Spectral and thermal sensing for nitrogen and water status in rainfed and irrigated wheat environments

Variable-rate technologies and site-specific crop nutrient management require real-time spatial information about the potential for response to in-season crop management interventions. Thermal and spectral properties of canopies can provide relevant information for non-destructive measurement of crop water and nitrogen stresses. In previous studies, foliage temperature was successfully estimated from canopy-scale (mixed foliage and soil) temperatures and the multispectral Canopy Chlorophyll Content Index (CCCI) was effective in measuring canopy-scale N status in rainfed wheat (Triticum aestivum L.) systems in Horsham, Victoria, Australia. In the present study, results showed that under irrigated wheat systems in Maricopa, Arizona, USA, the theoretical derivation of foliage temperature unmixing produced relationships similar to those in Horsham. Derivation of the CCCI led to an r ² relationship with chlorophyll a of 0.53 after Zadoks stage 43. This was later than the relationship (r ² = 0.68) developed for Horsham after Zadoks stage 33 but early enough to be used for potential mid-season N fertilizer recommendations. Additionally, ground-based hyperspectral data estimated plant N (g kg⁻¹) in Horsham with an r ² = 0.86 but was confounded by water supply and N interactions. By combining canopy thermal and spectral properties, varying water and N status can potentially be identified eventually permitting targeted N applications to those parts of a field where N can be used most efficiently by the crop.     

底栖动物生物指数水质评价进展及在中国的应用前景

介绍了基于底柄动物的3类广泛应用的水质生物评价参数:Saprobic指数、BI指数、群落多样性指数,并结合它们在水质和水资源管理中的应用现状分析了各指数的优缺点.Saprobic指数和BI指数已是欧盟成员国及美国等国重要的水质生物评价指数,中国的水质生物监测技术规范中尚缺乏类似的生物指数.分析了中国开展BI指数水质生物评价研究的现状,探讨了中国建立BI指数评价标准与规范的研究基础、不足、应用前景和今后的研究建议.同时指出,目前的研究重点是底柄动物耐污值计算和BI指数水质基准.     

野生苋菜在水分胁迫下的适应性表现及其应用探讨

通过室内水分控制试验,研究了水分胁迫对4种常见野生苋菜的生长量、叶片相对电导率和叶绿素含量的影响。结果表明,水分胁迫下,4种苋菜生长均受到显著抑制,株高和基径平均降低了29.71%和26.11%,主根长和主根直径平均降低了16.81%和21.84%;叶片相对电导率在水分胁迫下均增大,平均相对增量为313.87%;水分胁迫使叶绿素含量增加了75.13%。研究表明,野生苋菜可能通过形态和生理上2种自我调节方式来适应水分胁迫,满足不同绿地需求,在园林绿化建设中值得推广应用。     

不同冬小麦品种超晚播节水栽培的物质积累和水分利用特征

为探究超晚播条件下不同品种冬小麦的物质积累和水分利用特征,采用3个不同穗型冬小麦品种(小穗型衡水4399;大穗型潍麦8号;中间型济麦22)在黑龙港地区进行了连续3年的大田试验。结果表明,超晚播配合增加播种量,春浇1水可以获得产量为6.43~8.24t/hm~2。在3个品种中,济麦22产量和水分利用效率最高。品种间产量的差异主要是粒重差异引起的。济麦22较高的千粒重和产量与其较高的开花期穗生物量分配、花后物质积累和收获指数密切相关。济麦22花前水分的穗干物质生产效率、花后水分的干物质生产效率和籽粒干物质生产效率均显著高于潍麦8号和衡水4399,从而获得了最高的水分利用效率。综合分析表明,穗型中等、花后物质积累和水分生产力高的品种更适合于超晚播节水栽培。     

