基于文献计量的农业节水领域研究现状及热点分析

农业节水是农业可持续发展的研究热点.为了能够在总体上把握国际有关农业节水技术领域的研究现状、热点和发展趋势,以Web of Science核心合集数据库为数据源,对1992-2019年发表的农业节水技术相关的文献进行计量分析,结果表明:①农业节水技术研究发展迅速,国际尤其是中国在该领域发文量均呈现快速增加趋势.②农业节水技术研究是一个多学科交叉领域,但其载文期刊分布相对集中.③西班牙在农业节水技术研究领域居世界领先地位,论文数量和质量均较高.中国和美国发文量分居第一和第二位,但论文篇均被引频次较低.西班牙高等科研理事会(CSIC)在该领域表现突出,论文数量和质量均最高.中国4所机构发文量进入世界前10位,分别是中国农业大学、中国科学院、西北农林科技大学和河海大学,但4所机构发文质量均有待进一步提升.④灌溉方式是近年来的研究热点,主要包括滴灌、喷灌、分根交替灌溉和加肥灌溉等.关于农业节水技术增产、增效机制方面的研究也是研究的热点,包括对碳氮代谢、水氮互作、植物激素等方面的研究.环境温度、温室气体排放等也是研究的热点.由此可以看出,有关农业节水的研究在国内外都属于研究热点方向,中国在该领域的整体表现突出,但是需进一步加强国际合作,提高在该领域的影响力.     

陕北黄土丘陵区刺槐人工林土壤生态化学计量特征

为阐明陕北黄土丘陵区刺槐人工林土壤生态化学计量学特征,明确不同年限刺槐人工林土壤生态化学计量特征随土层深度的变化规律,采用野外调查与室内分析相结合的方法对研究区内9,17,30 a的刺槐人工林土壤C,N,P,K含量进行了测定,分析土壤化学计量特征及土层间的关系。结果表明:(1)随着刺槐年限的增加,土壤C,N含量增加且二者呈极显著的正相关关系,P含量先增加后减少,在生长年限后期需补充土壤P元素,K含量减少;(2)随土层深度的增加,土壤C,N含量均减少且与土层深度呈显著的负相关关系;P含量在所有土层中分布较均匀;K含量随着土层深度的增加而增加,与土层深度有显著的正相关关系;(3)土壤C∶N,C∶P,C∶K,N∶P,N∶K和P∶K均随年限的增加而增加;在0—100 cm土层内,C∶N在8.52～8.96之间波动,C∶P,C∶K,N∶P和N∶K随土层深度的增加逐渐减少后趋于稳定。研究结果可为黄土丘陵区人工林生态系统养分受限元素判断和平衡调控机制提供依据。     

特大暴雨条件下小流域沟道的泥沙连通性及其影响因素——以陕西省子洲县为例

[目的]研究特大暴雨条件下小流域沟道泥沙输移路径、泥沙连通程度及其影响因素,旨在探讨水库溃坝的原因,为沟道防洪措施的布设提供依据。[方法]以陕西省子洲县"7·26"暴雨条件下小流域沟道泥沙连通情况为例,选取面积相近、形状相异的清水沟和蛇家沟小流域,对沟道泥沙淤积情况进行现场调查,同时将沟道分为坝地沟段和自然沟段,选取流域面积与形状系数、沟道比降,以及淤地坝的类型与分布进行对比分析两个小流域沟道泥沙连通性的差异。[结果]在此次特大暴雨条件下,清水沟和蛇家沟的淤地坝大都呈现打开状态,由上游到下游清水沟泥沙连通性呈现较强的增长趋势,蛇家沟泥沙连通性则呈现先增长后减弱的趋势。整体上清水沟的泥沙连通性比蛇家沟的强,且清水沟流域的土壤侵蚀也较为严重。串联和混联坝系以及修建有卧管、竖井和排水渠的淤地坝防洪能力更强。[结论]流域面积、流域形状和沟道比降均影响着沟道泥沙的连通性,而淤地坝类型及分布是影响沟道泥沙连通性的主导因子。     

