华北平原旱地不同熟制作物产量、效益和水分利用比较

针对华北平原地下水超采严重,通过研究雨养旱作条件下不同熟制的产量、投入产出和水分利用效率,探索华北平原缺水区雨养旱作条件下的节水种植制度,可为地下水超采提供技术支撑。以当地主栽种植模式冬小麦和夏玉米一年2熟种植和春玉米一年1熟种植为研究对象,通过大田试验对雨养旱作条件下冬小麦、夏玉米和春玉米3种作物构成的2种种植制度的产量、耗水、投入、产出进行分析。试验于2007—2013年在中国科学院栾城农业生态系统试验站进行,该站为华北平原高产农区的典型代表。试验共设2个处理,T1为冬小麦-夏玉米一年2熟制,T2为春玉米一年1熟制。T1中的冬小麦生育期为每年的10月中上旬至翌年的6月中旬,夏玉米为6月中下旬至10月上旬,冬小麦品种大部分年份为‘科农199’,夏玉米品种为‘郑单958’。T2中春玉米的生育期为每年的5月中下旬至当年的9月上中旬,品种为‘农大108’、‘浚单20’、‘郑单958’和‘先玉335’。试验区从2007年9月至2013年6月一直未灌溉,为雨养旱作条件。研究结果表明,雨养旱作条件下,冬小麦产量基本稳定;夏玉米和春玉米产量随年型不同波动较大,尤其是夏玉米产量受播种时土壤含水量的影响较大,很多年份由于干旱少雨,玉米出苗时间推迟,导致玉米产量大幅度降低。T1比T2虽然具有明显的产量优势,增产34.1%,但由于冬小麦生产投入较高,T1的净收益比T2低279.97元·hm-2。3种作物的生产投入中,农资和机械投入比例最大,劳动力投入占很小比例,农资投入中,化肥投入最高;3种作物的产投比分别为1.42、2.66和3.42,雨养旱作条件下冬小麦的产投比最低,春玉米最高。从作物的耗水结构分析,冬小麦生育期降雨较少,以消耗雨季储存于土壤中的土壤水分为主,春(夏)玉米生育期降雨较多以消耗降雨为主。目前,生产上正在自发地压缩冬小麦的种植面积,春玉米一年1熟种植面积迅速增加。因此,在保证区域粮食安全的条件下,通过调整农业种植结构可以控制水资源的过度开采,保证农业持续发展。     

不同种植制度与土下微膜覆盖的小麦玉米水分利用效果

针对华北平原北部水资源极度稀缺与小麦-玉米一年两熟生产水资源高耗的矛盾,在河北省平原代表性区域采用大田试验方法,在常规露地(-PM)和土下微膜覆盖(+PM)条件下设置冬小麦-夏玉米一年两熟(W-M)、冬小麦-夏玉米-春玉米两年三熟(W-M-M)2种种植制度,分析了不同种植模式的产量、水资源利用效果与土壤水分的时空变化动态。结果表明:土下微膜覆盖的冬小麦平均产量较露地降低3.9%~4.8%,夏玉米产量提高5.1%~6.0%,覆盖与露地的周年产量无显著差异;春玉米较夏玉米产量提高16.9%~24.6%,但两年三熟较一年两熟产量在2年周期内平均降低了13.4%。常规一年两熟平均年耗水量859.9mm,两年三熟周年比一年两熟平均减少耗水15.5%,因产量降低水分利用效率(WUE)未能显著提高;土下微膜覆盖可减少周年耗水200mm,WUE提高28.4%~36.0%,覆盖的节水效果冬小麦季好于夏玉米季,两年三熟下减少非生育期(上年夏玉米收获至翌年春玉米播种)耗水是节水的关键所在。常规露地条件下一年两熟农田水分亏损两年累计616.6~799.0mm,两年三熟比一年两熟可减少农田水分亏损38.6%~55.8%,覆盖比露地减少56.8%~73.5%,在年均降水560mm条件下土下微膜覆盖结合两年三熟基本可实现地下水和农田水分的平衡。土下微膜覆盖和减少熟制可有效平衡土体水分垂直分布、减少土壤表层水分损失。实施周年农田土下微膜覆盖结合小麦玉米两年三熟种植,是有效缓解华北水资源危机与稳定粮食生产的新型实践方法。     

