黄土高原半湿润区旱地一年两熟复种模式土壤水分效应

以冬小麦—夏闲种植模式为对照,比较了不同作物种植模式的土壤水分动态、作物耗水量及作物产量等指标。研究了旱地"一年两熟"种植模式的农田土壤水分动态及耗水规律,揭示了不同种植模式对土壤水分的影响机理。结果表明:旱地一年两熟种植模式具有较好的水分利用效率和经济效益,4种一年两熟种植模式的水分利用效率和经济效益较对照分别高48.4%~107.5%和62.3%~119.2%;发展旱地复种对土壤水分的影响程度有限,各复种处理与对照相比,水分差异主要存在于1 m以下的深层土壤;冬小麦—芝麻、冬小麦—大豆、冬小麦—玉米3种作物模式的全季度耗水强度仅较对照分别高0.05、0.07和0.09 mm/d。综合经济效益及土壤水分可利用性分析,冬小麦—玉米模式的经济产量、收益最佳,冬小麦—大豆则为水分生产效益次佳,但显著降低了对土壤水分的消耗。     

填闲种植和施氮量对旱作冬小麦农田土壤水分及作物产量的影响

田间试验研究了填闲种植和施氮对旱作冬小麦农田土壤水分和作物产量的影响。试验设双因素处理随机区组设计,填闲作物采用黑麦草单播(R)、长武怀豆单播(S)、黑麦草与怀豆混播(SR)以及裸地休闲(NC),氮肥水平设0、60、120 kg·hm-2三个水平。结果表明,与裸地休闲相比,长武怀豆单播和与黑麦草混播夏闲期降水贮存效率分别降低了9.2%和7.7%,小麦播前土壤含水量减少了19 mm和15 mm,进而导致后续小麦产量的显著下降;而黑麦草单播对土壤水分和后续小麦产量没有显著影响;种植小麦前施加氮肥可以提高粮食作物产量、收获指数和千粒重,同时可增加次年填闲作物生物量,但会加速土壤水分消耗、降低降水储存效率。从土壤水分和作物生产角度考虑,旱作冬小麦种植系统休闲期间可以考虑种植黑麦草以增加覆盖,提高肥力,但不建议填闲种植耗水量较高的怀豆等作物。     

太行山前平原不同种植模式水资源利用效率分析

太行山前平原作物种植模式主要为冬小麦—夏玉米,单一的高耗水种植模式在一定程度上造成了该地区的水资源缺乏。以麦—玉模式作为对照,本试验研究比较了太行山山前平原7种作物模式周年耗水量、水分利用效率以及水分经济利用效率,比较得出水资源利用效率较高的作物模式,发展节水农业。试验结果表明:通过比较各模式周年耗水量,其中麦—玉系统耗水量最大为736.1 mm;苜蓿总耗水WUE最大,为23.97 kg/(mm.hm2);春甘薯的总耗水EWUE最大,为38.08元/(mm.hm2),比麦—玉模式高46.9%。试验的几种模式均比麦—玉复种耗水少,具有节水潜力;从水分利用效率的比较结果来看,可以采用适当面积的苜蓿来替代麦—玉模式,替代其生产饲料粮的功能;从水分经济利用效率结果考虑,则应该在满足冬小麦、夏玉米需求的情况下压缩此种种植模式面积,代之以苜蓿、甘薯、花生和青贮玉米等高效益作物。     

海河平原小麦-玉米不同种植制度节水特性分析

试验于2014—2016年在河北省景县进行。试验处理为冬小麦-夏玉米一年两熟（CK）、春玉米→冬小麦-夏玉米两年三熟(A1)、春玉米-夏玉米一年两熟(A2)、春玉米一年一熟(A3)、夏玉米一年一熟(A4) 5种种植制度，系统分析了各处理作物产量、周年土壤水分动态和水分利用效率。结果表明：5种种植制度中，CK产量最高，2个种植周期的总产量为38 574.24 kg·hm^-2，A1、A2、A3、A4总产量分别比CK减少23.7%、23.8%、51.2%和39.6%；CK的总耗水量最高，为1 851.45 mm，A1、A2、A3、A4 相对CK耗水量分别减少了504.3、452.3、753.5 mm和712.8 mm；各处理间水分利用效率没有显著差异，A1较高为21.84 kg·mm^-1·hm^-2。A1和A2相对CK总产量有所降低，但周年总耗水量分别比CK减少504.25 mm和452.30 mm，水分利用效率分别提高了4.8%和0.8%。这2种种植制度可作为当前小麦-玉米两熟的重要补充，加强周年土壤水分管理是本区域粮食生产和水分可持续利用的重要措施。     

