河北平原中低产区小麦与玉米生产现状及增产潜力分析

本文基于2000—2013年MODIS/NDVI遥感信息与主要粮食作物的统计数据,分析了河北平原中低产区冬小麦和玉米生产的时空格局,并利用各县粮食作物主要生育期累积NDVI的逐年值、14年的最大值及单产统计数据,采用最小二乘法原理,进行数值曲线拟合,构建了单产遥感估测模型,估算了河北平原中低产区冬小麦和玉米的增产潜力。结果表明:1)冬小麦在邯郸和衡水的最大生产力水平较高,在沧州、廊坊及邢台中部的最大生产力水平较低,即后者挖掘增产潜力之后也很难达到前者的最大生产力水平;玉米的最大生产力水平普遍较高,挖掘增产潜力后均可达到较高的生产力水平。2)冬小麦和玉米总产增产潜力在沧州和邯郸较大;冬小麦单产增产潜力多低于10%,平均增产356 kg?hm?2(5.87%);玉米单产增产潜力多高于10%,平均增产798 kg?hm?2(12.33%);单产增产潜力区域分布不同,冬小麦为廊坊保定沧州邯郸邢台衡水,玉米为邢台邯郸保定沧州衡水廊坊。3)以河北平原近14年来作物累积NDVI的最大值估算的全区冬小麦增产潜力为3.90亿kg,玉米增产潜力为9.62亿kg,二者合计可增产13.52亿kg,约相当于区域冬小麦和玉米理论可达增产潜力的1/5。本文估测粮食作物增产潜力的方法可以应用于估测多尺度范围、不同作物的增产潜力,研究结果可为相关部门的决策和管理提供依据。     

下辽河平原水肥交互作用及对玉米产量的影响

以沈阳生态试验站一组持续16年的长期定位试验为平台，研究了不同降水年景作物对施肥的增产反应及水分对肥料增产的促进作用，估算了下辽河平原地区水肥交互作用对作物增产的贡献。结果表明，该地区玉米蒸散耗水与其生育期内降水之间关系密切，且不同的施肥处理对玉米消耗水分量影响不大。过少或过多的降水均会降低玉米产量。在高肥力水平下平水年(降水400～550 mm)玉米产量最高，水肥交互作用对作物增产的贡献亦达最大，可占总增产量的44.9%。     

作物植硅体形态的应用及其封存有机碳研究进展

农田生态系统是陆地生态系统的重要组成部分，在维系生命的生长发育和环境的动态平衡等方面起着至关重要的作用，在其生长发育和环境演变的过程中储存大量的环境变化信息，能够反映古农业的发展变迁。植硅体是一种长期稳定存在于土壤中的非晶质二氧化硅颗粒物，它可以指示气候变化。近年来，植硅体分析主要应用在农业考古、古气候重建、生物地球化学循环和全球碳汇潜力估算的研究中。世界上作物分布广泛，作物栽培历史悠久，研究作物植硅体与植硅体碳，对探讨农业起源与发展，估算农田生态系统植硅体碳汇潜力，应对全球气候变化具有重要意义。本文在查阅国内外与作物植硅体研究相关文献的基础上，综述了作物植硅体的形态研究、植硅体在考古学中的应用、作物植硅体碳含量与分布、碳汇潜力以及植硅体碳汇在全球碳汇中的贡献，阐明了作物植硅体未来的研究方向。1）不同作物产生的植硅体形态不同，而且对作物植硅体形态的研究较多处于优势的禾本科中，其他作物的研究较少；2）作物植硅体碳含量与其本身的固碳能力和效率有关，不完全由植硅体含量的多少决定，此外，植硅体碳含量的多少也可能受生长环境和植物基因型的影响；3）不同生态系统中气候、地表植被、土壤环境等诸多因素直接或间接地影响区域植硅体的碳汇潜力；4）农田生态系统不同作物植硅体碳汇存在显著差异，施加硅肥或硅-磷复合肥、种植高植硅体含量和高植硅体碳含量的作物等均可显著提高农田生态系统碳汇潜力。今后应进一步研究不同作物植硅体碳汇，以帮助识别过去的农业碳汇，评估当前农业碳汇潜力；加强植物、根系、土壤迁移规律的探讨，进一步分析不同作物植硅体积累与碳汇效应；阐明不同植物吸硅机制、植物根系硅化过程与其植硅体含量、植硅体碳含量间的关系；了解西南喀斯特生态脆弱区农业碳汇潜力，以期为作物科学种植、农田生态系统碳汇估算等提供参考。     

