基于CERES-Rice模型的覆膜旱作稻田增温效应模拟

水稻覆膜旱作技术具有显著的节水、增温、防污和减排效应,是节水稻作技术体系的重要措施之一,将CERES-Rice模型用于覆膜旱作条件时,必须首先解决覆膜增温效应的准确模拟问题。该文拟应用热量传输理论及目前旱地作物生产系统中采用的覆膜增温效应模拟方法,来模拟水稻覆膜旱作生产体系中的增温效应,从而为完善CERES-Rice模型并使其能用于覆膜旱作水稻的生长模拟奠定基础。参数调校与模型检验验证通过2013、2014年在湖北房县开展的2 a水稻覆膜旱作田间试验来进行,共涉及淹水(对照)、覆膜湿润栽培和覆膜旱作共3个水分处理,分别对2个生长季、2个覆膜处理地表5 cm及地下10、20 cm处温度的变化过程进行了模拟,结果表明:经过参数调校后,所建立的覆膜增温模型可较好地模拟覆膜稻田地表和剖面上土壤温度的变化规律,地表5 cm处土壤温度模拟值与实测值的均方根差、相对均方根差分别低于1.8℃和10%,相关系数在0.89以上(P0.01);尽管地下10、20 cm处的模拟误差稍大,也基本可满足要求,相应的均方根误差3.2℃,相对均方根差15%,相关系数0.65(P0.01)。     

不同覆膜方式对旱砂田西瓜土壤温度及产量和品质的影响

在传统砂田增温保墒基础上,为进一步提高对土壤的增温效果,提高砂田生产效率,在甘肃皋兰干旱山区的砂田上进行全地膜覆盖(FM)、起垄覆膜(RM)、半地膜覆盖(HM)、和不覆膜(CK)4种栽培模式试验。结果表明:各覆膜处理在5cm、10 cm、15 cm、20 cm、25 cm土层的日地温、西瓜各生育时期平均地温及积温均为全覆膜>起垄覆膜>半覆膜>不覆膜,但随着土层的加深,增温效果逐渐减弱。各覆膜处理西瓜果实比不覆膜处理提前10 d左右成熟,并且西瓜产量和品质均以全覆膜(FM)最优,其产量及可溶性糖含量分别比传统半覆膜提高26%和10%。     

改进CERES-Rice模型模拟覆膜旱作水稻生长

覆膜旱作是节水稻作生产体系的重要措施之一,采用CERES-Rice模型模拟覆膜旱作水稻生长需另外考虑覆膜的增温效应和根系层土壤水分布差异及由此所带来的影响。该文借鉴部分旱地作物的相关研究成果,对原CERES-Rice模型中的积温和土壤温度、蒸发和土壤水分胁迫等模拟计算过程进行了改进,并进一步通过2个水稻生长季的田间试验予以验证。试验于2013、2014年在湖北房县进行,共涉及淹水(对照)、覆膜湿润栽培和覆膜旱作共3个水分处理,采用原模型和改进模型分别对2个生长季、2个覆膜处理的生育期、叶面积指数与地上部干物质质量的变化过程及产量进行模拟。结果表明:原CERES-Rice模型难以准确刻画覆膜旱作水稻的生长发育过程,经改进后,模拟效果大大改善,可有效反映环境变化(水分、温度)对覆膜水稻生育进程的影响和产量形成,维持生育期与产量模拟的相对误差在15%以内;覆膜水稻叶面积指数的动态模拟基本满足要求,其均方根差≤1.54 m~2/m~2、相对均方根差≤27%、建模效率≥0.85;对覆膜水稻地上部干物质质量变化过程的模拟也呈现出较好的效果,均方根差和相对均方根差分别小于1 490 kg/hm~2、16%,建模效率则高于0.95。总体而言,经改进后的CERES-Rice模型基本可满足要求,较好地用于模拟覆膜旱作水稻的生长发育规律。     