西南高原“旱三熟”地区不同覆盖栽培措施的土壤水分效应

在西南高原季节性旱区进行田间试验,研究不同覆盖栽培条件下"旱三熟"种植模式的农田土壤水分效应。研究表明,秸秆、地膜覆盖尤其是秸秆地膜二元覆盖有明显蓄集和保存土壤水的作用,土壤保蓄水度平均提高60.63%,覆盖能有效减少田间水分的无效蒸发,平均减少181.93 mm,使作物蒸腾系数和水分利用效率提高,平均提高19.84%和23.5%,而使作物耗水系数减小,平均减少18.26%,根区是作物耗水与土壤保蓄水的关键区域;农田水分变化沿土层可划分为3个层次,即0~30 cm土层为土壤水分变化活跃层和土壤贮水变化明显层、30~80cm土层为土壤水分变化次活跃层和土壤贮水变化显著层、80~100 cm土层为土壤水分变化相对稳定层和土壤贮水变化缓慢层。覆盖栽培可促进作物耗水量由田间无效蒸发耗水向有效的田间作物蒸腾耗水转化,使农田水分的有效性显著提升。     

河北省典型缺水区适水型种植制度改革的讨论

基于河北省匮乏的水资源禀赋和严重超载的农田生产问题,讨论了轮作与休耕在缺水区应用的本质与意义,提出以农田雨养旱作、多作轮种与休耕为表征的缺水区简约化种植制度的改革原则。结合区域资源特征与国家需求,进一步实例分析了河北省缺水区适水种植制度与技术策略,包括降低熟制,由冬小麦-夏玉米一年两熟降为春作物→冬小麦—夏作物两年三熟,实行冬春季的季节性休耕,缩减小麦比重,实现结构性节水;采用田间秸秆、塑膜覆盖以及土下覆膜技术,雨水集蓄、节水补灌技术,发展雨养农作;选择无限开花习性的棉花、花生、大豆、菜籽等一年生适水型作物,配合补水成苗等技术,促进作物稳产;以机械化与智能化替代人力生产等,提高农作效益;向优质型农产品转型、发展社会需求的休闲游憩型环境产品生产,实现对高耗水生产的等效或优效替代。     

有机无机复混肥对旱地作物水分利用效率的影响

农业废弃物进行无害化处理和肥料化资源利用后,获得有机无机复混肥,为了明确有机无机复混肥在旱地作物上的施用效果,2000～2002年在陕西渭北旱地夏玉米、冬小麦上进行了田间试验。结果表明,有机无机复混肥可以改善夏玉米、冬小麦产量结构,提高夏玉米产量874.5～1144.5kg/hm2,冬小麦产量756.0～901.5kg/hm2,提高夏玉米水分利用效率2.784～3.399kg/(mm·hm2),冬小麦水分利用效率1.311～1.695kg/(mm·hm2)。在旱地可以通过施用有机无机复混肥提高作物产量和水分利用效率。     

旱地夏闲期秸秆覆盖和种植绿肥对冬小麦水分利用及养分吸收的影响

以夏季裸地休闲为对照,研究了免耕条件下小麦秸秆覆盖和种植豆科绿肥及二者混合对旱地冬小麦产量、作物水分利用、氮磷钾养分吸收的影响。结果表明,秸秆覆盖和种植绿肥对冬小麦籽粒产量和生物量无影响,但秸秆覆盖作物耗水量较对照增加10 mm,种植绿肥则减少11 mm,水分利用效率却无显著变化;夏闲期种植绿肥和秸秆覆盖+种植绿肥使小麦籽粒吸氮量分别降低6.0%和6.6%,差异显著,吸磷量降低5.9%和6.2%,籽粒吸钾量降低了7.9%和7.9%。可见,一年的秸秆覆盖和种植绿肥对冬小麦产量没有显著影响,但秸秆覆盖使小麦生育期耗水量增加而种植绿肥使之降低,种植绿肥和秸秆覆盖+种植绿肥使小麦对氮磷钾养分吸收有所降低。     

