气候变化背景下陇东塬区麦田土壤水分变化及生产特征研究

董志塬20世纪90年代以来增温最为显著,年增温线性趋势0.099 5℃/a,其中春季、冬季、夏季、秋季增温幅度和显著性依次减弱.年降水量以V抛物线形式变化,90年代中后期为明显的枯水期,以春季和秋季降水减少最为显著,1998年以来春季降水量以准2 a为周期,丰水年和枯水年交替出现.由于增温和降水量减少的共同影响,冬小麦春季重要生长阶段麦田土壤水分含量呈现出逐年减少,春旱逐年加重的趋势.早春耕作层土壤水分逐年减少的一致性比较好,春末夏初2 m土层含水量逐年减少的一致性比较好,其余时段土壤水分年际变化和降水量年际变化基本一致.尽管麦田不同时段土壤水分年际变化不同,但不同年型麦田土壤水分年内变化形式则基本一致,即以V抛物线形式显著变化,冬小麦成熟期的6月份土壤含水量降至最低,伏秋收墒期含水量又逐步回升,其中1998和1999年为特殊年型,土壤水分年内变化线性趋势明显.气候变化特征影响土壤水分盈亏,土壤水分盈亏又决定农业生产年景.分析显示,土壤水分盈亏基本与产量水平一致,水分年型基本与农业生产年景一致.     

西峰黄土高原麦田土壤水分的垂直分布

利用西峰1989~2005年冬小麦生长期的土壤水分含量,分析了麦田土壤水分的旬月变化特征、垂直分布特征和土壤水分含量与降水量的关系,以及冬小麦生长期土壤总含水量与冬小麦产量间的关系。结果表明:西峰土壤水分含量具有明显的时间变化特征,8~11月与次年3~7月的实测土壤水分变化先增加再减少;垂直变化明显,0~40 cm为多变层,40~110为缓变层,110~200 cm为稳定层;垂直分布有明显的规律性,表现为旱季深层水分有向上传输的延迟,雨季水分有向下渗透的延迟;其年际变化振荡比较明显,呈多波动年际变化,冬小麦千粒重与生长期内土壤平均含水量呈正相关,相关系数为0.75,达到α=0.01置信度相关水平。     

人工毛竹林生态水文过程对气候变化的响应

为揭示生态水文过程与气候变化的关系,以广西猫儿山典型流域人工毛竹林为研究对象,利用Hydrus-1D模型模拟了毛竹林土壤水分及其他水文要素,在此基础上,针对设定的不同气候变化情景,分析了人工毛竹林对气候变化的响应。结果表明:Hydrus-1D模型可满足人工毛竹林生态水文分析,人工毛竹林蒸散发量占总降水量的28.40%,径流以基流为主。在不同气候变化情景下,气温升幅控制蒸发和蒸腾的增幅,且冬季增幅大于夏季增幅。径流对降水变化更敏感,降水变化会更多地影响夏季径流,而气温则更易影响冬季径流。降水对夏季土壤储水量影响大于冬季,气温则更多地影响冬季土壤储水量。气温降水耦合情况下,土壤储水量对降水减少气温升高时敏感性最明显,总体表现为冬季土壤储水量更易受影响。研究结果可为区域生态规划、水资源开发利用等提供参考依据。     

未来气候变化对重庆地区冬小麦产量的影响

分析重庆地区40 a来气候变化对冬小麦产量的影响,用WOFOST作物模型与BCC-T63气候模式相结合,定量化地估算未来50 a(2001-2050年)重庆地区冬小麦产量变化趋势。结果表明:在目前的品种和生产条件下,未来气候变化后重庆地区冬小麦的产量变化波动不是很大,减产幅度在2.0%~5.0%,平均减产3.0%。     

黄土高原旱塬区高产玉米田土壤干燥化与产量波动趋势模拟研究

为研究黄土高原旱作高产玉米田土壤干燥化与产量波动趋势,利用EPIC模型对黄土高原南部旱塬区玉米水分生产潜力和土壤水分动态进行中期(12a)和长期(30a)定量模拟研究。结果表明,在12a实时气象条件下的模拟时段内,旱塬地玉米水分生产潜力随降水量变化呈现波动性降低趋势,3m土层土壤有效含水量也表现为剧烈波动性和逐渐下降趋势,土壤干燥化趋势明显;在30a模拟气象条件下的模拟时段内,旱塬地玉米水分生产潜力呈现明显波动性轻微降低趋势,3m土层土壤有效含水量季节性和年际间波动性剧烈,从长时段看土壤有效含水量呈现略微上升趋势;在降水量减少幅度不显著的情况下,旱塬玉米地土壤干燥化现象只是一种短期过程,通常不会导致长期性土壤强烈干燥化现象发生,但玉米产量随降水量变化的波动性不可避免。     

