（气象学专业论文）万荣县麦田土壤水分相关分析以及对产量因素影响的研究.pdf

目录 l i l lllr il l1 1t lll l i il i i 18 9117 7 3 5 小结。2 l 第四章麦田土壤水分变化及其原因。2 3 4 1 土壤含水率的年际、年代际、年内变化2 3 4 2 土壤重量含水率的时空演变2 6 4 3 土壤相对湿度的变化2 7 4 4 土壤水分含量的变化2 7 4 5 土壤有效水分含量的变化：。2 8 4 6 土壤湿度变化与参考作物蒸散、降水的关系2 9 4 7d 、结3l 第五章土壤干旱研究3 2 5 1 土壤干旱的危害以及干旱灾害指标3 2 5 1 1 土壤干旱的危害3 2 5 1 2 作物干旱指标体系的研究概况。3 3 5 2 耕作层土壤湿度的变化3 6 5 2 1 小麦播种期lo o m 土壤相对湿度。3 7 5 2 2 生育期耕作层土壤相对湿度3 7 5 3 拔节抽穗期干旱分析4 l 5 3 1 作物旱情指标l ( d 4l 5 3 2 作物水分亏缺率g 4 2 5 4 渗透深度的估算4 3 5 5 作物系数的估算4 4 5 6d 、l 宥z 1 5 第六章降水和土壤湿度对产量的影响4 6 6 1 降水与产量的关系4 6 6 1 1 降水与全县小麦气象产量的关系4 6 6 1 2 降水与观测地段小麦气象产量的关系4 8 6 2 土壤湿度与产量因素的关系5 0 6 2 1 冬前土壤湿度与越冬开始时分蘖数生长的关系。5 0 6 2 2 冬前土壤湿度与越冬开始分蘖节的关系5 0 6 2 3 拔节抽穗期土壤湿度与抽穗期小穗数的关系。5 l 6 2 4 土壤湿度与茎杆重的关系5 2 6 2 5 土壤湿度跟有效茎数的关系。5 2 6 3 土壤湿度与小麦气象产量的关系5 4 6 3 1 土壤湿度与全县小麦气象产量的关系。5 4 i i 苜p ， ；a誓露蔼；壮 目录 目录 摘要兽i v a b s t r a c t v 第一章绪论l 1 1 研究目的和意义l 1 2 研究内容。2 1 3 研究进展2 1 3 1 气候变化研究2 1 3 2 农田土壤水分研究3 1 3 3 蒸发蒸散研究3 1 3 4 作物系数研究4 1 3 5 小麦根系研究5 1 3 6 干旱方面研究6 1 3 7 降水渗透研究6 第二章研究区概况及研究资料与方法7 2 1 研究区概况7 2 1 1 地形地貌7 2 1 2 气候、土壤和主要作物8 2 2 研究资料9 2 3 研究方法10 2 3 1 土壤湿度及其参数量计算一1 0 2 3 2 参考作物蒸散计算1 0 2 3 3 趋势分析方法。lo 2 3 4 线性回归及相关性检验1 0 2 3 5 气象产量计算11 第三章万荣县气候变化特征1 2 3 1 气温变化特征1 2 3 2 降水变化特征1 5 3 3 日照变化特征1 6 3 4 其它要素变化特征17 3 5 蒸散研究l8 目录 6 3 2 土壤湿度与地段小麦气象产量的关系。5 5 6 4 耗水量与小麦气象产量的关系5 6 6 4 1 耗水量与地段小麦气象产量的关系。5 6 6 4 2 耗水量与全县小麦气象产量的关系5 7 6 5 生育阶段最佳土壤湿度、降水量5 9 6 5 1 各生育阶段最佳土壤湿度。5 9 6 5 2 生育阶段最佳降水量。6 0 6 6d 、| 砉6 1 第七章结论与展望6 3 7 1 主要结论6 3 7 2 特点与创新“ 7 3 存在问题和展望“ 附录a 参考作物蒸散的计算。6 5 a 1 参考作物蒸散量的计算：6 5 a 2 净辐射和土壤热通量密度的计算6 6 附录b 冬小麦发育期6 8 参考文献6 9 致谢7 5 h i 摘要 摘要 为了应对日益严重的土壤干旱可能引起冬小麦减产，保障粮食的生产安全， 研究土壤水分、参考作物蒸散和气候变化显得十分必要。本研究以万荣县 1 9 5 7 2 0 0 8 年气候观测资料和1 9 6 4 2 0 0 8 年麦田土壤湿度资料为基础，分析了气 候要素变化特征及土壤湿度变化规律，探讨了气候变化与土壤湿度变化的关系， 研究了降水及土壤湿度对产量及其产量因素的影响，结果表明： ( 1 ) 万荣县平均气温呈上升趋势，尤其上世纪9 0 年代中期，气温上升较为 迅速；年平均最高、最低温度、极端最低气温也呈明显增长趋势，其中在年平 均温度升高中，冬季气温升高的贡献最大；万荣县降水量、年日照时数、年小 型蒸发量、年平均风速则呈下降趋势。年参考作物蒸散下降与年日照时数减少、 年平均风速变小、年平均水汽压增长、年平均最低温度增大有关。 ( 2 ) 上世纪6 0 年代及8 0 年代万荣县土壤水分条件较好，进入本世纪，由于 降水减少，麦田水分条件较差，特别是小麦生育期。