不同水肥条件下夏玉米/冬小麦农田生态系统碳平衡研究

农田生态系统碳平衡取决于农作物固定碳量和土壤异养呼吸排放碳量。为揭示水肥用量对农田生态系统碳平衡的综合影响，设置3个灌水水平：高水、中水和低水（W1、W0.85、W0.7夏玉米季分别为90、76.5、63mm，冬小麦季分别为140、119、98mm），4个施氮水平：高氮、中氮、低氮和不施氮（N1、N0.85、N0.7、N0夏玉米季分别为300、255、210、0kg/hm2，冬小麦季分别为210、178.5、147、0kg/hm2），4个施磷水平：高磷、中磷、低磷和不施磷（P1、P0.85、P0.7和P0夏玉米季分别为90、76.5、63、0kg/hm2，冬小麦季分别为150、127.5、105、0kg/hm2）进行了田间试验。结果表明：不同水肥处理下夏玉米/冬小麦农田生态系统表现为碳汇，夏玉米季净生态系统生产力固碳量（CNEP）为6805~7233kg/hm2，冬小麦季CNEP为5842~6434kg/hm2，夏玉米CNEP高于冬小麦。在高、中、低肥水平下，增加灌水量，夏玉米/冬小麦周年净初级生产力固碳量（CNPP）提高2.48%~5.96%，土壤微生物异养呼吸碳释放量（CRm）增加2.15%~15.20%，净生态系统生产力固碳量（CNEP）增加1.16%~6.47%。在高、中、低供水水平下，增加施肥量，夏玉米/冬小麦周年CNPP增加2.95%~3.43%，土壤CRm增加5.23%~18.67%，CNEP增加0.93%~2.79%，CNEP增加比例与供水水平呈负相关。在低水条件下，氮磷肥配施处理夏玉米/冬小麦农田周年CNEP较单施氮、磷肥分别增加4.86%、7.34%，且氮磷肥交互作用显著（P<0.05），水肥供应水平相差15%时对冬小麦农田CNEP有显著的正交互作用。氮磷肥配施、水肥协调供应均有助于促进夏玉米/冬小麦农田生态系统的净碳输入，在节水节肥原则下，夏玉米和冬小麦分别在W0.85N0.85P0.85和W0.7N0.85P0.85水肥供应条件下有利于增加农田CNEP。     

玉米秸秆基纤维素保水剂对土壤持水性能及冬小麦根系生长的影响

为探讨自制的玉米秸秆基纤维素保水剂(SAP)在农业生产上的应用潜力,利用扫描电镜表征了SAP吸水前后形貌变化,探究了SAP施用量对土壤持水性能和不同程度水分胁迫下冬小麦根系生长的影响。结果表明：SAP在土壤中吸水膨胀后降低了土壤容重,土壤最大水分含量较不施SAP显著提高19.1%~67.6%,同时降低了前3天土壤水分蒸发速率。轻度（60%~70%田间持水量）和中度（40%~50%田间持水量）水分胁迫下,施用0.4% w/w SAP处理冬小麦总根长提高15.9%和24.7%,根系活力提高29.6%和43.5%,但充足供水（75%~90%田间持水量）时施用SAP对冬小麦根系活力无显著影响。因此,玉米秸秆基纤维素保水剂施入土壤后能够改善土壤持水性能,从而缓解水分胁迫对冬小麦根系生长的抑制效应。     

