华北平原水氮优化条件下不同种植制度的水分效应研究

以华北平原冬小麦夏玉米一年两熟制、冬小麦夏玉米春玉米两年三熟制和春玉米一年一熟制轮作体系为对象,研究了不同种植制度下作物的产量、根层土壤水分动态变化和水分利用效率。结果表明,不同种植制度对产量、耗水和水分利用方面影响显著。一年两熟制下作物的产量、耗水量和水分利用效率均显著高于两年三熟制和一年两熟制,但是降雨量仅能满足总耗水量的72.9%,仍需较多地下水补充灌溉。两年三熟制降雨量能够满足作物耗水量80.4%,产量、耗水量和水分利用效率较一年两熟制分别减少23.1%,12.0%和15.8%。一年一熟制降雨量能够满足作物耗水量的89.2%,产量、耗水量和水分利用效率较一年两熟制分别减少45.2%,27.3%和30.7%。一年两熟制和两年三熟制的各层土壤水分在两年内呈现波浪型变化趋势,一年一熟制各层变化趋势较为平缓。两年三熟制和一年两熟制有利于提高土壤蓄水量,减少灌溉量,进而减少对地下水资源的抽取。两年三熟制降雨量能够较好地满足作物耗水量,产量和水分利用效率介于其它两种种植制度之间,与其它两种种植制度相比;能够兼顾水资源的可持续利用和粮食安全。春玉米高产的适宜栽培措施有待于进一步研究。     

分根区交替灌溉对土壤水分养分条件及作物生长的影响

分根区交替灌溉技术可充分利用生物学特性,调节作物自身生理活动,降低作物耗水量,达到节约灌水量和提高水分利用效率的目的。综合国内外研究成果,从土壤水分、土壤养分(氮素)、作物生长、产量、品质等方面,论述了分根区交替灌溉提高农田水肥利用效率的机理及其对作物生长的影响,并对将来需要重点研究的方向作了展望,以期为进一步发展和丰富分根区交替灌溉理论和技术提供科学支撑。     

太行山山前平原夏玉米优化灌溉制度研究

5年田间试验研究不同气候年型下灌水次数、灌溉时间对夏玉米生育、产量和水分利用效率的影响结果表明 ,随生育期总耗水量的增加 ,夏玉米产量逐步提高 ,当耗水量增至一定程度时产量反而递减 ;而水分利用效率随耗水量的增加呈逐步递减趋势。并确定了夏玉米最优耗水量 ,建立了不同降水年型下夏玉米优化灌溉制度。     

小麦不同品种的水分利用特性及对灌溉制度的响应

为了研究不同小麦品种的水分利用特性和对灌溉制度的响应,该文于2003～2004年在中国科学院栾城农业生态试验站对19个抗旱节水性不同小麦品种进行了不同灌溉处理下,其生长发育特性、产量、耗水量和水分利用效率(WUE)的比较研究,结果表明不同小麦品种的水分利用特性有显著差异。不同小麦品种产量相差最大达44.86%,水分利用效率相差可达42.18%。根据系统聚类分析,把19个小麦品种分为高产高WUE型、中产高WUE型、中产中WUE型和低产低WUE型4种类型。不同类型的小麦,对灌溉制度的响应不同。高产高WUE类型在本试验年灌溉60 mm,产量可达到7415 kg/hm²,水分利用效率可达15.91 kg/(mm·hm²)。在华北平原适于种植石家庄8号等高产高WUE型小麦,其在不降低产量和水分利用效率的情况下,减少灌水60～120 mm,具有明显的节水增产效益。     

