关中地区冬小麦水氮产量效应及其产差分析

发布时间：2017-03-26 23:14

  本文关键词：关中地区冬小麦水氮产量效应及其产差分析，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：水氮供应对冬小麦的保产增产有着举足轻重的作用。然而,不合理的水氮施入不仅对冬小麦的生长有害,还会造成环境污染和资源浪费。同时,资源的紧缺和粮食需求的增加无疑对增产和资源利用效率提出了更高的要求。因此,本研究以2009-2012年冬小麦3个水分处理(充分灌溉,70-80%;轻度亏缺灌,60-70%;中度亏缺灌,50-60%田间持水量)和3个施氮处理(高氮,180 kg N hm-2;中氮,135 kg N hm-2;低氮,90 kg N hm-2)耦合的小区试验为依托,分析了不同水氮条件下冬小麦的耗水规律和吸氮规律,以及耗水和吸氮与产量的关系。同时,综合考虑调查资料和文献,结合长时间序列气象资料,并借助DSSAT(Decision Support System for Agrotechnology Transfer)-CERES(Crop Estimation through Resource and Environment Synthesis)-Wheat作物模型,分析了水氮和气象因子对冬小麦产量的影响,建立了该地区冬小麦长时间序列的灌溉制度,综合分析了冬小麦产差及其原因,并提出了相应的措施。研究取得了以下主要结果:(1)分析了不同水氮条件下冬小麦的耗水吸氮规律及其与产量的关系。结果表明,在灌溉和施氮均高的条件下,冬小麦的总耗水量最大,但各阶段的耗水量和耗水强度不同。播种~拔节和抽穗~收获的耗水量大于拔节~抽穗的耗水量,拔节~抽穗和抽穗~收获的耗水强度大于播种~拔节,拔节~收获的耗水模数在0.55以上。2009-2011年播种~拔节的耗水量基本不受分蘖前期轻度亏缺的影响,中度亏缺灌(分蘖前期)和中度亏缺灌(拔节初期)组合对耗水量影响显著,其他组合对耗水量影响不显著。在2011-2012年,水分胁迫的变化会引起第一第二阶段耗水量的显著变化。生长末期的水分胁迫对耗水量的影响不显著。冬小麦茎叶的氮累积量在营养生长期较高,在生殖生长期会降低,冠层的氮累积量始终呈递增趋势。高水高肥对氮素的累积有正效应,而低水低肥对其的累积有负效应。在各处理施氮相同的情况下,产量随耗水先增大后减小。但是,当各处理施氮不同时,这一关系会改变,且相关指数降低。冠层氮累积量和籽粒氮含量与产量的相关性互补。耗水量和冠层氮累积量与产量的非线性关系表明水氮对产量的贡献为水大于氮。(2)探讨了可扩展水氮试验的CERES-Wheat模型在关中地区的适用性。结果表明,地上部生物量、产量、叶面积指数、冠层氮累积量、腾发量、水分利用效率和氮偏生产力的模拟值与实测值的归一化均方根误差皆小于21%,校正参数可接受。叶面积指数与施氮正相关,且受到灌溉和施氮的交互影响。在成熟期,腾发量和冠层氮累积随灌溉的增加而增加,腾发量和冠层氮累积对施氮的响应有类似的趋势。此外,在灌溉较少的情况下,灌溉对腾发量的作用受到不同施氮的影响。施氮对水分利用效率和氮偏生产力有很大影响,但灌溉对二者的影响不显著。模型敏感性分析表明除与时间有关因子的诸多因子外,产量对田间持水量最敏感。与其他时间相关因子相比,播种时间对产量有极显著影响。因此,模型可用于评价和优化该地区的农业资源管理利用。(3)明确了不同水氮和气候对产量的影响。基于60mm(2003-2004和2007-2008年)的灌水定额和文献中的施氮(0~300kgnhm-2,60kgnhm-2一个间隔)设定4个假定方案,应用ceres-wheat模型进行分析。结果表明,2009-2012年试验条件下的产差为0.39~5.37thm-2。该地区合理的施氮范围为120~180kgnhm-2,灌溉对产量的影响大于施氮对产量的影响,要缩小产差优先考虑优化灌溉制度。灌溉和气候对产量的贡献要大于施氮和气候对产量的影响,而且,产量对灌溉的响应受气候的影响大于产量对施氮的响应。灌溉和施氮对产量的贡献率会随它们的增加而变化,而气候对产量的贡献率受水氮的影响,水或水氮两因子会削弱气候对产量的贡献。在有灌溉和施氮的情况下,太阳辐射与产量显著相关,反之,降水与产量显著相关。相对湿度和最高温度在所有情况下始终与产量呈显著相关关系。(4)进一步分析了水对产量的影响,并通过产量反推出冬小麦在不同降水条件下的灌溉制度。用标准化降水指数(干旱指标)将长时间序列生长季划分为三组(湿润、正常和干旱)。基于2003-2004和2007-2008年的试验,应用ceres-wheat模型进行长时间序列(1955-2012年)的模拟来确定不同生长季的灌溉制度。通常用产量和水分利用效率来评价灌溉制度。采用归一化法将二者赋予不同权重并转化为一个无量纲的值,用此值来判定最优灌溉制度。结果表明,2003-2004和2007-2008年试验条件下的产差为1.08~4.24thm-2,且不同生长季范围不同。2003-2004和2007-2008年的试验观测产量与ceres-wheat模型模拟产量吻合度较好。归一化模拟值和实际计算值在产量的权重为0.6和水分利用效率的权重为0.4时,最大值对应处理相同,且归一化均方根误差较小。因此,用这两个值将产量和水分利用效率转化成一个无量纲值,确定了冬小麦2003-2004和2007-2008年的优化灌溉制度为:2003-2004年的灌溉制度为75mm(12月19日)+75mm(4月10日);2007-2008的灌溉制度不变,仍为75mm(1月3日)。至于长序列生长季的灌溉制度,不同类型生长季的灌溉制度可能会相同,而相同类型生长季的灌溉制度可能会不同。正常生长季的可选灌溉制度几乎包含所有的灌溉制度;干旱生长季的灌溉定额相对大于湿润生长季的灌溉定额。(5)揭示了关中地区冬小麦潜在产量变化趋势,确定了该地区产差的幅度,讨论了产差成因,并提出了缩小产差的可行措施。气候变化引起了潜在产量的降低。气候因子中太阳辐射、最高温度和相对湿度与潜在产量极显著相关,而降水则与其不相关。该地区产差为0~6 t hm-2。各市区的产差各异,各市县的长时间序列和短时间序列的产差亦如此,且不同估算方法的产差也不同。岐山县、乾县和三原县冬小麦长时间序列产差的趋势与潜在产量一致;短时间序列模拟产差蒲城县最高,户县最低。宝鸡峡灌区模拟产差远大于农民实际收获的产差,而且农户间的产量相差较大,以致产差相差较大。根据陕西省农业投入与产量的关系,该地区产量的增加归因于施肥、农艺措施、灌溉等投入的增加。关中地区各市县农业投入的分析表明,产差低的市县施肥、农艺措施使用合理。文献数据分析表明品种的选择不当,施肥灌溉不合理,施肥方式不同,播种密度不适量以及管理措施与农艺措施的不当组合都是引起该地区产差的原因。因此,要提高该地区冬小麦产量、缩小产差就需选用适宜品种、合理施肥灌溉、适量播种,并有效结合农艺措施。
【关键词】：CERES-Wheat模型 耗水量 冠层氮累积量 水分利用效率 潜在产量
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S512.11
【目录】：

