全 文 ：中国生态农业学报 2011年 9月 第 19卷 第 5期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Sep. 2011, 19(5): 1039−1047 农田耗水研究


* 国家现代农业产业技术体系项目(CARS-3-2)和中国科学院知识创新项目(KZCX2-EW-415)资助
陈素英(1964~), 女, 副研究员, 研究方向为农业水资源高效利用。E-mail: csy@sjziam.ac.cn
收稿日期: 2011-03-25 接受日期: 2011-06-03
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2011.01039
农业技术和气候变化对农作物产量和蒸散量的影响*
陈素英 张喜英 邵立威 孙宏勇
(中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心 中国科学院农业水资源重点实验室
河北省节水农业重点实验室 石家庄 050022)
摘 要 随着农业生产条件的改善、品种改进和有利的气象条件的变化, 世界各地的作物产量得到大幅度提
高, 但作物的蒸散量却未出现大幅度提高。本文以石家庄气象站 1955~2007年的气象资料为基础, 分析了河北
省冬小麦和夏玉米生长期间主要气象因素变化, 结合中国科学院栾城农业生态系统试验站长期定位灌溉试验
的研究结果 , 分析了农业生产条件和气象因子变化对冬小麦和夏玉米产量及耗水量的影响。结果表明 ,
1955~2007年冬小麦和夏玉米生长季的气象因子发生了变化, 日照时数、相对湿度、风速、气温日较差显著降
低, 最低气温、平均气温和积温显著升高, 气象因子的变化对作物总蒸散量未产生明显影响, 但由于降水减少,
作物生长期间的灌溉需水量呈增加趋势。长期灌溉试验结果表明, 随着农业生产条件的变化和品种的改良, 冬
小麦和夏玉米的产量不断增加, 而耗水量的增加幅度小于产量增加幅度, 夏玉米的耗水量呈稳定状态。节水技
术的推广和应用对维持耗水量稳定起着非常关键的作用。
关键词 农业生产条件 农业机械总动力 气候变化 作物产量 蒸散量
中图分类号: P467; S274 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2011)05-1039-09
Effects of climate change and agricultural technology improvement on evapo-
transpiration and crop yield
CHEN Su-Ying, ZHANG Xi-Ying, SHAO Li-Wei, SUN Hong-Yong
(Center for Agricultural Resources Research, Institute of Genetics and Developmental Biology, Chinese Academy of Sciences;
Key Laboratory of Agricultural Water Resources, Chinese Academy of Science; Hebei Key Laboratory of Agricultural
Water-Saving, Shijiazhuang 050022, China)
Abstract Along with the development of farm mechanization, improved production conditions, varietal breeding and favorable
climatic changes, crop yields have drastically increased across the globe. Despite this achievement, however, evapotranspiration has
not continued to increase with increasing crop yields. To that end, meteorological data for 1955~2007 at Shijiazhuang Meteorological
Station were analyzed for changes in seasonal climatic factors that affected winter wheat and summer maize. Long-term (1992~2009)
irrigation experiments at the Luancheng Agro-Ecosystem Experimental Station of Chinese Academy of Sciences (or Luancheng Sta-
tion in short) were also used to study the effects of climate change on evapotranspiration and yield of winter wheat and summer ma-
ize. The studies showed that the use of farm machinery in Hebei Province increased by 7.3 times in 2007 over that in 1983. Mecha-
nization rate of cultivation, planting and harvesting was 59.65%, indicating that farm mechanization in Hebei Province had entered
the intermediate stage by 2007. Summer maize yield increased by 2.08% per year, and with winter wheat straw mulching, saved
about 14 mm of water. For the period 1955~2007, climatic factors during winter wheat and summer maize seasons had also changed.
The average sunshine duration, relative humidity, wind speed, daily temperature range had significantly dropped during the growing
seasons of two crops. Minimum temperature, average temperature and accumulated temperature had increased significantly. Al-
