干旱缺水对主要粮食作物的影响研究进展

水资源和粮食是人类生存发展的基础需求,近年来气候变化导致干旱逐渐加剧,进而影响粮食作物的产量,对农业持续发展和粮食安全产生了巨大挑战。同时水资源持续短缺也给农业灌溉用水带来了巨大挑战,利用各种高效节水技术对作物进行抗旱性锻炼,保障作物不减产或产量提高的情况下降低作物无效耗水是农业生产发展的必要基础。小麦、玉米、水稻作为人类的主要粮食作物,其高产稳产是国家粮食安全的重要保障。因此,本文主要讨论了干旱胁迫对主要粮食作物小麦、玉米、水稻产量的影响,为小麦、玉米、水稻试适宜的干旱胁迫程度提供依据。     

基于等价产量的不同轮作模式作物资源利用效率研究

为了更好地利用华北平原南部的自然资源,充分发挥该区域光、温、水、土资源的优势,于2016年6月—2019年6月以玉米-小麦→玉米-小麦→玉米-小麦(T_1)、大豆-小麦→大豆-小麦→玉米-小麦(T_2)、花生-小麦→花生-小麦→玉米-小麦(T_3)、甘薯-小麦→甘薯-小麦→玉米-小麦(T_4)4种轮作模式为研究对象,以经济价值为考核依据,用等价代换法对不同作物产量进行等价转换,并运用相关分析和灰色关联分析法对这几种模式光、温、水、土资源利用效率及作物等价产量(E_(GY))进行分析。结果表明,T_3模式的光能利用率(RUE)、积温生产效率(PE_(GDD))、水分利用效率(WUE)皆为最高,分别为0.78%、5.37 kg/(hm~2·℃)、28.05 kg/mm;T_1模式仅次于T_3模式,RUE、PE_(GDD)、WUE分别为0.61%、4.82 kg/(hm~2·℃)、25.28 kg/mm。对作物E_(GY)及自然资源的相关分析可知,E_(GY)与PE_(GDD)、WUE呈极显著正相关,与土地利用率(LUE)呈显著正相关;进而以E_(GY)为母系列,自然资源利用率为子系列进行灰色关联度分析可知,各种资源利用效率关系为PE_(GDD)WUELUERUE。综上所述,积温生产效率与水分利用效率对产量的影响较大,而T_3模式与T_1模式的整体自然资源利用率较高。     

不同灌溉方式对“小麦-玉米”节水节肥效应的影响

为探明不同灌溉方式对"小麦-玉米"一年两熟农田肥水利用的影响,在驿城区水屯镇开展了"小麦-玉米"节水节肥效应研究。通过研究滴灌、喷灌、微喷和地龙四种灌溉方式对小麦、玉米产量、氮肥增效、灌水利用效率等节水节肥增效技术的影响可知,不同节水灌溉方式对提高灌水利用效率具有积极效果,且有利于实现作物高效用水节肥一体化。因此,实现"小麦-玉米"节本高效最佳的途径就是灌水与追肥同步进行,即水肥一体化的应用。     

作物气候生产潜力估算及有效增产途径探讨

以河北省为例，通过对小麦和玉米的气候生产潜力估算，得出雨育和灌溉两个系列的气候生产潜力。结果表明，自然降水条件下，生产潜力很低，仅为光温生产潜力的50％左右；而在灌溉条件下，作物的灌溉潜力可达到光温生产潜力的80％，然而河北省水资源缺乏，降水时空分而不均及地表水、地下水不足，作物的灌溉生产潜力尚难发挥，水分成为作物产量的主要限制因素，据此提出提高气候生产潜力的有效措施和增产途径。     

