系，因所用材料遗传背景不同，实验环境不同，取样部位和时间不同而有较大差异，不少实验结果相互矛盾。但多数研究结果表明，△ 与WUE呈负相关[10]13131313[9]1313[6]131213。Peng Chang—Lian等(2002)将4个水稻品种栽于由计算机控制的C02为35和60 umol／mol田间塑料大棚里。结果表明，高浓度CO2可改变水稻的光合作用和水分关系特性，品种间不同的响应显示了选育适于未来高浓度CO2下具有高产和抗逆性品种的可能性[9,19]。

3 WUE的影响因素

3.1CO2浓度对WUE的影响

在目前大气CO2浓度下，当光强为1000umms时，胡杨树卵圆形叶（成年树主要叶片）（A）和披针形叶（成年树下部萌条叶片）（B）的净光合速率(Pn)分别为16.4umol`m`s和9.38

umco2ms；水分利用效率（WUE）分别为1.52 umCO2msH2O和1.18CO2molH2O;当CO2浓度升到450umol mol,关照强度为1000umolms时，A和B的WUE分别为2.26mmolCO2 molH2O和1.35mmol CO2 molH2O,A的ＷＵＥ比Ｂ高0.1mmolCO2 molH2O;CO2浓度升高后，两种叶形的WUE都提高了，但提高的程度不同，A提高了0.74mmolCO2molH2O,B只提高了0.17mmolCO2molH2O

CO2浓度增高可通过以下三条途径来提高植物叶片的WUE[12]-1-1 [11]-1-1-1-2-1-1-2-1-2-1-1-2-1-2-1。 ：①、提高同化作用A，②、降低叶片气孔导度而减少蒸腾E，③、A和E的综合效应。以项斌等人的实验结果为证，紫花苜蓿（Medicago sativa）的表观光和速率在CO2浓度倍增（700umol mol-1）时比在大气正常浓度（350umol mol-1）下提高18.7%，气孔导度下降2%，蒸腾速率减少2.7%，水分利用率则提高了30.1%；500uL lCO2浓度下生长的裂壳锥（Castanopsis fissa）和荷木（Schima superba）的净光和速率比在350uL L条件下分别提高了79%荷95%，气孔导度分别降低了13%和20%。 -1-1

3.2耕作方式对WUE的影响

杜兵[13]等研究发现,采用保护性耕作法的冬小麦地夏休闲期蓄水量比传统耕作高9%，水分利用

[14]效率提高13.2%，产量增加14%。张胜爱等研究发现，不同耕作方式小麦的水分生产效率不同。

免耕区水分生产效率为13.8kg/(mm.hm2); 深松区水分生产效率为14.1kg/(mm.hm2), 旋耕区水分生产效率为13.5kg/(mm.hm2)。因此，免耕和深松耕的耕作方式有利于改善土体结构，增加土壤蓄水保墒性能，提高水分利用效率，节水、节本、增产、增效明显发展前景广阔。

3.3灌水处理对WUE的影响

同样以冬小麦为例，张忠学[15]等研究发现，通过对冬小麦生长动态观测表明：减少灌水量可以

促进冬小麦发育。起身拔节水对冬小麦株高有显著影响。叶面积指数、冠层干物重、根系总量随着灌水量的增加而增加。各处理冬小麦根系总量的80%以上分布在0-20cm土层内。随着灌水次数的增加, 灌水量的增多, 灌溉水的利用效率逐渐减小。全生育期浇越冬水、起身拔节水、开花水的处理经济产量最高, 达到7716.7kg/km2,水分利用率最大，达到15.92kg/(hm2.mm), 单位水资源量的边际效率也最大, 达43.12kg/mm, 单次灌水的最大平均产量为851.65kg/hm2.

3.4秸秆覆盖对WUE的影响

赵聚宝[16]等研究表明，秸秆覆盖使冬小麦苗期的耗水减少14.3-17.2mm，中后期的耗水增加10.8-16.4mm，全生育期的总耗水量与对照十分接近，甚至略多于对照。秸秆覆盖的这种抑制苗期土壤无效蒸发，把旱地有限的土壤水分保持到作物需水关键期利用，使农田土壤供水与作物需水动态相协调，为作物生长发育提供了有利的水分条件。而且有关研究结果还表明，秸秆覆盖还具有培肥地利，协调养分供应的作用。所以在秸秆覆盖下，作物产量明显增加，耗水系数降低，水分利用效率提高。

董国锋[17]通过对甘肃省秦王川I灌区调亏灌溉条件下对苜蓿水分利用率的影响发现，在轻度调亏)处理下，，即土壤含水率为(60%～65%)时，相对于对照，耗水量却减少了600m3/hm，苜蓿的水分利用效率与其余各处理间存在显著差异(P<0.05),其值均达到了最大，为2.10kg／m。>

3.5施肥对WUE的影响

施肥，尤其是氮磷肥配施，可明显促进冬小麦根系生长，扩大觅水空间；氮磷肥配施具有时效互补性和功能互补性；与不施肥处理相比，施肥处理蒸腾量仅提高了5.4%，而产量和水分利用效率分别提高了92.8%和79.7%；施肥促进了冬小麦冠层发育，增加了蒸腾量，而减少了蒸发量，从而提高了腾／发比，使水分利用效率及水分生产力大幅度提高[18]。

3.6植物遗传改良对WUE的影响

植物抗旱机理研究是从被动的耐旱性研究（细胞质浓度、束缚水含量、细胞膜稳定性、离体失水等）→主动的抗旱性研究（根系吸水、渗透调节等）→节水研究（ABA 根冠信号调控叶片气孔开关，优化调节叶片WUE 等）→水分高效利用研究（水通道蛋白，高收获指数等）。植物抗旱节水改良的学科发展趋势是从耐旱抗旱形态和育种研究→耐旱（水分胁迫）生理调控机制→抗旱和高WUE 遗传→抗旱和高WUE 分子生物学→抗旱和高 WUE 分子遗传→WUE 基因工程

澳大利亚的Farquhar 等[21]1312

13[20]。 研究表明，稳定性碳同位素C 和C 的比例在不同的C3 植物中是不

[22]同的，碳同位素分辨率δC（carbon isotope discrimination）与植物WUE (生物或经济产量/耗水量)呈负相关，可作为植物WUE 改良的指示性状。据此，美国的Martin等利用RFLP 和δC 13

分析方法，间接地确定控制西红柿WUE 的基因位于B、F 和Q 染色体上。虽然不是对番茄WUE 的直接定位，但却开拓了人们可对多基因控制的水分利用效率性状进行遗传研究的思路。后来的大量研究表明，δC 和植物不同层次WUE 的正负相关在不同试验条件下相互矛盾，δC 不是研究植物WUE 的有效指标

Handly 等[24][23]1313。 13对中国春小麦-Betzes 大麦二体附加系的地上部分进行δC 分析，认为在4H 染

[26]色体上载有控制WUE 的基因。Main 等[25]用RFLP 确定控制大豆WUE(以叶片灰分重量为指示性状)的基因位于LG12(G)，LG17(H)和LG18(J)染色体上。Main 等

控制WUE（茎叶根干重/耗水量）的位点。张正斌等[27]又在LG16（L）染色体上定位了1 个通过直接测定不同层次的WUE，开展了有关

小麦WUE 改良的生理遗传基础研究，结果表明，在小麦不同基因组(2 倍体)中，小麦A 组染色体上载有高光合速率和高WUE（光合速率/蒸腾速率）的基因，在中国春双端体的1AL（长臂）、2AL、2AS（短臂）和7AS 染色体臂上载有高WUE 的基因，小麦染色体2AL 有控制低蒸腾速率的基因。在小麦-黑麦附加系中，4R 染色体上有控制高WUE 的基因。Gorny

换系研究表明，小麦7D 染色体有增加WUE 的作用。张正斌等[29-30][28]利用硬粒小麦D 组染色体代用Hogland 溶液水培方法，在生长箱条件下，对114个小麦重组近交系(Synthetics ×Opata85)的水分利用效率等生理形态指标及根系特征进行了鉴定，利用该群体的RFLP 遗传图谱进行了有关性状的QTL 分析，结果表明，在1 A 和6 D 染色体上有2 个控制叶片WUE（光合速率/蒸腾速率）的QTL，它们的遗传贡献分别为11.48%和14.84%。

