基于CERES-Rice模型的覆膜旱作稻田增温效应模拟

水稻覆膜旱作技术具有显著的节水、增温、防污和减排效应,是节水稻作技术体系的重要措施之一,将CERES-Rice模型用于覆膜旱作条件时,必须首先解决覆膜增温效应的准确模拟问题。该文拟应用热量传输理论及目前旱地作物生产系统中采用的覆膜增温效应模拟方法,来模拟水稻覆膜旱作生产体系中的增温效应,从而为完善CERES-Rice模型并使其能用于覆膜旱作水稻的生长模拟奠定基础。参数调校与模型检验验证通过2013、2014年在湖北房县开展的2 a水稻覆膜旱作田间试验来进行,共涉及淹水(对照)、覆膜湿润栽培和覆膜旱作共3个水分处理,分别对2个生长季、2个覆膜处理地表5 cm及地下10、20 cm处温度的变化过程进行了模拟,结果表明:经过参数调校后,所建立的覆膜增温模型可较好地模拟覆膜稻田地表和剖面上土壤温度的变化规律,地表5 cm处土壤温度模拟值与实测值的均方根差、相对均方根差分别低于1.8℃和10%,相关系数在0.89以上(P0.01);尽管地下10、20 cm处的模拟误差稍大,也基本可满足要求,相应的均方根误差3.2℃,相对均方根差15%,相关系数0.65(P0.01)。     

根系吸水模型模拟覆膜旱作水稻气孔导度

为构建覆膜旱作水稻根系吸水模型,进一步改进气孔导度模型,该文在湖北十堰开展包含3个水分处理(淹水、覆膜湿润和覆膜旱作栽培)的田间试验,分析覆膜旱作水稻蒸腾(根系吸水)与根长之间的关系,在此基础上建立覆膜旱作水稻根系吸水模型,并将其代替彭曼(Penman-Monteith,PM)方程来估算蒸腾强度,进而与脱落酸(abscisic acid,ABA)参与调控的气孔导度模型耦合,模拟覆膜旱作条件下水稻气孔导度的日变化过程。结果表明,水稻蒸腾与根长呈线性正比关系(R~2=0.96,P0.05),据此建立的根系吸水模型可以较好地模拟覆膜旱作水稻的蒸腾(根系吸水)规律,使蒸腾强度模拟值和实测值间的相对误差基本控制在15%以内;经改进后的Tardieu-Davies气孔导度模型(TD模型)可有效描述不同土层根系吸水流中的ABA浓度及不同根系层ABA的合成对木质部蒸腾流中总ABA含量的贡献,可较好地模拟气孔导度的日变化过程。改进TD模型大大提高了模拟精度,使相对误差不超过7.0%。该研究可为覆膜旱作水稻生理节水机理和水分利用效率评估提供一定的理论依据。     

水稻覆膜旱作栽培方式对稻田地下水水质的影响

对水稻覆膜旱作条件下稻田地下水水质变化作了动态检测。结果表明,与常规淹水栽培区相比,覆膜旱作区水稻不仅极显著增产,而且稻田地下水总氮含量,包括NH4^ -N、NO3^--N、特别是NO2^-N含量明显降低,氯根（Cl^-)含量也较低,地下水总磷含量、水溶性磷含量有所降低,但总体上相差不大。水稻覆膜旱作栽培方式能对施肥造成的稻田地下水水质非点源污染起到良好的控制效果。     

基于CERES-Rice模型分析黔中高原水稻生产对气候变化的响应

将贵州省花溪站2004-2005年的气象资料以及同期贵州省农业科学研究院的水稻种植田间试验资料输入作物模型CERES-Rice,通过校准和验证获得贵州水稻品种黔两优的遗传参数,利用1962-2006年的气象资料动态模拟该品种水稻的生长发育过程。结果表明,44a来,在黔中高原春、夏季气温略有下降和秋季气温略有增加的气候背景下,水稻模拟产量下降趋势不显著;模拟的水稻开花期有一定的稳定性;分期播种的模拟产量差异不显著,表明当前水稻的播种期合适,同时可适当提前以规避秋风等自然灾害对水稻产量的影响。     

连续覆膜旱作稻氮、磷、钾养分分布特征探讨

通过长期田间定位试验对自2001年起连续覆膜旱作稻N、P、K养分吸收分布特征及秸秆还田对其影响作了研究。结果表明,水稻各器官中籽粒氮磷浓度最高,而钾在茎部最高;氮磷含量主要分布在籽粒,钾主要分布在叶和茎部;秸秆还田提高了植株体内总氮和钾吸收量,而磷稍有降低,具有降低籽粒中氮磷钾的浓度趋势,且它们在籽粒中分配率都有所下降。随着氮肥用量增加,覆膜旱作稻籽粒氮浓度和氮吸收量、以及磷钾吸收量均有所增加,而磷和钾浓度则稍有下降趋势;氮、磷和钾在籽粒中的分配率降低。与常规水作和裸地旱作相比,覆膜旱作一定程度提高了水稻各器官氮浓度以及根茎叶中磷浓度,但籽粒中磷浓度以及各器官中钾浓度差异甚微。覆膜旱作提高了植株总氮、磷和钾含量,籽粒中氮占植株总氮含量比率稍有提高,磷和钾在籽粒中的分配率则稍低于常规水作。     

