Regional distribution of wheat yield and chemical fertilizer requirements in China

Quantification of currently attainable yield and fertilizer requirements can provide detailed information for assessing the food supply capacity and offer data support for agricultural decision-making. Datasets from a total of 5 408 field experiments were collected from 2000 to 2015 across the major wheat production regions in China to analyze the spatial distribution of wheat yield, the soil nutrient supply capacity(represented by relative yield, defined as the ratio of the yield under the omission of one of nitrogen(N), phosphorus(P) and potassium(K) to the yield under the full NPK fertilizer application), and N, P and K fertilizer requirements by combining the kriging interpolation method with the Nutrient Expert Decision Support System for Wheat. The results indicated that the average attainable yield was 6.4 t ha~(-1), with a coefficient of variation(CV) of 24.9% across all sites. The yields in North-central China(NCC) and the northern part of the Middle and Lower reaches of the Yangtze River(MLYR) were generally higher than 7 t ha~(-1), whereas the yields in Southwest China(SWC), Northeast China(NEC), and the eastern part of Northwest China(NWC) were usually less than 6 t ha~(-1). The precentage of area having a relative yield above 0.70, 0.85, and 0.85 for N, P, and K fertilizers accounted for 52.3, 74.7, and 95.9%, respectively. Variation existed in N, P, and K fertilizer requirements, with a CV of 24.8, 23.9, and 29.9%, respectively, across all sites. More fertilizer was needed in NCC and the northern part of the MLYR than in other regions. The average fertilizer requirement was 162, 72, and 57 kg ha~(-1) for N, P_2O_5, and K_2O fertilizers, respectively, across all sites. The incorporation of the spatial variation of attainable yield and fertilizer requirements into wheat production practices would benefit sustainable wheat production and environmental safety.     

不同吸附特性的稻草生物炭对稻田氨挥发和水稻产量的影响

秸秆生物炭具有改善土壤生态环境、土壤蓄水保肥和减少温室气体排放等正效应,但其石灰效应会加大稻田氨挥发损失。为充分发挥生物炭吸铵特性,降低其石灰效应的不利影响,对不同热解温度(300、500、700℃)和酸化水平(pH值=5、7、9)稻草生物炭处理下的田面水NH_4~+-N浓度、氨挥发和水稻产量进行了研究。结果表明:偏酸性(pH值=5)、中性(p H值=7)生物炭处理在基肥期和分蘖肥期均能显著降低田面水NH_4~+-N峰值浓度(P0.05),降幅达16.90%～35.60%。全生育期稻田氨挥发损失占施氮量的15.14%～26.05%(2019年)、15.10%～19.00%(2020年)。稻田增施热解温度为700℃、酸化水平为5(p H值=5)的生物炭(C700P5)降氨效果最好,两年氨挥发分别显著降低22.93%、12.61%(P0.05)。高温热解配合偏酸性、中性生物炭(C700P5、C700P7)增产效果显著,增产率达9.92%～13.50%,结构方程模型表明,其增产原因是生物炭酸化处理降低了稻草生物炭的石灰效应,而热解温度调整提高了生物炭阳离子交换量(CationExchange Capacity,CEC),进而降低了田面水NH_4~+-N浓度和氨挥发损失,最终提高了水稻地上部氮素积累和水稻产量。研究可揭示不同热解温度和酸化水平制备的生物炭在稻田中的应用潜力,并为稻田合理施用生物炭和减少化肥施用量提供理论依据。     

