华北平原灌溉农田的土壤水量平衡和水分利用效率

华北平原农业面临的主要问题是水资源短缺,地下水位持续下降。通过一维土壤水量平衡模型模拟了华北平原不同灌溉方式下农田耗水量和土壤水分深层渗漏的变化,并分析了作物的产量和水分利用效率。结果显示在正常的灌溉条件下,冬小麦季地下水的采补差额超过了200mm,某生育期一定程度的水分亏缺(返青期、拔节期或灌浆期)能明显减少冬小麦的耗水量,但没有明显减少作物的产量。因此,在一定程度上减少灌溉是可行的,但仍不能达到地下水资源的采补平衡。从长远来看,华北平原维持可持续的地下水灌溉开采,应减少冬小麦的种植面积、增加低耗水经济作物的比例。     

地下水埋深对春玉米田土壤水分及产量的影响

通过6种地下水位控制处理和对照春玉米试验,探讨了地下水埋深对春玉米农田土壤水分、产量以及水分利用效率的影响。结果表明,地下水埋深对春玉米0～100cm层次土壤水分的影响较大。地下水位越浅这种影响显得越明显;无论地下水埋深深浅,田间累计地下水补给量变化规律可分为4个阶段,即稳定增长期、缓慢增长期、快速增长期和趋于稳定期。地下水位越高,累计地下水补给量越大,土壤排水量越大。较大降雨后土壤开始排水日期随着地下水埋深加深而滞后;地下水埋深1.0m时春玉米产量和水分利用率最高。地下水位在1.0m以下时,水分利用效率随地下水位加深而减少。     

地下滴灌埋管深度对冬小麦根冠生长及水分利用效率的影响

在试验室内，进行了地下滴灌埋管深度对不同生育时期冬小麦根系生长和地上部分生长影响的试验研究。结果表明：20 cm和40 cm埋管深度的水分分布特征，在生育早期抑制地上部分营养生长，促进冬小麦蹲苗；而中后期则促进生殖生长，产量和水分利用效率较高。不考虑犁底层影响时，在重壤土上40 cm是冬小麦进行地下滴灌的较好埋深。     

中国科学院栾城农业生态系统试验站农田节水研究过去、现在和未来

本文回顾了中国科学院栾城农业生态系统试验站(以下简称栾城试验站)建站初期20 世纪80 年代以来在农田节水方面开展的研究。20 世纪80 年代以作物优化灌溉制度为研究重点, 解决生产实际问题; 20 世纪90 年代围绕土壤-植物-大气系统水分传输和界面调控开展了系统研究, 为农田节水措施的形成提供理论基础和技术途径; 近10 年来进一步深化了农田节水生理生态研究, 并根据多年研究积累, 形成了综合节水技术模式, 进行推广应用。未来栾城试验站农田节水工作将更加突出多学科渗透交叉, 以提高农田水分利用效率和效益为目标, 加强基础研究和节水技术的示范应用。     

以栾城试验站为研究基地的科研论文发表情况分析

运用CNKI 和ISI Web of Knowledge 两大数据库的文献计量分析工具, 统计了1981 年到2010 年间在中国科学院栾城农业生态系统试验站开展科学研究的科技论文发表情况。结果表明: 所检索到的过去30 年发表的论文为1 151 篇, 其中中文论文920 篇、英文论文231。1981~2010 年, 年度发表论文数量呈稳步增长趋势, 2001年以前发表的科技论文主要以中文论文为主, 2001 年以后英文论文数量逐年增加, 年均增长速度为22.4%; 中文论文2005 年达到高峰后逐年减少。论文作者单位主要集中在河北、北京、山东等地, 与国外合作单位主要集中在日本、美国。论文的关键词出现频率较高的为: 小麦、水分利用效率、玉米、产量、土壤水分等。开展研究所得到的资助项目主要以国家科研计划项目和中国科学院科研计划项目为主, 其次为地方科研计划项目, 国际合作项目相对较少。论文发表的期刊来源主要为:《中国生态农业学报》、《干旱地区农业研究》、《华北农学报》、《Hydrological Processes》、《Agricultural Water Management》、《Plant, Soil and Environment》、《Irrigation Science》。发表论文的平均引用次数为5.6 次, 引用次数超过100 次的论文为6 篇, 引用次数超过50 次的论文为34 篇。     