河套灌区盐渍化土壤玉米水氮耦合效应

为了探求适用于盐渍化地区的节水、施肥优化模式，采用大田试验，以玉米为研究对象，选取了轻度和中度两种盐分土壤，设置了10种不同水、氮处理，建立不同盐分土壤玉米产量与灌水量及施氮量之间的回归模型并对其进行了分析，研究不同盐分土壤水、氮用量对玉米产量的影响。结果表明：在轻度和中度盐分土壤条件下，灌水和施氮对玉米均有增产效应，水、氮交互作用为正效应，水分的作用大于施氮的作用。通过边际效应分析可知，轻度和中度盐分土壤施氮肥的增产速率没有明显差异，轻度盐分土壤灌水的增产效率明显高于中度盐分土壤。轻度和中度盐分土壤玉米最高产量分别为13 581 kg·hm^-2和11 115 kg·hm^-2，对应的水、氮配比均为灌水编码为0.77（全生育期灌水量2 250 m³·hm^-2），施氮编码为0.69（总施氮量225 kg·hm^-2）。通过模型寻优，得到轻度和中度盐分土壤种植玉米的最佳水、氮配比方案均为全生育期灌水量为1 900.95~2 389.08m³·hm^-2，总施氮量为174.04~240.7 kg·hm^-2。优化方案的水、氮用量分别比当地灌水量（2 925 m³·hm^-2）节水18.2%~35%, 施氮量（325 kg·hm^-2）节肥26.0%~46.4%。优化范围包含了轻度和中度盐分的最高产量水、氮用量，产量与当地产量基本一致，符合当地灌水施肥要求。但从维持目前玉米产量和长期盐碱地改良的角度看，建议中度盐化土壤应选取水、氮优化范围中中等偏上灌水量和中等偏下的施肥量，以便于从根本上降低土壤盐分背景值，便于长期产量的提高；轻度盐分土壤选取优化范围适中的水、氮用量。     

基于多源遥感数据的河套灌区干旱时空演变特征

利用中国气象局陆面数据同化系统（CLDAS）验证了2015—2016年土壤水分主动-被动微波数据集（SMAP）在河套灌区的适用性，基于土壤水分亏缺指数（SWDI ）和干旱周百分比（PDW）分析了作物生育期内灌区农业干旱时空演变规律，通过两个参考指标检验了SWDI在河套灌区的精度。结果表明：（1）SMAP在河套灌区的适用性较好；区域尺度上，SMAP和CLDAS的相关系数为0.65；栅格尺度上，约有69%的栅格表现良好（R>0.5），且多集中在灌区西南部和东北部。（2）严重干旱主要发生在4月下旬到5月中旬、7月下旬到8月下旬以及9月中旬到10月中旬，主要集中在灌区的西南部、中部和东部；2015—2016年PDW值略有增大，干旱事件的持续时间有所延长。（3）大气水分亏缺量（AWD）表征的气象干旱在时间上显示2 a内灌区干旱月份为5—8月；空间上，除去地形原因，SWDI和AWD的相关性较为显著，且有一半格点通过了显著性水平为0.01的显著检验，表明基于SWDI对河套灌区进行干旱状况分析具有较高的可信度。     

边界线分析法评价小麦/西瓜/玉米间作体系产量的限制因子

本研究旨在分析小麦/西瓜/玉米间作体系限制作物产量的关键因子,为该体系的优化提供科学依据。采用农户调研的方式,对河北省曲周县的小麦/西瓜/玉米间作模式展开调查,主要调研内容是小麦和玉米的播种量、养分投入量和产量以及西瓜的养分投入量和产量,应用边界线分析方法评价小麦/西瓜/玉米间作高产体系的限制因子。结果表明,限制小麦产量的关键因子为小麦播种量,贡献率达17.8%,而养分投入量的贡献率分别为:P₂O₅ 12.5%、K₂O 11.7%、N 8.0%。限制西瓜产量的关键因子为钾肥投入量,贡献率达15.8%,N、P₂O₅的贡献率分别为14.2%和11.8%。限制玉米产量的关键因子为氮肥投入量,贡献率达20.6%,其他因子的贡献率分别为:K₂O 14.2%,P₂O₅ 11.5%,播种密度9.2%。因此,在小麦/西瓜/玉米间作体系中,应适当调控小麦播量,优化西瓜的钾肥和玉米的氮肥投入量,促进该间作模式的产量优势。     

