基于WOFOST模型的华北冬小麦动态长势评估指标构建

为构建基于WOFOST作物模型主要输出要素地上部生物量(TAGP)和叶面积指数(LAI)的华北平原冬小麦长势评估指标,利用华北平原冬小麦主产区农业气象站冬小麦生育期、叶面积指数和土壤湿度等观测资料以及河北固城站、河南郑州站和山东泰安站3个农业气象试验站冬小麦生物量观测资料,完成WOFOST模型参数本地化和适应性分析。利用华北平原354个气象站2001-2016年逐日气象资料驱动模型,根据不同时段15年地上总生物量(TAGP)和叶面积指数(LAI)要素及其与15年平均值的距平百分率的概率统计分布,确定冬小麦长势动态评估指标;利用冬小麦田间观测资料,检验指标的合理性和有效性。结果表明:(1)试验站观测值与模拟值对比显示,冬小麦生育期模拟误差绝对值平均为3.7d,地上部总生物量及各器官生物量的误差为3.8%～11.7%,WOFOST模型可较为准确地模拟冬小麦生长发育及其生物量的动态累积过程,在华北平原适用性良好;(2)基于指标的动态长势评估等级与观测数据对比,2个农业气象试验站点的指标评估结果与观测资料一致性较好,1个站点的结果则在冬小麦生长过程中呈波动状态,总体上基于LAI的长势评价指标与观测资料对比相关系数高于基于TAGP的评价指标;(3)基于WOFOST模型的冬小麦长势评估指标能够一定程度反映冬小麦长势状况,可用于业务中进行实时、动态和定量的评估。     

玉米生长模型MCSODS对气候变化的适应性检验

利用河南省温县多年玉米栽培数据资料对玉米生长模型MCSODS的系统参数进行调试,使品种模拟参数符合当地情况。采用秋常、秋凉、秋暖不同年型下典型年份的玉米栽培资料检验玉米生长模型对气候变化的适应性。结果显示,不同年型下生育期的模拟误差根均方差(RMSE)在秋常条件下为2.06,吻合度最高;秋凉、秋暖年RMSE分别为2.32和3.45。产量模拟误差RMSE为494.8 kg/hm2,模拟效果一致性较好。2006、2007年玉米田间实测数据对系统叶面积指数和地上生物量模拟的检验结果显示,郑单958和浚单20叶面积指数的RMSE分别为0.441 0和0.402 2,地上干物重RMSE分别为1 683.0 kg/hm2和898.5 kg/hm2,模拟结果良好。     

麦茬耕作方式对免耕直播夏玉米产量建成的影响

基于始于2012年的不同耕作方式长期定位试验，分析冬小麦播前深翻(DT)、旋耕(ST)和免耕(NT)3种耕作方式对后茬免耕直播夏玉米生长(干物质积累与分配)、生理指标(叶面积指数和SPAD值)、子粒灌浆速率的影响，探析麦茬耕作方式对后茬夏玉米生长发育和产量建成的影响。结果表明，ST处理成熟期干物质积累量显著高于DT和NT处理(P<0.05)，穗部干物质的分配比例分别较NT与DT处理显著增加了7.94%～13.79%、10.34%～17.48%。ST处理叶面积和持绿性优于DT和NT处理。ST处理的子粒灌浆速率较DT与NT处理提高12.71%～18.96%、5.25%～8.71%，最终获得最大产量。因此，冬小麦-夏玉米1年两熟种植模式下，麦茬旋耕更利于免耕直播夏玉米的生长和产量建成。     

夏玉米长势卫星遥感动态监测指标研究

通过野外样点布设获取地面农学参数平均株高、群体密度、干物重和叶面积指数,经过频数统计分析,获得夏玉米一、二、三类苗苗情农学指标。结合MODIS遥感数据,进行农学参数和归一化植被指数(NDVI)的相关分析,结果显示,NDVI和平均株高、叶面积指数以及生物量都呈显著正相关,其中NDVI和叶面积指数关系最为显著(各生育期R2>0.623),因此可通过建立叶面积指数和NDVI的关系确定夏玉米长势遥感指标,为大面积遥感监测夏玉米长势提供科学依据。     