立足试验 实现资源高效型农业的科技创新

"中国科学院栾城农业生态系统试验站"(简称"栾城试验站")于1981 年建站至今历时30 年, 试验研究工作取得了蓬勃发展。栾城试验站成立以来的试验工作始终坚持面向国家粮食安全、水安全、生态与环境安全的重大战略需求, 结合农业现代化和华北农业资源持续利用, 立足大田与大规模实验及试验示范, 致力创新, 开创农业节水科技新局面。现已成为知名的国家级野外科学观测研究站与中国生态系统研究网络(CERN)的第一批基本台站。并且依托栾城试验站申报、竞争并获准成立了"河北省节水农业重点实验室"与"中国科学院农业水资源重点实验室"。至2011 年, 栾城试验站先后承担了许多国家与省部的重大研究计划项目, 包括国家科技攻关计划项目, 国家科技支撑计划项目, 国家自然科学基金重大、面上与青年基金项目, 国家重点基础研究发展计划(973 计划)项目, 国家高技术研究发展计划(863 计划)项目及省部重大项目等。获得了国家科技进步二等奖4 项, 省部级科技进步奖和自然科学奖一、二等奖12 项, 国家专利78 项, 制定地方标准3项。通过栾城试验站的开放, 至今已接待数百人次国内外专家的来访, 开展了数十项国际交流和国际合作项目, 包括欧洲、北美、澳大利亚、日本、拉丁美洲等数十个国家与地区。     

浅埋滴灌水氮钾互作对春玉米水分利用效率的影响

为揭示浅埋滴灌水肥互作对春玉米水分利用效率（water use efficiency,WUE）的影响,采用二次回归正交设计,以灌水量（W）、施氮量（N）、施钾量（K）为自变量,WUE为因变量,于2017—2020年开展了不同水肥用量组合对浅埋滴灌春玉米WUE影响的田间试验。结果表明：单因子作用下,WUE随水肥用量的提高均呈先升高后降低的变化趋势,影响大小为W>N>K;2个因子互作时,WN、WK、NK对WUE的影响均呈1个凸面趋势变化,且存在最大值,影响大小为WN>NK>WK;W、N、K 3个因子共同作用时,WUE随W、N、K 3个因子编码水平的共同提高呈先升高后降低的趋势变化,中水中肥较低水低肥和高水高肥用量组合可获得较高WUE。通过模型寻优,得出在灌溉量为43.25~58.87 mm、施氮量为229.93~382.97 kg/hm²、施钾量为104.94~148.49 kg/hm²条件下,可获得较高WUE （≥25.00 kg/（hm²·mm））。研究结果可为试验区春玉米浅埋滴灌水肥优化管理、水分高效利用提供科学依据。     

立式深旋耕作对西北半干旱区马铃薯水肥利用和产量的影响

[目的]立式深旋耕作能提高土壤供水能力和促进作物根系发育,有利于作物对养分的吸收利用.[方法]在西北黄土高原半干旱区于2016-2018年布设马铃薯定位试验,设计立式深旋耕作40 cm(VRT)、深松40 cm(SS)和旋耕15 cm(TT)3个处理.在马铃薯播期、盛花期和收获期测定土壤含水量、碱解氮、有效磷、速效钾含...     

深松深度对南疆滴灌棉田水分利用效率与产量的影响

为探明深松对南疆滴灌棉田耗水特性、水分利用效率及产量的影响。在新疆阿瓦提县棉花科研示范基地开展田间深松试验,设置3个深松深度（TD1,30 cm;TD2,40 cm;TD3,50 cm）,以不深松为对照（CK）,比对分析不同处理土壤容重、棉田耗水特征、干物质积累量、产量及水分利用效率的变化。结果表明,深松处理均能降低土壤容重,提高快速生长期深层水分的利用吸收,增加棉田土壤水分消耗量和蒸散量;与CK处理相比,TD1、TD2和TD3处理0～60 cm平均土壤容重降低1.0%、1.9%和3.3%,花铃期0～80 cm土层平均土壤质量含水率减小5.3%、11.6%和11.3%,全生育期土壤水分消耗量显著增加31.4、30.0和47.4 mm,总蒸散量则显著增大6.7%、6.3%和10.0%。深松处理对棉花干物质积累量、产量及水分利用效率具有显著促进效应,但并不随深松深度的增加呈逐渐增大趋势,当深松深度为TD2时更有利于获得最大干物质积累量、最高产量和最大水分利用效率;吐絮期TD1、TD2和TD3处理干物质积累量分别较CK增加11.6%、22.5%和20.8%,产量显著增加7.0%、15.5%和13.0%,TD2处理水分利用效率较CK和TD3提高8.9%和6.3%。可见,深松40 cm既能优化土壤耕层结构,又能协同棉花产量及水分生产力的最大化,是南疆绿洲滴灌棉田适宜的深松深度,在南疆旱作棉田合理耕层构建中具有一定的推广应用价值。     