城西湖农场土壤肥力特征与改土培肥途径的探讨

肥力是土壤的本质,是土壤生产力高低的综合标志。它指土壤供应和协调作物生长所需要的水分、养分、空气和热量的能力。     

黄土高原南部作物水肥产量效应的田间研究

本文采用田间试验和统计分析方法定量地研究了黄土高原南部典型旱作农田的水肥效应,得出了小麦和玉米在试验年份的水分满足程度和农田水分供需平衡过程。指出,影响该区当前作物产量提高的主要限制因素是肥力,而不是水分。本文再次明确指出土壤水库在旱农条件下作物供水调节中的不可替代作用。根据全生育期中土水势剖面的变化再次提出低土水势水分的较高有效性问题。本工作所取得的结论对发展黄土高原南部旱作农业是极为重要的。     

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。     

不同施肥条件下灰漠地肥力的变异与肥效的研究

通过１９９０－１９９３年灰漠土肥力和肥效长期定位监测试验，研究了在不同施肥条件下土壤肥力的变异和有效施肥技术。结果表明：在连续三年不施肥的情况下，灰漠土的生产率只有５０％左右；施化肥或有机肥都能有效地增加作物产量和提高土壤肥力水平，Ｎ、Ｐ化肥配合基本能维持土壤养分平衡，有机肥与无机肥相结合效果最好，不仅作物增产显著，且土壤潜在肥力和有效肥力都得到了明显的提高。     

神木试区作物生产力的综合调查分析

作物生产力是衡量区域社会经济和生态环境状况的重要因子。综合分析了六道沟流域作物生产力的历史、现状及其制约因素,根据FAO推荐的农业生态区域法估算了各主要作物的最大生产潜势（Ymp）和降水生产潜势（Yw）。在应用关联法分析粮食生产力与各生态经济因子关系的基础上,提出了提高作物生产力的途径和设想。     

提高农田水分利用效率的调控机制

提高作物水分利用效率是解决农业淡水资源匮乏的重要途径。本文从水氮调控作物叶片和群体耗水过程、根系调控提高土壤水分的有效性和遗传改良提升作物水分利用效率3个方面论述了国内外研究进展,并提出华北粮食作物生产中通过上述3个方面提升农田水分利用效率存在的问题及对策,为提升华北严重缺水区主要作物农田水分利用效率提供参考。主要包括:1)通过调控有限灌溉农田水分的时空分布,优化地上、地下干物质形成、分配,提高单位农田耗水的生产效率,是充分发挥农田节水潜力的一个重要途径;2)在华北对于压实严重且影响作物生长的土壤上,研究深耕深松结合轮作制度改良上层和下层土壤压实,促进根系生长,对改善长期大型机械耕种可能对作物产生的不利影响有重要意义;3)华北主要作物冬小麦和夏玉米通过品种更新来实现水分利用效率提高的幅度在减小,急需通过高水效品种选育突破,降低品种的生理需水量,实现进一步增产节水目标。     