减氮条件下不同施肥措施对双季稻产量和N肥利用的影响

氮(N)肥减施、作物稳产以及土壤固碳的"共赢"对于区域农业生态环境的可持续发展具有重要意义。以南方红壤性水稻土的肥料定位试验为例,研究减N(75%常规N肥)条件下不同施肥措施对双季稻田生产力和N肥农学利用效率(ANUE)的影响。试验设置对照(CK)、常规N肥(CF)、75%N肥(DF)以及在此基础上的N肥配施稻草(RS)和N肥配施粪肥(OM)等5个处理。结果表明:减N条件下DF、RS和OM处理的双季稻产量分别为7.83 t/hm2、7.26 t/hm2和8.05 t/hm2,除了OM处理明显高于CF(7.60 t/hm2)外,其余两种处理与CF相比并无显著差异。但是RS处理由于早稻的减产导致其双季稻产量显著低于DF和OM处理,而后两者之间差异不显著,说明减N条件下N肥配合粪肥施用的稳产效果优于稻草。DF处理下ANUE为13 kg/kg,较CF处理(10kg/kg)显著提高了30%。OM处理的ANUE(14 kg/kg)与DF差别不大,但是RS处理的ANUE(9 kg/kg)却较DF下降了31%,揭示减N条件下N肥配合粪肥施用能够维持N肥的农学利用效率,而稻草还田并不利于肥料N的利用。此外,与CF相比,DF处理并未降低耕层土壤有机碳(SOC)含量,而RS和OM处理下SOC含量由于有机物质的输入而增加显著。研究表明,75%的N肥施用量能够维持亚热带区双季稻的产量与耕层SOC水平,并促进肥料N的高效利用。在75%N肥施用的条件下,化肥配合粪肥施用不仅能够减少化肥N的施用量,还可维持双季稻产量和肥料N素的农学利用效率,其效果明显优于稻草。     

干旱胁迫下不同抗旱性小麦品种产量形成与水分利用特征

在移动防雨棚条件下,以晋麦47(抗旱性强)、偃展4110(抗旱性弱)和矮抗58(抗旱性中等)为材料,在足墒播种、安全越冬基础上,设置拔节~成熟期持续干旱(W1)、开花~成熟期干旱(W2)、拔节~成熟期供水适宜(W3)3种水分处理,研究了干旱胁迫对不同抗旱性冬小麦品种产量形成和水分利用的影响。结果表明:供水适宜时3个品种的产量和水分利用效率皆无显著差异,干旱胁迫显著降低了各品种产量,降幅表现为晋麦47矮抗58偃展4110。与偃展4110相比,晋麦47干旱时生育前期耗水较多,物质积累量较大,单位面积总粒数较高;而在产量形成期(开花~成熟)叶片蒸腾速率较低,耗水量较小,水分生产效率较高,贮藏物质转运对籽粒的贡献率较高,最终获得较高的产量和水分利用效率。矮抗58在花后干旱条件下具有较高的物质生产能力和花前贮藏物质贡献率,相对产量也较高。综合研究认为,干旱环境下早期的吸水能力和生长能力强、群体库容量大、花前贮藏物质贡献率和花后水分生产效率高是抗旱高产品种的重要特征。     

水分胁迫对4树种幼苗叶水势和持水力的影响

以皂荚(Gleditsia sinensis)、核桃(Juglans regia)、柿子(Diospyros kaki)和黑枣(Diospyros lotus)为材料,在田间持水量为80%、60%、40%和30%的条件下对4树种幼苗叶含水量、叶水势和叶持水力进行了研究。结果表明:严重水分胁迫下,4树种叶含水量降低幅度是核桃<柿树<皂荚<黑枣,核桃和柿树能够保持较高的叶水势,而皂荚和黑枣的叶水势则比较低;充足供水条件下,4树种叶持水力是皂荚>核桃>柿树>黑枣,水分胁迫诱导了皂荚、柿树和黑枣叶片持水力的提高,而耐旱的核桃却没有明显的变化。     

黑龙江省不同土地利用下季节降水-径流-土壤水响应关系研究

为剖析黑龙江省降水、径流、土壤含水量响应关系,以季节为时间尺度,计算全省网格降水、径流和土壤含水量相关系数及比值.其中,降水和径流四季的相关系数均值及春夏秋三季径流与降水比值分别为0.39、0.85、0.55、-0.08和0.23、0.20、0.10;降水和土壤含水量四季相关系数均值及春夏秋三季土壤含水量与降水比值分别为0.31、0.66、0.50、-0.02和0.25、0.08、0.24;四季径流和土壤含水量相关系数均值及春夏秋三季土壤含水量与径流比值分别为0.37、0.58、0.47、0.02和1.12、0.40、2.42.黑龙江省降水-径流、降水-土壤含水量、径流-土壤含水量的响应程度因季节而不同,其响应程度由强至弱为:夏季>秋季>春季>冬季,且冬季相关性极弱,为研究黑龙江省区域各水源转化和季节水资源优化配置提供参考.     

