CERES-Maize模型在中国主要玉米种植区域的适用性

选取北方春玉米区、黄淮海春夏播玉米区、西南山地丘陵玉米区、南方丘陵玉米区、西北内陆玉米区五个区域中70个站点,利用1998-2000年玉米生长的田间试验资料和气象台站的气象观测资料,研究CERES-Maize模型在主要玉米种植区域对玉米生育期、产量的模拟能力.选用符合度指数D、RMSE等统计指标进行评价.结果表明:玉米生育天数模拟的D值为0.58～0.95,产量模拟的D值为0.66～0.88,说明CERES-Maize模型可以较好地模拟出区域内玉米生育期和产量观测值的分布趋势;生育期的模拟误差小于产量的模拟误差;区域尺度的统计分析可以更准确的表示模型的模拟效果.     

基于CERES-Maize模型春玉米水分优化管理决策

在完成DSSAT(4.0.1.0)中CERES-Maize模型参数的校正和验证之后,利用30年(1976-2005年)的气象资料针对北京地区的春玉米生产进行模拟.结果表明,在充分灌溉的条件下,春玉米4月底播种多年平均产量为11.5 t/hm2,当播期推迟至5月底时产量平均提高了4.1%.推迟播期后,春玉米生育期内降雨分布更加均匀,4月底播期的推荐灌溉量多年平均为150 mm,推迟播期后推荐灌溉量减少了50 mm,水分利用率提高了14.9%,在仅灌底墒水及雨养条件下,推迟播期后WUE则分别提高了25.4%和35.6%.5月底播种时,仅灌底墒水在67%的年份里产量达到充分灌溉的水平,即使在雨养条件下仍在50%的年份里和自动灌溉持平.     

基于APSIM模型分析不同降水年型下施氮深度对旱地小麦的产量效应

氮肥深施有助于提高旱地作物产量,但施氮深度对黄土高原丘陵沟壑区旱地小麦产量在不同降水年型的影响尚不清楚。利用1990—2020年气象观测数据,基于APSIM模型和数学统计方法探讨施氮深度对不同降水年型小麦产量的影响。结果表明:模型模拟的小麦产量和生物量模拟值与观测值相关性决定系数(R²)>0.9、模型有效性指数(M_E)>0.8及归一化均方根误差(NRMSE)<0.2,表明该模型在该地区具有较好的适用性;模拟的麦田生育期土壤水分动态变化和收获期土壤剖面含水量的NRMSE分别为0.05~0.07和0.13~0.29,表明该模型基本能够较准确模拟麦田土壤水分变化。氮肥深施增产效应在丰水年最高,平水年次之。与干旱年相比,相同施氮量下丰水年和平水年增加施氮深度可提高农田生产力稳定性和可持续性。在施氮水平为150 kg/hm²时,丰水年和平水年增加施氮深度对农田生产力稳定性没有明显影响,但有助于提高农田生产力可持续性。不同降水年型下,施氮深度和施氮量与产量交互关系表明,丰水年和平水年拟合关系较好,R²分别为0.76(P<0.05)和0.61(P<0.05),丰水年和平水年增加施氮深度至约20~23 cm可获得潜在最高产量。干旱年R²为0.29(P>0.05),增加施氮深度对干旱年小麦产量没有显著影响。研究结果以期为黄土高原丘陵沟壑区小麦在区域尺度优化施肥措施提供理论指导。     

CERES-Rice模型在江汉平原的验证与适应性评价

基于江汉平原武汉、荆州农业气象试验站双季早、晚稻及单季中稻多年田间试验数据和同期逐日气象数据,在利用GLUE参数估计模块结合"试错法"对模型参数标定基础上,对CERES-Rice模型叶面积指数及生物量动态、发育期、成熟时地上部生物量、产量等的模拟能力进行了验证。结果表明,模型对水稻发育期模拟较好,开花期和成熟期的模拟误差在3d以内,其中对感光性较弱的早稻模拟最好,感光性较强的晚稻模拟最差;生育期内叶面积指数和生物量动态模拟良好,一致性指数分别达0.98和1.0;模拟产量和地上部总生物量的相对均方根误差分别为8.72%和5.91%,总体效果较好,其中生殖关键期遭遇寒露风的晚稻产量NRMSE为11.16%,模拟效果偏差。说明CERES-Rice模型在无明显异常天气条件下对江汉平原地区水稻模拟具有较好的适应性,CERES-Rice模型可为江汉平原水稻生育期预测提供技术支撑,在考虑极端天气条件胁迫产量形成过程的基础上,可应用于该地区气象影响评价及产量预报业务。     

