基于遥感的华北平原农作物时空分布变化特征分析

作物种植面积的多年时空变化是进行农业结构调整和优化的基础,也是开展农业减灾、地下水保护的重要依据。为了解华北平原主要作物近年来种植面积的时空变化过程,本文基于2000—2013年的MODIS NDVI数据和TM/ETM遥感数据提取当地主要作物的种植面积,并分析了华北平原主要作物近年来的时空变化特征。结果表明:1基于MODIS NDVI数据和TM/ETM遥感数据提取当地主要作物的种植面积,提取精度较高,结果可靠;2冬小麦?夏玉米主要分布于太行山前平原、山东省和河南省的引黄河灌区,单季玉米在河北平原北部分布最广,水稻集中分布于天津、河北唐山地区和黄河沿岸,蔬菜主要分布在城市郊区,林果分散分布于几个产果区和京津周边地区,棉花主要集中于华北平原中部地区。3华北平原粮食作物(小麦、玉米和水稻)种植面积明显下降,经济作物(林果和蔬菜)则显著增加,其中林果、蔬菜和水稻的面积变化率较大,分别为56.45%、35.76%和23.16%,蔬菜和水稻的位置转移明显。4景观格局AWMPFD和SHEI指数值表明,河北平原以南的冬小麦?夏玉米种植规模化程度提高,豫北地区冬小麦?夏玉米种植面积增加,豫北以北地区由于各类经济作物种植面积增加,区域作物种植多样化指数增加。该结果可为农业种植结构调整、资源合理利用提供参考。     

雄安新区上游农业种植结构及需水时空演变

本文利用作物模型模拟小麦、玉米灌溉需水量,结合蒸发皿法估算蔬菜、果树等其他作物需水量,回溯雄安新区上游1986-2015年农业种植结构及农业需水的时空演变趋势,摸清不同作物的需水量比例及时间变化,并推算了消除降水年际波动的1970-2015年农作物灌溉需水量,探讨单纯人类活动下的农业需水量变化趋势。结果表明,1986-2015年,研究区作物播种总面积总体呈上升趋势,耕地面积多年平均84.9万hm²,有效灌溉面积平均71.3万hm²,占总耕地面积的84%。其中小麦播种面积稍有下降,玉米、蔬菜播种面积显著增加,果树种植比例在山区增加、平原区减少。研究区多年平均灌溉需水量22.52×10⁸ m³,小麦、玉米、蔬菜、果树和其他作物分别占灌溉需水总量的58.6%、12.6%、5.8%、16.3%和6.7%,受播种面积增加影响,1970-2015年,蔬菜和果树需水显著上升。从空间上来看,灌溉需水总量在上游山区上升显著,而在平原区表现为下降;排除降水的年际波动后,研究区作物需水自1970年以来一直呈上升趋势,进入20世纪80年代中期,虽然整体上升减缓,但随农业播种总面积增加和蔬菜、水果需水增加影响,需水量整体呈缓慢上升趋势。因此,控制上游农业用水,种植低耗水作物、减少耗水作物的种植面积,是恢复雄安新区清水产流的关键。     

黄土高原东部主要作物需水量空间分布规律

为研究黄土高原东部主要作物需水量,基于P-M(Penman-Monteith)作物需水模型,采用山西省内25个气象站点逐日气象数据,计算黄土高原东部冬小麦(Triticum aestivum L.)、玉米(Zea mays L.)、谷子(Setaria italica)、高粱[Sorghum bicolor(L.)Moench]的作物需水量、灌溉需水量及水分盈亏指数。结果表明:(1) 4类作物的作物需水量为293.39～656.77 mm,谷子年均需水量较冬小麦节约39.99%、较玉米节约30.58%,高粱年均需水量较冬小麦节约14.01%、较玉米节约0.53%;(2)灌溉需水量为0～289.69 mm,作物平均灌溉需水量由多到少依次为冬小麦、玉米、高粱、谷子;(3)主要作物水分盈亏指数为-0.23～0.48,谷子是出现水分唯一盈余的作物,区域南部水分盈亏指数最小,冬小麦区域中部缺水严重,玉米、谷子、高粱在区域北部缺水最为严重。研究主要作物需水量空间分布对于确定作物灌溉用水量,了解水分盈亏程度,合理布局种植结构有重要指导意义。     