though the trends of change in climatic factors had not significantly affected evapotranspiration (ET0), water demand for the two
crops increased due to decreasing rainfall. Long-term irrigation experiments showed that winter wheat and summer maize yields
greatly increased due to improvements in production conditions, varietal breeding and climate change. In recent years, however,
evapotranspiration had been relatively stabilized due to the extensive application of improved water-saving technologies.
Key words Agricultural production condition, Farm machinery, Climate change, Crop yield, Evapotranspiration
(Received Mar. 25, 2011; accepted Jun. 3, 2011)
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随着农业生产技术的进步、生产投入的增加、
品种的改良、管理技术的提高和气候条件的变化 ,
世界各地的作物产量得到大幅度提高, 未来仍有提
高的可能和空间[1−4]。墨西哥的小麦在近 20 年产量
增加 25%, 得益于品种的改良、管理技术的进步和
有利气候条件的变化[5]。华北平原 1998~2007 年玉
米和小麦产量分别增加了 25.6%和 15.3%, 主要是农
业生产投入的增加[3]。河北省近 10 多年(1996~2008
年)冬小麦和夏玉米的单产增加了 19.0%和 46.4%[6],
主要归功于品种的改良和投入的增加。以往研究表
明 , 作物的产量与蒸散量之间呈二次函数关系 [7],
在农业生产条件和气候变化背景下如果作物蒸散量
随作物产量增加, 势必造成灌溉量加大, 更加剧了
水资源的短缺。
作物的蒸散量包括土壤蒸发和作物蒸腾, 是水
分循环的重要参数, 受气象参数、作物特征和管理
措施等方面的影响。在全球气候变化的大背景下 ,
有研究认为温度升高会促进蒸发的增加[8]。但近 50
年全球实际蒸发量除个别地区升高外, 大部分地区
呈下降趋势, 且不同地区的变化原因不同[9]。我国各
地区参考作物蒸散量除黄土高原地区变化趋势不明
显外, 其余地区呈明显下降趋势 [10−11], 这些变化与
日照时数、风速和相对湿度等气候要素的变化密不
可分[12]。河北省近 35 年(1965~1999 年)参考蒸散量
序列变化呈现显著下降趋势, 主要是风速减小和日
照时数减少造成的, 而气温升高对其影响作用不显
著[13]。中国科学院栾城农业生态系统试验站(以下简
称栾城试验站)长期田间试验结果表明, 华北平原近
20 年(1982~2002 年)作物产量和水分利用效率提高
了 50%, 但作物的耗水量并没有像产量一样大幅度
提高, 只增加 11%, 除气象因素外, 与实施秸秆覆
盖和调亏灌溉制度等农艺措施减少田间水分消耗有
较大关系[14]。
河北省地处华北地区腹地, 京津地区周围, 是
传统的农业大省, 粮食总产约占全国粮食总产量的
5.5%[3], 在保障京津和国家粮食安全中具有重要地
位。粮食作物以小麦和玉米为主, 小麦和玉米的产
量占全省粮食总产量的 92.05%。河北省又是资源型
缺水省份之一, 人均水资源占有量为 311 m3, 亩均
水资源量为 208 m3, 分别为全国平均值的 1/7和 1/9。
近几年, 由于经济的快速发展和人民生活水平的不
断提高, 河北省用水量逐年增长, 年用水量已经高
达 220×108 m3, 远远超过了可利用量 170×108 m3,
水资源短缺已经成为河北省农业进一步发展的最大
瓶颈。进行农业生产和气候条件对农作物产量和蒸
散量的影响研究对保证粮食安全和缓解水资源短缺
具有重要意义。
近几十年来, 尽管对于气候变化特点和趋势及
气候变化对作物产量和蒸散量的影响已经有很多研
究报道, 但大部分以一年四季的变化特征分析, 对
作物生长期间的气象因子变化研究较少。本文以石
家庄气象站的多年气象资料为基础, 分析冬小麦和
夏玉米生长期间气候条件的变化趋势, 结合栾城试
验站多年水分试验的冬小麦和夏玉米产量和蒸散量
数据, 分析气候变化对冬小麦和夏玉米产量及耗水
量的影响。同时根据多年试验结果分析农业生产条
件措施对作物产量和蒸散量的影响, 以期为应对气
候变化和农作物水分管理提供指导。
1 材料与方法
1.1 气象资料来源及处理
河北省石家庄气象站为国家气象局的基准站点,
该站点作物种植模式为冬小麦和夏玉米一年两熟。
气象资料包括平均温度、最高气温、最低气温、降
水量、日照时数、相对湿度和平均风速。以该站
1955~2007 年气象资料为基础, 按照冬小麦和夏玉
米生长季进行各气象要素的分析, 冬小麦的生育期
为 10 月 1 日~次年 6 月 10 日, 夏玉米的生长期为 6
月 15日~9月 30日。
1.2 试验设计
长期灌溉试验和秸秆覆盖试验在栾城试验站进
行。该站位于太行山前平原(37°53′N, 114°41′E, 海拔
50.1 m), 是华北平原地区冬小麦高产的典型代表区
域。属暖温带半湿润半干旱季风气候, 70%的降水
(350~400 mm)集中在夏玉米生长季, 冬小麦生长季
的降雨量平均为 100~150 mm, 远不能满足小麦生长
的水分需求(450 mm)。土壤类型为壤质潮褐土, pH
为 8.0, 0~2 m土层平均田间持水量 38%(v/v), 凋萎湿
度为 13%(v/v)。
长期灌溉试验于 1990~2010 年进行, 冬小麦和
夏玉米灌溉处理分别为 6个, 即旱作、灌 1水、灌 2
水、灌 3水、灌 4水和灌 5水, 每个处理 4次重复, 随
机排列, 小区面积 5 m×8 m, 小区之间有 2 m的隔离
带。试验中次灌溉量为 60~80 mm, 其他田间管理措
施各处理相同。本文选择了旱作、灌 2水(冬小麦灌
水时间为拔节期和抽穗开花期, 夏玉米灌水时间为
拔节期和吐絮扬花期)和灌 4 水(冬小麦灌水时间为
越冬期、拔节期、抽穗期和灌浆期, 夏玉米灌水时
间为七叶期、大喇叭口期、抽雄期和灌浆期)3 个处
理进行冬小麦和夏玉米产量和蒸散量随气候条件变
化的研究。
秸秆覆盖试验为 1987~2010 年进行, 为冬小麦
第 5期 陈素英等: 农业技术和气候变化对农作物产量和蒸散量的影响 1041