CERES-Maize区域应用效果分析

作物区域模拟是利用有限的空间数据,尽可能反映作物生育期、产量等性状的时空变化规律。本文尝试利用CERES-Maize模型进行区域模拟,并探讨区域应用的效果。结果表明,经区域校准后的CERES-Maize模型用于区域模拟时,基本可以反映出产量的变化规律,网格模拟产量与农调队调查产量的相对均方根差（RMSE％）为29．9％,符合度0．78。全国2144个网格71．3％的RMSE％在30％以内,其中RMSE％〈15％的为29．4％;就各区域而言,种植面积最大的玉米生态2区（占全国总面积的34％）效果最好,该区63．2％网格模拟的RMSE％小于15％。但区域模拟过程中还存在一系列误差,主要包括：模型本身的误差、作物品种遗传参数的误差、按一定区域范围归并的品种和管理参数引起的误差、区域划分引起的误差和空间数据的误差等,今后需要进一步校准和修正。     

基于作物需水与降雨径流调控的隔坡梯田结构优化

 针对黄土高原丘陵沟壑区坡地作物普遍存在的干旱缺水与水土流失问题,基于作物需水过程和降雨径流调控理念,利用WEPP模型对不同梯田模式下春玉米生育期的降雨、径流、入渗、蒸发、土壤水进行作物生育期需水耗水过程计算。结果表明:研究条件下,单一模式隔坡梯田不能完全解决春玉米需水与天然来水在时间上的错位问题,且一般情况下需要1∶6～1∶8平坡比收集降雨径流,土地资源浪费严重;结合水窖,不但能大量节约土地资源、满足作物需水,且隔坡梯田作物年产量、作物水分利用效率和降水利用效率较无隔坡条件均增加50%以上,基本实现作物增产和减少水土流失的双重目标;得出的典型模式隔坡梯田平坡比取值参考表可供黄土丘陵沟壑区隔坡梯田设计规划参考。在黄土高原丘陵沟壑区,隔坡梯田与水窖蓄水配合,不但可满足作物生长过程需水,而且又可防止水土流失,是适宜推广的坡地降雨径流调控方式,这对坡地水土资源高效利用具有实际指导意义。     

气候变化背景下玉米品种更替对新疆光热资源利用效率的影响

以新疆地区乌兰乌苏和哈密站春玉米、喀什和库尔勒站夏玉米为研究对象,基于1981-2019年气象资料、1981-2018年农业气象试验站玉米作物资料和土壤资料,分析APSIM-Maize模型在新疆典型站点的适用性;并结合统计学方法,分析了气候变化背景下新疆春玉米和夏玉米生长营养和生殖生长阶段,以及生长季内有效热时数和有效辐射的变化特征;采用调参验证后的APSIM-Maize模型,明确了气候变化背景下品种更替对玉米产量和光热资源利用效率的影响。结果表明:调参验证后的APSIM-Maize模型可较好地模拟研究区域春玉米和夏玉米的生育期和产量。气候变化背景下玉米生长季内热量资源和辐射资源呈增加趋势,其中春玉米以生殖生长阶段延长为主,夏玉米以营养生长阶段的延长为主。研究时段内玉米生育期缩短、产量降低,但品种更替使玉米生育期延长、产量提高,其中春玉米表现为生育期延长,生殖生长阶段占全生育期比例提高,而夏玉米则表现为生育期缩短趋势的减小。同时,品种更替也显著提升了玉米生长季内的光热资源利用效率。     