基于GlobeLand 30的哈密市2000-2020年土地利用格局变化研究

[目的]研究新疆维吾尔自治区哈密市近20 a的土地利用变化,为该地区土地利用规划及生态环境保护提供有力支撑。[方法]基于2000,2010,2020年的GlobeLand 30数据集,通过利用转移矩阵、坡度分布指数、标准差椭圆以及土地利用重心迁移,分析哈密市2000-2020年土地利用的时空变化特征。[结果]①哈密市2000-2020年土地利用变化比较明显。2020年各土地利用类型面积比例为:未利用地>草地>耕地>林地>建设用地>水域。哈密市虽然面积大但能利用的绿洲面积较小。2020年草地面积为10226.39 km²,水域面积为295.17 km²。2000-2020年土地利用类型变化量中,草地的减少量最大,流失面积为671.48 km²,主要转换成未利用地、林地和少量耕地;建设用地增量最大,面积高达405.60 km²。2000-2020年其他土地利用类型中林地和耕地面积呈增长趋势;未利用地和水域呈减少趋势,其中水域面积的减少量很小,基本保持稳定。②2000-2020年草地在5个坡度梯度上分布比较均匀;而耕地和建设用地基本分布在Ⅰ级和Ⅱ级坡度梯度,耕地在Ⅰ级坡度梯度上显优势分布;林地在Ⅰ级坡度梯度上面积最大;未利用地分布面积随着坡度梯度的增加而减少。③2010-2020年土地利用变化与2000-2010时段的变化相比方向性较明显,范围更广,重心向西北方向迁移。[结论]2000-2020年哈密市的土地利用变化有着明显的时空特征,坡度对各地类分布的影响较为明显。     

棉田土壤养分分析与土壤墒情监测系统应用

【目的】研究土壤养分的空间变异程度及分布规律,为该区域科学施肥提供依据。【方法】以新疆生产建设兵团第八师石河子总场六分场数字农业示范田为研究区域,应用土壤墒情监测系统、GIS与地统计学的方法,对棉田土壤含水量与温度进行实时采集、分析并存储在服务器里面,分析石河子总场土壤含水量和温度变化规律、棉田土壤养分空间分布特点及变异规律。【结果】(1)根据监测数据分析,随着灌水量增加和棉花生育期推进,上层0~30 cm比下层40~60 cm的土壤含水量变化趋势明显。0~20 cm土层土壤补偿水比较充分,各个监测点土壤含水量基本维持在比较适宜的范围内。土壤各层温度受大气温度影响并随着土层深度的加深而减弱,随着土层深度的逐渐加深滞后时间相对延长;受棉株逐渐长高变大以后遮阴等造成的影响,7月以后各土层温度逐渐持平,波动不大。(2)土壤全氮、速效磷和速效钾均呈现出中等程度变异;(3)土壤速效钾的块金值在25%~75%(块金值为0.497)表现为中等空间自相关性外,土壤全氮、速效磷指标的块金系数小于25%表现为强烈的空间自相关性。【结论】应用土壤墒情实时监测系统指导棉田灌溉,较往年没有任何减产减质的情况下,棉花灌溉在全生育期内比以往灌溉次数下降了1~3次,节约水资源约20%左右。研究区域内土壤全氮、速效磷和速效钾变异呈现中等程度变异特征,全氮、速效磷表现为极强空间自相关性,速效钾表现为中等强度的空间相关性。     

高寒牧区黑麦和箭筈豌豆混播对草产量和营养品质的影响研究

为筛选适宜甘肃高寒牧区的箭筈豌豆与黑麦混播组合及比例，采用裂区设计，研究了3个箭筈豌豆品种（绿箭1号、绿箭2号和绿箭431）与黑麦新品系C33在不同混播比例（0∶100、20∶80、30∶70、40∶60、50∶50、60∶40、70∶30、80∶20、100∶0）下的生产性能及营养品质。结果表明，从混播组合看，A?（C33×绿箭1号）的平均干草产量（7.16 t·hm^-2）和综合评价值（0.860）较高；从混播比例看，B?（60∶40）的平均干草产量（8.01 t·hm^-2）和综合评价值（0.691）最高；混播组合和混播比例间的交互作用表明，A?以B?比例混播时干草产量（9.03 t·hm^-2）和综合评价值（0.711）最高。     

