渭北旱塬西部作物水肥产量耦合效应研究

通过在渭北旱塬西部长武塬区所进行的玉米水肥两因子五水平试验，就作物水肥产量耦合效应进行了研究。在给出玉米水－肥生产函数的基础上，推出了养分优化供应条件下玉米分生产函数，阐明了水肥供应坐标面上产量，耗水量与水分利用效率等值线分布特征，并应用水分生产弹性系数，以产量与水分利用效率为目标，探讨了作物水肥优化耦合区域及其几何特征。     

农田生态系统水分循环与作物水分关系研究

通过对我国不同类型农田生态系统水分循环与作物生产力关系的网络研究,探讨了我国主要类型地区小麦、玉米、大豆等几种主要作物的菡散耗水和需水规律、水分利用效率和作物水分生产函数,获得这些地区主要作物耗水需水特征及小麦水分生产函数。结果表明,在不同生态系统优化结构模式中作物与水分关系均得到极大改善,节约了作物用水,提高了作物产量和水分利用效率。     

基于土壤-作物系统模拟模型的冬小麦田间水氮优化管理

将作物生长模型与土壤水氮管理过程模块相结合，构建了土壤-作物系统水分养分模拟模型。以灌水、施氮总量为决策变量，冬小麦生物量、水分和氮肥利用效率为优化目标，将冬小麦按生长发育时期分为6个阶段，建立了多目标的动态规划模型。在土壤-作物系统过程模型的基础上，用动态规划的方法对田间水、氮资源管理措施进行优化。通过对作物水分胁迫系数和氮肥胁迫系数的模拟计算，可获得最佳的灌水、施肥时间及用量。算例结果表明：在养分供应充足仅水分胁迫的条件下，优化方案的灌水量较对照处理平均节约了25%，水分利用效率比对照处理平均高出约1     

黑土农田水肥条件对作物产量及水分利用效率的影响

长期定位试验研究黑土农田不同水肥作物产量和水分利用效率的变化结果表明,大豆对水分条件变化反映较敏感,而玉米对养分条件变化反映较敏感,适宜水分条件下3种作物随施肥水平的提高,其产量与水分利用效率相应增加;有机 无机肥配施处理3种作物随水分含量的增加,其产量与水分利用效率相应提高     

涝渍胁迫条件下Morgan模型的试验研究

涝渍胁迫条件下的作物水分生产函数对于正确评估减灾效益,合理制定涝渍灾害治理对策具有重要现实意义。作物水分生产函数按照模型形式可分为动态模型与静态模型,其中动态模型能模拟作物生长过程,具备一定的作物生理学基础,但鲜有见到关于涝渍胁迫条件下动态模型的研究。该文以水分亏缺条件下的作物水分生产函数动态模型(Morgan模型)为基础,通过利用涝渍指标进行转换,建立了适用于涝渍胁迫条件下的动态产量模型。该模型选用的指标包括常用的空间划分型涝渍分离指标(累积超标准地下水深SEW30、地面累积淹水深度SFW)与涝渍综合指标SFEW30,并为了克服前者在计算过程中涝害指标权重偏小的问题,引入时间划分型涝渍分离指标(累积超标准地下水深SEW30、受涝期间涝渍综合指标SWFDH)。根据连续多年的棉花涝渍胁迫试验数据对模型进行参数率定与验证,结果表明该模型预测效果良好,并推荐优先使用涝渍综合指标SFEW30。同静态模型相比,该模型参数在年际之间也表现出更好的稳定性。     

基于两层土壤计算模式的农业干旱风险评估模型

在分析总结当前农业干旱评估模型的基础上,利用“土壤-作物-大气连续体”理论,建立起水分运动的两层土壤计算模式,对作物蒸散量的变化规律进行描述。在此基础上,从作物受旱程度和产量损失关系出发,借助作物水分生产函数,并综合考虑各作物的权重,建立起农业干旱风险评估的静态、动态模型。实例表明,这些模型与传统模型相比,不仅适用于未来各种时间尺度下的干旱程度风险评估,而且能够提供出产量损失的信息,有较高的推广应用价值。     