从观测数据看：2 0 0 1 2 0 0 8 年平均土壤湿度比1 9 8 1 1 9 9 0 年减少了3 4 ，降水量减少是造成土壤湿度下降 主要原因；小麦生育期内拔节抽穗期o - 3 0 c m 耕作层和播种期o 1 0 e m 土壤相对 湿度下降比较明显，干旱指标分析中也发现拔节抽穗期干旱化明显。 ( 3 ) 万荣县小麦气象产量与幼苗期降水显著正相关；春季拔节前和拔节抽穗 期的土壤湿度与茎杆重、越冬前和春季拔节前的土壤湿度与有效茎数、冬前及 春季拔节前土壤湿度与全县气象产量显著正相关；但冬前土壤湿度与越冬开始 分蘖数以及拔节抽穗期土壤湿度跟抽穗期小穗数显著负相关。因此，冬前和春 季拔节前土壤湿度对该区产量形成非常重要。气象产量与冬前、春季拔节前、 拔节抽穗期耗水量成正相关，特别在春季拔节前表现明显；地段小麦最适宜土 壤湿度随着生育期进展逐步下降，这反映冬小麦的生物学特性和对当地土壤环 境的适应性。研究结果应对未来气候变化对晋南、渭北、豫西北旱塬小麦生产 具有影响参考价值。 关键词：土壤湿度，参考作物蒸散，气候，冬小麦，产量 i v t h er i s i n gs o i ld r o u g h tw o u l dl e a dt ow i n t e rw h e a td e c l i n i n gy i e l d t h e r e f o r e ，i t i sn e c e s s a r yt os t u d yc l i m a t ec h a n g e , t h ev a r i a t i o nt e n d c n c eo fs o i lm o i s t u r ea n d r e f e r e n c ec r o pe v a p o t r a n s p i r a t i o na n dt ot h ei n f l u e n c eo fs o i lm o i s t u r eo ny i e l d f o r m a t i o nt oa i s i i f et h es e c u r i t yo fg r a mp r o d u c t i o n w i t ht h e 他a l l l e rd a t af r o m 19 5 7t o2 0 0 8 ，a n ds o i lm o i s t u r ei nt h ew h e a tf i e l df r o m19 6 4t o2 0 0 8i nw a n r o n g c o u n t y ，t h i ss t u d ya n a l y z e dt h e v a r i a t i o no fs o i lm o i s t u r ea n dc l i m a t i cf a c t o r sa n dt h e r e l a t i o n s h i p sb e t w e e nc l i m a t e ，r e f e r e n c ec r o pe v a p o t r a n s p i r a t i o na n ds o i lm o i s t u r e v a r i a t i o n s ，a n da l s od i s s c u s s e dt h ei n f l u e n c e so fp r e c i p i t a t i o na n ds o i lm o i s t u r eo n y i e l da n dy i e l df a c t o r s t h em a i nc o n c l u s i o n sw e r e 嬲f o l l o w s ： 1 t h ea n n u a lm e a na i rt e m p e r a t u r ei nw a n r o n gc o u n t yi n c r e a s e di nt h ep a s t5 2 y e a r sa n di n c r e a s e dr a p i d l ye s p e c i a l l yf r o mt h em i d d l eo f19 9 0 s t h ea n n u a lm e a n m a 菇m l l 加t e m p e r a t u r e ，t h ea n n u a lm e a nm i n i m u l nt e m p e r a t u r e ，a n dt h ea n n u a l m i n i m u mt