冬小麦-夏玉米周年农田资源高效利用限制因素分析

【目的】随着耕地面积的减少、人口数量的增加以及社会经济的迅速发展,增加单位面积作物产量是提升粮食总产量、确保我国粮食安全的重要途径。探索农田资源高效利用途径及限制因素,为提高作物单位面积产量提供指导。【方法】本研究以冬小麦、夏玉米为研究对象,在山东省4个生态区域（鲁东、鲁中、鲁西北及鲁西南）,利用模拟模型等方法研究2008—2017年不同气候、栽培管理条件下作物产量,提出定量化评价指标,分析并明确影响各生态区域资源利用及产量提升的主要限制因素。【结果】（1）鲁东地区冬小麦生长季受光温资源、品种、栽培模式、水资源、氮肥资源因素影响率分别为16.96%、20.68%、1.39%、60.97%、0;鲁中地区受各因素影响率分别为37.72%、20.16%、1.57%、40.55%、0;鲁西北地区分别为17.90%、19.11%、1.20%、61.79%、0;鲁西南地区分别为33.65%、23.80%、1.65%、40.90%、0。（2）鲁东地区夏玉米生长季受光温资源、品种、栽培模式、水资源、氮肥资源因素影响率分别为49.11%、9.07%、10.64%、31.18%和0;鲁中地区受各限制因素影响率分别为56.62%、10.86%、11.65%、20.87%、0;鲁西北地区各因素影响率分别为43.01%、18.95%、11.26%、26.78%和0;鲁西南地区各因素影响率分别为64.42%、5.44%、15.84%、14.30%和0。【结论】冬小麦生长季鲁东、鲁西北地区农田资源主要受水分资源限制,其次是光温资源和品种的限制,栽培模式和氮肥资源影响不大。鲁中、鲁西南地区则主要受光温资源和水分资源的共同影响,其次受品种因素限制。夏玉米生长季4个地区均受光温资源因素影响最大,水资源次之,品种和栽培模式影响较小。     

冬小麦-夏玉米周年农田资源高效利用限制因素分析

【目的】随着耕地面积的减少、人口数量的增加以及社会经济的迅速发展,增加单位面积作物产量是提升粮食总产量、确保我国粮食安全的重要途径。探索农田资源高效利用途径及限制因素,为提高作物单位面积产量提供指导。【方法】本研究以冬小麦、夏玉米为研究对象,在山东省4个生态区域(鲁东、鲁中、鲁西北及鲁西南),利用模拟模型等方法研究2008—2017年不同气候、栽培管理条件下作物产量,提出定量化评价指标,分析并明确影响各生态区域资源利用及产量提升的主要限制因素。【结果】(1)鲁东地区冬小麦生长季受光温资源、品种、栽培模式、水资源、氮肥资源因素影响率分别为16.96%、20.68%、1.39%、60.97%、0;鲁中地区受各因素影响率分别为37.72%、20.16%、1.57%、40.55%、0;鲁西北地区分别为17.90%、19.11%、1.20%、61.79%、0;鲁西南地区分别为33.65%、23.80%、1.65%、40.90%、0。(2)鲁东地区夏玉米生长季受光温资源、品种、栽培模式、水资源、氮肥资源因素影响率分别为49.11%、9.07%、10.64%、31.18%和0;鲁中地区受各限制因素影响率分别为56.62%、10.86%、11.65%、20.87%、0;鲁西北地区各因素影响率分别为43.01%、18.95%、11.26%、26.78%和0;鲁西南地区各因素影响率分别为64.42%、5.44%、15.84%、14.30%和0。【结论】冬小麦生长季鲁东、鲁西北地区农田资源主要受水分资源限制,其次是光温资源和品种的限制,栽培模式和氮肥资源影响不大。鲁中、鲁西南地区则主要受光温资源和水分资源的共同影响,其次受品种因素限制。夏玉米生长季4个地区均受光温资源因素影响最大,水资源次之,品种和栽培模式影响较小。     

种植密度对玉米农艺性状、源库性能和光合特性影响的研究进展

正粮食安全是人类社会可持续发展的基础,随着人口的不断增长,世界将会面临持续的粮食短缺问题。扩大粮食播种面积和提高粮食单产水平是获得粮食增产的两大途径。我国当前粮食生产面临的主要问题是水资源的短缺和耕地资源的持续减少,所以提高粮食单产是获得粮食增产最为可行的途径。玉米是重要的粮食、饲料和工业原料。玉米作为碳四作物,在高光效、生物量大、合理密植的条件下有巨大的增产潜力,     

