干旱条件下APSIM模型修正及华北冬小麦产量模拟效果

干旱是影响华北地区冬小麦产量的主要农业气象灾害之一,作物生长模型是评估干旱对作物产量影响主要方法之一,但作物生长模型对极端天气气候条件下（如干旱）作物产量模拟效果仍存在不确定性。为提高作物模型在干旱条件下对作物产量模拟的精准性,该研究利用调参验证后的农业生产系统模型（agricultural production systems simulator,APSIM）,通过查阅与华北地区冬小麦相关的186篇大田试验文献获得1 876对观测数据,以作物水分亏缺指数为干旱指标,评估APSIM模型在冬小麦拔节-开花和开花-成熟阶段干旱对产量影响的模拟效果,提出APSIM在拔节-开花和开花-成熟阶段干旱对小麦产量影响的修正系数。基于历史气候条件、SSP245和SSP585未来气候情景资料,分析了冬小麦拔节-开花和开花-成熟阶段干旱时空分布特征,并采用修正系数校正后的APSIM模型评估华北地区冬小麦拔节-开花和开花-成熟阶段不同等级干旱对其产量的影响。结果表明,APSIM模型低估了拔节-开花阶段干旱对冬小麦产量影响程度,轻旱、中旱和重旱校正系数分别为0.85、0.91和0.85;APSIM模型可准确模...     

夏玉米不同生育阶段干湿变化的补偿效应研究

通过玉米单阶段和双阶段干旱及复水处理的小区试验研究证明，补偿效应是作物生长发育中存在的一种生存本能，其表现有产量、生长和生理等方面，苗期旱后的拔节期复水存在生长超补偿效应和较大产量补偿效应，其生理补偿效应可持续到抽雄期；抽雄期干旱的产量和水分利用效率明显降低，苗期、拔节期连续干旱则产量最低。     

施肥促进作物水分利用机理及对产量影响的研究

在田间及盆栽试验条件下,以小麦为主要实验材料,研究了干旱下无机营养与作物产量、生长、水分利用效率及抗旱性的关系.结果表明:旱地施肥明显提高了作物产量和水分利用效率,但干旱程度明显影响了肥效的发挥;不同营养元素对作物抗旱性的影响并不相同,氮、钾营养主要通过增强作物的渗透调节和气孔调节改善作物的抗旱性,而磷营养则明显改善了作物抗旱性.最后,从作物水分关系、气孔反应、渗透调节、地上地下关系等方面对施肥提高作物产量、水分利用效率和改善抗旱性的原因进行了分析.     

极端干旱下不同耕作法对玉米生长及产量的影响

极端干旱年份的试验表明,梯田采用微集流耕作法,作物生长态势明显优于常规耕作法,玉米株高、抽穗率、抽雄率、生物产量、单产以及土壤含水率存在显著性差异,并可取得一定的收成,宜于在干旱半干旱地区推广,对于保证粮食安全具有重要意义.     

膨化相关法在农业气象统计中的应用

膨化相关法在农业气象统计中的应用尹东，余优森（兰州干旱气象研究所）结合生物学意义寻找出的气象要素与作物生长、发育以及产量之间的相关关系，往往揭示出了二者之间本质上的联系，是其内在规律的定量反映。由于气象要素对作物生长发育影响的滞后性和前后相关性，有时...     