节水栽培水稻某些氮代谢生理特性研究

田间试验研究了节水栽培对水稻某些氮代谢生理特性的影响。结果表明，覆膜旱作水稻产量比常规水作显著降低，与裸地旱作相比则显著提高；3种栽培模式水稻叶片中氨基酸态氮和硝态氮含量、硝酸还原酶、谷氨酰胺合酶、谷草转氨酶和谷丙转氨酶活性均表现为生育前期较高、生育后期较低的动态特征。与常规水作相比，生育前期覆膜旱作水稻叶片中氨基酸态氮和硝态氮含量、硝酸还原酶和谷丙酰胺合酶活性均有所增加；整个生育期间谷草转氨酶活性有所提高而谷丙转氨酶活性则降低。与裸地旱作相比，覆膜旱作对水稻叶片中氨基酸态氮和硝态氮含量、硝酸还原酶、谷氨酰胺合酶、谷草转氨酶和谷丙转氨酶活性都有提高。水分胁迫对氮代谢生理特性及产量具有一定的负效应，而覆膜旱作能不同程度缓解这种效应，甚至有所促进；适量增加氮肥用量可以提高覆膜旱作氮代谢生理活性（尤其生育早期）及产量。     

不同地表覆盖旱作水稻和水作水稻水分利用效率的研究

通过田间试验研究不同地表覆盖旱作水稻和水作水稻全生育期内水分需求特征与水分利用效率。结果表明,水作稻田当季用水总量是旱作稻田的3倍多,旱作盖草处理的灌溉量为434.5m3/hm2,仅相当于水作的24.6%。不同处理的水分利用效率为:盖草>覆膜>裸露>水作,且旱作与水作间差异极显著。水作、覆膜、盖草和裸露的产量分别为:8250,7207,7867,7253kg/hm2,统计分析结果显示,盖草旱作与水作间产量差异不显著,这表明盖草旱作是一项效果最好的技术。     

白膜、黑膜全年覆盖下的土壤水、热、盐变化

地膜覆盖因能有效地增温保墒增产而在黄土丘陵区旱作农林生产中广泛应用。为明确不同薄膜覆盖的差异以及连续覆膜条件下的土壤水热盐变化特征,于2015年7月1日—2017年6月30日在陕北米脂进行野外连续覆膜定位观测,试验设裸地(CK)、白色薄膜(WF)与黑色薄膜(BF)3种处理,利用GS3仪器监测0～150cm深度的土壤水分、温度和电导率。结果表明:1)连续覆盖两年后,两种覆膜处理平均土壤含水量为16.9%, CK为13.6%,土壤储水量分别达314.56mm、204.44mm,具体表现为土壤含水量BF在0～15cm高于WF(P0.05),15～30cm低于WF(P0.05); 0～150 cm, WF和BF总储水量差异不显著,与CK差异显著(P0.05);在作物生育期覆膜平均较CK提高储水量60.8 mm。2)膜覆盖下近地面日温差WF大于BF, 0～150 cm,两种覆膜周年土壤平均温度无显著差异,较CK高1.3℃(P0.05);气温较高条件下WF比BF、CK缩短冻融时间分别达8d和24d,WF更有利于土壤解冻和早春土壤增温。3)周年土壤表层盐分高,其中0～30 cm土层电导率为BFWFCK, 30～50 cm土层为WFBFCK,但土壤总体盐分较低,无土壤盐渍化趋势, 50 cm以下3种处理盐分没有差异。综合而言, WF较BF更能提高表层土壤温度, BF较WF更能提高表层土壤水分,覆膜保墒增温,延长作物生长时间。研究成果可为黄土丘陵区旱作农业覆膜应用提供土壤水热盐调控依据,也为果园和林地常年连续覆膜提供参考。     

水稻覆膜旱作栽培方式对稻田地下水水质的影响

对水稻覆膜旱作条件下稻田地下水水质变化作了动态检测。结果表明,与常规淹水栽培区相比,覆膜旱作区水稻不仅极显著增产,而且稻田地下水总氮含量,包括NH4^ -N、NO3^--N、特别是NO2^-N含量明显降低,氯根（Cl^-)含量也较低,地下水总磷含量、水溶性磷含量有所降低,但总体上相差不大。水稻覆膜旱作栽培方式能对施肥造成的稻田地下水水质非点源污染起到良好的控制效果。     