高肥力稻田不同施氮水平下的氮肥效应和几种氮肥利用率的研究

研究了浙北地区高肥力稻田不同施氮水平下的氮肥效应和氮素利用情况.结果表明:不同施氮量下的水稻产量、渗漏水含氮量、土壤含氮量的氮肥效应明显,施氮量在150～225 kg·hm-2时产量没有显著差异,而渗漏水含氮量、土壤含氮量在施氮超过225 kg·hm-2水平下,迅速增加,有引起氮素面源污染的较大危险.氮肥利用率和生产力的结果说明,浙北地区的氮肥利用率普遍较低,氮肥吸收利用率平均只有21.55%,氮肥农学利用率在7 kg·kg-1以下,氮肥的生理利用率不到20 kg·kg-1,大大低于全国平均水平.在考虑氮肥利用率的基础上运用边际收益分析原理得出140～200 kg·hm-2可能是浙北高肥力稻田较理想的施氮水平.     

不同覆盖条件对水果玉米生长发育和经济效益的影响

本研究设置裸地（CK）、拱棚覆盖（处理1）和覆膜（处理2）3个处理，分析了不同覆盖条件下土壤水热环境的变化及对水果玉米出苗率、株高、产量、经济效益的影响。结果表明：与CK相比，处理1和处理2具有较好的抗寒增温保水作用，出苗率分别提高24.49个百分点和23.23个百分点，最终株高分别增加85.97 cm和83.97 cm，经济效益分别增加38 750元/hm2和36 250元/hm2，净利润分别增加27 700元/hm2和35 500元/hm2。综上，处理1和处理2对早播水果玉米出苗、生长都有保护和促进作用，可使水果玉米上市时间提前，增加经济效益；但是因处理1成本较高，故净利润以处理2最高。     

不同肥力下生育后期干旱对冬小麦产量及水分利用效率的影响

采用防雨棚下池栽试验,研究了不同肥力下冬小麦生育后期水分亏缺对冬小麦产量及水分利用效率的影响.结果表明,冬小麦干物质积累量、千粒重、穗数、穗粒数、产量均随土壤肥力和含水量的提高而呈增加的趋势,且与全生育期充分灌溉相比,各干旱胁迫处理的干物质积累量、千粒重、穗数、穗粒数、产量的降幅均随土壤肥力的提高而减小,其中土壤水分含...     

不同土壤水势下贝莱斯芽孢杆菌B006菌剂对茄子的促生增产作用

为了明确水肥一体化灌溉系统中不同土壤水势条件下,施用芽孢杆菌B006菌剂对茄子生长及产量的促进作用,采用灌根法测定施用芽孢杆菌B006菌剂（1×10⁷ CFU·mL^-1）对盆栽茄子幼苗生长的影响。在日光温室开展两因子、两水平交互田间小区试验,在土壤水势分别为-30 kPa和-40 kPa条件下,设置施用和不施用（对照）芽孢杆菌B006菌剂共4组处理。各处理均施用278.77 kg·hm^-2化学肥料（N/P/K为17：9：34）。采用电子张力计监测土壤水势,采用水肥一体化自动灌溉系统进行灌溉。分别在移栽时和定植后30 d浇灌浓度为1×10⁷ CFU·mL^-1的B006菌剂稀释液。35 d后测定茄子的株高、茎粗、叶绿素含量和地上部干质量,50 d后调查茄子开花数,每次施肥前测定土壤速效氮、磷、钾含量,收获期测定产量,收获后测定根长和根干质量。结果表明：施用B006菌剂处理的盆栽茄子株高、茎粗、根长和根干质量比对照分别提高了16.7%、20.7%、28.7%和67.0%。在日光温室大棚试验中,施用B006菌剂处理土壤的速效磷、速效钾含量均低于对照;土壤水势-30 kPa和-40 kPa条件下,施用B006菌剂处理的茄子产量比对照分别提高了24.5%和18.1%。当灌溉量从804.88 m³·hm^-2减少到574.91 m³·hm^-2时,施用B006菌剂的两处理之间产量无显著差异。综上所述,施用芽孢杆菌B006菌剂可以促进茄子对氮、磷、钾的吸收,提高肥料利用率,从而促进植物生长,甚至在少水灌溉条件下不降低茄子产量。     

