不同保墒与土壤结构改良措施对土壤结构及小麦、玉米水分利用的影响

为探明不同保墒与土壤结构改良措施对小麦、玉米水分利用等的作用机理,采用大田试验,研究了秸秆覆盖、地膜覆盖、保水剂及有机肥对小麦—玉米生长、光合生理特征、产量、水分利用效率及土壤结构等。结果表明:地面覆盖和土壤结构改良措施均改善了土壤团粒结构,且促进了土壤有机碳含量的提高。同时,不同措施改善了小麦、玉米不同生育期的光合生理特征,提高了小麦、玉米不同生育期的株高、叶面积及生物量,且成产要素也显著提高,地膜覆盖较其他措施更利于小麦产量的提高,其较普通耕作增产14.7%。对玉米而言,以秸秆覆盖和地膜覆盖处理增产效果较佳,分别较普通耕作增产10.4%和10.3%。对小麦—玉米周年而言,地膜覆盖的总产量和总水分生产效率均最高,分别较普通耕作提高了12.5%和17.1%。相关分析表明,小麦、玉米周年总产量和总水分生产效率与小麦不同生育期的土壤水分、灌浆期叶面积、小麦单产、玉米大喇叭口期的叶面积以及土壤有机碳含量密切相关。     

磷肥用量对大豆遮复光后干物质与磷素积累特征的影响

为探明大豆遮复光后干物质与磷素的积累对磷肥的响应特征。在盆栽条件下,设置4个磷肥用量[0mg·kg~(-1)(P0)、75mg·kg~(-1)(P1)、125mg·kg~(-1)(P2)、175mg·kg~(-1)(P3)]和2种光照条件[自然光(L1)和遮光(L2)],以‘中黄61’为试验材料,研究苗期遮复光后,不同磷用量大豆干物质及磷素积累变化特征。结果表明,苗期遮复光后,在磷肥用量0~125mg·kg~(-1)时,随施磷量的增加,干物质及磷素的积累量、积累最大速率(Rmax)、最大时的生长量(Amax)均增加。增施磷肥可提高干物质及磷素在整个生育期的积累速率。干物质与磷素积累各阶段的积累量在施磷量为125mg·kg~(-1)时达最大。籽粒产量随施磷量增加而增加,在P2处理达最大,且增施磷肥在L2环境下对籽粒的贡献更大。大豆籽粒产量与干物质及磷素积累的Rmax、Rmean、Amax、各阶段的积累量均呈显著相关。可见,适量增施磷肥可缓解大豆苗期弱光胁迫对大豆磷素与干物质积累的影响,促进大豆产量增加。     

免耕对冬小麦农田土壤水分及 可溶性碳和硝态氮动态变化的影响

采用2年试验数据分析了免耕对冬小麦不同生育时期土壤剖面水分、可溶性碳和硝态氮变化动态的影响。结果表明,免耕较传统耕作均不同程度地增加了冬小麦拔节期、扬花期、灌浆期和成熟期0～100 cm土层土壤平均含水量,且冬小麦关键生育时期土壤水分均随土壤深度增加而呈现先减少后增加的趋势。与传统耕作相比,免耕分别提高冬小麦拔节期和扬花期0～40 cm土层平均含水量14.0%和10.3%;在冬小麦拔节期和灌浆期,免耕较传统耕作分别提高了土壤剖面0～100 cm平均硝态氮含量43.1%和5.7%。与传统耕作相比,免耕不仅降低了冬小麦全生育期土壤剖面0～100 cm平均可溶性碳含量2.0%,而且降低了冬小麦拔节期、灌浆期和成熟期土层0～40 cm可溶性碳含量。     

水氮运筹对小麦、玉米周年产量及水分利用的影响

在田间试验条件下,采用喷灌带进行灌水,研究不同氮肥基追比(A1:70%基施、30%追施;A2:60%基施、40%追施;小麦季施纯氮240 kg/hm~2,玉米季施纯氮270 kg/hm~2)和不同灌水量(B1:0次;B2:2次;B3:3次;小麦季和玉米季每次的灌水量均为450 m~3/hm~2)对小麦、玉米生长过程中土壤储水量、光合生理特性、产量和水分利用等的影响,以期明确小麦、玉米合理的氮肥追施比例和灌水量。结果表明,随灌水量增加,小麦抽穗期、灌浆期及玉米灌浆期、收获期土壤储水量总体呈增加趋势,小麦收获期土壤储水量呈降低趋势。小麦前期氮肥供应较多更有利于光合速率的提高,而适度干旱更有利于叶片水分利用效率的提高。随着灌水量的增加,小麦产量和水分利用效率均先增加后降低,而生物量和千粒质量均增加。不同处理中,小麦产量、水分利用效率和灌水利用率均以A1B2处理最高,分别为8 207.8 kg/hm~2、26.7 kg/(mm·hm~2)和1.42 kg/m~3。对玉米而言,A2B2处理产量最高,A1B3处理水分利用效率和灌水利用率最高。小麦、玉米的周年耗水量表现为A1A2;A2B2处理小麦、玉米周年产量最高,A1B3处理周年水分利用效率和灌水利用率最高。     

