棉花干旱风险预警与复水解除技术研究9787502980955

序

前言

第1章 干旱胁迫对棉花生长的影响

1.1 对棉花形态特性的影响

1.2 对棉花生理特性的影响

1.2.1 作物生理特征指标

1.2.2 作物生化特征指标

1.3 对棉花产量的影响

1.4 棉花干旱胁迫土壤水分指标

1.4.1 土壤水分指标

1.4.2 作物水分指标

1.5 棉花干旱胁迫气象指标

1.5.1 降水量指标

1.5.2 气温与降水综合指标

第2章 干旱复水对棉花生长的影响

2.1 对棉花形态特性的影响

2.2 对棉花生理特性的影响

2.3 对棉花产量的影响

第3章 膜下滴灌技术对棉花生长的影响

3.1 对土壤条件的影响

3.2 对根系与生长发育的影响

3.3 对需水规律的影响

第4章 膜下滴灌棉花干旱风险预警技术

4.1 棉区气候特征变化

4.1.1 平均气温变化

4.1.2 最高气温变化

4.1.3 最低气温变化

4.1.4 ≥10℃积温变化

4.1.5 生长季（4-10月）地温变化

4.1.6 日照时数变化

4.1.7 降水量变化

4.2 棉花干旱胁迫模拟试验

4.2.1 试验设计

4.2.2 观测方法

4.3 棉花干旱胁迫过程中土壤水分变化

4.4 棉花干旱胁迫过程中棉花形态特性变化

4.4.1 生育期变化

4.4.2 生物量变化

4.4.3 叶片含水率变化

4.5 棉花干旱胁迫过程中生理特性的变化

4.5.1 光合特性变化

4.5.2 荧光特性变化

4.6 棉花干旱胁迫过程中产量变化

4.7 棉花干旱风险预警等级

4.7.1 棉花干旱敏感性指标

4.7.2 基于棉花叶片形态的干旱等级

4.7.3 基于土壤相对湿度的干旱等级

第5章 膜下滴灌棉花干旱复水解除技术

5.1 棉花干旱复水模拟试验

5.1.1 试验设计

5.1.2 观测方法

5.2 棉花干旱复水过程中土壤水分变化

5.2.1 特重干旱复水

5.2.2 重度干旱复水

5.2.3 中度干旱复水

5.2.4 轻度干旱复水

5.3 棉花干旱复水过程中形态特性的变化

5.3.1 对棉花生物量的影响

5.3.2 对棉花叶片含水率的影响

5.4 棉花干旱复水过程中生理特性的变化

5.4.1 对棉花光合特性的影响

5.4.2 对棉花荧光特性的影响

5.5 棉花干旱复水过程对棉花产量的影响

5.6 棉花干旱解除等级

5.6.1 棉花干旱复水敏感性等级

5.6.2 基于棉花叶片形态的干旱致灾解除等级

5.6.3 基于土壤相对湿度的干旱复水等级

5.6.4 基于土壤水分的干旱解除临界条件

第6章 棉花气象灾害风险预警服务系统

6.1 系统建设目标及架构

6.1.1 建设目标

6.1.2 总体架构

6.2 系统数据库建设

6.3 系统核心功能

6.3.1 监测预报

6.3.2 灾害预警

6.3.3 气候图表

6.3.4 技术服务

6.3.5 我的棉田

6.4 系统建设关键技术

6.4.1 数据采集技术

6.4.2 大数据平台技术

6.4.3 气象数据格点化技术

6.4.4 灾害与生长适宜区域划分

6.5 系统服务应用与实践

6.5.1 棉区霜冻灾害分析

6.5.2 棉区大风灾害分析

参考文献

第1章干旱胁迫对棉花生长的影响

干早是最主要的气候灾害之一,因其频繁发生、持续时间长、影响范围广,对社会经济尤其是农业生产有着巨大影响(张强等，2004)。据统计，农业极易受干早的影响,农田受早旱灾面积占农田总受灾面积的60%,平均每年受早面积2.15X10 hm’左右,损失粮食100150亿kg(徐向阳，2006)。新疆作为我国最大的产棉区，2021年棉花播种面积占全国棉花种植面积的83%，产量占全国棉花总产量的89%，约占全球棉花产量的20%(王雪颖等，2022)。根据国家统计局公布的2021年统计数据,新疆棉花种檀面积、总产量、单产、商品调拨量已连续27年位居全国第一(国家统计局,2022),是名副其实的“世界棉仓”。地处干早一半干早气候区的新疆，干早及水资源缺乏也成为棉花产业发展的重大限制因素。