基于PSR模型的土地利用系统健康评价及障碍因子诊断——以延长县为例

土地利用系统健康评价是从系统的结构、功能和效益等方面进行的评价,是评价土地资源可持续利用的重要手段。基于PSR模型理论,构建了延长县土地利用系统健康评价的指标体系,采用改进熵值法对各指标进行了权重赋值,对其土地利用系统进行了健康评价并诊断影响其系统健康的障碍因子。研究结果表明:(1) 2000年以前延长县各土地利用类型面积变化较小,2000年以后草地和林地面积大幅增加,到2010年分别达到了1 165.58,431.10 km~2,其林草面积占延长县总面积的一半以上。(2)延长县土地利用系统健康状态1980—2010年呈逐渐好转的趋势,其综合指数从1980年的0.268上升到2010年的0.654,土地利用健康等级从"不健康"转变为"亚健康"状态。(3) 2000年以前系统健康的主要障碍因素有森林覆盖度、人均GDP、水土流失治理率、有效灌溉率,2000年以后主要障碍因素逐渐转变为土地垦殖率、水土协调度、人口自然增长率等。(4)系统评价的3个子系统,其中属系统状态的障碍度最高;系统压力的障碍度随时间变化一直呈上升趋势;系统响应障碍度随时间变化一直呈减小趋势。     

穴播条件下地膜覆盖及播种量对春小麦土壤水盐分布的影响

[目的]在河套平原开展了地膜覆盖及穴播量对春小麦土壤水盐分布的影响研究,为减轻土壤盐渍化,提高土壤水分利用效率,实现精量化播种,促进地膜春小麦生产提供科学指导。[方法]以穴播不同量(穴播量分别为8粒,10粒,12粒,14粒和16粒)的露地春小麦为对照,监测穴播不同量的地膜春小麦对土壤水分、盐分分布及春小麦产量的影响。[结果]地膜覆盖与露地穴播的土壤水分均随穴播量的增加而降低;且从播种至灌浆期不同穴播量间的差异随着春小麦的生长而增大。相同穴播量下地膜覆盖的土壤水分在孕穗期前高于露地,扬花期后则低于露地;整个生长期地膜覆盖的耗水量略高于露地。地膜覆盖与露地穴播的土壤盐分均随穴播量的增加而降低但无显著差异,相同穴播量下地膜覆盖0—30 cm土层土壤盐分显著低于露地,30 cm土层以下则与露地基本一致。地膜覆盖与露地穴播的土壤水分利用效率均随穴播量的增加而增加,相同穴播量下地膜覆盖的春小麦产量和水分利用效率、水分产出率高于露地,千粒重和经济系数则低于露地。露地穴播的产量及水分产出率均以穴播14粒的最高,地膜覆盖的产量以穴播12粒的最高,水分产出率以穴播10粒的最高。[结论]地膜覆盖可降低0—30 cm土层土壤盐分,提高土壤水分利用效率,河套平原地膜春小麦的适宜穴播量应为当地常规露地条播量的70%至84%,即穴播10至12粒。     