华北高产粮区基于种植制度调整和水氮优化的节水效应

冬小麦/夏玉米一年两熟是华北平原粮食作物主要的种植方式。冬小麦生育期降水少,春季灌溉是保证其高产的必要措施。基于上述问题,在华北平原高产粮区设置田间试验,研究了调整种植制度和水氮优化等措施下的节水效应。结果表明,将一年两熟的冬小麦套种夏玉米调整为冬小麦直播夏玉米,并结合水氮优化等措施,能降低作物耗水15%,提高灌溉水利用效率52%～54%,而产量并没有下降;而将一年两熟调整为两年三熟和一年一熟,尽管能降低作物耗水24%～31%,且能提高灌溉水利用效率58%～172%,但产量却下降16%～27%。综上所述,该区将现行的一年两熟制中的套种调整为直播,并加以水氮优化等措施,是目前较为适宜的种植方式。考虑到该区水资源严重短缺的现实,两年三熟制可能是未来的种植趋势,但需要挖掘其产量潜力。     

华北平原水氮优化条件下不同种植制度的水分效应研究

以华北平原冬小麦夏玉米一年两熟制、冬小麦夏玉米春玉米两年三熟制和春玉米一年一熟制轮作体系为对象,研究了不同种植制度下作物的产量、根层土壤水分动态变化和水分利用效率。结果表明,不同种植制度对产量、耗水和水分利用方面影响显著。一年两熟制下作物的产量、耗水量和水分利用效率均显著高于两年三熟制和一年两熟制,但是降雨量仅能满足总耗水量的72.9%,仍需较多地下水补充灌溉。两年三熟制降雨量能够满足作物耗水量80.4%,产量、耗水量和水分利用效率较一年两熟制分别减少23.1%,12.0%和15.8%。一年一熟制降雨量能够满足作物耗水量的89.2%,产量、耗水量和水分利用效率较一年两熟制分别减少45.2%,27.3%和30.7%。一年两熟制和两年三熟制的各层土壤水分在两年内呈现波浪型变化趋势,一年一熟制各层变化趋势较为平缓。两年三熟制和一年两熟制有利于提高土壤蓄水量,减少灌溉量,进而减少对地下水资源的抽取。两年三熟制降雨量能够较好地满足作物耗水量,产量和水分利用效率介于其它两种种植制度之间,与其它两种种植制度相比;能够兼顾水资源的可持续利用和粮食安全。春玉米高产的适宜栽培措施有待于进一步研究。     

华北典型区域农田耗水与节水灌溉研究

本文总结了中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心围绕华北典型地区冬小麦-夏玉米一年两熟开展的节水灌溉研究。在位于华北中北部的中国科学院栾城农业生态系统试验站的定点试验结果显示,从1980年到2017年,在充分灌溉条件下冬小麦产量增加55.7%、夏玉米产量增加59.7%。冬小麦生育期耗水(ET)从400 mm增加到465 mm;玉米耗水年平均稳定在375 mm左右;年耗水量从777.0 mm增加到834.4 mm;满足冬小麦、夏玉米生育期耗水条件下,年灌溉需水量平均300 mm,必须减少灌溉用水和田间耗水,才能解决区域地下水超采问题。研究发现在限水灌溉条件下,冬小麦拔节期1次灌溉可显著促进作物营养生长和根系生长,利于后期土壤水分高效利用,在维持作物稳产基础上,比充分灌溉年节水165.2 mm。研究发现进一步利用小定额灌溉技术,通过增加灌水频率、缩减次灌水量,可增加有限水对作物的有效性,实现作物根系、土壤水分和养分在空间上的耦合,进一步提升有限灌溉对作物的增产作用。只考虑维持播种时良好土壤水分条件、生育期不进行灌溉的最小灌溉模式,与充分灌溉模式相比,产量减少28%,但可节约灌溉水69%,田间耗水减少43%,水分利用效率提高13%,年耗水量维持在560 mm左右。相对于减熟制节约灌溉水措施,冬小麦-夏玉米一年两季最小灌溉模式总产量高于两年3作5.5%~12.0%,年耗水量低于两年3作10%~13%,可显著消减减熟制带来的休闲期土壤蒸发损失。因此,实施冬小麦、夏玉米生育期节水灌溉,如最小灌溉、关键期灌溉,可大幅度降低灌水量和作物生育期耗水量,同时又能维持一定的生产能力,是华北实施地下水限采措施下应优先考虑的技术选择。     

