河北省种植业水污染足迹初报

为进一步评估种植业化肥投入引发水污染对应的环境影响,本文利用水足迹理论结合统计数据,采用Recipe生命周期影响评价法对河北省1995—2014年11个地级市的种植业水污染足迹进行研究。结果表明,2014年河北省农作物单位面积施N量和施P量分别比1995年提高了36.3%、52.5%,1995—2014年间秦皇岛的农作物单位面积年均施N量最高(335.4 kg·hm-2),邯郸的农作物单位面积年均施P量最高(119.1 kg·hm-2);比较1995、2004、2014三年各地市的施肥总量,石家庄农作物N肥施用总量三年均列首位,沧州N肥施用总量增幅最大;邯郸农作物P肥施用总量三年均列首位,承德P肥施用总量增幅最大;近20年石家庄的农作物单位面积水污染足迹(wdf)均值最高(2.350 Ml·H2Oe·hm-2),其次是秦皇岛和邯郸,张家口最低,但秦皇岛的wdf年际增长最显著;比较各地市在1995、2004和2014年种植业区域水污染足迹(WDF),各地市的WDF在三年里均呈增加趋势,其中石家庄的WDF三年均值最高,在1995、2004、2014年均处Ⅰ级区,邯郸的WDF均值位于其次,并在2004、2014年升入Ⅰ级区,且2014年邯郸的WDF超过石家庄居全省首位,秦皇岛的WDF增长比例最大,2014年的WDF比1995年增长了77.4%,而石家庄2014年WDF比1995年增长26.7%,在所有地市中其增长比例最小。本研究为河北省分类指导各地市的农业水资源优化及可持续利用提供依据。     

耕作方式对华北冬小麦.夏玉米周年产量和水分利用的影响

在冬小麦季设置秸秆不还田翻耕(CT)、秸秆还田翻耕(CTS)、秸秆还田旋耕(RTS)和免耕秸秆覆盖(NTS)4种处理,研究耕作方式对华北小麦-玉米两熟区作物周年产量和水分利用的影响。结果表明:耕作方式对当季冬小麦产量和水分利用影响显著,对夏玉米产量和水分利用影响不大,但秸秆还田提高了夏玉米产量。RTS、CTS、CT 3个处理小麦季产量差异不显著,而NTS由于有效穗数不足,产量显著低于其他处理;与CT相比,NTS周年产量平均减产5.13%,RTS增产2.69%,CTS增产2.33%。耕作方式对当季小麦土壤水分含量影响大,而对后茬夏玉米土壤水分含量的影响较小。NTS提高了小麦季土壤水分含量,增加了土壤储水量,与CT相比,0~60 cm土壤储水量2010年和2011年分别增加39.07 mm和26.65 mm。从耗水构成来看,土壤水在冬小麦耗水中所占比例最大,其次为灌水和降水;而夏玉米耗水以降水为主,且降水中有一部分转化为土壤水储存起来。NTS提高了冬小麦季土壤储水量,降低了土壤水分的消耗,冬小麦季耗水最少。与CT相比,NTS小麦季平均节水22.40 mm,周年耗水量也以NTS最少;但NTS冬小麦产量降低导致其小麦季和周年水分利用效率均最低。从作物周年产量和水分利用的角度来看,如何提高免耕秸秆覆盖小麦季产量,进而提高周年产量,发挥其节水优势,是该耕作模式在华北地区冬小麦?夏玉米两熟区推广应用亟需解决的关键问题。     

气候变化对河北低平原冬小麦需水量及水分生态适应性的影响

在气候变化和水资源短缺背景下,河北低平原地区冬小麦生产面临着巨大挑战。本研究以沧州市吴桥县为例,分析该地区1981—2015年冬小麦生育期内各项气象因素变化特征,采用SIMETAW模型模拟冬小麦各生育期需水量变化,分析冬小麦各生育阶段的水分生态适应性,提出影响冬小麦各生育阶段需水量的重要气象因素。结果表明:近35年来,气温是冬小麦生育期内变化最为显著的气象因素,其中最低气温呈极显著上升趋势,增幅为0.41℃/10a,平均气温呈显著上升趋势,增温幅度为0.27℃/10a;其次是降雨量的变化,冬小麦生育期内降雨量历年来呈增加趋势,每10年增加6.06mm;其他气象因素均呈不显著上升趋势。在上述气候变化背景下,冬小麦生育期内需水量近35年总体呈上升趋势,其中1981—1998年需水量呈下降趋势,1998—2015年呈上升趋势;冬小麦3个生长阶段(播种~越冬、返青~拔节、孕穗~成熟)的需水量均为上升趋势,其中拔节~返青阶段需水量显著高于其他2个生育阶段,且水分生态适应性最差,降水耦合度多年平均仅为17.84%。影响冬小麦各生育阶段需水量的气象因素有所不同,其中影响冬小麦返青~拔节阶段需水量的主要因素包括空气相对湿度(-)、最高气温(+)、平均风速(+)、太阳辐射(+)、最低气温(+)。根据回归方程,预测吴桥县冬小麦生育期需水量在2020和2030年分别为466.7和472.6mm。本研究结果将为河北低平原地区冬小麦节水种植制度构建提供理论依据。     