黄土丘陵沟壑区旱作农业轮作模式综合评价

[目的]以不同轮作模式为研究对象,研究不同轮作模式对土壤容重、土壤含水量及作物产量的影响,优化兰州市旱地区作物种植制度。[方法]以马铃薯(P)、玉米(M)、蚕豆(B)为供试作物,开展9种年际间轮作模式试验,分别为:(P-P-P),(M-M-M),(B-B-B),(P-M-P),(P-B-P),(M-P-M),(M-B-P),(B-B-P),(M-M-B)。测定不同轮作模式下,土壤容重、土壤水分及作物产量,并进行经济效益分析。[结果]马铃薯轮作模式(P-M-P,P-B-P,M-P-M,M-B-P及B-B-P)能显著减少0—40cm土层的土壤容重,对40—60cm土层的土壤容重没有显著影响;不同作物轮作下土壤含水量、耗水量影响大小相似:玉米>马铃薯>蚕豆,水分利用效率受作物种类影响大小为:马铃薯>玉米>蚕豆,其中轮作模式以M-M-M下土壤含水量最低、耗水量最大,B-B-P下水分利用效率最高;同种作物轮作产量均高于连作产量,如2016年P-M-P,P-B-P,M-B-P,B-B-P较连作P-P-P产量分别提高了40.37%~79.28%,M-M-B蚕豆轮作较B-B-B连作增产23.56%,M-P-M轮作较M-M-M连作玉米产量提高10.51%;不同轮作模式经济收益大小与连作相比,轮作更利于产量与经济收益的提高。[结论]综合土壤容重、水分利用效率、产量及经济效益,P-B-P与P-M-P轮作模式,能改善土壤环境、提高产量与经济效益可作为主推轮作模式。M-B-P轮作模式经济效益次之,但水分利用效益较高,能作为协调水分利用的种植模式。     

洛阳孟津冬小麦生产潜力长周期定量模拟与评价

以洛阳孟津地区气象数据库、土壤数据库、作物数据库和多年田间试验数据库为基础, 应用DSSAT作物生长模型估算了当地冬小麦光温生产潜力和光温水生产潜力, 并对节水潜力及途径进行了分析.结果表明, 洛阳孟津地区46年冬小麦光温生产潜力为7 571～10 965 kg·hm-2, 平均9 209 kg·hm-2, 此值可作为当地补灌区产量的上限参考值; 光温水生产潜力为3 957～7 450 kg·hm-2, 平均5 510 kg·hm-2, 仅占光温生产潜力的59.8%, 此值可作为雨养冬小麦产量的上限参考值.冬小麦生育期内平均降水量为226.29 mm, 不及需水量的一半, 平均水分亏缺量占生育期降水量比例高达72.5%, 平均水分满足率为66.4%, 生育期水分亏缺成为影响洛阳孟津地区旱作冬小麦生产发展的首要障碍.不同土壤类型及不同降雨年型冬小麦潜在水分利用效率变幅较大, 波动范围为12.06～22.94 kg·hm-2·mm-1, 46年均值为16.94 kg·hm-2·mm-1.近8年旱作冬小麦现实水分利用效率仅占潜在水分利用效率的58.5%, 平均光温水生产潜力开发度为60.5%.结果表明, 洛阳孟津地区冬小麦节水潜力较大, 采用合理的节水农业措施, 加强农田建设, 改善地力, 增强土壤储水蓄水能力, 高效利用降水资源, 提高水分利用效率是今后提高冬小麦产量的重要途径.     

灌溉方式对西辽河平原玉米产量及水分利用效率的影响

为研究西辽河平原3种主要灌溉方式（浅埋滴灌、膜下滴灌和传统畦灌）对玉米产量和灌溉水利用率的影响,进而为生产上推广适宜节水灌溉方式提供理论依据,2017—2018连续2 a实施大田对比试验,测定了玉米干物质积累量、产量及组成等指标。结果表明,在吐丝后10~40 d,干物质积累总量以膜下滴灌和浅埋滴灌最大,传统畦灌最小,9月26日以浅埋滴灌最高,膜下滴灌最低,但二者均与传统畦灌之间的差异均不显著;干物质转运率及干物质转运量对籽粒的贡献率均表现为浅埋滴灌＞传统畦灌＞膜下滴灌,其中干物质转运率浅埋滴灌分别较膜下滴灌和传统畦灌高16.7%和5.6%,干物质转运量对籽粒的贡献率浅埋滴灌分别较膜下滴灌和传统畦灌高12.8%和3.5%;籽粒干质量强势粒和弱势粒在吐丝后30 d之内处理间差异较小,吐丝30 d后随着生育期推移处理间差异逐渐增大;平均灌浆速率强势粒以膜下滴灌最高,传统畦灌最低,弱势粒则以浅埋滴灌最高,膜下滴灌最低,而活跃生长期强势粒和弱势粒均表现为浅埋滴灌＞传统畦灌＞膜下滴灌;玉米籽粒产量2017年浅埋滴灌显著高于膜下滴灌（P＜0.05）,但与传统畦灌之间差异不显著,2018年表现为浅埋滴灌＞传统畦灌＞膜下滴灌（P＜0.05）;灌溉水利用效率不同处理间2 a变化规律一致,浅埋滴灌和膜下滴灌均显著高于传统畦灌（P＜0.05）。浅埋滴灌不仅具有节水、增产作用,而且由于地表无膜有效地避免了残膜污染,是西辽河平原灌区玉米高产高效栽培适宜的灌溉方式。     

