提高渭北旱塬雨水利用潜力的技术途径分析

根据东新村资料对渭北旱塬雨水利用现状和潜力进行了分析评价,提出了渭北旱塬提高雨水利用潜力应采取的技术途径.认为提高雨水利用潜力应采取综合技术途径,合理施肥、选用抗旱节水品种、应用化学制剂、雨水汇集用于补充灌溉、增加地面覆盖和深耕等栽培措施在当前提高渭北旱塬雨水利用率和利用效率方面有重要作用.     

DNA技术在农业上的应用

随着分子生物学的发展,基于DNA分子的多种技术在提高作物育种效率、保护种质资源、改善农产品品质、提高农产品产量和保护生态环境等方面都显示出很大潜力,在农业生产中的作用日趋重要。为更好地了解DNA技术在农业上的应用情况,并达到促进DNA技术为现代化农业服务的目的,本研究对DNA分子标记技术、转基因技术以及基因信息等在农业上的应用进行了较有特点的介绍,并对其发展前景作了进一步展望。     

模拟CCS技术CO_2泄漏对C_3、C_4作物土壤化学性质的影响

为确定CCS技术中封存的CO2是否发生泄露及估算泄漏量,分别选取绿豆、荞麦(C3作物)和高粱、玉米(C4作物)作为研究材料,采用实验室CO2人工气候箱中盆栽实验的方法,模拟CCS技术中CO2泄露情况。通过测定土壤pH、无机离子(K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、HCO3-、SO42-)及肥力指标(TN、AHN、TP、AP、AK、OM、CEC),研究不同高浓度CO2对C3和C4作物土壤化学性质及肥力的影响。研究结果表明:(1)高浓度CO2对C3、C4作物土壤pH的影响不显著,pH变化值仅在(-0.03)~0.06之间;(2)同种类型作物土壤离子浓度变化的整体趋势基本相同:CO2浓度相对较低时,土壤离子含量降低;CO2浓度升高时,土壤离子含量增加。对相同离子而言,C3作物土壤中离子含量变化幅度比C4作物大;(3)高浓度CO2对C3、C4作物土壤AHN、AK、AP、CEC指标的影响情况相异,但对TN、TP、OM含量的影响情况相同。可通过监测作物土壤中离子及肥力指标的含量变化,判断CCS项目中CO2是否发生泄露及估算泄漏量,减轻CO2泄漏带来的危害。     

作物产量潜力极限研究

应用模型模拟方法研究近5 0年来主要作物产量演变趋势结果表明,作物长期进化过程中产量演变遵循S曲线增长规律,目前主要作物产量处于S曲线驻点(最快增长值点)左右,种植效益已开始下降,进一步提高产量日益困难,作物产量将不断接近其极限,多数作物未来产量潜力极限约为目前产量的2～3倍。提高作物产量潜力途径主要包括加强农田水利建设、提高作物育种手段、强化作物栽培措施、优化投入和改善作物生长的大环境等     

基于DSSAT模型的宁夏马铃薯生产的适应对策

将DSSAT作物模型与PRECIS区域气候模式相嵌套,在25km×25km网格尺度上,模拟未来气候情景下宁夏马铃薯的生产.结果表明在B2排放情景下,假定作物品种和播期不变,考虑未来大气中CO2的肥效作用,在2020S和2050S,宁夏马铃薯的生育期可能缩短5%和3%,产量则可能增加11.3%和13.3%;如果品种不变、播期提前,马铃薯的生育期将延长,产量将会增加,但播期提前超过10d后,增产幅度将减小;如果改种温度敏感系数低的品种,马铃薯的生育期将延长、产量提高.因此,在宁夏地区,应采取播期提前或培育温度敏感系数低的马铃薯新品种以适应当地未来的气候变化.     

稳定同位素在作物水分关系研究中的应用

作物水分研究是节水农业的重要内容.本文回顾了C、O、H稳定同位素在作物水分研究中的应用及进展,阐明了C稳定同位素技术在作物水分利用率研究中的应用,还介绍了O稳定同位素在作物CO2同化过程中和H稳定同位素在作物水源利用方面的研究.以期为我国农业水资源的持续充分利用研究提供参考.     

