旱地小麦降水年型与氮素供应对产量的互作效应与土壤水分动态的研究

本文研究了中国黄土高原同一自然年度下的３个模拟降水，施用氮素的生产效应及互作效应，明确了在４００－６００ｍｍ降水范围内的产量变幅、生产潜力，及土壤水分动态变化进修生。嫌量随着水分的增加报酬递增，水分生产效率提高，耗水系数降低。     

中国农田生态系统水分利用效率的格局与成因

1980~2009间,中国农业区域年降水总量和年蒸散总量间的差额明显增大,农田水分需求增加,水分利用效率（WUE）是研究水分平衡的关键基础,因此综述WUE时空特征及其驱动机理,能够为不同农业区农田水分供需平衡管理提供理论支持。已有研究表明,中国农田生态系统WUE具有明显的时空差异,空间上总体呈现北高南低、东高西低的特征,时间上,北方农田WUE呈增加趋势,而南方地区相反;降水、气温、辐射等环境因子主要通过蒸散和总初级生产力的动态变化间接影响WUE,作物自身结构和遗传因素主要通过影响冠层和根系水、碳交换能力直接决定WUE的大小,而合理的栽培、灌溉及施肥方式能够提高降水的利用率、减少灌溉水损耗、改善群体光合性能,从而提高WUE。结合WUE的时空特征和变异机理,提高作物吸水特性、降低灌溉水损耗对于北方地区农田WUE的提高具有重要意义,而协调降水的季节分配、减少蒸散量和地表径流量是改善南方地区农田WUE的关键手段。     

覆膜方式对雨养饲用玉米生长、产量及水分利用效率的影响

为促进冀西北坝上高寒半干旱区旱地饲用玉米稳产、高产和提高水分利用效率,于2016—2017年在农业部张北农业资源与生态环境重点野外观测试验站,进行了露地平作(ck),双垄沟覆膜、微垄覆膜、土下覆膜处理对饲用玉米叶面积指数、干物质积累、土壤水分、产量和水分利用效率影响的试验研究。结果表明,在丰水年,双垄沟覆膜处理效果最好,与露地相比叶面积指数、干物质积累量、土壤蓄水量分别提高36.45%、70.24%、13.25%,产量和水分利用效率提高了67.24%和87.66%;在欠水年,土下覆膜处理效果最佳,较露地增产71.31%,水分利用效率提高81.69%。双垄沟覆膜是寒旱区提高饲用玉米产量和高效利用降水的有效技术,土下覆膜则更适用于土壤贮水丰富农田的高水效生产。     

内蒙古黄土高原秸秆还田对玉米农田土壤水热状况及产量的影响

内蒙古清水河县地处黄土高原的边缘地带,沟壑纵横,是典型的北方干旱缺水地区。为明确秸秆翻耕还田对该区域玉米农田土壤蓄水保墒效果及产量形成特性的影响,通过连续2年的田间小区试验,探究0kg/hm ²（CK）、3 000kg/hm ²（SF1）、6 000kg/hm ²（SF2）和12 000kg/hm ²（SF3）4种秸秆还田量下玉米农田全生育期地温、土壤水分、植株生长发育、水分利用效率和产量的变化规律。结果表明：秸秆还田促进了玉米叶面积指数提高和地上部生物量的积累,2018年,SF2处理叶面积指数和地上部干物质积累量较CK分别提高13.17%和10.70%;玉米全生育期0~30cm土层土壤温度、0~80cm土层土壤含水率、生育期贮水量和农田耗水量、水分利用效率和产量均表现为SF2>SF3>SF1>CK;2018年,SF1、SF2和SF3产量分别较CK提高了8.5%、11.4%和9.3%。秸秆翻耕还田措施能够显著改善玉米农田土壤水热状况、促进植株生长、提升子粒产量和水分利用效率,其中6 000kg/hm ²还田处理效果最好,可作为节水保墒栽培模式在内蒙古黄土高原推广应用。     