水稻旱作覆膜的增温保墒效果及其对生育性状影响研究

通过对水稻旱作覆膜增温保墒效果的系统研究,表明水稻旱作覆膜具有显著的增温效果和较好的保墒作用。由于覆膜的增温保墒作用,旱作覆膜后的前期生长比不覆膜旱作、水作旺盛,分蘖盛期来得早,使水稻旱作覆膜比不覆膜有显著的增产效果     

CERES-Rice模型在江汉平原的验证与适应性评价

基于江汉平原武汉、荆州农业气象试验站双季早、晚稻及单季中稻多年田间试验数据和同期逐日气象数据,在利用GLUE参数估计模块结合"试错法"对模型参数标定基础上,对CERES-Rice模型叶面积指数及生物量动态、发育期、成熟时地上部生物量、产量等的模拟能力进行了验证。结果表明,模型对水稻发育期模拟较好,开花期和成熟期的模拟误差在3d以内,其中对感光性较弱的早稻模拟最好,感光性较强的晚稻模拟最差;生育期内叶面积指数和生物量动态模拟良好,一致性指数分别达0.98和1.0;模拟产量和地上部总生物量的相对均方根误差分别为8.72%和5.91%,总体效果较好,其中生殖关键期遭遇寒露风的晚稻产量NRMSE为11.16%,模拟效果偏差。说明CERES-Rice模型在无明显异常天气条件下对江汉平原地区水稻模拟具有较好的适应性,CERES-Rice模型可为江汉平原水稻生育期预测提供技术支撑,在考虑极端天气条件胁迫产量形成过程的基础上,可应用于该地区气象影响评价及产量预报业务。     

全覆膜垄作种植对旱作马铃薯生长和土壤特性的影响

针对内蒙古长城沿线丘陵区土壤保水保肥性差,春旱严重及马铃薯产量和降雨利用率低的问题,采用地膜覆盖和垄作种植相结合的技术手段,通过连续2年的田间试验,研究了露地平作(CK)、全膜垄作(全膜双垄垄上播(A1)、全膜单垄垄上播(A2)、全膜单垄垄上微沟播(A3))和全覆膜平作(A4)5种栽培方式对旱作农田土壤酶活性与相应土层土壤含水量、温度、pH及马铃薯生长的影响。结果表明:整个生育期内,全覆膜和垄作提高了土壤增温保墒能力,A1、A2、A3和A4处理,与CK相比,土壤含水量分别提高了32.76%,23.60%,42.92%,17.58%,土壤温度分别提高11.51%,9.41%,6.87%,4.83%,同时显著降低0—20cm土层土壤pH,提高了相应土层土壤过氧化氢酶和脲酶活性,进而增加芽鲜重、根鲜重和芽粗,提高了根系活力,降低了丙二醛含量。与CK相比,产量分别提高48.62%,34.22%,52.85%,21.70%,显著增加了降雨利用率和肥料偏生产力。可见,全膜垄作种植可改善土壤质量,提高作物产量和降雨利用率,且以A1和A3效果最优,更适合作为内蒙古长城沿线丘陵区节水高产栽培模式。     

缓释复合肥与覆膜旱作对水稻氮素营养的效应研究

采用田间试验和化学分析方法．研究了3种缓释复合肥对覆膜早作水稻生长、产量、叶片氮素形态、氮肥利用率和稻米品质的影响。结果表明．施用高氮型无机型缓释复合肥（SRF1）条件下,覆膜早作（DF）水稻植株生长、产量、氮素营养和稻米品质优于常规淹水栽培（CF）,DF和CF的氮肥表观利用率分别为64．90％和37．15％。同为覆膜早作时．施用高氮型有机无机缓释复合肥（SRF1）的水稻农艺性状、产量及分蘖期和孕穗期植株叶片氨基酸、NO2^- -N含量较高,而植株叶片蛋白氮和全氮含量以高氮型无机缓释复合肥处理（SRF1）较高,氮肥表观利用率和农业利用率均以SRF2〉SRF1〉SRF3,氮肥生理利用率差异不大。覆膜早作和施用缓释复合肥能提高稻米营养品质,稻米氨基酸和蛋白质含量与水稻分蘖期叶片的蛋白氮和全氮含量皆呈显著正相关。     

覆膜旱作稻N、P、K养分利用特征

在田间试验条件下对覆膜旱作稻体内N、P、K养分浓度、吸收动态及N肥利用率作了研究。结果表明,相同施肥处理条件下不同生育期覆膜旱作稻N、P、K养分浓度及吸收量均高于水作稻,尤以生育中后期较为明显;覆膜旱作稻全生育期N、P、K养分吸收量明显高于水作稻,分布在籽粒中的N、P、K养分含量也有所提高,而在整株中的占有率差异不大,N肥利用率提高12%左右。     