前茬作物土壤遗留效应对野生大豆(Glycine soja)和栽培大豆(Glycine max)生长的影响

前茬作物影响后茬大豆的产量,尤其是大豆重茬会导致土传病害和自毒作用的发生,抑制大豆生长,造成大豆的减产,生产上亟待寻找耐重茬的种质资源培育新品种。传统育种方法已进入瓶颈期,而野生近缘种资源在为作物改良提供有益等位基因方面具有巨大潜力。野生大豆(Glycine soja)作为栽培大豆(Glycine max)的近缘种,对拓宽大豆育种遗传基础、培育耐重茬大豆品种具有重要价值。本研究通过温室控制试验,探究不同前茬作物(玉米和大豆)土壤遗留效应对野生大豆和栽培大豆生长的影响,对比栽培大豆和野生大豆在抗重茬能力方面的差异。结果表明:大豆重茬土壤能够显著抑制后茬野生大豆和栽培大豆的生长,这主要由土壤病原微生物所导致。与灭菌土壤对比,非灭菌土壤能够显著降低了栽培大豆的生物量,而对野生大豆生物量影响不大,说明土壤病原菌微生物在大豆重茬危害中发挥重要作用。土壤病原微生物会增加根质量分数,使植物生物量倾向于地下分配,降低植株光合作用和干物质量积累速率。而与栽培大豆相比,野生大豆能迅速调整生物量分配以及叶片性状响应前茬作物引起的胁迫。本研究为将来从野生大豆获得耐重茬优良性状和培育栽培大豆耐重茬新品种提供了理论依据。     

施肥促进作物水分利用机理及对产量影响的研究

在田间及盆栽试验条件下,以小麦为主要实验材料,研究了干旱下无机营养与作物产量、生长、水分利用效率及抗旱性的关系.结果表明:旱地施肥明显提高了作物产量和水分利用效率,但干旱程度明显影响了肥效的发挥;不同营养元素对作物抗旱性的影响并不相同,氮、钾营养主要通过增强作物的渗透调节和气孔调节改善作物的抗旱性,而磷营养则明显改善了作物抗旱性.最后,从作物水分关系、气孔反应、渗透调节、地上地下关系等方面对施肥提高作物产量、水分利用效率和改善抗旱性的原因进行了分析.     

三大粮食作物产量潜力与产量差研究进展

产量潜力和产量差的研究对揭示未来粮食增产潜力,有针对性地制定提高作物产量的措施具有重要意义。通过总结近年发表的64篇经典文献,本文总结了世界三大粮食作物小麦、水稻和玉米的产量潜力和产量差的研究进展,并对定量产量潜力和产量差的4种常用方法进行了比较分析。研究表明:1)当前全世界小麦、水稻、玉米的平均产量潜力分别为6.7 t-hm-2、8.1 t-hm-2、11.2 t-hm-2,农户产量分别实现了产量潜力的60%、60%、53%。2)模型模拟是目前定量评估产量潜力最为有效的方法之一,综合使用模型模拟和高产纪录两种方法进行比较分析产量潜力结果会更加可靠;试验产量和高产农户产量一般会低于模型模拟产量潜力,对探索农户短期内增产潜力具有重要意义。3)优化栽培管理措施比如应用土壤-作物综合管理系统等方法是缩小产量差的有效途径。因此,当前三大粮食作物具有较大增产潜力,如何有效缩小产量差、提高作物产量、保证粮食安全是未来需要关注的重点。     

高泉沟小流域高效农业生态区建设

黄土丘陵沟壑区急需解决三大问题:生态环境问题、粮食问题和贫困问题.为此,以黄土丘陵沟壑区的典型代表区域定西县的高泉沟小流域为试验示范区,开展了高效农业生态区建设的研究与实践.经十年的研究探索,初步找到了解决黄土丘陵沟壑区三大问题的途径与技术措施,建立了理论框架和买体模型.其主要措施是:在生态建设方面实施工程措施和植物措施对位配置,控制水土流失;在农业建设方面采取增施化肥、加强基本农田建设、实施集水节灌和良种良法栽培等措施和技术,提高土地生产力和承载力;在经济建设方面,采取调整作物种植结构、发展适度规模养殖、发展小型加工及非农产业,提高农民的经济收入.     