播种方式对旱区冬小麦产量及土壤水分、土壤温度的影响

针对甘肃省旱作农业区年降水量少、季节分布不均匀、冬小麦生产中春旱严重的问题,采用田间试验的方法,研究了5种不同播种方式对旱区冬小麦土壤温度、土壤水分、产量及水分利用效率的影响。结果表明:全膜覆土穴播方式能有效调控耕层的昼夜温差,减少冬、春季土壤水分的无效蒸发,增加土壤水分含量和孕穗期之前的土壤温度,提高了农田降水利用率和作物水分利用效率;全膜覆土穴播处理的产量可达4268.23kg/hm²,比露地高32.88%;水分利用效率为13.23kg/(hm².mm),比露地高21.97%。     

三步降水法在高水分稻谷中的应用试验

在未采用机械烘干的情况下,将新收获的水分在19%以上的高水分稻谷,通过综合运用现有的仓房条件和储粮技术手段,采取场地晾晒、罩棚内通风降水和仓内就仓干燥三个降水步骤,可以将稻谷的水分从20%左右降至15%～16%,使收购入库的高水分粳稻达到安全储存的目的,降水效果较理想。本试验为直接收购高水分粮提供了切实可行的技术支撑,达到了降水、消除储粮安全隐患的目的。     

京郊山地旱作区作物水分生态适应性系统评价

为了提高京郊山地旱作区农作物产量,以延庆县为例,依据农户调查、田间试验和数学模型等方法,从作物生长期间降水状况、作物生长发育与降水分布的时序关系、农田水分供需平衡与作物生态适应性判定和作物水分利用效率等方面,对京郊山地旱作区主要作物生态适应性进行了系统评价。结果表明:不同作物降水利用状况存在明显差异,其规律是:多年生苜蓿>春玉米>春大豆>春谷子>马铃薯。5种作物中春玉米、春谷子和春大豆生长发育与降水分布耦合性较好,马铃薯和多年生苜蓿生长发育与降水分布耦合性较差。农田作物水分满足率和生态适应性指数,4种春作物排序依次为:春玉米>春谷子>春大豆>马铃薯。水分利用效率依次为春玉米>苜蓿>春谷子>春大豆>马铃薯。研究结果可为京郊山地旱作区制定合理的种植制度提供理论依据。     

旱地向日葵覆膜集雨补灌试验初报

在干旱半干旱地区将有限的水资源充分利用在向日葵对水分最敏感的时期—现蕾期,从而使之产量比对照增加57.78kg,增长60.60%,降水利用率提高16.4%,水分生产效率提高0.27kg/mm.667m2,水分生产效益提高1.15元/mm.667m2。     

陇中半干旱区全膜覆土穴播小麦的土壤水分及产量效应

提高作物对自然降水的利用效率是干旱半干旱区提高粮食产量、增强农田系统抵御干旱胁迫的主要途径之一。试验研究了在大田条件下陇中半干旱区小麦全膜覆土穴播栽培对土壤含水量、水分利用效率及产量的影响。结果表明:全膜覆土穴播处理的产量可达3518.61kg/hm2,比裸地提高29.13%,比传统地膜覆盖处理提高24.63%;水分利用效率为12.59kg/hm2.mm,比裸地提高19.90%,比传统地膜覆盖处理提高18.76%。全膜覆土穴播栽培技术能够显著提高小麦产量及水分利用效率,在小麦生育前期有效保持土壤水分,中后期可以将深层土壤(40～120cm)水分提到上层供小麦生长所需。     