吉林省梨树县不同作物产能及产能水分利用效率研究

东北地区旱地作物水分来源是降水,基于产能及产能水分利用效率比较分析吉林梨树可替代玉米种植的主要作物对该地区未来种植结构调整具有重要意义。该文基于吉林省梨树县4种作物(大豆、小麦、谷子和马铃薯)2 a田间试验,结合各作物在不同降水年型条件下全生长季和各生育阶段的耗水规律及水分亏缺程度,以作物产能和产能水分利用效率为研究指标,对各作物在雨养及灌溉处理条件下的产能水分利用效率和水分经济效益差异性进行了比较。结果表明,在平水及丰水年,马铃薯产能显著高于其他作物,其他作物无显著差异,雨养条件下马铃薯及谷子均超过100 000 GJ/hm~2,不同降水年型条件下灌溉对马铃薯产能提升效果显著但提升幅度存在差异。比较各作物不同年型条件下的产能降水利用效率、产能灌溉水利用效率和产能农业水分利用效率,马铃薯均达到20 GJ/mm以上,显著高于其他作物,且不同作物的产能水分利用效率受降水年型及水分处理影响的程度不同。对比作物需水量与降水量的耦合程度,马铃薯水分亏缺最严重,其次为大豆和小麦;谷子产能降水利用效率及丰水年产能农业水利用效率仅低于马铃薯,且在全生育期各生育阶段发生水分亏缺现象较少,具有极好的抗旱能力。比较而言,基于作物产能、产能水分利用效率及经济效益的作物结构调整,马铃薯和谷子相对于小麦和大豆有更大优势;基于作物抗旱能力,谷子具有绝对优势。     

作物水分敏感指数累积函数的改进及其验证

为了更好的分析整个作物生育期不同时期水分亏缺对作物产量的影响,该文在分析作物水分生产函数中水分敏感指数及其累积函数特性的基础上,对目前广泛应用的水分敏感指数累积函数进行了改进。改进后的累积函数与原累积函数在作物生长中期差异较小,而在作物生长前期和后期差异相对较大。改进后的累积函数物理概念上更符合实际,能够模拟作物水分敏感指数累积值从生长开始到生育期结束的变化过程。利用山西潇河试验站冬小麦和广西桂林试验站晚稻非充分灌溉试验数据进行了验证,改进后的累积函数模拟的水分敏感指数累积值与通过试验观测产量优化求解值吻合较好,且与原累积函数相比具有较好的模拟效果。     

时段划分对棉花作物水模型的影响与改进

为了改善时段划分对作物水模型模拟精度的影响,依据山西水利职业技术学院试验基地2006和2008年棉花田间试验资料,将棉花全生育期等间隔地划分为不同时段,用非线性优化方法求得了不同时段数条件下的作物水模型参数,分析研究了模型参数与时段数的关系,据此在作物水模型的水分敏感指数累积函数中引入了时段数,并与现有的作物水模型进行了比较。结果表明,引入时段数的作物水模型模拟产量的相对误差随时段数的增加而减小,当时段数大于11时,相对误差平均值和最大值分别减小到7%和15%以下,与现有的作物水模型比较,模拟精度有所提高,但参数个数未增加。该模型更多地反映了水分胁迫时间对作物产量影响的信息。     