• 摘要5-8
• ABSTRACT8-15
• 第一章 绪论15-26
• 1.1 研究背景、目的和意义15-16
• 1.1.1 研究背景15
• 1.1.2 研究目的和意义15-16
• 1.2 国内外研究概况16-24
• 1.2.1 水分胁迫的研究进展16-18
• 1.2.2 水氮耦合的研究进展18-20
• 1.2.3 产差的研究进展20-23
• 1.2.4 DSSAT模型的研究进展23-24
• 1.3 存在问题24
• 1.4 主要研究内容及技术路线24-26
• 1.4.1 主要研究内容24-25
• 1.4.2 技术路线图25-26
• 第二章 材料与方法26-34
• 2.1 试验区概况26
• 2.2 试验材料与试验设计26-27
• 2.3 观测项目与方法27-31
• 2.3.1 气象数据27-29
• 2.3.2 叶面积指数29
• 2.3.3 土壤含水量29-30
• 2.3.4 水分利用效率30
• 2.3.5 土壤硝态氮和铵态氮30
• 2.3.6 植株全氮30-31
• 2.3.7 收获考种31
• 2.4 收集数据及来源31
• 2.5 CERES-Wheat模型31
• 2.6 标准化降水指数31-34
• 第三章 不同水氮对冬小麦耗水特性、氮素积累分配和产量的影响34-44
• 3.1 冬小麦阶段耗水量、耗水模数和耗水强度对不同水氮的响应34-38
• 3.2 不同水氮条件下冬小麦氮素累积规律38-40
• 3.3 耗水量和氮累积量与冬小麦产量的关系40-42
• 3.3.1 耗水量与冬小麦产量的关系40-41
• 3.3.2 冠层氮累积量和籽粒氮含量与冬小麦产量的关系41-42
• 3.4 耗水量和冠层氮累积量与冬小麦产量的非线性关系42
• 3.5 小结42-44
• 第四章 不同水氮条件下冬小麦的生长状况及动态模拟44-56
• 4.1 数据与方法44-46
• 4.1.1 CERES-Wheat模型参数校正方法44
• 4.1.2 敏感性分析法44-45
• 4.1.3 CERES-Wheat模型验证方法45-46
• 4.2 CERES-Wheat模型参数校正46-47
• 4.3 敏感性分析47-49
• 4.4 CERES-Wheat模型评价49-54
• 4.4.1 生物量和籽粒产量49
• 4.4.2 叶面积指数49-51
• 4.4.3 腾发量和冠层氮累积量51-53
• 4.4.4 水分利用效率和氮偏生产力53-54
• 4.5 小结54-56
• 第五章 水氮限制条件下冬小麦产差分析56-70
• 5.1 数据与方法56-58
• 5.1.1 方案设定56-57
• 5.1.2 贡献率的估算57-58
• 5.1.3 CERES-Wheat模型58
• 5.2 不同生长季气候因子58-59
• 5.3 不同生长季灌溉和施氮对冬小麦产量的影响59
• 5.4 不同生长季水氮限制条件下冬小麦的产差59-60
• 5.5 气候、灌溉和施氮对冬小麦产量影响的分析60-68
• 5.5.1 灌溉对冬小麦产量影响的模拟60-61
• 5.5.2 施氮对冬小麦产量影响的模拟61-62
• 5.5.3 水氮耦合对冬小麦产量影响的模拟62-64
• 5.5.4 水氮和气候对冬小麦产量影响的模拟64-65
• 5.5.5 冬小麦产量与气候因子的关系65-68
• 5.6 水氮和气候对冬小麦产量的贡献68
• 5.7 小结68-70
• 第六章 水分限制条件下冬小麦产差分析70-80
• 6.1 数据与方法70-71
• 6.1.1 试验设计70-71
• 6.1.2 评价灌溉制度优劣的方法71
• 6.1.3 CERES-Wheat模型71
• 6.2 不同生长季冬小麦产量和腾发量的模拟值和实测值71-73
• 6.3 不同生长季水分限制条件下冬小麦的产差73-74
• 6.4 不同生长季冬小麦灌溉制度的优化74-75
• 6.5 冬小麦长时间序列生长季灌溉制度的优化75-79
• 6.5.1 冬小麦产量和水分利用效率的累积概率分布75-76
• 6.5.2 不同生长季降水类型的确定76-78
• 6.5.3 不同降水类型生长季冬小麦的灌溉制度78-79
• 6.6 小结79-80
• 第七章 冬小麦产差综合分析80-96
• 7.1 数据与方法80-82
• 7.1.1 潜在产量的定义80
• 7.1.2 产差的估算80
• 7.1.3 CERES-Wheat 模型80-82
• 7.2 冬小麦潜在产量82-83
• 7.3 关中地区各市区冬小麦模拟产差和试验产差83
• 7.4 关中地区各县区冬小麦模拟产差83
• 7.5 关中地区宝鸡峡灌区各站点冬小麦模拟产差和农民收获产差83-85
• 7.6 冬小麦产差分析85-95
• 7.6.1 陕西省农业投入与小麦产量的发展状况87-88
• 7.6.2 陕西省各市县的农业投入88-89
• 7.6.3 不同管理措施和农艺措施下冬小麦的产量89-95
• 7.7 小结95-96
• 第八章 结论与展望96-99
• 8.1 主要结论96-98
• 8.2 创新点98
• 8.3 需进一步研究的问题98-99
• 参考文献99-111
• 致谢111-112
• 作者简介112