华北平原主要种植模式农业地下水足迹研究——以河北省吴桥县为例

本研究采用地下水足迹分析方法,以华北平原传统冬小麦-夏玉米两熟区河北省吴桥县为例,开展冬小麦、夏玉米两熟复种体系农业地下水资源消耗研究,在此基础上分析了不同作物地下水足迹对地下水资源的影响,以期为华北平原地下水超采区种植结构调整提供理论依据。研究结果表明,自1949年以来,吴桥县冬小麦地下水足迹均高于夏玉米,历年冬小麦和夏玉米的地下水足迹均值分别为89.02 km~2和29.84 km~2。从变化趋势来看,吴桥县冬小麦和夏玉米的地下水足迹均呈波动上升的趋势。而作物地下水足迹胁迫指数(GF/Aaq),冬小麦基本处于中等程度胁迫(0.1GF/Aaq1),夏玉米绝大多数年份处于较轻程度胁迫(0.01GF/Aaq0.1),但两种作物胁迫指数近年来不断增加。对该区域其他作物地下水足迹计算结果表明,夏花生和马铃薯的每平方米地下水足迹较低,分别为2.08×10~(-7)km~2和1.94×10-7 km~2,且两者的每平方米地下水足迹胁迫指数在被比较作物中同样最低,分别为3.57×10~(-10)和3.34×10~(-10)。根据作物比较认为传统冬小麦-夏玉米种植模式可以通过在农作制度调整过程中将花生、马铃薯作为替代作物引入到当地的种植结构中,可在一定程度上减少对地下水资源的消耗,从而缓解区域环境中的地下水资源压力。因此,为改善华北平原农业地下水资源的利用状况,可以通过调整作物种植结构,增加低耗水作物与主粮作物复种轮作的面积有效控制地下水资源的开采,实现农业的可持续发展。     

坡耕地不同种植模式对农田水土保持效应及土壤养分流失的影响

针对云南彝良地震灾区灾后坡耕地水土流失的现状,进行了不同种植模式的水土保持效应的研究。通过对试验小区不同种植模式下的径流小区的监测,以探明不同种植模式对农田水土和养分流失及对收获期作物粒重的影响,寻求控制和减少农田水土流失及增产的有效种植模式。结果表明,不同种植模式3次地表总径流量顺序为黄豆单作(17.0 m~3·hm~(-2))马铃薯单作(15.9 m~3·hm~(-2))玉米单作(13.7 m~3·hm~(-2))玉米∥马铃薯顺坡种植(12.6 m~3·hm~(-2))玉米∥黄豆(12.3 m~3·hm~(-2))玉米∥马铃薯(11.7 m~3·hm~(-2));土壤总侵蚀量顺序为马铃薯单作(930.15 kg·hm~(-2))黄豆单作(821.70 kg·hm~(-2))玉米单作(739.05 kg·hm~(-2))玉米∥马铃薯顺坡种植(716.70kg·hm~(-2))玉米∥马铃薯(651.90 kg·hm~(-2))玉米∥黄豆(620.10 kg·hm~(-2));在地表径流量方面,最好模式玉米∥马铃薯间作,比最差模式黄豆单作削减地表径流量31.2%,比马铃薯单作、玉米单作分别削减地表径流量26.4%、14.3%;在土壤侵蚀量方面,最好模式玉米∥黄豆间作,比最差模式马铃薯单作削减土壤侵蚀量33.3%,比黄豆单作、玉米单作分别削减土壤侵蚀量24.5%、16.1%。在土壤养分流失方面,玉米∥黄豆间作比马铃薯单作削减总氮流失30.6%;玉米∥黄豆间作比马铃薯单作削减氨氮流失22.2%,并有显著差异。可见,在彝良地震灾区玉米∥马铃薯和玉米∥黄豆间作种植模式在减少水土养分流失方面有一定效果。     