吉林省粮食主产区玉米生长季水分盈亏及其对产量的影响

少雨干旱是吉林省中西部玉米栽培的主要气象灾害。为了弄清当地玉米生长季水分条件及其对产量的影响,提升当地玉米生长季干旱监测、评估和防御能力,采用农田水分盈亏缺率揭示域内各县市玉米不同生长季农田水分状况,用相关系数和回归方法分析代表县市玉米生长前期、中期、后期水分盈亏对玉米产量的影响。结果表明,吉林省玉米主产区农田水分盈亏率地域和年、季变化明显,多数县市常年缺水,西部县市水分严重亏缺,东部水分也不足。西部多数年份玉米生长前、中、后期分别缺水50%、15%和35%左右,东部县市前、后期缺水为30%和10%左右,中期水分有余。水分盈亏率年变化很不稳定,各县市水分盈亏率在较大程度上存在时段上的同步性和区域上的一致性,无明显年代变化趋势。玉米产量与水分盈亏呈正比,生长季水分盈亏在很大程度上决定玉米产量丰欠。全生长季水分亏缺30%以上会产生玉米干旱灾害,亏缺50%以上导致减产10%以上。     

辽西雨养玉米农田土壤水分变化特征及其模拟

土壤含水量是作物生长发育的关键影响因子之一,确定土壤含水量变化及预测土壤含水量变化趋势,对于雨养农业更加有效地保墒、提高作物水分利用效率和增强抗旱防灾能力有着重要的现实意义。利用2008-2011年锦州玉米生长季逢三逢八土壤湿度观测数据,日气温降水数据和2008年玉米生长发育期数据资料,结合CERES-MAIZE土壤水分模块,分析了雨养玉米农田土壤水分时空变化特征和模拟了土壤水分时空变化特征。结果表明：生长季降水并不能反映土壤水分条件的好坏,生长季中雨以下的降水量和降水频次与土壤水分条件的好坏较好的一致性;土壤水分随土层深度而增加,0-40cm土壤含水量平均值和最低值分别是田间持水量的69%-82%和49%-64%;玉米根系生物量与生长时间呈二次曲线关系,所建根系生物量模型解释率达89.7%;耦合根系生物量模型和叶面积指数模型的CERES-MAIZE中的土壤水分模块能够较好的模拟雨养玉米生态系统土壤水分的时空变化特征。     

中国黄土高原近地面气候环境演变趋势

为了较为全面地揭示中国黄土高原气候系统年代际演变特征,寻找近地面气候因子演变规律,利用近50年来黄土高原地区地面气象观测资料,分析该区域气候演变的主要趋势。结果表明,中国黄土高原地区气温上升以对称性变化为主,气温要素逐因子月变幅格局差别较大,其中最高气温变化复杂程度最高,最低气温复杂程度最低。降水的量和日数在上、下半年存在相反的变化趋势,6月增多明显,9月减少明显;秋季连阴雨天气时段缩短、连续无雨时段增长、过程雨量减少,春季与秋季相反;降水日数变化复杂程度最高,最大日降水量最低。地面风速明显减小,水汽上升,日照总量下降。云量、相对湿度年均量增减倾向不明显,上半年增加,下半年明显减少,春秋季反差较大。蒸发量下降幅度较大,上半年尤为明显,与众多气候因子显著相关。地温升高,夏半年表现最明显。     

冀西北高原不同植被的土壤水分动态变化研究

冀西北高原为高寒半干旱地区,降水是此地区土壤水分的唯一给源,研究土壤水分的动态变化对高效利用降雨有至关重要的作用。研究采用定点观测的方法,对不同植被土壤含水量的动态变化进行了比较研究。结果表明,3种植被生长期内不同土层土壤水分变化存在差异。生长前期,3种植被0￣30cm土层土壤含水量,农田耕翻地最高,水分条件最好,人工草地与退耕还林地互有高低,30￣60cm土层退耕还林地最高,人工草地最少。生长前期,农田耕翻地表层土壤水分较好,能满足春季作物生长要求。生长中期,0￣30cm土层农田耕翻地最低,人工草地与退耕还林地互有高低。30￣60cm土层农田耕翻地最高,人工草地最低。生长后期,0￣60cm土层农田耕翻地土壤含水量最高;人工草地土壤含水量与退耕还林地相比较,0￣40cm土层差异不大,40￣60cm土层退耕还林地高于人工草地。     