瞬时WUE 具有较大的遗传变异性, 在亏水条件下品种间差异更显著。在禾谷类作物上, 气孔导度与瞬时WUE 密切相关。单株尺度WUE 在亏水条件下品种间差异显著, 足水条件下差异相对较小。气孔导度是影响单株尺度WUE 的重要性状, 品种之间气孔对水分亏缺的敏感性差异较大。瞬时WUE 向田间尺度WUE 的尺度转换不仅受到冠层阻力和边界层阻力的制约, 还受土壤蒸发与作物蒸腾比率以及同化物分配模式的影响。瞬时WUE 与产量的关系决定于环境的水分条件, 在作物生长发育主要依靠土壤中储存水分的干旱条件下, 瞬时WUE 高对获得高产有利。相反, 在水分条件较适宜的地区, 高瞬时WUE 性状不利于高产。

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范文三：【doc】控制性分根交替灌水对作物水分利用率的影响及节水效应

控制性分根交替灌水对作物水分利用率的

影响及节水效应

中国农业科学1998,31(5):88,90

SeientiaAgriculturaSinica

8.

控制性分根交替灌水对作物水分

利用率的影响及节水效应

里与康绍忠整:L//高俊风

(-西北农业大学,陕西扬陵712100{香港浸会太学生物系,香港九龙塘)

EffectonWaterUseEfficiencyandWater—saving

byControlledRoot—dividedAlternativeIrrigation

LiangZongsouKangShaozhongZhangJianhuaGaoJunfeng

(NortBwesternAgriculturolUniversity,Yahg,Skaanxi712100} Department.fBiolegyHongKongBaptistUniversity

KowloonTong,Hong删g)

AbstractTheexperimentofcontrolledroots—dividedalternativeirrigation(CRA1)in maizeshowedthatcontrolled1/Zrootregionalternativeirrigationcouldsave34.4,

36.8water.andthebiomassonlydecreased6.2,12,whenthelowerwaterreten—

tionlimitwas55,65.Thedifferenceofleafarea,leafamountandwatercontentwere notsignificantbetween1/ZCRA1andcontro1.WaterUSeefficiencyof1/ZCRA1washigh—

erthanthatof1/zrootdividedcontinuousirrigation.Weightofdryroot,rootshootratio

andbasaldiameterofstemincreasedandrootwasdistributedevenlybyalternativeirriga—

tion,but1/zrootdividedcontinuousirrigationdidnothavesucheffect.Itisconcludedthat

CARristhepracticabletechnologyofwater—saving.

KeywordsControlledroot—dividedalternativeirrigation;Wateruseefficiency;Wa ter-savingeffect,

关键词砻制性序根寅替灌溉;水分利用效率;节水效应

——?——一一一

控制性分根交替灌溉(controlledrootsdividedalternativeirrigation,CRAI)是康绍忠 提出的一种农田节水调控思路.其基本概念与传统灌水方式有着根本的不同.传统的灌水方

法.追求田问作物根系屠的充分和均匀湿润,CRAI则强调在土壤垂直剖面或水平面的某个

区域保持干燥.而另一部分区域灌水湿润.交替控制部分根系干燥,部分根系湿润,以利用作

物部分根系处于水分胁迫时产生的根源信号脱落酸(ABA),供给地上部叶片,以调节气孔

保持最适开度,达到节水的目的同时通过不同区域根系的交替干湿锻炼.而提高根系吸收

功能,增加其对水分和养分的利用率,减少每次灌水间隙期间棵间土壤湿润面积和棵间蒸发

本研究是在人工气候室内以玉米为研究材料,探索CRAI对作物生长的影响损失.

及其节水

效益,为这种新的灌水方式提供更充实的理论依据和最佳控制性分根交替灌水模式.

收稿日期1997O6-20

国家自然科学基金和霍莫求基金资助项目的部分内容.

5期粱宗锁等:控制性分根文替灌水对作物水分利用率的影响及节水效应 1材料与方法

用玉米陕单9号杂交种播于植物生长盆内.装入7500cm.轻壤土,容重1.Ig?cm,,田

间持水量24.3;对照盆内土壤不分区,每次灌水时对盆内土壤全部均匀灌水,而控制固定

式1/2(A)或1/3(B)区域灌水处理将土体等分为1/2或1/3,每次灌水只在同一部分.

其余

1/2或1/3土体始终干燥;而控制1/2(c)或1/3(D)交替灌水,每次灌水则轮流灌各区土体.

田间持水量(.F)处理分3种下限水平:65,55和45;各等分土体用塑料布分隔,各处理 在盆中心位置选播3粒种子,然后选留i棵健壮植株,进行控制水处理,每次供水量对照为

由土壤水分下限增加至95.F所需的水量(M),每次固定与交替1/2或1/3灌水量则为

M/2或M/3,待苗长到2,3叶时放人人工气候箱内,控制湿度7o,温度(昼/夜)30?/ 15C,光合强度CO250~mo1?m?s;试验从1996—1O-09播种延续至1997O1—23共 i07d,每3天用TDR测定1次各盆中不同区域土壤含水率,高水区含水量达到控制下限水

平时灌水,每次记录补水量,并由水量平衡方程式计算总耗水量水分利用效率(wateruse

efficiency,WUE)由生物量/耗水量计算.

2结果与分析

2.1控制性分根交替灌溉对作物产量与水分利用效率的影响在65下限供水时,对 照单株平均耗水量高于控制性1/2和1/3交替灌水.对照WUE明显低于处理,而55.F下

限水平时以1/2区域交替灌水处理的WUE最高,其值达5.55g/kg,而1/2固定区域灌水

的WUE仅为4.10g/kg,低于对照的4.31g/kg.而不论1/3区域固定或交替灌水处理的

WUE均最小,所有处理中,不论何种土壤水分下限水平,控制i/2区域交替灌水的WUE最

高,且对不同区域根系进行交替湿润比常规固定某一区域湿润方式的WUE明显增加.在土

壤水分下限由650下降至550时,控制1/2区域交替灌水的处理,其干物质下降了 6,12,而耗水量则下降了34.4,36.8,WUE大幅度升高,节水效果明显(表1).

表1控制性分根交替灌水的耗水量与水分利用效牢

Table1ConsumptionofwaterandwateruseefficiencyinCRAI

A:1/2ofcontrolirrigation,B:1/3ofcontro]irrigation.C:l/2ofCRAI-D:1/3ofCRAICK:Allir

rigation.

下同TheSa~leasbelow#

一达0.01显着承平SEgnit'ican~levelat0O1 2.2控制性分根交替灌水对玉米地下与地上生长的影响当土壤水分下限同在658F 时,1/2交替灌水有促进根系生长的作用,其根系干重比全部均匀灌水的对照增加;而控制

1/3区域交替灌水的处理因供水周期长而相对受旱严重,根系总量下降.在550下限时,

中国农业科学3l卷

对照的根系量与控制i/2区域交替灌水处理的根系总量相接近,均高于控制1/2固定区

域灌水的处理,1/2区域交替灌水的两个区中根系量相差0.802g,而固定1/2区域灌水的处

理,两个区根系干重相差达2.287g.由此可见,对不同区域进行交替灌水不仅能使根系总量

增加,还能使根系在土壤中均匀分布而充分利用水肥资源.总体上,在土壤水分下限55eF

和65eF时,1/2区域交替灌水处理中根系总量与根冠比均大于其它处理;与对照相比较,

在耗水量与灌水量减少的条件下其根量与根冠比增加.表明控制1/2区域交替灌水方式通

过对根系的干湿交替锻炼对根系生长有促进作用,能够使根系在土壤中均匀分布. 在抽雄前期,分别测叶面积,叶片含水量,叶片数和茎秆基部直径的结果(表2)表明,对

于同一土壤含水量下限水平,对照叶片含水量最高;在65土壤水分下限时,控制1/2

区

域交替灌水的叶片含水量比对照降低了0.7,控制1/3区域交替灌水的处理降低了3;

