APSIM模型的研究进展及其在中国的应用

作物模型可以在已有研究资料基础上对在多种模拟条件下的作物生长情况进行模拟,预测未知风险,优化农业资源管理措施,为农业生产的管理经营提供科学指导。APSIM模型就是作物模型的典型代表。为了研究APSIM模型的结构特征和它在中国的应用现状,本文首先阐述了APSIM模型的发展历史、运行框架、模块结构组成,其次归纳总结了APSIM模型在中国气候变化评估和农田管理方面的应用以及在中国各个气候区域的应用,最后指出了APSIM模型在中国应用时所出现的问题,并为APSIM模型的应用提出了与RS技术和GIS技术相结合等一些意见。     

中国奶业全产业链绿色发展指标的时空变化特征

奶业是关乎国民健康和食品安全的战略性农业产业,本文从社会发展、经济效益、产品生产、资源投入和生态环境5个方面选取28项指标,发展和完善了中国奶业全产业链绿色发展指标体系和分级标准。基于该指标体系,利用NUFER-animal模型,定量分析了1990—2017年中国奶业绿色发展指标的时空分布特征,剖析了产业绿色发展的限制因素,阐明了优化途径。结果表明:中国人均奶制品消费量稳步提高,从2.0kg?cap.?1?a?1增加到12.5kg?cap.?1?a?1;奶牛单产水平不断提高,从2.4t?head?1?a?1增加到7.0t?head?1?a?1,种养系统氮素利用效率由8.4%提升至14.4%;单位牛奶的资源投入和环境代价均呈下降趋势,生产单位牛奶的蓝水足迹由0.5 m3?kg?1降低到0.2 m3·kg?1,耕地资源投入量由18.5 m2?kg?1降低到3.3 m2?kg?1;养殖系统氨挥发量指标由21.9 g(N)?kg?1降低到7.0 g(N)?kg?1,但仍远远高于欧美国家水平;牛奶生产和加工成本逐年增加,利润却低于欧美等先进国家的水平。空间特征分析表明:农牧交错带和东部沿海地区产品生产、资源投入和生态环境绿色发展水平相对较高,北方地区牛奶及奶制品的生产、消费水平均高于南方地区。发展种养一体化产业链融合绿色发展技术与模式、构建产销一体化产业链融合绿色发展利益共享机制和形成全产业链质量追踪服务体系与国民消费信任机制是促进中国奶业振兴和绿色发展的有效途径。     

棉花在不同整枝方式下生长发育规律的研究

在两年田间试验的基础上探讨了棉花整枝打顶和简化栽培措施下生长发育的区别。供试的两个棉花品种为中晚熟品种冀668和中早熟品种中棉30。结果表明,整枝打顶处理下的棉株的株高、主茎茎节、叶面积指数和蕾数都低于对照。然而脱落果节数的减少使得整枝打顶处理的有效铃数却增加了。整枝打顶处理总干物质量减少,但是生殖器官干物质量的比例却增加了。产量组成分析表明,整枝打顶处理的总铃数增加,单铃质量和衣分处理之间没有显著差别。两个品种在不同处理间的表现趋势一致,但是中熟品种比中早熟品种的趋势更明显。     

灌溉畦田规格对张杂谷生长、产量及水分利用的影响

以张杂谷3号为材料,设置不同畦田规格(T1规格为2 m×5 m,T2规格为6 m×5 m)进行灌溉处理,探究不同畦田规格灌溉对张杂谷生理、产量及水分利用效率的影响。结果表明,12个处理相同生育期耗水量均差异不显著,T1处理总灌溉水量较T2处理减少33.35%;2T2处理叶片水势、叶绿素、光合速率、蒸腾速率、气孔导度分别比T1处理提高9.0%、2.67%、26.44%、33.0%、40%,但叶片蒸腾效率较T1处理下降4.52%;32个处理生物量差异不显著,T2处理产量虽较T1处理提高4.59%,但未达到显著性水平。与T2处理相比,T1处理WUEBM、WUEY分别提高17.05%、19.67%。综合分析,张杂谷生育期进行地面水灌溉时,宜实施小畦灌溉,一方面有助于提高谷子水分利用效率,另一方面是实现节约灌溉用水的最直接的手段。     

滨海重盐碱地园林绿化用柽柳良种‘海柽1号’