秸秆覆盖夏玉米田, 试验处理设 2 个处理: 覆盖和不
覆盖, 小区面积 5 m×8 m, 小区之间有 2 m的隔离带。
耕种收综合机械化水平=机耕水平×40%+机播
水平×30%+机收水平×30%。
1.3 测定项目和方法
产量的测定 : 小麦成熟时 , 各处理随机选择
40~60 穗小麦进行穗数、粒数、千粒重等指标的考
种, 各小区单独收获和脱粒。玉米成熟时, 小区单独
收获, 随机取 10穗进行产量结构和收获指数的测定。
土壤水分的测定: 在生育期用 IH-Ⅱ型中子仪
定期测定每 20 cm的土壤含水量, 测定深度为 2 m。
总蒸散量用水量平衡公式计算: ET=P+I+SWD−
R−D+CR, ET 为总蒸散量, P 为降雨量, I 为灌溉量,
SWD为土壤耗水量, R为径流量, D为根层土壤水分
渗漏量, CR为毛管水上升到根区的水量。由于地势
平坦、土层深厚和较大的土壤持水量, 径流量为零;
由于地下埋深较深, 毛管水上升水可忽略不计; 根
层水分渗漏量计算根据 Zhang 等[15]的方法。生长期
降水数据来自栾城试验站的标准气象站观测数据。
1.4 数据处理
试验数据基于 SPSS Ver. 16.0 软件和 Microsoft
Excel 进行计算和作图分析。
2 结果与分析
2.1 气象要素变化对农田耗水量的影响
2.1.1 冬小麦和夏玉米生长季气象要素变化分析
气象条件是影响农作物产量的重要因素。影响
作物生长的主要气象因素包括降水、温度、日照、
风速和湿度等。近年来随着全球气候变化, 冬小麦
和夏玉米生长期气候条件也发生了改变。以石家庄
气象站 1955~2007 年的气象资料分析了河北省冬小
麦和夏玉米生长期间主要气象因素变化。
温度直接影响作物的发育速度及生育期的早晚
和延续时间 [16], 影响作物的生长和耗水特征, 随着
全球变暖趋势的加剧, 温度对作物的影响不仅包括
平均气温, 最高气温、最低气温和气温日较差也发
生相应变化 , 也对作物的生长产生影响。图 1 为
1955~2007 年冬小麦和夏玉米生长期间的平均温度
(图 1a)、最低温度(图 1b)、最高温度(图 1c)和气温日
较差(图 1d)的变化。可以看出, 随着全球变暖趋势的
加剧, 冬小麦和夏玉米生长期间平均温度均呈现明
显上升趋势, 冬小麦和夏玉米生长期间平均温度升
高幅度分别为 0.041 1 ℃·a−1和 0.025 4 ℃·a −1, 均达
到了极显著水平(r=0.632**, r=0.536**)。夏季升温幅
度小于其他季节。冬小麦和夏玉米生长期间最低温
度呈显著升高趋势, 冬小麦生长期间最低温度的升
幅为 0.056 9 ℃ ·a−1, 达到极显著水平(r=0.827**),
夏玉米生长期间最低温度的升幅为 0.036 5 ℃·a−1,
也达到极显著水平(r=0.675**)。而最高温度虽然也