基于遥感和作物生长模型的作物产量差估测

传统的作物生长模型很难模拟大田的实际产量，因为大量的数据、复杂的数学运算以及误差传递限制了作物生长模拟模型的运用。目前为止实际产量仅能通过观测和实地调查获得。该文将NOAA-14 AVHRR遥感获取的冠层温度信息引入作物生长模型，利用冠气温差计算作物水分胁迫系数，可以近似地估计区域作物实际生长速率和产量，进而建立了遥感-作物模拟复合模型PS-X，提出了估算区域作物实际产量的方法。PS-X模型可在不同层次模拟作物的生长和产量，在PS-1、PS-2、PS-X水平计算的分别是作物的光温生产潜力、水分限制下的生产力和实际产量。利用该模型，论文分别模拟了邯郸地区1998年夏玉米的光温生产潜力、水分限制下的生产力和实际产量，并通过比较不同模拟水平下产量和农户调查产量进行区域产量差分析。结果表明：PS-1和PS-2水平之间的产量差主要由水分和土壤质地差异造成；PS-2与PS-X水平间的平均产量差异较大，占总产量差（PS-1与PS-X水平之差）的81.4%，主要由田间管理差异造成；对于平原地区，夏玉米产量估测精度可达90%以上；砂质土壤区估算冠层温度和水分胁迫系数比壤质、粘质土壤区要高，因此砂质土壤区模拟作物产量较低，这与PS-2计算结果、农户调查数据一致。研究证实，区域上应用遥感瞬时温度信息建立遥感-作物模拟复合模型进行估产是可行的。     

应用WOFOST模型模拟低温与干旱对玉米产量的综合影响

在玉米苗期和抽雄期利用人工气候箱对不同水分条件下的玉米植株分别进行低温处理，通过控制试验分析了低温、干旱以及二者合并对玉米生产的影响，在此基础上应用WOFOST作物模型模拟分析了低温、干旱以及二者合并对东北地区玉米产量的影响。试验与模拟结果均表明，低温、干旱以及低温和干旱并发都会使玉米的产量下降，而且低温和干旱并发的影响都要比单一灾害发生条件下大，减产幅度在34．5％左右。同时也很好地验证了WOFOST作物模型应用于低温和干旱对玉米产量影响的适应性。     

1961-2010年陕甘宁农区干旱变化规律及其对小麦潜在产量的影响

干旱作为一种典型的气象灾害事件,对人类生产生活带来了极大影响。近几十年来,随着气候变化不断加剧,干旱的变化规律及对作物生长影响的变化趋势已成为气候变化影响研究的重要组成部分。该文选择中国陕甘宁农区为研究区,利用帕默尔干旱指数(Palmer drought severity index,PDSI)分析了1961-2010年干旱强度及频率的变化趋势,并研究了不同月份干旱的变化趋势;在此基础上,依托EPIC(environmental policy integrated climate)模型分别模拟了冬小麦、春小麦在雨养和充足灌溉条件下的作物生长过程,通过两种模拟情景的差异研究降水亏缺所导致干旱对作物潜在产量影响的变化趋势。研究发现:1961-2010年,中国陕甘宁农区年均PDSI呈现明显的下降趋势,并且年内重度干旱月份数(PDSI-3.0)出现了明显的增长趋势,干旱发生频率上升,强度增强。尤其在4、5、7月,由于降水量明显下降,PDSI的下降趋势最为明显。相比而言,冬小麦种植区PDSI的变化幅度较大。通过分析EPIC模拟结果发现,近50 a,研究区大部分站点干旱导致的作物减产量均出现不同程度的上升,并且空间分布格局与PDSI变化趋势分布相同,研究区中部地区作物产量的减产幅度明显大于其他地区。     

2023年秋收作物生长季农业气象条件评价

基于全国2433个气象台站2023年实时和历史同期（1991-2020年）观测资料、农业气象观测站和试验站作物发育期观测资料,利用农业气象评价指标、作物气候适宜度模型、农业气象灾害指数等方法,综合评估2023年主要秋收作物生长季内农业气象条件、生长适宜度、农业气象灾害等对作物生长和产量的影响。结果表明：2023年秋收作物生长季大部农区光温适宜、降水充沛,农业干旱、低温冷害、南方高温热害、寒露风等灾害影响偏轻,总体上利于秋收作物产量形成。但京津冀和东北等地强降水导致部分农田发生较重渍涝灾害,华北、黄淮和新疆等地夏季高温极端性强,北方地区春季阶段性低温,湖北湖南部分晚稻遭受寒露风灾害,西南地区南部春旱持续时间长,北方部分农区夏季阶段性干旱,部分农作物生长受到一定不利影响。     