在55下限水平下1/2区域交替灌水比对照叶片含水量下降0.3,而控制1/3区域交 替灌水的处理下降了3.9;在45下限水平下1/2和1/3区域交替灌水的处理叶片含 水量分别比对照下降1.4和5,5;在55.F下限时固定]/2和1/3区域灌水的叶片含水 量比对照分别降低0.8和6.3,其下降幅度大于i/z和1/3区域交替灌水的处理.叶面 积变化趋势与叶片含水量基本一致,而各处理间叶片数变化不大.由此表明在55,65

范围内,灌水量下降时,1/2区域交替灌水的处理其叶片含水量,叶面积和叶片数与对照接

近,而高于固定I/2区域灌水处理,说明控制性分根交替灌水比常规固定某一区域灌水更能

促进叶的生长.茎基部直径在55,65范围1/2与i/3区域交替灌水则明显增粗,可 以使玉米生长健壮且防倒伏}而55下限水平的固定i/2区域灌水则无此效果;对于全

说明适当控制降低土 面积均匀供水的处理,55比65o下限水平的茎秆直径也增粗,

壤水分下限有抑制伸长生长而加速增粗生长的作用.

表2CRAI对玉米地上生长的影响

Table2TheeffectofCRAIongrowthofCOTnplant 参考文献

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范文四：外文翻译--智能喷灌的使用对干旱地区小麦作物水分利用率的影响

外文翻译

智能喷灌的使用对干旱地区小麦作物水分利用率的影响

穆罕默德·侯赛因，穆罕默德·阿布达拉 沙特国王大学食品和农业科学学院农业工程系

Effect of smart sprinkler irrigation utilization on water use efficiency for wheat crops in arid regions

Hussein Mohammed Al-Ghobari, Mohamed Said Abdalla El Marazky* (Department of Agricultural Engineering, College of Food and Agriculture Sciences King Saud University, Riyadh 11451, Kingdom of Saudi Arabia) 摘要：本研究中所开发的智能灌溉系统（SIS）是一种安排灌溉时序和量化植物所 需水分有效工具。智能灌溉系统在小麦喷灌系统下进行实现和测试。而控制灌溉 系统安排时序的方法是基于来自自动气象站的数据。智能灌溉系统的测试结果与 控制灌溉系统（CIS）相比：使用智能灌溉系统，用水量显著减少。此外，与控 制灌溉系统相比，使用控制灌溉系统可以节省 12%的灌溉用水，同时获得经济性 产出。同样，在水资源利用效率（WUE）上，智能灌溉系统具有更高的利用率： 智能灌溉系统为 1.64Kg/m3,而控制灌溉系统为 1.46Kg/m3。因此，智能灌溉系统 （SIS）的应用在水资源利用率（WUE）和灌溉水利用效率（IWUE）上显示了显著 优势。在灌溉处理过程中，水资源利用率（WUE）和灌溉水利用率（IWUE）均相 对较高：智能灌溉系统中占到土壤水分蒸发蒸腾总量的 80%，控制灌溉系统中占 到 100%。事实表明，小麦的灌溉需求随着土壤水分蒸发蒸腾总量（ETc）的增加 而增加但过度灌溉却能够降低水资源利用率（WUE）和灌溉水利用效率（IWUE） 。 这些结果表明极端灌溉可能不会产生更高的产量或者最佳的经济效益，因此必须 建立使用智能灌溉系统（SIS）的合理的灌溉计划，同时扩展到其它农作物。 关键词：智能灌溉系统（SIS） ，喷灌时序安排，水资源利用率，干旱地区，土 壤水分蒸发蒸腾损失总量（ETc） ，粮食产量 DOI：10.3965/j.ijabe.20140701.003 引文：穆罕默德·侯赛因，穆罕默德·阿布达拉。智能喷灌的使用对干旱地区小 麦作物水分利用率的影响。 《国际农业和生物工程学报》 ，2014；7（1） ：26—35。

1 介绍

考虑到由人口的增加产生的对粮食作物战略性需求， 一些国家在干旱气候区 的小麦生产因水资源有限而面临严峻挑战。沙特阿拉伯也面临着这样的挑战。小 麦是沙特阿拉伯王国（KSA）种植的最重要的大宗作物。它的种植面积在 2009 年约为 195884 公顷，其每年总产量约为 115 万吨。小麦的耕作面积据估计约占 沙特（KSA）耕地总面积的 42%，东部地区的季节性水消耗约为 414mm。这是由

1

外文翻译

该地区在漫灌和喷灌系统条件下各自的耗水量 834.7mm 和 655.8mm 量化而来，

而中部地区和北部边境地区使用喷灌的季节性耗水量分别为 675mm 和 600mm。 作者也报道艾尔麦地那地区的耗水量为沙特（KSA）最高，约为 956.3mm。 适当的喷灌时序安排对作物生产的有效水资源管理是至关重要的， 尤其是在 水资源缺乏的条件下。为了获得更高的收益，对喷灌用水的应用量、灌溉频率和 水的使用的研究显得尤其重要。 喷灌在增加干旱和半干旱地区小麦的水分生产力 能够发挥重要的作用。在过去的十年中，为了减少过量灌溉，大量的制造商开发 了智能的灌溉控制器并被水供应商促销。现在有许多智能灌溉系统（ SIS）依据 气候条件估算使用水量和土壤水分蒸发蒸腾损失总量（ETc） 。 良好的水资源管理项目的方法之一就是知道实际的土壤水分蒸发蒸腾损失 总量或者作物消耗性使用量。 灌溉对作物生产的影响通常使用用水量与作物产量 相关的作物水资源生产函数进行量化。 这些函数常常用来对田间灌溉和灌溉用水 的经济性评估进行优化。 许多研究显示小麦产量与季节性土壤水分蒸发蒸腾损失 总量（ETc）线性相关。然而，一些研究显示出与不断增加的土壤水分蒸发蒸腾 损失总量为曲线相关性。另外，之前的一项研究称，季节性的土壤水分蒸发蒸腾 损失总量（ETc）与作物产量（GY）或水资源利用率（WUE）可以用二次函数来 进行描述。虽然土壤水分蒸发蒸腾损失总量（ETc）与作物产量（GY）之间的函 数关系已经被广泛作为赤字灌溉的一条指导方针进行水资源节约； 但是它们无法 解释时序应用程序的影响。所以，研究者们正在试图揭示作物产量（GY） ） 、土壤 水分平衡（包括灌溉水）和水利用效率之间的关系的。 提高作物生产过程中水资源利用率 （WUE） 和促进水资源可持续利用的需求 迫在眉睫。 为了达到在增加作物产量的前提下提高水资源利用率的目的，必须有 一个合适的灌溉时序策略。这种策略用于提高作物产量和 /或增加灌溉水利用效 率（IWUE） ，并经过了深入的研究和广泛的实践。在作物生长季节，灌溉持续时 间和应用量的增加引起水资源利用率降低。智能灌溉技术在 Dookie 和埃及进行 评估，与传统的灌溉技术相比节水量高达 38%。 几项对冬小麦的研究显示：喷灌区域的作物产量和水资源利用率（WUE）高 于地表灌溉区域。小麦的水资源利用率随着土壤水分蒸发蒸腾损失总量（ETc） 的增加而降低。 尽管频繁的使用，但小容积水灌溉被认为优于较传统的使用更少 次数的大容积灌溉的时序安排方法。 灌溉对作物生产的影响通常使用作物产量与 施水量相关的作物水分产量函数进行量化。 这些函数通常用来对田间