冬小麦-夏玉米一体化垄作覆盖对作物产量与品质的影响

在冬小麦、夏玉米全生育期非灌溉雨养条件下,2005～2007年两年两点大田试验研究了垄作覆盖、垄作、平作覆盖及平作4种保护性耕作处理对冬小麦、夏玉米产量与品质的影响。结果表明：2006年垄作覆盖显著提高冬小麦、夏玉米产量;与对照平作相比,垄作覆盖冬小麦增产16.6%,夏玉米增产15.4%;平作覆盖与垄作覆盖处理明显提高了小麦子粒的淀粉含量,降低了冬小麦子粒的蛋白质含量,夏玉米子粒中含油量和淀粉含量提高9.03%和2.1%,对蛋白质含量影响不明显。秸秆覆盖或垄作覆盖处理下夏玉米子粒中15种氨基酸含量较对照较低,只有脯氨酸和蛋氨酸含量高于对照处理。因此,黄淮海冬小麦-夏玉米两熟旱农区在相对偏旱年型下,冬小麦种植仍采用平作或覆盖形式,不能采用周年一体化冬小麦-夏玉米垄作覆盖模式。     

基于HJ-1A/1B影像的冬小麦开花期主要生长指标遥感定量监测研究

为建立冬小麦开花期生长状况的遥感监测方法和技术,结合2011-2013年定点观测试验,以环境减灾卫星HJ-1A/1B数据为遥感影像源,着重分析了样本试验区冬小麦开花期主要生长指标间及其与籽粒品质、产量和卫星遥感变量间的定量关系,分别构建及评价基于HJ-1A/1B影像遥感变量的开花期叶面积指数、生物量、SPAD值和叶片含氮量监测模型。结果表明,在冬小麦开花期,作物氮反应指数(NRI)、绿色归一化植被指数(GNDVI)可分别作为监测冬小麦叶面积指数和生物量的敏感遥感变量,结构加强色素植被指数(SIPI)和SIPI可作为监测冬小麦SPAD值和叶片含氮量的敏感遥感变量,所构建的遥感监测模型可靠,模型的决定系数(r2)分别为0.73、0.69、0.62和0.61,均方根误差(RMSE)分别为0.79、1 068kg·hm-2、4.66和0.42%。利用遥感数据绘制的冬小麦开花期主要生长指标遥感监测等级分布空间量化表达图与实际相符。     

华北平原不同种植模式的水氮利用

2007～2009年在河北省中国农业大学吴桥实验站进行两年的田间定位试验,试验设3个种植模式,分别为冬小麦-夏玉米一年两熟常规模式、春玉米一熟优化管理模式和冬小麦-夏玉米-春玉米两年三熟优化管理模式,探讨在华北地区通过调整种植模式的途径实现农业节水减氮的潜力。结果表明,冬小麦-夏玉米一年两熟常规模式（对照）具有显著产量优势,但水分利用率和氮肥利用率均较低,水氮浪费较为严重,不利于华北平原地区农业的可持续发展;与对照相比,春玉米一熟模式水氮消耗量最小,水氮利用率均显著提高,具有良好的环境效应,但其产量降低较多,不适宜在生产中单独推广;两年三熟模式两年总灌溉用水量降低了63%,氮肥用量降低了75%,产量降低了21%,节水减氮效果明显,水氮利用效率显著提高,该模式进一步完善后可适当推广。     

冬小麦返青期主要生长指标的HJ-1A/1B遥感影像监测

为进一步深化作物长势遥感监测机理与方法,给大田管理及时提供信息与技术,结合2011-2013年定点观测试验,以HJ-1A/1B数据为遥感影像源,研究了返青期冬小麦主要生长指标、籽粒品质参数和产量间及其与遥感变量间的定量关系,分别构建及评价基于HJ-1A/1B影像遥感变量的返青期叶面积指数、生物量、SPAD值和叶片含氮量监测模型。结果表明,返青期,归一化植被指数（NDVI）、比值植被指数（RVI）、蓝光波段反射率（B₁）和RVI可分别作为监测冬小麦叶面积指数、生物量、SPAD和叶片含氮量的敏感遥感变量,所构建的遥感监测模型可靠且精度较高,模型的决定系数（R²）分别为0.62、0.56、0.46和0.58,均方根误差（RMSE）分别为0.42、452.3 kg·hm^-2、4.39和0.54%。同时,对冬小麦不同等级主要生长指标进行遥感监测并制图,量化表达了主要生长指标区域空间分布。     

