旱作覆膜玉米生长和水分利用对气候变化的响应

基于3 a连续冬小麦-夏玉米覆膜轮作试验校准和验证AquaCrop模型的适用性,模拟研究了气候变化对夏玉米生长、产量和水分利用的影响,分析了覆膜措施对气候变化的应对效果。结果表明:关中地区(以武功、宝鸡和西安地区为例)年平均温度呈逐年递增趋势,温度增加幅度由高到低依次为宝鸡、西安和武功,增温速率分别为0.20、0.12℃·10a~(-1)和0.09℃·10a~(-1);降雨量呈逐年递减趋势,减少幅度大小依次为西安、宝鸡和武功,减小量分别为3.59、3.23 mm·10a~(-1)和2.64 mm·10a~(-1)。AquaCrop模型在关中地区表现出了良好的适用性,可以较好地模拟连续覆膜条件下作物的产量指标、水分利用和生长的动态变化,冠层覆盖度模拟值和实测值之间的均方根误差(RMSE)介于1.1%～15.3%,生物量模拟值和实测值之间的RMSE介于0.626～2.540 t·hm~(-2),土壤贮水量模拟值和实测值之间的RMSE介于12.6～47.4 mm。模拟研究表明,上世纪60年代以来,随着气温不断升高,武功、宝鸡和西安地区的夏玉米生育期均呈逐年缩短趋势,特别是1980s以来,减少幅度达2.76、4.82 d·10a~(-1)和5.94 d·10a~(-1);在不同的降水年型下,覆膜处理产量均高于裸地处理,且其变异系数较小;在干旱气候条件下,覆膜处理依然可以获得一定的籽粒产量,与裸地处理相比,覆膜处理表现出了较好的稳产效应。同时,覆膜处理有效减少了玉米苗期土壤表层蒸发(平均减少7.6 mm),从而在土壤中保蓄更多的降雨;覆膜处理虽然增加了土壤耗水量,但其通过保蓄土壤水分,稳定作物产量,有效提高了玉米的水分利用效率。因此,关中地区旱作覆膜可以有效适应当地气候变化,在一定程度上应对干旱气候,具有较好的增产稳产效应。     

覆膜对不同播期冬小麦根系生长和产量的影响

为探究覆膜对冬小麦根系生长和产量的影响,于2017—2018和2018—2019年度在冬小麦生育期设置2种栽培模式（CK: 裸地穴播,PM: 全膜穴播）和3个播种日期（0：传统播期,10：晚播10 d,20：晚播20 d）,分析了覆膜措施对不同播期冬小麦地上部和根系生长、产量及其构成,以及水分利用效率的影响。结果表明,覆膜处理有效增加了不同播期冬小麦返青期后的根长密度（RLD）、根表面积密度（RSD）、根系生物量、地上部生物量;各生育期PM0处理的RLD、RSD、根系生物量、地上部生物量均最大。覆膜对晚播冬小麦根系生长具有一定的加速作用,使得两季冬小麦PM10处理的RLD、RSD和根系生物量在返青期分别比CK0处理高2.90%、13.63%和23.04%。与CK0处理相比,两季冬小麦灌浆期 PM0、PM10、PM20处理的地上部生物量分别显著增加65.63%、75.57%和54.71%（P<0.05）。两季冬小麦覆膜处理的产量和水分利用效率均比同播期裸地处理高,其中,两季冬小麦PM0、PM10处理的产量分别比CK0处理提高28.92%、14.35%,水分利用效率分别比CK0处理提高17.87%、7.90%。此外,研究还发现,冬小麦返青期、开花期、灌浆期总RLD均与有效穗数、产量、水分利用效率呈极显著正相关关系（P<0.01）;冬小麦返青期总RSD、根系生物量均与有效穗数、产量及水分利用效率呈极显著正相关关系（P<0.01）。综上,覆膜措施通过改良土壤的水热环境,加速并促进了冬小麦根系的生长发育,进而改善了冬小麦根系对水分和养分的吸收,增加冬小麦植株的抗逆性。     