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 雷震宇,裴雪霞;钾、锌、锰配施在冬小麦上的效应研究[J];山西农业科学;2003年04期

2 喻敏,胡承孝,王运华;冬小麦缺钼反应的基因型筛选[J];华中农业大学学报;2003年04期

3 刘庆梅,刘陪军,朱同贵,郭跃升,曲仁国,蒋庆功,崔振岭,陈新平,张福锁;氮素实时监控技术在冬小麦上的示范[J];中国农技推广;2005年05期

4 王勇,高育锋,樊廷录;旱地周年覆膜条件下冬小麦的光合特性[J];麦类作物学报;2005年06期

5 丛振涛,雷志栋,胡和平,杨诗秀;冬小麦生长与土壤-植物-大气连续体水热运移的耦合研究Ⅰ:模型[J];水利学报;2005年05期

6 千怀遂,焦士兴,赵峰;河南省冬小麦气候适宜性变化研究[J];生态学杂志;2005年05期

7 刘艳红;徐凤霞;张晓辉;周玉兰;朱翠红;;山东省潍坊市冬小麦产量统计预报的初探[J];科技创新导报;2008年04期

8 郑彩霞;张富仓;张志亮;李志军;;限量灌溉和施磷对冬小麦生长及水分利用的影响[J];干旱地区农业研究;2008年02期

9 陈世敏;杨瑞霞;马步朝;;4种控制冬小麦冬前旺长措施的效果对比[J];甘肃农业科技;2008年05期

10 孙秋生;樊景豪;;菏泽市2007～2008年冬小麦全生育期气象条件分析[J];现代农业科技;2008年15期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 李德;;基于概率分布的宿州冬小麦气候风险评估方法[A];第26届中国气象学会年会农业气象防灾减灾与粮食安全分会场论文集[C];2009年