Performance evaluation of venturi aeration system

The venturi aeration is an effective practice to increase the dissolved oxygen accessibility in the water bodies. This study aims to optimize the various geometrical parameters of the venturi aeration system. A non-dimensional technique was applied to find the optimum performance of various geometric parameters i.e. throat lengths (t_l), number of air holes (N), and converging and diverging angles (α and β). These experiments have been carried out using 1124 L capacity of tank having dimensions of 105 cm long, 105 cm wide and 102 cm deep. The experiments were conducted at a constant flow velocity of water (1.096 m/s) with varying throat length (t_l = 20–100 mm keeping 20 mm as interval between two consecutive length), number of air holes (N = 1–17 at an equal hole to hole distance of 5 mm between them), and converging and diverging angles (α and β = 10°, 15°, 20° and 25°). Multiple non-linear regression equations were also developed from the linear relation with the dependent variable (Non-dimensional form of standard aeration efficiency, NDSAE) and independent variables (t_l and N). With the geometrically optimized venturi aerator the optimum performance was found for t_l =100 mm, N = 17, and α and β = 15°. The maximum value of standard oxygen transfer rate (SOTR) and standard aeration efficiency (SAE) obtained was 0.0216 kgO₂/h and 0.611 kgO₂/kWh respectively. From the non-dimensional study, it was found that the NDSAE is the function Reynolds number (Re) and Froude number (Fr). The simulation equations were developed on the basis of Re and Fr for NDSAE, and subjected to 7.378 × 10⁻⁶ < Re < 3.689 × 10^-5 and 0.163 < Fr < 0.817, respectively.     

岩溶流域典型农业区水体氢氧同位素的空间异质性及形成机制

分别于平水期和枯水期采集了花溪河流域典型农业区地表水和地下水样品。利用氢氧同位素示踪技术,结合土地利用类型对研究区不同水体的补给来源、季节变化及主要影响过程进行了分析,并对不同水体氢氧同位素值进行了空间插值分析,同时对其形成机制进行了分析,阐明了不同土地利用类型影响下的主要水文过程。结果表明:(1)研究区不同水体的主要补给来源为当地大气降水,月亮湖水库受蒸发作用影响明显,地表水和地下水的δD和δ~(18)O整体上呈现平水期高于枯水期的特征。(2)地下水的δD和δ~(18)O在枯水期与平水期均呈现明显的空间分异性特征,西部水田/水库集中区富集,东部旱地集中区贫化,土地利用对研究区环境水文过程影响明显。该研究结果有助于了解不同土地利用方式下地表水对地下水的影响,为流域管理提供科学依据。     

水肥调控对滴灌马铃薯生长、品质及水肥利用的影响

研究生育期土壤水分下限调控和施肥对陕北榆林地区滴灌马铃薯生长、品质和水肥利用的影响,以期探寻马铃薯优质高产的水肥调控模式。以马铃薯紫花白为材料,分别在苗期、块茎形成期、块茎膨大期、淀粉积累期、成熟期设置3个土壤水分调控下限水平:W1(55%、60%、65%、55%、55%)、W2(65%、70%、75%、65%、65%)、W3(75%、80%、85%、75%、75%),4个施肥水平N-P_2O_5-K_2O (kg·hm~(-2))分别为F1(100-40-150 kg·hm~(-2))、F2(150-60-225 kg·hm~(-2))、F3(200-80-300 kg·hm~(-2))、F4(250-100-375 kg·hm~(-2)),共12个处理,在生育期内对马铃薯生长、产量及品质等指标进行观测,分析马铃薯各指标对水肥的响应机制。结果表明:(1)在同一施肥水平下,W2灌水处理的马铃薯生长、产量、品质、水肥利用效率(WUE)均显著高于W1和W3处理。W2处理的平均产量为43 187.15 kg·hm~(-2),比W1和W3分别增加了24.59%和5.26%,淀粉和维生素C含量分别增加了15.32%和6.37%,8.04%和4.66%,WUE分别增加了15.53%和7.54%,肥料偏生产力(PFP)分别增加了21.65%和4.41%。(2)在同一灌水水平下,F3施肥处理的马铃薯生长、产量、WUE均显著高于F1、F2和F4处理,淀粉含量和维生素C含量在F2处理最高。F3处理的平均产量为44 691.32 kg·hm~(-2),比F1、F2和F4处理分别增加了41.79%、10.98%和6.34%。WUE随施肥量的增加均呈抛物线变化趋势,PFP随施肥量增加呈减小趋势,F1处理的PFP平均为108.69 kg·kg~(-1),比F2、F3和F4处理分别显著增加了17.41%、41.06%和87.50%。(3)运用主成分分析法评价马铃薯品质表明,F3W2处理排名第一,是榆林地区马铃薯优质高产的最优水肥组合。     