宁南山区马铃薯连作田土壤水分变化规律及其对产量的影响

采用定位观测的方法,探讨了宁南山区马铃薯连作田土壤水分变化规律及其对产量的影响。试验结果表明,试验区内土壤贮水量的年际变化呈正抛物线形变化,春秋高,春末夏初达到谷值。土壤含水量的动态变化主要取决于全年降雨分配和蒸发的平衡过程,整个生育期土壤含水量变化在9.95%～21.6%之间。0—100cm层土壤贮水量与产量之间具有显著的相关性,土壤贮水量与马铃薯产量相关关系最显著的时期为发棵期和结薯期,此时也是马铃薯生长耗水的高峰期,在此期间0—100cm土壤贮水量每增加10mm,产量平均可增加135～270kg/hm2。     

区域气候变化对华东地区水稻产量的影响

为揭示区域气候变化对华东地区水稻产量的影响以及水稻产量波动的原因,采用功率谱和交叉小波变换方法分析了近59a来华东地区水稻产量、平均气温和降水量的时频变化特征以及水稻产量与区域气候变化之间的关系。结果表明：华东地区水稻产量和区域气候均存在年际和年代际尺度变化周期。气象产量与生育期平均气温以正相关关系为主,局部时域中也存在不同频率尺度的负相关;主要表现为2～3a、4～6a、10～14a和16a尺度的强凝聚性耦合振荡,两者年代际尺度显著相关具有阶段性而年际尺度显著相关具有时域局部化特征。气象产量与生育期降水量之间存在准2a、3～4a、8～10a和16a左右的显著共振周期,1985年以前的降水偏多期两者以负相关为主而1985年以后的降水偏少期则多为正相关关系,负相关耦合振荡的凝聚性明显大于正相关耦合振荡。华东地区水稻产量波动与区域气候变化关系密切,气候变暖对水稻产量的影响远大于降水量减少所产生的影响。气候异常导致气候灾害频发是华东地区水稻产量波动的主要原因。     

山东省气候变化及其对冬小麦-夏玉米产量的影响

利用1983—2015年山东省34个气象站点的气象数据,通过线性回归分析山东省1983—2015年气候变化特征;基于Matlab,Surfer绘制年平均气温、降水量及日照时数的小波系数实部等值线图进行气候周期变化的分析;利用HP滤波法提取农作物产量中的气候产量,并采用Lobell非线性回归模型和敏感性分析法探究了气候变化对山东省冬小麦、夏玉米单产的影响。结果表明:1983—2015年山东省年平均气温和降水整体呈现波动上升的趋势,日照时数呈现波动下降的趋势;气候变化的多时间尺度趋势分析显示,山东省气温在一定时间内仍将持续升高,降水量在经历短暂的增加之后将转入减少的阶段,日照时数会延续目前的下降趋势;1983—2015年山东省冬小麦、夏玉米单产及冬小麦—夏玉米周年单产呈明显的上升趋势,但气候产量波动较大;平均气温、降水量、日照时数增加对冬小麦单产有促进作用,降水量增加对冬小麦增产影响最显著,降水量每增加100 mm,冬小麦增产5.76%。夏玉米对平均气温、最低气温、日照时数的增加表现为负效应,最高气温和降水量的增加有利于夏玉米增产。冬小麦—夏玉米周年单产对最高气温、最低气温的响应表现为负效应,降水量的增加能够小幅提升周年单产。     

1981－2020年黄土旱塬区冬小麦田耗水组分特征及其影响

深入理解农田耗水组分特征对提高干旱地区作物产量和水资源利用效率具有重要意义。该研究利用1981－2020年西峰国家农业气象试验站冬小麦定位观测资料,分析黄土旱塬区冬小麦田耗水组分特征及年代际变化规律,并探究其对叶面积指数（Leaf Area Index,LAI）、干物质积累分配和转运、产量及水分利用效率（Water Use Efficiency,WUE）的影响。结果表明：近40年研究区冬小麦田全生育期耗水量平均为315 mm,生育期降水和休闲期土壤贮水消耗占比分别为69.4% 和30.6%,不同年代、不同生育阶段耗水组分存在差异,起身-开花期是休闲期土壤贮水消耗的主要时期;随着年代际推移,LAI、干物质量、产量及WUE均呈现增加趋势,其中LAI增加主要受年际降水的调控作用,且与耗水组分中生育期内降水增加密切相关,而近10年（2011－2020年）受生育期降水增加及抗旱高产品种影响,冬小麦干物质量、产量及WUE显著增加（P<0.05）。研究成果可为黄土高原旱作农业水资源高效利用提供参考。     

