活性炭对土壤入渗、蒸发特性及养分淋溶损失的影响

通过室内土柱模拟试验,设置活性发质量分数为0%(对照),0.1%,0.3%,0.6%,0.9%及1.2%共6个处理,研究不同活性炭施入量对土壤入渗、蒸发特性及养分淋溶损失的影响.结果显示:随着活性炭用量的增加,土壤入渗能力先增强后减弱;100 min时,施加0.3%活性炭的土壤累积入渗量达到最大,高于对照的10.60%,而施加1.2%活性炭的土壤累积入渗量较对照的减少5.70%;33 d的土壤累积蒸发量随着活性炭施用量的增大而逐渐减小,与对照的相比最大减小量达21.35%;土壤淋溶液中硝态氮(NO3-)、土壤可溶性有机碳(DOC)的浓度随活性炭用量增大而减小,与对照的相比最大减小量分别为8.52%和47.11%.活性炭的施加对提高旱区农田蓄水保肥能力有重要意义.     

关中地区播前土壤墒情对覆膜旱作夏玉米产量和水分利用的影响

基于3年连续冬小麦-夏玉米覆膜轮作试验,通过校验之后的AquaCrop模型设置不同水平的播前土壤墒情,模拟研究关中地区多年历史气候条件下旱作覆膜夏玉米生长和水分利用对播前土壤墒情的响应规律,拟基于播前土壤墒情初步建立覆膜与否的判断标准。结果表明,当土壤初始含水率≤70%田间持水量,关中地区夏玉米覆膜产量波动剧烈;覆膜增产率随着降水的增加呈增加趋势。随着土壤初始含水率的增加,覆膜增产效果越来越明显,且趋于稳定;然而覆膜措施的增产效果对降水量越来越不敏感,最终呈稳定趋势。当播前土壤底墒达到80%~85%田间持水量的水平时,覆膜夏玉米籽粒产量水分利用效率达到最高。综上,有水可保可用是覆膜增产增效的先决条件之一;当土壤初始含水率≤70%田间持水量,建议不采用覆膜措施;当土壤初始含水率≥80%田间持水量时,建议采用覆膜措施。     

Impact of late-season N fertilisation strategies on the gluten content and composition of high protein wheat grown under humid Mediterranean conditions

The rise in high protein common wheat in humid Mediterranean areas has determined a need to compare specific and effective nitrogen (N) fertilisation protocols in order to increase their end-use value. The aim of the work was to assess the impact of late-season N fertilisation strategies on grain yield and protein content (GPC), gluten fraction composition, and rheological traits. Different applications and types of fertiliser (soil applied ammonium nitrate, soil applied urea, foliar applied urea and a foliar applied commercial fertiliser) were distributed at the same rate (30 kg N ha⁻¹) in a field experiment in NW Italy, during three growing seasons. A control without any late-season N fertilisation was also considered. All the treatments received 130 kg N ha⁻¹ as ammonium nitrate (AN), which was split between tillering and the beginning of the stem elongation growth stages.None of the compared late-season N fertilisations significantly affected canopy greenness and stay green duration during the grain filling period, or the grain yield, test weight, and thousand kernel weight, although the foliar application significantly increased foliage burning (+9.8%). The late application of N consistently increased GPC (+1.1%) and dough strength (W, +21%) in the different growing seasons. The type of fertilisation strategies clearly affected the gluten content and rheological parameters: AN was more effective than urea as a soil top-dressed applied fertiliser in increasing W (+10%), as a result of a higher rise in the GPC content (+0.5%) and extensibility (L, +11%). The foliar application at anthesis, at the same N rate, led to a comparable GPC and W with those of the soil top-dressed granular fertiliser. Only a weak effect of granular urea on y/x type HMW was observed for the gluten composition. Conversely, a notable influence of year was observed (i.e. GS/Glia and y/x type HMW), which in turn resulted in a significant impact on W and P and on the aggregation time and aggregation energy.This study offers a further contribution to the improvement of specific N fertilisation strategies in order to enhance the wheat quality according to its end-use value.     