长期不同施肥下黄壤综合肥力演变及作物产量响应

【目的】 评价长期不同施肥下黄壤综合肥力的演变特征及其与作物产量的响应关系，寻求黄壤综合肥力提升和作物高产、稳产和可持续生产的科学施肥模式，为黄壤耕地保育和地力提升提供依据。 【方法】 依托农业部贵州耕地保育与农业环境科学观测实验站的黄壤肥力与肥料效益长期定位试验，采集10个不同施肥处理2011～2016年的作物产量和耕层土壤样品，包括:不施肥 (CK)、施氮肥 (N)、施氮磷肥 (NP)、施氮钾肥 (NK)、施磷钾肥 (PK)、氮磷钾肥 (NPK)、3/4化肥 + 1/4有机肥 (3/4NP + 1/4M)、1/2化肥 + 1/2有机肥 (1/2NP + 1/2M)、有机肥 (M)、氮磷钾肥 + 有机肥 (NPK + M)，运用改进的内梅罗指数法对土壤综合肥力进行评价。采用相关分析和通径分析评估土壤性质指标与土壤综合肥力的关联性。采用稳定性指数和可持续性指数评估不同施肥管理下土壤综合肥力对作物高产、稳产和可持续生产的影响。 【结果】 通过20年的不同施肥管理，黄壤综合肥力发生了显著 (P < 0.01) 的变化，土壤综合肥力指数以NK处理最低，NPK + M处理最高；长期不施肥 (CK) 或者偏施化肥各处理 (N、NP、NK、PK) 土壤综合肥力指数显著低于施用有机肥的各处理 (3/4NP + 1/4M、1/2NP + 1/2M、M、NPK + M)。相关分析和通径分析表明，土壤综合肥力指数与土壤性质指标均呈显著正相关关系，pH值、碱解氮、全磷和全钾含量极显著地直接影响土壤综合肥力指数的高低。土壤综合肥力指数与作物产量呈极显著的直接正相关，相关系数达0.704 **，通径系数达0.716*。分析不同施肥处理维持作物高产、稳产和可持续性表明，长期施用有机肥各处理具有高综合肥力和作物高产，不施肥或偏施化肥各处理具有低综合肥力和作物低产；NPK和NPK + M处理作物在获得高产的同时，能够维持产量的高稳定性和高可持续性；CK和PK处理作物低产，并且产量稳定性和可持续性低。 【结论】 土壤综合肥力指数能够客观反映黄壤生产力的高低，长期施用有机肥促进了黄壤综合肥力提升并维持作物高产。合理平衡施用化肥或与有机肥配合施用可以维持较高的产量和产量的稳定性和可持续性。      

土壤侵蚀对坡耕地耕层质量退化作用及其评价趋势展望

土壤侵蚀是导致坡耕地耕层质量退化和土壤生产力不稳定的关键驱动因素。该文从水蚀区坡耕地侵蚀控制和生产功能角度,在解析地块尺度土壤侵蚀、水土保持、农业活动对坡耕地耕层生态过程作用特征的基础上,系统分析了土壤侵蚀对坡耕地耕层质量退化作用、影响效应及作用途径。认为:1)坡耕地耕层质量变化由降雨侵蚀、耕作活动交互作用的生态过程决定,2种作用的时间、空间尺度不同;耕层土壤参数在坡耕地农业生产中作用分为保水、保土、保肥和增产潜力,由地块尺度农作物-耕层耦合效应决定土壤生产能力、坡耕地水土流失特征及耕层侵蚀性退化方向及程度。2)土壤侵蚀对坡耕地耕层质量退化作用表现为土壤性质恶化、土壤质量劣化、土地生产力衰退3个方面,耕层土壤物理性质变异程度大于化学性质变异,径流作用导致的土地生产力衰退大于土壤流失作用。3)坡耕地耕层质量评价指标体系应兼顾侵蚀下降、产量提升2个目标,地块尺度诊断指标有效土层厚度、耕层厚度、土壤容重、土壤抗剪强度、土壤有机质、土壤渗透性可作为合理耕层评价最小数据集;坡耕地合理耕层适宜性分为5级,其诊断指标分级标准宜与土壤侵蚀分级和耕地地力分级衔接。4)坡耕地合理耕层评价未来应密切关注耕层质量诊断指标最小数据集、坡耕地合理耕层阈值/适宜值分级标准、坡耕地水土流失阻控标准拟定3个主要方向。研究可为深入认识坡耕地侵蚀性退化机制,辨识坡耕地合理耕层调控途径以及坡耕地合理耕层构建技术参数提供依据。     