灌溉和灌溉 用水应用的经济性评估。 由于当地盛行的气候状况和水资源的短缺， 待决定地区小麦的最优灌溉时间 表应该被决定。在本研究中，我们讨论了水压力的影响和基于水资源利用率 （WUE） 、作物产量（GY） 、土壤水分蒸发蒸腾损失总量（ETc）和其内容的灌溉 管理制度。 在研究结果的基础上，给农民和灌溉机构提供指导方针以达到水资源 节约灌溉实践和沙特小麦生产实现有效利用水资源的目的。 本研究的目标是研究 在小麦水分蒸发蒸腾、 产量、 水资源利用率和灌溉水利用效率的基础上使用智能 喷灌系统的灌溉管理制度三个层面的影响。

2 材料和方法 §2.1 试验现场

2

外文翻译

本研究是 2010 年和 2011 年冬季在利雅得 （北纬 24°43′， 东经 46°43′） 沙特国王大学食品和农业科学学院的海拔 635 米的实验田进行的。 一般来说， 这 个地区的气候属于干旱气候， 在研究期间的测量得实验场的气候数据见表一。现 场试验包含两种灌溉方法和三种不同的灌溉水平。 灌溉方法分别是是智能灌溉系 统（SIS）和控制灌溉系统（CIS） 。三种作物灌溉水用量分别是充分灌溉的作物土 壤水分蒸发蒸腾损失总量的 100%、80%、60%。灌溉水平的方案是基于充分灌溉 的应用水量的实践。 气象站用来测量估算土壤水分蒸发蒸腾损失总量（ETc）的气候参数的。这 些测量值然后与智能灌溉系统（SIS）在小麦作物田里获得的数据进行比较。智 能灌溉系统（SIS）在考虑作物类型和地区环境条件的情况下进行现场编码。该 系统在收集真实数据之前进行校准和配置来实现下一阶段的研究。 表 1 试验场地的气象数据

§2.2 田场特性和灌溉评估

实验场被分成两个相等的场地：智能灌溉系统的场地进行自动灌溉；另一控 制实验场地基于土壤水分蒸发蒸腾损失总量（ETc）进行人工灌溉。两块场地之 间有一条 10 米宽的缓冲地带。实验场的土壤类型为砂壤土，一些与灌溉相关的 实验田土壤物理特性如表 2。 智能灌溉系统（SIS）和控制灌溉系统（CIS）的小麦实验田均安装有可靠的 喷灌系统。 这些系统都进行过评估并发现是能够达到高性能和实现均匀灌溉。这 一领域的研究在两块不同的场地进行， 这两块场地采用以灌溉方法划分主要区域， 以灌溉水平划分子区域的策略设计成三个副本。 每一个区域由八个洒水装置来覆 盖24m × 9m的耕作区。灌溉系统装配有通过压力监控器来控制压力的控制器， 装配来测量每次灌溉的用水量的流量计。喷灌系统设计和安装在每块田地里的 PVC 管道侧根处，并连接到支管和主管道。喷头安装在镀锌钢材料的喷管立管顶 部。 进行了喷灌系

统的现场评估：均匀性指数在可接受的范围内并呈现出良好的 灌溉水分布均匀性。 表2 研究中不同土壤层在控制灌溉系统下的物理特性

3

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§2.3 组件、功能和智能系统的安装

本研究所选择的智能灌溉系统（SIS）是 Hunter ET-System（商标名称的使用 并不意味着推广该产品；提及它只是为了研究） 。智能控制系统集成许多学科来 显著改善了作物生产和资源管理 21。这个系统虽不是最好的系统，但是它便宜 且在当地市场易于获得。这个系统依据制造商在现场的试验说明进行安装。它可 以为特定的植物、土壤和滴注类型进行站（或“区” ）的定制。 这种类型的系统使用电子控制器和模块， 并且它的平台可以连接到能够通过 不同的传感器感知当地气候条件的土壤水分蒸发蒸腾损失总量（ETc）的模块。 这些传感器可以测量风速、雨量、太阳辐射、空气温度和相对湿度。ETc 模块接 收来自 ETc 传感器的数据信息，然后把它应用于各个场地（区域）的灌溉。智能 灌溉系统（SIS）能够自动根据修改过的彭曼方程为当地的小气候估算作物土壤 水分蒸发蒸腾损失并且创建了一个可以下载到控制器的科学性程序。ETc 模块被 插入到称为控制器智能接口的灌溉控制器 Pro C，该模块能够调整灌溉运行时间 使其以一个土壤能够有效吸收的速率进行灌溉， 而这些水量恰巧用来补充植物散 失的水量。因此，智能灌溉系统（SIS）传输采集的环境参数和系统参数（压力、 流量等） 。以由 Etc 传感器做决定启动灌溉为例，一个电信号会被传送以打开电 磁阀和泵来供给需要的灌溉用水。 在控制灌溉系统中， 气候数据是从气象站获得， 基于此估算日常参考并用此做出灌溉决策。然后，估算来的 ETc 数据与作物系数 （Kc）整合来确定需要的灌溉水量。确定后的水量被手动的送到控制面板，这个 控制面板进而传送一个信号到电磁阀以供给所需水量到实验田。

§2.4 农事实践和观察

小麦（YecoraRojo）分别于 2009 年 12 月 9 日和 2010 年 12 月 4 日进行田间 播种。播种量为 180 公斤/公顷，行间距为 20 厘米，而其它的耕作活动按照一定 的时间计划进行。 在生长季节里两种系统灌溉方法每日和每周的土壤水分蒸发蒸 腾损失率都会被确定下来。因此，灌溉水深度（Dg）和累计深度都被监测和记录 下来。灌溉过程分别在 2010 年 4 月 9 日和 2011 年 4 月 14 日终止。在小麦成熟 时，对作物产量（GY） 、生物产量（BY） 、株高（PH）进行了测量。收货指数（HI） 通过计算作物产量（GY）与生物产量（BY）之比获得。作物产量由清洁谷粒的重 量估算得来 （七份样本随机取自一平方米然后

程确定。 如果作物土壤水分蒸发蒸腾损失总量仅仅被估算为 作物系数和控制灌溉系统的季节性土壤水分蒸发蒸腾损失总量的结果， 那么对小 麦季节性土壤水分蒸发蒸腾损失总量的调整使用作物系数（Kc） 。很明显，表-3 中智能灌溉系统下土壤水分蒸发蒸腾损失总量（ETc）在前三周较小，然后随着 植物的生长在播种后的 70-105 天（10-15 周）的时候达到峰值。在控制灌溉系统 下，土壤水分蒸发蒸腾损失总量（ETc）开始随着叶子的衰老而逐渐降低，尤其 在 16-19 周，智能灌溉系统在其它季节也有相似的趋势。 两种系统的土壤水分蒸发蒸腾损失总量（ETc）值有相同的模型，作物成熟 阶段增加，收获阶段收敛。然而，这些数据的分析表明这些数值明显不同，除了 在最初生长阶段和最后阶段很接近。 两季作物的最高土壤水分蒸发蒸腾损失总量 是 526.26 毫米，是在控制灌溉系统下进行充分灌溉获得的。与智能灌溉系统相 比， 两季作物期间控制灌溉系统方法引起更高的土壤水分蒸发蒸腾损失总量：总 体差异非常显著。 如表-3 所示， 智能灌溉系统下土壤水分蒸发蒸腾损失总量的累 计值比控制灌溉系统的累计值低 12%。 土壤水分蒸发蒸腾损失总量随着灌溉水量 的增加而线性增加。这个结果与之前的发现相符合，并且土壤水分蒸发蒸腾损失 总量和灌溉深度也有相似的关系。在两季作物中，相同系统下季节性土壤水分蒸 发蒸腾损失总量与起初的两季作物相似。此外，与控制灌溉系统相比，智能灌溉 系统的土壤水分蒸发蒸腾损失总量较低，这些结论与已经获得的结论一致。

