本书以旱区小麦（冬小麦和春小麦）为研究对象，采用野外大田与室内实验、理论分析与模型模拟等方法，在分析小麦生长特征、需水规律与光合特征基础上，系统研究了水分利用效率、耗水量和产量相关性以及水分利用效率影响因素，阐明了不同水肥调控和不同覆盖下小麦水分消耗与生长特征相互作用，优化了小麦田间水分利用管理模式，确定了最佳灌溉制度和水肥投入范围，建立了最优种植模式。为旱区小麦优化种植提供了强有力的理论支撑和技术指导。
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我国是一个人口大国，保障粮食安全是实现社会经济可持续发展的基础。西北地区土地面积大，光热资源丰富，是我国重要粮食产地。但水资源短缺严重制约农业发展，发展节水农业是缓解水资源供需矛盾的重要内容。近年来，黄土高原旱作塬区年平均气温逐渐升高，干旱出现的次数增多、程度增大，且干旱发生时肥料利用率也随之降低，致使作物产量在水肥共同制约下波动较大。在黄土高原旱作塬区实施补充灌溉，是农业稳产高效的主要措施。但由于可用于灌溉的水资源数量有限，在现有水分条件下，通过合理施肥，充分发挥肥料和水分的功效，对于提高农业生产的经济效益和生态效益，保证半干旱区农业的可持续发展具有重要意义。
甘肃省是我国重要的商品粮基地，小麦是该地区仅次于玉米的主要粮食作物。甘肃省土地面积大，但水资源严重短缺，荒漠绿洲灌溉农业成为该地区有别于其他湿润、半湿润地区农业的一大特色。但近几十年来，由于该地区绿洲面积不断扩大，人类的生活用水、生产用水和农业用水量等不断加大，特别是黑河中游地区灌溉农业的大力发展，导致该地区湖泊干涸，地下水位下降，夏季用水高峰期河道断流，沙漠化严重，生态环境日益恶化。实现黑河中游绿洲区农业水资源的高效利用，成为缓解该地区水资源供需矛盾的重要手段。
2006年开始，课题组在国家自然科学基金、中国科学院“百人计划”择优项目，以及国家“973计划”项目资助下，采取试验研究与理论分析、模拟模型相结合方法，在陕西省长武县、甘肃省张掖市等地围绕旱区小麦节水灌溉和水肥高效利用开展深入研究工作。研究系统分析了水分和养分对小麦光合特征的影响，阐明了不同灌溉方式下冬春小麦耗水特征和水分利用效率，以及水肥耦合与冬小麦生长和产量关系，明确了覆盖方式对春小麦生长和水分利用效率的影响，构建了小麦株高、叶面积指数和生物量增长数学模型，并对AquaCrop模型模拟分析春冬小麦生长和耗水过程适应性进行了评价，提出了黄土旱塬区冬小麦优化施肥管理模式。全书共8章，前言由王全九撰写；第1章、第3章和第4章由王全九、付秋萍、马莉、王翔翔撰写；第2章由王全九、沈新磊、马莉撰写；第5章由王全九、付秋萍、王翔翔撰写；第6章由王全九、马莉撰写；第7章由王全九、马莉、王翔翔、单鱼洋撰写；第8章由王全九、王翔翔撰写。全书由王全九、付秋萍和单鱼洋统稿，并由王全九最后审定。
目录
总序一
总序二
总序三
前言
第1章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 国内外相关研究现状 2
1.2.1 作物水分利用效率研究 2
1.2.2 作物需水和耗水特征研究 6
1.2.3 水肥耦合对作物生长及产量的影响研究 10
1.2.4 作物生长模型AquaCrop的应用 12
1.3 研究内容与试验方法 13
1.3.1 研究内容 13
1.3.2 试验方法 13
参考文献 21
第2章 春冬小麦叶片光合特征 28
2.1 春小麦叶片光合特征 28
2.1.1 春小麦光合作用日变化特征 28
2.1.2 春小麦全生育期内光合特征 31
2.1.3 春小麦光响应曲线 35
2.2 冬小麦叶片光合特征 37
2.2.1 水氮对冬小麦叶片相对叶绿素含量的影响 37
2.2.2 冬小麦叶片净光合速率变化特征分析 39
2.2.3 冬小麦叶片蒸腾速率变化特征 40
2.2.4 冬小麦叶片水分利用效率变化特征分析 41
2.2.5 冬小麦叶片气孔导度变化特征分析 42
2.2.6 冬小麦叶片气孔限制值变化特征分析 43
参考文献 44
第3章 春冬小麦生长特征 46
3.1 春小麦生长特征 46
3.1.1 春小麦株高变化特征 46
3.1.2 春小麦叶面积指数变化特征 46
3.1.3 春小麦地上生物量累积特征 48
3.1.4 春小麦地下生物量累积特征 48
3.1.5 春小麦籽粒产量及其构成因素相关性分析 49
3.2 春小麦生长数学模型 50
3.2.1 春小麦株高与时间关系 51
3.2.2 春小麦叶面积指数与时间关系 51
3.2.3 春小麦地上生物量与时间关系 52
3.2.4 春小麦株高与叶面积指数间Logistic模型 53
