黄淮海平原气候变化及对粮食产量影响研究综述

采用文献研究法对已有文献进行综述,明确黄淮海平原近60 a来关键气候要素的主要变化特征,梳理干旱天气对该地区两种主要作物(夏玉米和冬小麦)产量的影响。黄淮海平原气候总体上呈暖干化趋势;近年来干旱强度及频率增强减缓了粮食增产趋势,对北部粮食作物(夏玉米和冬小麦)产量的负面作用更为显著;在不同生长阶段,干旱天气对粮食产量的影响存在显著差异。以往研究聚焦于该地区单一气候要素变化特征及其对单一粮食作物产量的影响,尚缺乏对该地区气候变化与两类主要作物粮食生产之间关系的系统认知。未来研究应聚焦黄淮海平原极端气候对不同作物产量影响的机制,为提高黄淮海平原农业生产水平带来前瞻性指导。     

山西省典型粮食作物水分生态适应性研究

为探究山西省典型粮食作物水分供需及水分生态适应性特征，基于1980—2018年山西省28个国家气象站点的逐日气象资料，采用Penman-Monteith公式计算玉米、谷子和马铃薯3种粮食作物生育期内的水分供需情况，并在此基础上定量分析作物的水分亏缺及水分生态适应性特征。结果表明:1)3种作物的需水量与自然降水有较好的耦合度，但自然降水仍无法满足作物生长发育的需求，尤其是马铃薯，灌溉需水量高达248.96 mm，且在全省大部分地区高于玉米和谷子；2)晋南和晋东南地区马铃薯的水分亏缺指数最高，分别为0.85和0.78，其他地区表现为玉米最高，为0.76，谷子最低，为0.75；3)作物水分生态适应性指数由高到低表现为谷子(1.22)>玉米(1.07)>马铃薯(0.77)。谷子的灌溉需水量和水分亏缺指数最小且水分生态适应性最高，从水资源可持续利用角度分析，山西省应适当减少玉米的种植范围，适当增加谷子的播种面积，同时应控制严重缺水地区马铃薯的种植规模。     

气候变化对作物生产潜力的影响研究进展

作物生产潜力的研究对提高作物产量、评价地区粮食的生产能力和人口承载能力,以及为合理进行农业生产规划提供依据。气候变化（包括温度、降水、日照时数等）和极端天气（如干旱、洪涝和暴风雨等）已经对农业产生了深刻的影响。综述了目前国内外气候变化对作物生产潜力的影响的研究方法,以及气候变化对中国小麦、水稻、玉米等主要粮食作物的生产潜力的影响,分析了目前研究中存在的问题与展望,以期为提高中国主要粮食作物的生产潜力和适应气候变化提供理论依据。     

几种粮食作物的灌溉要点

我省大部分粮食作物实行旱作,而旱作地区往往“十年九旱”,满足不了作物对水分的需要,这是进一步挖掘粮食增产潜力的重大障碍。一些地区采取旱田灌溉措施,对粮食作物的产量和品质都有很大提高。     

石羊河流域气候变化及对作物生育期的影响

〗利用石羊河流域5个农业气象观测站1951—2009年气象资料和武威市作物（春小麦、玉米）生育期观测资料,采用线性对比分析、Mann-Kendall趋势检验和突变检验分析、Arcgis空间统计分析、Morlet小波分析、SPSS统计分析等方法,分析了该地区的气候变化特征,以及气候变化对作物（春小麦、玉米）生育期的影响。结果表明：近60年来石羊河流域不同地区的气温呈不同程度的上升趋势,月、季、年平均降水增量不同程度地增（减）,并且气候变化显著周期分别为：平均气温3～5 a,降雨量1～3 a。从气象因素对作物生育期的影响可以看出,降水是影响春小麦乳熟期长短的主要气象因素,而气温和降水与玉米关键生育期的相关性不显著。     