§3.2 灌溉管理

小麦灌溉用水使用智能灌溉系统和控制灌溉系统进行计划和麦场应用。 灌溉

6

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水量和时机被监控和记录， 两种灌溉系统下的每周平均灌溉用水量也被估算下来 并列表在表-4 和表-5。从表-4 两季作物在智能灌溉系统方法（灌溉水量占蒸发总 量的 100%，80%，60%）应用灌溉水总量的平均值分别是 528.89 毫米，444.77 毫米，317.33 毫米。同时，控制灌溉系统方法（灌溉水量占蒸发总量的 100%， 80%， 60%） 添加到小麦作物的周平均灌溉水量分别为 600.35 毫米， 504.82 毫米， 360.21 毫米。 然而， 两种灌溉方法的灌溉水总量在两茬作物生长期间是不同的。这些灌溉 用水总量低于当地农民在本地的灌溉水实践。智能灌溉系统使用的灌溉水深度 （Dg）较控制灌溉系统下的低 12%。此外，这些数据的分析表明它们的值只在作 物的最初生长阶段相似，而后一茬作物的其余时间逐渐不同。 表-4

表-5

§3.3 小麦生长的参数

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本文研究了智能灌溉系统的灌溉时序对小麦生长

和生产力的参数的影响。 2009-2010 和 2010-2011 年两季作物的生长特性如表-6 所示。 本研究结果显示：控制灌溉系统（CIS）对植物的农艺学特性已经有了明确 的影响，比如平均株高（PH）,小麦作物的平均生物产量（BY） ，两季作物的平均 作物产量（GY） ，小麦作物的平均千粒重，和平均穗长。平均穗长见表-6 中的 9.9 厘米，9.6 厘米，8.5 厘米，10.6 厘米，9.9 厘米，8.9 厘米。 表-6

智能灌溉系统（SIS）和控制灌溉系统（CIS）下两季小麦作物的生长特性分 析 控制灌溉系统（CIS）在增加株高（cm） ，穗长（cm） ，平均千粒重（g） ，生 物总产量（ton/h）和作物生产总量（ton/h）优于智能灌溉系统。两季平均，控 制灌溉系统方法下，株高增加 8%，穗长增加 5%，千粒重增加 12%，平均生物总 产量增加 6%，作物总产量增加 8%。然而，智能灌溉系统（SIS）优于控制灌溉 系统，水资源利用率（Kg m3 ）增加了 11%，灌溉水使用效率增加了 14%。控制 灌溉系统（CIS）导致更大产量的原因可以归因于两种方法所施加的水量不同， 而根部含水量的增加对提高农艺因素尤其是当更多的灌溉水在控制灌溉系统下 被施加的时候是合理的。 智能灌溉系统下低灌溉水量的施加引起的土壤通气性降 低可能是导致所有农艺参数降低的原因。

§3．4 水资源利用率

表-7 展示了在两季作物生长期间智能灌溉系统和控制灌溉系统对小麦水资 源利用率的影响。 这个表显示， 智能灌溉系统下灌溉水量为土壤水分蒸发蒸腾损 失总量的 80%时的水资源利用率（WUE）和灌溉水利用效率（IWUE）与控制灌 溉系统相比更高，第一季作物时两值分别为 1.27 千克/立方米和 1.12 千克/立方 米。而第二季相对应的值分别为 1.64 千克/立方米和 1.37 千克/立方米。一般说 来，智能灌溉系统下较高的水资源利用率（WUE）值可归因于应用灌溉用水的节 省和时机。因此，水资源利用率（WUE）的最大值 1.64 千克/立方米（智能灌溉 系统下灌溉水量为土壤水分蒸发蒸腾损失总量的 80%）和最小值 1.10 千克/立方 米（智能灌溉系统下灌溉水量为土壤水分蒸发蒸腾损失总量的 60%）分别于第二

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年和第一年获得。 智能灌溉系统下灌溉水量为土壤水分蒸发蒸腾损失总量的 80%的方法与 100% 和 60%相比，在两个生长季均获得较高的平均作物产量（GY） 。智能灌溉系统下 灌溉水量为土壤水分蒸发蒸腾损失总量的 80%的方法下较高的作物产量值是指 为小麦发芽调整良好的环境条件。 它的最好记录分别是第一季和第二生长季的最 高作物产量， 5.09 吨/公顷和 5.96 吨/公顷。 本季控制灌溉系统下土壤水分蒸发蒸 腾损失总量最高，智

能灌溉系统的最低（表-7） 。其原因可能是在大灌溉用水量 的情况下，表面土壤潮湿促进了土壤的蒸发。一般情况下，随着灌溉的增加，蒸 发也是增加的。 但是小麦在不同灌溉水平下树冠下的蒸腾因植物因素在茎杆生长 阶段和成熟阶段是相似的。 表-7

智能灌溉系统灌溉方法的水资源利用率通常比控制灌溉系统灌溉方法的值 更高。这个结果表明：智能灌溉系统下水资源被更有效的利用，并且与先前的研 究一致。先前也获得过类似的结果，他们发现低的灌溉频率与高的灌溉频率相比 导致更高的水资源利用率（WUE）值。之前的研究也报道过智能灌溉系统下小灌 溉水量的灌溉方法有较高的灌溉水利用效率。 研究指出： 浅灌溉深度有较高灌溉水利用效率的灌溉方式可能归因于灌溉水 的高效使用和根区易于获得的土壤水。在增加灌溉深度的灌溉条件下，灌溉水的 一部分不能利用并在收获时留在土壤剖面， 由过度灌溉导致的根区以外的深层渗 透也能减少灌溉水利用效率。 在智能灌溉系统下有相对较高的水资源利用率和灌 溉水利用效率。

§3.5 统计分析

两个生长季的平均总产量进行了统计学分析， 最小显著差分析测试用来比较 平均值在 5%的水平。结果清楚的显示：在两年中控制灌溉系统方法对小麦产量 和农艺因素的高的影响。这些获得的数据表明此方法对平均株高、穗长、平均粒 重、 生物总产量和作物总产量； 尽管如此， 对收获指数 （HI） 并没有显著的影响， 如表-8 所示。这些结果表明：在表-8 中，除了水资源利用率和灌溉水利用效率 外，灌溉水量为土壤水分蒸发蒸腾损失总量的 100%，智能灌溉系统和控制灌溉

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系统在不同水平时显著不同。两季作物的小麦产量的方差分析测试数据表明：控 制灌溉系统对农艺因数有显著的影响（表-9） 。一般来说，控制灌溉系统下的农 艺特性明显优于智能灌溉系统。 如表-8 中所示， 在两个生长季节中智能灌溉系统 显著影响水资源利用率和灌溉水利用效率。 它们的平均值不同程度的依赖于智能 灌溉系统的时序。 两季作物的结果表明：智能灌溉系统下灌溉水量为土壤水分蒸 发蒸腾损失总量的 80%时有更高的水资源利用率和灌溉水利用效率。 这些结果与 先前的研究一致。 表-8

表-9

两季作物中， 智能灌溉系统灌溉下的作物产量明显低于控制灌溉系统，控制 灌溉系统下有最高的产量（表-9） 。它还表明：控制灌溉系统下的灌溉水利用效 率通常随着灌溉水添加到小麦作物的深度的增加而下降。

4 结论

由这两年在干旱地区小麦的现场研究，可以得出结论： 智能灌溉系统下的喷 灌显示出

显著的优势。 在这项研究中， 土壤水分蒸发蒸腾损失总量与灌溉水量线 性相关。在于控制灌溉系统相比之下，智能灌溉系统通过创建在根区水分的良好 分布实现了显著减少水消耗和节省灌溉水的目的。在两季作物中，在智能灌溉系 统中记录了最少的水消耗，而最高的消耗值则在控制灌溉系统中获得。因此，由 于其应用简单和更多的节约量，智能灌溉系统方法应该推荐。此外，结果表明： 智能灌溉系统中的水资源利用率和灌溉水利用效率值较控制灌溉系统中高。 因此， 两年的方差分析结果都表明：智能灌溉系统对水资源利用率和灌溉水 利用效率有显著的影响。当灌溉水量为两季平均的最优值 600.35 毫米，土壤水 分蒸发蒸腾损失总量为 466.75 毫米时，获得最大收益。这些结果表明：随着灌 溉水量的增加，土壤水分蒸发蒸腾损失总量增加，水资源利用率提高。与智能灌 溉系统技术提供的水量相比，智能灌溉系统技术节省 12%的灌溉水。因此，节省