耕作方式对农田土壤水分变化特征及水分利用效率的影响

探讨耕作方式对土壤含水量及水分利用效率的影响,对于高效利用自然降水,提高自然降水利用效率,增加作物产量具有重要的理论与实践意义。因此,采用铝盒称重法测定不同年份、季节、土壤剖面及冻融前后土壤含水量,研究不同耕作方式对土壤含水量及作物水分利用效率的影响。结果表明:在特定时期内土壤含水量随土层深度的增加而减少,特别是土层40cm以下尤为明显,而且随季节呈波动性变化且受降雨影响较大;季节冻融作用明显降低土壤含水量,但深松较其他处理土壤含水量增幅为0.93%~2.23%;土壤贮水量随季节呈先增后降的趋势变化,且生育前期明显高于生育后期;不同耕作方式对田间耗水量和耗水系数无显著影响,但深松耕作显著提高作物水分利用效率,并且水分利用效率与产量的相关性达到极显著水平(r=0.76**)。综合分析认为,保护性耕作结合深松是有效改善耕层结构,增加土壤含水量,提高自然降水利用效率的有效耕作方法。因此,该研究可为东北雨养农业区留茬深松保护性耕作技术的推广提供理论依据。     

保护性耕作冬小麦产量及土壤水分变化研究

利用长期定位试验(1999~2009年),在豫西旱区坡度为8°的黄土坡耕地上,研究了连续10年来免耕覆盖、深松覆盖和传统耕作不同耕作措施对冬小麦产量及土壤水分变化的影响。结果表明:(1)保护性耕作的实施随着年份的增加表现出增产效果,欠水年增产显著,丰水年增产较少,免耕覆盖和深松覆盖增产效应不同。其中免耕覆盖在5年以后表现稳定增产,产量幅度为3857~5547 kg hm-2,10年间平均增产4.42%。深松覆盖在所有年份均表现增产,10年间有9年较传统显著增产,增产幅度为5.2%~20.9%,产量幅度为4593~5844 kg hm-2,10年间平均增产8.67%。(2)在半湿润的豫西北旱区年降水量总体呈下降趋势的情况下,夏休闲期和小麦生育期免耕覆盖和深松覆盖下土壤含水量均高于传统耕作,在干旱年份差异更明显。(3)免耕覆盖和深松覆盖下土壤水分垂直变化的变异系数高于传统耕作,且有随着土层深度的增加而增加的趋势,说明二者有利于降水的入渗和蓄水保墒。(4)深松覆盖和免耕覆盖可有效提高土壤水分利用效率,干旱年份其水分利用效率提高的幅度也较大。10年免耕覆盖水分利用效率平均提高0.02 kg m-3,深松覆盖水分利用效率平均提高0.05 kg m-3。     

北方旱区现实生产潜力及开发途径的研究

通过肥力梯度和封闭式控制水分条付的试验，建立干旱地区普遍适用的现实生产潜力试验模式。运用此模式可以求知同类型任何地点和年份的现实生产潜力。在分析旱地农业寿阳试验区生产潜力现状的基础上，针对水分是制约该地区农田生产潜力的关键因子，从提高水分利用效率入手提出了容易实施并且见效快的开发生产潜力的三条途径：（１）抑制棵间地面蒸发；（２）科学增施肥料；（３）良种化。     