呈增高趋势, 但升高均未达到显著水平。气温日较
差是日最高温度与最低温度之差, 由于最低温度呈
极显著上升趋势, 导致日温较差均呈下降趋势, 冬
小麦生长期间的日温较差的下降趋势为 0.043 8 ℃·a−1,
达到极显著水平(r=−0.810**), 夏玉米生长期间平均
日较差递减 0.023 0 ℃ ·a−1, 也达到极显著水平
(r=−0.523**)。夜间最低温度升高, 日温较差变小对
作物生长会产生不利影响, 不利于作物生物量积累,
造成作物减产[17]。温度升高增加作物耗水量, 更加
剧了干旱地区作物水分胁迫的程度。
图 1e为冬小麦和夏玉米生育期间的积温变化。
可以看出, 冬小麦和夏玉米生育期间的积温均呈上
升趋势 , 冬小麦积温上升趋势更明显 (冬小麦 :
r=0.631**; 夏玉米: r=0.463**)。将冬小麦生育期分
成 4 个阶段, 越冬前(10 月 1 日~11 月 30 日)、越冬
期(12月 1日~次年 2月 29日)、返青~抽穗期(3月 1
日~4月 30日)和抽穗~成熟期(5月 1日~6月 10日),
分别计算积温(图 2)。可以看出, 越冬期的积温上升
最显著 , 与冬小麦生育期的积温呈显著正相关
(r=0.822**), 其次为返青~抽穗期(r=0.727**), 越冬
前和抽穗~成熟期的积温与冬小麦生育期积温的相
关系数分别为 0.660 和 0.549, 均达到显著相关。小
麦生育期内的负积温呈明显上升趋势, 负积温和冬
小麦生育期的积温呈显著正相关(r=0.809**), 负积
温的天数呈显著下降趋势, 1956~1970年、1971~1989
年、1981~1990年、1991~2000年和 2001~2007年负
积温平均天数分别为 65.9 d、63.2 d、58.2 d、43.7 d
和 42.8 d; 从 1956~1970年到 2000~2007年负积温的
平均值下降了 23.1 d, 负积温的天数和冬小麦生育
期积温呈显著正相关(r=0.803**)。由此可知, 冬小麦
生育期间积温呈显著上升趋势主要是由负积温天数
减少和负积温温度上升所致。
冬小麦和夏玉米生长期间相对湿度呈现逐渐下
降趋势(图 3a), 夏玉米生长季相对湿度下降更明显,
下降速度为每年 0.086%, 达极显著水平(相关系数
r=0.382**), 说明夏季有逐渐变干趋势。冬小麦生长
季下降速度为每年 0.025%, 下降速度未达到显著水
平(r=−0.080)。一方面湿度变小会导致大气蒸发力增
加 , 作物需水要求增加; 而另一方面湿度降低 , 作
物气孔导度增加, 利于作物光合作用。
冬小麦和夏玉米生长期间的日照时数呈逐渐降
低趋势(图 3b), 特别是冬小麦生长季节, 下降速率为
10.2 h·a−1, 达极显著水平(r=−0.706**), 夏玉米生长
1042 中国生态农业学报 2011 第 19卷