基于GIS的区域作物生长模拟模型

利用VB程序语言改写SUCROS作物生长模型,将其模块法并改进了水分平衡和作物系数算法。通过试验数据对参数的校验,模型可以较准确模拟主要作物生长变量和预测产量。以GIS与作物生长模拟模块紧密集成的方式,采用ArcGIS Engine控件开发了区域作物模拟模型(RCGM),可用以模拟区域作物生长和产量时空分布。建立空间数据库管理区域作物生长模拟所需空间数据。以河北省栾城县为例,应用RCGM进行县域冬小麦生长模拟和产量预测,模拟产量平均相对误差为12.51%,表明区域模型模拟也有较高准确性。     

红壤施氮对玉米水分胁迫指数的影响

为了探讨干旱条件下红壤水氮管理措施,在田间遮雨小区设置连续0～32 d不灌水的7个干旱水平和N 0、140、280 kg/hm23个施氮水平的试验,研究了氮肥对夏玉米作物水分胁迫指数(Crop water stress index,CWSI)的影响。结果表明,CWSI可以指示红壤干旱时玉米水分胁迫状况,但增施氮肥后,CWSI与产量的关系发生了偏移。在CWSI低于0.20时,增施氮肥对CWSI无明显影响;在CWSI大于0.20时,增施氮肥使玉米产量下降,高量氮肥还使CWSI上升,作物受旱加剧。说明增施氮肥对CWSI的影响因玉米干旱胁迫程度和施氮量而异。     

有机-无机肥长期配施对潮土土壤肥力和作物产量的影响

以24年(19812～004年)的肥料长期定位试验为基础,分析探讨了有机-无机肥长期配施对潮土土壤肥力和作物产量的影响。研究结果表明,除增施秸秆外,增施化肥也能提高土壤有机质的含量,但同时增施化肥和秸秆更有利于土壤有机质的积累。在提高有机质复合量方面,施用化肥的效果好于施用秸秆,而有机-无机肥结合效果较单一施用秸秆或化肥都要高;随秸秆或化肥施用量的增加有机质的复合度逐渐降低,但有机-无机肥结合施用可以提高有机质的复合度。有机-无机结合有利于改善土壤的物理性状,降低了土壤容重,提高了土壤田间持水量和饱和含水量,增加了土壤总孔隙度和毛管孔隙。单施秸秆肥和单施化肥均有显著的增产效应,而化肥的增产幅度远远大于秸秆肥,有机-无机结合的增产幅度在同等施肥量下较单独施用秸秆或化肥的产量都要高。结果表明,有机-无机结合较单一施用秸秆肥或化肥能更有效地提高潮土的土壤肥力,提高作物产量。     

宁南旱区有机培肥对冬小麦光合特性和水分利用效率的影响

2007～2010年在宁夏南部半旱区,设置了有机肥的不同施用量 （90000、60000、30000 kg/hm2和不施有机肥对照）处理,对土壤贮水量、功能叶片的和水分利用效率等影响的定位试验。结果表明,随有机肥施用量由高到低,在试验第4年（2010年）冬小麦播种期0200 cm土层的土壤贮水量分别较CK提高6.46%、5.06%和2.12%,成熟期提高12.47%、9.38%和3.58%;产量分别较CK提高35.05%、20.77%和11.51%（P0.01）;作物水分利用效率分别较CK提高38.26%、22.61%和11.88%（P0.01）。施用有机肥有利于提高冬小麦旗叶的相对叶绿素含量（SPAD值）,增强冬小麦的光合效率。高、中、低3个有机肥施用量处理的净光合速率和蒸腾速率日均值分别较 CK 增加5.79、4.68、2.00 mol /(m2?s) 和1.50、1.17、0.57 mmol/(m2?s),处理间差异极显著（P0.01）。说明在宁南半干旱区长期施用有机肥对提高土壤水分的保蓄能力、冬小麦的光合效率、产量和水分利用效率有显著效果。     