局部根区灌水和施氮对玉米导水率的影响

【目的】研究局部根区灌水和施氮对玉米根系、冠层水分传导的影响。【方法】以陕单9号玉米为试验材料,试验采取3种灌水方式,即常规灌水（CI）、固定1/2根系区域灌水（FPRI）和交替1/2根系区域灌水（APRI）。每种灌水方式设3种供水水平：充分灌水、轻度缺水、重度缺水。3个施氮水平：高氮（每千克土施0.3g纯氮)、中氮（每千克土施0.2 g纯氮)、低氮（每千克土施0.1 g纯氮),无肥对照。采用高压流速仪（high pressure flow meter,HPFM）测定不同水分、氮肥条件下盆栽玉米导水率。【结果】两种灌水方式下玉米导水率有极显著差异,交替灌水方式下玉米导水率大于固定灌水方式下玉米的导水率。土壤水分、氮素对玉米根系、冠层导水率的影响都达到了极显著水平。3个生育期相比较,玉米在拔节期具有较大的导水率。【结论】交替灌水方式较其他灌水方式更能促进根系的水分传导能力,有利于提高作物对水分的吸收和利用;随着土壤水分的增加玉米根系、冠层的导水率有明显的增加趋势;在土壤水分不变条件下施氮肥可以提高玉米根系、冠层的水分传导;在干旱半干旱地区,交替灌水方式具有明显的优越性。     

宁夏半湿润偏旱区农田水分运动及利用研究初报

通过长期定位试验,研究了宁夏半湿润偏旱区农田水分运动规律,主要作物农田水分盈亏状况,作物对农田水分的利用率,农田水分对作物生长发育的影响对降水资源的利用情况,认为宁夏半湿润偏旱地区春小麦水分入不敷出,干旱缺水与降水的季节性变化是该地区农业生产的主要限制因子,作物水分利用率低影响了降水生产潜力的发挥,因而开发本地区降水生产潜力是提高农业生产的关键。     

宁南半干旱区农田微集水种植技术效果研究

在半干旱偏旱地区采用微集水种植技术可使作物产量增加,水分利用 效率提高,特别是当季降雨的水分利用效率提高,而经济效益则在不同作物间存在较大差异。2年定位试验结果表明,生育期长、生产潜力大的作物产量增幅较大,且在产量增加的同时提高了农户的经济收益;5种作物产量增幅依次为玉米＞谷子＞小麦＞豌豆＞糜子,玉米为首选种植的作物,糜子、豌豆则不宜采用该方法种植。     

冀中南高产冬小麦田水分高效循环及利用技术推广研究

[目的]实现水分资源高效循环利用。[方法]总结了高产冬小麦田水分高效循环及利用技术的主要内容,以及项目推广措施和实施产生的社会、经济、生态效益。[结果]该技术实现了经济效益与生态效益、农田节水与小麦高产相统一,增加土壤水用量,明显提高水分利用率。[结论]该研究为冀中南地区粮食作物节水生产技术推广提供借鉴。     

河北低平原适水粮饲模式构建及综合效益评价

为推进“粮改饲”进程与发展节水农业,构建适水型种植制度,本研究以水资源短缺的河北沧州为研究对象,聚焦饲草作物和粮食作物,首先利用作物需水模型SIMETAW系统量化1961—2020年沧州地区6种主要饲草作物（夏播高粱、青贮玉米、饲用燕麦、饲用谷子、粮食作物冬小麦和夏玉米）的需水量及灌溉需水量,对比分析各作物需水量的时间变化规律及作物间差异,评估作物需水量的主要气象影响因素;后采用ROTAT模型建立了5种多样化粮-饲及饲-饲轮作制度,基于Entropy-TOPSIS对不同轮作模式的等价产量、生物量、经济效益、蛋白产出、生育期及周年需水量与降水耦合度进行综合评价。结果表明：1）这6种作物的年均生育期需水量表现为冬小麦 （463.5 mm）>夏玉米（366.2 mm）>夏播高粱（354.6 mm）>饲用燕麦（351.7 mm）>青贮玉米（341.8 mm）>饲用谷子（322.4 mm）。2）各作物年均生育期灌溉量表现为冬小麦>饲用燕麦>谷子、夏玉米、夏播高粱。青贮玉米生育期灌溉需水量最低为106.7 mm。3）近60年来各作物需水量呈下降趋势,主要由太阳辐射、风速的下降导致。4）相比传统麦玉模式,饲用燕麦基的一年两熟模式生育期需水量降低14.9%~18.8%、灌溉需水量降低15.1%~19.2%。5）饲用燕麦基的饲草模式（饲用燕麦-青贮玉米（0.73）、饲用燕麦-饲用谷子（0.63）、饲用燕麦-夏播高粱（0.54））的综合评价指数均明显高于冬小麦-夏玉米（0.32）和冬小麦-夏播高粱（0.37）模式。因此,本研究建议在兼顾粮食生产的同时,适当发展饲-饲模式,对当地水资源的可持续利用及产能有重要意义。     