耕作方式对华北冬小麦.夏玉米周年产量和水分利用的影响

在冬小麦季设置秸秆不还田翻耕(CT)、秸秆还田翻耕(CTS)、秸秆还田旋耕(RTS)和免耕秸秆覆盖(NTS)4种处理,研究耕作方式对华北小麦-玉米两熟区作物周年产量和水分利用的影响。结果表明:耕作方式对当季冬小麦产量和水分利用影响显著,对夏玉米产量和水分利用影响不大,但秸秆还田提高了夏玉米产量。RTS、CTS、CT 3个处理小麦季产量差异不显著,而NTS由于有效穗数不足,产量显著低于其他处理;与CT相比,NTS周年产量平均减产5.13%,RTS增产2.69%,CTS增产2.33%。耕作方式对当季小麦土壤水分含量影响大,而对后茬夏玉米土壤水分含量的影响较小。NTS提高了小麦季土壤水分含量,增加了土壤储水量,与CT相比,0~60 cm土壤储水量2010年和2011年分别增加39.07 mm和26.65 mm。从耗水构成来看,土壤水在冬小麦耗水中所占比例最大,其次为灌水和降水;而夏玉米耗水以降水为主,且降水中有一部分转化为土壤水储存起来。NTS提高了冬小麦季土壤储水量,降低了土壤水分的消耗,冬小麦季耗水最少。与CT相比,NTS小麦季平均节水22.40 mm,周年耗水量也以NTS最少;但NTS冬小麦产量降低导致其小麦季和周年水分利用效率均最低。从作物周年产量和水分利用的角度来看,如何提高免耕秸秆覆盖小麦季产量,进而提高周年产量,发挥其节水优势,是该耕作模式在华北地区冬小麦?夏玉米两熟区推广应用亟需解决的关键问题。     

品种和播期对华北春玉米产量及水分利用效率的影响

华北平原冬小麦夏玉米一年两作种植制度主要受水资源的约束,发展休耕轮作是实现该区域农业可持续发展的途径之一。春玉米高效生产是提升休耕轮作产能的关键因素,如何利用品种特性进行播期调整以适应区域生产特点提高产量是该区春玉米生产中面临的主要问题。为此,于2016年5—9月在中国科学院南皮生态农业试验站以5个玉米品种(‘华农887’、‘胡新338’、‘郑单958’、‘华农866’和‘联创1号’)为材料,比较分析了3个播期(5月1日、5月15日和5月30日)下春玉米生育时期、产量及产量要素、耗水和水分利用效率的变化情况,并结合气象因子分析探讨了春玉米产量及其构成要素与环境因子的关系。结果表明:随着播期推迟,不同春玉米品种的生育期总天数均呈显著减少趋势(P0.05),生育期总天数的减少主要是播种到抽雄天数减少所致。不同春玉米品种的生育期总天数也存在较大差异,在各播期处理下均相差5~7 d。在产量方面,5月1日和5月15日播种的5个玉米品种间平均产量没有显著差异,5月30日播种的平均产量显著高于前2个播期,其产量提升主要是百粒重增加所致。随着播期的推迟,春玉米的耗水量变化不大,水分利用效率呈增加趋势,这主要与降水的分布有关。通过气象因子分析,不同播期下百粒重与抽雄前后的积温和降水呈显著相关(P0.05)。综合产量、耗水和水分利用效率分析,在该区域推荐5月30日左右为春玉米的适宜播种日期,‘华农866’和‘华农887’是适宜该区生产的潜力品种。     