覆膜条件下对AquaCrop模型冬小麦生长动态和土壤水分模拟效果的评价分析

【目的】通过评价AquaCrop模型对覆膜条件下冬小麦的生长发育、土壤水分、产量以及水分利用效率的模拟效果,为AquaCrop模型在覆膜条件下的校准和应用提供科学的方法和理论依据。【方法】试验设臵不覆盖(CK)和白色地膜覆盖(PM)两个处理,于2013年10月至2016年6月年在陕西杨凌进行田间试验,利用2014—2015年度试验数据对AquaCrop模型进行参数校准,利用2013—2014年度和2015—2016年度的冬小麦观测数据对AquaCrop模型进行验证。【结果】AquaCrop模型较好地模拟了冬小麦冠层覆盖度,冠层覆盖度模拟值和实测值之间的决定系数(R2)为0.86—0.99,均方根误差(RMSE)为2.1%—8.1%。AquaCrop模型也较好地模拟了冬小麦生物量和土壤贮水量,其中地上部生物量的模拟值和实测值之间的R2均大于0.95,RMSE为0.814—1.933 t·hm-2;CK土壤贮水量模拟值和实测值间的相关系数均大于0.85,PM土壤贮水量模拟值和实测值间的相关系数均大于0.75,CK和PM土壤贮水量模拟值和实测值的均方根误差表现为9.2 mmRMSE17.6 mm,标准均方根误差(NRMSE)小于5.5%。冬小麦产量实测值和模拟值相对误差(RE)为-4.4%—9.0%,PM产量实测值和模拟值的平均值较CK分别提高40.5%和40.3%,表现出较好的一致性,处理间成显著性差异。水分利用效率实测值和模拟值RE为-10.4%—-1.5%,PM水分利用效率实测值和模拟值的平均值较CK分别提高54.1%和47.5%,同样表现出较好的一致性,处理间成显著性差异。在冠层覆盖度、地上部生物量、产量和水分利用效率方面,模型模拟值和实测值的变化趋势基本一致,且PM模拟值和实测值间均较CK表现出显著性差异。【结论】AquaCrop模型能够较好地模拟覆膜条件下冬小麦生长发育过程,可以用于覆膜条件下作物生产力的模拟和预测,为AquaCrop模型的推广应用提供了可靠的数据支持。     

秸秆氨化还田对农田水分与夏玉米产量的影响

寻求秸秆资源的有效还田方式对干旱半干旱区农业的可持续发展具有重要意义。本文于2014年和2015年在夏玉米全生育期设置2个秸秆氨化水平（A0:未氨化冬小麦秸秆,A1:氨化冬小麦秸秆）和2个秸秆长度水平（L0:粉碎为短秸秆,L1:大于50mm冬小麦长秸秆）翻压还田,分析不同预处理秸秆还田条件下夏玉米全生育期株高、叶面积指数、地上部生物量、冠层覆盖度等生长指标以及土壤贮水量、耗水量、产量和水分利用效率的变化。结果表明,2年夏玉米氨化短秸秆翻压还田处理（A1L0）平均土壤体积含水率较未氨化长秸秆处理（A0L1）分别提高了10.7%和6.4%;氨化处理土壤体积含水率明显高于未氨化处理,但不同处理间耗水量差异较小;夏玉米灌浆期氨化短秸秆翻压还田处理（A1L0）的平均冠层覆盖度（CC）比其他处理高3.7%~10.7%;成熟期氨化短秸秆翻压还田处理（A1L0）的平均地上部干物质量比其他处理高 2.1%~9.5%,平均产量比其他处理增加2.8%~9.1%,平均水分利用效率比其他处理增加1.7%~7.4%;氨化短秸秆翻压还田处理（A1L0）能显著提高夏玉米地上部生物量与籽粒产量。因此,氨化短秸秆翻压还田能有效促进夏玉米生长,保持较好的土壤水分条件,有助于提高夏玉米产量和水分利用效率。     

基于增强回归树的麦-玉轮作农田蒸散影响因素分析

为探讨华北典型轮作农田蒸散(ET)变化规律,以山东禹城试验站冬小麦-夏玉米(麦-玉)轮作田为研究对象,基于涡度相关技术实测的8年观测数据与增强回归树方法,分析了农田ET逐日变化特征及其对环境因子的响应。结果表明：研究时段内逐日ET变化范围在0～9.6 mm/d之间,且不同阶段(小麦季、玉米季和农闲期)ET总量存在较大差异。一般而言,每年小麦季ET的峰值和总量均明显高于玉米季,而农闲期ET占全年ET总量的比例不足4%。净辐射是影响麦-玉轮作田不同阶段ET变化的首要因素,对各阶段ET的贡献率由高到低依次为小麦季(81.4%)、玉米季(52.7%)、农闲期(36.8%)。除净辐射外,其他环境因子对ET的影响则具有阶段性差异。饱和水汽压差对小麦季和玉米季ET存在一定的影响,而土壤含水率和风速对农闲期ET的贡献率相对较高。研究可为变化环境下农业水资源高效利用以及作物模型优化等提供科学依据。     