1.1对棉花形态特性的影响

形态指标在棉花抗早育种中采用得最早,是指利用作物长相、长势等外观特征来判断作物是否缺水及缺水程度，具有简单、实用性强的特点。抗旱性强的作物较非抗旱性作物在水分胁迫下表现出不同的植株性状，而这此植株性状，如根系发达程度、茎的水分输导能力、叶的形态(如叶片大小、形状、角度、叶片卷曲程度、果枝始节节位等)均可作为作物抗旱性鉴定指标(郭纪坤,2007)王延琴等(2009)研究了水分胁迫对棉花种子萌发的影响表明,棉花种子在受到不同程度的干早胁迫时，随着水势的下降,其发芽率、发芽速度、发芽指数、苗高、根长、根茎比、幼苗干/鲜重等均出现不同程度的降低。张原根等(1995)研究发现,棉花抗旱材料幼苗的侧根条数、根重、根苗比远高于不抗早的材料。形态特征可供参考的其他指标包括株高、出叶速率、干物质累积量、叶面积、主茎生长速度、主茎高度、果枝数、三桃比重以及蕾铃脱落率等。李乘柏等(1995)研究表明，棉花在干早条件下,生长首先受抑，株高、出叶速率明显减慢。俞希根等(1999)通过对棉花不同土壤干旱程度处理得出，在试验中苗期达到中早,棉株生长延缓不明显，不良影响在苗期前期影响大于后期。蕾期中旱使棉花生育进程加快。花铃期达到中旱时，对生长影响较大，不但棉株增长级慢，叶片也相应变小。果枝量少，且伸展慢。重早时生长停止，产生自然封顶现象;花铃期任何阶段缺水，都会使棉株的总干物质累积量减少(赵都利等，1992;陈玉梁等,2013)生产中用米进行棉花干旱胁迫比较和分析的形态指标常为定性指标,对于绿洲棉田干旱仍然具有直观的监测指导意义，但形态指标具有一定程度的主观性，同时具有时间滞后性，适用于区域内小范围棉田旱情诊断评估。

1.2对棉花生理特性的影响

千旱对于棉花各个生育期的影响视持续时间和受早程度而定,生理生化指标是指通过干早引起棉花生长发育过程发生变异的各项生理生化表征来判断是否受旱及受旱程度。

1.2.1作物生理特征指标

在棉花干早监测方面，利用冠层温度监测水分状况的研究应用较多。冠层温度是判断作物是否水分亏缺的敏感指标之一，研究发现(杨传杰等，2012;Falkenberg et al.,2007),在50%田间持水量处理下,棉花的冠层温度明显比75%和100%田间持水量处理下的高，且表现出皮棉产量下降,而在75%田间持水量的水分处理条件下,皮棉产量则无明显下降，这表明合理的节水灌溉是不会影响棉花产量的。对不同土壤水分条件下棉花冠层温度的变化规律研究表明(蔡焕杰等，1997;Luo et al.,2012),土壤水分对冠层温度的影响在9:00以前和15:00以后较小、12:00-15:00最大，可选择这一期间晴朗而且稳定的天气条件下的冠层温度来诊断棉花水分状况。棉花冠层温度与细胞液浓度之间存在良好的关系,利用其关系与净辐射、相对湿度和土壤含水量的关系可以评价作物的缺水状况,并可利用该指标进行棉花干旱监测冠气温差、水分胁迫指数、水分亏缺指数等是以冠层温度为基础不断衍生的可用于棉花的干旱生理指标。作物冠层温度与气温的差值即冠气温差可用来判断水分胁迫对作物的影响及响应(李柏贞等，2014),如计算每日13:00-15:00冠气温差累计值，若该值大于作物开始缺水的临界值,则表示作物发生干旱;也有研究表明，当大气蒸发力较弱时，冠气温差不能真实反映作物受水分胁迫程度(刘灵娣等，2008;戴茂华等,2015;刘瑞显等，2008)。

干旱及水资源缺乏是新疆棉花产业发展的重大限制因素，本书围绕滴灌模式下棉花干旱风险预警与复水解除技术开展研究。采用农田土壤水分精准模拟试验，研究了棉花形态生理特性、产量对持续干旱胁迫的响应变化及影响机理，构建了棉花干旱风险预警等级。开展干旱复水模拟试验，探讨了膜下滴灌技术对棉花生长的影响，揭示了复水程度、复水时间对不同程度干旱的解除效应，明确了棉花干旱解除临界条件和复水等级。研发了棉花气象灾害风险预警服务系统，实现了基于棉田位置、分生育期、分灾害类型、分影响等级的棉花生长气象条件评价、灾害监测预报与风险预警服务。研究内容对于科学诊断棉花干旱、合理节水灌溉、制定抗旱应对措施具有重要的理论和应用价值。