黄河首曲气候变化及其对黄河断流的影响

利用黄河首曲气候资料和黄河上游年径流量资料以及黄河下游断流资料,分析了黄河首曲气候变化特征,气候变化对径流量的影响,黄河首曲气候变化与黄河下游断流的关系。结果表明,黄河首曲大部分区域降水量年际变化呈下降趋势,降水量的年际变化存在2~4,6~7,10~11 a的年周期振荡特征。黄河首曲气温年际变化趋势呈上升趋势,增温速度均大于全国增温速度。1983年之前气温距平以偏冷为主,1984年之后持续偏暖。唐乃亥年径流量存在4~5,14~16 a的年际周期振荡变化。降水量年际波动曲线与径流量年际波动基本一致。1990—1999年属高温少雨时段,也是径流偏枯时期。黄河首曲降水量与同期黄河下游利津站断流天数曲线呈明显的反相位分布,黄河上游关键区、敏感区气候变化对黄河水资源的影响重大。     

抗旱冬小麦新品种晋麦105号选育报告

为了给山西省小麦生产提供抗旱、高产、优质小麦新品种,促进小麦更新换代,实现小麦持续增产稳产。以运旱20410为母本、运旱719为父本进行杂交,通过水旱交叉生态选择、多环境多点鉴定等手段,采用系谱法成功选育出了抗旱冬小麦新品种晋麦105号。2017 — 2019年参加山西省南部中熟冬麦区旱地组品种区域试验, 2 a 13点(次)平均折合产量为4 396.28 kg/hm2,较对照品种晋麦47号增产6.7%。2018 — 2019年度参加山西省南部中熟冬麦区旱地生产试验, 7个试点平均折合产量为4 158.77 kg/hm2,比对照品种晋麦47号增产6.1%。该品种株高73.6 cm,穗长6.8 cm,成穗数480.0万穗/hm2,穗粒数31.0粒,千粒重38.5g;中感条锈病,中感叶锈病,中感白粉病。适宜在山西省南部麦区旱地、黄淮旱地麦区、陕西渭北旱塬麦区及同类生态类似区种植。     

基于播前土壤储水的旱地冬小麦抗旱性研究

在不同播前土壤储水条件下,应用抗旱指数法、隶属函数法、模糊综合评判法研究了14个不同生态类型旱地冬小麦品种的抗旱性。结果表明,随着播前土壤储水的增加,旱地冬小麦产量和水分利用效率显著提高,相同土壤储水条件下品种之间产量与水分利用效率差异显著,不同生态型冬小麦对播前土壤储水的反应明显不同。抗旱指数法、隶属函数法、模糊综合评判法均能较好地评价旱地冬小麦的抗旱性,其评价结果基本一致。不同地区参试品种抗旱性表现为:甘肃陇东>山西地区>北京地区>渭北旱塬>黄淮地区。     

平水年和欠水年渭北旱地冬小麦临界氮浓度稀释曲线构建

降雨波动大和过量施氮是限制渭北旱地冬小麦生产中氮肥高效利用和高产稳产的主要因子。该研究旨在构建2种降雨年型下冬小麦临界氮浓度稀释曲线,分析氮营养指数诊断冬小麦氮素营养状况的可行性,为考虑降雨条件下旱地冬小麦精准施氮提供理论依据。于2017—2021年在陕西合阳县开展4 a定位施氮试验,以晋麦47为试验材料,设置0、60、120、180、240 kg/hm² 5个施氮水平,其中2017—2018年和2020—2021年为平水年,2018—2019和2019—2020年为欠水年。研究2种降雨年型下施氮量对冬小麦氮素利用、产量及产量构成因素的影响,基于2种降雨年型下地上部生物量与植株氮浓度之间的关系,构建临界氮浓度稀释曲线模型和氮营养指数(nitrogen nutrition index,NNI)优化施肥方案。结果表明:1)施氮量、降雨年型及其二者互作效应对穗数、千粒质量、产量影响显著或极显著。2)2种降雨年型下冬小麦临界植株氮浓度和地上部生物量均符合幂函数关系,但模型参数之间存在差异(模型参数a在平水年和欠水年分别为3.33、2.79 g/kg,参数b在平水年和欠水年...     