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水资源对像沙特阿拉伯这样的经历严重干旱的地区很重要。 本研究已经引起对提 出的为实现更好的更有效的时序控制的系统的合理的修改和改进。 可以得出以下 结论： 当在干旱的气候环境下使用智能灌溉系统的先进灌溉技术，可以通过节省 大量的灌溉用水产生巨大的经济性收益。 智能灌溉系统技术通过虚拟的灌溉水进 口减少了最优的灌溉水量， 以此来解决沙特阿拉伯水资源的匮乏。涉及水资源匮 乏的政策也应该考虑进来。

致谢

该项目由沙特国王大学，科学研究院院长，食品和农业科学院，研究中心支 持。

说明：本文内容的所有权和解释权归原作者和杂志所有。本人仅做翻译， 由于水平所限，仅用于参考，使用后请删除。

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范文五：陇东塬区适生农作物水分利用率及经济效益对比分析

收稿日期 :2006-06-20

基金项目 :中国气象局新技术推广项目西北地区干旱监测系统研究 (CMA7J2005M22) , 国家自然基金项目 (40205005) 和甘肃省气

象局“ 庆阳黄花菜保护地栽植增产效应研究” (2003-9) 项目共同资助

作者简介 :郭海英 (1966-) , 男 , 甘肃正宁人 , 高级工程师 , 主要从事农业气象科研工作。

陇东塬区适生农作物水分利用率

及经济效益对比分析

郭海英 1,3, 赵建萍 2, 杨兴国 1, 黄

斌 3, 张谋草 3, 王宁珍 3

(1. 中国气象局 兰州干旱气象研究所 , 中国气象局 干旱气候变化与减灾重点开放实验室 , 甘肃省干旱气候变化与减灾重点实验室 , 甘肃

兰州 730020; 2. 陇东学院 农学系 , 甘肃 庆阳 745000; 3. 甘肃省西峰农业气象试验站 , 甘肃 庆阳 745000)

摘 要 :通过对黄土高原典型残塬 “董志塬” 主要粮食作物冬小麦和当家牧草紫花苜蓿、 特色作物黄花菜耗水量、 水分

利用率及经济效益的对比分析 , 得出底墒较好的偏旱年份 (有春旱 ) , 冬小麦耗水量最大 , 全生长季耗水量 481mm , 春季生长 期耗水量 312mm 。紫花苜蓿经济效益最高 , 约为冬小麦和黄花菜经济效益的 2.4￣2.5倍 , 冬小麦和黄花菜经济效益比较接 近 ; 底墒较差的偏旱年份 (有春旱 ) , 冬小麦耗水量接近紫花苜蓿 , 全生长季耗水量 386mm , 春季生长期耗水量 210mm , 但基 本没有经济效益 , 而紫花苜蓿经济效益持续上升 , 黄花菜经济效益比较稳定。结论认为陇东塬区紫花苜蓿种植气候风险最 小 , 经济效益较高 , 黄花菜次之 , 冬小麦种植气候风险最大 , 经济效益较差 , 播种面积应逐步压缩。

关

键

词 :农作物 ; 水分利用率 ; 经济效益 ; 对比

中图分类号 :F062.2

文献标识码 :A

文章编号 :0564-3945(2007) 04-0709-04

“ 陇 东 ” 属 黄 土 高 原 丘 陵 沟 壑 区 , 黄 土 层 深 厚 , 生 态 环 境 脆 弱 , 处 半 干 旱 半 湿 润 气 候 区 , 地 下 水 位 较 深 , 水 资 源 短 缺 , 是 我 国 西 北 地 区 典 型 的 旱 作 雨 养 农业区。 其中 南部地势平 坦 , 气候温和 , 光、 热、 水 资 源 配 合 较 好 , 有 十 几 条 塬 面 , 是 陇 东 发 展 农 业 生 产的最佳气 候区 , 素有 “陇东粮仓” 之 称 [1]。 本文研究 区 域 “ 董 志 塬 ” 便 位 于 陇 东 黄 土 高 原 中 南 部 高 原 沟 壑 区 , 是 黄 土 高 原 保 存 较 为 完 整 的 塬 面 , 也 是 黄 土 高 原 最 大 的 塬 面 [2], 面 积 达 910km 2, 气 候 、

土 壤 和 地 形 地 貌 对 陇 东 黄 土 高 原 粮 食 主 产 区 具 有 一 定 的 代 表性。

随着种植结构调整的不断深入 , 陇东已形成了 粮、 草、 林果、 特色作物四大种植格局。粮食作物以冬 小麦为主 , 播种面积占全年粮食总播种面积 50%强 ; 牧草以紫花苜蓿为主 , 种植面积已达到 15万 hm 2; 黄 花菜作为陇东传统特色作物 , 质量在全国名列前茅 , 多年远销欧美、 日本、 新加坡、 泰国、 印尼等国和港澳 地区 , 供不应求 , 曾被外贸部誉为 “蓓蕾牌西北特级金 针菜” , 全市栽植面积达 3.4万 hm 2。

本文重点分析冬小麦、 紫花苜蓿、 黄花菜等在陇 东 黄 土 高 原 种 植 的 水 分 利 用 率 以 及 经 济 效 益 , 旨 在 挖 掘 陇 东 农 业 生 产 气 候 资 源 潜 力 , 为 政 府 部 门 继 续 优 化 种 植 结 构 提 供 更 加 客 观 、 科 学 的 决 策 理 论 依 据 , 为 陇 东 老 区 农 业 经 济 持 续 、 快 速 、 稳 定 发 展 提 供 优质服务。

1资料来源

2004年 ￣2005年在甘肃省西峰农业气象试验站

试验地分别观测冬小麦、 紫花苜蓿、 黄花菜 (均无灌溉 条件 ) 土壤水分、 物侯 ; 冬小麦不同发育期鲜、 干物重 ;

紫花苜蓿逐旬鲜、 干物重 ; 黄花菜采摘期逐日产量。其 中冬小麦品种为当地当家品种 “西峰 20号” , 上年 9月 下旬播种 , 11月中、 下旬停止生长进入越冬期 , 当年 3月上旬返青 , 4月上、 中旬拔节 , 6月中、 下旬收获 ; 紫 花苜蓿品种为当地当家品种 “陇东紫花苜蓿” , 2003年 春季播种 , 2004年和 2005年分别为二年生和三年生 , 每茬开花普遍期出现后刈割 (开花普遍期未出现的 , 每旬干物重增长小于 10%时刈割 ) ; 黄花菜品种为当 地当家品种 “马兰黄花” , 2003年春季栽植 , 2004年和

2005年分别为二年生和三年生。

每年生长季节采用土钻法测定田间 2.0m 土层各 层次土壤含水量。测定方法是在不同作物生长地段各 选择有代表性的 4个测点 , 从地面 0.0m 到地下 2.0m , 每 0.1m 土层取一个土样 , 烘干后计算不同作物生长地 段平均含水量 [3]。 土壤容重、 作物凋萎湿度、 田间持水量 等常数 , 按照中国气象局规定 , 每 8年重新测定一次 , 本文所用常数为 1998年测定常数。 降水资料来源于西 峰国家基准气候站 , 气象观测场紧邻作物生长地 段 (35°441N , 107°381E , 海 拔 高 度 1421m , 年 平 均 气 温

8.7℃ , 年平均降水量 530mm ) , 气象资料无空间误差。

Vol .38,No.4Aug.,2007

土 壤 通 报

Chinese Journal of Soil Science

第 38卷第 4期 2007年 8月

2

研究方法

2.1

分析从春季作物恢复生长到秋季作物停止生长 ,

每年可生长季节冬小麦、 紫花苜蓿、 黄花菜田间耗水 量 , 水分利用率。

2.2分析冬小麦返青期 -成熟期耗水量 , 鲜、 干物重

变化规律 , 水分利用率 , 全生育期耗水量 , 籽粒水分利 用率 ; 分析紫花苜蓿全生育期耗水量、 水分利用率 , 每 茬耗水量、 水分利用率、 鲜、 干物重变化规律 ; 分析黄 花菜采摘期逐日产量变化规律。