茶园花期用药后蜂花粉中吡虫啉及其代谢物残留的蜜蜂风险评估

为研究茶花蜂花粉中吡虫啉及其代谢物残留对蜜蜂安全的影响,在茶树始花期喷施10%吡虫啉可湿性粉剂,测定防虫网大棚内茶花蜂花粉样品中吡虫啉及其代谢物吡虫啉烯烃、吡虫啉脲、6-氯烟酸的残留量,并结合现有毒理学数据和风险评估模型进行评估。结果表明:以风险商值(Risk Quotient,RQsp)进行初级风险评估时,吡虫啉在茶树上的使用对蜜蜂具有不可接受的急性接触风险;以暴露量/毒性(Exposure toxicity ratio,ETR)进行暴露评估时,蜜蜂急性经口风险可接受,而成蜂致畸风险在药后13 d内均不可接受。此外,ETR的评价结果还表明,吡虫啉对蜜蜂风险主要源于吡虫啉母体,代谢物的风险占比低于2%。基于风险评价结果以及本实验的局限性,对吡虫啉在茶树上的实际使用风险仍需开展进一步试验。     

不同土地利用方式土下岩溶溶蚀速率及影响因素

以重庆中梁山为例,通过野外埋放标准溶蚀试片、土壤CO2收集装置和进行亮蓝染色示踪试验,测试不同土地利用方式下不同土层碳酸盐岩溶蚀速率、土壤CO2浓度、土壤溶解性有机碳(DOC)含量及土壤含水量、土壤pH值和孔L隙度等性质,探讨不同土地利用方式土下溶蚀速率差异及其影响因素.结果表明不同土地利用方式对土壤理化性质产生影响,形成特定的岩溶微环境,进而影响土下不同层次的岩溶作用:土壤CO2浓度是影响林地和草地旱季土下溶蚀速率的重要驱动力;土壤含水量和供水能力是影响旱季不同土地利用方式溶蚀速率的关键因素;菜地产生的酸性物质较多,土壤pH值最低,其平均溶蚀速率高于林地;土壤DOC随水下渗迁移性强,是林地土下50 cm处溶蚀速率高于土下20 cm处的原因之一.该文为西南岩溶区土下岩溶机理、岩溶碳汇提供理论依据和数据参考.     

Yield and water use responses of winter wheat to irrigation and nitrogen application in the North China Plain

With increasing water shortage resources and extravagant nitrogen application, there is an urgent need to optimize irrigation regimes and nitrogen management for winter wheat(Triticum aestivum L.) in the North China Plain(NCP). A 4-year field experiment was conducted to evaluate the effect of three irrigation levels(W1, irrigation once at jointing stage; W2, irrigation once at jointing and once at heading stage; W3, irrigation once at jointing, once at heading, and once at filling stage; 60 mm each irrigation) and four N fertilizer rates(N0, 0; N1, 100 kg N ha~(-1); N2, 200 kg N ha~(-1); N3, 300 kg N ha~(-1)) on wheat yield, water use efficiency, fertilizer agronomic efficiency, and economic benefits. The results showed that wheat yield under W2 condition was similar to that under W3, and greater than that under W1 at the same nitrogen level. Yield with the N1 treatment was higher than that with the N0 treatment, but not significantly different from that obtained with the N2 and N3 treatments. The W2 N1 treatment resulted in the highest water use and fertilizer agronomic efficiencies. Compared with local traditional practice(W3 N3), the net income and output-input ratio of W2 N1 were greater by 12.3 and 19.5%, respectively. These findings suggest that two irrigation events of 60 mm each coupled with application of 100 kg N ha~(–1) is sufficient to provide a high wheat yield during drought growing seasons in the NCP.     