毛管埋深和层状质地对番茄滴灌水氮利用效率的影响

为了确定不同质地土壤中地下滴灌的适宜毛管埋深,通过两年日光温室滴灌施肥灌溉试验,研究了毛管埋深、土壤层状质地和施氮量对番茄产量、品质及水分利用效率（WUE）、氮肥表观利用率（AFUE）和氮肥偏生产力（PFP）的影响。研究结果表明,均质壤土中,毛管埋深、施氮量及其交互作用对番茄产量和WUE影响不显著,地下滴灌番茄Vc含量比地表滴灌低;番茄AFUE随毛管埋深增加而降低,施氮量由150 kg/hm2增加到225 kg/hm2时,番茄PFP显著降低。对均质壤土,建议毛管埋深15 cm、施氮量150 kg/hm2,以获得较高的PFP。土壤的层状质地结构明显降低番茄的产量、WUE和PFP,与均质壤土处理相比,上砂下壤和砂土夹层处理WUE分别低32%和11%,产量和PFP分别低33%和12%,从提高水氮利用效率的角度出发,建议在上粗下细（上砂下壤）的层状土壤中慎重使用地下滴灌。     

作物水肥优化耦合区域的图形表达及其特征

用中国科学院安塞实验站田间试验数据,建立了水肥供应与玉米产量、耗水量的关系模型。以作物水分利用效率与产量为目标,得到了两类作物水肥优化耦合区域。在水肥坐标面上,取两种方向(与产量达到最大的点的连线的方向及产量曲面的梯度方向),得到的水分生产弹性系数等于1和等于0的点所形成的区域均呈椭圆形,分别称为第一类椭圆和第二类椭圆。第二类椭圆与第一类椭圆相比,短轴缩小,长轴没有变化。最大产量与最大水分利用效率处于长轴的两个端点上。由此椭圆,根据节肥要求等条件,得到了水肥优化耦合区域。可在此区域内决策水肥的优化投入.     

麦前深松对夏玉米土壤物理性状和生长特性的影响

为探明华北地区深松耕作方式对夏玉米生育期土壤物理性状和水分利用效率的影响,在河南省新乡采用冬小麦播前深松耕作(PS)、传统旋耕(CK)2种耕作方式,对夏玉米各生育期间的土壤粒径组成、容重、土壤紧实度、夏玉米生长发育指标及水分利用效率等进行了研究。结果表明:PS处理下土壤粒径组成无明显变化,全生育期PS较CK处理0—40cm土层土壤容重降低0.63%~3.85%,孔隙度提高0.27%~3.67%;拔节期PS较CK处理20—30,30—40cm土层土壤紧实度显著降低37.76%,22.26%;全生育期PS处理的土壤含水率、夏玉米株高、叶面积指数、干物质积累量均高于CK,产量提高了9.50%,穗长和穗粒重提高了4.18%和6.50%(p0.05),水分利用效率提高5.08%,节水增产效果显著。     

2000-2020年昌吉州东部平原区地下水位埋深对土地利用及干旱时空演变的动态响应

联合土地利用与覆被变化及气象干旱综合分析区域地下水位埋深变化及其动态响应关系,明晰地下水位埋深变化的阶段性主导因素,对地下水超采地区综合治理和地下水资源有效管控具有现实意义。选取昌吉州东部平原区2000-2020年78眼地下水监测井月尺度地下水位埋深数据资料及5期遥感影像数据并结合同期多尺度标准化降水蒸散发指数SPEI,分析不同时空尺度地下水位埋深对土地利用/覆被变化及SPEI的动态响应规律,探讨研究区土地利用变化与干旱变化趋势对地下水埋深变化的综合影响。结果表明：研究区21年间地下水位埋深表现出不显著变化(2000-2005年)-显著增大(2005-2014年)-变缓(2014-2017年)-持续增大(2017-2020年)的变化特征,整体呈持续增大动态趋势,空间分布呈北向南逐渐增大特征;同期土地利用类型面积发生了显著变化,耕地为其主要的土地利用类型,面积呈持续增加趋势,分形维数呈现出先降低(2000-2005年)后升高(2005-2010年)再降低(2010-2020年)的变化特征;SPEI年际动态变化呈显著干旱趋势变化特征,年尺度序列在2012年、2017年发生突变,2016年开...     

玉米地埋式滴灌土壤水分迁移规律研究

在地埋式滴灌条件下,对不同毛管埋深及间距对大田玉米土壤水分迁移规律进行了研究。结果表明,毛管在同一埋设深度时,随着铺设间距的增大,肉眼观察到的横向湿润锋交汇深度也加深。毛管埋设深度为30 cm、间距为60、70、80 cm时,其湿润锋交汇的土层深度分别为0～10、10～20、15～20 cm;毛管埋设深度为35 cm、间距为60、70、80 cm时,其湿润锋交汇的深度土层分别为0～10、30～35、30～35 cm;毛管埋设深度为40 cm、间距为60、70、80 cm时,其湿润锋交汇的土层深度分别为10～20、20～30、25～30 cm。