华北平原春绿豆-夏玉米种植模式经济效益和碳足迹评价

华北平原是我国重要的粮食生产基地,长期集约化的冬小麦-夏玉米种植导致氮肥施用过量、地下水超采及碳排放增加等生态环境问题日益突出。因此,调整现有种植结构,构建资源节约型种植制度对缓解该区域生态环境问题具有重要意义。为明确新型春绿豆-夏玉米模式的可行性,本研究基于大田试验和生命周期评价方法(life cycle assessment, LCA),定量评估了春绿豆-夏玉米模式与冬小麦-夏玉米模式的产量、经济效益、碳排放和碳足迹。结果表明,春绿豆-夏玉米模式中绿豆与玉米的产量分别为1 760.1 kg·hm~(-2)和8 775.8 kg·hm~(-2),当量产量(换算为玉米产量)为18 833.4kg·hm~(-2),比冬小麦-夏玉米模式低20.4%(P0.05);周年净收入为27 085$·hm~(-2)(包括每年7 500$·hm~(-2)的冬季休耕补贴),比冬小麦-夏玉米模式高20.2%;周年碳排放为4 642.1 kg(CO2-eq)·hm~(-2),比冬小麦-夏玉米模式低36.1%;单位产值碳足迹为0.17kg(CO_2-eq)·$~(-1),比冬小麦-夏玉米模式低48.5%(P0.01)。综合来看,在华北平原引入春绿豆-夏玉米模式部分替代传统冬小麦-夏玉米模式,能够改善种植结构,同时提高农民收入、降低农业生产系统碳排放和碳足迹。     

兰州新区土地利用现状调查及生态需水研究

借助ArcGIS软件对兰州新区2016年的遥感影像进行解译,提取研究区土地利用空间分布和植被覆盖类型数据,计算了研究区不同植被类型、绿化用地、水体的生态需水量。研究结果表明:①全区土地总面积80 645.29 hm~2,其中耕地面积最大,为31 378.43 hm~2;其次为荒地,面积为25 349.23 hm~2。②研究区年生态需水总量为2 157.50万m~3,其中上川镇86.50万m~3、秦川镇332.79万m~3、中川镇1 073.52万m~3、树屏镇359.65万m~3、西岔镇305.04万m~3、水阜乡0。③不同土地利用类型中,植被年生态需水量最大,为1 332.81万m~3,占总量的61.78%;绿化用地年生态需水量次之,为614.40万m~3,占总量的28.48%;水体年生态需水量较小,为210.29万m~3,占总量的9.75%。     

基于LMDI的灌溉需水量变化影响因素分解

为研究灌溉需水量的驱动因素,该文以甘肃省武威市为研究区,基于扩展的Kaya恒等式构建灌溉需水量因素分解模型,利用对数平均迪氏指数分解法(logarithmic mean Divisia index,LMDI)对武威市1995—2012年总体及不同时段灌溉需水量驱动因子进行因素分解,并计算灌溉需水量的影响因素的效应值。结果表明:近18 a来,武威市各行政区以节水高效为目的对武威种植结构进行了大幅调整,减少了高耗水作物小麦的种植面积,增加了耐旱的玉米、棉花等作物的种植面积;在1995—2012年间,武威市灌溉需水量减少了5.023×108 m~3,种植规模效应、种植结构效应、气候变化效应、节水工程效应分别为2.435×108 m~3、?3.994×108 m~3、?1.286×108 m~3、?2.178×108 m~3;不同作物对灌溉需水量增长的效应不同,其中小麦抑制灌溉需水量增长,是灌溉需水量减少的最主要影响因子;4个分解效应在不同时段对武威市各区县灌溉需水量作用不同,但除在2000—2005年对凉州区灌溉需水量增加有微弱的促进作用外,种植结构效应在不同时段均表现为抑制灌溉需水量增长的作用。研究结果为合理调控农业发展规模,制定武威市灌溉用水规划提供参考。     