区域尺度作物生产力对全球变化响应的研究进展及展望

作物生产力对气候变化高度敏感,因而成为全球气候变化科学研究中的焦点问题之一。开发作物生产力的区域模型,与区域气候模式相耦合,有利于对作物生产力形成过程中的时间和空间变量进行分析,为针对各地不同的气候、土壤、作物与耕作管理条件制定适应性对策奠定基础。本文综述了作物生产力对CO2 增加和气候变化响应的研究方法,指出应用遥感、地理信息技术与作物模拟技术、高分辨率的区域气候变化模式相结合,研究区域尺度上的作物生产力及其气候变化响应是未来研究的热点和发展方向     

作物生长模型的应用研究进展

作物生长模型不仅能够进行单点尺度上作物生长发育的动态模拟,而且能够从系统角度评价作物生长状态与环境要素的关系。本文通过梳理当前作物生长模型应用的诸多研究成果,剖析模型在气候变化对农业生产影响研究、作物生长模型区域应用中的关键问题,总结了当前以作物生长模型为核心的农业决策支持系统开发的研究情况,意在促进作物生长模型在生态、农业、区域气候资源和气候变化等研究中更广泛地应用。结果表明,作物生长模型在国内外的研究与应用广泛而深入,在气候变化背景下,应用作物生长模型进行历史时期气候条件和农业气象灾害对作物生产状况和产量的影响研究已相当广泛且相对成熟。利用全球气候模式（GCM）或区域气候模式（RCM）构建未来气候变化情景,再与作物生长模型耦合已发展成为评估未来气候变化对农业生产影响的重要手段。通过集成与整合多作物生长模型、多气候模式集合模拟、优化气候模拟数据订正方法可有效降低气候变化对农业生产影响评估的不确定性。遥感数据同化技术能够将站点模型运用到区域尺度上评价不同环境因子对农业生产的影响,拓宽了作物生长模型的应用尺度范围并有效提高作物产量估算的精度。以作物生长模型为核心的农业决策支持系统的研究与应用越来越多元化,是辅助农业生产管理和决策的重要工具。然而,由于作物生态系统的复杂性,作物生长模型模拟结果仍存在很大的不确定性,今后对作物生长机理及过程间耦合机制的探索还需加强,以便进一步完善和改进模型,促进作物生长模型更广泛地应用。     

气候变化对中国轮作系统影响的研究进展

轮作耕作方式在提高土地利用率和单位面积作物产量方面发挥了不可替代的作用,加强气候变化对轮作系统影响的理解,揭示其对气候变化的响应规律,是促进轮作生产体系有效应对和适应气候变化的关键。本文梳理了气候变化对轮作系统影响的研究成果和不足,总结当前常用研究手段(作物模型、统计和试验方法)的优缺点,从作物生长发育、种植布局、种植效益、种植风险4个方面阐述了气候变化对轮作系统产生的影响,并对现有的适应性措施以及今后研究重点进行分析,以期为全面深入评估气候变化对轮作系统的影响,以及未来轮作系统的研究和发展提供一定参考和借鉴。已有研究结果表明,气候变化已经影响,而且还将继续影响轮作系统。尽管因研究的时空尺度、方法及轮作模式的不同,研究结果还存在一定差异,但大部分研究表明,在宏观层面上,气候变暖,热量资源增加,使得研究区轮作系统种植界限发生明显北移,导致不同轮作系统的作物布局及种植面积发生改变。微观角度上,气温升高加快了轮作系统内部作物生育进程,导致作物产量下降,也为系统内品种更换提供了可能。热量资源的变化,还导致轮作系统内部所遭遇的气象灾害规律发生变化,传统意义上的低温灾害事件将减少,但是种植界限变动的敏感区内新的低温灾害事件以及极端高温事件则有增加的趋势,从而增加了轮作系统高产、稳产及可持续发展的风险。生产中,通过改变作物布局,选用生育期更长的品种,以及优化管理措施等,可以在一定程度上减缓气候变化对轮作系统的不利影响。但是,由于气候变化和轮作系统的复杂性和多样性,目前研究还存在一定的不足,今后还需结合多种研究手段,开展气候变化对轮作系统影响的机理性、综合性以及系统性研究,提高研究的深度、广度、精度和准确度,以促进和保障其可持续发展。     

