北方旱地作物自然降水生产潜力研究

我国北方早地作物自然降水生产潜力较大，８种作物平均值为３７１．９ｋｇ／６６６．７ｍ￣２；水分利用效率也较高，８种作物平均值为１．１０５ｋg／（ｍｍ·６６６．７ｍ￣２）。但是，不同作物种类、不同类型地区、不同降水年型自然降水生产潜力和水分利用效率是不相同的，一般情况是，春玉米＞春谷＞小麦，半湿润偏旱区＞半干旱区＞半干旱偏旱区，丰水年型＞正常年型＞干旱年型。     

基于APSIM模型分析不同降水年型下施氮深度对旱地小麦的产量效应

氮肥深施有助于提高旱地作物产量,但施氮深度对黄土高原丘陵沟壑区旱地小麦产量在不同降水年型的影响尚不清楚.利用1990-2020年气象观测数据,基于APSIM模型和数学统计方法探讨施氮深度对不同降水年型小麦产量的影响.结果 表明:模型模拟的小麦产量和生物量模拟值与观测值相关性决定系数(R2)＞0.9、模型有效性指数(ME...     

黄土台塬旱地小麦土壤水分特征及水分利用效率研究

对黄土台塬乾县试区旱地小麦不同降水年型的土壤水分特征及水分利用效率长期研究结果表明,该区按降水量多少分为丰水、平水和干旱3种降水年型,干旱少雨是这一研究时段的主要特点;夏闲期是该区旱地小麦土壤水分的恢复阶段,降水多少与下渗深浅密切相关;小麦生育期是旱地小麦土壤水分的损耗阶段,时至收获2m土层内土壤水分降到全年最低值;小麦产量与耗水系数呈负相关,与田间耗水量和水分利用效率呈正相关。     

渭北旱塬影响小麦产量的关键降水因子分析

水分是旱塬区作物产量的主要限制因子，不同小麦生产时段的雨量大小和分布对小麦产量的作用存在很大差异，通过双重筛选逐步回归方法，对不同施肥处理小麦产量与生育时段降水分析表明，小麦播前休闲期7、8、9三个月降水在决定来年冬小麦产量方面起关键作用，同时越冬期11月、1月、2月降水对小麦产量也有十分重要的影响，从统计学上认为上述关键期降水决定来年小麦产量，并不否认其它时期降水的重要性，只能认为其它阶段降水一般可以保证需要。     

不同降水年型下播期对晋南旱地小麦产量和水分利用率的影响

根据近54年来山西省临汾市逐日降水量,将7个试验年份分为丰水年型、平水年型和枯水年型,研究了不同年型不同播期对旱地小麦关键生育期持续时间、降水、积温、日照时数、小麦产量及籽粒水分利用效率的影响,并进行相关、多元回归和通径分析,为旱地小麦稳产高产提供理论依据和技术支撑。结果表明,播期对小麦生育期持续时间的影响主要表现在苗期、分蘖期和起身拔节期,而对抽穗期和成熟期影响最多仅相差1 d。旱地小麦全生育期持续时间与积温显著正相关。降水年型显著影响旱地小麦产量及其构成因素,相同降水年型下降水分布不同小麦产量也有较大差异,丰水年型旱地小麦产量较平水年型和枯水年型分别提高100.0%和135.9%。籽粒水分利用率为丰水年型枯水年型平水年型,丰水年型和枯水年型下,籽粒水分利用率随播期推迟而升高,平水年型下,籽粒水分利用率随播期推迟先升高后降低。在拔节—抽穗期,小麦产量与积温显著负相关,与日照时数极显著负相关,与降水量极显著正相关;在抽穗—成熟期,产量与积温、日照时数均呈极显著正相关。年降水量及其分布是影响旱地小麦稳产高产的关键,丰水年型适播期在10月4日左右,产量构成因素协调,可获得高产,同时生育期耗水量最少,水分利用率较高;平水年型和枯水年型适播期应在9月28日左右,产量最高,水分利用率也较高。随播期推迟,应适当加大播量。     