一次性施用控释肥对水稻植株生长及产量的影响

连续两年(2002—2003年)共4季的盆栽试验,研究了几种国产控释肥一次性施用对水稻植株生长和产量的影响。结果表明,国产控释肥1一次施用(BNCRF)、国产控释肥2一次施用(BLCRF)和国产聚合物包膜尿素复混肥一次施用(BRCU)处理的水稻分蘖动态与水稻专用肥一次施用(BNRSF)和分次施用(SNRSF,对照)处理间非常接近。等养分比例的控释肥与专用肥处理间水稻株高也无明显差异。施用控释肥明显影响地上部生物量变化,在水稻生长前期BNCRF处理显著增加,BLCRF处理早稻增加,晚稻降低,而BRCU处理早、晚稻均明显降低;收获期3种控释肥处理较对照SNRSF处理均显著提高。一次性施用控释肥处理均显著增加了水稻成穗数,每穗粒数亦有增加趋势,但对粒重无明显影响;BNCRF、BLCRF和BRCU处理稻谷产量比SNRSF处理早稻分别增产10.75%、15.81%和15.91%,晚稻分别增产7.66%、4.76%和14.05%,而专用肥BNRSF处理稻谷产量与SNRSF处理无明显差异。     

有机无机肥配施对水稻氮素利用率与氮流失风险的影响

农田土壤–作物系统对畜禽粪便有一定的消纳作用,有机粪肥与无机氮肥配施是未来农业生产中进一步增加产量、减少化肥施用和保护环境的重要生产模式。本研究采用盆栽试验,分析在施用一定量有机粪肥基础上,不同无机氮肥用量对水稻产量、氮素利用率和氮流失风险的影响,探讨有机肥与无机氮肥的最优比例,为有机肥施用条件下稻田无机氮肥的合理施用提供科学依据。结果表明:与单施有机肥(M)相比,配施0.8倍的无机氮肥效果最佳,水稻产量、株高、分蘖数、籽粒吸氮量和氮肥利用率达最高。有机肥作底肥时,水稻生长前期田面水无机氮浓度随配施无机氮肥量的增加而增加,而后期配施无机氮肥各处理田面水氮素浓度则随着氮肥施用量的增加呈现先降低后升高趋势,其中,增施0.4倍、0.6倍和0.8倍无机氮肥时稻田田面水氮素浓度较单施有机肥处理分别降低17.5%、11.9%和9.3%,差异达显著水平(P0.05)。与单施无机氮肥处理(N)相比,同样以0.8倍无机氮肥+有机肥处理作物产量和氮肥利用率最高,田面水氮浓度降低了30.2%,差异达显著水平(P0.05)。综上,消纳有机肥基础上,在满足作物需氮量的前提下,无机氮肥与其配比为1︰1时,既可以提高水稻增产潜力,又降低稻田氮素流失风险和适当减少稻田无机氮肥施用量。     

保水剂构件的保水保肥效果研究

[目的]针对水土流失造成的肥料养分流失及部分地区干旱缺水的问题,进行节水保肥的系列研究,阐明保水构件的保水保肥效果及其应用前景。[方法]利用保水剂加工成各种形状的保水构件,并使其获得的保水保肥效果优于把保水剂和土混匀的常规方法。[结果]在同等淋水量的情况下使用保水构件可减少65%的水分流失,N,P,K养分流失可减少89%以上;盆栽试验中,在干旱胁迫情况下,保水构件可使玉米增产155%;大田试验显示,自然降雨条件下,保水构件可使玉米增产26%,甘蔗增产10.5%且糖度增加。同时N,P,K养分下渗流失减少而对养分的吸收增加。[结论]系列试验说明保水构件可提高作物产量、质量和对养分的吸收。     