农田水盐运移与作物生长模型耦合及验证

合理定量描述土壤水盐动态及作物生长过程对于干旱灌区制定适宜的农业用水措施具有重要意义。该文以SWAP(soil water atmosphere plant)模型为基础,采用变活动节点法实现了对土壤融化期的水盐运移模拟,并在根系吸水计算中引入了基于S形函数的水盐胁迫计算方法,以修正原SWAP模型对根系吸水的模拟。进一步嵌入了参数与输入数据较少且可以模拟作物生长过程及实际产量的EPIC(environmental policy integrated calculator)作物生长模型,构建了改进的农田尺度土壤水盐动态与作物生长耦合模拟模型-SWAP-EPIC。分别采用宁夏惠农灌区春小麦和春玉米田间试验数据,对SWAP-EPIC模型田间适用性进行了检验。对比分析各层土壤水分与盐分浓度、作物生长指标(叶面积指数、地上部生物量)的模拟值与实测值,结果表明:春小麦和春玉米试验中土壤水分的平均相对误差MRE和均方根误差RMSE均接近于0且模型Nash效率系数NSE值趋近于1,水分模块模拟精度较高,盐分浓度模拟存在略微差异但总体上一致性较好,并且作物生长指标匹配良好;同时,模拟的产量和蒸散发均较为接近实际值,春小麦和春玉米产量模拟相对误差分别为4.9%和3.3%。综上,该文改进的SWAP-EPIC模型可良好地应用于寒旱区农田尺度土壤水盐运移与作物生长耦合模拟。     

基于APSIM模型评估北方八省春玉米生产对气候变化的响应

基于北方地区农业气象试验站春玉米多年田间试验数据和逐日气象数据,分析农业生产系统模型APSIM在北方八省春玉米产区的适用性,在区域尺度上识别春玉米发育期和产量的关键气象响应因子,模拟过去54a（1961?2014年）该地区春玉米的生长发育和产量形成过程,探讨春玉米发育期和产量对气候变化的响应规律。结果表明：验证后的APSIM玉米模型在北方八省春玉米产区具有较好的适用性。气温和土壤温度是北方各地春玉米发育期的首要关键气象响应因子,其中北方春播区春玉米各关键发育期对最高气温响应最明显,西北内陆区春玉米各关键发育期对最低气温响应最明显。平均气温、日最高气温、日最低气温和土壤温度的升高均会导致春玉米生育期（出苗、开花和成熟）日序提前,发育天数减少,春玉米提前成熟。北方春播区春玉米产量对温度、降水、日照时数响应明显,西北内陆区春玉米产量对温度和潜在蒸散响应明显,大部分地区温度的升高和潜在蒸散的增加会引起玉米产量的显著下降。     

基于作物模型与最佳季节法的锦州地区玉米最佳播种期分析

为了探究锦州地区平均气候状态下玉米最佳播期,同时检验作物模型法和最佳季节法确定最佳播期的适用性,利用辽宁锦州农田试验站3a分期播种试验数据,在对作物生长模型CERES-Maize进行参数校正与模拟效果检验的基础上,应用模型模拟不同播期下玉米30a（1981-2010年）的产量,同时应用最佳季节法分析该地区的玉米最佳播期,结合作物模型法的研究结果,提出对最佳季节法的改进办法。结果表明：CERES-Maize模型能够较好地模拟不同播期玉米的物候期和产量,其归一化均方根误差（NRMSE）小于10.3%,对不同播期下30a的产量模拟结果显示,当播期从4月10日推迟至5月10日,玉米平均产量增加6%,当播期从5月10日推迟至5月30日,玉米产量中值从9112kg·hm-2降至8619kg·hm-2,4月25日和4月30日播种玉米的平均产量与5月10日播种的玉米产量无显著差异。结果显示最佳季节法确定的锦州地区玉米最佳播期较为滞后,与作物模型法的研究结果及实际生产的播期有较大出入,因此,提出了对最佳季节法的改进办法即将灌浆期间的不利气温条件考虑在内,改进后得到的最佳播期与作物模型法研究结果较一致。从30a平均气候状况看,该地区玉米的最佳播期在4月25日-5月10日,作物模型法有较好的适用性,最佳季节法经过改进后也可实际应用。     