‘海柽1号’是对滨海地区中华柽柳筛选的优良变异单株选育得到的良种。该品种枝叶浓密,生长期长,开花少,干性强,生长迅速,景观效果优良,同时该品种高耐盐,耐干旱和水淹,且易扦插繁殖,成林技术简单,是滨海重盐碱地景观绿化的优良材料。     

覆盖措施对咸水结冰灌溉后土壤水盐动态和棉花生产的影响

对咸水结冰灌溉融冰后不同防止返盐措施处理的土壤水盐动态以及棉花的出苗、生长特征和产量进行了研究。结果表明,不同的覆盖措施对抑制土壤表层水分蒸发的效果有显著差异,3月和4月份表层土壤含水量影响5月份的含盐量,而5月份表层土壤的含盐量直接决定棉花出苗率。地膜覆盖和保留前茬旧膜的处理保墒抑盐效果最好,棉花出苗率和产量也最高;秸秆覆盖也有一定的抑盐效果;而翻耕和中耕对土壤保墒抑盐的作用较差;液态膜处理的抑盐效果最差,棉花的出苗率和产量最低。可见保留前茬旧膜是简便有效的保墒抑盐途径。     

‘小偃60’在不同水氮条件下的用水特性

以过筛土壤为培养基础,以圆形桶为容器,设置了3个水分梯度(W0、W1、W2,分别为田间持水量的50%、65%、80%)、4个氮素梯度(N0、N1、N2、N3,施氮量分别为每桶0 g·kg?1、0.10 g·kg?1、0.20 g·kg?1、0.29 g·kg?1),探究冬小麦新品系‘小偃60’干物质积累与分配、水分利用效率、光合参数的变化规律,为其推广及高产高效栽培提供依据。结果表明,水、氮均对冬小麦生物量及产量、叶片叶绿素含量、叶水势、叶片净光合速率等有显著影响,且水对籽粒产量的主效应大于氮肥。水分和氮肥适宜处理(W2N2)比水分和氮肥轻度亏缺处理(W1N1)增产66.03%,W1N1比水分和氮肥严重亏缺(W0N0)增产153.30%。在相同水分处理下,冬小麦叶绿素SPAD值随着施氮量的升高而升高,而在相同施氮量条件下,水分严重亏缺处理(W0)和水分适宜处理(W2)的冬小麦叶绿素SPAD值均低于水分轻度亏缺处理(W1)。水分对叶片水势为正效应,表现为随着土壤含水量的增加显著升高到不明显升高趋势。光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、瞬时水分利用效率(WUEi)均随着施氮量的增加而升高,Pn、Tr随土壤水分提高而上升,WUEi却随土壤水分提高而下降。在低氮(N1)或者不施氮肥(N0)条件下,产量水分利用效率(WUEy)随水分的增加表现先升高而后变化不明显的变化趋势;在适宜氮肥(N2)和高氮(N3)条件下,WUEy随着水分的增加而升高。通过对试验结果的分析得出如下结论:1合理的水氮管理使‘小偃60’的籽粒产量及水分利用效率(WUE)维持在较高水平,过多水肥均引起产量及WUE下降;2不同水氮下籽粒产量、水分利用效率均与叶片净光合速率显著正相关;3‘小偃60’在河北环渤海地区更适合在低水中肥条件下种植。     

基于遥感的华北平原农作物时空分布变化特征分析

作物种植面积的多年时空变化是进行农业结构调整和优化的基础,也是开展农业减灾、地下水保护的重要依据。为了解华北平原主要作物近年来种植面积的时空变化过程,本文基于2000—2013年的MODIS NDVI数据和TM/ETM遥感数据提取当地主要作物的种植面积,并分析了华北平原主要作物近年来的时空变化特征。结果表明:1基于MODIS NDVI数据和TM/ETM遥感数据提取当地主要作物的种植面积,提取精度较高,结果可靠;2冬小麦?夏玉米主要分布于太行山前平原、山东省和河南省的引黄河灌区,单季玉米在河北平原北部分布最广,水稻集中分布于天津、河北唐山地区和黄河沿岸,蔬菜主要分布在城市郊区,林果分散分布于几个产果区和京津周边地区,棉花主要集中于华北平原中部地区。3华北平原粮食作物(小麦、玉米和水稻)种植面积明显下降,经济作物(林果和蔬菜)则显著增加,其中林果、蔬菜和水稻的面积变化率较大,分别为56.45%、35.76%和23.16%,蔬菜和水稻的位置转移明显。4景观格局AWMPFD和SHEI指数值表明,河北平原以南的冬小麦?夏玉米种植规模化程度提高,豫北地区冬小麦?夏玉米种植面积增加,豫北以北地区由于各类经济作物种植面积增加,区域作物种植多样化指数增加。该结果可为农业种植结构调整、资源合理利用提供参考。     