2 车少静;高祺;刘利军;;2009-2010年度石家庄异常低温对冬小麦影响[A];第27届中国气象学会年会现代农业气象防灾减灾与粮食安全分会场论文集[C];2010年

3 雷震宇;裴雪霞;;钾、锌、锰配施在冬小麦上的效应研究(摘要)[A];中国地壤学会第十次全国会员代表大会暨第五届海峡两岸土壤肥料学术交流研讨会文集（面向农业与环境的土壤科学专题篇）[C];2004年

4 杨晓华;杨永红;;秋季气候变暖对冬小麦奇异生长的影响[A];中国气象学会2007年年会气候变化分会场论文集[C];2007年

5 方文松;朱自玺;刘荣花;王友贺;马志红;;河南省冬小麦干旱动态评估指标初探[A];中国气象学会2007年年会生态气象业务建设与农业气象灾害预警分会场论文集[C];2007年

6 张艳红;吕厚荃;;2005/2006年度北方冬小麦增产的农业气象条件分析[A];中国农学会农业气象分会2006年学术年会论文集[C];2006年

7 郝立生;闵锦忠;;气候变暖对河北省冬小麦产量的影响[A];第26届中国气象学会年会农业气象防灾减灾与粮食安全分会场论文集[C];2009年

8 李月英;柳斌辉;牛英洁;王霞;张歆婕;栗雨勤;;气候条件对河北低平原冬小麦产量的影响[A];第26届中国气象学会年会农业气象防灾减灾与粮食安全分会场论文集[C];2009年

9 徐腊梅;;石河子地区春季低温对冬小麦生长影响分析[A];第26届中国气象学会年会农业气象防灾减灾与粮食安全分会场论文集[C];2009年

10 唐为安;唐为安;田红;陈晓艺;温华洋;丁霞;徐光清;;气候变暖背景下安徽省冬小麦产量对气候要素变化的响应[A];第27届中国气象学会年会现代农业气象防灾减灾与粮食安全分会场论文集[C];2010年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 本报记者 王锦;冬小麦受旱面积开始减少[N];中国证券报;2011年

2 记者 朱周良;联合国警示小麦旱情 全球粮食价格高烧难退[N];上海证券报;2011年

3 记者 乔林生;新麦生长现“南北差异” 丰歉将定粮价[N];期货日报;2011年

4 国家粮油信息中心 王晓辉;今年我国冬小麦产量同比下降[N];粮油市场报;2003年

5 通讯员 韩文彦;礼县冬小麦单产创新高[N];甘肃经济日报;2010年

6 本报特约观察员 刘正敏;冬小麦丰收在即 产量预计同比持平[N];粮油市场报;2011年

7 记者 张丽辉;冬小麦抗旱管理要讲科学[N];河北日报;2009年

8 曾晓伟 陈晓艺;安徽冬小麦产量呈增产趋势[N];中国气象报;2004年

9 记者 秦京午　张意轩;中国夏粮再获好收成[N];人民日报海外版;2010年

10 记者 高琳;国家气象中心：精细服务为冬小麦产量加分[N];中国气象报;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 徐凡;华北地区冬小麦旱灾灾损评估研究[D];中国农业科学院;2009年

2 李永宾;冬小麦水氮高效利用专家决策系统的研究[D];中国农业大学;2005年

3 殷芙蓉;浮尘对冬小麦生理及产量和品质的影响[D];湖南农业大学;2006年

4 刘庚山;冬小麦底墒耗失特征及高效利用研究[D];中国农业大学;2004年

5 郑昌玲;近地层臭氧和二氧化碳浓度变化对冬小麦影响的数值模拟初步研究[D];中国气象科学研究院;2004年

6 卜萍萍;秸秆覆盖对关中地区冬小麦生态效应综合研究[D];长安大学;2011年

7 李莎;不同水氮处理对冬小麦生长、产量及品质影响的研究[D];西北农林科技大学;2012年

8 欧阳秋明;济南市冬小麦干旱灾害风险分析[D];兰州大学;2012年

9 宗燕;冬小麦干旱灾害风险评估[D];南京信息工程大学;2013年

10 林文;气候变化对陕西冬小麦影响研究[D];西北农林科技大学;2013年

  本文关键词：关中地区冬小麦水氮产量效应及其产差分析，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：269528