关中平原夏玉米临界磷浓度稀释曲线构建与磷营养诊断

  【目的】  通过分析不同施磷水平下夏玉米地上部生物量与其植株磷浓度的变化关系,构建临界磷浓度稀释曲线模型,为夏玉米磷素优化管理及磷营养诊断提供理论基础。  【方法】  2019—2020年在陕西关中平原,以两个玉米品种郑单958和豫玉22为试验材料进行田间定位试验。共设4个施磷量处理 (P₂O₅):0、60、120、180 kg/hm2。在夏玉米拔节期、抽雄期、灌浆期和成熟期进行地上部取样,分析夏玉米地上部干物质量、全磷含量以及产量。利用2019年试验数据构建夏玉米临界磷浓度稀释曲线模型和磷素营养指数,利用2020年数据对模型进行验证。  【结果】  增施磷肥能显著提高夏玉米产量、地上部生物量和植株磷浓度,两个品种之间没有显著差异。随施磷水平的提高,夏玉米产量表现为先增加后减少,P120处理可获得最高产量,产量效应方程显示两年两个品种夏玉米平均理论最高产量对应的施磷量为110.2 kg/hm2。由产量构成要素看出,施磷对穗数没有显著影响,但能显著提高穗粒数和百粒重,且施磷对玉米穗粒数的影响大于对百粒重的影响。地上部生物量表现为P0c) 变化曲线:P_c = 8.11DM?0.22 (R2 = 0.886)。模型拟合的植株磷浓度和2020年玉米实际磷浓度线性相关,稀释曲线模型的RMSE和n-RMSE分别为1.146和18.23%,说明模型具有较好的稳定性。基于临界磷浓度稀释曲线计算磷营养指数 (PNI),各生育时期PNI值随磷肥用量增加而增大,随生育进程推进呈现先升高后降低趋势。PNI与相对吸磷量 (RP_upt)、相对地上部生物量 (RDW) 和相对产量 (RY) 均呈极显著相关。  【结论】  本研究建立的夏玉米临界磷浓度稀释曲线和磷营养指数 (PNI)模型能够很好地预测植株不同生育时期的磷素盈亏状况,对指导夏玉米生长季磷素营养诊断及最佳磷肥施用量具有可行性。     

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。     

传统耕作结合秸秆地膜双元覆盖是提高渭北旱塬春玉米产量和养分吸收的有效措施

  【目的】  在干旱半干旱地区,实现雨养农业作物持续增产的关键因素是提高作物养分利用效率。研究黄土高原旱作农业区长期不同耕作、覆盖措施对春玉米产量和养分吸收的影响,为黄土塬区可持续的农田管理提供参考。  【方法】  保护性耕作定位试验位于中国科学院黄土高原农业生态试验站,始于2003年。设有4个传统耕作和4个免耕处理,具体为传统耕作 (CT)、传统耕作+地膜覆盖 (CP)、传统耕作+秸秆覆盖 (CS)、传统耕作+地膜+秸秆覆盖 (CPS)、免耕 (NT)、免耕+地膜覆盖 (NP)、免耕+秸秆覆盖 (NS)、免耕+地膜+秸秆覆盖 (NPS)。调查分析了2007—2016年玉米产量和玉米养分吸收特性。  【结果】  4个传统耕作处理中,CP处理玉米籽粒平均产量比CT处理提高了24.4%,氮素和钾素养分利用效率最高;CS处理玉米平均生物产量比CT处理提高了39.4%,玉米茎秆养分吸收量最高,特别是总吸钾量提高了101.7%;CPS处理籽粒平均产量最高 (9381.6 kg/hm2),总吸氮量和吸磷量分别比CT处理提高了63.2%和123.7%。4个免耕处理中,NP处理籽粒平均产量比NT处理提高了25.8%,NS处理比NT处理降低了3.9%;CPS处理平均籽粒产量、生物产量、植株总吸氮量和总吸磷量最高。相同覆盖处理下,传统耕作的平均籽粒产量、生物产量、氮磷总吸收量均高于免耕。平水年地膜覆盖增产效果最好 (27.0%～37.4%),干旱年秸秆覆盖增产效果最好 (3.5%～8.5%),丰水年则以地膜秸秆双元覆盖增产效果最大 (31.6%～38.1%)。  【结论】  黄土高原旱地条件下,传统耕作对玉米的增产效果好于免耕。采用传统耕作结合地膜秸秆双元覆盖提高了玉米籽粒产量,增加了玉米地上部养分吸收量,在不同气候年份下对玉米增产效果均较好,且年际间变异幅度较小,是渭北旱塬增加玉米养分吸收,提高籽粒产量的最佳田间管理措施。     