不同灌溉方式下养分配置对小麦、玉米产量和水分利用的影响

为了寻求小麦、玉米生产的最佳水肥配置模式,在不同灌溉方式(喷灌、移动喷灌、小白龙)下设置8个不同养分配置[底施N_(34)P_6K_8750 kg/hm~2(T1)、底施N_(34)P_6K_8 750 kg/hm~2+追施纯N 75 kg/hm~2(T2)、底施N_(28)P_(15)K_5750 kg/hm~2(T3)、底施N_(28)P_(15)K_5 750 kg/hm~2+追施纯N 75 kg/hm~2(T4)、底施控释肥600 kg/hm~2(T5)、底施控释肥600 kg/hm~2+追施纯N 75 kg/hm~2(T6)、底施N_(28)P_(15)K_5 375 kg/hm~2+底施控释肥300 kg/hm~2(T7)、底施N_(28)P_(15)K_5 375 kg/hm~2+底施控释肥300 kg/hm~2+追施纯N 75 kg/hm~2(T8)],研究不同灌溉方式下养分配置对小麦、玉米产量及水分利用的影响。结果表明,与小白龙灌溉处理相比,移动喷灌和喷灌处理均可提高小麦株高、穗长、小穗数、穗粒数、千粒质量;喷灌处理小麦、玉米、小麦—玉米周年产量分别增加1.64%～14.04%、1.40%～6.89%、3.94%～10.07%,移动喷灌处理分别增加1.37%～12.88%、6.81%～16.47%、6.71%～11.21%;喷灌处理小麦、玉米、小麦—玉米周年灌水利用率分别提高0.26～2.03、0.19～0.90、0.57～1.27 kg/m~3,移动喷灌处理分别提高0.21～1.96、0.82～2.08、0.91～1.63 kg/m~3。喷灌和移动喷灌条件下,T8处理小麦产量高于其他处理;3种灌溉方式下,玉米及小麦—玉米周年产量均是T8处理高于其他处理。综合考虑,以移动喷灌结合底施N_(28)P_(15)K_5 375 kg/hm~2+底施控释肥300 kg/hm~2+追施纯N 75 kg/hm~2处理节水增产效果最佳。     

雄安新区上游农业种植结构及需水时空演变

本文利用作物模型模拟小麦、玉米灌溉需水量，结合蒸发皿法估算蔬菜、果树等其他作物需水量，回溯雄安新区上游1986-2015年农业种植结构及农业需水的时空演变趋势，摸清不同作物的需水量比例及时间变化，并推算了消除降水年际波动的1970-2015年农作物灌溉需水量，探讨单纯人类活动下的农业需水量变化趋势。结果表明，1986-2015年，研究区作物播种总面积总体呈上升趋势，耕地面积多年平均84.9万hm²，有效灌溉面积平均71.3万hm²，占总耕地面积的84%。其中小麦播种面积稍有下降，玉米、蔬菜播种面积显著增加，果树种植比例在山区增加、平原区减少。研究区多年平均灌溉需水量22.52×10⁸ m³，小麦、玉米、蔬菜、果树和其他作物分别占灌溉需水总量的58.6%、12.6%、5.8%、16.3%和6.7%，受播种面积增加影响，1970-2015年，蔬菜和果树需水显著上升。从空间上来看，灌溉需水总量在上游山区上升显著，而在平原区表现为下降；排除降水的年际波动后，研究区作物需水自1970年以来一直呈上升趋势，进入20世纪80年代中期，虽然整体上升减缓，但随农业播种总面积增加和蔬菜、水果需水增加影响，需水量整体呈缓慢上升趋势。因此，控制上游农业用水，种植低耗水作物、减少耗水作物的种植面积，是恢复雄安新区清水产流的关键。     