有机物料输入对土壤及玉米籽粒重金属来源解析及风险评估

在黄泛冲积区添加不同有机物料可以提升土壤肥力,但是否对土壤环境及作物带来潜在的重金属污染风险尚未知。本研究开展了连续2 a的大田环境监测试验,在玉麦轮作条件下采用随机区组设计,分别为CK(对照,不施有机物料)、M1(有机肥用量6 t·hm~(-2))、M2(有机肥用量12 t·hm~(-2))、M3(有机肥用量18 t·hm~(-2))、S1(秸秆质菇渣用量6 t·hm~(-2))、S2(秸秆质菇渣用量12 t·hm~(-2))、S3(秸秆质菇渣用量18 t·hm~(-2))、B1(木质菇渣用量6 t·hm~(-2))、B2(木质菇渣用量12 t·hm~(-2))、B3(木质菇渣用量18 t·hm~(-2))。通过测定各处理0～20 cm土层土壤以及玉米籽粒重金属含量变化,运用Pearson相关分析和聚类分析探究土壤重金属来源和作物品质与不同有机物料的关系,应用潜在生态风险评价法以及污染负荷指数法对土壤进行污染评价。结果表明:以上不同有机物料投入的综合潜在生态风险危害程度均为中等风险,重金属Cd为主要生态危害贡献因子。等量不同有机物中,施用有机肥处理对玉米产量的影响最显著,但对土壤重金属含量的影响也最大;施用木质菇渣处理提升土壤有机质含量的效果最好,且对籽粒重金属含量影响效果最小。同种物料添加下,土壤及籽粒重金属的含量随着施用量的增加而增加,其中M2、M3、S3处理下玉米籽粒中重金属Pb含量超标(0.2～0.295 mg·kg-1),其超标率为35%。应用污染负荷指数法分析结果表明所有处理土壤单因子Cd污染等级属于重污染等级,但除Cd以外的其他重金属含量都远低于我国农用地土壤污染风险管控最低标准,因此土壤重金属含量整体而言仍属于安全等级。研究表明,目前所有处理的土壤重金属含量属于安全等级,但存在潜在的中等生态风险,部分处理玉米籽粒出现轻微Pb超标现象,从快速提高土壤肥力及最大限度减少土壤重金属和农产品污染风险角度,应减少商品有机肥及秸秆质菇渣的高量施入,提倡施用木质菇渣更有利于土壤环境和农产品健康的可持续发展。     

灌水定额和施钾量对膜下滴灌马铃薯产量及水肥利用效率的影响

研究膜下滴灌条件下马铃薯适宜的灌溉制度及施钾方案。于2021年03—06月在山东省日照市进行灌水定额和施钾量对膜下滴灌马铃薯产量及水肥利用效率影响的试验,设置3个灌水定额W1(5 mm)、W2(10 mm)、W3(块茎膨大期前5 mm,膨大期后20 mm)和4个施钾(K₂O)水平K1(180 kg/hm²)、K2(260 kg/hm²)、K3(340 kg/hm²)、K4(420 kg/hm²),共12个处理,每个处理3个重复。结果表明:1)随着灌水定额的增大,耗水量增加,W3处理比W1和W2显著增加23.66%和16.05%。同一灌水定额下,增施钾肥有增加耗水量的趋势(除W3K2外)。2)生育期内马铃薯钾素累积量呈“S”型变化,块茎膨大期前滴灌灌水定额小于10 mm、适量增施钾肥均有利于马铃薯钾素累积。在K4施钾量下,W3处理马铃薯钾素累积最多,与W1和W2相比,钾素利用效率提高17.74%和19.48%,钾素吸收效率没有显著差异,均接近40%。3)同一灌水定额下,马铃薯产量、水分利用效率均在K3处理下获得最大值,K3处理平均产量和水分利用效率分别为32 983.2 kg/hm²和110.3 kg/(hm²·mm),比K1、K2、K4处理分别提高9.53%、5.88%、13.16%和5.91%、3.15%、15.90%。4)同一施钾量下,马铃薯产量和钾肥偏生产力均在W3处理下达到最大值(除W1K1外),W3处理下平均产量和钾肥偏生产力分别为32 294.0和118.1 kg/kg,比W1和W2处理分别提高5.84%、4.02%和8.58%、8.70%。综合考虑马铃薯产量和水肥利用效率,在本试验条件下,马铃薯较为适宜的灌水定额为块茎膨大期前5 mm,膨大期后20 mm,钾肥施用量为340 kg/hm²。     