Does land irrigation actually reduce foraging habitat for breeding lesser kestrels? The role of crop types

The lesser kestrel is a Globally Threatened Species which large decline has been related to recent agricultural changes in European pseudo-steppes. Irrigation is considered as one of the major threats for this and other steppe birds, but the actual effects of irrigation on foraging habitat selection have been scarcely examined. We studied the selection of traditional dry cereal farming and irrigated habitats by foraging lesser kestrels during the breeding cycle, paying especial attention to possible differences among crop types. Field margins were the scarcest but the most positively selected habitat, and different stages of cereals cultivated following traditional practices were selected depending on the breeding and agriculture cycles. Effects of irrigation were dual. While irrigated maize and other crop types were avoided, alfalfa was used in proportion to its availability and later highly selected after harvesting. Moreover, field margins in irrigated land were selected in a similar way than in traditional dry farmland. Therefore, although maintaining low-intensity farming is still the main recommendation for this species, new management options arise when social pressure makes irrigation unavoidable. Further agri-environmental schemes in these circumstances should thus promote cultivation of alfalfa with a low input of biocides while avoiding maize, together with increasing field margins, to make compatible irrigation with lesser kestrel conservation.     

气候变化下黄土高原耕作系统演变与适应性管理

耕作系统主要包括土壤系统、作物系统和区域气候系统等几个相对独立、但又紧密关联的组成部分,涉及作物栽培模式、作物类型、杂草和病虫害及农田水土资源管理等方面,在黄土高原生态系统管理和农业可持续发展中占有重要地位。过去50a (1951-2000年),黄土高原的年平均气温升高了1.1℃,且其变率逐渐增加,降雨和热量资源分布呈现复杂的时空异质性。作物种植区域的变迁、熟制制度的演变和农田灾害的加剧促使农田管理模式不断寻求改变,对当地农业耕作系统产生了深远影响。本文总结了黄土高原过去多年的气候变化（气温、降水量、积温）特征和发展趋势,气候变化下耕作系统（种植区、耕作制度、土壤环境）和作物系统（需水量、物候、品种、产量）的演变规律,作物与土壤互作关系,以及气象灾害对黄土高原耕作系统的影响,并提出气候变化下耕作系统适应性管理途径和策略。旨在为黄土高原耕作技术和田间管理提供新的理论,寻求气候变化下区域农业可持续发展应对策略。     

Reduced tillage and increasing cropping intensity in the Great Plains conserves soil C

Concern about soil organic matter losses as a result of cultivation has been voiced consistently since the early part of the 20th century. Scientists working in the US. Great Plains recognized that organic matter losses from an already small pool could have major negative consequences on soil physical properties and N supplying capacity. The advent of reduced- and no-till systems has greatly improved our ability to capture and retain precipitation in the soil during the non-crop periods of the cropping cycle, and has made it possible to reduce fallow frequency and intensify cropping systems. The purpose of this paper is to summarize the effects of reduced tillage and cropping system intensification on C storage in soils using data from experiments in North Dakota, Nebraska, Kansas, Colorado, and Texas. Decades of farming with the wheat (Triticum aestivum L.)–fallow system, the dominant farming system in the Great Plains, have accentuated soil C losses. More intensive cropping systems, made possible by the greater water conservation associated with no-till practices, have produced more grain, produced more crop residue and allowed more of it to remain on the soil surface. Combined with less soil disturbance in reduced- and no-till systems, intensive cropping has increased C storage in the soil. We also conclude that the effects of cropping system intensification on soil C should not be investigated independent of residue C still on the surface. There are many unknowns regarding how rapidly changes in soil C will occur when tillage and cropping systems are changed, but the data summarized in this paper indicate that in the surface 2.5 cm of soil, changes can be detected within 10 years. It is imperative that we continue long-term experiments to evaluate rates of change over an extended period. It is also apparent that we should include residue C, both on the surface of the soil and within the surface 2.5 cm, in our system C budgets if we are to accurately depict residue–soil C system status. The accounting of soil C must be done on a mass basis rather than on a concentration basis.     