e m p e r a t u r ei n c r e a s e ds i g n i f i c a n t l y t h ei n c r e a s eo fw i n t e ra i rt e m p e r a t u r e p l a y e dt h em o s ti m p o r t a n tr o l eo nt h ei n c r e a s eo ft h em e a na i rt e m p e r a t u r e t h e a n n u a lp r e c i p i t a t i o n , t h ea n n u a ls u n l i g h tt i m e ，t h ea n n u a lp a ne v a p o r a t i o na n dt h e a n n u a lm e a nw i n ds p e e ds h o w e ds i g n i f i c a n t l yd e c r e a s i n gt r e n d s t h ea n n u a l r e f e r e n c ec r o pe v a p o t r a n s p i m t i o ns h o w e dad e c r e a s i n gt r e n d , w h i c hc o u l db e a t t r i b u t e dt ot h ed e c l i n eo ft h ea n n u a ls u n l i g h tt i m ea n da n n u a lm e a nw i n ds p e e d , a n d t ot h ei n c r e a s eo ft h ea n n u a lm e a nv a p o rp r e s s u r ea n da n n u a lm e a nm i n i m u m t e m p e r a t u r e 2 t h es o i lm o i s t u r ei nt h ew h e a tf i e l di n1 9 6 0 sa n d1 9 8 0 sw a sa p p r o p r i a t e ， h o w e v e r , i nt h e2 1 t hc e n t u r y , t h es o i lm o i s t u r ei ng r o w i n gs t a g e sd e c r e a s e dm u c h m o r es i g n i f i c a n t l y t h eo b s e r v e dd a t as h o w e dt h a ts o i lm o i s t u r ed u r i n gt h ey e a r s b e t w e e n2 0 01a n d2 0 0 8d e c r e a s e d3 4 c o m p a r i n gw i 血t h es o i lm o i s t u r ed u r i n gt h e y e a r sb e t w e e n19 8 0a n d19 9 0 t h er e d u c t i o no fs o i lm o i s t u r eo fw h e a tf i e l dw a s m a i n l yd u et ot h ed e c r e a s eo fp r e c i p i t a t i o n r e l a t i v es o i lm o i s t u r ec o n t e n td e c r e a s e d s i g n i f i c a n t l yi ne l o n g a t i o nh e a d i n gp e r i o di nt h eo - 3 0 e ml a y e r ( p l o wl a y e r ) a n di nt h e s e e d i n gt i m ei nt h e0 10 c ml a y e r a n a l y z e d 、) i r i 也t h ed r o u g h ti n d e x ，w ef o u n dt h a t s o i ld r o u g h ti ne l o n g a t i o nh e a d i n gp e r i o dw a ss i g n i f i c a n t v 3 t h em e t e o r o l