华北地区不同灌溉条件下CERES-Wheat模型模拟效果的系统分析

以冬小麦石家庄8号为材料,对华北平原不同灌溉处理下应用CERES-Wheat模型模拟节水栽培冬小麦生育时期、产量与产量构成因素、生物量、土壤水分含量、土壤硝态氮含量和地上部吸氮量的效果进行了系统分析。结果表明:在节水及不灌溉条件下,CERES-Wheat模型对冬小麦生育时期、产量、生物量的模拟效果良好;在高水分灌溉条件下,模型对生育时期的模拟效果良好,对其他性状的模拟效果不够理想,并且模型过高估计了灌溉对产量的贡献率。该模型可以模拟不同灌溉处理土壤水分动态变化基本特征,但稳定性有待提高。模型对不同灌溉处理2m土体土壤硝态氮含量的模拟效果较好,对吸氮量的模拟效果较差。要提高模型的系统性精度,需要在模型机制上进一步改进。     

秸秆粉碎集中全量深埋还田机设计与试验

针对我国玉米秸秆量大,生产应用的还田机具还田深度浅,存在影响后续播种、出苗质量、病虫害发生率高和深层土壤“碳饥饿”等问题,设计了一种秸秆粉碎集中全量深埋还田机,可一次完成秸秆捡拾、粉碎、输送、深松开沟、集中遁注掩埋和碎土镇压等作业,在有效减少土壤扰动下能够将多行站立或粉碎后秸秆集中埋入地表下一条深380～400mm的沟内。阐述了秸秆粉碎集中全量深埋还田机整机结构及工作原理,对秸秆螺旋输送装置、抛压风机、深松开沟遁注装置和传动系统等关键部件进行了设计与计算,初步确定了螺旋输送装置与抛压风机转速、风机出料口尺寸和遁注体截面形状参数,并对抛压风机与遁注体腔体内部进行了流场模拟分析与验证。按照设计要求对秸秆粉碎集中全量深埋还田机进行了试制,并进行了机具性能与大田定位试验,结果表明：在作业速度3km/h时,秸秆捡拾率为90.8%,开沟深度与秸秆掩埋深度均值分别为394mm与200mm,开沟深度与秸秆掩埋深度稳定性系数分别为97.4%和92.5%,各项指标与设计值相符,且满足农艺要求。同时大田定位试验结果表明,秸秆集中深还田与传统还田相比,0～200cm土壤贮水量提高29mm,20～40cm土层有机碳、全氮和速效磷养分含量分别增加7.14g/kg、0.59g/kg、1.53mg/kg,有效增加了土壤养分含量,提高了深层土壤肥力与贮水能力。     

华北地区夏玉米临界氮稀释曲线和氮营养指数研究

为了验证玉米临界氮稀释曲线在我国华北地区的适用性,探讨以氮营养指数评价玉米氮营养状况的可行性,以郑单958为材料,设置5个氮肥处理(0、60、120、180和240 kg N hm^-2),利用2年定位试验数据研究了夏玉米临界氮稀释曲线和氮营养指数。结果表明,一定范围内随着施氮量增加,地上部生物量(W)显著增长。玉米各生育时期不同氮肥处理的生物量和氮浓度数据可经统计分析分为限氮和非限氮两组,据此计算各生育时期临界氮浓度(N_c)并建立了夏玉米临界氮稀释曲线模型(N_c = 34.914W^-0.4134),模型参数与已有报道具有较好的相似性。根据模型推算的氮营养指数与相对氮累积量、相对地上部生物量和相对产量均具显著相关性。因此,利用临界氮稀释曲线和氮营养指数可以预测华北地区夏玉米植株临界氮含量和表征植株氮营养状况。     