图 1 1955~2007 年冬小麦和夏玉米生长期间平均温度(a)、最低温度(b)、最高温度(c)、气温日较差(d)和积温(e)的变化
Fig. 1 Changes in daily mean temperature (a), minimum temperature (b), maximum temperature (c), daily temperature range (d) and
accumulated temperature (e) during winter wheat and summer maize growing seasons from 1955 to 2007



图 2 1955~2007 年冬小麦不同生长阶段的积温变化
Fig. 2 Changes in accumulated temperature at different growth stages of winter wheat from 1955 to 2007
第 5期 陈素英等: 农业技术和气候变化对农作物产量和蒸散量的影响 1043


季平均下降 5.2 h·a−1, 也达极显著水平(r=−0.615**)。
日照时数减少意味着作物生长期间辐射量降低, 一
方面作物可得到的光合有效辐射量减少, 对作物生
长产生不利影响; 另一方面辐射量减少导致作物蒸
散力降低, 作物需水要求下降。湿度和辐射变化对
作物生长和耗水产生相反影响。冬小麦生长期间风速
呈逐渐减小趋势(图 3c), 平均下降 0.006 6 m·s−1·a−1,
达极显著水平 (r=−0.397**), 玉米生长期间风速有
稍微增加趋势, 增加量为 0.002 0 m·s−1·a−1, 未达显
著水平(r=0.243), 风速对大气蒸散力影响较大 , 风
速变化使冬小麦生长期间耗水需求有降低趋势, 夏
玉米有增加趋势。
2.1.2 气象要素变化对冬小麦和夏玉米需水影响分析
河北省冬小麦和夏玉米主要种植区日较差变
小、日照时数减少, 对作物生长产生不利影响; 而温
度升高、湿度降低、风速变化对作物既有有利影响,
也有不利影响。同时温度、风速、湿度、光照变化
对作物耗水需求也产生明显影响, 但大气蒸散力是
这些因素综合影响的结果, 如图 4 显示冬小麦、夏
玉米和全年大气年蒸散力随时间的变化并不象单个
气象因素那样变化明显, 基本维持恒定状态, 并随
着时间的变化出现稍微下降态势。



图 3 1955~2007 年冬小麦和夏玉米生长期间平均相对湿度(a)、日照时数(b)和平均风速(c)的变化趋势
Fig. 3 Changes in average relative humidity (a), sunshine duration (b) and average wind speed (c) during winter wheat and
summer maize growing seasons from 1955 to 2007



图 4 1955~2007 年冬小麦和夏玉米生长期间及全年蒸散力的变化趋势
Fig. 4 Reference evapotranspiration (ET0) during the growing seasons of winter wheat and summer maize calculated
by using the Penmen−Monteith equation recommended by FAO from 1955 to 2007
1044 中国生态农业学报 2011 第 19卷


分析冬小麦和夏玉米生长期间降水量变化(图 5a),
可以看出, 冬小麦生长期间降水有稍微增加趋势, 平
均年增加 0.76 mm, 夏玉米生长期间降水减少趋势明
显, 平均 2.0 mm·a−1。根据大气蒸散力、作物系数和
作物生长期间降水量计算的冬小麦和夏玉米灌溉需
水量如图 5b 所示, 由于玉米生长季有降水减少趋势,
其生长季节的灌溉需水量增加比较明显, 平均灌溉需
水量 34 mm, 1/3年份降水能够满足玉米需求, 1/3年份
需要灌溉 1 次水, 另 1/3 年份需要灌溉 2 次水。对于
冬小麦需水与降水差值较大, 平均季节需要灌溉水量
365 mm, 仅有个别年份需水要求小于 200 mm。
2.2 农田实际观测产量和蒸散量的变化
随着农业生产条件变化, 河北省冬小麦和夏玉
米产量不断增加, 从 20 世纪 80 年代到现在河北省
小麦和玉米平均单产增加了近 1 倍。农田耗水量不
仅与气候条件关系密切, 同时也受到作物生长条件
与作物水分利用效率的影响。图 6 为在栾城试验站
的长期定位试验冬小麦在灌溉 2 水条件下的产量和
耗水量变化, 结果显示随着品种更新、农业生产条
件提高和管理措施改善冬小麦产量不断增加, 1990~
2010年小麦产量增加了 49.74%, 而冬小麦耗水量的
增加幅度(24.28%)小于产量的增加幅度。图 7 结果
表明, 夏玉米在产量明显增加条件下, 农田耗水量
维持较稳定的状态。
2.3 影响作物产量和蒸散量变化的因素分析
作物产量的提高得益于农业生产条件的改变 ,
包括品种的更新、农业生产投入的增加和有力的气
候条件, 稳定的农田耗水量与该地区节水技术的发
展和应用密切相关。
2.3.1 品种更新对产量和蒸散量的影响
品种更新是作物产量增加和作物水分利用效率
提高的重要影响因素。从图 8 可知, 河北省大面积
种植的冬小麦品种种植在现在相同条件下, 灌溉 1
水、2水和 3水产量和耗水量的表现, 从过去品种到
现在品种, 产量明显提高, 而耗水量基本维持稳定,
品种更新带来了产量和水分利用效率提高。