辽西半干旱区玉米/大豆单间作田间耗水规律研究

采用FAO Penman-Monteith公式和水量平衡法对辽西半干旱区玉米、大豆单作和间作模式的耗水规律进行了研究。结果表明,全生育期玉米/大豆间作的农田实际蒸散量比玉米、大豆单作分别低15.37 mm和29mm,水分亏缺量分别比大豆、玉米单作低45.54 mm和5.68 mm,间作群体作物系数为0.82,介于单作玉米(0.81)和单作大豆(0.83)之间。此外间作模式作物需水量与降水量的吻合程度好于单作。     

黄土高原一年生饲草作物产量与水分利用效率

一年生饲草作物是补充黄土高原地区冬春季家畜饲草供应的重要来源,而水分利用效率是评价饲草作物适应区域气候环境的重要表征。采用大田试验研究了甘肃陇东黄土高原雨养农业区9种春播一年生饲草作物〔玉米(Zea mays)、苏丹草(Sorghum sudanense)、大豆(Glycine max)、谷子(Setaria italica)、糜子(Panicum miliaceum)、箭筈豌豆(Vicia sativa)、豌豆(Pisum sativum)、燕麦(Avena sativa)和春小麦(Triticum aestivum)〕的饲草干物质产量土壤水分亏缺值和水分利用效率。结果表明:除苏丹草外,其余8种饲草作物的土壤水分亏缺值均呈现"V"型。出苗后6周,春小麦的水分利用效率最高;出苗后15周,玉米的水分利用效率高于其他饲草作物,而谷子和糜子的水分利用效率变幅比其他饲草作物小。在春播条件下,9种一年生饲草作物中,可优先选择玉米、春小麦、谷子和糜子。     

半干旱区夏闲期不同耕作方式对土壤水分及小麦水分利用效率的影响

在宁南旱平地进行了夏闲期深松、免耕及传统翻耕(对照)对土壤水分及后作冬小麦水分利用效率影响的研究结果表明,夏闲期深松和传统翻耕能有效地蓄雨保墒,提高旱平地冬小麦播前的土壤贮水量,深松和翻耕土壤蓄墒率极显著高于免耕处理,深松处理较翻耕高0.79%;夏闲期末深松处理0～200 cm土壤贮水量(310.78 mm)分别较免耕、传统翻耕高8.23 mm、1.61 mm.深松和免耕较传统翻耕显著改善了冬小麦苗期的土壤水分状况,对越冬期0～60 cm耕层土壤水分状况的改善有利于冬小麦的越冬.苗期0～200 cm土壤贮水量深松、免耕分别较传统翻耕(351.05 mm)高35.9 mm、28.8mm,不同的耕作处理对后作冬小麦苗期的土壤水分影响差异主要在80 cm以上土层.冬小麦返青期降雨主要使0～80 cm土层土壤贮水量有所增加,处理间的差异减小.夏闲期深松处理能有效地增加对降雨的蓄保能力,提高旱地冬小麦播前及整个生长阶段0～200 cm的土壤贮水量.不同耕作方式的冬小麦产量以夏闲期翻耕处理最高(3 475.9 kg/hm2),与深松处理(3 322.0 kg/hm2)无显著差异,免耕显著低于其它2种耕作处理;水分利用效率以翻耕最高[14.12 kg/(hm2·mm)],深松次之[13.62 kg/(hm2·mm)],免耕处理显著低于前二者[10.64 kg/(hm2·mm)].     

麦玉两熟秸秆还田对作物产量和农田氮素平衡的影响

为探讨秸秆还田对作物产量和农田氮素平衡的影响,于2006~2007生长季在河南省滑县进行了田间小区定位试验。研究结果表明,与单施纯氮90、1802、70和360 kg/hm2相比,秸秆还田配施同量氮肥能够增加作物产量,冬小麦分别增产7.1%、8.4%、11.1%和10.2%,夏玉米籽粒产量分别增产5.8%、9.5%、10.1%和9.0%,其中,秸秆还田配施N 270 kg/hm2的冬小麦-夏玉米产量最高。为保持周年农田氮素平衡,冬小麦-夏玉米秸秆还田配施纯N不要超过360 kg/hm2。麦玉两熟秸秆还田配施纯N以360~540 kg/hm2为宜。     