气候×基因型×水分管理对河北平原冬小麦产量和WUE的影响

冬小麦是华北平原的主要作物,其生长受气候等环境因子和品种、管理措施等因素的共同影响。为了研究气候×基因型×水分管理互作对河北平原冬小麦产量及水分利用效率(WUE)的影响,以‘科农2009’‘藁优2018’和‘师栾02-1’3个该区域主栽冬小麦品种为材料,于2018—2019年沿北纬38°带,选择河北平原冬小麦主产区的4个典型试验站点(衡水、南皮、栾城、南大港)进行了不同水分管理(雨养、灌溉)的大田试验。结果表明:在灌溉条件下,衡水、南皮、栾城和南大港的小麦产量分别为6 316.7kg·hm~(-2)、5 204.1kg·hm~(-2)、4 356.5kg·hm~(-2)和2 597.7 kg·hm~(-2), WUE分别为1.62 kg·m~(-3)、1.72 kg·m~(-3)、1.36 kg·m~(-3)和1.08 kg·m~(-3);在雨养条件下,南皮、栾城、衡水和南大港的小麦产量分别为2 644.4kg·hm~(-2)、2 602.8kg·hm~(-2)、2 422.3kg·hm~(-2)影响1 784.3kg·hm~(-2),WUE分别为1.13kg·m~(-3)、1.10 kg·m~(-3)、1.18 kg·m~(-3)和1.01 kg·m~(-3)。统计分析表明,穗数是影响产量的最主要因素,气候×水分管理互作对产量和WUE均有极显著影响(P0.01),气候×基因型×水分管理互作对WUE有显著影响(P0.05);水分是影响产量和WUE的最重要因素。综合产量、耗水和WUE分析,在降水量偏少的年份,南皮在4个试验站点中冬小麦耗水量较少、WUE最高、产量较高。分蘖能力强的小麦品种是适宜该区域种植的潜力品种类型。     

华北平原冬小麦面积遥感提取及时空变化研究

多年作物种植面积的时空变化可以反映种植结构的调整结果,并可用于进行驱动力分析。为解决连续遥感监测作物种植面积变化过程中,不同的训练样本或分类规则不能较好地反映作物种植面积时空格局变化的问题,本文首先根据研究区(华北平原)农业气象观测站提供的主要农作物物候观测资料获得主要农作物典型物候期特征,结合HANTS滤波后的NDVI时间序列数据提取不同地物类型的NDVI时序曲线,引入复种指数,探讨了CART算法在提取华北平原冬小麦种植面积的可行性,最后提取了2000—2013年华北平原冬小麦种植面积,并参考市级的农业统计数据进行精度评价。经检验,近13年的遥感监测种植面积与农业统计面积相关系数达到0.94(置信水平为95%),且各市13年面积一致性小于40%的概率仅为15%。利用遥感监测多年冬小麦空间分布信息获得其空间种植概率,能较好地反映研究区冬小麦的主要种植区,该方法可为大范围、连续年份冬小麦种植面积时空格局的遥感监测提供参考。     