不同植被措施下排土场边坡细沟发育时空特征

为明确不同恢复年限植被措施对煤矿排土场边坡水土流失的防治效应,采用样方调查法,以内蒙古准格尔旗永利煤矿矿区排土场边坡为研究对象,以裸露边坡(CK)为对照,研究不同恢复年限(1a、3a、5 a)的沙柳方格+沙棘+沙打旺(SHA)和沙柳方格+沙打旺(SA)2种措施对细沟发育的影响。结果表明:(1)1a时CK、SHA与SA措施细沟宽度均集中分布在4～8 cm,细沟深度均集中分布在2～4 cm;3 a时CK、SHA与SA措施细沟宽度则集中分布在4～8 cm、8～12 cm、4～8 cm,细沟深度均集中分布在4～6 cm;5 a时CK与SHA措施细沟宽度均集中分布在8～12 cm,而细沟深度则集中分布在4～6 cm和8～14 cm;(2)CK(1～5 a)、SHA措施(1～5 a)和SA措施(1～3 a)的细沟平均宽分别为7.57～11.35 cm、7.58～13.31 cm和5.57～6.14 cm,细沟平均深分别为3.38～6.23 cm、4.19～10.34 cm、2.59～4.24 cm,三者的细沟平均宽深比分别为2.39、2.12和2.05,平均细沟密度分别为1.52～5.25 m·m–2、1.42～1.68 m·m–2和1.88～2.25 m·m–2;(3)1 a时CK、SHA和SA措施的细沟宽深比随坡长变化幅度较大,随着恢复年限增加,宽深比则呈下降趋势,CK、SHA措施和SA措施的细沟密度和细沟侵蚀量均随坡长增加呈增大趋势;(4)与CK相比,1 a时SHA和SA措施边坡细沟侵蚀模数分别减小25.0%和25.86%,两种措施减蚀效果差别不大,而3 a时则分别减小了61.73%和35.31%,SHA措施减蚀效果显著增强。研究结果可以为矿区排土场边坡的植被合理布设提供科学依据与理论指导。     

晋陕蒙矿区排土场不同改良模式下土壤养分效应研究

探究晋陕蒙矿区排土场不同改良模式下土壤养分效应及差异。在内蒙古准格尔旗永利煤矿排土场,选取砒砂岩沙黄土混掺(FS)、风化煤沙黄土混掺(WC)、沙黄土(SL)三种人工熟化的新构土体,与周边以长芒草为主的原地貌土壤(OL)以及新建排土场(CK)作对比,分析3种改良模式下0～20 cm表层土壤中有机碳、全氮、硝态氮、铵态氮、有效磷的含量变化及改良效果差异,并采用加权综合法对几种土壤类型的养分质量进行综合评价。结果表明:(1)不同改良模式排土场相比新建排土场,土壤各养分含量均有显著提高,原地貌土壤在0～10 cm和10～20 cm两个土层中,有效磷含量较对照分别降低了0.36 mg·kg-1和0.9 mg·kg-1。(2)重构小区中不同改良模式下土壤有机碳、有效磷、硝态氮均已超过原地貌土壤养分含量,土壤铵态氮基本达到原地貌水平,土壤全氮尚未恢复至原地貌水平。(3)由5种土壤养分指标计算出的土壤质量指数在0～10 cm土层中的变化范围是0.16～0.79,在10～20 cm土层中的变化范围是0.16～0.55,几种土壤类型的土壤质量指数排序为WCFSSLOLCK。总体而言,不同改良模式土壤养分质量以风化煤掺混土体最高,其次是砒砂岩掺混土体,沙黄土高于原地貌土壤,对照质量最差。     

旱作冬小麦生育后期持续无降水对土壤水分的影响

通过对冬小麦生育后期实施遮雨,以自然降雨样地为对照,研究黄土塬区旱作冬小麦生育后期持续无降水对土壤水分及小麦产量的影响。结果表明,在底墒充足的条件下,生育后期持续无降水将导致旱作冬小麦小幅减产,但并不显著。原因在于遮雨样地冬小麦利用了深达3.5 m土层土壤水分,与对照样地相比多消耗了37.6 mm土壤储水,但总蒸散量小于40.4 mm,提高了土壤储水利用率和水分利用效率,由此导致土壤水分亏缺深度和程度明显偏大,土壤水库水分调节功能减弱。夏闲期采取地表覆盖等蓄水保墒措施,能够有效增加土壤储水量,对于缓解冬小麦生育后期气象干旱所带来的负面效应,保证小麦稳产高产具有重要意义。     