2.3分析对比冬小麦、 紫花苜蓿、 黄花菜耗水量和经

济效益 , 提出种植结构调整方向。

3试验实施期间农业气候评述

2004年气温偏高 , 年降水量 479.5mm , 较历年平 均值偏少 9.0%, 降水主 要集中在 7、 8、 9三 个月。其

中 春 季 (3月 ￣5月 ) 气 温 偏 高 , 降 水 偏 少 ; 夏 季

(6月 ￣8月 ) 气 温 偏 高 , 降 水 正 常 ; 秋 季

(9月 ￣11月 ) 气 温 和降水正常。年内冰雹场次少 , 春旱明显、 霜冻较重 , 但关键农事季节气象条件适宜 , 农业生产取得了较 好收成。

2005年气温偏高 , 年降水量 508mm , 较历年平均 值偏少 4.0%, 降水主要集中在 7月和 9月。其中春季

(3月 ￣5月 ) 气温偏高 , 降水偏少 ; 夏季

(6月 ￣8月 ) 气 温偏高 , 降水正常 ; 秋季 (9月 ￣11月 ) 气 温和降水正

常。年内春旱明显、 春末初夏冰雹危害较重。

4

结果与分析

4.1

冬小麦耗水量、 干物重、 水分利用率

2004年冬小麦 3月 6日返青 , 6月 26日 成熟收

获 ; 返青时麦田 2m 土层含水量 449mm , 成熟期麦田 2m 土层含水量 236mm , 11月 8日麦田 2m 土 层含水 量 366mm 。 返青期 -成熟期降水量 99mm , 返青期 -11月 8日 (可生长季节 ) 降水量 398mm 。可生长季 247天 , 麦田耗水量 481mm , 日平均耗水 量 1.95mm , 其中 冬小麦春季生育期 112天 , 耗水量 312mm (占可生长

季总耗水量的 65%) [4], 日平均耗水量 2.79mm 。冬小麦 返青期 -成熟期积累干物质 14634kg hm -2, 即每平方 米形成 1kg 干物质 , 消耗水分 213.3kg ; 水分利用率为

47.70kg hm -2mm -1, 即消耗 1mm 水分 , 每公顷产生干物

质 47.70kg 。

2005年冬小麦 3月 8日返青 , 6月 17日 成熟收 获 ; 返青时麦田 2m 土层含水量 358mm , 成熟期麦田 2m 土层含水量 240mm , 11月 8日麦田 2m 土层含水量 456mm 。返青期 -成熟期降水量 92mm , 返青期 -11月 8日

(可生长季节 ) 降水量 484mm 。 可生长季节 245天 , 麦田耗水量 386mm , 平均日耗水量 1.57mm , 其中冬小

麦春季生育期 101天 , 耗水量 210mm

(占可生长季总耗 水量的 54%) , 日平均耗水量 2.08mm 。 返青期 -成熟期 积累干物质 6970kg hm -2, 即每平方米 形成 1kg 干物 质 , 消 耗 水 分 301.3kg ; 水 分 利 用 率 为 33.15kg hm -2mm -1。即消耗 1mm 水分 , 每公顷产生干物质 33.15kg 。

由于 2004年早春麦田 2m 土层含水量比 2005年 同期多 91mm , 春季生育期耗水量相差悬殊 , 因此从需

水关键期的拔节期开始 , 干物质积累差异日渐扩大 [5]。

2004年返青期 -拔节期积累干物质 5600kg hm 2, 耗水

量 117mm , 水分利用率为 47.86kg hm -2? mm -1; 拔节期 -

成熟期积累干物质 9030kg hm -2, 耗水量 195mm , 水分 利用率为 46.31kg hm -2mm -1, 营养生长阶段和生殖生 长阶段水分利用率比较接近。而 2005年返青期 -拔 节期积累干物质 4080kg hm -2, 耗水量 141mm , 水分利 用率为 28.94kg hm -2mm -1; 拔节期 -成熟期积累干物 质 4890kg hm -2, 耗水量 69mm , 水分利用率为 70.87kg hm -2mm -1, 由于早春土壤水库贮水 不足 , 加之春 季降

水稀少 , 严重干旱导致营养生长阶段和生殖生长阶段 水分利用率差异较大 [6￣8]。

冬小麦各年代不同时期土壤含水量 , 全生育期降 水量、 耗水量 , 产量 , 水分利用率等见表 1, 其中 2004年冬小麦播种期 -停止生长期降水量 165mm , 越冬期 降水量 19mm , 返青期 -成熟期降水量 99mm ; 2005年 冬小麦播种期 -停止生长期降水量 36mm , 越冬期降 水量 22mm , 返青期 -成熟期降水量 92mm 。

4.2紫花苜蓿耗水量、 干物重、 水分利用率

二年生紫花苜蓿 2004年 3月 16日返青 (返青时 2m 土层土壤含水量 463mm ) , 4月 10日分枝 , 5月 10

日现蕾 , 5月 31日开花 , 生长期 73天 , 平均每天形成

表 1

麦田耗水量及水分利用率

Table 1Water consumption and moisture using efficiency of wheat field

2004年 2005年

播种期 2m 土层含水量

(mm) 539425

返青期 2m 土层含水量

(mm) 449358

成熟期 2m 土层含水量

(mm) 236240

全生育期 降水量

(mm) 283150

全生育期 耗水量

(mm) 586335

产量

(kg hm 2) 44102250

水分利用率

(kg hm -2mm -1)

112.95100.80

项目

Item 710

第 38卷

土 壤 通 报

表 2

紫花苜蓿耗水量及水分利用率

Table 2Water consumption and moisture using efficiency in alfalfa field

2004年 2005年

第一茬 耗水量

(mm) 220174

第一茬 干物重

(gm -2) 731936

第一茬水分 利用率

(kg hm -2mm -1)

33.3053.85

第二茬 耗水量

(mm) 第二茬 干物重

(gm -2) 460508

第二茬水分 利用率

(kg hm -2mm -1)

36.0057.15

第三茬 耗水量

(mm) 第三茬 干物重

(gm -2) 315385

第三茬水分 利用率 (kg hm -2mm -1)

项目

Item 28.9545.30

干物质 100kg hm -2d -1; 第 二 茬 6月 22日 萌 芽 , 6月

26日分枝 , 7月 18日现蕾 , 8月 2日开花 , 生长期 50天 , 平 均 每 天 形 成 干 物 质 92kg hm -2d -1; 第 三 茬 8月 26日萌芽 , 9月 3日分枝 , 10月 10日枯黄 , 现蕾期没 有 出 现 , 生 长 期 45天 , 平 均 每 天 形 成 干 物 质 70kg hm -2d -1。全生育期天数 205天 , 耗水量 457mm , 平均 日耗水量 2.23mm d -1; 形 成 干 物 质 15060kg hm -2, 平 均日形成干物质 74kg hm -2d -1, 全生育期水分利用率 为 33.00kg hm -2mm -1。

三年生紫花苜蓿 2005年 3月 22日返青 (返青时

2m 土层土壤含水量 404mm) , 4月 4日分枝 , 5月 10日 现蕾 , 5月 30日开花 , 生长期 66天 , 平均每天形成干物 质 142kg hm 2d ; 第二茬 6月 10日萌芽 , 6月 16日分枝 , 6月 24日现蕾 , 7月 20日开花 , 生长期 40天 , 平均每天 形成干物质 127kg hm -2d -1; 第三茬 8月 2日萌芽 , 8月 10日分枝 , 10月 2日枯黄 , 现蕾期没有出现 , 生长期 40

天 , 平均每天形成干物质 96kg hm -2d -1。全生育期天数

191天 , 耗水量 348mm , 日平均耗水量 1.82mm d -1; 形成 干物质 18290kg hm -2, 日平均形成干物质 96kg hm -2d -1, 全生育期水分利用率为 52.50kg hm -2mm -1。