基于DSSAT模拟的灌溉用水效率评价指标比较

为研究不同灌溉用水效率评价指标间的差异、相关关系、影响因素和使用条件,该文利用DSSAT-CERES-Wheat模型,模拟得到新乡地区1963-2013年50 a冬小麦的灌溉用水效率5个常用评价指标:农田总供水利用效率、广义水分利用效率、作物水分生产率和灌溉水利用效率及真实灌溉水利用效率。结果表明:1)农田总供水利用效率、广义水分利用效率和作物水分生产率用于评价水分利用效率结果相近,相关系数均在0.8以上(P0.05),综合考虑建议使用农田总供水利用效率或作物水分生产率;2)灌溉水利用效率大小受降雨量的影响,用于灌溉用水效率评价依赖于情境,需谨慎使用;真实灌溉水利用效率因数据获取困难,并不实用。该研究可为灌溉用水效率的评价提供一定的参考,对宏观决策及指标的正确使用均有重要的指导意义。     

冬小麦微咸水灌溉制度的研究

通过中科院南皮生态试验站冬小麦微咸水灌溉试验,研究不同灌溉定额对土壤水分利用效率、盐分运移规律以及作物产量的影响,并进一步探讨灌区适宜的灌溉制度。研究结果表明,从水分利用效率大小、年内盐分平衡以及作物需水规律综合考虑,小麦生育期适宜灌溉定额为120 m³/667 m²。该研究结果为灌区地下微咸水的合理开发利用提供了依据。     

北京市灌溉农田水资源利用效率研究

以各种作物的水分利用效率、水分能量生产效率和水分经济利用效益评价为依据,对北京市灌溉农田的水分利用状况进行了综合评价,提出了该区域优化粮食作物、果树和瓜菜类作物的种植结构,推进节水型种植业发展的思路与途径。     

Hydrus-2D模拟起垄覆膜处理对夏玉米生育期水量平衡的影响

为探究起垄和覆膜处理对辽西北半干旱区夏玉米生育期水量平衡的影响,该研究在建平县节水灌溉试验站将田间试验与Hydrus-2D模拟相结合,探究各典型年夏玉米生育期水量平衡的变化规律。结果表明：Hydrus-2D模型能够有效地对起垄和覆膜处理后夏玉米生育期的下垫面降雨入渗过程进行模拟,各下垫面实测值与模拟值的R²均不小于0.87,均方根误差均小于0.01 cm³/cm³;覆膜后各典型年的蒸发量平均减少52.24 mm,蒸腾量平均增加31.84 mm;覆膜会抑制多日持续降雨期间的深层渗漏速率,促进单日超过40 mm降雨的雨后深层渗漏速率;覆膜能减少作物生育期的农田耗水量（蒸发量,蒸腾量和深层渗漏量之和）,使各典型年的平均农田耗水量减少25.74 mm,增加覆膜垄作处理的覆膜宽度能够进一步减少作物生育期的农田耗水量。因此,在辽西北半干旱区进行起垄和覆膜对缓解该地区的农业缺水紧张情势,丰富农田生育期水分转化结构的相关理论具有重要作用。     

有限供水条件下旱地春小麦水分的高效利用

全球气候变化最令人担忧的问题是干旱,而水分又是影响小麦产量的重要因素之一,农田水分的管理与有效利用已经受到人们的高度重视。作者以春小麦为实验材料,采用盆栽和小区试验相结合的方法,针对黄土高原半干旱地区的有限水分环境,研究了有限供水的高效利用问题。盆栽条件下,采用3种肥力水平与拔节期、孕穗期和灌浆期有限供水组合处理。对生长发育、产量构成和水分利用效率等指标测定的结果表明,施肥可以显著增大叶面积,促进根系生长,提高子粒产量;而施肥条件下,拔节期有限供水能够显著增加穗粒数和粒重。小区试验结果表明,满足春小麦最大产量所需的灌水量约为200mm,获得作物水分利用效率最高时的适宜灌水量约为100mm,而拔节期60mm的灌水量可以使灌水利用效率接近最大值。拔节期60mm灌水条件下,耗水量、作物水分利用效率和灌水利用效率同步增长,同时土壤的贮存水也得到了有效利用。根据以上结果可得出:在黄土高原缺水地区,春小麦有限灌溉的适宜灌水量下限应不低于60mm,一次性补充灌溉的最佳时期为拔节期     