基于APSIM模型小麦-玉米不同灌溉制度作物产量和水分利用效率分析

针对海河平原地下水位持续下降和维持小麦—玉米两熟较高产量之间的矛盾,对不同降水年型小麦—玉米不同灌溉制度下产量和水分利用效率(WUE)进行模拟分析,结果对平衡该区域地下水可持续利用与粮食生产提供重要科学决策依据。利用研究区域站点长时间序列气象数据,以小麦不同水分处理地上部生物量、叶面积和周年土壤水分动态田间试验数据为基础,对APSIM小麦玉米遗传参数和土壤水分等相关参数进行了校准和验证。利用校准和验证的APSIM模型,对不同降水年型小麦—玉米不同生长阶段水分亏缺指数(CWDI)进行了分析,并模拟了8种不同灌溉制度情景下小麦玉米产量、水分利用效率和灌溉水利用效率(IWUE)。结果表明:不同降水年型小麦各生育阶段CWDI均较高,说明无论干旱、平水和湿润年份小麦需水量远大于降水量,尤其是拔节—成熟期水分严重亏缺,属极旱;玉米抽雄前基本不受干旱胁迫影响,但抽雄后的灌浆阶段处于中旱或重旱,对水分需求迫切。兼顾产量和水分利用效率的灌溉制度,干旱、平水及湿润年份全年灌溉3次,灌水量为225 mm(小麦播种75 mm+拔节期75 mm+开花期75 mm)时可获得较高的周年产量和最大WUE。不同降水年型周年产量和WUE在干旱年份分别为17 357.6 kg/hm~2和29.6 kg/(hm~2·mm),平水年份分别为18 827.9 kg/hm~2和25.9 kg/(hm~2·mm),湿润年份分别为19 685.2 kg/hm~2和25.8 kg/(hm~2·mm)。此灌溉制度下,小麦、玉米可获得较高的产量和水分利用效率,为该区域水—粮权衡的重要灌溉策略和措施。     

高原沟壑区高效农业生态经济系统研究Ⅱ粮食生产持续发展

长武王东沟试验区通过１０多年系统田间试验，采用不同降水年型粮食作物丰产抗旱技术，在降水趋于正常的１９９３年，小麦产量为４９４４ｋｇ／ｈｍ＾２，玉米产量为９４７８．５ｋｇ／ｈｍ＾２，粮食单产６２５６．５ｋｇ／ｈｍ＾２，处历史最高水平，在世界旱作上也是罕见记录。自１９２９年以来灾情最为严重的１９９５年，年降水量２７２．２ｍｍ，占常年降水４６．６％，粮食产量仍取得１５０４．５ｋｇ／ｈｍ＾２的较好收成，与     

基于决策系统模拟不同降水年型旱作冬小麦的最佳播期

冬前积温以及播前土壤墒情是旱作冬麦区播期选择的重要依据，利用模型选择不同降水年型下小麦适宜播期具有重要意义。收集山西省闻喜县旱作小麦区2009−2014年（2009、2010和2012年为枯水年，2011年和2013年为丰水年）的大田试验数据，对小麦决策系统进行品种参数校验和验证。利用校验过的决策系统模拟分析闻喜地区近36a（1980−2015年）冬小麦最佳播期变化以及不同降水年型下播期随产量的变化情况。结果表明：（1）1980−1984年，冬小麦最佳播期主要集中在9月25日前后；1985−1995年，历史最佳播期推迟至9月30日前后；1995−2015年，最佳播期推迟至10月5日前后。（2）研究期内，丰水年和平水年9月30日前后播种小麦平均产量最大，分别为4293.1kg·hm−2和4055.2kg·hm−2；枯水年10月5日前后播种小麦平均产量最高，为3334.5kg·hm−2。因此，随着气温的逐渐增高，冬小麦的历史最佳播期呈现明显后移趋势；丰水年和平水年9月30日前后播种，枯水年以10月5日前后播种为宜。     

不同降水年型施氮量对冬小麦水氮资源利用效率的调控

【目的】研究不同降水年型氮肥用量引起的小麦生育期耗水量、植株氮素积累与运转、产量及效率的变化,为黄土高原旱地冬小麦精准施肥提供理论依据。【方法】于2017—2020年在山西农业大学闻喜试验示范基地开展大田试验,种植制度为冬小麦后夏休闲,一年一熟。3个试验年降水量分别属于正常、干旱和湿润年型。试验设施氮量0、120、150、180、210 kg/hm² 5个处理,分析了小麦耗水量、氮素吸收与利用、产量形成及不同降水年型间的差异。【结果】不同降水年型旱地小麦生育期总耗水量均以N 180 kg/hm²最高,且丰水年和欠水年耗水变化率以施N 150～180 kg/hm²最高,平水年则以施N 120～150 kg/hm²最高。与其他施氮处理相比,丰水年施N 180 kg/hm²提高了播种—拔节期植株氮素积累量,显著提高了花前叶片和穗轴+颖壳氮素运转量,平水年和欠水年施N 150 kg/hm²提高了播种—拔节期植株氮素积累量及花前叶片和茎秆+叶鞘氮素运转量。不同降水年...     

