中国玉米栽培研究进展与展望

目的探明光氮互作条件下玉米生长发育特征及光合生理机制,为通过合理施肥缓解玉米弱光胁迫提供科学依据。方法采用盆栽试验,研究不同光照强度和氮素水平对玉米生长发育、光合生理及干物质积累的影响。结果中低氮水平下,遮阴处理的玉米生育后期株高较自然光处理有所降低;不同施氮水平灌浆期上部叶、穗位叶和下部叶叶面积也均小于自然光处理,下降幅度分别为13.0%~35.9%、6.1%~28.5%和9.7%~26.4%,生育前期功能叶片叶绿素含量和全生育期净光合速率也有不同程度降低,拔节期叶中可溶性糖含量显著下降11.1%~46.5% (P<0.05);中高氮水平下,遮阴处理玉米总生物量显著降低33.1%~49.7% (P<0.05)。遮阴条件下,低氮处理的不同部位叶片叶面积、净光合速率及根长均高于高氮处理,叶中可溶性糖含量及总生物量也分别较中高氮处理增加19.4%~108.3%和51.1%~85.6%。结论遮阴条件下,玉米生长发育受抑制且低氮处理较中高氮处理更有助于玉米干物质累积。     

不同灌溉方式下养分配置对小麦、玉米产量和水分利用的影响

为了寻求小麦、玉米生产的最佳水肥配置模式,在不同灌溉方式(喷灌、移动喷灌、小白龙)下设置8个不同养分配置[底施N_(34)P_6K_8750 kg/hm~2(T1)、底施N_(34)P_6K_8 750 kg/hm~2+追施纯N 75 kg/hm~2(T2)、底施N_(28)P_(15)K_5750 kg/hm~2(T3)、底施N_(28)P_(15)K_5 750 kg/hm~2+追施纯N 75 kg/hm~2(T4)、底施控释肥600 kg/hm~2(T5)、底施控释肥600 kg/hm~2+追施纯N 75 kg/hm~2(T6)、底施N_(28)P_(15)K_5 375 kg/hm~2+底施控释肥300 kg/hm~2(T7)、底施N_(28)P_(15)K_5 375 kg/hm~2+底施控释肥300 kg/hm~2+追施纯N 75 kg/hm~2(T8)],研究不同灌溉方式下养分配置对小麦、玉米产量及水分利用的影响。结果表明,与小白龙灌溉处理相比,移动喷灌和喷灌处理均可提高小麦株高、穗长、小穗数、穗粒数、千粒质量;喷灌处理小麦、玉米、小麦—玉米周年产量分别增加1.64%～14.04%、1.40%～6.89%、3.94%～10.07%,移动喷灌处理分别增加1.37%～12.88%、6.81%～16.47%、6.71%～11.21%;喷灌处理小麦、玉米、小麦—玉米周年灌水利用率分别提高0.26～2.03、0.19～0.90、0.57～1.27 kg/m~3,移动喷灌处理分别提高0.21～1.96、0.82～2.08、0.91～1.63 kg/m~3。喷灌和移动喷灌条件下,T8处理小麦产量高于其他处理;3种灌溉方式下,玉米及小麦—玉米周年产量均是T8处理高于其他处理。综合考虑,以移动喷灌结合底施N_(28)P_(15)K_5 375 kg/hm~2+底施控释肥300 kg/hm~2+追施纯N 75 kg/hm~2处理节水增产效果最佳。     

不同保墒与土壤结构改良措施对土壤结构及小麦、玉米水分利用的影响

为探明不同保墒与土壤结构改良措施对小麦、玉米水分利用等的作用机理,采用大田试验,研究了秸秆覆盖、地膜覆盖、保水剂及有机肥对小麦—玉米生长、光合生理特征、产量、水分利用效率及土壤结构等。结果表明:地面覆盖和土壤结构改良措施均改善了土壤团粒结构,且促进了土壤有机碳含量的提高。同时,不同措施改善了小麦、玉米不同生育期的光合生理特征,提高了小麦、玉米不同生育期的株高、叶面积及生物量,且成产要素也显著提高,地膜覆盖较其他措施更利于小麦产量的提高,其较普通耕作增产14.7%。对玉米而言,以秸秆覆盖和地膜覆盖处理增产效果较佳,分别较普通耕作增产10.4%和10.3%。对小麦—玉米周年而言,地膜覆盖的总产量和总水分生产效率均最高,分别较普通耕作提高了12.5%和17.1%。相关分析表明,小麦、玉米周年总产量和总水分生产效率与小麦不同生育期的土壤水分、灌浆期叶面积、小麦单产、玉米大喇叭口期的叶面积以及土壤有机碳含量密切相关。     