有限灌溉对绿洲春玉米农田耗水特征及水分利用效率的影响

为了探究有限灌溉对绿洲沙地春玉米农田耗水特征及水分利用效率的影响,利用中子仪结合烘干秤重法连续监测了河西走廊荒漠绿洲沙地春玉米不同生育期农田土壤水分动态,分析了玉米农田日耗水量动态与土壤蒸散及作物水分利用效率。结果表明,整个生育期除播种-五叶期和拔节-孕穗期外,所有有限灌溉处理及充分供水对照间日耗水量均无显著差异(P0.05),各生育时段内日耗水量随生育过程呈由小到大再由大到小的变化趋势,其峰值出现在吐丝—灌浆中期且高达6.8~10.0mm/d。灌水最少但产量最高的有限灌溉处理MI1全生育期蒸散量仅次于灌水较多的处理MI5。对照CK全生育期蒸散量远高于MI5,增幅达16.0%,而以MI3最低。水分利用效率以MI1和MI3最高,且与其他处理及对照间差异显著(P0.05)。水分利用效率以MI4最低,MI1和MI3水分利用效率均比MI2、MI4、MI5和CK显著提高19.3%,34.1%,15.3%和25.4%。MI1与其他所有处理及对照间、MI3与其他所有处理及对照间灌溉水利用效率差异显著,且以灌水最少但产量最高的MI1最高,以MI4最低。处理MI1灌溉水利用效率分别比MI2、MI3、MI4、MI5及CK显著提高35.1%,14.6%,61.0%,36.7%,48.4%,而MI3比MI2、MI4、MI5、CK分别显著提高17.9%,40.4%,19.3%,29.4%,MI5比MI4则显著提高17.7%。因此,有限灌溉能提高绿洲玉米水分利用效率和灌溉水利用效率,但有限灌溉对作物水分利用效率和灌溉水利用效率提高的促进作用并不具有稳定性。     

秸秆覆盖条件下夏玉米田蒸散、水分利用效率和作物系数研究

Maize （Zea mays L.）, a staple crop grown from June to September during the rainy season on the North China Plain, is usually inter-planted in winter wheat （Triticum aestivum L.） fields about one week before harvesting of the winter wheat. In order to improve irrigation efficiency in this region of serious water shortage, field studies in 1999 and 2001, two dry seasons with less than average seasonal rainfall, were conducted with up to five irrigation applications to determine evapotranspiration, calculate the crop coefficient, and optimize the irrigation schedule with maize under mulch, as well as to establish the effects of irrigation timing and the number of applications on grain yield and water use efficiency （WUE） of maize. Results showed that with grain production at about 8 000 kg ha^-1 the total evapotranspiration and WUE of irrigated maize under mulch were about 380-400 mm and 2.0-2.2 kg m^-3, respectively. Also in 2001 WUE of maize with mulch for the treatment with three irrigations was 11.8% better than that without mulch. In the 1999 and 2001 seasons, maize yield significantly improved （P = 0.05） with four irrigation applications, however, further increases were not significant. At the same time there were no significant differences for WUE with two to four irrigation applications. In the 2001 season mulch lead to a decrease of 50 mm in the total soil evaporation, and the maize crop coefficient under mulch varied between 0.3-1.3 with a seasonal average of 1.0.     