播期播量对小麦中麦895产量和品质的影响

为给小麦新品种中麦895的推广提供技术支撑，2013-2015在关中中部灌区，采用二次D饱和最优设计方法研究了播期与播量对中麦895产量及品质的效应。结果表明，播期和播量显著影响中麦895的产量，其高产适宜的播期为10月12日-19日，适宜的播量为170.2 kg·hm^-2～206.5 kg·hm^-2。不同处理之间成穗数、千粒重和产量差异极显著，穗粒数差异显著。播量为185.5 kg·hm^-2时，达到最高产量的适宜播期为10月14日-22日；播期为10月14日时，达到最高产量适宜的播量为130.5 kg·hm^-2～207.3 kg·hm^-2。播期和播量可显著影响中麦895的蛋白质含量和容重，对加工品质和拉伸品质没有显著影响；适期偏晚播种有利于提高中麦895的成穗数和千粒重以获得高产。     

灌水对强筋小麦籽粒产量及营养品质的影响

为明确水地强筋冬小麦高产、优质、高效的灌溉技术，试验设3个灌水时期8个灌溉处理［越冬期灌1水（W₁），拔节期灌1水（W₂），孕穗期灌1水（W₃），越冬期和拔节期灌2水（W₁₂），越冬期和孕穗期灌2水（W₁₃），拔节期和孕穗期灌2水（W₂₃），越冬期、拔节期和孕穗期灌3水（W₁₂3），全生育期不灌水处理（CK）］,于小麦成熟期测定籽粒产量、总蛋白及其组分含量和淀粉含量。结果表明，与不灌水的CK比较，所有灌水处理的籽粒产量、有效穗数、穗粒数、千粒重、蛋白质产量以及籽粒淀粉含量均显著增加，但籽粒的总蛋白及其组分含量均呈不同程度降低（W₁处理除外）。越冬期灌水对有效穗数、籽粒产量、总蛋白及其组分含量、淀粉含量的提升作用较大；拔节期灌水对穗粒数的提升作用较大，但对淀粉含量的提升作用较小，对总蛋白及其组分含量的降低作用较大；孕穗期灌水对千粒重的提升作用较大，对蛋白质产量的提升作用较小。随着灌水次数增加，小麦籽粒产量显著提高，淀粉含量先显著提高后基本不变，而籽粒总蛋白及其组分含量降低。W₁₂3处理籽粒产量最高，其次是W₁₃处理；W₁处理籽粒蛋白质及其组分含量最高，其次是W₁₂及W₁₃处理；W₂₃处理淀粉含量最高，其次是W₁₂或W₁₃处理。综合各项指标，最好的灌水组合是越冬期和孕穗期灌2水（W₁₃）。     

内蒙古河套灌区农田土壤中微塑料的赋存特征

为阐明内蒙古河套灌区农田土壤中微塑料的赋存特征及其与覆膜年限、灌溉类型等的响应关系,该文采用田间取样与室内试验相结合的方法进行了系统研究,分析了研究区地膜覆膜现状,并考虑覆膜年限(覆膜5、10、20 a)及灌水方式(滴灌和畦灌)2个因子,探索了河套灌区农田土壤中微塑料的丰度、类型、颜色、粒径等赋存特征,并通过扫描电镜、能谱仪等对微塑料表面特征及表面附着物进行观察与分析。结果表明:内蒙古河套灌区不同覆膜年限下(5、10、20 a)土壤中微塑料平均丰度分别为2526.00、4352.80、6070.00个/kg,单层土的微塑料含量最大值(2133.50 ind/kg)出现在覆膜20 a的0~10 cm土层,最小值(678.00个/kg)出现在覆膜5 a的>20~30 cm土层;不同覆膜年限和灌溉类型影响土壤微塑料丰度,滴灌农田微塑料丰度值略大于畦灌农田,在不同土层深度上微塑料丰度值随土层深度增加逐渐减小;微塑料类型主要有纤维类(23.34%)、碎片类(26.31%)、薄膜类(38.57%)和颗粒类(11.78%)等4种,且薄膜类在不同土层占比都较高,微塑料颜色包括黑色、透明、绿色、红色、蓝色等,比例分别为24.56%、23.83%、19.34%、16.52%和15.75%,其中0~10 cm土层中微塑料以黑色为主,占比30.25%,在>10~20、>20~30 cm土层中微塑料以透明为主,占比30.15%和29.23%,粒径则随覆膜年限增加而呈逐渐减少趋势,粒径小于1 mm的微塑料居多,随着覆膜年限的增加,微塑料粒径在0~10、>10~20、>20~30 cm土层间的差异逐渐减小,且粒径大小与灌溉类型无显著关系(P>0.05);微塑料样品表面特征粗糙,呈现不规则孔隙,纤维类、薄膜类和碎片类微塑料均具有较多规则微小孔隙,而颗粒类微塑料表面孔隙则不规则且呈凹凸状,土壤中微塑料的多孔特性造成微塑料比表面积增大,进而增加对土壤中其他污染物和微生物的吸附;微塑料的表面孔隙附着有机体和污染物,表面存在稳定的铁氧化物、稀土元素等,并容易形成有机-无机复合污染效应。研究对于明晰微塑料在河套灌区土壤中的分布现状及危害具有重要意义。     