不同施氮水平对小麦/玉米间作产量和水分效应的影响

【研究目的】探讨小麦/玉米间作体系中氮肥对水分资源高效利用的调节作用,达到合理施肥提高水分利用效率的目的;【方法】采用田间试验,监测小麦/玉米间作不同生育期土攘水分,研究不同施氮量对产量和水分利用效率的影响;【结果】小麦/玉米间作的土地当量比(LER)为1.31￣1.53,小麦相对于玉米的水分竞争比率(CRwm)约为1;在小麦收获时,间作小麦的水分利用效率(39.0￣46.7kg/mm.hm2)远远高于玉米(1.28￣4.81 kg/mm.hm2),也高于单种小麦(25.43￣30.75 kg/mm.hm2);在小麦收获后,间作玉米(除N0处理)的水分利用效率迅速提高,当玉米收获时水分利用效率高达32.49￣47.46kg/mm.hm2,明显高于单种玉米(27.30￣38.77 kg/mm.hm2);【结论】小麦/玉米间作具有明显的产量优势,小麦玉米两作物水分利用效率分布时间上的错位是小麦/玉米间作高效利用水分资源的基础,合理施用氮肥能促进间作种植产量优势和水分利用优势的发挥。     

小麦／玉米带田中光捕获、利用及干物质积累特点

通过间作与相应单作的比较证实了小麦玉米间作具有明显的间作产量优势，施肥对这种间作优势有促使作用。间作优势在光资源的捕获利用方面的表现主要是其提高了ＰＡＲ的捕获效率而非利用效率。小麦相对于玉米的竞争力更强，施肥有缓解这种强烈竞争的作用     

辽西半干旱区玉米单生育期受旱和连旱对生长和产量的影响

辽西地区干旱缺水,为了保障粮食生产和提高旱情抵御能力,将有限的灌溉水资源合理利用,本文研究了玉米单生育期受旱和连旱对玉米生长、产量和水分利用效率等的影响。结果表明,各生育期单旱连旱均不利于玉米生长和产量形成;连旱使作物生长受抑加重,减产加剧,最大减产达到42.6%;苗期、拔节期和抽穗期玉米生长和最终产量较容易受干旱影响,而灌浆期受旱影响相对较小;各处理水分利用效率(WUE)在2.2~3.23 kg·m-3之间变化,由大到小顺序为苗期拔节期连旱对照灌浆期单旱拔节抽穗期连旱≈苗期单旱抽穗灌浆期连旱拔节期单旱抽穗期单旱,拔节和抽穗期受旱将导致WUE下降,连旱有利于提高WUE,但不利于保障粮食生产。因此,综合考虑粮食生产和水分利用效率,当灌溉水资源匮乏时,可在灌浆期适度水分控制灌溉。     

地膜覆盖和育苗移栽技术对农作物产量和水热资源利用的影响

以河北曲周为例,利用AquaCrop模型和指标评价法,建立了粮食作物生长环境要素(气象、土壤等)与产量之间的定量关系,并评价了地膜覆盖和育苗移栽技术下作物(冬小麦、夏玉米)对水热资源的利用效率。结果表明:1)AquaCrop模型能较好地模拟作物(冬小麦、夏玉米)的冠层覆盖度、生物量和产量,并能分析作物种植技术对水热资源利用效率的影响;2)地膜覆盖和育苗移栽技术显著影响作物(冬小麦、夏玉米)在播种-拔节时期的水热资源利用效率;3)冬小麦地膜覆盖和夏玉米育苗移栽技术的水热资源利用效率分别提高0.67和0.50,产量分别增加326和972kg/hm2。说明冬小麦地膜覆盖和夏玉米育苗移栽技术可以影响作物在关键生育期内对水热资源的利用以及提高作物的产量。本研究旨在为其他作物效率和理论潜力的提升提供技术支撑,研究结果可作为冬小麦和夏玉米因干旱、冻害以及播种不及时等原因受灾的一种补救技术,为曲周地区的作物种植技术调整提供参考。     