黄淮海超高产夏玉米生长发育特性研究

比较研究超高产田(15 000 kg/hm2)和高产田夏玉米的产量构成、叶面积指数、叶绿素含量、干物质积累特性和灌浆速率等指标差异,探索超高产夏玉米生长发育特性。结果表明,超高产田夏玉米较高产田增产15.6%,穗粒数多3.7%,百粒重增加8.9%,超高产主要依赖于百粒重的增加;吐丝后超高产田夏玉米叶面积指数、叶片SPAD值和总干物质积累量均高于高产夏玉米田,吐丝后10～40 d超高产夏玉米田子粒干物质阶段积累速率较高,吐丝50 d后,高产夏玉米田植株衰老,超高产夏玉米子粒仍维持一定的灌浆速率。超高产田夏玉米具有叶面积指数大、干物质积累多、叶绿素含量高和灌浆时期长等生长发育特性,有效增加穗粒数和粒重。     

河南新乡地区冬小麦叶面积指数的动态模型研究

为给小麦高产栽培提供理论依据,依据2004～2006年度田间试验数据,研究了新乡地区冬小麦叶面积指数变化规律,及其与有效积温的关系,并利用线性方程和Logistic曲线修正方程,分段建立了以气温估算冬小麦叶面积指数的半经验公式.结果表明,对叶面积指数和有效积温归一化后,冬小麦连续两个生长年度的相对叶面积指数动态变化与相对有效积温相关关系较好.通过对2003～2004年度冬小麦叶面积指数模拟值与实测值比较,平均绝对误差0.1572,相关系数0.98,相关达极显著水平(P＜0.01),这表明该方法可很好地反映叶面积的动态变化规律.     

Effects of harvest and sowing time on the performance of the rotation of winter wheat–summer maize in the North China Plain

Rotation of winter wheat (Triticum aestivum L.) and summer maize (Zea mays L.) is the prevailing double-cropping system in the North China Plain. Typically, winter wheat is planted at the beginning of October and harvested during early June. Maize is planted immediately after wheat and harvested around 25th of September. The growing season of maize is limited to about 100–110 days. How to rectify the sowing date of winter wheat and the harvest time of summer maize are two factors to achieve higher grain yield of the two crops. Three-year field experiments were carried out to compare the grain yield, evapotranspiration (ET), water use efficiency (WUE) and economic return under six combinations of the harvest time of summer maize and sowing date of winter wheat from 2002 to 2005. Yield of winter wheat was similar for treatments of sowing before 10th of October. Afterwards, yield of winter wheat was significantly reduced (P < 0.05) by 0.5% each day delayed in sowing. The kernel weight of maize was significantly increased (P < 0.05) by about 0.6% each day delayed from harvest before 5th of October. After 10th of October, kernel weight of maize was not significantly increased with the delay in harvest because of the lower temperature. The kernel weight of maize with thermal time was in a quadratic relationship. Total seasonal ET of winter wheat was reduced by 2.5 mm/day delayed in sowing and ET of maize was averagely increased by 2.0 mm/day delayed in harvest. The net income, benefit–cost and net profit per millimetre of water used of harvest maize at the beginning of October and sowing winter wheat around 10th of October were greater compared with other treatments. Then the common practice of harvest maize and sowing winter wheat in the region could be delayed by 5 days correspondingly.     