图 5 冬小麦和夏玉米生长期间 1955~2007 年季节降水量(a)和 1980~2007 年灌溉需水量(b)的变化趋势
Fig. 5 Changes in seasonal rainfall from 1955 to 2007 (a) and irrigation water from 1980 to 2007 (b) during growing seasons of
winter wheat and summer maize



年份 Year

图 6 冬小麦在灌溉 2 水条件下产量和农田耗水量的变化
Fig. 6 Changes of yield and evapotranspiration (ET) of winter wheat with two irrigation times at Luancheng Station
第 5期 陈素英等: 农业技术和气候变化对农作物产量和蒸散量的影响 1045




年份 Year

图 7 夏玉米在灌溉 2 水条件下产量和农田耗水量的变化
Fig. 7 Changes of yield and evapotranspiration (ET) of summer maize with two irrigation times at Luancheng Station



年份 Year

图 8 不同小麦品种种植在现在相同条件下产量和耗水量表现
Fig. 8 Changes of yield and evapotranspiration (ET) of different winter wheat varieties with the same management

2.3.2 农业机械化的发展对作物产量和蒸散量的影响
随着国民经济的快速发展, 农业投入逐年增加,
农业生产条件发生了重大变迁。近年来农业机械总
动力呈显著快速增长趋势, 2007 年的农业机械总动
力是 1983年的 7.3倍。农业机械总动力的发展推动
了农业机械的发展, 使农业生产过程逐步由人畜作
业变为机械化作业, 至 2007年河北省冬小麦的机播
(机播面积/播种面积)和机收(机收面积/收割面积)水
平分别达到 96.48%和 94.87%, 夏玉米机播和机收水
平分别为 82.95%和 6.81%, 冬小麦和夏玉米一年两
熟制种植系统中除玉米收获机械化水平较低外 [18],
农业生产过程基本实现了机械化。至 2007年全省耕
种收综合水平为 59.65%(机耕︰机播︰机收=4︰3︰3),
全国为 42.46%, 按照农业机械化划分标准, 耕种收
综合水平 40%~70%为中级阶段。因此, 全国的农业
机械化水平已经进入中级阶段, 河北省农业机械化
水平总体高于全国水平。
农业机械化的快速发展, 提高了作业效率, 缩
短了农耗时间 , 冬小麦和夏玉米实行少免耕播种 ,
免去了造墒、施肥、翻耕和整地等环节, 使夏玉米
播种期提前 4~5 d, 夏玉米的收获时间从 9 月 20 日
推迟到 9 月 30 日或 10 月初, 夏玉米的生育期延长
10 d 左右, 并且随着全球气候变暖, 冬小麦的播种
时间由原来的 10月初推迟到 10月 10日, 为延长夏
玉米生育期提供了保证, 玉米生育期的延长, 将原
来的早熟品种改种为中晚熟品种, 大大提高了夏玉
米产量。另一方面, 减少了两茬之间耕作的水分损
失, 显著提高了夏玉米产量, 实现了增产条件下降
低了作物的灌溉用水量。
2.3.3 秸秆覆盖对产量和蒸散量的影响
秸秆覆盖技术在我国是传统的栽培技术, 是农
业节水增产的重要措施之一, 不仅具有明显的保墒
蓄水、减小无效蒸发、减少径流、保持水土的功能,
还有保护土壤结构、调节地温、抑制杂草等改善作
物生长环境的多种作用, 近年来应用面积不断扩大,
为节水农业发展发挥了重大作用。秸秆覆盖方面 ,
冬小麦秸秆覆盖夏玉米技术日趋成熟和推广, 对减
少土壤无效蒸发和保墒土壤水分具有重要作用; 夏
玉米秸秆覆盖冬小麦田, 虽然具有保墒土壤的作用,
但早春地温降低, 推迟了小麦的成熟期, 造成小麦
减产 [19], 生产上一般不进行玉米秸秆覆盖冬小麦 ,
而是实施玉米秸秆粉碎后旋耕进行秸秆还田。
栾城试验站连续 20 年的小麦秸秆覆盖夏玉米的
长期定位试验结果表明, 从 1987~2010 年夏玉米产量
呈增长趋势 , 产量平均增加 39.6%, 年平均增产
2.08%(图 9a)。图 9b 为夏玉米蒸散量随时间变化和小
麦秸秆覆盖对夏玉米田蒸散量的影响, 可以看出, 夏
玉米蒸散量呈缓慢增加趋势, 平均增加 14.56%, 年均
1046 中国生态农业学报 2011 第 19卷