黄土高原地区农田水氮效应

通过在永寿和杨凌的田间试验,研究了黄土高原地区农田的水氮效应。结果表明,模拟试验得到的水肥效应结果与实际情况相差较大。田间试验研究表明,肥料的增产作用大于灌水;在现有的水资源条件下,提高氮肥供应水平是黄土高原地区大部分农田作物增产的主要途径。加强夏闲期降水的蓄积、提高土壤底墒是冬麦区作物高产的重要条件;作物生育期间的灌水关键期与土壤底墒、作物生育期降水量和降水的时间分布等因素有关。在现有的水肥条件下,冬小麦和夏玉米有较大的增产潜力。     

农用地整理对碳储量和粮食产能的影响

农用地整理对区域生态系统的空间格局和功能产生的影响需要持续不断的予以关注和调节。该文以福建省建溪流域为例,采用碳储量多源模型和耕地生产潜力模型估算了建溪流域的碳储量和粮食产能,分析了区域尺度农用地整理对碳储量和粮食产能的影响。研究表明:与2010年相比,2016年碳存储总量降低了38.28×10~6 t,为369.29×10~6 t;整理区以1.41%的土地贡献了整个建溪流域1.70%的碳储量减少量,农用地整理对建溪流域生态系统的固碳服务有负作用;2016年建溪流域的粮食产能提高了10.83×10~4t,为124.46×10~4t;农用地整理项目区占建溪流域耕地面积的14.61%,贡献了20.87%的粮食产能提高值,有效提高了建溪流域耕地的粮食产能。农用地整理所产生的碳效应不容忽视,在农用地整理中需要注重生态措施的运用。     

RZWQM2模型模拟牛场肥水施用夏玉米土壤硝态氮迁移特征

为研究华北平原种养结合中养殖肥水的合理施用,减少典型农田水肥施用后土壤氮淋溶对地下水的影响。该研究以河北省徐水区夏玉米为研究对象,应用RZWQM2模型验证牛场肥水施用玉米农田的可行性,对2014—2016年玉米种植前后数据进行模型参数率定与验证。验证结果表明,土壤体积含水率的均方根误差和平均相对误差值分别在0.000 6～0.070 7 cm~3/cm~3和0.21%～21.44%之间变化,土壤硝态氮均方根误差和平均相对误差值分别在0.000 8～2.617 3 mg/kg和0.03%～18.58%之间变化,其中牛场肥水施用土壤中硝态氮主要在0～120 cm土层发生变化,说明RZWQM2模型可以用来模拟华北平原牛场肥水施用对土壤水分、硝态氮含量及玉米产量的动态变化。利用率定和验证后的模型进行了夏玉米农田硝态氮淋溶的验证与预测,表明硝态氮淋溶浓度随肥水氮量的增加而增加。RZWQM2模型可以应用于牛场肥水施用农田的模拟,为预测和评估土壤适宜的肥水施用提供更合适的方法。     

黄土高原水土保持与水环境

通过分析黄土高原水环境背景特征,主人为黄土高原雨水环境差;人工林草地土壤水分长期处在亏缺状态,高产农田、林草、坡地生产力受水分环境制约严重;径流水可利用程度低。生态环境的改善必须借助于水土保持的生物、工程等措施,首先改善水环境。水土保持措施对在水环境的影响表现为：在地块尺度上,可以汇集雨水、增加入渗、满足作物、植物生长的水分需求平衡。但高耗水的林草地、水分亏缺严重,在植被建造中还应因地制宜。水土保     

黄土丘陵区安塞县县域粮食生产潜力及其开发

鉴于黄土高原丘陵沟壑区人口－粮食－资源－环境问题日益严重，利用机制法计算了该区典型县域(安塞县)主要粮食作物和县域光合、光温、气候和自然生产潜力，以及当前各层次粮食生产潜力开发程度。在系统分析影响粮食产量提高和潜力开发的限制因子基础上，研究认为，为进一步发掘粮食生产潜力，该地区应大力开展基本农田建设、科学增加辅助能量投入、合理调整粮食作物结构以及提高科技贡献率。     