小麦秸秆长度、覆盖量对坡面产流产沙的影响

为定量研究小麦秸秆覆盖对坡面产沙产流过程及减水减沙效益的影响,采用室内人工模拟降雨试验,研究在降雨强度为90 mm/h时,不同秸秆长度和秸秆覆盖量下的坡面产流产沙特征和产流产沙过程规律,结果表明:(1)在相同秸秆长度下,随秸秆覆盖量增加,产流量产沙量极显著减少(p0.01)。相同覆盖量水平下随秸秆长度增加,产流量显著增加(p0.05),在4.5 t/hm~2覆盖量下产沙量极显著增加(p0.01)。(2)秸秆覆盖坡面的初始产流时间较裸露坡面延迟6.23倍,产流量平均下降19.5%,产沙量下降31.6%。覆盖措施通过保护土壤的结构有效抑制了细沟侵蚀过程向切沟侵蚀发展。产流产沙过程受秸秆长度和覆盖量的交互作用影响,交互效应对产流过程的影响更突出。(3)随覆盖量增加,减水减沙效益极显著增加(p0.01);随长度增加,减水减沙效益分别减少为17.26%,27.97%。不同覆盖条件下的坡面产流量、产沙量和减水、减沙效益均与秸秆长度、秸秆覆盖量呈二元线性关系。(4)在当前试验条件下,当秸秆长度为3～5 cm,覆盖量为4.5 t/hm~2时达到最优减水减沙效益。     

有机物料添加对内蒙古河套灌区碱化土壤可溶性有机碳的影响

通过研究不同有机物料添加对内蒙古河套灌区碱化土壤可溶性有机碳含量变化的影响，寻找合理高效的增碳方式，降低碱化土壤有机碳损失。以内蒙古河套灌区轻度、中度盐碱土为对象进行田间试验，设置生物炭（BC）添加、羊粪（GM）添加，对照（CK）3个处理，对比和分析不同有机物料添加后土壤有机碳（SOC）、可溶性有机碳（DOC）、土壤理化性质的变化。结果表明：（1）与CK相比，轻度碱化土壤BC、GM处理土壤DOC含量分别增加3.28%，20.66%，SOC含量增加5.40%，10.30%，中度碱化土壤BC和GM处理下可溶性碳增加41.32%，74.10%，土壤SOC含量增加60.24%，79.16%；（2）轻度碱化土壤BC和GM处理土壤DOC含量与SOC含量呈负相关，中度碱化土壤BC和GM处理下呈正相关；（3）盐碱土壤SOC、DOC含量主要与土壤pH、电导率的变化有关；BC处理较GM处理相比土壤电导率低约1.93%~29.15%，而GM处理土壤pH、碱化度比BC处理低0.31%~1.53%，7.10%~24.63%。总体来看，有机物料添加后均能使土壤中SOC、DOC含量提高，不同程度地降低土壤碱化程度，且羊粪添加较生物炭略好，因此羊粪添加对河套灌区碱化土壤碳含量的提高比生物炭添加更有效，土壤改良效果更好，土壤理化性质改善更明显。