黄土高原纬度梯度下草本植物生物量的变化及其氮、磷化学计量学特征

【目的】植物生物量可以表征植物的生长状况和自然环境的变化动向,化学计量学特征能够反映植物养分含量及养分利用策略,本研究以草本植物生物量和草本植物叶片化学计量学特征为研究对象,探讨黄土高原地区草本植物生物量及其叶片氮、磷化学计量学特征沿纬度梯度的变化规律,为预测黄土高原植物的生长发育前景、生态系统的土壤养分状况、植物营养元素的限制情况提供参考依据。【方法】以陕西省延安市的富县、甘泉县、安塞县和榆林市的靖边县、横山县和榆阳区为研究区域,测定黄土高原地区草本植物生物量和草本植物叶片氮(N)、磷(P)含量,比较不同纬度梯度下不同植被带的草本植物生物量的大小;利用方差分析将本研究中黄土高原地区草本植物叶片氮、磷含量以及N/P与全球、中国尺度等其他研究结果进行比较,分析黄土高原植物生长中的主要限制元素;利用回归分析阐明不同纬度梯度下草本植物生物量的变化规律及其叶片氮、磷的化学计量学特征。【结果】1)在35.95°38.36°N的纬度范围内,黄土高原不同植被带草本植物生物量的变化范围为9.10 27.59 g/m2,算术平均值为19.45 g/m2,变异系数为30.3%。4个不同植被带草本植物生物量的大小顺序为草原带森林-草原带森林带草原-荒漠带。且随着纬度的升高,草本植物生物量呈先增加后减少的趋势。2)黄土高原草本植物叶片氮、磷含量和N/P的变化范围分别为18.09 33.17 mg/g、1.07 1.7 mg/g和15.4 21.6;平均值分别为25.79 mg/g、1.37 mg/g和18.71,变异系数分别为17.1%、13.9%和9.94%,其中草本植物叶片氮的变异系数最高,N/P最低。草本植物叶片氮、磷之间存在显著的相关关系,且随着纬度的升高,草本植物叶片氮、磷含量也随之升高,而N/P随纬度的升高变化不明显。3)黄土高原草本植物叶片氮含量(25.79 mg/g)高于全球尺度的平均氮含量(20.09 mg/g),而草本植物叶片磷含量(1.37 mg/g)低于全球尺度的平均磷含量(1.77 mg/g),因此该地区草本植物具有较高的N/P。【结论】黄土高原草本植物生物量与纬度存在一定的相关性,且并不是简单的线性相关,其生物量的变化也与植被带的物种组成有关;黄土高原草本植物叶片氮、磷含量与纬度之间存在显著的正相关关系,而N/P与纬度之间没有显著的相关性。与全球尺度相比,黄土高原地区草本植物生长更易受磷限制。     