黄丘区坡耕地土壤退化及防治措施的研究

研究认为,侵蚀是坡耕地土壤退化的主要原因。侵蚀使耕层物理性状恶化,沙粒增多,粘粒减少,质地变劣,趋向沙化;侵蚀还使土壤中水稳性团粒下降;碳酸盐含量增加,抑制了土壤中微生物的活动。同时,广种薄收,开荒扩种等不合理的耕作制度加剧了土壤退化。经测算,黄丘—副区每年流失的氮磷钾肥相当于我国目前年产化肥的7.5％。坡地修梯田,推行保土耕作措施和草田轮作,可防治其退化。     

论地埂利用

本文面对当今耕地日益锐减的严峻形势,用大量的事实阐述了地埂利用的可行性和普遍意义。地埂利用,就是在被一般人们忽视了的田坎地埂上,种植林、豆、果药等经济植物。它既能挖掘土地潜力,优化土地利用组合,增加群众经济收入;又能巩固地埂,稳定基本农田,保持水土,促进粮食产量提高,缓解林粮、果粮争地矛盾。这是一举多得的好事情,值得重视推广。     

三峡库首地区移民安置区不同利用方式土壤肥力和土地生产力调查

三峡工程蓄水、移民搬迁及土地利用方式改变将对库首地区土壤肥力、土地生产力和当地农业生产活动产生长期潜在影响。本研究对移民安置期间三峡库首地区秭归、兴山、巴东和夷陵等县区农田、果园和茶园3种利用方式的85个样点土壤的肥力状况进行了采样调查,并对当地土地生产力和移民经济收入状况等进行了统计分析。结果表明:三峡工程蓄水后,库首地区农田土壤肥力水平较高,果园土壤其次,而茶园土壤肥力水平偏低;在蓄水和移民搬迁同时,当地加大农业投入,尤其是加大果园和茶园的肥料投入,以保证农业生产发展需求;受蓄水和移民搬迁影响,库首地区3县粮食总产和单产均有所降低,其中秭归县受到影响较大,但库首各县的粮食生产在三峡蓄水后总体保持稳定;库首地区各县,尤其是秭归县的柑橘和蔬菜种植面积和产量保持逐年提高趋势,该地区的优势产业保持稳步发展,土地生产力未受到明显影响;柑橘经济效益显著高于茶园和农作物,移民安置期间,秭归、兴山县人均纯收入保持逐年上升态势,库首地区农村的经济水平保持稳步增长。     

Effect of land use and topography on soil properties and agronomic productivity on calcareous soils of a semiarid region,Iran

In this research, the effects of land use and slope position on soil properties and its agronomic productivity were studied in a greenhouse experiment. The study also covered the effects of water stress, fertilizer treatment and their interactions. Eight soil samples were collected from four slope positions along hill slopes from two adjacent land use types of rangeland and dry farmland in a semiarid region of Iran. Soil samples were analyzed for their physical and chemical properties and yield and yield components of wheat were measured as indices of soil agronomic productivity in a replicated pot experiment. Soils of the dry farmland showed higher fertility and better quality than the soils from the adjacent degraded rangeland, especially at the upper slope positions. The results indicated that yield components of wheat were all higher for the dry farming land compared to the degraded rangeland, and at the bottom of slopes compared to the top. The effect of land use and slope position on agronomic productivity of soil was influenced by water supply. The actual impact on soil productivity of soil degradation, induced by land use and slope position, was overshadowed by the dominating effect of water stress. While both chemical fertilizer and fertilizer + manure treatments enhanced the agronomic productivity of all soils, their effects were much more pronounced on the degraded soils of the rangeland. Water stress reduced fertilizer efficiency on all the soils used in this study. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.