河套灌区玉米根系对残膜的响应及根系分布模型

为明确土壤中不同残膜量对根系生长和分布的影响,该研究于2019—2020年在河套灌区九庄农业综合节水试验站设置了5个农膜残留量水平,分别为CK（0 kg/hm2）、T1（150 kg/hm2）、T2（300 kg/hm2）、T3（450 kg/hm2）和T4 （600 kg/hm2）,研究不同残膜量对玉米根长密度、不同径级根系分配及根系分布等影响,并引入残膜量,建立了适用于农膜残留农田的根系分布模型。结果表明,根系在水平分布时,侧根区的根系受残膜影响显著（P＜0.05）,当残膜量为300 kg/hm2（T2）时根长密度出现突降现象,降幅为75.98%;垂直分布时,根系随残膜量增加呈明显下降趋势,特别是在0～30 cm土层,当残膜量达到450 kg/hm2时,根长密度降低50.02%。另外,残膜减小了玉米粗根比例（d＞2 mm,d为根系直径）,降幅为29.25%;增加了细根比例（d≤2 mm）,为4.80%。构建考虑残膜量的相对根长密度（Residual Plastic Film-Normalized Root Length Density,RPF-NRLD）分布模型精度较高,其中决定系数（R2）为0.961,均方根误差（RMSE）为0.282,平均相对误差（MRE）为18.87%。同时考虑不同径级根系的RPF-NRLD分布模型模拟显示,玉米极细根和细根的MRE分别为14.91%和14.96%,粗根的MRE为35.41%。基于RPF-NRLD分布模型进行情景分析显示当农田残膜量控制在0～100 kg/hm2范围内,根系能够维持正常生长,特别是极细根和细根,根长密度未出现大幅下降。该研究对于残膜污染区作物生长的数值模拟研究及残膜回收政策的制定具有科学意义。     

适宜滴灌施肥量促进河西春玉米根系生长提高产量

针对河西地区水资源短缺、作物水肥利用效率低等问题,研究不同滴灌施肥条件下河西地区春玉米根系生长与产量对水肥的响应关系,以期探索提高水肥利用效率的滴灌施肥模式。利用2 a的田间小区试验,以春玉米"强盛51号"为试验材料,设置4个灌水水平,2015年和2016年分别为I_(60)(60%ET_c)、I_(75)(75%ET_c)、I_(90)(90%ET_c)、I_(105)(105%ET_c)和I_(60)(60%ET_c)、I_(80)(80%ET_c)、I_(100)(100%ET_c)、I_(120)(120%ET_c),ET_c为玉米需水量;4个N-P_2O_5-K_2O施肥水平(kg/hm~2):F_(60)(60-30-30)、F_(120)(120-60-60)、F_(180)(180-90-90)和F_(240)(240-120-120),共16个处理。在生育期内对春玉米的根长、根表面积、根质量、根体积、根长密度进行观测,并统计地上部干物质量和产量。结果表明:灌水量为105%ET_c(2015年)和100%ET_c(2016年)与施肥量180-90-90 kg/hm~2组合的处理根长、根表面积、根质量、根体积均较高;相关性分析显示,各生育期根系特征参数与产量和地上部干物质量相关系数按大小排序表现出灌浆期大喇叭口期成熟期小喇叭口期的规律;在河西地区膜下滴灌施肥条件下,综合考虑根系生长、节水节肥及高产等因素,该地区灌水量90%ET_c~100%ET_c、180-90-90(N-P_2O_5-K_2O)kg/hm~2处理为最佳滴灌施肥策略。     