The effects of potassium fertilization on water‐use efficiency in crop plants

The supplies of water and nitrogen to a plant during its critical stages of growth are the main factors that define crop yield. A crop experiences irregular water deficits during its life cycle in rain‐fed agriculture. An effective anti‐stress‐oriented approach therefore ought to focus on increasing the units of water productivity. The main objective of this conceptual review is to confirm that adequate K management can be used as an important tool to alleviate the negative effects of water deficit on plant growth, yield‐component formation, and yield. The French and Schultz approach of using the water‐limited yield (WLY) was modified in this review into a graphical form and was used to discriminate between yield fractions that depended on the volume of transpired water from those that were induced by K fertilizer. By using this method, it was possible to demonstrate the extent of several crop (winter wheat, spring triticale, maize, sugar beet) responses to the K supply. Yield increases resulting from K application mostly appeared under conditions of mild water deficit. As described for sugar beet, finding the critical period of crop K sensitivity is a decisive step in understanding its impact on water‐use efficiency. It has been shown that an insufficient supply of K during crucial stages in the yield formation of cereals (wheat, spring triticale), maize, and sugar beet coincides with a depressed development in the yield components. The application of K fertilizer to plants is a simple agronomic practice used to increase crop tolerance to a temporary water shortage. It may be that the improvement of a plant's access to K during mild water‐deficiency stress will increase water uptake by the root cells, which in turn increases their osmotic potential and thereby allows extension growth. This growth in turn promotes access to other mineral elements (including nitrogen) and water, which favor plant growth and yield.     

基于NDVI时间序列数据的施肥方式遥感识别方法

农产品生产过程时空动态监测是有机/绿色农产品认证亟待解决的问题,不同施肥方式的时空精准识别是解决该问题的关键。本文以美国加州大学戴维斯分校长期定位实验为基本材料,利用时间序列Landsat8和Sentinel-2影像研究长期施肥实验下不同施肥处理轮作地块的植被指数时间序列,对比分析不同施肥处理NDVI的差异以及NDVI与产量的相关性。结果表明:1)不同施肥处理下的NDVI时间序列曲线总体趋势相似,有机肥与化肥处理NDVI时间序列曲线差异较大;2)不同施肥处理NDVI随作物生长期呈现规律变化,生长初期和后期有机肥处理NDVI均值高于化肥处理,生长中期化肥处理高于有机肥处理;3)不同施肥处理下的NDVI与产量之间相关系数随作物生长期有规律变化,应用植被指数进行遥感估产需要考虑不同施肥处理的影响。研究成果初步探讨了利用不同施肥处理NDVI时间序列差异、NDVI与产量相关性差异区分有机肥与其他施肥方式,有望为有机/绿色农业的时空动态监测与认证提供遥感技术支持,深化遥感技术在农业领域应用。     

便携式精确农作系统的构建与应用

为实现农作物生产管理的便携式和精确化。该研究以精确农业技术思想为指导,课题组已有精确作物管理模型为基础,结合Pocket PC、嵌入式GIS、SQL Server CE和GPS技术,采用系统工程思想和软构件技术,开发实现了基于Pocket PC的便携式精确农作系统。系统具有地图操作、信息管理、栽培方案设计、肥水运筹、适宜生长指标设计、因苗动态调控以及系统帮助等功能。于2007－2008年在江苏、浙江及河南示范区进行了系统的示范与应用,结果表明,系统能根据田块的实际情况设计适宜的作物生产精确管理方案,精确管理田块的水稻平均产量达10 435.3 kg/hm2,产量增幅达12.83%;精确管理田块的小麦平均产量达8124.6 kg/hm2,产量增幅达9.02%,同时减少了氮肥投入。系统的建立为精确农作管理提供了新的服务载体和应用模式。     

半干旱地区土壤水分和养分对玉米生长和产量的耦合影响

Interaction between soil water and nutrients plays an important role in sustainable crop management in semi-arid environments.On the basis of a field experiment conducted from 2000 to 2003,this study examined the coupled effects of irrigation and fertilizers on maize growth and yield in a semi-arid region of northeastern China.In terms of plant productivity,nitrogen fertilizer had the most significant effect followed by irrigation and phosphate levels.The combined application of nutrients and irrigation exerted a synergistic effect on the grain yield of maize plants.Regression analysis indicated that optimal levels of nitrogen and phosphate,in addition to adequate irrigation,could greatly improve the efficiency of grain production.Similarly,optimization of soil nutrient availability substantially increased water use efficiency.These suggested that for the most efficient and sustainable crop production,irrigation and nutrient management should be based on a quantitative understanding of water/nutrients interaction,particularly in semi-arid and arid regions.