农业灌溉作用下黄土边坡失稳引起耕地流失分析

为了明确在大面积农业灌溉作用下，水分入渗土壤进而渗入下部黄土体，改变临空耕地黄土边坡的稳定性状态，造成边坡失稳引起耕地流失的过程。在统计分析甘肃天水耕地流失面积、农田灌溉面积、地质灾害数量和由地质灾害造成耕地流失比例的基础上，在典型地层剖面上采集原状土壤和黄土试样，进行天然状态和灌溉作用下土体的物理力学性质和抗剪强度试验，采用理正岩土边坡稳定性分析系统，利用基于极限平衡条分法的瑞典法进行边坡稳定性定量分析。结果表明：在天然状态下，该边坡稳定性系数为1.074，处于基本稳定状态；而在灌溉作用下，随着水分入渗深度的增加，稳定性系数逐步降低，最后失稳。因农田灌溉仅使土壤层饱和，对该边坡稳定性影响不大；当灌溉水持续入渗使饱和层土体厚度大于2 m时，该边坡稳定性降低一个等级，处欠稳定状态；当饱和层厚度大于10 m时，该边坡失稳，发生滑坡，造成耕地流失。     

减氮追施和增密对全膜覆盖垄上微沟马铃薯水分利用及生长的影响

优化垄沟配置方式、种植密度和施肥方式可显著提高降水利用效率、作物产量和水分利用效率。以西北半干旱区全膜覆盖垄上微沟种植马铃薯,设置49,500株hm–2(低密度)和64,500株hm–2(高密度) 2个播种密度,传统施肥(PM)、减量追施(PMN)、有机肥替代(PMO) 3个施肥模式,随机区组设计。研究施肥和密度对马铃薯不同生育期土壤温度、阶段耗水量、产量及水分利用效率的影响。结果表明,增密对土壤温度、叶绿素相对含量(SPAD)和产量无显著影响,但降低了花前耗水量、单株地上生物量和水分利用效率,提高了叶面积指数(LAI)和花后耗水量。在块茎膨大期,高密度处理的LAI较低密度增加了3.64%～15.01%;花后耗水量在2015—2016年较低密度增加了6.50%～48.52%。与PM处理相比, PMN和PMO均能提高花前土壤温度、现蕾期-块茎膨大期的马铃薯叶片SPAD值和LAI,其中LAI在花期增加了10.42%～44.26%。PMN和PMO降低了花前耗水量,增加花后耗水量和地上生物量,在块茎膨大期地上生物量较PM增加了6.95%～49.85%。PMN能提高低密度马铃薯的块茎产量和水分利用效率(WUE),2015—2017年产量较PM和PMO分别提高了9.96%～20.87%和13.64%～17.61%,水分利用效率提高了5.46%～20.81%和13.25%～45.24%。因此,增加密度对产量和水分利用效率无显著影响,但化肥减量追施或有机肥替代均可显著促进马铃薯花后耗水和提高LAI,使马铃薯块茎产量和WUE显著增加,是西北黄土高原半干旱区增产增效的养分管理模式。     

半干旱区全膜覆盖垄上微沟种植对土壤水热及马铃薯产量的影响

根据马铃薯的生长习性调节起垄造沟方式,2012—2014年进行大田定位试验,设置全膜覆盖垄上微沟(垄上营造10 cm高,20 cm宽的微沟,马铃薯种植在微垄顶部,RMF)、全膜覆盖垄沟种植(RF)和露地平作(CK)3个处理,测定土壤温度、土壤含水量和马铃薯产量,计算≥10℃地积温、作物生育期耗水量、贮水量、水分利用效率等参数,研究全膜覆盖垄上微沟种植对土壤水热环境和马铃薯水分利用效率的影响。结果表明,RMF和RF在平水年(2012年和2014年)可显著提高各生育期和全生育期≥10℃积温,在丰水年(2013年)则与CK无差异。块茎膨大期0~80 cm的土壤贮水量RMF比CK低28.20~31.61 mm,80~200 cm的土壤贮水量RMF高于RF和CK。与CK相比,RMF和RF明显提高马铃薯地上基部茎数、茎分枝数和茎干重;马铃薯产量分别比CK提高60.78%~89.37%和41.91%~73.33%,水分利用效率分别比CK提高49.46%~82.55%和35.62%~65.66%。RMF块茎膨大期的耗水量比CK增加66.52%;在季节性干旱年份,0~200 cm土层的土壤耗水量比RF增加14.19%,从而显著提高产量和水分利用效率。     