交替隔沟灌溉制度对制种玉米耗水规律和产量的影响

该文研究交替隔沟灌溉下不同灌溉制度对制种玉米耗水规律和产量的影响。以制种玉米"金西北22号"为供试材料,2014年在大田条件下采用垄植沟灌技术,设置7种灌溉制度:全生育期充分供水(CK)、仅苗期中度亏水(T1)、仅苗期重度亏水(T2)、仅穗期中度亏水(T3)、仅穗期重度亏水(T4)、仅花粒期中度亏水(T5)和仅花粒期重度亏水(T6),分析灌溉制度对玉米耗水强度、作物系数、籽粒产量和水分利用效率(wateruseefficiency,WUE)的影响。结果表明:CK下制种玉米生长期内的耗水量、平均作物系数和籽粒产量均最大,分别是494mm、0.86和6478kg/hm~2。与CK相比,任一亏水处理均降低制种玉米全生育期的平均耗水强度,且T6处理下全生育期的平均耗水强度较T5处理的相应值明显减少(P0.05);任一生育期亏水均降低该生育阶段的作物系数。T2、T3、T4、T5和T6处理的籽粒产量较CK明显降低,降幅分别是13.29%、15.48%、28.13%、14.06%和19.87%(P0.05);而T1处理的籽粒产量较CK差异不显著(P0.05),与此同时,T1处理下玉米的耗水量较CK下降20.44%,使其WUE最大(1.55 kg/m~3)、灌溉水WUE最大(2.54kg/m~3)。可见,交替隔沟灌溉下采用苗期中度亏水、其他生育期内充分供水的灌溉制度可明显提高制种玉米的水分利用效率,同时不显著降低产量。该研究结果对河西走廊地区制种玉米灌溉管理具有重要指导意义。     

兰州市北山无灌溉区植被恢复效益初步研究

在陇东半湿润易旱地区,通过大田试验,研究了限量补充灌溉及套作对冬小麦、玉米产量和水分利用效率(WUE)的影响,探讨了冬小麦套作玉米、单作冬小麦和单作玉米地土壤水分的时空动态及利用特性.结果表明,套作可显著提高冬小麦和玉米的产量和水分利用效率,套作耗水量较相应单作耗水量的加权平均增加了5.7%～7.3%,产量提高了52.8%～50.6%;限量补灌对套作和单作小麦的增产作用显著,对单作玉米的WUE也具有显著的提高作用,但对单作小麦和套作WUE的影响不显著;冬小麦套作玉米对水分利用的互补作用主要发生在冬小麦收获后,主要通过利用冬小麦带和深层水分提高利用效率,套作是既可提高旱农区当季降水利用率又可保留适宜底墒水平的高效种植模式.     

底墒差异对夏玉米耗水特性及产量的影响

该试验在中国科学院地理所禹城综合试验站进行，研究了底墒差异对夏玉米耗水特性及产量的影响。得出土壤体积含水率随深度的增加而逐渐趋向稳定，但底墒影响各层的水分含量和夏玉米的耗水深度。若夏玉米生育期间不进行补充灌溉且含水率小于27%时，夏玉米的主要供水层在60～90 cm范围内，冬小麦生育期间不灌水的夏玉米开始利用深层水，底墒相对充足的夏玉米利用的深度可达1.1 m土深。在冬小麦生育期间灌两水(120 mm)条件下，对夏玉米进行补充灌溉可显著提高产量，但在冬小麦生育期间灌一水(60 mm)条件下再进行补充灌溉，其增产作用不及充足的底墒水。冬小麦在抽穗和灌浆期灌溉120 mm，夏玉米生育期间灌水150 mm的处理夏玉米产量达7466.58 kg/hm²。冬小麦在拔节—抽穗—灌浆期灌溉，夏玉米整个生育期都不灌溉的处理水分利用效率(WUE)为33.34 kg/(hm²·mm)。     