塿土旱作区施肥对小麦产量和水分利用效率的影响

研究了黄土高原南部塿土旱作区施肥对小麦产量和水分利用效率的影响。结量表明,合理增施肥料能显著提高冬小麦产量和水分利用效率,最高施肥量分别提高了1611kg/hm~2和0.235kg/mm水分。施肥量增加使小麦叶片水势有所降低,0～200cm土层贮水量呈发育前期升高而后期下降的趋势,改善了小麦植株自身调节和保持水分的能力,提高了产量和水分利用效率。     

Improving water use efficiency in grain production of winter wheat and summer maize in the North China Plain: a review

Reducing irrigation water use by improving water use efficiency (WUE) in grain production is critical for the development of sustainable agriculture in the North China Plain (NCP). This article summarizes the research progresses in WUE improvement carried out at the Luancheng station located in the Northern part of NCP for the past three decades. Progresses in four aspects of yield and WUE improvement are presented, including yield and WUE improvement associated with cultivar selection, irrigation management for improving yield and WUE under limited water supply, managing root system for efficient soil water use and reducing soil evaporation by straw mulch. The results showed that annual average increase of 0.014 kg·m^-3 for winter wheat and 0.02 kg·m^-3 in WUE were observed for the past three decades, and this increase was largely associated with the improvement in harvest index related to cultivar renewal and an increase in chemical fertilizer use and soil fertility. The results also indicated that deficit irrigation for winter wheat could significantly reduce the irrigation water use, whereas the seasonal yield showed a smaller reduction rate and WUE was significantly improved. Straw mulching of summer maize using the straw from winter wheat could reduce seasonal soil evaporation by 30–40 mm. With new cultivars and improved management practices it was possible to further increase grain production without much increase in water use. Future strategies to further improve WUE are also discussed.     

土壤贮水与旱地作物产量关系的模拟研究

采用人工控制土壤贮水量,研究作物产量与土壤贮水量关系的结果表明:对土壤深层贮水的利用能力油菜最强,小麦、豌豆次之,谷子最差;获得一定籽粒产量的最低土壤水分临界值约为:小麦160mm,豌豆150mm,谷子和油菜300mm;土壤水分超过临界值后,增加水分作物产量大幅度提高;但当水分增加到一定量,豌豆约300mm、小麦400mm、谷子500mm、油菜650mm时,产量则渐趋于稳定;土壤水分生产效率每毫米水最高生产小麦1.18kg,谷子0.78kg,豌豆0.69kg,油菜0.69kg。     

冬小麦水氮有效利用的研究

本文针对作物高产、高效和节约水肥资源的目的，研究了不同土壤水和氧水平下的小麦冠、根生长状况、籽粒产量、蒸散、N素吸收状况以及水分利用效率（WUE）和小麦氮索利用效率（NUEw）。结果表明，当相对含水量为75％～85％，施N量较高情况下，可以使小麦冠、根发育良好，使蒸散与吸N量提高，从而增加籽粒产量，提高WUE，并使NUEw达适中水平。文中也强调了单纯追求籽粒高产（高产，低效）或高效（低产高效）的不可取性。     

生产条件下谷子品种盐碱耐性的差异及综合评价

【目的】明确生产条件下不同谷子品种的耐盐碱性差异,确定谷子大田耐盐碱性鉴定方法和指标。【方法】 以华北夏谷区主推的8个谷子新品种为材料,设置东营滨海盐碱地条件和济南试验地正常条件处理,进行谷子大田耐盐碱性研究。【结果】 在盐碱地和对照正常条件下,参试谷子品种产量均表现出显著差异,变异系数分别为39.1%和13.0%。与对照相比,盐碱地条件下,各品种产量均显著降低,产量盐害率变幅为20.7%—63.4%,变异系数为48.4%;盐碱地条件下,所有品种单穗重、单穗粒重、千粒重、出谷率、株高、SPAD、地上部同化物质积累量和收获指数均降低;盐碱地花前同化物质的转运量提高,平均增幅为34.4%,花后同化物质的积累量降低,平均降幅为42.7%。产量盐害率与单穗重（R=-0.937）、单穗粒重（R=-0.933）、干物质重（R=-0.895）、花前同化物质转运量（R=-0.935）、花前同化物质转运率（R=-0.880）、花前转运同化物质对籽粒贡献率（R=-0.859）、花后同化物质积累量（R=-0.909）和开花期地上部含水量（R=-0.834）均呈显著负相关,与花后同化物质积累量对籽粒贡献率（R=0.859）呈极显著正相关,而与出谷率和千粒重间无显著相关性。通过主成分分析,确定了单穗重、单穗粒重、干物质重和地上部含水量可以作为耐盐碱性鉴定指标,且通过主成分分析和隶属函数进行了谷子耐盐碱性的综合评价,济谷22和济谷21的综合得分值最高。【结论】 在盐碱地条件下,不同谷子品种存在耐盐碱性差异,单穗重、单穗粒重、干物质重和地上部含水量可以作为大田耐盐碱性的鉴定指标,济谷22和济谷21为耐盐碱性品种;在盐碱地条件下,不同谷子品种花前同化物质的转运量提高,且花前转运同化物质对籽粒的贡献率和开花期地上部含水量均与盐害率呈显著负相关,因此,提高开花期地上部各器官的含水量和花前转运同化物对籽粒的贡献率是提高盐碱地条件下谷子产量的重要手段。     