近35年甘肃庆阳黄土高原地带气候特征分析

通过研究全球气候变化下甘肃庆阳地区气候变化的特点,为黄土高原地带农业及经济的发展提供理论依据。研究利用庆阳市8 站近35 年的降水、气温、日照时数等气象资料,应用多种统计方法分析了庆阳黄土高原地带的区域气候特征及其变化规律。结果表明,甘肃庆阳黄土高原地带降水量季节分配不均,干湿季分明,强降水天气均出现在4—9 月。中部和东南部年降水量呈减少趋势,西北部呈增多趋势;气温差异性则表现为山壑地区比平原和川区冬天气温低,夏天气温高,年平均气温呈升高趋势,且升高趋势冬季贡献显著;年日平均日照时数西北部和中部呈增多趋势,东南部则呈明显减少趋势,4—8月为日照时数高值区,且夏季比冬季日照时数多出约1 h。     

旱作区玉米田土壤水分变化对产量的影响及水分利用效率分析

为了应对气候变化,提高作物抵抗灾害的能力,减轻灾害对作物生长的影响,利用位于黄土高原董志塬的西峰农业气象试验站观测资料,分析0~50 cm土壤水分变化对玉米产量的影响。结果表明,该区土壤贮水量呈逐年减少,气候趋向暖干化的变化特征。玉米全生育期内土壤贮水量变化具有阶段性：稳定期—迅速下降期—上升期;土壤水分突变年发生在2000年,之后递减趋势明显;玉米发育期日耗水强度最大时段出现在拔节—乳熟期,且土壤水分发生突变后比突变前日耗水量减少0.1 mm;玉米生长期水分利用效率呈现逐年增加趋势,但该趋势并不明显,土壤水分发生突变后（2000—2012年）比突变前（1990—1999年）水分利用效率增加了0.3 mm/kg。分析不同水分年型的水分利用效率发现,平水年水分利用效率最高,产量也最高,枯水年次之,丰水年水分利用效率和产量最低。     

SCS模型在紫色土坡地降雨径流量估算中的运用

为了合理利用紫色土流域的水土资源,对紫色土坡地的降雨产生的径流量进行模拟,为农田非点源污染物输出模拟提供科学依据。此次试验地位于四川盆地中部,独特的紫色土资源与亚热带气候的最佳组合成为四川农业的主体区域,运用SCS模型计算试验小区在2005年的三场降雨产生的径流量,通过校正Ia和CN参数,小区计算值和实测值的误差分别为6.46%,10.22%和8.40%,得到了可信度较高的结果,同时说明了SCS模型在估算紫色土流域径流量的可行性。     

陕北和关中退耕还林工程综合效益评价

综合评估退耕还林效益是工程持续推进的重要依据。基于陕北黄土高原地区和关中平原2000-2015年退耕还林现状,应用层次分析法和加乘综合法,从生态效益、社会经济效益和政策响应三方面定量分析陕北和关中退耕还林综合效益。陕北和关中的退耕还林综合效益走势基本一致,呈现稳定上升态势,从2008年开始效益值为正,2000—2005年效益值连年上升,2006年略微下降,之后效益增长显著。最大值出现在2012年分别为0.2669和0.2008。退耕成果逐渐显现,开始享受退耕带来的益处。