不同降水年型下播期对晋南旱地小麦产量和水分利用率的影响

根据近54年来山西省临汾市逐日降水量,将7个试验年份分为丰水年型、平水年型和枯水年型,研究了不同年型不同播期对旱地小麦关键生育期持续时间、降水、积温、日照时数、小麦产量及籽粒水分利用效率的影响,并进行相关、多元回归和通径分析,为旱地小麦稳产高产提供理论依据和技术支撑。结果表明,播期对小麦生育期持续时间的影响主要表现在苗期、分蘖期和起身拔节期,而对抽穗期和成熟期影响最多仅相差1 d。旱地小麦全生育期持续时间与积温显著正相关。降水年型显著影响旱地小麦产量及其构成因素,相同降水年型下降水分布不同小麦产量也有较大差异,丰水年型旱地小麦产量较平水年型和枯水年型分别提高100.0%和135.9%。籽粒水分利用率为丰水年型枯水年型平水年型,丰水年型和枯水年型下,籽粒水分利用率随播期推迟而升高,平水年型下,籽粒水分利用率随播期推迟先升高后降低。在拔节—抽穗期,小麦产量与积温显著负相关,与日照时数极显著负相关,与降水量极显著正相关;在抽穗—成熟期,产量与积温、日照时数均呈极显著正相关。年降水量及其分布是影响旱地小麦稳产高产的关键,丰水年型适播期在10月4日左右,产量构成因素协调,可获得高产,同时生育期耗水量最少,水分利用率较高;平水年型和枯水年型适播期应在9月28日左右,产量最高,水分利用率也较高。随播期推迟,应适当加大播量。     

旱地抗条锈冬小麦新品种宁冬19号选育报告

为选育和推广“三抗一高一优”冬小麦新品种，提高宁夏冬麦产区冬小麦产量，实现冬小麦生产可持续发展。以自育品系00-301为母本、外引品种兰天26号为父本通过有性杂交，经多代系谱法选育出了冬小麦新品种宁冬19号。在2017 — 2019年宁夏南部山区旱地冬小麦区域试验中，宁冬19号2 a 8点(次)平均折合产量4 717.5 kg/hm2，较对照品种宁冬7号增产7.4%。在2019 — 2020年度宁夏南部山区旱地冬小麦多点生产试验中，宁冬19号平均折合产量5 140.5 kg/hm2，较对照品种宁冬16号增产10.2%。该品种平均株高74 cm，平均穗粒数42.7粒，平均千粒重41.7 g。籽粒容重770 g/L，粗蛋白(干基)含量132.4 g/kg，降落值314 s，湿面筋(14%水分基)含量336.0 g/kg。耐寒性强，抗旱能力强，高抗条锈病，抗白粉病。适宜宁夏南部山区旱地和周边相邻地区及生态条件类似冬麦区种植。     

旱作麦田保护性耕作蓄水保墒和增产增收效应

为了揭示渭北旱塬连作麦田不同保护性耕作措施下土壤蓄水保墒效果和冬小麦增产增收效应。于2007－2009年通过田间试验研究了渭北旱塬夏闲期免耕、深松和翻耕等3种耕作方式对麦田夏闲期蓄水保墒效果,以及3种耕作处理与平衡施肥、常规施肥和低肥等3种施肥处理组合对冬小麦生育期土壤水分动态、产量和经济效益的影响。免耕和深松较翻耕保墒作用好,夏闲期免耕、深松较翻耕0～300 cm土层3 a平均土壤含水率分别增加了0.6和0.5个百分点,平均贮水量分别增加了24.2和21.5 mm;生育期内平衡施肥免耕、深松较翻耕处理0～200 cm土层2 a平均土壤贮水量分别增加了17.7和14.4 mm;以平衡施肥深松处理产量最高,2 a平均产量高达5033.1 kg/hm2,较平衡施肥翻耕和平衡施肥免耕分别增产5.5%和6.3%;以平衡施肥免耕经济效益最高,2 a平均纯收益高达5 553.7元/hm2,较平衡施肥深松和平衡施肥翻耕分别增收3.3%和9.2%。综合考虑各处理土壤蓄水保墒效果和小麦增产增收效应,平衡施肥深松处理是渭北旱塬连作麦田较佳的耕作和施肥处理组合。     