o g i c a ly i e l dw a sp o s i t i v e l yr e l a t e dt ot h ep r e c i p i t a t i o ni nt h e s e e d l i n gs t a g e t h es o i lm o i s t u r eb e f o r et h ej o i n t i n gs t a g ea n dd u r i n gt h ej o i n t i n gt o h e a d i n gw a sp o s i t i v e l yr e l a t e dt ot h ew e i g h to f t h es t e m t h es o i lm o i s t u r eb e f o r et h e o v e r - w i n t e r i n ga n dj o i n t i n gs t a g ew a sp o s i t i v e f l yr e l a t e dt ot h ee f f e c t i v es t a l kn u m b e r a n dm e t e o r o l o g i c a ly i e l d h o w e v e r , t h es o i lm o i s t u r eb e f o r ew i n t e ra n dj o i n t i n gt o h e a d i n gs t a g ew a sn e g a t i v e l yr e l a t e dt ot h et i l l e rn u m b e ra tt h eb e g h n i n go ft h e o v e r - w i n t e r i n gs t a g ea n ds p i k e l e tn u m b e ri n t h eh e a d l i n gs t a g e t h e r e f o r e ，s o i l m o i s t u r ei nt h ew i n t e rw h e a tf i e l db e f o r ew i n t e ra n dt h ej o i n t i n gs t a g ei nt h es p r i n g p l a y e da ni m p o r t a n tr o l e i nt h e y i e l df o r m a t i o n t h em e t e o r o g i c a ly i e l dw a s p o s i t i v e l yr e l a t e dt ot h ew a t e rc o m s u m p t i o nb e f o r ew i n t e ra n dj o i n t i n gs t a g ei n s p r i n ga n dd u r i n gt h ej o i n t i n gt oh e a d i n gs t a g e ，e s p e c i a l l yb e f o r et h ej o i n t i n gs t a g ei n s p r i n g t h em o s tf i t t i n gs o i lm o i s t u r ed e c r e a s e d 、析t l lt h ep r o g r e s so fg r o w i n gs t a g ei n t h i sc o n u n t y t h i se x p l a i n e dt h eb i o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c so fw i n t e rw h e a ta n di t s s u i t b i l i t yt ot h el o c a ls o i le n v i r o n m e n t t h er e s u l t si nt h i ss t u d yw o u l dp r o v i d es o m e r e f e r e n c ev a l u ef o ra d d r e s s i n gc l i m a t ec h a n g eo fw i n t e rw h e a tb e l t so nt h ej i n n a n , w e i b e i ，a n dy u x ip l a t e a u k e ，rw o r d s ：s o i lm o i s t u r e ，r e f e r e n c ec r o pe v a p o t r a n s p i r a t i o n , c l i m a t e ， v l 第一章绪论 第一章绪论 1 1 研究目的和意义 气候变化已成为当今国际社会普遍关注的全球性问题。