吉林省梨树县不同作物产能及产能水分利用效率研究

东北地区旱地作物水分来源是降水,基于产能及产能水分利用效率比较分析吉林梨树可替代玉米种植的主要作物对该地区未来种植结构调整具有重要意义。该文基于吉林省梨树县4种作物(大豆、小麦、谷子和马铃薯)2 a田间试验,结合各作物在不同降水年型条件下全生长季和各生育阶段的耗水规律及水分亏缺程度,以作物产能和产能水分利用效率为研究指标,对各作物在雨养及灌溉处理条件下的产能水分利用效率和水分经济效益差异性进行了比较。结果表明,在平水及丰水年,马铃薯产能显著高于其他作物,其他作物无显著差异,雨养条件下马铃薯及谷子均超过100 000 GJ/hm~2,不同降水年型条件下灌溉对马铃薯产能提升效果显著但提升幅度存在差异。比较各作物不同年型条件下的产能降水利用效率、产能灌溉水利用效率和产能农业水分利用效率,马铃薯均达到20 GJ/mm以上,显著高于其他作物,且不同作物的产能水分利用效率受降水年型及水分处理影响的程度不同。对比作物需水量与降水量的耦合程度,马铃薯水分亏缺最严重,其次为大豆和小麦;谷子产能降水利用效率及丰水年产能农业水利用效率仅低于马铃薯,且在全生育期各生育阶段发生水分亏缺现象较少,具有极好的抗旱能力。比较而言,基于作物产能、产能水分利用效率及经济效益的作物结构调整,马铃薯和谷子相对于小麦和大豆有更大优势;基于作物抗旱能力,谷子具有绝对优势。     

基于Meta分析华北冬小麦高产高效协同提升灌溉方案

目前针对灌溉对冬小麦产量和水分利用效率影响研究大多基于单点实验，受气候、土壤等因素影响，研究结果可比性较差，且难于获得区域结论。本文通过检索搜集获得186篇大田实验文献，共1876对观测数据，采用Meta分析方法分析明确了灌溉对华北冬小麦产量和水分利用效率的影响，揭示了不同区域、降水年型、土壤质地和施氮量水平下灌溉对产量和水分利用效率的影响差异，明确了不同情景下华北冬小麦产量和水分利用效率协同提升的最佳灌溉量。研究结果表明，与生长季内不灌溉相比，灌溉使华北冬小麦总体增产32.0%～38.3%，水分利用效率降低27.3%～30.1%。冬小麦生长季降水量<150mm的西北区域灌溉增产幅度（39.6%～53.5%）高于降水量>150mm的东南区域（24.3%～27.1%），灌溉后水分利用效率降低幅度（32.4%～37.5%）高于东南区域（22.0%～24.3%）。冬小麦高产高效的生长季内最佳灌溉量西北区域为150～180mm，东南区域为120～150mm；干旱年、平水年和湿润年均为灌溉两次效果最佳，且最佳灌溉时期分别为拔节期和开花期、拔节期和抽穗期、拔节期和孕穗期，最佳总灌溉量均为120～150mm；壤土条件下灌溉对冬小麦增产效果最佳，黏土条件下水分利用效率降低幅度最小，沙土、壤土、黏壤土和黏土四种土壤质地下冬小麦最佳灌溉量分别为60～90mm、120～150mm、180～210mm和150～180mm；施氮量在120～240kg·hm⁻²时，灌水80～140mm增产节水效果最佳，其中灌水110～140mm条件下冬小麦产量更高，而灌水80～110mm冬小麦水分利用效率更高。综上所述，华北地区冬小麦在湿润年型下拔节和开花期灌溉，平水年型下拔节和孕穗期灌溉，干旱年型下拔节和抽穗期灌溉，总灌溉量为120～150mm，可实现高产节水，若该区域为壤土，同时施氮120～240kg·hm⁻²，冬小麦可实现产量和水分利用效率的协同提升。 关键词：华北冬小麦|产量|水分利用效率|协同提升|Meta分析方法     

冬小麦水分利用效率与最优灌溉制度的研究

针对不同水分处理对冬小麦产量和耗水特性的影响，在大田生产条件下对冬小麦进行了非充分灌溉试验，以冬小麦大田试验数据为基础，采用最小二乘法拟合了冬小麦水分生产函数；通过耗水资料的分析整理，揭示了冬小麦的水分效应及耗水规律；依据动态规划原理，建立了冬小麦最优灌溉制度动态模型，提出了两种水文年型(50%和75%)的冬小麦节水灌溉模式，对北方冬麦区田间管理具有一定的指导意义。     