秸秆还田替代化肥对黄土旱塬小麦产量及水肥利用的影响

为研究不同秸秆还田量替代部分化肥后对黄土高原冬小麦产量、水肥利用效率和硝态氮积累特征的影响。于2018—2021年在晋南黄土旱塬冬小麦种植区,设置秸秆不还田(S0)、秸秆半量还田(S1/2)、秸秆全量还田(S1)、秸秆2倍量还田(S2)4个还田量处理,研究不同秸秆还田量替代化肥对冬小麦产量形成、水肥利用效率及土壤硝态氮残留的影响。结果表明:在黄土旱塬麦区,秸秆还田替代8.3%~31.9% N和15.7%~63.2% P₂O₅的基础上,冬小麦产量总体随秸秆还田量增加而增加,且在降水丰沛年份,增加秸秆还田量可产生更大的产量效应。3年试验总体表明,S2处理冬小麦平均产量分别较S0、S1/2和S1处理分别高17.5%(P＜0.05),10.4%(P＜0.05),4.3%。连续3年秸秆还田均提高了冬小麦穗数,S2处理冬小麦平均单位面积穗数分别较S0、S1/2和[JP]S1处理高17.1%(P＜0.05),12.3%(P＜0.05),3.6%,不同处理间穗粒数和千粒重差异不显著。播前2 m土壤贮水量总体随着还田量的增加而增加,试验期间S2处理平均贮水量较S0提高8.3%(P＜0.05)。冬小麦生育期耗水量也表现为随着还田量的增加而增加,S2处理平均耗水量较S0处理增加了10.0%(P＜0.05)。不同处理间水分生产效率差异不显著,平均为14.9 kg/(hm²·mm)。在秸秆还田替代部分化肥基础上,旱塬冬小麦肥料利用效率随着秸秆还田量的增加而增加,其中,S2处理平均氮肥偏生产力(PFP_N)、氮肥农学效率(AE_N)、氮肥当季回收率(RE_N)和磷肥偏生产力(PFP_P)较S0处理分别提高66.4%,155.8%,113.5%,105.2%。连续3年秸秆不还田使0—2 m土壤硝态氮残留量较2018年播前提高100.6%,并随水向下淋溶在深层土壤中累积,而秸秆还田处理2 m土层硝态氮累积量均低于2018年播前,S2处理2 m土壤硝态氮残留量最低,为244.8 kg/hm²。综合考虑,晋南黄土旱塬麦区,在秸秆还田替代8.3%~31.9% N和15.7%~63.2% P₂O₅基地上,可增加播前土壤底墒,降低肥料残留,并提高肥料利用效率,进而提高冬小麦产量,其中,以2倍秸秆还田量(平均为7 477 kg/hm²)产生的产量和水肥效应最佳。研究结果可为推进旱作麦区面源污染防控和冬小麦高产高效绿色生产提供理论依据。     

不同水分条件下冬小麦的水分利用效率、产量和可溶性糖含量

以我国北方12个冬小麦品种(系)和美国德州3个冬小麦品种(系)为材料,在甘肃陇东黄土高原旱作和拔节期有限补灌条件下,研究了不同基因型小麦之间产量、水分利用效率(WUE)和灌浆期穗下节可溶性糖含量的差异。结果表明:不论旱作还是有限补灌,不同基因型冬小麦之间产量、WUE、穗下节可溶性糖含量均存在明显差异,随着灌浆过程的进行穗下节可溶性糖含量呈先升高后降低的变化趋势,灌浆中后期达到最大。小麦穗下节可溶性糖含量在旱作条件下高于有限补灌。在2008年9月至2009年6月生育期降雨较常年减少1/3,属于严重干旱年份,小麦灌浆初期和中期穗下节可溶性糖含量与籽粒产量和水分利用效率无明显相关性,但到灌浆中后期和后期却达到显著相关;小麦拔节期补灌100mm水分后,不同基因型小麦表现出明显的水分补偿或超补偿效应,并且灌浆期穗下节可溶性糖含量与产量、WUE均呈显著正相关,并在灌浆中后期和后期达到极显著相关。因此,旱地冬小麦灌浆中后期和后期穗下节可溶性糖含量可作为筛选高效用水品种的参考指标之一。