越冬作物覆盖保水效应及对后茬大豆水分利用效率和产量的影响

为探索越冬作物冬油菜(Brassica rape)、冬小麦(Triticum aestivum)、冬豌豆(Pisum sativum)的覆盖保水效应及对后茬大豆的影响,于2019—2020年和2020—2021年生长季,在甘肃省镇原县以地膜覆盖和露地为对照,比较了5种处理的地表覆盖度、耗水特征及后茬大豆水分利用效率和产量的差异,分析了越冬作物耗水量与生物量和地表覆盖度的相关性。结果表明：从出苗期到刈割期,冬小麦生物量分别较冬油菜和冬豌豆显著增加15.6%和130.5%(P<0.05),冬油菜和冬小麦具有更高的地表覆盖度,分别为89.2%和84.4%。冬油菜、冬小麦、冬豌豆的耗水量分别较地膜覆盖和露地增加50.4%和18.6%、150.2%和97.4%、41.6%和11.7%;冬油菜和冬小麦耗水量与生物量的相关系数分别为0.923和0.966,呈显著正相关(P<0.01),与地表覆盖度相关性不显著,冬油菜耗水量与地表覆盖度间有负相关趋势。在相对干旱生长季,冬油菜和冬豌豆耗水量分别较露地减少6.7 mm和7.5 mm,具有保水效应,冬小麦和冬豌豆后茬种植大豆具有更高的籽粒产量,产量水平分别为2 583.3 kg·hm^-2和2 550.4 kg·hm^-2,冬小麦后茬大豆的水分利用效率最高,2 a的平均值为8.3 kg·hm^-2·mm^-1。综合分析地表覆盖度、耗水量、土层水分变化、大豆籽粒产量等因素,在本试验条件下,冬油菜、冬豌豆是西北旱作区冬季农田覆盖和土壤水分保持的有效措施,冬小麦是大豆种植的优势茬口。     

渭北旱区冬小麦田土壤水分动态及农田水分平衡的研究

在合阳基点３年（１９９１￣１９９４）试验资料基础上，根据ＳＰＡＣ观点和农田水分平衡法，系统分析了渭北旱塬冬小麦田土壤水分动态变化规律，研究了冬小麦田水分收支状况和土壤贮水、供水、失水、耗水等水分循环规律，查明了冬小麦的需水亏缺量，亏缺期；并通过统计分析，建立了冬小麦产量和农田蒸散量的数学模型，可为农业生产提供科学依据。     

黄淮海平原主要农作物全生育期水分盈亏变化特征

根据1957-2013年黄淮海平原40个气象站的逐日气象资料,利用FAO推荐的作物系数计算冬小麦、夏玉米、夏大豆、棉花全生育期需水量及有效降水量,利用线性趋势、M-K检验、GIS插值分析黄淮海平原主要农作物水分盈亏的分布特征及其演变。结果表明:4种作物全生育期均处于缺水状态,小麦全生育期水分亏缺值1974年前存在波动,之后下降;玉米、大豆、棉花水分亏缺持续下降,大豆、玉米在2007-2103年下降显著,棉花在1985-2013年下降显著。4种农作物全生育期水分亏缺呈阶梯状分布,北部、东北部为水分亏缺最严重区域,向南部、东南部逐渐递减。小麦、玉米、大豆、棉花亏缺值分别为386.5mm、251.5mm、191.3mm、437.6mm。     

宁南山区保护性耕作对农田水分状况影响的研究

为研究保护性耕作对宁南山区农田水分状况的影响,在宁夏彭阳县对三种不同保护性耕作措施下玉米农田休耕期及生长期土壤水分、作物生长发育指标进行了实验研究。结果表明:(1)在休耕期,整秸秆覆盖处理的土壤水分贮存量(236.80mm)最高,半秸秆覆盖(224.10mm)次之,传统无覆盖(208.45mm)最低;(2)在生长期,采用秸秆覆盖方式可使春玉米的株高、穗长、生物产量及经济产量等指标得到显著提高,土壤的蓄水保墒性能增强,水分利用效率提高,增产增效明显;与传统方式相比,整秸秆覆盖可使春玉米的产量及水分利用效率分别提高3.5%及16.5%。研究认为,保护性耕作可有效改善玉米田土壤水分状况,促进玉米的生长发育。     

