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。     

不同种植模式对河北低平原区域地下水平衡和水分经济利用效率等的影响

河北低平原区是全世界地下水超采的主要地区,同时又是中国主要的粮食主产区。不同的种植模式对水资源利用和粮食安全生产起着非常重要的作用。为了探清河北低平原区不同种植模式对区域地下水平衡及水分经济利用效率等方面的影响,以河北低平原区沧州市为研究区域,通过利用实验结果及统计数据,对该区主要存在的一年两作、一年一作和两年三作的12种不同种植模式下的耗水、产量及对地下水的影响等进行了分析。结果表明：冬小麦—夏玉米一年两作的传统种植模式2年的产量最高(30000 kg/hm²),需水量也最大,达到1683 mm,但效益和水分利用经济效益最低[2.61元/(mm·hm²)],并且对地下水的影响最大;棉花—冬小麦—夏玉米的两年三作模式经济效益和水分利用经济效率最高,分别为15750元/hm²和12.2元/(mm·hm²);一年一作的种植模式对地下水的影响最小。因此,从该区域农业水资源可持续发展和粮食安全角度考虑,应该发展棉花—冬小麦—夏玉米的两年三作种植模式。     

降水、灌溉和品种对玉米产量和水分利用效率的影响

8年田间试验结果表明,玉米产量明显受降水和灌溉的影响。玉米苗期灌溉最为关键,是保证高产的基础。在只灌溉苗水而没有其他灌溉条件下,夏玉米产量与7、8月份降水密切相关,而与生长季节的降水总量关系不明显。除了极干旱年份(季节降雨量小于200 mm)外,随着灌溉量增加,玉米水分利用效率(WUE)降低。玉米最优灌溉制度为:干旱年份,除了苗期的1次灌溉外,在拔节和扬花期分别实施2次灌溉;常年和湿润年份,除了出苗水外,在抽穗到扬花期的8月初实施1次灌溉。3年的田间试验结果表明,当地种植的不同玉米品种之间产量最大相差20%,水分利用效率差异在12%~19%。因此,将适宜的品种与优化的灌溉制度相结合,是提高华北平原夏玉米产量和水分利用效率的有效途径。     

水氮管理及品种对冬小麦光能利用率的影响

提高光能利用率(RUE)是作物获得高产的重要因素之一。遗传特性和栽培管理措施等因素通过影响作物冠层结构及冠层形成过程,进而影响作物的光能利用率。为探讨不同冬小麦品种在不同水氮管理条件下的光能利用率,于2012—2013年,在中国科学院栾城农业生态系统试验站,进行了3个冬小麦品种(‘冀麦585’、‘科农199’和‘石新828’)在3个氮水平[135 kg(N)·hm?2,180 kg(N)·hm?2,225 kg(N)·hm?2]和3个灌溉水平(70 mm,140 mm,210 mm)下的大田试验,对关键生育期光合有效辐射截获、生物量和叶面积等参数进行了测定和分析。结果表明:不同冬小麦品种的光能利用率存在显著差异(P0.05),‘冀麦585’、‘科农199’和‘石新828’的光能利用率分别为2.10 g?MJ?1、2.05 g?MJ?1和1.93 g?MJ?1。不同水氮处理对冬小麦光能利用率有一定的影响,其值为1.80~2.20 g?MJ?1;水氮因素对冬小麦光能利用率的影响不同,随着施氮水平的增加,光能利用率增加,适度的水分亏缺会产生较高的光能利用率。光能利用率增加与生物量形成呈正相关,但当生物量增加到一定程度后冬小麦产量并不随生物量的增加而增加,这与干物质量转移率随着生物量增加而降低有关。结果还显示:从拔节期到灌浆期冬小麦的光能利用率与气温存在明显的曲线关系,其在水氮条件下表现不一致。综合上述分析结果,需要适宜水氮供应才能获得适度干物质积累,提高光能利用率和有效干物质运转,最终提升冬小麦产量。     