干旱对不同授粉方式玉米籽粒生长和光合特性的影响

玉米早期籽粒建成过程中干旱胁迫会导致果穗顶部籽粒的败育,使穗粒数降低,进而减少玉米产量.为探明干旱胁迫对玉米籽粒生长发育影响的生理机制,利用旱池控水和控制授粉技术,在授粉后前10 d设置轻度干旱、中度干旱和正常供水3个处理,研究了2个玉米品种统一完全授粉和底部不授粉植株籽粒生长和光合特性等.结果表明,干旱胁迫使玉米的光合速率(Pn)和叶绿素相对含量(SPAD值)显著降低,复水后二者均恢复到正常.干旱胁迫降低了植株干重、穗重和穗粒重,水分胁迫期间植株干重的降低幅度相对明显.干旱胁迫使统一完全授粉处理玉米顶部籽粒干重和体积分别在授粉后12～16或16d显著或极显著下降,最终表现为败育或灌浆不充实,导致籽粒干重和体积的显著降低.而底部不授粉玉米由于从根本上阻止了底部籽粒的生长,确保了中上部籽粒有相对充足的同化物供应,干旱胁迫处理顶部籽粒生长发育正常.说明籽粒建成初期需要光合产物的持续供应,干旱胁迫通过降低同化物生产而增大了籽粒败育与生长不良的可能性,同化物供应不足是干旱胁迫诱导玉米籽粒败育和生长不良的根本原因.     

氮肥运筹对华北平原限水灌溉冬小麦产量和水氮利用效率的影响

为了解不同氮肥运筹处理对华北平原限水灌溉条件下冬小麦产量、水分和氮素利用效率的影响,在中国农业大学吴桥试验站限水灌溉(播种前灌充足底墒水,春浇拔节水和开花水)条件下,开展了6个不同氮肥运筹处理(157.5 kg N/ha全部做基肥;基肥88.5 kg N/ha 追肥69 kg N/ha;基肥157.5 kg N/ha 追肥69 kg N/ha;基施88.5 kg N/ha 追施138 kg/ha;226.5 kg N/ha全部做基肥;基肥157.5 kg N/ha 追肥138 kg N/ha)的大田试验。结果表明,限水灌溉条件下,不同氮肥运筹处理的冬小麦经济产量和产量构成因素(有效穗数、穗粒数和千粒重)间无显著差异。冬小麦水分利用效率(1.78~1.87 kg/m3)和氮素生理利用效率(39.65~44.42 kg/kgN)随氮肥施用量加大呈下降趋势,而氮肥生产力则随施氮量增加而显著降低。冬小麦氮素转运量及其对籽粒的贡献率(%)均表现为叶片>茎鞘>穗颖。氮肥一次性基施处理的氮素转运量及其对籽粒的贡献率(%)在各氮肥运筹处理中均较高。在华北平原地区,施氮水平在157.5 kg N/ha且一次性基施,是限水灌溉冬小麦高产、高效、简化的适宜施肥方式。     

氮肥后移对滴灌夏玉米源库特性及产量形成的影响

为研究氮肥后移对夏玉米叶片光合特性的改善、籽粒库容的调节以及增产效应,选择库容差异较大的玉米品种登海605和郑单958,利用滴灌水肥一体化方式设置氮肥全部(100%)底施、底施40%+十二叶展(V12)60%、底施40%+吐丝期60%和底施40%+十二叶展20%+吐丝期40%处理。结果表明,与一次性底施相比,氮肥分次施用处理登海605和郑单958穗位叶光合速率分别增加了14.4%~33.3%和6.1%~16.9%;籽粒建成期玉米素核苷含量、籽粒绝对含水量、体积分别提高了9.4%~53.0%、5.2%~13.5%、5.1%~13.5%和9.7%~45.9%、12.5%~36.4%、5.6%~30.6%;库容及光合速率的提高促进了籽粒灌浆速率,快速灌浆阶段的灌浆速率分别提高了0.66~2.24mg/(粒·d)和0.65~1.64mg/(粒·d)。最终2个品种的粒重及登海605的穗粒数显著提高,分别增产5.8%~13.6%和5.1%~12.4%。氮肥后移保证了夏玉米全生育期对氮素的需求,源库特性明显改善,产量显著提高,底施40%+十二叶展20%+吐丝期40%施肥方式效果最明显。     