小麦-玉米周年水肥一体化增产效应

为探明小麦-玉米周年水肥利用效应,在农业部作物高效用水原阳科学实验站进行小麦-玉米周年水肥一体化研究。试验肥料设置底施、1次追施和2次追施,水分设置1水、2水和3水,每次灌水450 m3/hm2。结果表明:补充灌溉与追肥相结合对小麦、玉米的生长发育具有积极效果,其中小麦穗长增加0.2~0.8 cm,穗粒数增加2~10粒,千粒质量增加2~9 g,成穗数增加9万~57万穗/hm2;玉米穗长增加0.48~1.82 cm,行粒数增加2.0~8.4粒,5穗穗粒质量增加15~374 g,百粒质量增加2.0~13.0 g。同时,补充灌溉和追肥处理较对照小麦增产9.85%~37.93%,与一次性底施肥处理相比,相应补充灌溉+追肥处理增产9.92%~25.66%,以3水2肥效果最好;与1次追肥处理相比,相应2次追肥增产3.95%~6.11%,以2水2肥效果最好。与对照、相应1次性底施肥和1次追肥处理相比,玉米产量分别增加11.05%~46.62%、18.71%~32.03%和2.8%~5.42%;小麦玉米综合产量分别增加10.46%~42.36%、14.37%~28.87%和3.34%~5.75%,与小麦增产趋势一致。小麦玉米综合灌水利用效率较对照增加0.95~5.41 kg/m3,较一次性底施肥0.56~3.81 kg/m3,较1次追肥提高0.35~0.67 kg/m3,均以1水2肥处理最好。因此,节水增产的最佳配置为2水2肥和1水2肥。     

子午岭植被恢复过程中土壤团聚体有机碳含量的变化

土壤有机碳是土壤团聚体形成的重要胶结剂之一，土壤团聚体分布影响有机碳含量及其稳定性。对子午岭植被恢复过程中团聚体有机碳含量变化的研究结果显示：相对于农田，植被恢复可增加土壤各个粒径团聚体有机碳含量．同时增加不同层次土壤团聚体有机碳含量。就粒径而言，虽然各个植被下〈0．25mm土壤团聚体有机碳含量最低，植被类型变化对土壤团聚体有机碳含量影响最大的是〈0．25mm粒径，辽东栎林地〈0．25mm土壤团聚体有机碳含量是农田〈0．25mm团聚体有机碳含量的3倍；其次，植被类型对〉5mm团聚体有机碳含量影响较大，辽东栎、早期森林、灌丛、草地和弃耕地土壤〉5mm团聚体有机碳含量比农田土壤〉5ram团聚体有机碳含量高149％，209％，104％，62％，10％。说明植被演替可增加土壤团聚体有机碳含量，但首先是增加较大粒径团聚体的有机碳含量；随着植被的进一步演替，小粒径团聚体有机碳含量也相应的增加，这部分有机碳是稳定的，说明植被恢复增强了土壤的碳汇功能。     

雄安新区上游农业种植结构及需水时空演变

本文利用作物模型模拟小麦、玉米灌溉需水量,结合蒸发皿法估算蔬菜、果树等其他作物需水量,回溯雄安新区上游1986-2015年农业种植结构及农业需水的时空演变趋势,摸清不同作物的需水量比例及时间变化,并推算了消除降水年际波动的1970-2015年农作物灌溉需水量,探讨单纯人类活动下的农业需水量变化趋势。结果表明,1986-2015年,研究区作物播种总面积总体呈上升趋势,耕地面积多年平均84.9万hm²,有效灌溉面积平均71.3万hm²,占总耕地面积的84%。其中小麦播种面积稍有下降,玉米、蔬菜播种面积显著增加,果树种植比例在山区增加、平原区减少。研究区多年平均灌溉需水量22.52×10⁸ m³,小麦、玉米、蔬菜、果树和其他作物分别占灌溉需水总量的58.6%、12.6%、5.8%、16.3%和6.7%,受播种面积增加影响,1970-2015年,蔬菜和果树需水显著上升。从空间上来看,灌溉需水总量在上游山区上升显著,而在平原区表现为下降;排除降水的年际波动后,研究区作物需水自1970年以来一直呈上升趋势,进入20世纪80年代中期,虽然整体上升减缓,但随农业播种总面积增加和蔬菜、水果需水增加影响,需水量整体呈缓慢上升趋势。因此,控制上游农业用水,种植低耗水作物、减少耗水作物的种植面积,是恢复雄安新区清水产流的关键。     

