河北省地下水压采政策下水价机制调控冬小麦灌水量研究

河北平原长期抽取地下水进行灌溉导致地下水严重超采,引发了一系列环境问题,利用水价机制压采地下水。【目的】研究冬小麦适宜灌水量的水价方案。【方法】依据2007—2016年中国科学院栾城农业生态实验站冬小麦不同灌水次数和灌水量的长期灌溉试验资料,建立了作物产量对耗水和灌水的响应关系,研究了不同降水年型下最优灌水量和灌溉效益随水价的变化,确定了不同灌溉策略下的水价优化方案。【结果】与目前灌溉制度相比,当冬小麦生育期不灌溉时,平均减产达27%,枯水年产量降低近50%,水价的临界值是2.79元/m3,高于这个水价灌水收益为负,低于这个水价,灌水收益为正。为保证农民净收入不变,应平均每季补贴3 678元/hm2。当小麦季地下水消耗不超过100 mm时,平均水价应定为1.37元/m3,平均产量损失8.2%,应给予农民的补贴为2 556元/hm2。当地下水消耗不超过200 mm时,平均水价应定为0.38元/m3,产量平均损失1.3%,应给予农民的补贴为942元/hm2。【结论】宜采用水价加补贴回补方式鼓励农民采取节水灌溉。     

水分调控降低盐分对夏玉米的影响

环渤海低平原冬小麦夏玉米一年两作种植系统中,冬小麦季微咸水灌溉造成土壤含盐量增加,影响下茬玉米正常出苗。通过水分调控消减根层土壤盐分是有效可行的途径,并利于冬小麦夏玉米一年两作的微咸水安全利用。该研究通过盆栽与田间试验相结合的方法,研究玉米出苗对土壤水盐阈值的响应以及玉米播后灌水对出苗、生长、根层水盐和产量的影响。盆栽试验结果表明:1)玉米在低土壤盐分含量(全盐含量0.8g·kg–1)下,60%田间持水量即可达到正常出苗;2)在高土壤盐分含量(全盐含量3.5 g·kg–1)下,出苗时间延长,出苗率降低;3)土壤盐分对出苗的影响,随着土壤含水量降低而越趋严重。因此在较高的盐分条件下,维持出苗期间一定土壤含水量,更利于缓解土壤盐分对玉米出苗的影响。大田试验中灌溉水盐分梯度为淡水(对照)、3g·L–1、4 g·L–1和5 g·L–1。田间试验结果表明:1)随着灌溉水盐分浓度增加冬小麦收获时0~20 cm土壤盐分含量明显增加;2)淡水、3 g·L–1、4 g·L–1和5 g·L–1灌溉冬小麦,收获期0~20 cm土壤盐分含量分别为1.0 g·kg–1、1.3g·kg–1、1.6 g·kg–1、2.0 g·kg–1;3)夏玉米播种后立即灌溉一次75 mm淡水,玉米出苗期耕层土壤含水量维持在田间持水量的70%以上,土壤含盐量下降到1.0 g·kg–1左右,夏玉米生长进程和产量不受影响。2年(2015年和2016年)淡水、3 g·L–1、4 g·L–1和5 g·L–1微咸水拔节期灌溉冬小麦,下茬夏玉米产量分别为9 510.4 kg·hm–2、9 913.6 kg·hm–2、9 910.6 kg·hm–2、9 986.0 kg·hm–2和9 621.8 kg·hm–2、9 455.3 kg·hm–2、9 460.2 kg·hm–2、9 221.4kg·hm–2,产量差异不显著。考虑该地区降水的时间分布,与玉米生长同期的充足夏季降水的淋洗作用,微咸水灌溉小麦的积盐可得到很好淋洗。因此,该地区在冬小麦生长季实施不超过5 g·L–1微咸水灌溉,利用冬小麦夏玉米关键生育期水分调控,可消减微咸水灌溉土壤盐分积累对玉米出苗影响,结合夏玉米出苗水管理和雨季淋盐,实现周年稳产和水盐平衡,根层土壤不积盐。     