1992-2017年中亚五国农作物水足迹变化特征

本研究以中亚五国为研究区域,以农作物水足迹为评估手段,分析了1992—2017年间中亚五国农作物水足迹的时空变化特征,以揭示中亚五国农作物水足迹结构,厘清引起中亚五国水足迹变化的主要农作物的贡献。结果表明:1)中亚五国农作物水足迹时间变化特征明显,1992—2017年中亚五国农作物绿水足迹(-9.7×10~9 m~3)和蓝水足迹(-5.6×10~9 m~3)均趋于减少。中亚五国农作物水足迹空间分布差异显著,哈萨克斯坦农作物绿色水足迹最高(平均4.96×10~(10) m~3),且远高于其他4国(平均3.6×10~9 m~3),而蓝水足迹以乌兹别克斯坦最高(平均1.53×10~(10) m~3)。农作物绿水足迹和蓝水足迹增长率最大的国家分别是土库曼斯坦(87.6%)和吉尔吉斯斯坦(32.3%);绿、蓝水足迹减少率最大的国家分别是哈萨克斯坦(-20.7%)和乌兹别克斯坦(-24.2%)。2)中亚地区农作物绿水足迹主要以粮食作物为主,蓝水足迹以粮食作物和油料纤维作物为主;而粮食作物水足迹结构中,主要以小麦、水稻和玉米为主,油料纤维作物水足迹结构中,主要以棉花为主。3)哈萨克斯坦作为绿水足迹减少最多的国家,大麦(51.6%)和小麦(28.2%)的贡献最大;乌兹别克斯坦作为蓝水足迹减少最多的国家,棉花(61.9%)贡献最大。通过开展中亚地区的农作物水足迹研究,发现中亚农作物水足迹整体呈下降趋势,厘清了中亚地区引起水足迹下降的主要农作物种类,相关成果可以为中亚地区的农作物优化种植和水资源节约提供支撑。     

中国北方主要农区农田氮磷淋溶特征与时空规律

中国北方黑土区、潮土区和褐土区是我国农业主产区,大水大肥问题尤为突出,氮磷淋溶是全国典型的地下水污染来源。然而,中国北方主要农区农田氮磷淋溶特征和时空规律尚不清楚。本文利用田间原位监测和文献荟萃分析方法,系统分析了中国北方主要农区285个监测点年的4种主要种植模式(春玉米、冬小麦-夏玉米、露地蔬菜、保护地蔬菜)农田氮磷淋溶特征与时空规律。研究结果表明,中国北方4个主要种植模式的平均氮和磷淋溶强度分别为:保护地蔬菜117.5 kg(N)·hm~(-2)和0.74 kg(P)·hm~(-2),露地蔬菜51.7kg(N)·hm~(-2)和0.10kg(P)·hm~(-2),冬小麦-夏玉米轮作49.9kg(N)·hm~(-2)和0.07kg(P)·hm~(-2),春玉米30.7kg(N)·hm~(-2)和0.09kg(N)·hm~(-2)。与粮田相比,蔬菜田的高水肥投入决定了其较高的氮磷淋溶量。受土壤质地以及区域间水肥管理差异的影响,同一种植模式下,总氮淋溶强度为黑土区褐土区潮土区。农田氮磷淋溶年际间变化主要受降雨强度的影响,总氮淋溶量与降雨强度呈正线性相关关系,尤其前一年无淋溶事件发生背景下,下一年的淋溶量会急剧增加。空间尺度上,潮土区和褐土区是氮素淋溶的主要风险区。值得注意的是一些蔬菜种植面积尤其是保护地蔬菜种植面积占比较大的省份表现出较高的氮磷淋溶风险。综上,北方主要农区农田氮磷淋溶风险以氮为主,磷的淋溶风险也不容忽视。潮土区和褐土区是氮素淋溶的主要风险区。区域尺度上,氮磷淋溶主要来自粮田,但菜田面积越大,氮磷淋溶风险越高。     