水氮运筹对玉米产量及水氮利用效率的影响

【目的】确定适合豫北灌溉区玉米的高产高效和节水增效的水氮运筹模式。【方法】采用随机区组设计实施了为期3 a田间定位试验,试验设置3个灌水量：灌0水（A1）,灌2水（A2）和灌3水（A3）;2个氮肥运筹：B1：基肥（70%）+小喇叭口期（20%）+灌浆期（10%）,B2：基肥（60%）+小喇叭口期（25%）+灌浆期（15%）,共6个处理,并分析灌水次数和氮肥运筹对玉米产量和水氮利用效率的影响。【结果】灌水次数（A）和氮肥运筹（B）对玉米产量、水分利用效率（WUE）、灌水利用效率（IWUE）和氮肥偏生产力（NPFP）的影响均极显著,而A×B交互作用对其没有显著影响。2017年和2019年玉米产量、WUE和NPFP的变化规律为A3B2处理>A2B2处理>A3B1处理>A2B1处理>A1B2处理>A1B1处理;而2018年玉米产量和NPFP为A3B2处理>A3B1处理>A2B2处理>A2B1处理> A1B2处理>A1B1处理,WUE为A3B2处理>A3B1处理>A2B2处理> A1B2处理>A1B1处理>...     

免耕对冬小麦农田土壤水分及 可溶性碳和硝态氮动态变化的影响

采用2年试验数据分析了免耕对冬小麦不同生育时期土壤剖面水分、可溶性碳和硝态氮变化动态的影响。结果表明,免耕较传统耕作均不同程度地增加了冬小麦拔节期、扬花期、灌浆期和成熟期0～100 cm土层土壤平均含水量,且冬小麦关键生育时期土壤水分均随土壤深度增加而呈现先减少后增加的趋势。与传统耕作相比,免耕分别提高冬小麦拔节期和扬花期0～40 cm土层平均含水量14.0%和10.3%;在冬小麦拔节期和灌浆期,免耕较传统耕作分别提高了土壤剖面0～100 cm平均硝态氮含量43.1%和5.7%。与传统耕作相比,免耕不仅降低了冬小麦全生育期土壤剖面0～100 cm平均可溶性碳含量2.0%,而且降低了冬小麦拔节期、灌浆期和成熟期土层0～40 cm可溶性碳含量。     

耕作方式转变对土壤蓄水保墒影响的RZWQM模型模拟

基于2011—2012年和2013—2014年河南禹州冬小麦长期定位试验,利用传统耕作、免耕和深松处理下土壤水分、地上部生物量和产量对RZWQM(Root zone water quality model)模型进行率定和验证,然后利用率定后的模型模拟传统耕作转变为保护性耕作方式后0~100 cm土层贮水量、耗水量、土壤剖面水分平衡及水分利用效率的动态变化。在模型率定和验证中,土壤分层含水率模拟值和实测值之间的均方根误差(RMSE)分别在0.009~0.025 cm3/cm3和0.005~0.054 cm3/cm3范围内变化。模型模拟结果表明RZWQM模型能够较好地模拟耕作方式转变后土壤分层水分的动态变化,4种不同耕作转变模式(传统耕作分别转变为免耕、免耕+秸秆覆盖、深松、深松+秸秆覆盖)下,传统耕作转变为免耕后产量最高,水分利用效率最大,达19.3 kg/(hm2·mm)。因此,该模拟条件下传统耕作转变为免耕的蓄水保墒效果最好。     

冶河流域径流减少的驱动因素分析

分析了1970—2000年滹沱河的重要支流——冶河流域径流减少的主要驱动因子气候和地表覆被的变化趋势及其对流域径流的影响。结果表明，30年来，流域降水量减少，流域内的年平均气温上升并达到显著水平。流域1995年有林地和高覆盖草地所占面积同20世纪80年代相比大幅减少，林地和草地的质量有所下降，到了2000年有所回升；流域内农田的有效灌溉面积逐年增加。同时流域的径流量发生了明显变化：年均流量自1966年以来不断减小，尤其是80年代以后下降趋势更明显。以致上游长年有水河流部分河段出现了不同程度的断流。