推迟收获对华北夏玉米籽粒脱水和力学特性的影响及其品种差异

为明确推迟收获对华北地区夏玉米籽粒脱水及其力学特性的影响,筛选适宜该区域的机械收获籽粒品种,选取28个在该地区大面积推广的品种,综合分析籽粒含水率、穗/粒剪切力和产量变化。结果表明,推迟收获日期,平均籽粒含水率从35.5%下降至27.4%,而籽粒抗破损能力则显著上升(P0.01)。籽粒含水率与静压破损峰值呈极显著负相关,其中影响最大的是顶部剪切力(R=-0.796)。产量与含水率和力学特性之间没有显著相关性。因此,结合产量选择低含水率,高抗破损能力的品种是可行的。10月2日正常收获,‘京农科728’同时满足10 t/hm~2高产且籽粒机械收获最低含水率28%的要求。收获推迟10 d,则‘豫单112’和‘登海701’可以作为该区域玉米籽粒机械收获的备选品种。     

玉米穗粒数形成过程模型研究

采用均匀设计方法,通过播期、密度、水肥管理等措施创造不同的玉米生长状态,在动态调查玉米关键生育时期生长及穗粒形成的基础上,建立玉米穗粒数与干物质积累、出苗-吐丝持续时间、比茎重(单位茎长的干物质重)的关系模型,模型模拟的相对误差(RE)为0.08%,相关系数(R)为0.857,模拟值与观测值吻合度高,拟合效果显著。模型预测效果的t测验表明,预测值与观测值之间没有显著性差异,方程可以很好地预测玉米穗粒数。通过对玉米穗粒数形成过程的分析表明,模型变量基本反映了玉米穗粒数决定过程涉及的因素,从统计学及生物学方面均能较好地解释玉米穗粒数的形成。本研究也建立了玉米比茎重与种植密度的关系模型,两者在9叶期、12叶期和吐丝期均呈负相关关系,模型的拟合及预测效果较好。     

冬小麦节水栽培三种灌溉模式的水氮利用与产量形成

为探讨华北平原冬小麦节水栽培适宜灌溉模式及其产量形成与资源利用规律,2004—2008连续4年在同一地块比较春不灌水(I₀)、春灌1水(I₁)和春灌2水(I₂) 3种灌溉模式对冬小麦水氮利用特性与产量形成的影响。在均实行晚播和一次性底施氮量157.5 kg hm^-2条件下,各模式年际间籽粒产量稳定,I₀、I₁和I₂模式的4年平均产量分别为6 134、7 515和8 134 kg hm^-2,平均总耗水量分别为3 334、3 829和4 270 m³ hm^-2,平均总吸氮量分别为162.5、197.9和212.2 kg hm^-2。在耗水构成中,土壤贮水消耗占总耗水量的比例分别为66.7%、49.2%和37.8%。3种灌溉模式的水分利用效率达1.9~2.0 kg m^-3,灌溉模式间无显著差异;氮素利用效率在3个灌溉模式间也无显著差异,平均为38.0 kg kg^-1 N。3种灌溉模式主茎穗占成穗数比例平均为81%,开花期上三叶叶面积指数2.6~3.8,旗叶节以上非叶绿色器官面积指数2.7~3.6。综合以上结果,冬小麦3种灌溉模式及其配套技术形成的群体结构可在不同产量水平上实现水、氮资源高效利用。     

pH缓冲液对不同水分状态下冬小麦幼苗抗氧化酶活性的影响

为了解外源pH缓冲液对冬小麦幼苗抗旱性的影响,在温室条件下,采用负水头供水控水盆栽装置,测定和分析了不同供水(正常水分、轻度干旱和中度干旱)和叶片喷施不同pH磷酸缓冲液(以喷施清水为对照)条件下小麦叶片的相对电导率、活性氧代谢能力及抗氧化酶活性。结果表明,干旱胁迫使膜系统受到伤害,导致叶片相对电导率增加。在干旱胁迫下喷施pH缓冲液降低了叶片相对电导率、O2-产生速率及H2O2含量,其中pH 6.0和pH 7.5缓冲液处理效果最明显。说明在干旱条件下喷施适宜的pH缓冲液能增强小麦的抗氧化能力,减轻干旱引起活性氧增多对细胞膜的伤害,提高植株抗旱能力。