华北平原不同种植制度对粮食作物氮素利用和土壤氮库的影响

冬小麦-夏玉米一年两熟是华北平原粮食作物的主要种植制度,存在氮肥利用率低、土壤氮素过量累积问题。为探索华北平原氮素高效利用的适宜种植制度,采用15N示踪技术,基于3 a田间定位试验,对一年两熟冬小麦-夏玉米的常规水氮和优化水氮、两年三熟冬小麦-夏玉米-春玉米与冬小麦-夏大豆-春玉米及一年一熟春玉米3种种植制度的作物产量、15N利用率、氮素去向和土壤氮库表观平衡进行研究。结果表明,两年三熟的冬小麦-夏玉米-春玉米产量为32 248.52 kg/hm2,分别比一年两熟和一年一熟提高22.16%和52.88%;15N利用率为33.36%,比一年一熟提高26.12%。3种植制度的氮肥去向最高为土壤残留,其次为作物吸收和损失,两年三熟冬小麦-夏玉米-春玉米的作物吸氮量最高为151.82 kg/hm2,土壤氮库表观盈余量为21.22 kg/hm2,显著低于其他种植制度。综合分析,冬小麦-夏玉米-春玉米两年三熟在稳产高产和提高氮素利用率上具有可持续的潜力,是华北平原未来较为理想的种植制度。     

冬小麦-夏玉米轮作产量与氮素利用最佳水氮配置

【目的】华北太行山前平原高产限水区冬小麦-夏玉米轮作体系中灌水施肥不合理的现象普遍存在,水资源浪费和农业面源污染严重。长期定位研究水氮配置对小麦玉米产量和氮素利用影响,可为该区优化水氮管理模式,充分发挥水氮协同增效作用提供依据。【方法】2006~2014年进行大田试验,采取裂区设计,灌水量为主区,施氮量为副区。小麦季灌水设春灌一次水(W1, 拔节水)和两次水(W2, 拔节水+开花水)两个处理; 玉米季在小麦灌一次水基础上设限水处理(WL),在两次水基础上设适水处理(WS),限水和适水的灌水次数根据降水年型而定。两种灌水条件均设置6个施氮水平,分别为0(N0)、 60(N60)、 120(N120)、 180(N180)、 240(N240)、 300(N300)kg/hm2。连续8年定位测定了小麦玉米产量、 植株吸氮量。【结果】小麦玉米产量和植株吸氮量年际间差异均较大,相对而言,W2(WS)产量和吸氮量的年际波动较小,一定程度上降低了不同年型气象因素的影响,达到稳产的效果。两种水分条件下N0 和N60处理的作物产量和吸氮量除个别年份外都显著低于其余施氮处理。本研究的产量水平下(冬小麦7000~9500 kg/hm2,夏玉米8500~11000 kg/hm2)小麦玉米产量与其吸氮量呈显著线性正相关。小麦玉米8年平均产量和吸氮量在一定施氮范围内均随施氮量的增加而显著增加,但施氮达到120 kg/hm2后产量不再显著增加,达到180 kg/hm2后吸氮量不再显著增加,同一施氮水平的作物产量和吸氮量都表现W2(WS)高于W1(WL)。两种水分条件下小麦玉米的氮肥偏生产力、 氮肥农学效率和氮素生产效率都随施氮量的增大而显著减小,但对同一施氮水平W2(WS)高于W1(WL)。冬小麦-夏玉米整个轮作体系氮肥累计表观利用率(一段时期内作物对肥料氮的累计吸收量与该时期施氮总量的比值)同样随施氮量的增加显著减小,一次水+限水条件下从N60+60的51.8%下降到N300+300的22.3%,两次水+适水从N60+60的57.4%下降到N300+300的24.6%。同一施氮水平的氮肥累计表观利用率两次水+适水都高于一次水+限水。【结论】冬小麦春灌两次水、 施用N 120 kg/hm2,夏玉米适水灌溉、 施N 120 kg/hm2的产量和吸氮量都达到最高水平,氮肥偏生产力、 农学效率、 累计表观利用率以及氮素生产效率也比较高,因此在一定时期内可作为当地小麦-玉米轮作体系适宜的水氮配置,周年产量可维持在16~19 t/hm2。     