灌区蓝绿水资源与作物生产水足迹多时空分布量化分析

作物生产水足迹度量作物生产过程对不同类型水资源的消耗,为实现农业水资源管理与评价提供了更全面的新视角。该研究通过耦合土壤水分动态平衡模块,考虑输配水损失,构建灌区蓝、绿水资源与作物生产水足迹多时间尺度分布式量化模型;以宝鸡峡灌区为例,定量评价不同典型年灌区蓝绿水资源与作物生产水足迹多时间尺度演变规律。结果表明:宝鸡峡灌区蓝绿水资源总量在2008-2017年呈上升趋势。各作物对绿水资源利用效率均持续上升,而小麦蓝水资源利用效率呈下降趋势;玉米、小麦生产总水足迹整体呈上升趋势,多年平均值分别为573和779 m3/t;作物生产绿水足迹在拔节-灌浆期占比较高,成熟期占比较低;作物生产水足迹在日尺度波动幅度最大;平水年、丰水年灌区用水存在不合理现象,枯水年作物生产单产水平最高,总水足迹最低,水资源利用效率最高。该研究所构建模型可移植适用于无排水渠系灌区水文模拟,准确量化灌区农业生产耗水,解析日-月尺度作物生产水足迹演变特征,有助于明确灌区作物耗水规律,进而高效利用绿水资源,合理配置蓝水资源,提高作物产量,实现高效生产。     

宁夏引黄灌区春小麦微咸水灌溉管理的模拟

为探讨宁夏引黄灌区春小麦适宜的微咸水灌溉管理模式,该文根据2007年田间试验的实测资料,应用SWAP模型在田间尺度上对微咸水灌溉条件下春小麦田间土壤水盐运移规律和灌溉制度进行模拟,对拟定的各种灌溉方案进行评价分析。结果表明,率定与验证的SWAP模型可用于当地微咸水灌溉管理,在当地微咸水与引黄水为1︰1的混灌条件下,试验年份春小麦优化灌溉方案为全生育期灌4水（分蘖水、拔节水、抽穗水和灌浆水）,灌溉定额为2 400 m3/hm2;在75%和50%降雨年型下,春小麦优化灌溉方案为全生育期灌4水（分蘖水、拔节水、抽穗水和灌浆水）,灌溉定额分别为3 000 m3/hm2和2 300 m3/hm2;在25%降雨年型下,春小麦优化灌溉方案为全生育期灌2水（拔节水和抽穗水）,灌溉定额为2 000 m3/hm2。该研究所提出的优化灌溉模式对于引黄灌区微咸水高效灌溉利用具有一定的指导意义。     

气候变暖对河北省冬小麦产量的影响

根据河北省多年冬小麦产量和冬麦区气候资料,采用改进的气候产量分离方法,分析气候变暖对小麦产量的影响。结果发现：河北省冬麦区冬季气温呈上升趋势,平均每10a上升0．5℃,春季气温也是升高的,但不如冬季升温明显,平均每10a上升0．3℃;冬小麦产量与冬季、春季降水量相关不明显,而与冬季、春季气温存在显著的正相关关系。河北省冬小麦实际单产呈逐年增加趋势,每10a约增加1125kg／hm^2;而气候产量与冬小麦实际单产变化明显不同,随着气候变暖,气候产量波动性逐年增大,近年气候产量波动幅度达到±300kg／hm^2.从总体看,随着气候变暖,气候产量呈下降趋势,平均每10a减少52．7kg／hm^2。气温造成小麦产量波动幅度一般在±10％之间,但随着小麦实际单产逐年提高,气候变暖对小麦单产所造成的损失越来越大。     

黄土高原晋南旱塬长时间序列冬小麦产量与水量平衡要素动态变化

为揭示黄土高原旱地冬小麦田长期产量及水文变化,以山西省万荣县连作冬小麦为研究对象,分析了冬小麦产量1951—2020年变化趋势及气候年际波动对产量的影响,同时利用Hydrus-1D模型和标定的模型参数模拟了1965—2020年田间水量平衡要素各分量的变化过程。结果表明：试验地冬小麦产量多年平均增产率是31.9 kg/(hm²·a),年际气候变化对冬小麦产量的影响达到±22.4%,其中影响最为显著的气象要素是生育期平均相对湿度和全年降水量;标定期和验证期Hydrus-1D模型的决定系数分别为0.65～0.68,0.57～0.65;近56 a冬小麦平均蒸腾量为(176±29) mm,土壤蒸发量为(296±28) mm占降水量的60%～80%,渗漏量一般小于40 mm,土壤含水量变化为(-2±45) mm。综上,研究地70 a冬小麦产量呈上升趋势,且受年际气候变化的影响其产量波动较大。Hydrus-1D模型能够较好地模拟晋南旱塬冬小麦田的水文变化情况,多年来研究地冬小麦田土壤含水量呈下降趋势。     

Effect of intercropping on crop yield and chemical and microbiological properties in rhizosphere of wheat (Triticum aestivum L.), maize (Zea mays L.), and faba bean (Vicia faba L.)