遮雨棚模拟黄土旱塬区降水变化对冬小麦生长及产量的影响

为了解降水变化对黄土旱塬区冬小麦生长及产量的影响,通过遮雨棚模拟冬小麦生长季减少30%降水(R-30%)、正常降水(CK)和增加30%降水(R+30%)情景,于2016-2018年研究了黄土旱塬区两季冬小麦土壤相对有效含水量、LAI、NDVI、生物量、产量及其构成的动态变化特征。结果表明,在降水正常的2016-2017年(降水距平百分率位于±15%以内),与CK相比,R-30%处理的土壤相对有效含水量在返青至抽穗期显著下降,冬小麦冠层NDVI显著降低,LAI和干物质增长速率明显变缓,冬小麦的穗数和千粒重显著降低,而R+30%处理下冬小麦LAI和干物质保持稳定增长优势。R+30%、CK和R-30%三种降水条件下冬小麦产量分别为4.66、3.12和2.43 t·hm~(-2),处理间差异显著。在降水偏多的2017-2018年(降水距平百分率超过30%),不同降水处理间土壤相对有效含水量、冬小麦LAI、冠层NDVI、生物量、产量及其构成等指标均未表现出显著差异。R+30%、CK和R-30%三个处理下冬小麦的产量分别为3.70、3.39和3.14t·hm~(-2),处理间差异亦不显著。因此,在正常降水年份,生长季增加30%降水可使冬小麦显著增产44.2%,减少30%降水可使冬小麦显著减产28.4%;在降水偏多年份,生长季降水增加30%或减少30%对冬小麦的生长及产量没有显著影响。     

豫北两熟区不同夏播作物对后茬冬小麦中后期群体微环境及产量的影响

为探讨不同夏播作物前茬对后茬冬小麦生长和产量的影响,在河南省新乡市获嘉县开展田间二因素试验,设置两个不同施肥水平(常规施肥和不施氮肥)和三种夏播作物前茬(玉米、大豆和花生),分析小麦拔节期至成熟期叶面积指数(LAI)、叶夹角(LA)、光合有效辐射(PAR)、叶片叶绿素含量(SPAD)、叶绿素荧光(F_v/F_m),以及土壤含水量(SWC)、土壤温度(Ts)和土壤呼吸速率(Rs)变化,并在成熟期测定小麦产量及其构成因素。结果表明,与常规施肥(CK)相比,不施氮肥条件下不同前茬的小麦LA略增,而LAI、IPAR、SPAD、F_v/F_m、SWC、Ts和Rs均有所降低。不施氮肥条件下,花生前茬的小麦LAI、IPAR、SPAD、F_v/F_m、SWC、Ts和Rs均显著低于其他两种前茬(P<0.05),其中花生、大豆和玉米前茬的SWC较CK的降幅分别为13.56%、13.39%和10.77%。与CK相比,不施氮肥条件下,花生前茬的小麦LA较CK的增幅在3种前茬中居中,小麦...     

垄作栽培对夏玉米生长发育及主要产量性状的影响研究

利用中早熟品种济宁202,于垄作小麦收获后在垄上直播夏玉米,研究了垄作栽培对夏玉米生长发育的影响。结果表明:与传统平作栽培相比,垄作栽培的夏玉米根系发达,茎基部节间缩短,穗位高及其相邻节间变长,株高降低,叶面积系数前期增长快,后期下降慢,叶面积高值持续期长,干物质积累快,生物产量高,穗粒数多,百粒重高,产量性状明显优于传统平作,增产显著。     

Responses of rainwater conservation, precipitation-use efficiency and grain yield of summer maize to a furrow-planting and straw-mulching system in northern China

In the rain-fed areas of northern China, maize (Zea mays L.) is a main field crop, as it is well adapted to high temperatures and bright sunshine. However, low and variable rainfall and high evapotranspiration rates are common in water-limited environments during the growing season, and often mismatched rainfall events with the critical growth stages, making yield unstable. In this study, the performance of a furrow-planting and straw-mulching system was compared with the conventional flat-planting system in a double-crop culture of winter wheat (Triticum aestivum L.) and summer maize for two consecutive years (2005-2006 and 2006-2007). The four tested treatments were: conventional flat planting (F), furrow planting between ridges (B), flat planting with wheat straw-mulching (FS), and furrow planting between ridges with wheat-straw mulch (BS). Soil water content and leaf area index (LAI) were measured throughout the growing season each year, and grain yield and precipitation-use efficiency (PUE_Y) were determined.On average, ridge tillage combined with furrow planting increased maize yield by 430 kg ha⁻¹ (7.3%) and PUE_Y by 10.7% (1.5 kg ha⁻¹ mm⁻¹), compared with the conventional flat planting; furrow planting coupled with straw mulching increased yield by an additional 16.9% and PUE_Y by 19.4%, respectively. From jointing to maturity, LAI values of BS were significantly higher than those of F-system (55.6% vs. 26.1% in 2006 and 81.4% vs. 21.7% in 2007). Our data suggest that maize production adopted by furrow planting with straw-covered ridges performed best under seasonal average rainfall below 480 mm, which was associated with better synchronization of seasonal soil water supply and crop needs, leading to improved maize yield and PUE_Y.     