自然降雨下玉米秸秆堆沤还田对滇中小流域坡耕地氮素流失的影响

为探究自然降雨下不同堆沤方式秸秆还田对小流域坡耕地径流泥沙及氮素流失的影响,以滇中二龙潭流域坡耕地为研究对象,设置9种不同玉米秸秆堆沤方式,分别为CK及8种处理,各处理包括2种秸秆还田量(0.75,1.5 kg/m^2)、2种秸秆粒度(1,5 cm)、2种秸秆堆沤方式(水或水与尿素堆沤),研究烤烟坡耕地产流产沙及氮素流失特征。结果表明:(1)在4场具有典型产流的降雨中,施用较高秸秆还田量(1.5 kg/m^2)和粗颗粒秸秆(5 cm),均可有效减少坡耕地产流产沙量(10.06%~38.60%和10.07%~38.60%);(2)施用较低秸秆还田量(0.75 kg/m^2)、粗颗粒秸秆(5 cm)及未添加尿素堆沤的秸秆径流TN、NO3--N浓度低于施用高秸秆还田量(1.5 kg/m^2)、细颗粒秸秆(1 cm)及添加尿素堆沤的处理(1.96%~32.79%和3.97%~40.89%);(3)各处理下NO3--N/TN、NH4+-N/TN、PN/TN分别为63.64%~86.18%,5.31%~13.86%和5.33%~25.80%,表明坡耕地地表径流氮素主要流失形式为NO3--N,溶解态氮是径流中的主要氮素污染物;(4)施用较低秸秆还田量(0.75 kg/m^2)、粗颗粒(5 cm)秸秆、未加尿素堆沤的秸秆,泥沙TN流失浓度降低(16.87%~48.15%);(5)施用较高秸秆还田量、粗颗粒秸秆及未添加尿素堆沤可有效降低滇中坡耕地氮素的流失风险(0.32%~35.05%和54.52%~77.23%)。TN径流和泥沙流失中,以径流输出为主,占TN流失量的50.09%~71.67%。为了减少该流域氮素流失量,可选择施用较高秸秆还田量(1.5 kg/m^2)和粗颗粒(5 cm)秸秆,并依据烤烟不同生长期的吸收情况和土壤养分情况等选择少量或不添加尿素堆沤进行秸秆还田。     

榆林地区农田灌溉的现状、开发潜力与途径

该文系统地对榆林地区农田灌溉和水利资源进行分析,指出该区水地的重点开发区在北六县,灌溉农田可发展到15万hm²,1 hm²产量到6 000 kg,粮田面积为10万hm²,即可产粮达6亿kg。南部丘陵区发展集水补灌农业,修水窖150万孔,可对15万hm²梯田进行补灌,其中10万hm²种粮食,使粮食产量提高到3 750 kg/hm²,可产粮3.75亿kg,全区共产粮9.75亿kg     

沙化封禁区农田生态系统服务价值变化及其影响因素——以河西走廊8县市为例

[目的]对沙化封禁区农田生态系统服务进行研究,为干旱区生态安全和农户生计可持续发展提供支持。[方法]运用生态经济学方法和多元逐步回归模型,据此揭示河西走廊沙化封禁区所在8县市农田生态系统服务价值变化以及影响因素。[结果](1)沙化封禁区农田生态系统单位面积服务价值由19 966元/hm2增长到21 511元/hm2,增加了1 545元/hm2,年均增幅0.58%,原材料生产、废物处理、土壤形成和保护服务、食物生产是主要贡献类型;(2)农田生态系统总服务价值由29.40亿元增长到42.49亿元,增长了13.09亿元,年均增幅为2.88%,基本服务价值、社会保障服务价值大于水资源消耗服务价值和环境污染服务价值,但是水资源消耗和环境污染服务价值的增长速度明显加快;(3)8县市农田生态系统单位面积服务价值变化存在空间和类型差异,主要受农业生产总值、农民人均收入、化肥使用量、经济作物面积、粮食单产的影响。[结论]生态退化逆转对大部分县市的农田生态服务价值产生积极影响,但农田水资源消耗和环境污染效应不断增大,导致沙化土地逆转的脆弱性仍然较高。     