华北典型区域土壤耕作方式对土壤特性和作物产量的影响

华北平原是我国重要的小麦玉米种植区,长期土壤旋耕免耕和秸秆全量还田带来耕层变浅、犁底层变厚和上移、土壤养分表聚等现象,通过耕作方式改变,解决上述问题对维持区域粮食生产有重要意义。试验以冬小麦-夏玉米轮作系统为研究对象,分别在代表华北平原高产区的栾城试验区和代表中低产区的南皮试验区进行,设置冬小麦播种前进行土壤深耕、深松、窄深松3种处理,以生产上常用的旋耕为对照。所有处理夏玉米季均采用土壤免耕播种,测定项目包括土壤容重、作物根系、作物产量和水分利用效率。结果表明,不同耕作方式对土壤特性和作物产量的影响具有区域差异。南皮试验区土壤深耕(松)显著地(P0.05)提高了作物产量,深耕、深松和窄深松处理的冬小麦产量比旋耕分别增加16.5%、19.3%和13.1%,夏玉米产量分别增加17.3%、16.2%和21.9%,周年产量分别增加16.9%、17.6%和17.8%;深耕、深松和窄深松处理间作物产量差异不显著。栾城试验区冬小麦、夏玉米产量和周年产量各处理之间差异不显著。土壤深耕、深松、窄深松和旋耕均能降低0～20 cm土层土壤紧实度和土壤容重。冬小麦播种后,与土壤耕作前比较,土壤深耕、深松和旋耕处理土壤紧实度南皮试验区分别平均降低71.6%和68.2%,栾城试验区分别降低88.8%和?7.7%,常用的旋耕模式在栾城试区没有降低土壤紧实度。小麦收获时不同耕作方式0～40cm土层的土壤容重均低于土壤耕作前的土壤容重,至夏玉米收获时不同耕作处理的土壤容重与耕作前基本一致,不同耕作处理对土壤容重的影响差异不显著。在南皮试验区, 3种耕作方式与旋耕相比,均显著提高了冬小麦和夏玉米水分利用效率;在栾城试验区,各处理冬小麦和夏玉米水分利用效率差异不显著。本研究结果显示在华北平原高产区连续实施土壤旋耕模式没有影响作物产量,而在中低产区实施土壤深耕或者深松模式更利于作物产量提高。     

不同施肥措施对沿淮区麦-玉周年产量及氮素利用的影响

沿淮砂姜黑土区,设置5种施肥措施(常规施肥、推荐施肥、推荐施肥+秸秆粉碎全量还田,推荐施肥+控失肥,推荐施肥+粉煤灰),探讨其对麦-玉轮作周年产量及氮素吸收与利用的影响。结果表明,麦-玉轮作周年产量以推荐施肥+秸秆粉碎全量还田处理最高(12921kg/hm2),推荐施肥+粉煤灰处理次之(12365kg/hm2),较常规施肥处理分别增产12.5%、7.7%。冬小麦季:籽粒产量、氮素累积量(NAA)、氮肥利用率(NUE)、氮素吸收效率(NUPE)均以推荐施肥+粉煤灰处理较高,分别为6134 kg/hm2、180.0 kg/hm2、42.1%、0.80 kg/kg;夏玉米季:籽粒产量、NAA、NUE、NUPE则以推荐施肥+秸秆粉碎全量还田处理较高,分别为6971 kg/hm2、176.5 kg/hm2、38.3%、0.65 kg/kg。本试验条件下,推荐施肥+粉煤灰处理对提高沿淮砂姜黑土区麦-玉轮作周年产量、麦-玉氮肥利用率及氮素吸收效率较好,而长期而言,推荐施肥+秸秆粉碎全量还田处理更适。     