肥料对提高山旱地小麦水分利用率的研究

临汾东西两山旱地麦区，土壤瘠薄，小麦对自然降水利用率很低。１９９２～１９９４年增施肥料、培肥地力试验结果表明，亩施５０ｋｇ有机肥，小麦水分利用率可提高０．００３８ｋｇ／亩·ｍｍ；亩施纯氮、纯磷各１ｋｇ，小麦水分利用率分别提高０．００７８和０．０１１ｋｇ／亩·ｍｍ。     

高产小麦土、肥、水综合效应及其技术指标的研究

作者在控水、控肥、控土的条件下，通过试验建立小麦产量依土壤肥力、施磷量、施钾量、施氮总量、供水总量而变化的数学模型，分析模型指出：高产麦田土肥水措施应以培肥地力、稳定氮肥用量、增施钾磷肥和满足供水为重点，并提出实现亩产６００ｋｇ的土肥水技术指标为：土壤有机质含量１．１６６％～１．２１７％，全Ｎ０．０７５５％～０．０８０％，碱解Ｎ１００．４１～１０７．８５ｐｐｍ，速效Ｐ＿２Ｏ＿５６８．９４～７３．７７ｐｐｍ，速效Ｋ＿２Ｏ９２．５２～９５．２６ｐｐｍ，要求养分供应总量Ｎ为３２．０６ｋｇ／ｍｕ，Ｐ＿２Ｏ＿５为２１．５ｋｇ／ｍｕ，Ｋ＿２Ｏ为３５．１２ｋｇ／ｍｕ，供水总量为６００ｍｍ，水分生产效率１ｋｇ／ｍｍ．ｍｕ。     

不同降雨年型旱地冬小麦水分利用及产量对施氮量的响应

【目的】降雨和施氮是影响渭北旱塬冬小麦生产的主要因素,降雨年际变幅大对其影响更大,因此小麦增产效应受降雨年型显著影响。分析不同降雨年型下施氮量对旱地麦田水分利用、籽粒产量和蛋白质含量的影响,能够为实现渭北旱地冬小麦 “因雨施氮”和稳产优质提供理论依据。【方法】于2017—2020年连续3年在陕西合阳县开展田间定位施氮试验,以晋麦47为试验材料,设置5个施氮量处理0、60、120、180、240 kg·hm^-2（分别以N₀、N₆₀、N₁₂₀、N₁₈₀、N₂₄₀表示）,研究不同降雨年型施氮量对冬小麦生育期0—200 cm土层水分变化动态、水分利用效率、产量构成及蛋白质含量的影响。【结果】降雨年型和施氮对冬小麦播前底墒及生育期土壤含水量、耗水量、水分利用效率、籽粒产量和蛋白质含量影响显著。（1）休闲期降雨与播前底墒呈线性相关,每增加1 mm夏季降雨,底墒增加0.9 mm。在丰水年和平水年休闲期降雨充足,前季小麦增加施氮量对下季小麦播前底墒无显著影响;在欠水年休闲期降雨较少,前季小麦每增施氮100 kg·hm^-2,下季小麦播前底墒减少15.4 mm。丰水年较欠水年和平水年均能提高冬小麦生育期0—200 cm土层土壤含水量,因而分别增加生育期耗水量35.7%和6.6%。全生育期0—120 cm土层土壤含水量受降雨和冬小麦生长发育影响波动较大,但160—200 cm 深层土壤含水量相对稳定。丰水年的水分利用效率较欠水年和平水年分别提高55.7%和26.5%,籽粒产量分别提高112.3%和39.1%,蛋白质含量分别降低8.3%和5.2%。（2）与N₀处理相比,丰水年、欠水年和平水年施氮均降低各生育时期0—200 cm土层土壤含水量,分别提高生育期耗水量4.6%—14.6%、6.0%—8.6%、2.2%—9.5%,分别增加水分利用效率20.7%—39.8%、4.7%—33.3%、13.1%—35.4%,分别增产7.1%—28.1%、1.5%—34.1%、8.5%—28.9%,分别提高蛋白质含量5.6%—10.4%、10.1%—17.7%、8.5%—15.6%。（3）施氮量和籽粒产量、蛋白质产量均符合二次曲线关系,拟合方程表明,丰水年、欠水年和平水年满足旱地冬小麦稳产优质的最适施氮量范围分别为189—202、116—124和161—174 kg·hm^-2。【结论】综合来看,丰水年、欠水年和平水年的最佳施氮量分别为189—202、116—124和161—174 kg·hm^-2,并可采取“播前底墒确定基施氮肥量+播种至拔节期降雨确定追施氮肥量”的“因雨施氮”管理模式,既能满足旱地冬小麦稳产优质,也可保证水分高效利用。     