基于基因表达式编程的作物水分生产函数构建

作物水分生产函数的确定是农业水资源优化配置的关键。该研究采用农业水文生态系统模型（Agro-Hydrological & Chemical and Crop systems simulator, AHC）与基因表达式编程（Gene Expression Programming, GEP）相结合的方法构建作物水分生产函数。以河套灌区3种主要作物（葵花、玉米、小麦）为研究对象,采用AHC模型模拟作物产量等,构建基于GEP算法的作物水分生产函数,探讨考虑盐分胁迫的作物水分生产函数构建的思路与方法。结果表明：1）作物模拟产量与地下水埋深、地下水矿化度和灌水量等因素有关。2）构建作物水分生产函数的最优输入因子组合为地下水埋深、灌溉量、蒸散发、地下水矿化度、土壤根层盐分对作物胁迫因子、土壤根层含水率。3）应用作物水分生产函数估算不同灌溉定额条件下作物产量（预测产量）,并与AHC模型计算的产量（模拟产量）进行比较,玉米、葵花、小麦预测产量与模拟产量具有很好一致性,其决定系数分别是0.96、0.93、0.96,平均相对误差均小于5%,满足计算精度要求。因此,该研究所构建的作物水分生产函数可以较准确地估算盐分胁迫下作物产量,为农业节水与灌溉水高效利用提供科学参考。     

土壤水肥交互作用与玉米的响应

对豫北地区玉米水肥交互作用的试验进行分析。结果表明,玉米生长最快时期为拔节-抽穗期,养分与玉米的高度及生物量间有较为复杂水肥协同效应,影响了玉米生物量的构成,玉米产量、耗水量同水肥供应量之间存在非线性二次关系。由玉米产量同耗水量的二次关系获得最高产量,最高水分利用效率条件下的玉米耗水量。     

干旱条件下黑土农田水分特征研究

在中国科学院海伦农田生态系统国家野外科学观测研究站, 应用长期定位试验研究了干旱年份不同施肥处理下的黑土农田水分状况.结果表明:在干旱年份, 大气降水不能满足玉米对水分的需求, 土壤利用"土壤水库"中的水分进行补给, 在玉米全生育期土壤供水量占玉米耗水量的比例为22.23%～25.99%;肥料的施用能够调节土壤的供水能力, 表现为化肥+有机肥处理>化肥处理>无肥处理;玉米的耗水量和耗水强度也表现出相同趋势;肥料的施用, 特别是化肥和有机肥配合施用能够提高玉米的水分利用效率.     

沙漠绿洲灌区膜下滴灌作物需水量及作物系数研究

根据 2001年甘肃民勤小坝口灌溉试验站自动气象站观测的气象资料，依据FAO Penman—Monteith公式计算出作物生育期内参考作物蒸发蒸腾量，结合实测的充分供水条件下作物耗水量，对膜下滴灌条件下大田作物的需水规律和作物系数进行了研究。确定了该地区膜下滴灌棉花和玉米各个生育阶段的作物系数，并建立了作物系数和有效积温及播种后天数的函数关系。该结果为该沙漠绿洲灌区膜下滴灌条件下棉花、玉米的水分管理提供了科学依据。     

灌水对水肥一体化制种玉米产量和水分利用效率的影响

研发和推广应用高效节水技术是提升扬黄灌区制种玉米产量、支撑制种玉米产业增效和持续发展的重要途径。为了给建立制种玉米水肥一体化技术模式下的科学高效灌溉制度提供科学依据。在甘肃扬黄灌区滴灌水肥一体化条件下,研究了不同灌溉定额和灌水次数下制种玉米的产量表现和水分利用效果。结果表明,灌溉定额从2 250 m3/hm2增加到3 000 m3/hm2时,制种玉米增产幅度达33.84%,但灌溉定额高于3 000 m3/hm2并继续增大时增产效果不明显,生育期耗水量增加,水分利用效率降低明显。灌水次数从10次增加至20次时,制种玉米产量及水分利用效率均呈降低趋势,灌水次数多于15次并继续增加时,制种玉米减产显著。灌水次数和灌溉定额之间不存在互作效应。在灌溉定额偏低条件下,增加灌水次数会造成制种玉米严重减产。当生育期灌溉定额为3 000 m3/hm2、灌水次数为10次时,折合产量较高,为7 386.9 kg/hm2,较其余处理增产-2.77%～93.58%;水分利用效率最高,为17.83 kg/(mm·hm2),较其余处理提高5.32%～78.30%;种植纯收益较高,为29 683.6元/hm2,较其余处理增加-511.8～20 675.4元/hm2;产投比最高,为3.03,较其余处理增加0.07～1.38。可见,灌水10次、灌溉定额为3 000 m3/hm2时灌溉水利用效果相对优化。     