水氮管理及品种对冬小麦光能利用率的影响

提高光能利用率(RUE)是作物获得高产的重要因素之一。遗传特性和栽培管理措施等因素通过影响作物冠层结构及冠层形成过程,进而影响作物的光能利用率。为探讨不同冬小麦品种在不同水氮管理条件下的光能利用率,于2012—2013年,在中国科学院栾城农业生态系统试验站,进行了3个冬小麦品种(‘冀麦585’、‘科农199’和‘石新828’)在3个氮水平[135 kg(N)·hm?2,180 kg(N)·hm?2,225 kg(N)·hm?2]和3个灌溉水平(70 mm,140 mm,210 mm)下的大田试验,对关键生育期光合有效辐射截获、生物量和叶面积等参数进行了测定和分析。结果表明:不同冬小麦品种的光能利用率存在显著差异(P0.05),‘冀麦585’、‘科农199’和‘石新828’的光能利用率分别为2.10 g?MJ?1、2.05 g?MJ?1和1.93 g?MJ?1。不同水氮处理对冬小麦光能利用率有一定的影响,其值为1.80~2.20 g?MJ?1;水氮因素对冬小麦光能利用率的影响不同,随着施氮水平的增加,光能利用率增加,适度的水分亏缺会产生较高的光能利用率。光能利用率增加与生物量形成呈正相关,但当生物量增加到一定程度后冬小麦产量并不随生物量的增加而增加,这与干物质量转移率随着生物量增加而降低有关。结果还显示:从拔节期到灌浆期冬小麦的光能利用率与气温存在明显的曲线关系,其在水氮条件下表现不一致。综合上述分析结果,需要适宜水氮供应才能获得适度干物质积累,提高光能利用率和有效干物质运转,最终提升冬小麦产量。     

华北平原旱地不同熟制作物产量、效益和水分利用比较

针对华北平原地下水超采严重,通过研究雨养旱作条件下不同熟制的产量、投入产出和水分利用效率,探索华北平原缺水区雨养旱作条件下的节水种植制度,可为地下水超采提供技术支撑。以当地主栽种植模式冬小麦和夏玉米一年2熟种植和春玉米一年1熟种植为研究对象,通过大田试验对雨养旱作条件下冬小麦、夏玉米和春玉米3种作物构成的2种种植制度的产量、耗水、投入、产出进行分析。试验于2007—2013年在中国科学院栾城农业生态系统试验站进行,该站为华北平原高产农区的典型代表。试验共设2个处理,T1为冬小麦-夏玉米一年2熟制,T2为春玉米一年1熟制。T1中的冬小麦生育期为每年的10月中上旬至翌年的6月中旬,夏玉米为6月中下旬至10月上旬,冬小麦品种大部分年份为‘科农199’,夏玉米品种为‘郑单958’。T2中春玉米的生育期为每年的5月中下旬至当年的9月上中旬,品种为‘农大108’、‘浚单20’、‘郑单958’和‘先玉335’。试验区从2007年9月至2013年6月一直未灌溉,为雨养旱作条件。研究结果表明,雨养旱作条件下,冬小麦产量基本稳定;夏玉米和春玉米产量随年型不同波动较大,尤其是夏玉米产量受播种时土壤含水量的影响较大,很多年份由于干旱少雨,玉米出苗时间推迟,导致玉米产量大幅度降低。T1比T2虽然具有明显的产量优势,增产34.1%,但由于冬小麦生产投入较高,T1的净收益比T2低279.97元·hm-2。3种作物的生产投入中,农资和机械投入比例最大,劳动力投入占很小比例,农资投入中,化肥投入最高;3种作物的产投比分别为1.42、2.66和3.42,雨养旱作条件下冬小麦的产投比最低,春玉米最高。从作物的耗水结构分析,冬小麦生育期降雨较少,以消耗雨季储存于土壤中的土壤水分为主,春(夏)玉米生育期降雨较多以消耗降雨为主。目前,生产上正在自发地压缩冬小麦的种植面积,春玉米一年1熟种植面积迅速增加。因此,在保证区域粮食安全的条件下,通过调整农业种植结构可以控制水资源的过度开采,保证农业持续发展。