滴灌施肥水平对宁夏春玉米产量和水肥利用效率的影响

为探讨不同滴灌施肥水平对春玉米产量及水肥利用效率的影响,应用滴灌施肥技术于2016和2017年在宁夏旱作节水科技园区试验站开展大田春玉米小区试验。以"先玉335"为试验材料,设置4个灌水水平(D_(75):75%ET_c、D_(90):90%ET_c、D_(105):105%ET_c、D_(120):120%ET_c,ET_c为玉米需水量)和4个N-P_2O_5-K_2O施肥水平:2016年为60-30-30 kg/hm~2(F_(60))、120-60-60 kg/hm~2(F_(120))、180-90-90 kg/hm~2(F_(180))、240-120-120 kg/hm~2(F_(240)),2017年为150-70-70 kg/hm~2(F_(150))、225-110-110 kg/hm~2(F_(225))、300-150-150 kg/hm~2(F_(300))、375-180-180 kg/hm~2(F_(375)),以1个充分灌水(120%ET_c)无肥为对照(CK),共17个处理。研究不同水肥供应对春玉米株高、茎粗、叶面积指数(leaf area index,LAI)、地上部干物质累积量和产量的影响,并分析其水肥利用效率。2 a试验结果表明:灌水量和施肥量单因素对玉米株高、茎粗、LAI都有显著或极显著的影响,灌水量和施肥量耦合效应对玉米株高有极显著的影响;灌水量和施肥量对玉米成熟期地上部干物质的影响随着2 a施肥梯度的不同而有所差异,在低肥梯度的2016年,灌水量和施肥量对地上部干物质累积有显著的影响,其中D_(120)F_(180)处理籽粒地上部干物质最大,为12 691 kg/hm~2,在高肥梯度的2017年,随着灌水量和施肥量的增加,75%ET_c和105%ET_c处理的地上部干物质累积量有先增加后减小的趋势,D_(90)F_(300)处理下籽粒地上部干物质累积量最大,为14 912 kg/hm~2;在低肥梯度的2016年,灌水施肥量对春玉米产量有显著影响,D_(120)F_(240)处理产量最高,为14 400 kg/hm~2,而在高肥梯度的2017年,D_(90)F_(300)处理玉米产量最高,为16 884 kg/hm~2;2 a试验结果表明灌水量和施肥量对春玉米水分利用效率和肥料偏生产力都有极显著影响。基于春玉米产量和水分利用效率最大值的95%为置信区间优化水肥管理方案,兼顾节水节肥,推荐灌水量在323~446 mm、N-P_2O_5-K_2O施肥量在210-104-104~325-163-163 kg/hm~2。该研究结果对宁夏春玉米滴灌施肥管理具有重要指导意义。     

应用实测含水率剖面估算冬小麦相对根长密度分布

根长密度是根系研究中不可缺少的一个参数，但其适时准确的测定却存在相当的困难。该文应用平均根系吸水速率反求方法，提出了在已知两个实测含水率剖面的条件下，估算相对根长密度分布的方法，并通过田间实验和土柱实验对该方法进行了检验，结果表明：该方法可以较好地估算相对根长密度的分布，为土壤水分运移的连续模拟提供较为可靠的参数。     

基于Hybrid-Maize模型的黑龙江春玉米灌溉增产潜力评估

区域灌溉增产潜力研究是建设灌溉设施的基础,该文利用Hybrid-Maize模型研究了黑龙江省不同区域玉米通过灌溉措施可获得的增产潜力。田间验证结果表明,Hybrid-Maize模型对黑龙江省灌溉和雨养玉米均表现出很好的模拟效果。为了研究黑龙江省春玉米灌溉增产潜力(充分灌溉和雨养产量潜力之间的产量差),利用Hybrid-Maize模型结合实际的生产要素(品种、密度和生育期)及多年气象数据对黑龙江全省玉米的产量潜力进行了模拟,结果表明,黑龙江省第1积温带灌溉增产潜力较大,第3、4、5积温带灌溉增产潜力小;第1与第2积温带西部代表站点灌溉增产潜力大于东部。区域模拟分析表明,黑龙江省西南部充分灌溉条件下的玉米产量潜力最高,达到15000kg/hm2以上,而东部地区雨养产量潜力最高,达到14000～14799kg/hm2;自西南向东、向北,灌溉增产潜力逐渐变小,西南部的灌溉增产潜力最大,达到1600kg/hm2以上,而东部与北部最小,灌溉增产潜力小于300kg/hm2。当生育期内降雨量在350mm以下、全年降雨量在430mm以下时灌溉增产潜力变异最大。因此,黑龙江省玉米灌溉条件的建设应综合考虑积温和降雨2个要素,优先考虑积温较高(第1与第2积温带)、降雨较低(生育期降雨量在350mm以下、全年降雨量在430mm以下)的区域。该研究可为黑龙江建立合理的水利灌溉设施提供参考。     