施氮时期对葡萄叶片光合生理及内源激素水平的影响

以10 a生酿酒葡萄‘蛇龙珠’为试验材料，运用水肥一体化滴灌的方式分别在萌芽期（S1）、新梢旺长期（S2）、开花期（S3）、果实第一次膨大期（S4）和副梢生长旺期（S5）一次性施入300 kg·hm^-2尿素，对照为整个生育期均不施氮肥（CK），分别于花后50 d（DAF50）、花后85 d（DAF85）和花后120 d（DAF120）进行光合特性指标的测定，并采样分析氮肥施用时期对葡萄叶片光合生理及内源激素水平的影响。结果表明：各生育期施氮均能增加叶片净光合速率（Pn）及PSⅡ最大光化学效率（Fv/Fm），在花前施氮肥叶片Pn和Fv/Fm增加最为显著，最高分别达到18.22 μmol·m^-2·s^-1和0.854。S1、S2和S3处理显著增大了不同生育期叶片气孔导度（Gs）和蒸腾速率（Tr），且S2处理在DAF85时最显著，Gs和Tr分别比CK高18.5%和10.8%；S3、S4和S5处理显著降低了叶片的胞间CO₂浓度（Ci）和非光化学淬灭系数（NPQ），S1处理叶片Ci与CK之间无显著差异。果实第一次膨大期之前施入氮肥能够显著增大各生育期叶片的PSⅡ电子传递量子效率（ФPSⅡ）和光化学淬灭系数（qP），最高分别达到0.889和0.959。可见，不同时期施氮肥，通过改变光合荧光相关参数影响叶片光能的吸收、传递、耗散和分配，从而改善叶片光能利用效率。氮肥的施用时期影响各生育期叶片内源激素的含量，施氮肥均显著提高了DAF85后叶片玉米素（ZT）含量，与CK相比至少提高21.9%；花后施入氮肥叶片中IAA含量在果实采收时保持在34.9 μg·g^-1以上，S4和S2处理GA₃含量最高，分别为7.11 μg·g^-1和6.49 μg·g^-1。因此，氮肥施用时期影响葡萄各生育期不同内源激素的积累。     

不同氮效率型苜蓿氮素吸收差异与根系形态的关系及其对氮的响应

以高效型苜蓿（‘龙牧806’‘肇东苜蓿’）和低效型苜蓿（‘公农1号’‘陇东苜蓿’）为试验材料，采用营养液砂培法，在4个供氮量下（2.1，21，210和420 mg·L^-1），研究紫花苜蓿苗期氮素吸收、分配的氮效率型差异及其与根系形态之间的关系。结果表明高效型苜蓿品种的株高、地上生物量、根重、总根长和根体积均显著高于低效型品种（P<0.05）；供氮量较低时（2.1和21 mg·L^-1），高效型向根系分配了较大比例的氮素，而低效型则向地上部分配了较大比例的氮素，根系形态参数与总氮量呈显著正相关（P<0.05），且根重对氮素吸收的直接作用较大，直接通径系数是1.230和1.102。因此，在氮胁迫下，根系形态对氮吸收效率起重要作用，尤其是根系形态中的根重对其影响较大。