不同密度下增施有机肥对夏玉米物质生产及产量构成的影响

本研究在夏玉米季适当降低种植密度并连续两年施用有机肥,旨在了解黄淮海地区夏玉米群体物质累积和产量构成对有机肥施用量和种植密度的响应,从而降低倒伏风险,确保稳产、高产。试验采用随机区组设计,设高、中、低3个种植密度,分别为90 000株·hm-2、75 000株·hm-2和60 000株·hm-2,3个种植密度下设不同的有机肥施用量处理,其中高密度下设30 m3·hm-2一种施肥量,中密度下设30 m3·hm-2一种施肥量,低密度下设0 m3·hm-2、30 m3·hm-2和45 m3·hm-23种施肥量。研究结果表明:施用有机肥可以有效改善土壤肥力。施用有机肥第1年,在中、低密度下对玉米干物质生产、群体生长速率和产量构成均产生一定的促进作用,但效果不显著。施用有机肥第2年,低密度下玉米群体衰老速率减缓,叶面积指数和棒三叶叶绿素相对含量在生育后期均维持在较高水平,花后群体生长速率维持在较高水平,且与中高密度无显著差异,群体花后生物量增加幅度最大,成熟期地上部总生物量显著提高甚至接近中高密度。低密度下施用有机肥后穗粒数和千粒重均大幅度提高,从而有效补偿了低密度下穗数的不足,最终低密度下施用45 m3·hm-2有机肥处理产量达10 838 kg·hm-2,与中、高密度下施用30 m3·hm-2有机肥处理的产量11 080 kg·hm-2和11 202 kg·hm-2基本持平且差异不显著。由此可见,通过适度降低密度并增施有机肥能够有效合理地调控群体花前花后生长,避免前期旺长和后期早衰,实现保穗保花增重增产的目的。     

宽垄沟播种植模式对夏玉米生长发育及水分利用率的影响

探讨水地条件下种植模式对夏玉米产量及水分利用的影响,为夏玉米节水种植高产稳产栽培提供依据。以玉米品种"登海685"为试验材料,研究宽垄沟播和等行距平播模式下不同种植密度(6.00,6.75,7.50万株/hm~2)对夏玉米生长发育、产量、养分吸收及水分利用率的影响。结果表明:沟播种植模式较平播增加玉米植株株高,使茎粗和单株干物质重降低。沟播模式的穗性状比平播处理较优,单穗重增加,且受种植密度影响较小,表现出明显的边行优势。沟播模式的玉米叶片叶绿素相对含量始终高于平播处理,生育期延长,为后期籽粒形成提供了物质保障。在种植密度为7.50万株/hm~2时,沟播模式夏玉米产量最高。沟播模式下夏玉米灌水量较平播减少52.9%,灌水时间减少50.1%,日均蒸发量减少,且水分含量高于平播处理,使灌溉水利用效率提高139.5%,水分利用效率平均提高16.7%。可见,宽垄沟播是夏玉米增产增效的一种节水种植模式,明显提高玉米水分利用效率。     

株行距配置连作对黄土旱塬覆膜春玉米土壤水分和产量的影响

探讨株行距配置调整后密度对旱地覆膜春玉米连作稳产和水分利用的影响,为旱地雨养区春玉米高产稳产栽培提供依据。试验于2014—2017年在黄土旱塬区甘肃省镇原县(35°30′N,107°39′E)进行,以紧凑型耐密高产春玉米品种"先玉335"为试验材料,设55,75 cm 2种等行距垄沟覆盖种植方式,6.0,7.5,9.0,10.5万株/hm~2 4个种植密度水平,采用裂区设计,连作定位观测。使用烘干法测定不同处理春玉米生育期0—200 cm土层土壤水分,研究黄土旱塬连作春玉米籽粒产量和土壤剖面水分变化。结果表明,在试验设计行距下,在干旱年份55,75 cm行距0—200 cm土层土壤剖面水分均有低湿区形成,2种行距40—200 cm土层最低含水率均出现在160 cm土层剖面,55 cm行距土壤含水量为8.9%,75 cm行距土壤含水量为8.7%,受降水及植株生育耗水的影响,20—120 cm土层土壤水分变化较为剧烈。不论降水年型如何,2种行距下0—200 cm土壤深层水分均未产生土壤干层,75 cm行距低湿区较55 cm行距随年份变化有不同程度扩大,但2种行距下7.5～10.5万株/hm~2相同密度耗水量没有显著差异。4年平均产量75 cm行距相同密度均高于55 cm行距,9.0万株/hm~2及以下种植密度处理稳产性较好,密度由低到高产量分别增加2.2%,5.8%,4.1%和3.0%,平均水分利用效率分别提升1.1%,5.9%,0.3%和-1.5%,不同行距相同密度产量和水分利用效率没有显著差异。研究表明,在黄土旱塬区55,75 cm行距配置7.5万株/hm~2种植密度连作具有稳定产量,并且不会导致土壤深层水分亏缺至产生土壤干层,是较为理想的连作稳产株行距配置种植模式。     