根系吸水模型模拟覆膜旱作水稻气孔导度

为构建覆膜旱作水稻根系吸水模型,进一步改进气孔导度模型,该文在湖北十堰开展包含3个水分处理(淹水、覆膜湿润和覆膜旱作栽培)的田间试验,分析覆膜旱作水稻蒸腾(根系吸水)与根长之间的关系,在此基础上建立覆膜旱作水稻根系吸水模型,并将其代替彭曼(Penman-Monteith,PM)方程来估算蒸腾强度,进而与脱落酸(abscisic acid,ABA)参与调控的气孔导度模型耦合,模拟覆膜旱作条件下水稻气孔导度的日变化过程。结果表明,水稻蒸腾与根长呈线性正比关系(R~2=0.96,P0.05),据此建立的根系吸水模型可以较好地模拟覆膜旱作水稻的蒸腾(根系吸水)规律,使蒸腾强度模拟值和实测值间的相对误差基本控制在15%以内;经改进后的Tardieu-Davies气孔导度模型(TD模型)可有效描述不同土层根系吸水流中的ABA浓度及不同根系层ABA的合成对木质部蒸腾流中总ABA含量的贡献,可较好地模拟气孔导度的日变化过程。改进TD模型大大提高了模拟精度,使相对误差不超过7.0%。该研究可为覆膜旱作水稻生理节水机理和水分利用效率评估提供一定的理论依据。     

晚播回茬小麦覆膜旱作带田一膜两用的增产效应

晚播回茬小麦覆膜试验表明，其增温保墒效应明显，比裸露麦田地温高２－３℃，促进了作物旱发，保证了小麦安全越冬，改善了作物生态条件，比单作回茬麦增产５３％；翌年小麦返青揭膜覆于玉米带，节水调水效应显著，协调了作物需水的供需平衡，水分效益高，比单作增产４５％－１６６％。     

垄沟耕作条件下液膜覆盖对土壤水热状况及玉米生长的影响

[目的]研究垄沟耕作和液膜覆盖集成技术在旱地作物中的应用效果,为旱田高产高效种植方式的选用提供理论支撑。[方法]应用田间小区试验的方式,进行不同耕作方式下的液态地膜、塑料地膜覆盖及不覆膜种植玉米对比试验。[结果]和不覆膜种植相比,垄沟耕作条件下,覆盖种植显著增加了0—40cm土层含水量,提高了5cm,10cm深土壤温度;覆盖种植较好地促进了玉米前期生长,显著增加了玉米产量,提高了水分利用效率(WUE)(p0.05)。随着覆膜时间的延长,液膜、塑膜覆盖的集水保温效果逐渐减弱。液膜覆盖种植的蓄水保温及增产效果低于塑膜覆盖,但显著优于不覆膜种植。试验前期,降水较少,垄沟耕作的集雨效果不明显,但有明显的增温效应。[结论]与塑膜覆盖种植可能会造成"白色污染"问题相比较,垄沟耕作条件下液膜覆盖是一种较为理想的旱作覆盖栽培技术。     

Influence of Unflooded Mulching Cultivation on Nitrogen Uptake and Utilization of Fertilizer Nitrogen by Rice

Abstract

Through unflooded mulching in field plots and ¹⁵nitrogen microplot tracer experiments, nitrogen (N) uptake of rice and N utilization have been studied compared with normal irrigation cultivation. The results showed that N uptake of unflooded rice and N derived from fertilizer (NDFF) of root, stem, and grain under mulching cultivation were lower than that under cultivation without mulching. However, the NDFF of rice under unflooded cultivation was higher than that under normal irrigation cultivation. The N utilization has been greatly enhanced under unflooded cultivation without mulching and unflooded plastic film cultivation with mulching as compared with normal irrigation. At the same time, there was no significant difference on the N uptake of unflooded rice among different ways of mulching cultivations. During the growth period of rice, no prominent differences were found in the soil residue, recovery, and N losses of fertilizer except the N uptake of rice between unflooded mulching and normal irrigation. The yield of rice under film mulching and straw mulching cultivation was higher than that of cultivation without mulching in the condition of unflooded cultivation, whereas the yield of rice under irrigation cultivation was higher than that under unflooded cultivation.     

覆黑地膜对旱作玉米根区土壤温湿度和光合特性的影响

明确雨养旱地地膜覆盖春玉米高产与水分高效利用的土壤环境条件,及其对玉米光合特性的作用,对延缓玉米衰老、提高玉米光合能力和促进玉米增产具有重要意义。以陕单609为材料,2012和2013年开展黑色地膜覆盖、白色地膜覆盖和裸地栽培试验,研究黑色地膜对玉米根区土壤水温环境、玉米叶片光合特性、产量和水分利用效率的影响。结果表明,黑色地膜较普通白色地膜和裸地栽培,能显著改善玉米根区土壤温湿条件,提高玉米叶片光合能力。黑色地膜覆盖下,玉米叶片衰老时间明显推迟,衰老速度显著下降,成熟期叶片叶绿素含量较普通白色地膜提高11.7%(P0.05),较裸地提高45.5%(P0.05)。与普通白色地膜和裸地栽培相比,黑色地膜覆盖提高了吐丝后玉米叶片光合速率、蒸腾速率、叶片水分利用效率、PSII电子传递速率、量子产量(灌浆期除外)和光化学猝灭系数。黑色地膜覆盖下玉米千粒质量、产量和水分利用效率显著增加,千粒质量较普通白色地膜和裸地栽培分别增加5.0%和14.9%(P0.05);产量分别提高10.4%和22.1%(P0.05);水分利用效率分别提高10.4%和25.3%(P0.05)。在雨养旱作地区,玉米采用黑色地膜覆盖具有延缓后期叶片衰老和促进增产的效果。     