3.2.5 春小麦株高与地上生物量间Logistic模型 55
3.2.6 春小麦生长模型评估 56
3.3 冬小麦生长特征 59
3.3.1 冬小麦株高变化特征 59
3.3.2 冬小麦叶面积指数变化特征 60
3.3.3 冬小麦地上生物量变化特征 61
3.3.4 冬小麦产量和水分利用效率 61
3.4 冬小麦生长数学模型 62
3.4.1 冬小麦株高与有效积温关系 62
3.4.2 叶面积指数与有效积温关系 63
3.4.3 冬小麦地上生物量与有效积温关系 63
3.4.4 参数标准化分析 64
3.4.5 耗水量与冬小麦作物生长特征指标最大值关系 65
3.4.6 冬小麦株高与叶面积指数关系 66
3.4.7 冬小麦株高与地上生物量关系 66
3.4.8 冬小麦生长模型评估 66
参考文献 68
第4章 春冬小麦耗水特征和水分利用效率 69
4.1 春小麦耗水特征 69
4.1.1 春小麦全生育期土壤含水量变化特征 69
4.1.2 春小麦不同生育阶段耗水特征 70
4.1.3 春小麦全生育期耗水量与水分利用效率 71
4.1.4 春小麦土面蒸发特征分析 72
4.1.5 春小麦耗水量、水分利用效率与产量间关系 73
4.2 冬小麦耗水特征与水分利用效率 74
4.2.1 冬小麦收获期土壤剖面水分分布特征 74
4.2.2 冬小麦休闲期土壤剖面水分恢复 75
4.2.3 冬小麦生育期耗水量 78
4.2.4 冬小麦产量与水分利用效率关系 80
参考文献 81
第5章 冬小麦水肥耦合效应和土壤氮素分布 82
5.1 水肥耦合对冬小麦生长的影响 82
5.1.1 水肥耦合对株高的影响 82
5.1.2 水肥耦合对叶面积指数的影响 83
5.1.3 水肥耦合对地上生物量的影响 85
5.2 水肥耦合对冬小麦产量及产量构成的影响 86
5.2.1 水肥耦合对穗数的影响 86
5.2.2 水肥耦合对穗粒数的影响 86
5.2.3 水肥耦合对千粒重的影响 87
5.2.4 水肥耦合对产量的影响 88
5.3 水肥耦合麦田土壤硝态氮变化特征 88
5.3.1 土壤剖面硝态氮含量分布特征 89
5.3.2 生育期土壤剖面硝态氮累积量 92
5.3.3 硝态氮累积量变化趋势 93
5.3.4 最大产量下土壤硝态氮累积 94
5.4 冬小麦水肥利用率及水肥耦合优化区域 96
5.4.1 计算方法 96
5.4.2 水肥耦合条件下冬小麦产量效应 97
5.4.3 水肥耦合区域 100
参考文献 102
第6章 覆盖条件下春小麦生长和水分利用效率 104
6.1 覆盖条件下光合作用日变化特征 104
6.1.1 叶片温度变化特征 104
6.1.2 净光合速率变化特征 105
6.1.3 蒸腾速率变化特征 105
6.1.4 气孔导度变化特征 105
6.2 覆盖条件下春小麦生育期内光合特征 106
6.3 覆盖对春小麦水分利用效率的影响 109
6.3.1 覆盖对春小麦全生育期土壤温度变化影响 109
6.3.2 覆盖条件下春小麦灌浆期土壤温度的日变化 111
6.3.3 覆盖条件下表层土壤湿度变化特征 112
6.3.4 覆盖条件下叶片水分利用效率的影响因素主成分分析 113
6.3.5 覆盖条件下春小麦生育期土壤储水量动态变化特征 113
参考文献 115
第7章 春冬小麦生长与耗水过程的数值模拟 116
7.1 AquaCrop模型特点 116
7.2 春小麦生长与耗水过程的数值模拟 117
7.2.1 AquaCrop模型参数确定 117
7.2.2 AquaCrop模型准确性评价 119
7.2.3 春小麦生长与耗水过程的模拟分析 119
7.3 冬小麦生长与耗水过程的数值模拟 124
7.3.1 AquaCrop模型参数确定 124
7.3.2 AquaCrop模型参数率定 126
7.3.3 AquaCrop模型准确性评价指标 127
7.3.4 模型模拟准确性分析 128
7.4 冬小麦田间水分管理模式优化 132
7.4.1 降水年型划分 132
7.4.2 水分管理模式优化 132
参考文献 135
第8章 冬小麦氮肥利用效率与管理模式 137
8.1 冬小麦生长与氮肥利用效率分析 137
8.1.1 冬小麦地上生物量增长与产量分析 137
8.1.2 氮肥利用效率分析 139
8.2 氮肥管理模式优选 140
8.2.1 土壤水分分布特征模拟分析 140
8.2.2 冠层增长模拟分析 141
8.2.3 地上生物量模拟分析 142
8.2.4 冬小麦产量模拟分析 142
8.2.5 氮肥管理模式优选 144
参考文献 145
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