关中平原冬小麦临界磷浓度稀释曲线的构建与磷营养诊断

  【目的】  基于关中平原冬小麦施磷量与小麦磷营养的关系,建立临界磷浓度稀释曲线,为当地冬小麦科学施磷提供理论依据。  【方法】  长期定位施磷田间试验始于2009年,供试小麦品种为‘西农979’。设置4个施磷水平(P₂O₅) 0、60、120、180 kg/hm2,分别记为P0、P60、P120和P180处理。于2018—2021年冬小麦拔节期、孕穗期、开花期、灌浆期和成熟期取样,分析冬小麦地上部生物量、植株磷浓度,记录小麦产量。利用2018—2020年冬小麦地上部生物量和植株磷含量建立临界磷浓度稀释模型,计算磷营养指数 (PNI)。依据2020—2021年冬小麦数据验证磷营养指数诊断的可靠性。  【结果】  1) 施用磷肥可显著增加冬小麦穗数和穗粒数,显著降低千粒重,2018—2021年3季冬小麦依次提高穗数50.7%～53.0%、23.1%～29.7%和17.5%～19.0%,穗粒数依次提高28.6%～34.2%、22.7%～24.1%和18.7%～19.6%,千粒重依次降低1.1%～2.9%、3.5%～7.0%和1.3%～4.9%,P60、P120和P180处理间穗数、穗粒数(2018—2019年除外)差异不显著。随着施磷量增加,冬小麦籽粒产量先持续增高而后降低,施磷处理下2018—2021年3季冬小麦依次增产104.3%～108.2%、39.8%～47.4%和27.6%～32.5%,在P120处理下产量达到最大值,2018—2021年3季依次为7100、6369和6714 kg/hm2。2) 冬小麦地上部生物量随生育进程的推进逐渐增加,地上部磷浓度随生育进程推进逐渐降低。同一取样时期,施磷量增加,地上部生物量和磷浓度也随之增加。据此,本研究2019—2020年建立的临界磷浓度稀释曲线模型为P_c=6.00DM–0.43,模型RMSE值为0.09,n-RMSE值为3.45%,表明模型模拟值的可靠性和稳定性达到要求。3) 随着施磷量增加,磷营养指数 (PNI) 增大,磷营养指数 (PNI) 在P120处理下最接近1。各施磷量处理下,冬小麦磷营养指数 (PNI) 随生育期的变化较小。  【结论】  依据不同施磷量下冬小麦地上部生物量和磷浓度,建立的临界磷浓度稀释曲线模型与磷营养指数 (PNI) 模型能够准确诊断关中平原冬小麦不同生育阶段的磷素盈亏状况,可用来指导关中平原冬小麦植株各生育期磷素含量评估和磷肥施用。     

旱地高产小麦品种籽粒锌含量差异与产量构成和锌吸收利用的关系

【目的】 明确旱地条件下高产小麦品种籽粒锌含量差异与产量构成及锌吸收利用的关系,对通过品种选育和施肥调控提高旱地小麦籽粒产量和锌营养,实现小麦高产优质生产有重要意义。 【方法】 于2013—2016年连续三年在黄土高原典型旱地进行了小麦裂区田间试验。 以我国主要麦区的123个小麦品种为试材,每个品种设置不施肥和施N 150 kg/hm2、P₂O₅ 100 kg/hm2两个处理。分析了高产小麦籽粒锌含量差异及其与干物质累积、产量构成、锌吸收和分配之间的关系。 【结果】 施肥条件下,高产小麦品种籽粒锌含量存在显著差异,小麦籽粒锌含量与籽粒产量间无显著相关性,但与千粒重、锌吸收量、锌收获指数和籽粒锌形成效率呈显著正相关,与穗粒数呈显著负相关。在高产品种中,无论施肥与否高锌品种的籽粒锌含量均显著高于低锌品种;高锌品种的籽粒锌含量因施肥而显著提高,低锌品种却降低。施肥条件下,高锌品种的籽粒产量、生物量和收获指数与低锌品种相比无显著差异,穗数却显著降低;高锌品种的籽粒锌吸收量、地上部锌吸收量、锌收获指数和籽粒锌形成效率均显著高于低锌品种。且高锌品种的产量、生物量、穗数、穗粒数和锌吸收量因施肥引起的提高幅度均亦显著高于低锌品种。 【结论】 在黄土高原旱地低锌土壤上,无论是品种选育还是施肥调控,促进小麦锌的吸收和向籽粒的转移是提高小麦籽粒锌含量的关键。      