华北典型区域土壤耕作方式对土壤特性和作物产量的影响

华北平原是我国重要的小麦玉米种植区,长期土壤旋耕免耕和秸秆全量还田带来耕层变浅、犁底层变厚和上移、土壤养分表聚等现象,通过耕作方式改变,解决上述问题对维持区域粮食生产有重要意义。试验以冬小麦-夏玉米轮作系统为研究对象,分别在代表华北平原高产区的栾城试验区和代表中低产区的南皮试验区进行,设置冬小麦播种前进行土壤深耕、深松、窄深松3种处理,以生产上常用的旋耕为对照。所有处理夏玉米季均采用土壤免耕播种,测定项目包括土壤容重、作物根系、作物产量和水分利用效率。结果表明,不同耕作方式对土壤特性和作物产量的影响具有区域差异。南皮试验区土壤深耕(松)显著地(P0.05)提高了作物产量,深耕、深松和窄深松处理的冬小麦产量比旋耕分别增加16.5%、19.3%和13.1%,夏玉米产量分别增加17.3%、16.2%和21.9%,周年产量分别增加16.9%、17.6%和17.8%;深耕、深松和窄深松处理间作物产量差异不显著。栾城试验区冬小麦、夏玉米产量和周年产量各处理之间差异不显著。土壤深耕、深松、窄深松和旋耕均能降低0～20 cm土层土壤紧实度和土壤容重。冬小麦播种后,与土壤耕作前比较,土壤深耕、深松和旋耕处理土壤紧实度南皮试验区分别平均降低71.6%和68.2%,栾城试验区分别降低88.8%和?7.7%,常用的旋耕模式在栾城试区没有降低土壤紧实度。小麦收获时不同耕作方式0～40cm土层的土壤容重均低于土壤耕作前的土壤容重,至夏玉米收获时不同耕作处理的土壤容重与耕作前基本一致,不同耕作处理对土壤容重的影响差异不显著。在南皮试验区, 3种耕作方式与旋耕相比,均显著提高了冬小麦和夏玉米水分利用效率;在栾城试验区,各处理冬小麦和夏玉米水分利用效率差异不显著。本研究结果显示在华北平原高产区连续实施土壤旋耕模式没有影响作物产量,而在中低产区实施土壤深耕或者深松模式更利于作物产量提高。     

增施有机肥提升作物耐盐能力研究

旨在找到提升作物耐盐能力的技术方法。应用桶栽实验研究4 种有机肥于不同水分条件下对盐渍土栽培冬小麦和夏玉米生长发育、生理生态及产量的影响。施用有机肥可有效改善土壤环境,其中禾宜佳有机肥使土壤中总氮、有机质、总菌数分别提高了8.4%、16.7%、55.8%,效果最佳。在土壤含水量高时,施用有机肥可使盐胁迫下小麦、玉米叶片叶绿素含量分别提高约6.9%、5.1%左右;使小麦、玉米生物量最高分别增加60.0%和51.2%;不同有机肥使冬小麦净光合作用最大提高20.8%;冬小麦穗粒数提高了44.4%、千粒重增加24.9%,产量提高61.9%。在土壤含水量低时,以上指标也均有所增加,但增幅不及高含水量下明显。土壤含水量高时,增施有机肥有利于作物在高盐土壤中生长;水分含量低时,增施某些含盐量高的有机肥可能造成土壤盐浓度增加反而增大了对作物危害。在高水分条件下增施有机肥增产效果更佳。     