基于DNDC模型的冬小麦?夏玉米农田滴灌施肥优化措施研究

【目的】滴灌施肥是一种具有节水、节肥等优点的水肥一体化田间管理措施,然而其对N₂O排放和经济效益的影响仍存在不确定性。针对我国重要的粮食生产方式—冬小麦?夏玉米轮作,优化设计适宜的滴灌施肥管理制度,对于提高水肥资源利用效率,减少环境污染,提高经济效益具有重大的实际意义。 【方法】在山东桓台冬小麦?夏玉米典型农田上设置试验,进行不同灌溉系数和不同施氮量处理对农田土壤N₂O排放和作物产量影响的研究。根据田间实测数据对DNDC模型进行校正和验证,利用验证后的模型定量评估滴灌施肥对N₂O排放的影响,综合考虑作物产量和N₂O减排效果和经济效益,最终提出华北平原冬小麦?夏玉米体系的优化滴灌施肥措施。 【结果】DNDC模型具备模拟滴灌施肥一体化管理措施下冬小麦、夏玉米生长情况和产量的能力,模型校正后能较好地模拟滴灌施肥条件下冬小麦/夏玉米农田土壤N₂O排放特征。在田间试验筛选出的最佳滴灌量和施氮量的基础上设置不同的滴灌量、施氮量以及玉米季施氮次数、施氮时间模拟情景,经过模型情景模拟最终筛选出的最优滴灌施肥措施是冬小麦季分4次滴灌施肥,滴灌量130 mm,随水施N 189 kg/hm2,夏玉米避开雨季分4次滴灌施肥,滴灌量19 mm,随水施N 231 kg/hm2。该模型模拟出的最优措施能够在不影响作物产量的基础上比田间试验筛选出的最佳滴灌和施氮量处理减少16%的N₂O排放。 【结论】与当地习惯漫灌撒肥措施相比,优化后的滴灌施肥管理全年共节水58.6%、减氮30.0%、减少50% N₂O排放,同时净收益增加了1336.41元/hm2,增加投资部分的收益率为230.34%,远大于部分预算法中100%的新技术采用标准。研究结果可为滴灌施肥技术在华北农田推广应用提供实际参考。     

Taxonomic and functional diversity of the soil microbiome recruited from alternative crops in a rotation system

Intensive cropping is considered to contribute to negative effects both on soil physiochemical properties and on long-term grain yield, which can be alleviated by appropriate crop rotations. The soil microbial community can vary with different crop rotations, which in turn affect soil quality and grain yield. Therefore, it is of great significance to elucidate the response of the soil microbial community to crop rotation. In this study, the structural and functional changes of microbial community in different crop rotations were analyzed using high-throughput sequencing and metagenomics analysis in a field experiment. The continuous winter wheat-summer maize cropping system was the control, and three crop rotations were established in October 2016 as follows: (1) spring peanut→winter wheat-summer maize, (2) winter wheat-summer peanut→winter wheat-summer maize and (3) spring sweet potato→winter wheat-summer maize. Soil samples were collected in September 2021 for soil microbial assessment. The results showed that the relative abundance of Actinobacteriota in the soil of spring sweet potato→winter wheat-summer maize was significantly higher (15.2%) than that in the control. The relative abundance of Ascomycota was significantly higher (19.8%–23.2%) in the soil following crop rotation compared with the control. Compared with the control, spring peanut→winter wheat-summer maize enriched energy metabolism genes, and spring sweet potato→winter wheat-summer maize reduced the genes related to plant–pathogen interaction. Compared with the control, crop rotation significantly decreased the relative abundance of the inorganic phosphorus solubilization gene (gcd) and the phosphorus transport gene (upgE) and increased the abundance of organic phosphorus mineralization genes (phoA and phyA). Based on these results, we concluded that the composition of the soil microbial community and functional genes can be altered by crop rotation, and spring peanut→winter wheat-summer maize and spring sweet potato→winter wheat-summer maize had more significant effects. This study provided a reference for the selection of crop rotations in the North China Plain based on the soil microbial community and its function.     

华北平原农田水、氮优化管理

以华北平原为研究区域，根据第二次全国土壤普查资料，应用地理信息系统的方法 (ARC/INFO)，得出了以72个典型土壤剖面为代表的华北平原土壤类型分布的概化图。在区域农田土壤水、氮素行为的模拟计算的基础上，以水、氮补充量为决策变量，以作物产量、1 m土体氮素淋洗量、水分利用效率和氮素利用效率为目标，建立多目标混合最优化模型，采用线性加选择法优选水氮处理。通过模型计算，获得了研究区域内六类主要质地、不同降雨年型、冬小麦-夏玉米轮作条件的较优水氮处理。