作物高效用水生理生态调控机制研究

提高作物对水分的高效利用是解决我国农业水资源短缺的根本出路。本文从作物高效用水的品种差异、作物不同生育时期对水分的响应差异、气孔导度对作物叶片奢侈蒸腾的调控、不同抗旱类型作物在应对水分胁迫的生理生态策略差异等4个方面,主要对国内研究进展及发展趋势进行了综述。根据本研究组多年研究结果,提出了3项作物高效用水的配套栽培技术,主要包括:1)调整种植结构,提高作物周年用水效率技术。利用作物及品种的用水特性、产量差、效率差,根据地下水压采目标,构建合理的作物种植结构与轮作方式,提高作物周年对水资源的利用效率。以太行山前高产区为例,冬小麦-夏谷子/春甘薯两年3熟制是一种产量、水分经济利用效率均较高的种植结构。2)活化播期,拓宽播种阈值,提高作物雨水利用效率技术。通过选用合适品种拓宽播期、等墒、找墒、保墒拓展利用土壤水分的时空范围、播量变量调节等,提高作物雨水利用效率。通过技术组装与配套,冬小麦只要在11月底之前播种,产量与常规种植没有显著差异。3)覆盖保墒,提高旱地作物高效用水技术。其中,小麦-玉米土下覆膜一膜两用丰产节水模式通过调节土壤温度、水分、盐分、抑制杂草等多项调控,显著提高了雨养农田作物产量与水分利用效率。在环渤海低平原沧州地区,该技术模式在没有任何灌溉条件下的周年产量达15 910.20~16 965.90 kg·hm-2,比对照增产10.52%~41.44%。深入探讨作物高效用水的生理生态基础、进一步研发提高作物水分利用的新技术、统一作物高效用水的量化标准和充分利用非常规水将是今后相当长一段时期的重点研究方向。     

基于生态需水的水资源分析——以贵州省盐津河流域为例

[目的]探究中国西南湿润地区流域生态需水量计算方法,为流域水资源配置提供科学的数据参考。[方法]选择贵州省盐津河流域为研究对象,采用彭曼法、Kristensen-Jensen模型、MIKE SHE分布式水文模型(DHI)、环境功能设定法等方法从农田系统、林草系统、水生态系统计算流域最小及满意需水量,并结合水资源状况对盐津河水资源配置提出建议。[结果]盐津河总生态需水量为1.39×10~7~2.04×10~7m~3,流域内农田用水较多的是4,7和8月,林草系统不存在缺水现象,河道内枯水期及丰水期水量差距较大,可利用水量为3.84×10~7~9.17×10~7 m~3,在保证枯水期生态水量同时,取水时间主要在5—8月。[结论]河道取水应注意考虑农田作物用水规律,在预留农业用水时需要考虑作物类型及种植面积,严格遵循降雨及生态用水规律,建立蓄水设施,保证全年的生产生态用水。     