播期对江苏省冬小麦产量及其构成的影响

以江苏省冬小麦播期为主要研究对象，利用近20年冬小麦大田播期试验数据相关文献，按照晚播天数、品性、区域、年代进行分组，利用Meta分析方法定量研究了播期变化对江苏省冬小麦产量及其产量构成的影响。结果表明：近20年江苏省冬小麦的播期随时间的推移总体呈现出延迟的趋势，约5.5 d·10a^-1，苏北和苏南地区冬小麦均在晚播18~22 d开始出现减产趋势，苏中地区冬小麦在晚播23~27 d开始出现减产趋势；整体上江苏省晚播13~17 d左右的冬小麦有显著增产效应，增产达3.1%（95%置信区间0.4%～5.8%），晚播18~22 d及以上时，冬小麦产量开始呈现减产趋势。随着年代不断向后推移，晚播的减产效应出现的越来越早。2000—2010年，晚播23~27 d开始出现减产趋势；2011—2017年，晚播18~22 d开始出现减产趋势；（弱）春性冬小麦从晚播18~22 d开始出现减产效应，（半）冬性冬小麦从晚播8~12 d开始出现减产趋势，冬小麦的选择偏于春性化。Meta分析的数据中，冬小麦穗数对产量的影响更大（P＜0.05，R²＝0.3166）。适当晚播是江苏省稳定冬小麦产量，适应气候变化的有效手段，其主要是通过影响晚播小麦穗数进而影响冬小麦产量。     

RZWQM2模型模拟地膜覆盖时间对棉田氮素迁移特征和氮肥利用效率的影响

[目的]地膜覆盖时间影响着棉田养分的迁移及氮素利用效率,我们尝试利用根区水质模型(root?zone water?quality?model-version?2,?RZWQM2)评估新疆绿洲棉田不同地膜覆盖时间下土壤氮素迁移特征和作物吸收利用率,为优化地膜覆盖方法提供理论依据.[方法]于2017—2018年在新疆进行了...     

基于覆膜积温补偿效应的AquaCrop模型优化模拟

基于2013—2018年冬小麦-夏玉米轮作田间试验数据,分析冬小麦和夏玉米覆膜积温补偿效应的特征,估算黄土高原南部覆膜积温补偿效应系数的值域范围,分析利用模型自带参数（方法一）和覆膜积温补偿系数（方法二）两种方法在AquaCrop模型中引入覆膜积温补偿效应的优劣性。结果表明：冬小麦在播种至越冬期,覆膜处理主要表现出增加土壤温度的作用;在返青期至成熟期,覆膜处理增加土壤温度的作用逐步消失,随之出现降低土壤温度的作用;夏玉米整个生育期内,覆膜处理均表现出较好的增加土壤温度的作用;冬小麦生育期内覆膜积温补偿效应在越冬后期出现一定的作用时间阈值。冬小麦播种~出苗阶段覆膜积温补偿系数平均值为1.08,出苗~越冬期阶段平均值为0.54;夏玉米播种~出苗阶段覆膜积温补偿系数平均值为0.81,出苗~抽雄期阶段平均值为0.63;在作物生长前期,覆膜增加地温加速作物生长的效果较好,覆膜积温补偿效应更明显。在AquaCrop模型中,相比方法一,方法二在冠层覆盖度、地上部生物量、作物产量和土壤贮水量模拟方面均表现出了一定的优势,且其能更好地解释覆膜措施对冬小麦-夏玉米轮作系统作物发育进程的影响。     

关中地区播前土壤墒情对覆膜旱作夏玉米产量和水分利用的影响

基于3年连续冬小麦-夏玉米覆膜轮作试验,通过校验之后的AquaCrop模型设置不同水平的播前土壤墒情,模拟研究关中地区多年历史气候条件下旱作覆膜夏玉米生长和水分利用对播前土壤墒情的响应规律,拟基于播前土壤墒情初步建立覆膜与否的判断标准。结果表明,当土壤初始含水率≤70%田间持水量,关中地区夏玉米覆膜产量波动剧烈;覆膜增产率随着降水的增加呈增加趋势。随着土壤初始含水率的增加,覆膜增产效果越来越明显,且趋于稳定;然而覆膜措施的增产效果对降水量越来越不敏感,最终呈稳定趋势。当播前土壤底墒达到80%~85%田间持水量的水平时,覆膜夏玉米籽粒产量水分利用效率达到最高。综上,有水可保可用是覆膜增产增效的先决条件之一;当土壤初始含水率≤70%田间持水量,建议不采用覆膜措施;当土壤初始含水率≥80%田间持水量时,建议采用覆膜措施。     

活性炭对土壤入渗、蒸发特性及养分淋溶损失的影响

通过室内土柱模拟试验,设置活性发质量分数为0%(对照),0.1%,0.3%,0.6%,0.9%及1.2%共6个处理,研究不同活性炭施入量对土壤入渗、蒸发特性及养分淋溶损失的影响.结果显示:随着活性炭用量的增加,土壤入渗能力先增强后减弱;100 min时,施加0.3%活性炭的土壤累积入渗量达到最大,高于对照的10.60%,而施加1.2%活性炭的土壤累积入渗量较对照的减少5.70%;33 d的土壤累积蒸发量随着活性炭施用量的增大而逐渐减小,与对照的相比最大减小量达21.35%;土壤淋溶液中硝态氮(NO3-)、土壤可溶性有机碳(DOC)的浓度随活性炭用量增大而减小,与对照的相比最大减小量分别为8.52%和47.11%.活性炭的施加对提高旱区农田蓄水保肥能力有重要意义.