基于冠层覆盖度的玉米植株临界氮浓度模型构建与产量预测

  【目的】  依据临界氮浓度稀释原理,构建基于冠层覆盖度的覆膜滴灌玉米植株临界氮浓度稀释曲线,并通过氮营养指数和氮累积亏缺量模型对玉米氮营养状况进行诊断和评价,以期达到基于该模型的玉米产量预测。  【方法】  于2019—2020年,在宁夏引黄灌区开展了4个氮肥用量(0、120、240、360 kg/hm2)田间试验,采用滴灌水肥一体化技术,氮肥按照苗期10%、拔节—大喇叭口期45%、抽雄—吐丝期20%和灌浆期25%的比例分8次随水追肥。在玉米关键生育时期测定农学参数和图像参数,分别测定了地上部生物量、植株氮浓度和产量,建立和验证基于冠层覆盖度的玉米植株临界氮浓度经验模型。  【结果】  基于冠层覆盖度的玉米植株临界氮浓度、最大氮浓度和最小氮浓度模型R2分别为0.917、0.843、0.873。临界氮浓度模型检验参数RMSE和n-RMES分别为 0.242和 11.753%。以冠层覆盖度为基础的氮营养指数和氮累积亏缺量推算出玉米最佳施氮处理为240 kg/hm2。不同生育时期氮营养指数、氮累积亏缺量与相对产量的关系极显著,R2均不小于0.922,且大喇叭口期和抽雄期R2值最高。采用独立试验验证表明,在大喇叭口期和抽雄期表现出稳定的模型性能,R2值≥0.944,n-RMSE均≤9.089%。在大喇叭口期和抽雄期,氮营养指数、氮累积亏缺量与相对产量呈极显著相关,能准确地解释受氮素限制和不受氮素限制生长条件下相对产量的变化。  【结论】  基于冠层覆盖度构建的植株临界氮浓度稀释曲线可准确判断和评价玉米拔节期至吐丝期的氮素营养状况,依据氮营养指数、氮累积亏缺量与相对产量所构建的关系模型可对玉米产量进行准确估计,其为玉米生长过程中氮肥的精确管理和产量预测提供了一种简便的新方法。     

水氮耦合条件下番茄临界氮浓度模型的建立及氮素营养诊断

【目的】临界氮浓度是指在一定的生长时期内获得最大生物量时的最小氮浓度值,具有明确的生物学意义。探究不同水氮供应对番茄地上部生物量、氮素累积的影响,构建临界氮浓度稀释曲线模型,并基于氮素吸收和氮营养指数模型进行番茄氮素营养诊断,可为番茄水肥一体化提供一定的理论依据。【方法】于2013年在日光温室内进行了盆栽试验,供试番茄品种为金鹏M6088。设置3个灌水量为低水W1(60%70%θf)、中水W2(70%80%θf)和高水W3(80%90%θf),θf为田间持水率;施氮量设置3个水平为低氮N1(N 0.24 g/kg土)、中氮N2(N 0.36 g/kg土)和高氮N3(N 0.48 g/kg土),试验采用完全随机区组设计,共9个处理,每个处理重复15次,研究了不同水氮条件下番茄的地上部生物量、氮素累积及氮浓度的动态变化,构建了番茄不同水分条件下的临界氮浓度稀释曲线模型。【结果】番茄地上部生物量、氮累积量随移栽时间的动态变化符合Logistic模型,不同水氮供应对番茄地上部生物量理论最大值的影响不同,中水和高水条件下,番茄地上部生物量理论最大值随着施氮量的增加呈先增加后减小的趋势;而在低水条件下呈递增趋势,说明适量增施氮肥可以减轻干旱对干物质量累积的抑制;番茄地上部生物量快速累积起始日较氮快速累积起始日晚8 17 d,且不同水氮处理番茄地上部生物量最大生长速率、氮累积量最大累积速率均出现在中水中氮(W2N2)处理;在相同的水分条件下,番茄地上部生物量氮浓度随施氮量的增加而提高,随生育进程的推移呈下降趋势;氮浓度与地上部生物量之间符合幂指数关系,适当增大灌水量可以提高植株对氮的容纳能力,并且可以缓解氮浓度随植株生物增长量下降,使植株稳步有序地生长;不同的水氮供应对番茄产量影响显著,随着灌水量和施氮量的增加,产量显著提高,但当灌水量和施氮量达到一定数量时产量不仅没有提高反而随其增加而降低。【结论】基于临界氮浓度构建的氮营养指数、氮吸收模型对番茄的适宜施氮量诊断结果一致,均以中水中氮(W2N2)为最佳条件,即当灌水量和施肥量分别为62.1 L/plant、15.1 g/plant时,番茄单株产量达到最大(1602 g),构建的模型合理可行。     