图 9 冬小麦秸秆覆盖对夏玉米产量(a)和蒸散量(b)的影响
Fig. 9 Effect of straw mulching on yield (a) and evapotranspiration (ET) (b) of summer maize

增加 0.8%。秸秆覆盖可以有效地减少作物的蒸散量,
平均减少 14.6 mm, 最大减少 38.8 mm。
2.3.4 灌溉制度对产量和蒸散量的影响
节水灌溉方面, 该区域传统的小麦灌溉次数为
6~7 次[20], 玉米灌溉次数 3~4 次。近年来随着水资源
的短缺和节水农业技术的推广, 河北省小麦、玉米的
优化灌溉制度基本成熟, 小麦灌溉次数减少为 2~3
次, 玉米生育期灌溉次数减少到 1~3 次, 大大减少
了灌溉次数和灌溉用水量。
图 10显示, 栾城站长期定位试验冬小麦没有灌
溉(I0)、灌溉 2水(I2)和灌溉 4水(I4)产量变化。可以
看出, 大部分年份冬小麦灌溉 2水和 s灌溉 4水的产
量差异不显著 , 研究发现冬小麦在其最大耗水量
84%的条件下, 就能够取得最高产量。
气候条件对作物产量也产生了明显影响, 没有
灌溉的冬小麦受生育期降水条件的影响明显 , 如
2005~2006 年生长季是一个非常干旱季节, 旱作条
件下冬小麦产量显著降低 ; 除了降水条件影响外 ,
其他因素如光照也对作物产量产生明显影响 , 如
2003~2004年冬小麦生长季节, 5月份日照时数仅是
常年的 40%, 造成小麦减产。

图 10 冬小麦没有灌溉(I0)、灌溉 2 水(I2)和灌溉 4 水(I4)
条件下产量的变化
Fig. 10 Change of winter wheat yield under no irrigation (I0),
irrigation 2 times (I2) and irrigation 4 times (I4)

在灌溉方式方面 , 由于低压管道和小畦灌溉 ,
避免了大水漫灌和土垄沟的输水损失, 提高了田间
的水分利用效率。
3 讨论与结论
河北省小麦、玉米从 20 世纪 80 年代到现在单
产增加近 1 倍, 得益于品种的改良、农业投入的增
加。冬小麦通过品种的改良带来了每年 1%的产量提
第 5期 陈素英等: 农业技术和气候变化对农作物产量和蒸散量的影响 1047


高和 0.5%水分利用效率提高。农业投入的增加主要
表现在农业机械总动力的增加, 一方面提高了生产
效率, 缩短了农耗时间, 使夏玉米生长期延长 10~15
d。试验表明, 玉米收获期从 9 月 20 日推迟到 9 月
30日, “郑单 958”和“浚单 20”的千粒重平均日增 5.02
g和 5.68 g, 增产 1 200 kg·hm−2和 1 428 kg·hm−2[21]。
另一方面农业机械化推广了秸秆机械化还田, 对提
高土壤肥力具有重要意义。河北省栾城县 1979年综
合考察结果, 全县 0~20 cm 土壤有机质平均为 11.6
g·kg−1[22], 1989 年全县 0~20 cm 土壤有机质达到了
14.6 g·kg−1[23], 2006年栾城试验站多点土壤 0~20 cm
土壤有机质达到 17.1 g·kg−1。土壤有机质是土壤肥力
的一个重要指标, 土壤养分的储存和释放供应能力,
土壤缓冲性能, 土壤的结构状态, 土壤的水、肥、气、
热状况和其他一系列物理、化学、生物性质都与土
壤有机质含量有关[24]。土壤肥力的提高对获得粮食
高产和农业持续发展提供了保证。
在粮食产量得到大幅度增加的同时, 农田耗水
量并没有显著增加, 得益于节水技术的推广。农机
的推广实现了保护性耕作和小麦玉米全程秸秆全量
还田和覆盖, 起到了抑制土壤蒸发和保墒土壤的效
果; 灌溉制度方面 , 实行了调亏灌溉 , 大大减少了
灌溉次数和灌溉量; 灌溉方式方面, 低压管道和小
畦灌溉, 避免了大水漫灌和土垄沟的输水损失。
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