杂交水稻强化栽培措施的增产效应研究

研究了杂交水稻组合、施氮水平、栽植密度和栽植方式等因素在强化栽培体系下的增产效应．并对强化栽培技术的改良进行探讨,提出了重庆地区水稻强化栽培超高产技术措施。各因子水平的最佳组合为A_1B_2C_xD_2,即选用穗重型杂交水稻新组合,每hm~2施纯氮195kg,栽13．5万窝或18万窝,采取大三围栽植,可以有效地提高单产水平。     

稻麦轮作区保护性耕作条件下氮肥对水稻生长发育和产量的调控效应

20062~008年在四川省广汉市开展了保护性耕作措施下水稻氮肥调控试验,设置不同秸秆还田量(0、6000、12000 kg/hm2)、施氮量水平(0、1502、10 kg/hm2)以及氮素分配比例(6∶2∶2、6∶3∶1、8∶2)。结果表明,和施N 150 kg/hm2相比,N 210 kg/hm2处理水稻分蘖力、干物质积累量、开花期的植株个体和群体质量均有升高,花后茎鞘贮藏物质的输出及光合物质积累量增加,子粒产量提高7.3%。在施N 150 kg/hm2水平和基肥∶蘖肥∶穗肥=6∶2∶2分配比例下,与旋耕无麦秸还田处理相比,免耕秸秆还田与否对水稻茎蘖消长、干物质积累及子粒产量影响较小,但花后绿叶功能期延长,光合产物积累在产量形成中所占比例增加。在施N 210 kg/hm2水平和基肥∶蘖肥∶穗肥=6∶3∶1分配比例下,免耕还田麦秸量从6000 kg/hm2增加至12000 kg/hm2,水稻分蘖力明显增强,干物质积累量增大,开花期个体和群体质量提高,单位面积穗数和穗实粒数增多,产量增加4.1%;将氮肥分配比例由6∶3∶1变为8∶2,即增加基肥用量,减少中后期的氮素供应会导致分蘖高峰后分蘖大量死亡,有效穗数降低,穗粒数减少,产量下降。以上结果说明,氮素的充分供应是保护性耕作水稻获得高产的重要前提和基础,适当提高麦秸还田量、增加中后期氮素供应,能提高氮素利用率及分蘖成穗率和结实率,利于稳产高产。     

基于重心模型的丘陵山地区耕地利用转换时空特征研究

地形起伏是决定山地丘陵区土地利用类型时空格局的关键因素,是耕地利用的耕地利用时空转换的控制因子之一。为分析丘陵区耕地利用转换时空特征,选取位于山地丘陵区的赣州市为典型区。基于均值变点法对赣州的起伏度进行定量分析,将赣州市划分为平坦(12.4%)、微起伏(11.3%)、小起伏(43.6%)和中起伏(32.7%)4个等级。利用重心模型计算得到,1990、1995、2000、2004、2009和2014年5个时期耕地重心的移动角度分别为63.4°、330.5°、201.4°、203.4°和106.4°,与森林、灌草、裸地、水体和人造表面重心移动角度的Pearson相关系数分别为0.44、0.94、0.02、0.36和0.85。灌草、人造地表两种类型是与耕地重心的移动角度Pearson相关性最高,耕地与人造地表最为密切,但其形态变化并不具有一致性。1990-2014年平坦、微起伏、小起伏和中起伏区域承载耕地面积比例平均为34%:19%:35%:12%,区域承载的耕地利用强度与耕地发生转换的强度大小随着起伏度等级增加而减小。从数量来说森林与耕地变化最密切。从空间位置上,耕地与草地变化最密切。     

基于CLUE-S和Dinamica EGO模型的土地利用变化及驱动力分析

为了探究中国土地利用变化驱动机制和未来土地利用状况,该文利用中国科学院资源环境科学数据库中的2000年和2005年土地利用数据,结合区域土地利用变化与影响模型CLUE-S(the conversion of land use and its effects at small regional extent)和面向地理过程动态环境模型Dinamica EGO(environment for geoprocessing objects)模拟2000-2020年中国土地利用状况,并借助于Logistic回归结果和贝叶斯估计结果,探讨了中国2000-2005年土地利用适宜性和土地利用变化的驱动力空间特征。以2005年土地利用数据对模拟结果进行验证表明,CLUE-S模型和Dinamica EGO模型在LUCC预测上与实际结果一致性较好,并且CLUE-S模型在预测总体精度上优于Dinamica EGO模型。但在土地利用变化类型的数量预测上,Dinamica EGO模型的Markov过程可以准确预测,并且Dinamica EGO模拟的土地利用变化在空间分布上与经验结果较一致。从2020年中国土地利用预测结果来看,耕地、林地、水域和建设用地将会增加,草地会出现大面积的缩减,未利用地在CLUE-S模型预测中出现增加,而在Dinamica EGO模型中减少。该文可为国土资源规划和耕地资源保护政策的制定提供科学依据。