免耕覆盖下土壤水分、团聚体稳定性及其有机碳分布对小麦产量的协同效应

【目的】基于山西运城8年（2008—2015）长期定位试验,研究免耕覆盖下土壤团聚体稳定性、团聚体活性有机碳分布特征、冬小麦水分利用效率和产量变化特征,分析土壤水分、土壤团聚体稳定性及其有机碳组分对小麦籽粒产量的协同关系,为选择适宜黄土高原旱作农业区最佳耕作模式提供理论依据。【方法】选取传统耕作秸秆翻耕还田（CT-SP）和免耕秸秆覆盖还田（NT-SM）两种耕作措施,在冬小麦收获期,利用干筛法测定土壤团聚体各粒级质量分数;测定各粒级土壤团聚体有机碳（SOC）及活性有机碳（可溶性有机碳,DOC;易氧化有机碳,EOC;微生物量碳,MBC）含量;测定土壤水分（土壤体积含水量,θ_v;播种前贮水量,SB;收获后贮水量,SA;生育期耗水量,ET;降水利用效率,PUE;水分利用效率,WUE）和作物产量等关键指标。【结果】（1）与CT-SP处理相比,NT-SM处理显著提高0.25—2 mm团聚体含量、>0.25 mm 团聚体含量（R_0.25）和几何平均直径（GMD）,分别提升13.9%、8.8%和9.6%。（2）与CT-SP处理相比,NT-SM处理中全土SOC、>2 mm和0.25—2 mm粒级团聚体SOC与MBC含量分别提升17.7%与23.6%、18.4%与18.2%和22.4%与39.2%。0.25—2 mm粒级团聚体对SOC和MBC的贡献率,分别提升18.4%和28.4%。（3）与CT-SP处理相比,NT-SM处理提高了SA、PUE、WUE和小麦产量,分别提升17.7%、8.92%、14.98%和8.92%,并且SOC、WUE、R_0.25、MWD和GMD等指标与小麦产量相关系数均达到0.9以上。（4）通过结构方程模型分析发现,土壤团聚体DOC和EOC通过协同效应影响MBC的变化,MBC含量对SOC的总效应为0.88,是影响SOC变化的主导因子。（5）土壤贮水量、土壤团聚体稳定性及其有机碳分布协同影响小麦产量,并且土壤团聚体稳定性对小麦产量表现为极显著正效应。【结论】在黄土高原旱作农业区,免耕秸秆覆盖还田可改善土壤团聚体结构,增加土壤水分含量,提高小麦水分利用效率,显著增加耕层土壤有机碳和活性有机碳组分含量,从而实现土壤固碳保墒和作物增产的协同效应。     

不同肥力下生育后期干旱对冬小麦产量及水分利用效率的影响

采用防雨棚下池栽试验,研究了不同肥力下冬小麦生育后期水分亏缺对冬小麦产量及水分利用效率的影响.结果表明,冬小麦干物质积累量、千粒重、穗数、穗粒数、产量均随土壤肥力和含水量的提高而呈增加的趋势,且与全生育期充分灌溉相比,各干旱胁迫处理的干物质积累量、千粒重、穗数、穗粒数、产量的降幅均随土壤肥力的提高而减小,其中土壤水分含...