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。     

Future productivity of fallow systems in Sub-Saharan Africa: Is the effect of demographic pressure and fallow reduction more significant than climate change?

In this century climate change is assumed to be the major driver for changes in agricultural systems and crop productivity at the global scale. However, due to spatial differences in cropping systems and in the magnitude of climatic change regional variations of climate change impact are expected. Furthermore, the recent climate projections are highly uncertain for large parts of West Africa. In particular with respect to annual precipitation and variability the projections vary between trends with decreasing precipitation and trends with slightly increasing precipitation within the next decades. On the other hand, the extensive fallow systems in this region suffer from increasing population pressure, which compromises soil fertility restoration. In the Republic of Benin, the demographic projections for the first half of this century indicate a continuous growth of the population with a narrow interval of confidence. Thus, in the absence of an adequate soil fertility management with judicious use of mineral fertilizers, the soil degradation process with decreasing crop yields is expected to continue. The objective of this paper was, therefore, to quantify the regional effect of future population growth on crop yields in West Africa and to compare it with the potential effects of climate change scenarios. Three land use scenarios (L1, L2 and L3) for the Upper Ouémé catchment where derived from different demographic projections combined with assumptions regarding future road networks and legal frameworks for forest protection using the CLUE-S modeling approach. The fallow-cropland ratio decreased in the three scenarios from 0.87 in the year 2000 to 0.66, 0.48 and 0.68 for L1, L2 and L3, respectively in 2050. Based on the projected ratio of fallow and cropland, trends of maize yield for the three land use scenarios were calculated using the EPIC (Environmental Policy Integrated Climate) model coupled with a spatial database. Maize yields followed the decreasing trend of the fallow-cropland ratio and estimated yield reductions amounted to up to 24% in the period 2021-2050. This trend was compared with the impact of the SRES climate scenarios A1B and B1 based on the output of the GCM ECHAM5 downscaled with the REMO model and the A1B scenario output of the GCM HADC3Q0 downscaled with the RCMs SMHIRCA and HADRM3P. The yield reductions due to the projected climate change in the three models accounted for a yield decrease of up to 18% (REMO A1B scenario) in the same period. Taking into account the smaller uncertainties in the scenario assumptions and in the model output of the land use scenarios, it is concluded that, in low input fallow systems in West Africa, land use effects will be at least as important as climate effects within the next decades.     

内蒙古东部区粮食产量对气候变化的响应

利用内蒙古东部产粮区25个气象站建站至2005年气象资料与粮豆和主要作物产量资料,分析了作物生长季水热演变规律,及区域作物产量对气候变化的响应。结果表明:(1)近50a该区域水热匹配格局发生变化,特别是近20a暖干化趋势明显;(2)降水是影响该地区粮食生产的关键气象因子,春、夏季降水量的匮乏和生长季高温是粮食生产的主要限制因素;(3)各作物的第一敏感因子不同。小麦和谷子为降水,玉米为夏季高温,马铃薯产量对7-8月温差和4-5月降水反应敏感。(4)据模型推算,当生长季平均最高气温或温差增加1℃时,有可能使玉米气象产量减少102～192kg/hm2,大豆减产87kg/hm2,马铃薯增产55.5kg/hm2。因此,气候暖干化倾向有可能造成该区域农业产量呈下降趋势。研究结果可为有关部门制定应对气候变化策略提供参考。