干旱年份地膜覆盖模式对春小麦土壤水分和产量的影响

在西北半干旱雨养条件下,采取不同地膜覆盖方式,研究了春小麦地膜覆盖的水分效应。结果显示,覆膜可显著提高土壤表层（0-20cm）墒情,但在拔节后土壤深层墒情覆膜明显不如露地。从200cm土体全生育期平均水分状况来看,地膜覆盖的耗水量比对照少;6种模式中,甘谷模式和甘肃模式的秋覆膜的土壤水分状况明显优于露地;覆膜的春小麦产量高于露地（平均增产率44.45%,增产711.45kg·hm^-2）,且秋覆膜的平均产量略高于春覆膜。试验表明,覆膜春小麦在更干旱土壤上获得更高产量的水分保障和增产机制是能有效利用深层土壤水分,同时把深层的水分输送到表层。     

渭北旱塬区不同沟垄覆盖模式对春玉米土壤温度、水分及产量的影响

为提高旱作区降水利用率,改善作物的水分有效性,于2007-2010年在陕西合阳县旱农试验站,设置了垄上覆地膜,沟内分别覆普通地膜、生物降解膜、玉米秸秆、液体地膜和沟不覆盖5个不同沟垄覆盖栽培模式。以传统平作为对照,研究了不同沟垄覆盖栽培模式对春玉米田土壤温度、水分及产量的影响,并对其经济效益进行了比较分析。4a结果表明,沟覆普通地膜和沟覆生物降解膜处理玉米苗期5～25cm平均土壤温度分别较对照增高2.4和2.1℃;沟覆玉米秸秆处理较对照降低1.7℃。不同集雨处理均能显著改善玉米前期土壤水分,而后期沟覆玉米秸秆、沟覆液体地膜和和沟不覆盖处理0～200cm土层土壤贮水量与对照无差异,沟覆普通地膜和沟覆生物降解膜处理下层土壤贮水量低于其他处理。沟覆生物降解膜、沟覆普通地膜和沟覆玉米秸秆处理增产效果显著,4a平均产量分别较对照增产35.2%、34.7%和33.6%,平均水分利用效率提高30.6%、30.2%和28.6%。沟覆玉米秸秆处理净收入最高,生物降解膜次之,4a平均净收入分别较对照增加3299和2752元/hm2。因此,垄覆普通地膜沟覆秸秆和垄覆普通地膜沟覆生物降解膜处理在改善土壤水温效应的同时能显著增产增收,是渭北旱塬区春玉米的高效栽培模式。     

渗水地膜对土壤水分、温度及玉米产量的影响

田间试验表明 ,新型地膜—渗水地膜覆盖玉米可以提高土壤水分、调节地温、促进玉米发育进程 ,大幅度增加单位面积产量和提高水分利用率。渗水地膜覆盖技术是一项有前途的旱作农业技术。     

河套地区覆膜与裸地玉米随地积温变化的生长动态模型

利用实测资料和Logistic方程，分覆膜和裸地两种情况建立玉米根系和地上部分干物质随地积温变化增长的动态模型，模型均通过了0.001水平的显著性检验。由模拟结果可见，覆膜玉米土壤耕层地温的增高，有效地促进了根系的生长，覆膜玉米根长、根干重、根数、根体积均比裸地玉米长（多）7.5cm、16.3g、17.5条、3.6cm^3；覆膜玉米株高、茎干重、叶干重、LAI、穗干重、地上部分干重也均比裸地玉米高（多）4.1cm、19.7g、3.2g、0.6、253.5g、455.4g。说明只要改善环境条件尤其是地温，就可以促进玉米生长和提高产量。     