施氮与灌水对夏玉米产量和水氮利用的影响

通过田间裂区试验,研究了不同灌水量（900、 1200和1500 m3/hm2）和施氮量（0、 150、 210和270 kg/hm2）对夏玉米生长状况、 产量构成及水、 氮利用效率等的影响。结果表明: 当灌水量超过最低量 900 m3/hm2、 施氮量超过150 kg/hm2时,二者对玉米产量、 产量构成因素（穗粒数、 百粒重及穗粒重）和收获指数（HI）以及各生育期干物质积累量等均没有明显影响; 氮肥农学效率和氮肥偏生产力随氮肥用量的增加呈明显降低趋势; 灌水生产效率和水分利用效率随灌水量的增加也显著降低,二者均表现为900 m3/hm21200 m3/hm21500 m3/hm2。因此,在本试验条件下,以W900N150处理的水、 氮利用效率、 产量及其构成因素等较高,并且对环境造成潜在危害最小,为当地地域气候条件下夏玉米生产中节水减氮的较为适宜的水氮配比。     

灌溉和施磷对紫花苜蓿土壤水分动态及根重的影响

采用完全随机裂区设计,常规灌溉量(330mm),节水20%灌溉量(264mm)和节水40%灌溉量(198mm)作为主处理,施磷量(0,60,120和180kg/hm²)作为副处理,研究了不同灌溉量和施磷量对紫花苜蓿土壤贮水量、耗水强度、水分利用效率和根重的影响。结果表明,土壤贮水量、紫花苜蓿耗水强度和根重随灌溉量增加而增加,水分利用效率随灌溉量增加而降低。施磷对紫花苜蓿土壤贮水量和耗水强度影响不明显。紫花苜蓿水分利用效率和深度0-40cm根重随施磷量的增加表现为先增加后降低,当施磷量达到120kg/hm²时,紫花苜蓿水分利用效率﹝26.50kg/(mm·hm²)﹞和全生育期平均根重(1 320.78g/m²)达到最大值。     

华北平原种植结构变化对农业需水的影响

不同种植结构下的农田需水研究是调整农业种植结构、制定切实可行的区域灌溉方案的重要依据。为了定量估算华北平原种植结构变化对农业需水的影响,本文基于MODIS NDVI数据和TM/ETM遥感影像提取了2002年和2012年华北平原主要作物类型及其种植面积,同时基于作物系数法计算了华北平原7种主要作物需水量,分析了华北平原种植结构变化对作物需水的影响。结果表明:2002—2012年,主要作物种植面积减少60.7万hm~2。其中,种植面积明显减少的作物分别为冬小麦-夏玉米(-43.18万hm~2)、棉花(-32.43万hm~2)、水稻(-9.3万hm~2)和春玉米(-4.9万hm~2),种植面积增加的作物主要是林果(+16.61万hm~2)和蔬菜(+12.6万hm~2)。2002—2012年,华北平原主要作物的总需水量从742.7亿m~3下降至695.5亿m~3,共下降6.37%。其中,需水量减少的作物类型为冬小麦-夏玉米(-35.41亿m~3)、棉花(-24.31亿m~3)、水稻(-7.48亿m~3)和春玉米(-2.1亿m~3),需水量增加的为林果(+11.24亿m~3)和蔬菜(+10.71亿m~3)。从空间分布来看,华北平原作物需水量整体呈减少趋势,仅在河北平原、鲁西北以及滨海平原靠近城市周边的区域呈增加趋势,其中滨海平原需水增加量最大。华北平原由于作物种植面积减小引起的作物需水减少量达44.7亿m~3;由作物种植结构调整引起的作物需水减少量为2.5亿m~3。种植规模的减小是华北平原作物需水量减少的主要原因。     

Is Rainwater Harvesting an Option for Designing Sustainable Cropping Patterns for Rainfed Agriculture?