不同覆盖种植方式与平衡施肥对旱地春玉米产量及水分利用效率的影响

采用田间试验方法,研究了不同覆盖种植方式与平衡施肥对旱地春玉米产量及其水分利用效率的影响。结果表明, 三种覆盖种植方式中,全膜双垄沟播种植方式有利于玉米碳水化合物的合成,增加玉米干物质积累量,N、P、K平衡施肥干物质积累量增加效果明显;与全膜双垄沟播相比,半膜覆盖和裸地种植玉米籽粒产量分别减产8.5%～17.6%和61.1%～95.3%,水分利用效率分别降低3.5%～15.1%和52.8%～60.2%;N、P₂O₅和K₂O的用量分别为225、120、60 kg·hm^-2时,F₁N₁处理玉米籽粒产量和水分利用效率最高。研究表明,在玉米全膜双垄沟播栽培技术条件下,平衡施肥可显著提高玉米籽粒产量和水分利用效率。     

Effects of water application uniformity using a center pivot on winter wheat yield,water and nitrogen use efficiency in the North China Plain

In recent years, the use of fertigation technology with center pivot irrigation systems has increased rapidly in the North China Plain(NCP). The combined effects of water and nitrogen application uniformity on the grain yield, water use efficiency(WUE) and nitrogen use efficiency(NUE) have become a research hotspot. In this study, a two-year field experiment was conducted during the winter wheat growing season in 2016–2018 to evaluate the water application uniformity of a center pivot with two low pressure sprinklers(the R3000 sprinklers were installed in the first span, the corresponding treatment was RS; the D3000 sprinklers were installed in the second span, the corresponding treatment was DS) and a P85 A impact sprinkler as the end gun(the corresponding treatment was EG), and to analyze its effects on grain yield, WUE and NUE. The results showed that the water application uniformity coefficients of R3000, D3000 and P85 A along the radial direction of the pivot(CU_H) were 87.5, 79.5 and 65%, respectively. While the uniformity coefficients along the traveling direction of the pivot(CU_C) were all higher than 85%. The effects of water application uniformity of the R3000 and D3000 sprinklers on grain yield were not significant(P0.05); however, the average grain yield of EG was significantly lower(P0.05) than those of RS and DS, by 9.4 and 11.1% during two growing seasons, respectively. The coefficients of variation(CV) of the grain yield had a negative correlation with the uniformity coefficient. The CV of WUE was more strongly affected by the water application uniformity, compared with the WUE value, among the three treatments. The NUE of RS was higher than those of DS and EG by about 6.1 and 4.8%, respectively, but there were no significant differences in NUE among the three treatments during the two growing seasons. Although the CU_H of the D3000 sprinklers was lower than that of the R3000, it had only limited effects on the grain yield, WUE and NUE. However, the cost of D3000 sprinklers is lower than that of R3000 sprinklers. Therefore, the D3000 sprinklers are recommended for winter wheat irrigation and fertigation in the NCP.     

不同土壤肥力下玉米氮、磷、钾肥最佳用量的探讨

为给玉米合理施肥提供科学依据,采用"3414"回归设计模型,研究了不同土壤肥力下玉米产量与氮、磷、钾养分投入量间的数量关系及土壤养分的供应潜力。结果初步建立了高、中、低肥力土壤上的玉米产量与氮、磷、钾肥的效应方程,求其最佳施肥量:高肥力.N 58.4 kg/hm~2.P_2O_5 194.3 kg/hm~2,K_2O 200.4 kg/hm~2;中肥力,N 187.9 kg/hm~2,P_2O_5 170.3 kg/hm~2.K_2O 173.2 kg/hm~2;低肥力,N 293.4 kg/hm~2,P_2O_5 214.8 kg/hm~2.K_2O 183.2 kg/hm~2。