县域冬小麦生物量动态变化遥感估测研究

为给生产管理中及时掌握县域冬小麦长势的动态变化提供有效手段,以江苏省沭阳县为研究区,基于冬小麦生物量形成的生理生态过程,重构冬小麦生物量遥感估测模型。选用两景不同时相的HJ星影像数据,利用植被指数反演的LAI数据,对冬小麦生物量模型进行参数修订,并对县域冬小麦拔节期生物量的空间分布进行估测。在此基础上,进一步估测冬小麦抽穗期生物量分布特征及其动态变化特点。结果表明：（1）冬小麦拔节期生物量估测值和观测值范围分别为2 054.3~4 828.3 和1 962.5~4 568.4 kg·hm^-2 ,平均值分别为3 148和3 045.5 kg·hm^-2 ,RMSE为214.8 kg·hm^-2 ,决定系数为0.919 1,表明冬小麦生物量模型模拟精度较好;（2）冬小麦抽穗期生物量较拔节期发生明显变化,其中长势变化快的田块面积为20 108.7hm,占总种植面积的23.4%。春季气候因素的转好以及肥水措施的实施对冬小麦营养与生殖共生阶段的生长起到明显促进作用。说明本研究提出的基于遥感反演信息与生长模型协同的冬小麦生物量估测方法能有效估测县域冬小麦不同生长时期生物量的空间分布及其动态变化。     

不同季秸秆还田对冬小麦干物质积累分配及氮素利用率的影响

为了解不同季秸秆还田对小麦产量形成和氮素利用的效果,以安徽淮北平原砂姜黑土麦区主栽小麦品种烟农19为供试材料,设置W0M0(小麦、玉米双季秸秆均不还田)、W0M1(小麦秸秆不还田,玉米秸秆还田)、W1M1(小麦、玉米双季秸秆还田)和W1M0(小麦秸秆还田,玉米秸秆不还田)4个处理,比较分析了不同季秸秆还田对冬小麦干物质积累分配及氮素利用率的影响。结果表明：(1)与W0M0处理相比,秸秆还田处理(W0M1、W1M1和W1M0)的冬小麦开花期和成熟期干物质积累量分别增加了7.9%～25.4%和17.0%～33.3%,花前干物质转运效率提高了4.5～9.7个百分点,花前干物质对籽粒产量贡献率增加了10.8～18.5个百分点;(2)秸秆还田处理可增加冬小麦产量4.3%～12.7%,且W1M0处理增产效果最显著;(3)W0M1和W1M0处理均能提高冬小麦氮素利用效率和氮肥生产效率。总体而言,单季小麦秸秆还田有利于实现淮北平原砂姜黑土区冬小麦高产与氮高效。     

春、夏玉米物质生产及其对温光资源利用比较

比较了春玉米和夏玉米在产量和品质、干物质积累、光温气候资源的利用等方面的差异。结果表明:春玉米比夏玉米平均增产1600kg/hm²,前者的子粒粗蛋白含量也显著高于后者。春玉米的高生产力主要体现在干物质积累速率上,平均比夏玉米高15.8%,但年际间有一定的变异。春玉米对光温资源的占用率较高,但在光能利用率上并无明显优势。春玉米较高的产量潜力主要得益于营养生长期优越的光温条件以及较长的灌浆期;夏玉米灌浆期气候较适宜,但由于受冬小麦生育期的限制,产量潜力未得到充分发挥。