Rainwater harvesting in small dams has good potential to provide supplementary agricultural irrigation during critical crop growth stages. Field experiments were conducted to evaluate cropping patterns: fallow–wheat (FW), mash–wheat (MaW), sorghum–wheat (SW), maize (grain)–wheat (MW), maize (grain)–gram (MG) and mung–canola (MuC); under two conditions: irrigated (Command area of Pira Fatehial small dam) and rainfed (Un‐command area) on sandy loam soil during three years (2009 to 2011). Treatments were arranged in a randomized complete block design, three factor factorial (cropping patterns, irrigated/non‐irrigated conditions and years) using four replications. The highest grain yield of wheat (5.6 Mg ha⁻¹) was obtained from the MaW cropping pattern as compared to those from MW, FW and SW cropping patterns. Summer crops (sorghum fodder, maize grain and mash) performed excellent under irrigated conditions. Water use efficiency of wheat (14.3 kg ha⁻¹mm⁻¹) following mash under both the conditions exhibited higher values than when compared with those from SW, FW and MW cropping patterns. However, nutrient use efficiency in SW cropping pattern surpassed the others. Performance of all crops remained better under the irrigated condition during both all seasons and years, as rainfall deficiency was compensated by supplementary irrigations. Hence, this study concluded that farmers having water resources for supplemental irrigation should adopt the MW cropping pattern, based on grain yield, efficient utilization of available supplemental water and better utilization of nutrients. Similarly, based on improved nutrient utilization and monitory outputs, the MaW sequence should be followed in rain‐fed areas for better resource management. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

山东省环渤海平原区粮食产出潜力与技术途径分析

为了给国家新增粮食生产能力规划布局提供依据,基于山东环渤海平原区目前耕地资源、种植制度及其生产力现状,估算了该区域内30个县(市、区)的粮食产出潜力。结果表明:通过扩大粮食种植面积和提高粮食单产具有新增粮食4.034 1×109 kg的潜力,具体技术途径为:①调整种植制度,通过将一年1熟种植棉花调整为小麦/玉米一年2熟种植粮食作物,可增加粮食产出2.364 7×109 kg;②开发利用耕地资源,通过改造治理盐碱荒地种植粮食作物可增加粮食产出7.755 5×108 kg;③实施均衡增产措施,通过提高现有粮田单产水平可增加粮食产出8.938 5×108 kg。无论是扩大种植面积,还是提高单产,增粮增产潜力较大的县(市、区)主要分布在黄河三角洲地区。粮食生产潜力开发的核心技术措施是进行洗盐排盐抑制耕层土壤返盐,改土培肥提高中低田地力,筛选配置耐盐作物品种、优化耕作制度,实施适度规模集中连片标准化技术。     

氮施用量对夏玉米土壤水氮动态及水肥利用效率的影响

采用田间小区试验,监测夏玉米不同生长期土壤水分和硝态氮剖面含量变化,研究不同施氮量对其时空变化及籽粒产量、水肥利用效率的影响,探讨氮肥对水肥资源高效利用的调节作用。结果表明：不同施氮处理,土壤剖面水分和硝态氮随土壤深度的变化趋势基本一致,即表层50 cm土壤水分和硝态氮含量较高且呈降低态,50-110 cm相对较低且波动较小,灌浆期二者均达到最低值;各生长期表层50 cm土壤含水量呈不施氮处理均高于施氮处理,50-110 cm土层则相反;施氮能提高土壤硝态氮含量,土壤硝态氮运移受土壤水分状况和含量的影响,含量越高,向下移动越深;施氮能显著提高水分利用效率及籽粒产量,增产效果明显（增产28.52%-37.86%）,二者均以施氮240 kg/hm^2处理最高;随施氮量的增加籽粒产量及籽粒吸氮量和水分利用效率增幅均表现为先升高后降低之趋势,当施氮量超过240 kg/hm^2后,籽粒产量和水分利用效率提高并不显著;不施氮与施氮处理氮素生产力、氮肥利用率之间均存在极显著差异。在本试验条件下,从控制土壤硝态氮积累及取得较高的产量和氮素利用率综合考虑,夏玉米的适宜施氮量范围应控制在120-240 kg/hm^2较好。