华北平原旱地不同熟制作物产量、效益和水分利用比较

针对华北平原地下水超采严重,通过研究雨养旱作条件下不同熟制的产量、投入产出和水分利用效率,探索华北平原缺水区雨养旱作条件下的节水种植制度,可为地下水超采提供技术支撑。以当地主栽种植模式冬小麦和夏玉米一年2熟种植和春玉米一年1熟种植为研究对象,通过大田试验对雨养旱作条件下冬小麦、夏玉米和春玉米3种作物构成的2种种植制度的产量、耗水、投入、产出进行分析。试验于2007—2013年在中国科学院栾城农业生态系统试验站进行,该站为华北平原高产农区的典型代表。试验共设2个处理,T1为冬小麦-夏玉米一年2熟制,T2为春玉米一年1熟制。T1中的冬小麦生育期为每年的10月中上旬至翌年的6月中旬,夏玉米为6月中下旬至10月上旬,冬小麦品种大部分年份为‘科农199’,夏玉米品种为‘郑单958’。T2中春玉米的生育期为每年的5月中下旬至当年的9月上中旬,品种为‘农大108’、‘浚单20’、‘郑单958’和‘先玉335’。试验区从2007年9月至2013年6月一直未灌溉,为雨养旱作条件。研究结果表明,雨养旱作条件下,冬小麦产量基本稳定;夏玉米和春玉米产量随年型不同波动较大,尤其是夏玉米产量受播种时土壤含水量的影响较大,很多年份由于干旱少雨,玉米出苗时间推迟,导致玉米产量大幅度降低。T1比T2虽然具有明显的产量优势,增产34.1%,但由于冬小麦生产投入较高,T1的净收益比T2低279.97元·hm-2。3种作物的生产投入中,农资和机械投入比例最大,劳动力投入占很小比例,农资投入中,化肥投入最高;3种作物的产投比分别为1.42、2.66和3.42,雨养旱作条件下冬小麦的产投比最低,春玉米最高。从作物的耗水结构分析,冬小麦生育期降雨较少,以消耗雨季储存于土壤中的土壤水分为主,春(夏)玉米生育期降雨较多以消耗降雨为主。目前,生产上正在自发地压缩冬小麦的种植面积,春玉米一年1熟种植面积迅速增加。因此,在保证区域粮食安全的条件下,通过调整农业种植结构可以控制水资源的过度开采,保证农业持续发展。     

冬前不同管理措施对土壤温度和冬小麦早期生长的影响

华北平原冬小麦/夏玉米一年两作下的少免耕和秸秆还田在减少耕作投入和降低农田无效蒸发方面作用显著,但也存在一些不利影响。本研究通过详细测定镇压、冬灌、秸秆覆盖等措施对土壤温度和冬小麦早期生长的影响,明确了少免耕和秸秆还田等措施的实施效果,为农业生产提供指导。结果表明,秸秆覆盖后土壤表层和5 cm深度最低地温越冬前、越冬期间和返青后比不覆盖分别高2.37℃、3.18℃、1.68℃和0.57℃、1.28℃、0.34℃,最高温度分别低2.68℃、4.40℃、4.82℃和0.54℃、0.75℃、1.85℃;冬灌后至冬小麦返青期表层土壤和5 cm处土壤平均最低温度比不冬灌分别高0.88℃和0.93℃,返青至拔节期两个层次的最高温度相差5.35℃和5.57℃;镇压与不镇压温度差异不明显。与对照相比,越冬前后秸秆覆盖和冬灌后冬小麦的茎蘖数和生物量都较低,尤其是在返青期,秸秆覆盖和冬灌下的茎蘖数和生物量比对照分别低29.8%、27.7%和5.2%、21.2%。秸秆覆盖和冬灌在冬季可降低最低温度的降幅,但春季不利于地温回升,有延缓冬小麦生长发育的可能。     

农业技术和气候变化对农作物产量和蒸散量的影响

随着农业生产条件的改善、品种改进和有利的气象条件的变化, 世界各地的作物产量得到大幅度提高, 但作物的蒸散量却未出现大幅度提高。本文以石家庄气象站1955~2007 年的气象资料为基础, 分析了河北省冬小麦和夏玉米生长期间主要气象因素变化, 结合中国科学院栾城农业生态系统试验站长期定位灌溉试验的研究结果, 分析了农业生产条件和气象因子变化对冬小麦和夏玉米产量及耗水量的影响。结果表明,1955~2007 年冬小麦和夏玉米生长季的气象因子发生了变化, 日照时数、相对湿度、风速、气温日较差显著降低, 最低气温、平均气温和积温显著升高, 气象因子的变化对作物总蒸散量未产生明显影响, 但由于降水减少,作物生长期间的灌溉需水量呈增加趋势。长期灌溉试验结果表明, 随着农业生产条件的变化和品种的改良, 冬小麦和夏玉米的产量不断增加, 而耗水量的增加幅度小于产量增加幅度, 夏玉米的耗水量呈稳定状态。节水技术的推广和应用对维持耗水量稳定起着非常关键的作用。     