In this study, we investigated crop yield and various chemical and microbiological properties in rhizosphere of wheat, maize, and faba bean grown in the field solely and intercropped (wheat/faba bean, wheat/maize, and maize/faba bean) in the second and third year after establishment of the cropping systems. In both years, intercropping increased crop yield, changed N and P availability, and affected the microbiological properties in rhizosphere of the three species compared to sole cropping. Generally, intercropping increased microbial biomass C, N, and P availability, whereas it reduced microbial biomass N in rhizosphere of wheat. The rhizosphere bacterial community composition was studied by denaturing gradient gel electrophoresis of 16S rRNA. In the third year of different cropping systems, intercropping significantly changed bacterial community composition in rhizosphere compared with sole cropping, and the effects were most pronounced in the wheat/faba bean intercropping system. The effects were less pronounced in the second year. The results show that intercropping has significant effects on microbiological and chemical properties in the rhizosphere, which may contribute to the yield enhancement by intercropping.     

基于不同降水年型渭北旱塬小麦–土壤系统氮素表观平衡的氮肥用量研究

【目的】 研究渭北旱区不同降水年型氮肥用量对小麦–土壤系统氮素表观平衡的影响规律,以实现作物稳产、平衡土壤氮素携出、避免过多氮肥残留累积为目标,通过3年田间定位试验,探讨渭北旱区冬小麦稳产增效的最佳氮素投入量。 【方法】 2011年7月—2012年6月降水量为710.1 mm,高于年均降水量 23.1%,属于丰水年;2012年7月—2013年6月降水量为391.4 mm,低于年均降水量 32.2%,属于欠水年;2013年7月—2014年6月降水量为603.8 mm,高于年均降水量 4.6%,属于平水年。本研究设置5个氮肥水平 N 0、75、150、225、300 kg/hm2,分别以N0、N75、N150、N225、N300表示,研究不同施氮量对冬小麦产量、吸氮量、氮素表观平衡及收获后土壤硝态氮残留量的影响。通过保证土壤氮素的输入和携出平衡确定氮肥用量,并通过该施氮量下吸氮量、产量及收获后100 cm土层硝态氮累积量加以验证。 【结果】 连续3年的定位试验结果表明,产量随降水量的增加而提高。相同降水量条件下,产量随施氮量增加呈先增加后降低的趋势,3年小麦产量均在N225水平达到最大值,但N225与N150水平之间差异不显著,小麦地上部吸氮量与籽粒产量有相似的规律;小麦收获后0—100 cm土层硝态氮残留量也随施氮量的增加而升高。其中50.8%～75.5%的集中在0—40 cm,并且随着年限的延长逐渐减少,3年平均值分别为63.8%、66.1%和53.6%,而40—100 cm土层硝态氮残留量逐年升高且有向下淋溶的趋势;3种降水年型,土壤氮素盈余量 (土壤氮素输入 – 输出) 为0 kg/hm 2的氮素盈余指标下的氮素投入量有所不同:丰水年、欠水年和平水年施氮量分别为127、54和103 kg/hm2;在考虑到维持作物产量和土壤肥力而允许氮素表观盈余指标为N 40 kg/hm2时,丰水年、欠水年和平水年施氮量分别为170、99和150 kg/hm2。此时的作物吸氮量 (130、59、110 kg/hm2) 和产量 (6267、2309、4502 kg/hm2) 均能保持在较高水平,与理论最高吸氮量和最高产量值接近,而施氮量与理论最高吸氮量和产量时的施氮量相比有不同程度降低,分别减少了4.7%、142%、21.3%和5.3%、120%、30.7%。小麦收获后100 cm土层硝态氮累积量分别为101.4、104.2和113.7 kg/hm2,不仅可以保持土壤氮库的稳定,还能将残留硝态氮基本维持在安全阈值内 (N 90～100 kg/hm2)。 【结论】 综合考虑不同降水年型氮肥用量下冬小麦–土壤系统氮素表观平衡的变化,建议在渭北旱区丰水年、欠水年和平水年施氮量分别为170、99和150 kg/hm2,以保证作物稳产和氮素高效吸收利用。