旱地冬小麦自然降水机械化高效生产技术研究

为了寻求黄土台原旱地冬小麦的适宜耕作栽培技术,以传统耕作方式为对照,比较了留茬覆盖深松膜侧沟播技术与留茬免耕秸秆全程覆盖技术和留茬深松秸秆全程覆盖技术的蓄水增产效果。结果表明,在参试的各技术模式中,其农田效应、增产效果和水分利用效率,均以留茬覆盖深松膜侧沟播技术最好,其次是留茬深松秸秆全程覆盖技术和留茬免耕秸秆全程覆盖技术;留茬覆盖深松膜侧沟播技术能融“深松深层贮水效应”、“秸秆覆盖保水增肥效应”和“起垄覆膜沟播聚水、保水、增温、透光效应”于一身,可显著改善旱地麦田水、肥、气、热环境条件;与传统耕作比较,该模式在夏闲期可多贮水84.4 mm,蓄水率提高18.2%,小麦生育期水分利用效率达到15.56kg/(mm.hm2),增产40.6%,是陕西渭北及同类地区旱地小麦高效利用自然降水、实现高产稳产的最佳模式选择。     

作物推荐施肥方法研究进展

科学的施肥方法是提高作物产量和肥料利用效率的重要措施。当前农业生产存在施肥不科学,肥料效率低下,单产水平低等问题,导致肥料资源浪费、环境风险增大、农产品品质下降等一系列后果。研究作物高效施肥理论与方法对于保障粮食安全、提高肥料利用率和保护生态环境安全具有重要意义。在当前作物施肥以及肥料利用率现状基础上,分析了不科学施肥对土壤、水体、大气、农产品品质和人体健康的影响,综述了基于土壤养分测试和地上部作物反应的两类推荐施肥策略,着重介绍了测土施肥法、肥料效应函数法、叶绿素仪、叶色卡、硝酸盐反射仪、冠层反射仪、植株症状诊断以及基于作物产量反应和农学效率的推荐施肥方法,并建议在实践中应因地制宜,选择适用的推荐施肥方法,以达到协调作物产量、环境保护和农田可持续利用的共赢。     

南疆小麦智能灌溉系统的研究与设计

南疆气候干旱,降水较少且分布不均匀,水资源极其紧缺,农业用水仍以传统的灌溉方式为主,水资源浪费严重,设备节水化、智能化等程度较低。为了解决当前灌溉上存在的问题,基于物联网技术、软件开发技术、自控技术设计了一套适用于南疆小麦的智能灌溉系统。该系统通过Java语言编写的远程管理平台实现对小麦田块中电磁阀、水泵远程控制;数据采集模块采集土壤温湿度信息传输至中央处理器;中央处理模块根据采集信息结合数据库分析决策小麦实际需水量;控制模块通过变频器调节水泵转速来保证恒压灌溉。此系统对实现小麦的精准灌溉、合理利用水资源及提高农作物产量具有重要意义。     

夏玉米产量与光温生产效率差异分析——以山东省为例

【目的】研究夏玉米各产量层次之间的物质生产及资源利用能力,量化山东省夏玉米籽粒产量与光、温资源利用效率的差异,明确农业生产条件和栽培措施对产量差及效率差的贡献率,探讨产量差、效率差协同缩减的可能性,为缩小夏玉米产量差距、提升资源利用效率提供理论依据。【方法】本试验于2017—2018年在山东省泰安、淄博和烟台3市进行,针对山东夏玉米生产调研出的问题,在同一地块采用综合管理模式,从合理密植、优化肥水、增产增效的角度设计了4种管理模式,模拟超高产水平（SH）、高产高效水平（HH）、农户水平（FP）和基础产量水平（CK）4个产量层次,定量分析不同产量层次之间的产量差及光温资源生产效率差。结合光温生产潜力分析和作物产量性能分析,探究产量差和效率差的影响因素及缩差增效途径。【结果】当前山东省夏玉米光温潜力与超高产水平、超高产水平与高产高效水平、高产高效水平与农户生产水平、农户生产水平与基础产量水平之间的产量差分别为5.85、0.82、1.90、1.35 t·hm ^-2,光能生产效率差分别为1.74、0.15、0.28、0.45 g·MJ ^-1,温度生产效率差分别为1.09、0.10、0.17、0.28 kg·hm ^-2·℃ ^-1;当前不可控因素对产量差和光、温生产效率差的贡献率分别为58.49%和66.09%,可控因素对产量差和光、温生产效率差的贡献率分别为41.51%和33.91%,地域差异因素对产量差、光能生产效率差和温度生产效率差的贡献率分别为1.98%、2.49%和3.24%;产量差与光温资源生产效率差之间有显著相关性;SH和HH处理较FP处理和CK有较高的地上部生物量、生育期平均叶面积指数（MLAI）和冠层光能截获率。 【结论】当前山东省夏玉米农户生产水平与光温潜力水平之间的产量差、光能生产效率差、温度生产效率差分别为8.56 t·hm ^-2、2.17 g·MJ ^-1、1.35 kg·hm ^-2·℃ ^-1,产量与光、温资源利用效率仍有较大的提升空间。玉米籽粒产量差和光、温资源利用效率差显著相关,在现有农户管理措施的基础上,应用高产高效管理模式（种植密度增加1.5×10 ⁴株·hm ^-2,适当增加施肥量,将一次性施肥改为于播种期、大喇叭口期、开花期和乳熟期采用水肥一体化方式分次施肥）能够缩小产量差距1.90 t·hm ^-2,提高光、温资源生产效率14.74%和14.41%,是协同缩差增效的有效技术途径。     