氮肥运筹对黄土塬区春玉米产量、效益和氮肥利用率的综合效应

【目的】研究氮肥种类、施氮量、施肥方式及施肥位置对春玉米产量、氮素吸收、氮肥利用率和经济效益的综合效应，为黄土塬区雨养春玉米氮肥减量和轻简化施肥提供理论与技术支撑。【方法】本研究在黄土高原中南部陕西长武县进行，共设两个试验。1) 肥料效应试验 (2017—2018)，供试作物为春玉米 (品种为‘先玉335’)，一年一熟制，耕作方式为平作半膜覆盖。设8个处理:不施氮 (N0)；常规施氮 (N225，分次施肥，膜间施肥)；减量施氮 (N180，分次施肥，膜间施肥)；普通尿素减量一次性膜间基施 (B-N180)；硫包衣尿素减量一次性膜间基施 (B-SCU)和膜内基施 (B-SCUi)；基质缓释尿素减量一次性膜间基施 (B-MU) 和膜内基施 (B-MUi)。生育期内测定耕层土壤矿质氮 (NH₄+ + NO₃–) 含量及植株地上部氮素累积量，收获后测定产量及0—200 cm土壤剖面中矿质氮 (NH₄+ + NO₃–) 残留量等指标。2) 肥料氮素释放试验，与2018生育季肥料效应试验同时同地进行，不种植玉米。设6个施肥处理:普通尿素膜间 (U) 和膜内 (Ui)、硫包衣尿素膜间 (SCU) 和膜内 (SCUi)、基质缓释尿素膜间 (MU) 和膜内 (MUi)。测定施肥区单位土体 (5 cm × 6 cm × 100 cm) 中矿质氮量，土体中矿质氮增量被视为肥料释放氮。【结果】氮肥种类、施氮量和施肥方式对春玉米产量、氮素累积量、氮肥利用率和经济收益等有显著影响，矿质氮在土壤剖面中的分布及其肥效受生育季降雨量及降雨分布的影响。施N 180～225 kg/hm2可显著增加黄土塬区春玉米产量，增产幅度为49.47%～84.73%。与N225处理相比，B-MU、B-MUi和B-N180等处理2个生育季均无减产效应，但氮肥利用率较常规施肥增加4.41%～23.61%，经济效益增加346～1586 yuan/hm2，同时减少了土壤矿质氮的残留；而B-SCUi处理产量显著下降，其氮素累积量、氮肥利用率及经济效益也均有所降低；N180处理2017生育季无显著减产效应，2018生育季减产23.31%，减少经济效益5623 yuan/hm2。膜际种植条件下，膜间施肥效果优于膜内施肥。基质缓释尿素的养分释放规律与当地水热条件和植株吸氮规律较匹配。【结论】黄土塬区氮肥全部膜间基施有利于雨养春玉米喇叭口期前吸收足够的氮素营养，减少氮肥追施可能带来的氮素损失或干旱季节无法追肥的风险，提高生产效率和氮肥利用率。基质缓释尿素所释养分与玉米根系在土壤中的分布匹配性较好，减少20%的氮肥投入量无减产效应，是当地轻简化施肥的推荐氮肥种类；硫包衣尿素在玉米生育前期养分释放量过少，不适宜一次性基施。     

黄土高原地区粮食生产潜力与粮食生产发展战略探讨

在运用DSSAT3模型模拟研究黄土坑原地区28个代表点小麦、玉米、谷子、大豆和马铃薯（或水稻）生产潜力的基础上，统计计算了14个生态类型区粮食作物单产潜力及其开发率结果表明，黄土高原地区可望在2020年前实现区域粮食自给，但其前提是需要投入巨大的物质和技术，加之该区广大山塬旱区粮食生产效益低，故该区粮食生产目标应定位于保证农业人口的粮食自给，不宜过分强调区域粮食自给和商品粮生产，粮食短缺部分应从国内外粮食市场寻求解决，以免造成生态环境恶化及经济的巨大浪费。