玉米播种期水分胁迫及补水对幼苗生长的影响

利用华北平原49个气象站点的逐日气象数据和24个农业气象试验站的物候期数据,分析了1961—2010年冬小麦营养生长期、并进期、生殖生长期和全生育期的生长度日(Growing degree days,GDD)、高温度日(Killing degree days,KDD)、降水量及其气候倾向率的时空变化特征。研究表明,1)华北平原冬小麦全生育期GDD各省间差异不显著,但其他各生育期各省间空间分布差异显著(P<0.05),华北平原所有地区GDD的气候倾向率均呈正值,高值主要分布在山东东部(莱阳市和烟台市等)、河南东南部(信阳市和固始市等)一带;2)华北平原冬小麦各生育期KDD各省间差异不显著,营养生长期KDD均呈增加趋势,其他时期有增有减,生殖生长期与全生育期KDD倾向率呈现东北与西南正值,其他地区负值的特征;3)华北平原在过去的50年冬小麦各生育期降雨量均呈现由南向北递减特征,营养生长期及全生育期降雨量均呈增加趋势,并进期山东东部地区及生殖生长期河南南部地区呈现降低趋势。因此,过去50年,河北省西部(保定和石家庄等)一带小麦种植极端高温风险较大;山东东北及河南西南一带未来小麦种植极端高温风险较大。华北大部分地区干旱风险呈现降低趋势,山东东部(潍坊市和莱阳市等)在冬小麦并进期,河南南部(南阳市和固始市等)在冬小麦生殖生长期干旱风险呈增加趋势。     

基于RNA-Seq技术的向日葵油酸形成的转录组学分析

本研究以高油酸材料J9和低油酸材料NK244为研究对象,在授粉后20d取材,采用RNA-Seq技术对其进行转录组学研究。经比较分析,2个材料共鉴定到差异表达基因（DETs）5 447个,其中上调表达基因2 709个,下调表达基因2 738个。对DETs进行生物信息学分析,GO信息分析表明,有2 218个DETs富集到57个功能条目,其中上调表达基因主要涉及催化活性、异构酶活性、碳水化合物结合、DNA结合、脂结合、碳水化合物过程、脂代谢过程和脂肪酸生物合成等;下调表达基因主要涉及蛋白激酶活性、ATP结合、蛋白磷酸化、tRNA氨酰化的蛋白质翻译和纤维素生物合成过程。KEGG分析中799个差异表达片段被显著富集在28个通路,主要为碳水化合物代谢通路和脂代谢通路。本研究为向日葵油酸调控机理研究提供了一定理论依据,为向日葵品质育种与种质创新提供理论参考。     

施用生物炭对冬小麦光合潜力和籽粒产量的影响

为探究生物炭对冬小麦光合潜力和籽粒产量的影响,在中国农业大学吴桥实验站设置了施用生物炭7200kg·hm^-2(BH)、3600kg·hm^-2(BM)、1800kg·hm^-2(BL)和不施生物炭(BO)4个处理,测定分析了冬小麦开花期和灌浆期旗叶净光合速率、气孔导度和蒸腾速率日变化、光响应曲线及籽粒产量。结果表明,不同施炭水平下冬小麦开花期和灌浆期旗叶净光合速率、气孔导度和蒸腾速率日变化均呈双峰曲线趋势,有明显的光合“午休”现象,而施用生物炭可以减弱光合“午休”。冬小麦叶片胞间CO2浓度的日变化呈现先降后升的趋势,呈广口“V”型。随着光照强度的增加,在开花期,净光合速率、气孔导度和蒸腾速率光响应曲线呈现逐渐上升趋势,而灌浆期的响应曲线在光照强度1600~2000μmol·m^-2·s^-1时呈现逐渐下降趋势,就不同处理而言,开花期和灌浆期各指标均表现为BH和BM处理大于BL和BO处理;模拟得到的灌浆期最大净光合速率以BM处理最大,分别比BH、BL和BO处理高2.50%、6.20%和8.88%。与BO处理相比,BH、BM和BL处理的籽粒产量分别增加了4.14%、5.97%和1.49%,其中BH和BM处理增产显著(P<0.05)。综上所述,施用生物炭可以减弱冬小麦开花期和灌浆期的光合“午休”,增强光合性能和潜力,提高籽粒产量。在本试验条件下生物炭以年施用量3600kg·hm^-2效果最好。     