Improve Water and Nutrient Efficiency in Tomato Crop by a Dynamic Fertigation Management under Saline Conditions

The improvement of water and nutrient efficiency leads to a production model that is more sustainable with less water, fewer fertilizer inputs, and less environmental damages. High-technology fertigation equipment permits high precision in the nutrient solution application. Besides, the field measurement of soil water content by tensiometers and the extraction of soil solutions by suction cups allow a dynamic methodology management in agreement with real crop requirements. This trial was carried out to compare this dynamic fertigation management method (using tensiometers and suction cups) for tomato crops (Lycopersicum sculentum Mill. Forteza) under Mediterranean greenhouse conditions with other methods: the local traditional model, based only on technical consulting, and the classical model, by means of estimation of Kc and nutrient extractions references. The parameters studied were tomato yield, water, and fertilizer amounts applied during the cultivation as well as water- and fertilizer-use efficiency. The water used to prepare the nutrient solution was classified as C₄-S₃ following the Riverside classification system. Plants were grown from 15 August to 20 April. The results show that the supply of fertilizers during the cultivation has been significantly lower with classical and dynamic models. Dynamic method shows greater efficiencies for all the elements, except for potassium, and also decreases the water consumption, not affecting total yield.     

运用直线加平台法确定黑土区玉米氮磷施肥量

施肥量的确定一直是玉米高产栽培研究的主要课题之一。分别运用肥料效应函数法和直线加平台法,对按照直线加平台法设计的在黑土上春玉米的田间试验结果进行了统计分析,发现利用直线加平台法设计的田间试验结果也可以用来建立肥料效应函数,并根据肥料效应函数求得相应的施肥量。利用肥料效应函数得到的最高产量推荐施氮量和最大利润推荐施氮量分别为107.4 kg hm-2和103.2 kg hm-2,而最高产量推荐施磷量和最大利润推荐施磷量分别45.5 kg hm-2和41.3 kg hm-2。利用直线加平台法得到氮、磷的推荐施肥量分别为73.9和38.0 kg hm-2,明显低于用肥料效应函数法求得的推荐施肥量。对于肥料效应函数无法处理的试验数据,利用直线加平台法仍然可以对实验数据进行处理并得出实验结果,后者是肥料效应函数法的补充。     

培养条件下微纳米增氧水添加对新疆砂壤土硝化作用的影响

为了提升氮素利用效率和生产能力，采用室内培养试验方法，研究不同土壤含水率（田间持水量的30%、60%、100%及175%）条件下增氧水处理对土壤硝化作用的影响，并分别利用硝化动力学方程和硝化作用强度定量评价NH4+-N和NO3--N含量的动态变化特征，比较NH4+-N初始消耗速率、NH4+-N最大消耗速率、达到最大消耗速率所用时间以及NO3--N平均生成速率的变化。结果表明：粉质砂壤土氮素转化以硝化作用为主；随着含水率的升高，土壤硝化作用强度呈现先增加后降低的趋势，并在田间持水量条件下达到最大。在不同含水率条件下增氧水处理对土壤硝化作用的影响具有显著差异（P<0.05）。与常规水处理相比，在田间持水量的60%条件下，增氧水处理对土壤硝化过程的促进作用更为明显，NH4+-N最大消耗速率提高了8.9%，最大消耗速率出现时间提前，NO3--N平均生成速率增加，硝化作用更强；而在田间持水量条件下，增氧水处理的土壤NH4+-N消耗没有显著差异，仅NO3--N平均生成速率增加；田间持水量的175%条件下，增氧水处理土壤NH4+-N最大消耗速率降低了21.5%，最大消耗速率出现时间滞后，但NO3--N平均生成速率没有显著变化。该研究提出了增氧水处理促进氮素转化作用的最适水分条件，为发展农业高效水肥利用技术提供了理论依据。     