气候作为人类赖以生存的自然 环境的一个重要组成部分，它的任何变化都会对自然生态系统以及社会经济系统产生影响。 应对气候变化问题，目前已被作为世界各国促进经济社会发展和保障人类生存发展的重大 议题提上议事日程。2 0 世纪8 0 年代，国际社会认识到气候变化问题的严重性并采取了相应 的对策。在全球气候变暖的影响下，极端气候事件及气象灾害明显增多，其中干旱发生率 明显增加，尤其是在气候变暖的情况下降水偏少，干旱有进一步发展的趋势。对气候变化 分析的研究具有重大的理论意义和现实意义，一方面将为制定应对气候变化的政策提供科 技支撑，另一方面，可以提高防灾减灾和适应气候变化的能力。 万荣县地处山西省南部，处于暖温带半湿润气候区，是山西省重要的农业生产基地。 光热资源相对丰富，水资源不足是限制该地区农业和经济发展的最主要因素。以旱地为主， 十年九旱。在气候变暖的背景下，近几十年的气候状况也发生了明显的变化，干旱化趋势 日趋明显。进入2 l 世纪，干旱导致全县小麦明显减产，也给秋粮的生长带来严重的影响， 极大地影响了粮食安全。 在保障粮食安全生产的研究中，分析土壤干旱化趋势及其与气候的关系就显得十分重 要。土壤湿度是植物生长发育的基本条件，也是研究水分胁迫、旱情监测、农作物估产等 的一个重要指标。土壤湿度的精确估计对于正确管理水资源、合理安排灌溉、监测农作物 产量是非常重要的。研究干旱化趋势及土壤湿度变化，旨在为政府防早抗旱和决策部署农 业生产提供科学依据。 农田实际蒸散是指在实际农田土壤水分条件下，作物棵间蒸发和蒸腾之和。农田实际 蒸散与土壤水分运动、植物水分传输及其与大气间的水汽交换密切相关，是联系土壤一植 物一大气连续体( s p a c ) i q 各个系统的重要环节。农田实际蒸散的研究对认识地气水分循环 和大气边界层内下垫面的湍流输送特征、预报作物生长潜势、制定农业气候区划及评价气 候资源和水分供应状况等具有重要的意义。 当前面临着这样的困惑，万荣县气候变化情况如何? 其对土壤湿度、参考作物蒸散量 及作物产量会产生怎样的影响，而这些方面的研究比较分散，因此有必要对它们进行综合 研究。本文对山西省万荣县近5 2 年气候变化和参考作物蒸散量变化特征进行研究，同时分 析旱地1 9 6 4 2 0 0 8 年麦田土壤湿度变化，土壤湿度对产量的影响等内容，为农业部门在气 第一章绪论 候变化背景下合理安排农业生产以及各级政府合理利用当地气候资源提供参考和科学依 据。研究的结果也将对晋南、渭北、豫西北黄土旱塬冬小麦生产和应对气候变化具有一定 参考价值。 1 2 研究内容 基于以上的研究分析，为了对万荣县土壤干旱化趋势及其相关因素进行综合分析。本 文将开展以下研究： 一、万荣县气候变化； 二、万荣县土壤湿度变化规律及其与参考作物蒸散和气候的关系： 三、运用不同的干旱指数对万荣县麦田土壤干旱进行分析； 四、降水后土壤的渗透深度以及作物系数的分析； 五、用降水和土壤湿度资料分析它们与产量因素及其产量的关系。 1 3 研究进展 近年来，许多学者对中国各地的气候变化、土壤水分和参考作物蒸散，作物系数等作 了很多研究，得出了许多有价值的成果。 1 3 1 气候变化研究 i p c c ( 2 0 0 7 ) 报告指出【1 - 2 ，全球气候呈现以变暖为主要特征的显著变化，近5 0 年平均 线性增暖速率( 0 1 3 l o a ) 几乎是近1 0 0 年来的2 倍，北半球高于南半球，中国增温主 要发生在2 0 世纪8 0 年代中期后，北方增温比其他地区显著。2 0 世纪9 0 年代以来，气候 变化及其影响已成为世界科学界的重要研究课题，同时区域性气候也已经引起人们的普遍 关注1 3 - 5 1 。目前，对于气候变化方面已有不少研究，王遵娅等【6 】揭示了近5 0 年来中国气候变 化的一些新特征：全国平均气温在2 0 世纪8 0 年代以后上升更为明显，年降水量波动略有 减少，但9 0 年代以后夏季降水增加明显，尤其是长江以南地区，而华北、东北地区降水显 著减少。谭方颖等1 7 l 对华北平原近4 5 年气候变化特征分析：年平均气温升高趋势明显，尤 其是2 0 世纪9 0 年代以后；降水量总体变化趋势不明显，2 0 世纪8 0 年代中后期开始，由 多雨期转为少雨期：近4 5 年来华北平原的气候经历了一个“冷湿暖干”的变化过程；年日 照时数减少趋势明显。 