不同矿化度微咸水灌溉冬小麦对下季作物产量和周年土壤盐分平衡的影响

冬小麦夏玉米一年两熟是环渤海低平原主要粮食作物种植模式,该区淡水资源匮乏,但浅层微咸水相对丰富,在降水较少的冬小麦生长季,适当利用微咸水代替淡水灌溉对维持冬小麦稳产高产有重要作用。冬小麦季实施微咸水灌溉后土壤盐分累积如何影响下季作物夏玉米生长以及对土壤周年盐分平衡影响,是微咸水能否长期安全利用的关键。为探究上述问题,于2015—2019年连续4年在环渤海低平原中国科学院南皮生态农业试验站进行冬小麦季不同矿化度微咸水灌溉定点试验,共设置含盐量为1 g·L~(-1)淡水(F)、3 g·L~(-1)微咸水(S3)、4 g·L~(-1)微咸水(S4)、5 g·L~(-1)微咸水(S5) 4个梯度,在拔节期灌水1次,灌水量均为70 mm;另以生育期不灌水作为对照(旱作, CK)。结果表明,不同矿化度微咸水灌溉处理间冬小麦产量没有显著差异,但平均比CK显著增产31.6%。同时,冬小麦生长季微咸水灌溉均增加了收获时1 m以上土层的含盐量,并随灌溉水含盐量增加而增加;对1 m以下土层含盐量影响不明显。夏玉米播种时灌溉70 mm淡水不仅解决了土壤墒情不足问题,并可使0～20 cm土层盐分控制在1 g·kg~(-1)以下,保证夏玉米出苗和群体建立,对夏玉米产量没有显著影响。经过夏季降雨的淋洗, S3、S4和S5处理0～40cm土层含盐量降低幅度超过30%,深层土壤含盐量变化不明显,1m以上土层可以实现周年盐分平衡。本研究表明冬小麦-夏玉米一年两季种植,冬小麦耐盐能力较强的特征使其生育期可以通过不大于5g·L~(-1)的微咸水灌溉维持稳产,在保证夏玉米出苗水进行灌溉的条件下,夏玉米季通过雨季降水淋盐维持0～1m主要根层土壤不发生明显积盐过程,可实现长期微咸水灌溉下土壤和作物安全。     

秸秆覆盖时间和覆盖量对冬小麦田温度效应及地上地下生长的影响

为探明华北平原灌溉条件下秸秆覆盖的土壤温度效应对冬小麦根系和籽粒产量的影响,利用大田试验研究了不同秸秆覆盖时间和覆盖量处理对冬小麦土壤温度、根系和籽粒产量的影响。试验设冬小麦播种后覆盖和三叶期覆盖,覆盖量设上茬作物(夏玉米)秸秆全量覆盖(HM)、1/2量覆盖(MM)、1/3量覆盖(LM)和不覆盖(CK)。结果表明:1)与不覆盖(CK)相比,播种后覆盖和三叶期覆盖冬小麦产量分别降低8.6%和2.0%,播种后覆盖减产幅度大于三叶期覆盖;播种后减产是由于小麦千粒重比CK降低4.1%、穗粒数降低6.6%和收获指数降低2.4%,三叶期覆盖减产的原因是收获时有效穗数比CK降低5.8%造成。播种后覆盖处理中随着覆盖量的增加千粒重、有效穗数、收获指数显著降低,三叶期覆盖处理的产量构成没有显著差异。2)秸秆覆盖对小麦分蘖期和越冬期(冬季)土壤温度具有提升作用。覆盖处理日均温平均比CK提高0.56℃;小麦返青期后随着气温的升高,秸秆覆盖具有降温作用。冬季秸秆覆盖提升土壤温度的贡献主要是提升了夜间土壤温度,返青后降温的作用是降低白天的土壤温度;冬季随覆盖量增加增温效应增大,返青后随着覆盖量的增加降温效应增加,各覆盖处理间的土壤温度差异不显著。3)秸秆覆盖促进了冬季冬小麦根系生长,秸秆覆盖处理的根长密度大于CK;返青后秸秆覆盖减弱了根系生长,至扬花期随小麦冠层覆盖度增加,秸秆覆盖与CK的根长密度差异减小。由于小麦分蘖期和越冬期土壤温度高于CK,根系生长快于CK,消耗了更多的土壤氮,造成返青—拔节期土壤全氮含量低于CK。因此,华北平原冬小麦-夏玉米一年两熟灌溉区,为了降低秸秆覆盖对冬小麦产量的不利作用,秸秆覆盖应在三叶期后实施,覆盖量采用上茬玉米秸秆产量的1/3~1/2,其余秸秆可以用于畜牧业饲料。