秸秆覆盖农田的小气候特征和增产机理研究

利用2000～2002年的试验资料和2002～2003年的示范推广资料,对秸秆覆盖的农田小气候和增产机理进行分析.结果表明:秸秆覆盖对农田近地层气温、空气湿度和地温均产生明显影响,但对风速的影响不明显;秸秆覆盖可使地表层显热通量增大,潜热通量和土壤热通量减小,从而使土壤蒸发受限;由于覆盖抑制土壤表面蒸发,使土壤水分无效消耗减少,增加前期土壤水分积累,有利于植株后期蒸腾,使水分消耗从物理过程向生理过程转化,从无效消耗向有效消耗转化,从而增加作物产量,提高水分利用效率.秸秆覆盖可使冬小麦增产8.08%～10.71%,水分利用效率提高3.5%～8.4%;夏玉米增产6.08%～11.97%,水分利用效率提高7.8%～14.4%.     

深层土壤水分对黄土塬区旱作冬小麦耗水的贡献

为研究不同土层尤其是深层土壤水对冬小麦耗水的贡献，本文首先对长武黄土塬区300 cm深度土壤水人工标记氘水，并通过测定抽穗期、开花期、灌浆期和乳熟期小麦茎秆水δD值确定冬小麦是否能够利用300 cm深度以下土壤水分；其次通过测定小麦茎秆水、降水和不同土层土壤水δ¹⁸O值，分析降水以及不同深度尤其是300 cm以下土层土壤水对冬小麦耗水的贡献。结果表明：长武塬区降水分别贡献了旱作冬小麦抽穗期、开花期、灌浆期和乳熟期耗水的49.2%、30.2%、35.9%和38.2%，土壤水分别贡献了50.8%、69.7%、64.1%和61.8%。50~100 cm、100~150 cm、150~200 cm和200~300 cm土层土壤水贡献了冬小麦抽穗期耗水的17.9%、15.2%、10.0%和7.7%，开花期耗水的24.6%、18.8%、14.0%和12.4%，灌浆期耗水的19.5%，14.4%、10.0%和8.7%，乳熟期耗水的18.6%、13.2%、10.3%和8.3%。冬小麦茎秆水δD值变化表明，冬小麦自灌浆期开始利用300 cm深度以下土壤水分，300~400 cm土层土壤水贡献了冬小麦灌浆期和乳熟期耗水的11.4%和11.5%。可见，深层土壤水分对于冬小麦水分供给具有重要意义，因此生产实践中需要做好夏闲期蓄水保墒措施，以增加雨水入渗量和入渗深度，促使深层土壤水分恢复，保证土壤水库调蓄功能的持续发挥。     

不同覆盖条件下春玉米田耗水特征及提高水分利用率研究

以常规小畦平播为对照，探讨了春米玉田在不同覆盖条件下的耗水特征。试验结果表明，无论哪种覆盖种植方式，春玉米在不同生育阶段的耗水规律与不覆盖是一致的，秸秆覆盖和地膜覆盖可减少棵间土壤水分蒸发，总体耗水量有所减少。秸秆覆盖和地膜覆盖垄沟种植春玉米产量大幅度提高，地膜覆盖垄背种植在一定程度上保蓄土壤水分，但由于垄背较镐，土壤水分供应不足，较不覆盖减产显著。因此，秸秆覆盖和地膜覆盖垄沟种 提高作物对降水的利用率及水分利用效率的主要途径之一。     

科尔沁沙地南缘旱作农田不同作物配置土壤水分效应及作物响应研究

针对科尔沁沙地南缘风蚀沙漠化严重、水资源短缺等突出问题,在大田条件下,以仁用杏、花生、谷子、甘薯为研究对象,进行了旱作农田不同作物配置土壤水分效应及作物响应研究。结果表明,不同作物配置方式在西侧距仁用杏2 m（W2）、1 m（W1）、仁用杏树带下（T0）,东侧距仁用杏1 m（E1）、2 m（E2）处土壤水分效应均为负值,且程度不同。在垂直方向上,农林复合系统可有效保持表层土壤水分,但仁用杏与农作物之间也存在着水分竞争,20～80 cm为水分的主要竞争层,其中40～60 cm竞争最为强烈,不同作物的竞争程度表现为甘薯>谷子>花生;水平方向上,随带距的变化,土壤水分均呈现出中间小、两侧大的开口向上类似抛物线形状的分布趋势,但不同作物表现程度不尽相同。在作物产量方面,间作作物产量均出现一定程度的减产,花生、谷子和甘薯的产量分别比对照降低70.7%、63.3%和64.0%。