表 2列出了每年每茬紫花苜蓿耗水量、干物重、 水分利用率。从表中可以看出 , 三年生紫花苜蓿产量、 水分利用率明显高于二年生紫花苜蓿。每年第二茬水 分利用率最高 , 第三茬水分利用率最低 [9]。 通过对 2004年和 2005年每茬干物重、每茬日平均干物重以及逐 旬干物重分析发现 , 陇东紫花苜蓿干物重从春季到秋 季逐茬降低。

紫花苜蓿具有较强的耐旱性 , 因此 , 虽然 2004年和

2005年均发生严重春旱 , 春季气温持续偏高 , 而且 2005

年返青时 2m 土层土壤含水量比 2004年同期少 59mm ,

每茬耗水量明显偏低 , 但并不影响紫花苜蓿的正常生 长 , 相反 , 2005年每茬干物重和水分利用率均高于 2004年 , 这是由于三年生紫花苜蓿比二年生紫花苜蓿根系更 加发达 (见表 3) , 固氮能力更强 , 水分无效损耗更少。

4.3黄花菜耗水量及产量日变化特征

2004年 6月 23日为黄花菜采摘初日 , 8月 9日为 采摘终日 , 采摘期 48d , 干黄花菜产量为 327kg hm -2。 3月 上旬黄花菜 返 青 生 长 期 测 定 2m 土 层 土 壤 含 水 量 452mm , 11月上旬停止生长期测定 2m 土层土壤含水 量 447mm , 3月上旬到 11月上旬降水量 398mm , 生长 季耗水量 403mm , 日平均耗水量 1.667mm d -1, 水分利 用率为 0.81kg hm -2mm -1; 2005年 6月 23日为黄花菜 采摘初日 , 8月 6日为采摘终日 , 采摘期 45d , 干黄花菜 产量为 342kg hm -2。 3月上旬黄花菜返青生长期测定

2m 土层土壤含水量 410mm , 11月上旬停止生长期测 定 2m 土层土壤含水量 436mm , 3月上旬到 11月上旬 降水量 484mm , 生长季耗水量 458mm , 日平均耗水量 1.885mm d -1, 水分利用率为 0.78kg hm -2mm -1。通过对

2005年试验小区

(每小区面积 48m 2) 逐日采摘鲜黄花 平均产量分析显示 , 7月上、

中旬是黄花菜产量高峰期。 4.4不同作物耗水量和水分利用率对比分析

2004年 3月上旬作物返青期 , 麦田 2m 土层土壤 含水量 449mm , 苜蓿地 2m 土层土壤含水量 463mm , 黄 花菜地 2m 土层土壤含水量 452mm 。 11月上旬作物停

表 3

紫花苜蓿根系生长状况

Table 3The growth status of roots of L0NGDONG alfalfa 主根长

(m) 0. 28

0. 86主根直径

(m) 0.0020

0.0078

次生根直径 长 (m/m) 无次生根

主根长

(m) 0. 45

0. 92主根直径

(m) 0.0040

0.0095

次生根直径 长 (m/m) 无次生根

主根长

(m) 0. 71

1.11主根直径

(m) 0.0063

0.0101

次生根直径

/长 (m/m) 2004年

2005年 项目

Item

第二茬萌芽时 返青时

第三茬萌芽时 0.0032/0. 28

0.0021/0.220.0041/0. 36

0.0036/0. 30

10985

12889

郭海英等 :陇东塬区适生农作物水分利用率及经济效益对比分析 711

4期

Moisture Use Efficiency and Economic Benefit of Some Crops in the

East of Gansu

GUO Hai-ying 1,3, ZHAO Jian-ping 2, YANG Xing-guo 1, HUANG Bin 3, ZHANG M ou-cao 3,

WANG Ning-zhen 3

(1. Institute of Arid Meteorology, CMA, Key Laboratory of Arid Climate Change and Disaster Control, Lanzhou 730020, China; 2. Agronomy Department of Longdong College, Qingyang 745000, China ; 3. Xifeng Agro-meteorological Experimental Station of Gansu

Orovince, Qingyang 745000,China )

Abstract:The amount of water consumption, moisture use efficiency and economic benefit of main winter wheat, grazing alfalfa and lily flower planted on the loess plateau was analyzed. We calculated the water consumption amounts in dry years. The consumption amount for the whole growing period was 481mm, while 312mm in spring. The alfalfa had the most effective economy, while was about 2.4-2.5times higher than that of winter wheat and lily flower. Key words:Crop; Moisture using efficiency :Economic benefit

止生长期 , 麦田 2m 土层土壤含水量 366mm , 苜蓿地 2m 土层土壤含水量 442mm , 黄花菜地 2m 土层土壤含 水量 447mm 。可生长阶段各种作物耗水量为 :冬小麦 481mm , 紫花苜蓿 457mm , 黄花菜 403mm 。冬小麦按积 累干物质计算 , 水分利用率为 31.05kg hm -2mm -1[10], 按 产量计算 , 水分利用率为 7.80kg hm -2mm -1; 紫花苜蓿

按积累干物质计算 , 水分利用率为 33.00kg hm -2mm -1; 黄花菜按产量计算 , 水分利用率为 0.81kg hm 2mm -1。

2005年 3月上旬作物返青期 , 麦田 2m 土层土壤

含水量 358mm , 苜蓿地 2m 土层土壤含水量 404mm , 黄 花菜地 2m 土层土壤含水量 410mm 。 11月上旬作物停 止生长期 , 麦田 2m 土层土壤含水量 456mm , 苜蓿地 2m 土层土壤含水量 400mm , 黄花菜地 2m 土层土壤含 水量 436mm 。可生长阶段各种作物耗水量为 :冬小麦 386mm , 紫花苜蓿 348mm , 黄花菜 458mm 。冬小麦按积

累干物质计算 , 水分利用率为 23.24kg hm -2

mm -1

, 按产

量计算 , 水分利用率为 5.83kg hm -2

mm -1

; 紫花苜蓿按

积累干物质计算 , 水分利用率为 52.50kg hm -2

mm -1

; 黄

花菜按产量计算 , 水分利用率为 0.78kg hm -2mm -1。

4.5不同作物经济效益对比分析

由于各种作物田间工作量各不相同 , 对比分析认

为 , 由于紫花苜蓿、 黄花菜为多年生作物 , 毋需耕地 , 且 2004年和 2005年没有施肥 , 因 此 , 冬小麦 成本应 扣除每年 2次耕地费和播种时所施底肥以及种子费 用 , 除此之外 , 各种作物其他田间工作视为等量 , 且不 记入成本。

紫花苜蓿 (干草 ) 每公斤市场价格 0.55元 ; 小麦每 公斤 1.40元 , 麦草每公斤 0.20元 ; 干黄花菜每公斤 10元 。 小 麦 籽 粒 与 茎 杆 比 2004年 为 0.94, 2005年 为

0.92。按上述价格计算得知 , 冬小麦 2004年产值 5955

元 /hm 2, 2005年产值 2400元 /hm 2, 每公顷扣除 2次耕 地费 900元 , 底肥 1200元 , 籽种 315元 , 冬 小麦实际

效益为 :2004年 3540元 /hm 2, 2005年 -15元 /hm 2; 紫花 苜蓿实际效益为 :2004年 8280元 /hm 2, 2005年 10065元 /hm 2; 黄花菜实际效益为 :2004年 3270元 /hm 2, 2005年 3420元 /hm 2。

5结论

陇东黄土高原塬区冬小麦产量低而不稳 , 经济效

益低下 , 气候风险较大 , 在不影响陇东老区粮食安全 的情况下 , 种植面积应有计划的下调。相比较而言 , 紫 花苜蓿耗水量较小 , 抗逆性较强 , 气候风险较小 , 经济 效益可观 , 应大力推广 , 进一步增大种植面积。黄花菜 作为陇东名、 优特产 , 虽然经济效益并不可观 , 但比较 稳 定 , 气 候 风 险 较 冬 小 麦 小 , 因 此 , 生 产 上 应 提 倡 栽 植 , 但面积应适度控制 [11]。 参考文献 :

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712

第 38卷

土 壤 通 报

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