密度对沿淮晚播小麦产量形成及品质性状的影响

目前晚播小麦的面积不断增加,为明确沿淮地区晚播小麦的适宜种植密度,采用裂区试验设计,于2013—2015年在不同晚播条件下(11月5日、11月15日、11月25日),设置3个种植密度(300万株·hm-2、450万株·hm-2、600万株·hm-2),分析种植密度对玉米茬晚播小麦产量形成及品质性状的影响。结果表明:播期推迟导致小麦生育期滞后,主要影响拔节期前营养生长期的长短;密度对生育进程无显著影响。随播期推迟,小麦开花期和成熟期的干物质积累量下降,花前贮存同化物的转运量和花后同化物的积累量下降,花后同化物对籽粒贡献率明显增加;穗数、穗粒数和千粒重均有所下降,进而产量显著下降;蛋白质含量、湿面筋含量和沉淀值上升。播期对分蘖穗干物质积累与运转及产量构成因素的影响均大于主茎穗。与11月5日播期相比,11月25日播期下开花期干物质积累量、成熟期营养器官积累量、籽粒干重、花前营养器官贮存同化物的转运量及其对籽粒的贡献率在主茎穗中分别下降13.37%、9.96%、9.04%、25.37%和17.07%,在分蘖穗中分别下降55.71%、54.34%、51.80%、59.70%和22.70%。同一播期条件下,随着种植密度的增加,小麦开花期和成熟期的干物质积累量上升,花前贮存同化物的转运量减少,花后同化物的积累量及其对籽粒贡献率增加;穗数增加,千粒重降低;蛋白质含量和湿面筋含量上升,沉淀值下降。与主茎穗相比,密度对分蘖穗干物质积累与运转及产量构成因素的影响更大。与300万株·hm-2密度相比,600万株·hm-2密度下单穗粒重、穗粒数和千粒重在主茎穗中分别下降17.90%、13.60%和4.76%,在分蘖穗中分别下降20.17%、14.46%和6.23%。可见,适当增加密度有利于增加晚播小麦产量并改善晚播小麦品质性状,本研究中11月15日、11月25日两晚播条件下适宜密度分别为450万株·hm-2、600万株·hm-2。     

水分调控降低盐分对夏玉米的影响

环渤海低平原冬小麦夏玉米一年两作种植系统中,冬小麦季微咸水灌溉造成土壤含盐量增加,影响下茬玉米正常出苗。通过水分调控消减根层土壤盐分是有效可行的途径,并利于冬小麦夏玉米一年两作的微咸水安全利用。该研究通过盆栽与田间试验相结合的方法,研究玉米出苗对土壤水盐阈值的响应以及玉米播后灌水对出苗、生长、根层水盐和产量的影响。盆栽试验结果表明:1)玉米在低土壤盐分含量(全盐含量0.8g·kg–1)下,60%田间持水量即可达到正常出苗;2)在高土壤盐分含量(全盐含量3.5 g·kg–1)下,出苗时间延长,出苗率降低;3)土壤盐分对出苗的影响,随着土壤含水量降低而越趋严重。因此在较高的盐分条件下,维持出苗期间一定土壤含水量,更利于缓解土壤盐分对玉米出苗的影响。大田试验中灌溉水盐分梯度为淡水(对照)、3g·L–1、4 g·L–1和5 g·L–1。田间试验结果表明:1)随着灌溉水盐分浓度增加冬小麦收获时0~20 cm土壤盐分含量明显增加;2)淡水、3 g·L–1、4 g·L–1和5 g·L–1灌溉冬小麦,收获期0~20 cm土壤盐分含量分别为1.0 g·kg–1、1.3g·kg–1、1.6 g·kg–1、2.0 g·kg–1;3)夏玉米播种后立即灌溉一次75 mm淡水,玉米出苗期耕层土壤含水量维持在田间持水量的70%以上,土壤含盐量下降到1.0 g·kg–1左右,夏玉米生长进程和产量不受影响。2年(2015年和2016年)淡水、3 g·L–1、4 g·L–1和5 g·L–1微咸水拔节期灌溉冬小麦,下茬夏玉米产量分别为9 510.4 kg·hm–2、9 913.6 kg·hm–2、9 910.6 kg·hm–2、9 986.0 kg·hm–2和9 621.8 kg·hm–2、9 455.3 kg·hm–2、9 460.2 kg·hm–2、9 221.4kg·hm–2,产量差异不显著。考虑该地区降水的时间分布,与玉米生长同期的充足夏季降水的淋洗作用,微咸水灌溉小麦的积盐可得到很好淋洗。因此,该地区在冬小麦生长季实施不超过5 g·L–1微咸水灌溉,利用冬小麦夏玉米关键生育期水分调控,可消减微咸水灌溉土壤盐分积累对玉米出苗影响,结合夏玉米出苗水管理和雨季淋盐,实现周年稳产和水盐平衡,根层土壤不积盐。