耕作方式对华北两熟区冬小麦生长发育和产量的影响

为了解华北地区小麦–玉米两熟区不同耕作模式对冬小麦生育进程、群体大小及产量形成的影响,2009–2011年通过田间定位试验比较了免耕(NTS)、旋耕秸秆还田(RTS)、翻耕秸秆还田(CTS)和翻耕秸秆不还田(CT) 4种耕作模式对冬小麦生长发育和产量的影响。结果表明,RTS、CTS和CT处理对冬小麦生育进程、群体大小、籽粒灌浆和产量无显著影响,而NTS处理推迟了小麦生育进程,造成明显的贪青晚熟。在基本苗差异不大的情况下,NTS处理的单株分蘖显著低于其他处理,群体数量和有效穗数不足,降低了干物质积累量,最终产量最低,较CT处理有效穗数低14.4%~16.9%,产量低16.4%~18.3%。虽然NTS处理推迟了冬小麦的生育进程,分蘖少穗数不足导致减产,但其粒灌浆时间较长,千粒重显著高于其他处理。因此,通过增加播种量和选择分蘖能力强的品种等技术保证免耕小麦群体数量,是华北地区冬小麦免耕技术研究应用亟需解决的问题。     

不同覆盖措施对旱区农田土壤酶活性及西瓜产量的影响

基于大田试验,研究了砂石+地膜覆盖,砂石覆盖,地膜覆盖3种旱区农田地表不同覆盖措施下的土壤酶活性及西瓜产量,以农田不覆盖（CK）为对照。结果表明：砂石+地膜覆盖在西瓜不同生育时期和不同土壤层次由于土壤水分条件的改善,可显著提高土壤酶活性,其中土壤脲酶活性提高了34.5%,碱性磷酸酶提高了13.0%,过氧化氢酶提高了29.5%,砂石覆盖次之（分别提高了31.4%,11.5%, 25.5%）,地膜覆膜处理虽然也有提高土壤三种酶活性的效果,但作用甚微（仅0.9%,1.4%,2.9%）。对西瓜产量及商品率的影响,砂石+地膜覆盖、砂石覆盖处理与对照相比增产效果显著,分别增产50倍和30倍,地膜覆盖与对照相比增产7倍,但是商品率较低（2.16%）。表明在当地旱区农业生产中,砂石+地膜覆盖或砂石覆盖是抗旱、增产增收的有效措施。     

东北地区春玉米物候期时空动态变化特征

利用1981～2012年东北地区农业气象观测站的物候期观测记录,分析春玉米关键生育期及不同生育阶段的空间分布及变化趋势,为春玉米种植的适应策略提供支撑。研究结果表明,东北地区春玉米平均播种期、拔节期、开花期及成熟期日序的变化范围分别为112～139、170～193、196～213和249～270 d,物候期空间分布整体表现为纬度越高物候期越迟的趋势。播种期、拔节期、开花期及成熟期的倾向率分别在-0.53～0.8、-0.4～0.5、-0.7～0.65和-0.22～0.65 d/年。各生育期长度的空间分布差异不明显,营养生长期、并进期、生殖生长期及全生育期长度的范围分别为42～70、17～31、47～62、119～155 d。营养生长期倾向率大多在0～0.7 d/年,并进期倾向率大多在-0.88～0.48 d/年,生殖生长期倾向率大多在0～0.76 d/年,全生育期倾向率大多在0～0.5 d/年。     

施用生物炭对华北平原土壤水分和夏玉米生长发育的影响

2014～2017年在中国农业大学吴桥实验站设每年施用生物炭7 200 kg/hm~2(T1)、3 600 kg/hm~2(T2)、1 800 kg/hm~2(T3)和不施生物炭(CK)4个处理,探究施用生物炭对土壤水分和夏玉米生长发育的影响。结果表明,与CK处理相比,T1和T2处理的子粒产量分别降低10.59%～10.80%和6.30%～7.76%(P0.05)。施用生物炭显著降低全生育期的耗水量,提高水分利用效率。与T3和CK处理相比,T1和T2处理显著降低主要生育时期的SPAD值、光合速率、气孔导度和蒸腾速率,花后的叶面积指数也较低,从而降低花后的干物质积累。施用生物炭可以增加土壤含水量,减少夏玉米耗水量,进而提高水分利用效率;中高量的施用降低夏玉米和周年的子粒产量。因此,在华北平原生物炭施用量建议以低量为宜。