不同灌溉施肥措施对夏玉米-冬小麦农田N2O排放和产量的影响

为明确不同灌溉施肥措施下夏玉米-冬小麦轮作农田N_2O的排放特征,寻求既能减少N_2O排放又保证粮食产量的灌溉施肥方法,以华北地区夏玉米-冬小麦轮作农田为研究对象,利用静态暗箱-气相色谱法对土壤N_2O排放特征进行了周年(2015年6月15日-2016年6月12日)观测,探讨了常规施氮量(夏玉米:205.5 kg/hm2;冬小麦:250 kg/hm2)下传统灌溉施肥(FP100%)、滴灌+传统施肥(DN100%)、滴灌水肥一体化(FN100%)以及滴灌水肥一体化下不同施氮量(减氮60%(FN40%)、减氮30%(FN70%)、常规氮量(FN100%)和增氮30%(FN130%))下农田N_2O排放特征及土壤温湿度对农田N_2O排放的影响,另设滴灌+不施氮肥(CK)为对照。结果表明:在夏玉米-冬小麦轮作体系中小麦季农田土壤N_2O排放通量高于玉米季,夏玉米季土壤N_2O阶段排放峰值出现在拔节期和抽雄期;而冬小麦季土壤N_2O阶段排放峰值出现在冬前苗期和拔节期。与FP100%处理相比,FN40%处理在夏玉米和冬小麦季的N_2O平均排放通量分别降低了70.8%和66.7%,N_2O排放总量分别减少了58.7%和66.3%;整个轮作季周年产量没有显著减少,N_2O排放总量显著降低了62.9%(P0.05)。FN40%处理夏玉米季和冬小麦N_2O排放系数分别为0.06和0.01,显著低于其他施肥处理(P0.05)。土壤温湿度均影响农田N_2O排放,但不同处理在夏玉米和冬小麦生长季与土壤温度和土壤湿度的相关性并不相同。综合考虑N_2O排放量和作物产量,研究认为,在华北地区夏玉米-冬小麦轮作系统下,若采用滴灌,则根据作物需肥规律同时采用水肥一体化方式进行施肥才既有增产,又减少农田N_2O排放的效果,并且在滴灌水肥一体化技术下,减少60%施氮量在保障粮食产量的同时,可以有效地减少N_2O排放,是兼顾作物产量及大气环境的推荐管理措施。     

气候变化对华北平原主要农作物生长影响研究——以冬小麦、夏玉米为例

为了探讨未来气候变化对华北平原区农业生产的可能影响,收集了中国科学院栾城试验站15年的田间试验资料,下载了Had CM3气候模式A2、B2情景下2050s以及2080s气象资料,将降尺度后的气象资料输入DSSAT模型,模拟了未来冬小麦、夏玉米生育期、耗水量和产量的变化。结果表明:在未来气候情景下,栾城日均温将明显升高,冬小麦、夏玉米的生育期均将缩短,耗水量总体上均减少,冬小麦产量增加,夏玉米产量下降;将现有的中熟玉米品种调整为晚熟品种后,在未来气候情景下,冬小麦的生育期将缩短,耗水量将减少,产量将明显增加,而夏玉米的生育期将延长,耗水量将增加,产量将与现在相差不大。因此,调整作物品种是华北平原未来农业适应气候变化的重要途径。     

黄河 从世界屋脊“湾”过华夏沃野

黄河,中国第二长河、世界第五大河,是中华民族的母亲河。从青藏高原巴颜喀拉山发源,涓涓细流汇聚成滔滔大河,突入广袤的温带沙漠,又向南纵贯全球最深厚的黄土高原,下游奔涌入华北平原,最终注入渤海,汇入太平洋,黄河从源头到入海口海拔落差5000米,曲曲弯弯,跨越9个省份,全长5400多千米。     

华北平原不同土地利用方式下土壤饱和导水率特征及其影响因素

为了探究华北平原不同土地利用方式下土壤结构及养分与土壤饱和导水率的关系，研究了6种类型样地（乔木混交林地、乔木纯林地、灌木林地、草地、果园、耕地）的土壤物理结构特征及其与饱和导水率之间的关系。结果表明：不同土地利用方式样地的土壤容重整体表现为耕地>草地>果园>灌木林地>纯林地>混交林地，土壤含水率整体表现为混交林地>纯林地>灌木林地>耕地≈草地>果园，土壤全氮、速效钾及速效磷均整体表现为混交林地>纯林地>灌木林地>草地>果园>耕地，土壤总孔隙度整体表现为混交林地>灌木林地>纯林地>果园>草地>耕地，土壤石砾含量未表现出整体的差异规律，但果园及耕地的土壤石砾含量随着土壤深度的增加而增加。土壤饱和导水率整体表现为混交林地>纯林地>草地>果园≈耕地，不同土地管理下的土壤容重、土壤总孔隙度、土壤含水率、土壤全氮、速效钾、速效磷变化均是影响土壤饱和导水率特征的主要因子，其中土壤容重越小，土壤总孔隙度、土壤含水率、土壤全氮、速效钾、速效磷越大，则土壤饱和导水率越大。混...     