杜顺义等【s 】的研究表明近5 0 年山西省平均气温上升了1 6 5 3 2 ，呈明显的变暖趋势，增温 速率达到了0 3 3 c 1 0 a ，尤其是7 , 2 0 世纪8 0 年代后期开始上升趋势比较明显，其中冬季气温 上升最为显著。赵桂香等1 9 的研究发现近4 7 年来山西省降水量总体呈1 7 3 m m l o a 减少趋势， 2 第一章绪论 显著高于全国水平。王文义等0 0 - 1 2 1 对山西省区域气候特征分析表明，区域气温也呈明显上 升趋势，降水量呈下降趋判1 1 1 。此外，许多研究表明全国各地日照时数呈减少趋势1 孓1 卯。 1 3 2 农田土壤水分研究 植物体内的水分状况涉及许多重要的植物生理活动。同时，水又是植物体与周围环境 相互联系的重要纽带。水是生命发生的环境，也是生命发展的条件。农田土壤水分的研究 对于作物具有重要意义。申双和等【1 6 l 、杨小利【1 7 1 分别对西峰市土壤水分耗散和对产量的影 响以及其季、年变化进行了分析。黄明斌等【1 川对黄土区早塬研究表明：农田生产力水平提 高，土壤含水量将在一个较低水平的平衡点波动。侯琼等分析了内蒙古典型草原近4 0 年气候变化及其对土壤水分的影响，认为土壤水分季节呈双峰曲线变化，春季解冻后土壤 因冻融而增加；影响水分主要气象因子是降水和蒸发，温度通过影响蒸发而间接影响土壤 湿度。方文松等2 0 1 研究了南阳市土壤湿度与气候变化的关系，揭示了近2 5 年来的南阳市土 壤湿度年平均相对湿度下降约0 4 。 这些研究利用不同的资料从不同的角度出发，研究和探讨了土壤湿度的变化及其原因， 对研究土壤水分提供思路，具有一定的参考价值。 1 3 3 蒸发蒸散研究 农田蒸发的测定和潜在蒸散的计算也是农田水资源管理研究中最重要的和最困难的。 农田蒸发系指作物蒸腾量和土壤蒸发量之和。 国内外农田蒸发的测定方法【2 1 1 有以下：有液态水分消耗测量法和水气传送测量法。液 态水分消耗测量有水分平衡法、蒸发皿和蒸发池、蒸发渗透仪和植物生理测定技术；水气 传送测量有空气动力学法，热平衡法、空气动力学与热平衡联立法，涡度相关法。具体见 图1 。 蒸发测定方法删量 兰术 图1 蒸发测定的方法 3 第一章绪论 1 9 9 8 年联合国联合国粮农组织( f a o ) 推荐f a op c n m a n - m o n t e i t h 公式为计算参照 作物蒸散的唯一标准方法，是因为这一方法以能量平衡和水汽扩散理论为基础，既考虑了 作物的生理特征，又考虑了空气动力学参数的变化，具有较充分的理论依据和较高的计算 精度1 。毛飞等【2 3 1 对泰安和西峰用f a op e n m a n - m o t e i t h 公式、f a op e n m a n 修正式和国内 p e n m a n 修正式进行分析，认为对单点日计算三种都可以。孙卫国，申双和等【2 4 1 关于农田蒸 散量计算方法的比较研究；李玉霖等2 5 1 关于参考作物蒸散量计算方法的比较研究；刘绍民 等口6 1 关于蒸散量测定与估算方法的对比研究：刘晶淼等【2 7 1 关于非均匀地表条件下区域蒸发 ( 散) 通量计算方法的研究都普遍认同蒸散f a op e n m a n - m o t c i t h 公式。 杨启国等l 冽旱作小麦农田实际蒸散量计算模式研究认为e l = ( s ) ( 6 ) e 瓦， 厂0 ) 是土壤水分有效函数，厂( 6 ) 为作物生物学特性函数，e 毛是参考作物蒸散量。小麦 日蒸散跟叶面积有很好的线性相关，- ，j 为作物生物学特性函数一定程度上用叶面积指数 表示，叶面积又与根系分布基本保持一致，因此函数厂( j ) ，厂( 6 ) 合并为厂( s ，6 ) ，用土壤 水分表示，得到经验公式e t = 0 1 6 e x p 【5 6 1 ( 谚w 鬲- w , ) 】砭e 瓦并验证具有较高精度王 润元掣2 9 1 对甘肃省西峰市和环县陆面蒸发和土壤储水量变化分析认为降水逐年减少是土壤 干旱化的根本原因。李春强等【3 川对河北省近3 5 年1 9 6 5 1 9 9 9 年参考作物蒸散量的时空变 化的分析表明减少速率为4 3 5 8m m l o a ：风速减小和日照时数减少是参考作物蒸散下降的 主要原因。梁桂花等f 3 1 】对朔州市蒸发量的研究揭示了蒸发量有明显的下降趋势，与日照时 数、平均风速和日较差变小，跟相对湿度，水汽压变大有关。韩军彩等3 2 1 对石家庄市蒸发 皿蒸发量的分析表明有明显的下降趋势，主要原因是日照时数和平均日较差的减少，其次 为平均风速和平均地表温度的下降。 