水磷一体化对磷素有效性与磷肥利用率的影响

水肥一体化是发挥水肥耦合效应提高养分效率的重要途径,然水磷一体化研究较少。本文在模拟滴灌条件下研究了液体磷肥和固体颗粒磷肥(TSP)及其不同施用方法对土壤磷移动性、各形态无机磷含量动态变化的影响,比较了玉米磷素营养与磷肥利用率对不同磷源及其施用方式的响应,旨在提出滴灌条件下磷肥高效利用的最优策略。研究结果表明:1)与TSP肥料分次施用相比,液体磷肥分次施用更能提高土壤磷素有效性,在各土层Ca2-P与树脂磷(resin-P)平均含量分别提高12.4%与21.6%,且可显著提高磷在土壤中的移动性(P0.05),resin-P含量的垂直下降幅度降低56.5%;2)与TSP分次施用相比,液体磷肥分次施用的土壤中高活性无机磷含量(Ca2-P、resin-P及Na HCO3-P之和)占无机磷总量的比例提高21.0%,而低活性无机磷含量(Ca10-P与residue-P之和)占无机磷总量的比例则下降10.1%,说明液体磷肥分次施用可减小磷肥在土壤中的固定转化;3)玉米地上部干物质、叶片吸磷量和植株磷素累积吸收量均对不同磷源与施用方式有明显响应(P0.05),液体磷肥分次处理的玉米生物量、吸磷量及肥料利用率分别比TSP肥料分次处理提高27.1%、34.6%及61.4%。水磷一体化施用可提高磷在土壤中的移动性和有效性,减少磷的固定转化,显著改善玉米磷素营养,并明显提高磷肥利用率。     

ENHANCING NITROGEN USE EFFICIENCY OF POTATO AND CEREAL CROPS BY OPTIMIZING TEMPERATURE,MOISTURE, BALANCED NUTRIENTS AND OXYGEN BIOAVAILABILITY

Enhancement of nutrient use efficiency is imperative for increasing economic returns and reducing environmental pollution caused by fertilizer use in crop production systems. In this paper, we have demonstrated at a given soil temperature and nitrogen (N) rate, N loss via ammonia emission at 80% field capacity (FC) soil water regime in potato production was decreased by 58 to 81% compared to that at 20% FC, in two soils. In another study, N uptake by flooded corn (genotype: FR27 × FRMO17) seedlings with oxygen fertilization was 8-fold greater than that without oxygen fertilization. Nitrogen utilization efficiency of wheat (cv. ‘Yanzhong 144’) seedlings grown in a complete nutrient solution was 10-fold greater than that of the seedlings under low-phosphorus stress. It is concluded that appropriate management of soil water, oxygen fertilization, and of well-balanced nutrients supply significantly enhance N uptake and utilization efficiencies of corn and wheat, and minimize N loss.     

水肥耦合条件下作物产量、水分利用和根系吸氮的试验研究

根据1998～2000年两年在北京市水科所永乐店节水灌溉中心开展的冬小麦、夏玉米水肥耦合的田间试验成果的分析研究表明，氮肥效益的发挥与农田水分状况密切相关，低供水水平时(本研究中为冬小麦仅灌拔节水的节水灌溉处理)，肥料的增产效益十分显著，但氮肥贡献率随施肥量的增加而呈递减的趋势。不同的分析方法都表明，在永乐店节水灌溉中心，冬小麦施尿素400 kg/hm²和200 kg/hm²两个施肥水平的试验处理所获得的水(肥)分生产率最高(在不同农田供水状况下)，由于两者的水分生产率差异不大，为提高施肥效率，建议在生产上考虑选择200 kg/hm²的施肥方案较合理。