长期免耕对不同土层土壤结构与有机碳分布的影响

为探明长期翻耕与免耕条件下不同土层深度土壤结构稳定性及其有机碳分布特征,在长期定位试验中分层(0~10 cm、10~20 cm、…、90~100 cm)采集免耕和常规耕作处理下混合土样和原状土样进行土壤结构与有机碳的测定,结果表明:(1)随着土层的加深,0.5~2.0 mm和大于2.0 mm粒级团聚体含量表现为逐渐降低的趋势,而其他粒级团聚体含量呈增加趋势。免耕更利于提高大粒级团聚体(0.5 mm)的含量,且土壤结构的稳定性显著提高,其作用深度在50 cm以上。(2)随着土层的加深,土壤总有机碳和活性有机碳均表现为先增加后降低再趋于稳定的趋势。免耕处理在0~80 cm土层的土壤总有机碳和活性有机碳均高于常规耕作处理。(3)随着土层的加深,不同粒级团聚体总有机碳含量呈降低趋势,大粒级团聚体中含有较高的有机碳。免耕更利于0~40 cm土层不同粒级团聚体总有机碳含量的提高。随着土壤团聚体粒级的降低,土壤活性有机碳含量呈降低趋势。与常规耕作相比,除0.053~0.250 mm粒级团聚体外,免耕提高了0~20 cm土层各粒级团聚体中活性有机碳含量。(4)随着土层的加深,各粒级团聚体中有机碳对土壤总有机碳的贡献率表现为先降低后增加再降低的趋势。不同粒级团聚体中,大于2.0 mm和小于0.053 mm粒级团聚体有机碳贡献率在0~100 cm土层均低于其他粒级团聚体。在0~20 cm、30~40 cm和90~100 cm土层,免耕处理各粒级团聚体有机碳累积贡献率均高于常规耕作。     

氮、磷、钾配施对不同土壤类型小麦-玉米产量及灌水利用率的影响

采用田间试验,研究了等量灌溉条件下,不同氮(N1、N2、N3、N4小麦生长季节分别为120、180、240、360 kg/hm~2,玉米生长季节分别为180、270、360、450 kg/hm~2)、磷(P1、P2分别为90、135 kg/hm~2)、钾(K1、K2分别为75、150 kg/hm~2)配施对通许、西平和安阳3个不同土壤类型地区小麦、玉米产量及灌水利用率的影响,以期为指导当地农民合理施肥提供科学依据。结果表明,与不施肥(CK)处理相比,不同氮、磷、钾配施均能够显著提高小麦、玉米及小麦-玉米周年产量和灌水利用率。在小麦季,通许、西平和安阳3个地区分别以N3P2K2、N3P2K1和N2P2K1处理产量和灌水利用率最高,产量分别为8 606 kg/hm~2、9 977 kg/hm~2和10 305 kg/hm~2,分别较CK增产28.95%、52.48%和32.71%,灌水利用率分别为9.56 kg/m~3、11.09 kg/m~3和11.45 kg/m~3。在玉米季,通许、西平和安阳3个地区则分别以N4P2K2、N4P2K1和N2P2K2处理产量和灌水利用率最高,产量分别为10 998 kg/hm~2、8 828 kg/hm~2和11 715 kg/hm~2,分别较CK增产32.44%、55.29%和28.21%,灌水利用率分别为12.22 kg/m~3、9.81 kg/m~3和13.02 kg/m~3。通许、西平和安阳3个地区分别以N3P2K2、N4P2K1和N1P2K2处理小麦-玉米周年产量和灌水利用率最高,周年产量分别为19 515 kg/hm~2、18 576 kg/hm~2和21 080 kg/hm~2,分别较CK增产30.29%、51.92%和24.70%,灌水利用率分别为10.84 kg/m~3、10.32 kg/m~3和11.71 kg/m~3。     

冶河流域径流减少的驱动因素分析

分析了1970—2000年滹沱河的重要支流——冶河流域径流减少的主要驱动因子气候和地表覆被的变化趋势及其对流域径流的影响。结果表明，30年来，流域降水量减少，流域内的年平均气温上升并达到显著水平。流域1995年有林地和高覆盖草地所占面积同20世纪80年代相比大幅减少，林地和草地的质量有所下降，到了2000年有所回升；流域内农田的有效灌溉面积逐年增加。同时流域的径流量发生了明显变化：年均流量自1966年以来不断减小，尤其是80年代以后下降趋势更明显。以致上游长年有水河流部分河段出现了不同程度的断流。     

子午岭植被恢复过程中土壤团聚体有机碳含量的变化

土壤有机碳是土壤团聚体形成的重要胶结剂之一，土壤团聚体分布影响有机碳含量及其稳定性。对子午岭植被恢复过程中团聚体有机碳含量变化的研究结果显示：相对于农田，植被恢复可增加土壤各个粒径团聚体有机碳含量．同时增加不同层次土壤团聚体有机碳含量。就粒径而言，虽然各个植被下〈0．25mm土壤团聚体有机碳含量最低，植被类型变化对土壤团聚体有机碳含量影响最大的是〈0．25mm粒径，辽东栎林地〈0．25mm土壤团聚体有机碳含量是农田〈0．25mm团聚体有机碳含量的3倍；其次，植被类型对〉5mm团聚体有机碳含量影响较大，辽东栎、早期森林、灌丛、草地和弃耕地土壤〉5mm团聚体有机碳含量比农田土壤〉5ram团聚体有机碳含量高149％，209％，104％，62％，10％。说明植被演替可增加土壤团聚体有机碳含量，但首先是增加较大粒径团聚体的有机碳含量；随着植被的进一步演替，小粒径团聚体有机碳含量也相应的增加，这部分有机碳是稳定的，说明植被恢复增强了土壤的碳汇功能。