此外，应用红外遥感技术测定蒸发的方法也在蓬勃发展，体现出了相当广阔的前景。 例如：郭建茂【3 3 1 等对宁夏南部区域蒸发( 散) 量遥感估算，陈云浩【3 4 1 对西北地区蒸发散量计 算的遥感研究都做了一些工作。 1 3 4 作物系数研究 作物系数( k ，是指不同发育期中需水量与参考作物蒸散量之比值，在农业上得到 广泛应用。韩淑敏等【3 5 】太行山山前平原作物系数与降水年型关系探讨结果表明，不同降水 年型小麦生长期作物系数差异不明显，统计时段内1 9 9 5 - 2 0 0 1 年小麦生育期作物系数平均 值为0 9 0 。武永利等【3 6 】山西冬小麦作物需水量近4 5 年变化特征将冬小麦发育期分为播种 4 第一章绪论 越冬、越冬返青、返青- 拔节、拔节抽穗、抽穗灌浆、灌浆收割，各阶段的k c 值分别为 0 8 6 、0 4 8 、0 8 2 、1 0 0 、1 1 6 、0 8 7 。陈风p 7 1 对作物蒸发蒸腾的测量及作物系数变化规律的 研究得到结论在陕西杨凌地区的气候条件下，如品种无变化，正常供水条件下冬小麦的基 础作物系数为：初期l 7 0 呦和弱风( 风速 5 i 眺) 条件下第二个数字表示在低湿( 最 低相对湿度q o 呦和大9 1 , ( k 速5 m s ) 条件下。 以上研究确定的作物系数有较大区别，如有的以发育期阶段、有的以月来计算，而且 给出的作物系数变化较大。 1 3 5 小麦根系研究 刘荣花等1 4 1 1 认为冬小麦是深根系作物，其根系在土壤中可达数米之深。李玉山【4 2 j 0 9 8 0 ) 利用大型士柱法在实验室内进行了黄土高原深层土壤水的利用研究，发现冬小麦根 深可达3 0 0e m 。1 9 9 4 1 9 9 6 年郑州试验资料的分析表明，2 4 0e m 土层仍然有根的存在，尽 管根量很小。冬小麦的根系随生长发育的进程不断向土壤深层伸展，根量也在逐渐增加。 根系在土壤中总的分布趋势是：各发育阶段根量均随深度逐渐减少。冬小麦的根系在播种后 一个月，根深可达5 0e m ，成熟期达2 2 0e m ，根系庞大，可从深层土壤吸取水分。但根量 主要集中在上层，在o 1 0 0g i n 集中了8 0 以上的根量，在0 1 5 0 锄则集中了9 0 以上的 根量。在根系发育过程中，新根不断产生，老根不断老化。老根的吸水能力或吸水活性不 断减弱，根据张喜英【4 3 4 4 1 ( 1 9 9 9 ) t i 开究，在供水充足的条件下冬小麦灌浆期，6 0 - - , 8 0 c m 深度 处的吸水速率比0 - 1 0 c m 增加了两倍多。李鲁华等【4 5 讣麦根系与土壤水分胁迫关系的研究 进展认为小麦根系长度对水分反应十分敏感，当土壤相对含水量为4 0 时，根系的延伸生 长严重受阻，根长变短；根系的分布与土壤类型有关，黄土区不仅根系下扎深，而且下层 根量也相对较多。 5 第一章绪论 1 3 6 干旱方面研究 李世奎嗍，王素艳m ，房稳静等1 4 删曾对冬小麦干旱灾害风险区划和分析。孙岩1 5 l l 对冬小麦水分胁迫条件下生长发育、生理特征及其养分运输的进行分析。张强1 5 2 1 、宁惠芳 i s 3 、孟丹丹等【5 4 l 的研究也显示了西北地区、甘肃和渭北旱塬地区有气候暖干化的事实。 1 3 7 降水渗透研究 孙志学，雷光前1 5 5 憎利用玻璃管模拟华阴气象局土壤渗透情况得出( 1 ) 沙土的渗透深 度快于粘土；( 2 ) 土壤湿度越小，渗透越慢，土壤湿度越人其渗透速度越快；( 3 ) 虽降水 不同，但其渗透深度按一定比例递增，存在一定规律性。马晓刚【5 6 】利用阜新农业气象资料 建立了降水与渗透深度的关系式。王新平等【s t l 于腾格里沙漠东南缘对人工植被区降水入渗 与再分配规律的研究，虽然研究区域为沙漠，也具有一定指导意义。 上述七方面的研究都对本文提供理论前提和有益的思路，具有较高的参考价值。 6 第二章研究区概况及研究资料与方法 第二章研究区概况及研究资料与方法 2 1 研究区概况 2 1 1 地形地貌 研究区万荣县位于山西省南部( 见图2 1 ) ，属运城市管辖，位于临汾、运城盆地之间， 黄河与汾河交汇县西河滩，西隔黄河与陕西省的韩城市相望，全县1 3 个乡镇，2 8 1 个行政 村，总人口4 2 7 万人，其中农业人口3 9 8 万人，占总人口的9 3 1 。国土面积1 0 8 1 5 平方 公里，总耕地6 8 0 0 0 公顷，其中早地5 5 3 3 3 公顷，占总耕地的8 1 ，是典型的雨养农业大 县。 海拔高度4 0 0 8 0 0 米，大部分覆有厚层黄土的台阶形丘陵高原，地势东高西低，西部 为黄河滩。