水分胁迫对冬小麦冠层辐射截获率和利用效率的影响

冬小麦地上部生物量和最终产量都取决于冠层截获光合有效辐射(Photosynthetically active radiation,PAR)的能力以及辐射利用效率(Radiation use efficiency,RUE)的大小。目前主要的作物生长模型都是利用作物冠层PAR截获率与RUE的关系来模拟作物的干物质积累和产量形成过程。为了探讨不同生育期受旱对冬小麦冠层PAR截获率和RUE的影响,本研究开展了2个生长季(2015—2016年和2016—2017年)的冬小麦田间试验。试验设置返青+拔节受旱(Early stress,ES),抽穗+灌浆受旱(Later stress,LS)以及全生育期不灌水(Whole stress,WS)3个不同处理,另外设置充分灌水处理作为对照(CK),灌水定额为80 mm。冠层接收到的太阳辐射通过每个小区中心处安装的PAR传感器全天候、不间断测得。结果表明土壤相对含水率能够有效反映冬小麦在不同受旱处理下的缺水状态。在受旱条件下,ES、LS和WS处理的最大叶面积指数分别比CK处理低31%、15%和58%。受叶面积指数影响,CK、ES、LS和WS处理的最大冠层PAR截获率分别为90%、88%、79%和42%,WS处理显著低于其他3个处理,同时,各处理叶面积指数和冠层PAR截获率的差异导致不同的冠层消光系数,其中ES处理的消光系数低于LS处理。CK、ES、LS和WS处理2年的平均地上部生物量分别为1 532、1 410、1 403、537 g/m~2。冬小麦的作物生长速率(Crop growth rate,CGR)呈现出和地上部生物量相似的规律,二者之间具有良好的相关性(R~2=0.99)。冠层辐射截获率和地上部生物量决定了冬小麦的RUE,本研究中CK处理的RUE为3.55 g/MJ,ES和LS处理的RUE要比CK处理低22%和5%,而WS处理仅比CK处理低22%。冬小麦的RUE在整个生育期呈先增大后减小的趋势,在开花期达到峰值。营养阶段受旱引起的冬小麦RUE降低幅度更大,全生育期受旱下冬小麦RUE呈现不同的干旱响应机制,有待于进一步研究。本研究认为将消光系数和RUE作为生育期或者积温的函数来对待而非单一常数,可以帮助改善作物模型中干物质的估算精度,降低模拟结果的不确定性。     

不同栽培模式对不同穗位籽粒填充的影响

为探索不同栽培模式下冬小麦不同穗位籽粒灌浆过程中光合同化物填充的规律,在中国科学院长武农业生态试验站,研究了3种不同栽培模式对不同穗位籽粒灌浆的影响。结果表明,灌浆过程中不同穗位籽粒重量的积累呈现出"慢-快-慢"的变化趋势,不同栽培模式通过调控灌浆速率和灌浆持续时间,影响最终籽粒重量。在不同栽培模式中,由于栽培模式2(CM2)中有机肥的使用,增加了籽粒的灌浆速率并且延长了灌浆持续时间,有助于栽培模式2中单穗籽粒产量的提高;不同穗位籽粒中,由于中部籽粒有较大的潜在库容(穗粒数和籽粒体积),而下4小穗主要是由强势粒构成,而上4小穗主要是由弱势粒构成,从而导致中部籽粒的重量最高,其次为下4小穗籽粒,而上4小穗籽粒的重量最低。虽然CM2籽粒重量和潜在库容最大,但籽粒填充指数却限制了籽粒重量进一步的提高,表明在灌浆过程中光合源器官固定的光合同化物不能满足库器官对灌浆物质的需求。源端光合同化物的固定与库端光合同化物需求的不匹配,在一定程度上说明在长武地区冬小麦源器官固定同化物能力的不足是限制该地区冬小麦高产的一个主要因素。因此,提高该地区小麦产量应结合当地的生态条件采取相应的栽培措施降低库器官对冬小麦产量提高的限制,提高籽粒灌浆过程中,光合同化物在库器官中的积累。