华北平原典型土地利用类型下包气带土壤水稳定同位素变化特征

基于华北平原典型土地利用类型(梨园、农田)包气带(>18 m)土壤水同位素测定结果, 分析了华北平原深层土壤水稳定同位素(δD、δ18O)特征, 揭示了不同土地利用类型下包气带土壤水补给过程中蒸发和入渗的规律。结果表明, 研究区大气降水线δD =6.07δ18O-5.76(R2=0.86), 土壤水δD、δ18O值均落在大气降水线下方, 表明降水入渗补给土壤水过程中经历了强烈的蒸发作用；除梨园Ⅰ, 土壤水同位素值变异系数浅层＞中层＞深层, 表明浅层土壤水δD、δ18O波动较大, 主要由于其易受到降水和蒸发的影响, 随土壤剖面深度的增加, 蒸发和降水的影响逐渐变弱；梨园Ⅰ深层土壤水同位素变异系数较大, 表明该样点深层土壤水受到地下水波动的影响；梨园浅层土壤水氘盈余(d-excess)较农田大, 说明农田浅层土壤水蒸发强度大于梨园；0.25~0.5 m深处土壤水均出现δD、δ18O的明显富集, 主要受土壤质地分层影响导致土壤水入渗受阻, 同位素较为富集的土壤水在此深度层积聚；而梨园2~5 m出现δD、δ18O的贫化现象, 主要是梨树根系埋深使得降水以优先流形式补给至此土壤层。梨园和农田包气带土壤水δD、δ18O垂直剖面上差异显著，表明了华北平原不同土地利用方式的包气带土壤水入渗过程有明显差异, 梨园包气带土壤水入渗过程主要以优先流补给影响。本研究为深入了解华北平原农田区厚包气带水分运动、氮素迁移转化与地下水水质之间的关系提供了理论依据。     

微喷灌水肥一体化对河北夏玉米生长及产量的影响

设置漫灌常规施肥(CK)、微喷灌常规施肥(MC)以及微喷灌减肥20%(MR)3个处理,研究3种不同水肥处理对华北地区夏玉米营养生长和生殖生长以及最终产量的影响。结果表明,常规施肥量情况下,微喷灌能够促进玉米灌浆期生物量的积累,MC处理比CK处理显著提高9.58%,成熟期没有显著性差异;微喷灌减肥20%没有造成生物量积累的减少。常规施肥量情况下,微喷灌能够显著促进玉米子粒的灌浆速率,达最大灌浆速率时的天数比CK处理高1 d,灌浆速率最大时的生长量Wmax比CK高9.99%,灌浆活跃期比CK高7.20%;微喷灌减肥20%处理,与CK处理相比达最大灌浆速率时的天数比CK处理高1.60 d,灌浆速率最大时的生长量Wmax比CK高10.59%,灌浆活跃期比CK高14.83%,最大灌浆速率低于CK处理。MC处理玉米产量最高,分别比CK处理与MR处理提高6.70%与5.68%(P0.05);MR处理与CK处理没有显著性差异。     

种植方式对华北平原典型农田土壤微形态特征的影响

以华北平原曲周18年长期定位试验的农田土壤为研究对象,利用偏光显微镜观察常规种植、无公害种植和有机种植3种种植方式下的土壤薄片,研究种植方式对土壤微形态特征的影响。结果表明:3种种植方式下的土壤和土壤粗颗粒的矿物组合基本一致,主要由石英和长石组成,但颗粒的形态和粒径有一定差别;有机种植下,土壤表层结构由中度分离的块状和板状结构为主变为团粒结构为主,发育良好的团聚体含量明显增加,土壤容重显著下降,有机质显著增加;表层土壤容重为1.19 g/cm~3,有机质含量为22.67 g/kg,总孔隙度高达32%。常规种植条件下,土壤表层结构以中度分离的块状结构为主,土壤结构较为紧实,发育程度较低;表层土壤容重为1.30 g/cm~3,有机质含量为18.42 g/kg,表层的总孔隙度为30%。无公害种植条件下,土壤表层结构以中度分离的团块状结构和少量的高度分离的粒状结构为主,土壤结构发育程度居于有机种植和常规种植二者之间。因此,有机种植条件下土壤结构疏松,土壤透气性良好,有利于作物生长。     

农业干旱对华北平原农业生态系统碳通量的影响

农业是全球生态系统碳循环的重要组成部分，受干旱影响较大，因此了解干旱对农业生态系统碳汇强度的影响有助于理解农业生态系统碳循环的变化规律，为实现碳排放的控制提供理论依据。利用植被光合呼吸模型（VPRM）对华北平原冬小麦-夏玉米轮作系统净生态系统碳交换量（NEE）进行模拟，基于蒸散发和归一化植被指数计算干旱严重程度指数（DSI）作为评价农业干旱强度的指标，并通过地理探测器和去趋势分析评估了华北平原农业生态系统NEE对农业干旱的时空响应。结果表明，冬小麦生育期间华北平原北部农业干旱强度大于南部，且随着冬小麦发育，其农业干旱强度逐渐降低；夏玉米生育期间，华北平原进入雨季，整体较为湿润。农田生态系统固碳能力随着农业干旱强度的增加而减小，且农田生态系统NEE对农业干旱的敏感性在冬小麦/夏玉米生育中期大于生育初期和末期，其中农业干旱的空间变异性对冬小麦NEE的解释力在3月最大（q=0.681），对夏玉米NEE的解释力在8月最大（q=0.792）。随着农业干旱强度的加重，若不考虑籽粒碳含量，麦田和玉米田从强碳汇变为弱碳汇，若考虑籽粒碳含量，则其最终转变为碳源。