万荣县属于山西晋南黄土丘陵早塬一部分。由于地处内地黄土高原，海拔较高， 地下水源奇缺，西部虽有黄河流经难以利用，大部分为早地，十年九旱，素有“千万荣”之 称。 图2 1山西省地图 7 第二章研究区概况及研究资料与方法 2 1 2 气候、土壤和主要作物 万荣气候属于暖温带大陆性气候，境内四季分明，春季干旱而气温回升快，夏季炎热 多雨，秋季降温迅速，冬季干燥寒冷。一般年降水量4 0 0 - 6 0 0 毫米，但分布极不均匀，小 麦生育期间仅2 0 0 r a m 左右，7 8 月降水较多，约占全年降水量的3 9 。无霜期约1 8 8 天， 近年大于o c 积温有了明显增多，约5 0 1 7 9 ( 2 0 0 8 年) 。干旱、冰雹、霜冻、干热风为常 见的自然灾害，其中干旱危害最大。光照充足，热量丰富，光热资源可满足一年两熟；但 多数年份降水不足，且年降水变率较大，降水条件的限制只能达到一年一熟。主要作物为 冬小麦，近年果树和其他作物面积增加，小麦播种面积由3 1 3 3 3 公顷减少到2 4 6 6 6 公顷。 县东农田土壤多为粘壤土和中壤土，县西多为沙壤土。 2 0 世纪6 0 年代初开始拖拉机深耕并开始少量使用化肥、7 0 年代末到8 0 年代初开始家 庭联产承包制，同时大量使用化肥和农药。在9 0 年中期小麦经过由高杆向中杆的品种改良， 有利于抗倒伏和减少生育期耗水量。9 0 年代后期农村大量使用三轮车，农村机械化普及， 但牲畜减少，缺少耙耱及镇压等精耕细作，同时农家肥减少。 万荣属于山西晋南黄土丘陵旱塬，其与陕两渭北旱塬、河南豫北豫西旱塬隔河相望共 同构成我国黄土丘陵旱地麦区面积近1 5 0 万公顷。土壤属于近代马兰黄土母质形成的土壤， 土层深厚，蓄水保水性强，多数为一年一作的休闲耕作制，通过夏季休闲耕作蓄水保墒可 为小麦播前形成良好的水土环境为构建麦田冬前壮苗打下良好的基础。冬小麦生长发育的 特点是“三长二短”，即生育期长、分蘖期长、越冬期长、小穗分化期短、灌浆期短。小麦 产量构成因素中，穗数多少对产量的决定系数为6 0 - 7 0 ，穗粒数为1 5 - , 2 0 ，千粒重 为1 8 - - - 2 2 ，气候条件对穗数的形成较为有利f 5 8 】。万荣县小麦生产的有利因素( 1 ) 底墒基 本有保障，土层深厚，一般比其他县干旱出现晚。( 2 ) 水分临界期( 抽穗期) 遇上降水增 多期。( 3 ) 越冬期基本安全，冬季漫长但严寒不长，返青苗数多年大于越冬时苗数。不利 条件降水短缺，干旱经常发生，特别是进入2 1 世纪。 科学技术水平、社会综合因素和气象条件影响和决定着单产。图2 2 是万荣县历年全 县冬小麦产量及三年滑动平均产量变化情况。从1 9 5 1 年以来小麦产量在增加，从5 7 0 公斤 ，公顷增加到1 9 7 6 年的2 4 1 5 公斤公顷，主要原因是科学技术水平的提高、拖拉机耕地使用、 土壤质地的改良、化肥农药的使用等促进了产量的增加：1 9 7 6 年以后的几年出现了波动， 到1 9 8 0 年以后，又有显著的提高，由1 9 8 0 年8 1 7 5 公斤公顷增加到1 9 9 7 年3 7 8 0 公斤， 公顷，主要得益于联产承包责任制的实施、化肥的大量使用，以及晶种改良以及气象条件 适宜，进入2 l 世纪全县小麦产量有一定下降，可能由于土地长期使用化肥，缺少使用农家 肥，破坏土壤团粒结构，缺少耙耱及镇压等精耕细作和降水量的减少。1 9 9 3 年及1 9 9 7 年， 达到3 7 0 0 多公斤公顷，最高是1 9 9 7 年3 7 8 0 公斤公顷，最低是1 9 5 1 年5 7 0 公斤公顷。 8 第二章研究区概况及研究资料与方法 + 小麦产量o 一三年滑动平均 1 9 5 11 9 5 61 9 6 11 9 6 61 9 7 11 9 7 61 9 8 11 9 8 61 9 9 1 1 9 9 6 2 0 0 12 0 0 6 年份 图2 2 万荣县历年全县冬小麦产量及三年滑动平均产量 万荣县冬小麦生产情况冬小麦一般在9 月下旬至l o 月上旬播种，次年5 月底至6 月初 收获，全生育期2 5 0d ( 见表2 1 ) ，生育期天数变化不明显。县东部部分山区播种较早。更 多详细的发育期资料见附录b 。 表2 1 万荣县小麦发育期平均日期 2 2 研究资料 万荣县气象局始建于1 9 5 7 年1 月1 日，当时全称为山西省万荣气候站，站址位于解店 镇“郊外”果树场( 北纬3 5 。2 5 ，东经1 1 0 0 4 9 ，海拔高度5 5 6 3 米) 。1 9 6 3 年1 2 月因观测场 被农场果树包围，影响观测记录，经山西省气象局批准由原址迁至县城“东郊”，