覆膜开孔条件下层状土壤蒸发的水热运移

为揭示覆膜开孔条件下不同质地层状土蒸发特性,选择0～100%范围内的6种覆膜开孔率、夹塿和夹砂2种层状土及3个夹层位置,进行室内土柱蒸发试验,测定了蒸发量随时间变化规律,以及土壤水分和温度分布规律.结果表明:覆膜开孔率和夹层位置的变化都影响层状土壤的温度分布,3个层位下全覆膜与裸土蒸发表层温差分别为3.6,6.6和21.8℃,层位越深,剖面温差越大.覆膜开孔率越大,剖面土温整体越低,蒸发水量损失越大;夹层位置越深,累积蒸发量随时间变化曲线整体越高.幂函数和对数模型描述塿夹砂及砂夹塿的累积蒸发量与时间关系较好.总体上,覆膜开孔率和夹层位置都影响蒸发过程中的水热运移规律.     

不同粮食消费模式下西北旱区大型灌区耕地压力分析

利用耕地压力指数模型,计算分析了2010年西北旱区大型灌区不同粮食消费模式下的耕地压力指数、粮食盈余情况及可再承载人口状况。结果表明:在平衡膳食(PH)、初步小康或营养安全(XK)、富裕型(FY)社会三种不同粮食消费模式下,西北旱区97所大型灌区的耕地压力虽差异明显,但整体压力较小,三种模式的平均耕地压力指数(K值)均小于1,人粮关系较为和谐,除保证自身粮食需求外仍有一定的粮食盈余;三种模式下,粮食盈余量为869.19、586.18、41.46万t,可再承载人口数为2698.75、1465.46、75.38万人。     

基于改进生态足迹模型的西北地区生态可持续性评价

西北地区的生态可持续状况对于稳定生态环境,改善人地关系具有重要的现实意义。传统生态足迹模型(EFM)中存在诸多不足和缺陷,文中对原有模型进行了改进并对西北地区2012年生态可持续性进行了计算和评价。结果表明:1)西北地区人均生态足迹为2.90hm2/人,人均生态承载力为2.18hm2/人,人均生态赤字为0.72hm2/人,整体的生态结构不合理,处于不可持续状态;2)西北地区各省区的生态足迹差异明显,除青海和新疆为生态盈余外,其它省区均为生态赤字,其中陕西最大,甘肃最小;3)西北地区生态适度人口为0.74×108人,实际人口与生态适度人口的比例是1:0.75,人口数量整体处于超载状态;生态利用效率为0.65万元/hm2。改进生态足迹模型能够较好地评价生态可持续现状,研究方法和结果对于区域生态可持续发展研究具有一定的参考价值。     

小麦灌浆过程籽粒水分变化的核磁共振检测

花期至成熟期是小麦产量形成的关键时期,在这一时期麦穗的水分状态随着干物质的积累而呈现出独特的变化特征。为了揭示活体冬小麦灌浆过程的水分变化规律,利用核磁共振技术的无损检测特性,结合核磁共振质子密度加权成像和核磁共振T2弛豫谱分析,对小麦麦穗进行了连续活体检测。核磁共振质子密度加权成像结果表明,灌浆前期籽粒的水分不断增加,至花后15 d籽粒的水分含量达到最大值,此后小麦籽粒的水分逐渐减少。在此过程中,灌浆物质在籽粒中积累的顺序是由外向内、自上而下的。经核磁共振T2弛豫谱分析,麦穗中的水分可分为结合水、半结合水和自由水三种相态。从籽粒形成至完熟期麦穗不同相态的水分都表现为先增大后减小的特点,但涨落步调不尽相同,其中结合水含量的增长期最长,至蜡熟期结束时(花后33 d)才达到最大值。籽粒形成后麦穗总水分含量维持在较高水平,即使在籽粒干质量快增期(花后15 d至花后27 d),籽粒中干物质的迅速积累也并未导致水分含量的明显减小,单穗的总水分含量与最大水分含量相比仅仅减少了十分之一。花后30 d之后,随着颖片及穗轴逐渐变黄衰老和籽粒的脱水成熟,麦穗水分含量才急剧减小。小麦灌浆中期麦穗维持较高水分含量,说明水分在同化物积累过程中的重要作用。除了灌浆中期较高的水分含量,蜡熟期的快速脱水亦有利于营养物质的贮存并减少呼吸消耗,对于小麦产量的形成和稳定亦具有重要意义。     