华南地区覆膜旱种稻田甲烷排放及其与土壤水分和温度的关系

采用静态箱法和田间小区试验,研究了常规稻田和覆膜旱种稻田水稻全生育期CH4的排放规律,探讨了温度和水分与稻田CH4排放的关系。结果表明:覆膜旱种稻田的甲烷排放量明显低于常规水田的排放量,常规水田的甲烷累计排放通量为20.38g/m2,覆膜旱种稻田为2.46g/m2,水稻覆膜旱种后甲烷排放量降低了88%。常规水田CH4排放峰期持续了35d,覆膜旱种稻田CH4排放峰期为25d,两者在CH4排放高峰期的排放量分别占整个生育期累计排放量的72%和97%。覆膜旱作稻田CH4排放量降低,主要表现在最大排放峰值降低和排放峰持续时间缩短。土壤温度(5cm处)和水分与水稻生育期稻田甲烷的排放有显著正相关。CH4排放通量大于1.0mg·m-2·h-1主要集中在土壤质量含水率高于36.25%的区域,在土壤质量含水率小于36.25%时,常规稻田和覆膜旱种稻田都只有少量CH4排放。     

旱地雨养农业覆膜体系及其土壤生态环境效应

覆膜技术作为一项有效提高粮食产量的重要手段,在中国西北地区雨养农业中得到广泛的推广应用。本文综述了地膜覆盖体系关于作物产量、土壤水分、土壤温度、土壤养分转化和迁移以及微生物数量和活性等方面的研究进展,以期为旱地雨养农业发展和完善覆膜技术体系提供理论支撑。研究表明:玉米、小麦和马铃薯覆膜处理增产显著,其平均增产率分别为26.2%、37.1%和29.8%;同时,增产受到覆膜方式影响,全覆膜处理增产效果最好,其玉米、小麦和马铃薯平均产量分别比半覆膜处理高30.0%、5.1%和26.4%。覆膜下玉米、小麦与马铃薯的水分利用效率分别比不覆膜处理高42.8%、10.9%和92.8%。覆膜处理影响硝酸盐在土体的空间分布,硝酸盐在膜下出现表聚现象;同时覆膜能够提高氮肥利用效率,减少氮素淋溶损失,降低氨挥发。但关于覆膜下反硝化过程的研究结论不一,还需进一步深入的探讨。覆膜对有机碳的影响与气候、土壤、作物、覆膜年限等有关,其研究结论尚有争议。另外,覆膜增加了农田土壤微生物量,改变土壤物理性状。尽管覆膜显著提高作物产量,其对生态环境却可能存在一定的影响,比如"奢侈耗水"现象,温室气体排放增加,土壤有机质耗竭,农膜残留等问题。因此,进一步系统研究覆膜对土壤生态环境的影响机理,完善覆膜技术体系与应用,全面评估覆膜体系的生态环境影响,对其在中国干旱地区农业生产的可持续发展具有重要意义。     

膜下滴灌水肥耦合对寒地水稻产量构成因素及产量的影响

[目的]在目前推广的水稻膜下滴灌旱作种植方式基础上,在寒地研究其水肥一体化技术,提出高产高效水肥优化组合方案,为膜下滴灌水稻栽培技术推广应用提供配套的水肥管理技术参考和理论依据。[方法]以龙粳31号和空育131为材料,采用随机区组试验设计,研究膜下滴灌水肥耦合对寒地水稻产量构成因素及产量的影响。[结果]膜下滴灌以体积含水量降至饱和含水量的80%为控水下限的水分管理、分蘖肥与穗肥用量分别为87,15kg/hm2的处理能够增加两品种的穗数/m2;膜下滴灌的两种水分、肥料处理对两品种穗粒数的影响不显著。膜下滴灌处理以体积含水量降至饱和含水量的80%为控水下限的水分管理其生物产量、经济系数和经济产量高于以体积含水量降至饱和含水量的60%为控水下限的水分管理,两品种的表现为一致的。膜下滴灌以体积含水量降至饱和含水量的60%为控水下限的水分管理,同时分蘖肥与穗肥用量分别为70,12kg/hm2的处理两品种的经济产量均为最低。空育131以体积含水量降至饱和含水量的80%为控水下限的水分管理,同时分蘖肥与穗肥用量分别为87,15kg/hm2的处理最适合膜下滴灌旱种;龙粳31号以体积含水量降至饱和含水量的80%为控水下限的水分管理,同时分蘖肥与穗肥用量分别为70,12kg/hm2的处理最适合膜下滴灌旱种。[结论]不同品种对膜下滴灌水肥耦合的反应不同,膜下滴灌旱种处理水肥耦合对寒地水稻产量有重要影响。