华北平原秸秆覆盖冬小麦减产原因分析

秸秆覆盖是减少农田棵间蒸发和提高水分利用效率的措施之一。冬小麦/夏玉米一年两作种植中, 秸秆资源非常丰富, 随着机械化作业的发展, 小麦秸秆覆盖夏玉米技术在同类地区得到成功应用和推广。但夏玉米秸秆覆盖冬小麦后对冬小麦的生长发育产生了一些不利影响, 造成了冬小麦不增产或减产, 限制了该项技术的推广。秸秆覆盖造成冬小麦穗数的降低是冬小麦产量降低的主要原因, 其次是千粒重的降低。大部分研究表明秸秆覆盖小麦地表后, 使根区土壤温度白天最高温度低于不覆盖处理, 夜间的最低温度高于不覆盖处理, 土壤温度的日较差减小。秸秆覆盖下根区温度的变化可能是引起小麦生长发育滞后和产量降低的主导因素。本文综述了华北平原秸秆覆盖冬小麦减产原因, 为实现两熟区冬小麦秸秆覆盖提供理论依据。     

微咸水灌溉对土壤盐分平衡与作物产量的影响

河北低平原淡水资源短缺,微咸水资源丰富,合理开发利用微咸水已经成为缓解水资源供需矛盾的重要途径之一。本研究于2011—2015年在河北省沧州市中国科学院南皮生态农业试验站进行,以冬小麦和夏玉米一年两熟种植体系为研究对象,开展了河北低平原区实施微咸水灌溉对冬小麦及下茬作物夏玉米产量及灌溉对土壤盐分周年平衡的影响。2013—2014年冬小麦灌溉处理设雨养旱作处理(CK)、拔节期淡水灌溉1水(F1)、拔节期用2 g·L~(-1)、3 g·L~(-1)、4 g·L~(-1)、5 g·L~(-1)的微咸水灌溉1次(B21、B31、B41、B51)、拔节期和灌浆期用淡水灌溉(F2)、拔节期用3 g·L~(-1)的微咸水+灌浆期用淡水灌溉(B31F1)、拔节期用淡水+灌浆期用3 g·L~(-1)微咸水灌溉(F1B31)、拔节期和灌浆期都用3 g·L~(-1)的微咸水灌溉(B32)、拔节期、抽穗期和灌浆期都用淡水灌溉(F3)。2014—2015年根据上年度的试验结果对试验处理进行了精简,冬小麦灌溉处理设CK、F1、B31、B41、B51、B42(拔节期和灌浆期都用4 g·L~(-1)的微咸水灌溉)。结果表明,一般年型下冬小麦生育期灌溉2水就能获得高产和稳产,平均产量为6 593.4 kg·hm~(-2)。利用小于5 g·L~(-1)的微咸水灌溉,与淡水灌溉相比,不会造成冬小麦产量降低,灌溉1次微咸水比雨养旱作处理增产10%~30%,可用微咸水替代1次淡水。微咸水灌溉条件下冬小麦收获时土壤盐分有所积累,表层土壤含盐量大于1 g·L~(-1),影响下茬玉米的出苗和生长,但夏玉米播种后用675~750 m3·hm-2淡水灌溉可满足耕层淋盐需求,达到玉米生长的安全阈值,与淡水灌溉处理的玉米产量相比不减产。利用夏季降雨,可使土壤盐分得到淋洗,当夏季降雨量大于300 mm时,冬小麦微咸水灌溉下土壤盐分达到周年平衡。沧州地区73%以上的年份,夏季降雨量大于300 mm,为土壤淋盐创造了条件,保证了微咸水替代一次淡水灌溉的安全性。     

金丝小枣蒸散和作物系数变化规律研究

采用Probe12植物茎液流计和小型蒸发器分别测定了金丝小枣生长期间的日蒸腾和棵间蒸发。蒸腾存在日变化和季节性变化,果实膨大期蒸腾的日变化呈双峰曲线,萌芽展叶期、开花坐果期、果实成熟期和落叶期的日变化呈单峰曲线;萌芽展叶期、开花坐果期、果实膨大期、果实成熟期和落叶期的蒸腾量分别占生长季总耗水量的12.2%、16.5%、48.1%、13.2%、10.1%,金丝小枣生育期总蒸腾量346.8 mm,棵间蒸发231.7 mm,总蒸散578.5mm;棵间蒸发占总蒸散量的40.1%。枣树的作物系数随生育期变化从前期的0.27,到中期0.92,后期0.71,作物系数与冠层覆盖度呈显著正相关关系,决定系数为R2=0.758 6(P<0.01)。