秸秆覆盖量对旱作小麦耗水特性及土壤性质的影响

为了解秸秆覆盖量对旱作小麦耗水特性和土壤性质的调控作用,在宁夏南部半干旱区连续两年进行了0(CK),3 000,6 000,9 000 kg·hm~(-2)四种不同秸秆覆盖量处理的栽培试验。结果表明:随着覆盖量的增加,小麦在各个生育阶段的耗水量逐渐减少,3 000,6 000 kg·hm~(-2)和9 000 kg·hm~(-2)覆盖量处理的小麦全生育期的平均耗水量较CK分别减少了12.7%,21.6%和27.5%,秸秆覆盖量与耗水量呈显著负相关(P0.01);进行秸秆覆盖以后,土壤的蓄水保墒能力得到明显提升,3 000,6 000 kg·hm~(-2)和9 000 kg·hm~(-2)覆盖量处理的小麦收获后土壤平均含水量较CK分别增加了13.1%,19.8%和26.1%;小麦的水分利用效率以覆盖量为9 000 kg·hm~(-2)的处理最大,水分利用效率较CK增加了42.4%(P0.01);不同覆盖量处理的小麦平均产量较CK增加了2.9%~16.7%,仅覆盖量为3 000 kg·hm~(-2)的处理较CK差异达到显著水平(P0.01);秸秆覆盖对表层土壤(0~10 cm)的温度变化有明显的调节作用,能够降低地温的日振幅,避免了地温的剧烈变化,能有效缓解地温的激变对作物根部产生的伤害。秸秆覆盖能够改善土壤肥力,提高土壤中碱解氮、速效钾和有机质的含量,而且有利于作物对土壤磷素的吸收。     

水氮耦合下冬小麦LAI与株高的动态特征及其与产量的关系

为了进一步阐明灌水施氮对小麦生长(叶面积指数(leaf area index,LAI)和株高)和产量的影响机制,本研究在2012-2014年2a大田试验基础上,采用修正的Logistic和Richards数学模型定量分析了不同灌水施氮处理对LAI和株高的动态发育的影响,以及LAI和株高动态变化过程与产量及产量构成的回归关系。结果表明灌水能显著提高LAI的最大扩展速率(LRmax),从而增大最大LAI和平均LAI。施氮通过降低达到最大速率和最大LAI时的积温、增大LRmax来提高最大LAI和平均LAI(分别由不施氮下的1.87、1.35 cm~2/cm~2增大到施氮210 kg/hm~2条件下的4.57、3.82 cm~2/cm~2,继续施氮,增加效果不显著)。灌水通过延长株高生长时间来增大株高。施氮通过缩短株高进入快速生长期的时间和延长株高生长时间来增大株高,最大株高由不施氮下的58 cm提高到施氮105 kg/hm~2条件下的65 cm,继续施氮对株高增加不显著。年份对株高的生长影响显著。产量及产量构成与株高、LAI过程的逐步回归分析表明产量由平均LAI和最大株高共同决定,平均LAI主要决定了每平方米穗数,而最大株高主要决定了千粒质量,平均LAI对产量贡献更多。该研究为揭示水肥对作物生长过程和产量形成提供理论依据,为合理调控作物群体结构提供技术支撑。     

覆膜对无人机多光谱遥感反演土壤含盐量精度的影响

快速、准确地获取农田土壤盐分含量对指导合理灌溉及盐渍土的治理有重要意义。该文以内蒙古河套灌区沙壕渠灌域内的覆膜耕地为研究对象,利用无人机多光谱相机获取研究区内5月和6月的多光谱遥感数据,并同步采集区域内表层土壤含盐量数据,研究覆膜对无人机多光谱遥感图像反演农田土壤盐分含量精度的影响。利用支持向量机(support vector machine,SVM)、反向传播神经网络(back propagation neural network,BPNN)和极限学习机(extreme learning machine,ELM)3种机器学习方法,分别构建去膜前后基于原始光谱反射率和优选光谱指数的土壤含盐量估算模型。结果表明,去膜前后的各模型均可有效估测土壤盐分含量,但基于去膜处理后的数据构建的盐分含量估算模型精度较不去膜处理的有所提升,同时,基于光谱指数构建的盐分含量估算模型精度比基于光谱反射率构建的模型精度高;利用ELM构建的盐分含量估算模型在6月份预测效果最佳,其中基于光谱反射率和光谱指数的建模R2和RMSE分别为0.695、0.663和0.182、0.191,验证R2和RMSE分别为0.717、0.716和0.171、0.169。研究结果可为无人机多光谱遥感估算覆膜状态下的农田土壤盐分含量提供参考。