Yield gap and resource utilization efficiency of three major food crops in the world——A review

Yield gap analysis could provide management suggestions to increase crop yields,while the understandings of resource utilization efficiency could help judge the rationality of the management.Based on more than 110 published papers and data from Food and Agriculture Organization (FAO,www.fao.org/faostat) and the Global Yield Gap and Water Productivity Atlas (www.yieldgap.org),this study summarized the concept,quantitative method of yield gap,yield-limiting factors,and resource utilization efficiency of the three major food crops (wheat,maize and rice).Currently,global potential yields of wheat,maize and rice were 7.7,10.4 and 8.5 t ha~(–1),respectively.However,actual yields of wheat,maize and rice were just 4.1,5.5 and 4.0 t ha~(–1),respectively.Climate,nutrients,moisture,crop varieties,planting dates,and socioeconomic conditions are the most mentioned yield-limiting factors.In terms of resource utilization,nitrogen utilization,water utilization,and radiation utilization efficiencies are still not optimal,and this review has summarized the main improvement measures.The current research focuses on quantitative potential yield and yield gap,with a rough explanation of yield-limiting factors.Subsequent research should use remote sensing data to improve the accuracy of the regional scale and use machine learning to quantify the role of yield-limiting factors in yield gaps and the impact of change crop management on resource utilization efficiency,so as to propose reasonable and effective measures to close yield gaps.     

间套作资源集约利用及对产量品质影响研究进展

简要介绍了间套作对世界粮食安全的重要性,并对间套作领域当前主要的研究进展进行了综述与讨论。首先,综述了间套作复合群体在光能利用特性,指出了间套作可通过增强叶片光合性能和提高光的截获率与转化效率显著提高光能利用率。其次,综述了不同间套作复合群体在氮、磷、钾养分及水分利用等方面存在的竞争和互补利用现象,讨论了各种间套作类型资源高效利用的可能机制。最后,综述了间套作对产量和品质的影响。间套作可以使产量提高20%～50%,合理的种植密度和复合群体结构是高产的关键。不同间套作类型对秸秆和籽粒粗蛋白、粗纤维、粗脂肪、粗灰分及无氮浸出物等营养物质含量和产量的影响。通过以上几个方面的讨论,指出了间套作研究在资源集约利用、产量和品质等方面存在的不足和需进一步研究的问题。     

气候变化对农作物生长发育影响分析

系统分析总结前人有关气候变化对农作物生长发育影响的研究进展,重点探讨气温、CO_2浓度、降水以及极端气候事件对农作物生长发育、产量及品质的影响。结果表明,气温的升高可导致农作物减产;CO_2浓度升高可促进农作物生长,使农田耗水量增加,并可使粮食品质下降;降水的变化可使我国粮食遭受区域性干旱的面积增大;极端气候事件发生的概率和持续时间的增加对作物生长发育的威胁则更为严重。     

气候变化背景下黑龙江农业水热资源高效利用技术及方向

在日均气温升高、积温带发生北移东扩及降水减少等气候变化的背景下,总结了黑龙江省现有农业水热资源高效利用技术,提出了适应气候变化农业水热资源高效利用技术方向,旨在为实现增产、提高作物品质、增加经济效益的农业生产决策和农业科技推广部门提供科学参考。