基于WOFOST模型的吉林省中西部春玉米灌溉模拟

利用1961?2015年吉林省中、西部气象站资料,采用Peman-Monteith公式计算主要种植区春玉米生长季蒸散量,并确认生育期内有效降水量,得到研究区域春玉米净灌溉量和各生育期灌溉需求指数,据此确定关键灌溉期;再利用WOFOST作物模型模拟代表站点在不同降水年型下各灌溉方案的产量情况,通过模拟产量的结果选取春玉米较优灌溉方案。结果表明：吉林省中西部有效降水量占春玉米需水量的69%左右,乳熟?成熟期、播种?出苗期和出苗?拔节期的灌溉需求指数较高,这3个生育期为春玉米灌溉关键期;吉林省中西部春玉米乳熟?成熟期灌溉效率最高,其次为播种?出苗期,可根据条件加强关键生育期灌溉。     

基于WOFOST模型分析不同气候情景对辽宁典型雨养春玉米产量的影响

气温、降水和辐射是农作物生长发育必需的基本气候要素,其大小、波动及空间分布决定局部地区的种植结构和农产品产量增减,具有喜温喜水特性的玉米其生长发育对气候变化的响应更为敏感。本研究基于辽宁省新民和朝阳地区近40a气象数据分析各气候要素变化特征,根据局地气候暖干化趋势耦合气温、降水、辐射三要素构建不同气候情景,利用田间实测数据对WOFOST模型进行校准和适用性检验,并将该模型用于模拟不同气候情景下辽宁典型雨养春玉米产量变化。结果表明：（1）验证后的WOFOST模型能较好地模拟两站点春玉米产量,其模拟值与实测值的相对均方根误差分别为8.78%和5.96%,一致性系数分别为0.82和0.96。（2）新民和朝阳两地在设定的气候要素变化范围内春玉米产量与气温呈负相关,与降水呈正相关。在气温增加,降水减少,辐射增强的不同梯度气候情景下,新民（气温+1.2℃,降水量−25%,辐射+4%）和朝阳（气温+1.4℃,降水量−25%,辐射+3%）减产幅度分别达92.5%和85.9%,接近雨养春玉米绝产的警戒气候情景。（3）新民春玉米产量受降水影响显著,朝阳则对气温变化响应敏感,而两地产量对给定比例的辐射变化均未表现出明显波动。     

不同氮肥施用方式下春玉米根系时空分布特征

通过剖析不同氮肥施用方式下,玉米根系统随生育进程在0～ 60 cm不同土层内分布特征及地上部产量和氮累积量的变化,以期为氮肥合理施用提供理论依据.以先玉335为供试品种,进行了4年田间定位试验.设3个处理:无氮区(N0);氮肥一次性基施200kg/hm2 (N1);氮肥分次施用(N2),基肥50 kg/hm2,拔节期1...     

基于CERES-Maize模型春玉米水分优化管理决策

在完成DSSAT(4.0.1.0)中CERES-Maize模型参数的校正和验证之后,利用30年(1976-2005年)的气象资料针对北京地区的春玉米生产进行模拟.结果表明,在充分灌溉的条件下,春玉米4月底播种多年平均产量为11.5 t/hm2,当播期推迟至5月底时产量平均提高了4.1%.推迟播期后,春玉米生育期内降雨分布更加均匀,4月底播期的推荐灌溉量多年平均为150 mm,推迟播期后推荐灌溉量减少了50 mm,水分利用率提高了14.9%,在仅灌底墒水及雨养条件下,推迟播期后WUE则分别提高了25.4%和35.6%.5月底播种时,仅灌底墒水在67%的年份里产量达到充分灌溉的水平,即使在雨养条件下仍在50%的年份里和自动灌溉持平.     

榆林沙区不同灌溉方式对春玉米生长及产量的影响

[目的]揭示膜下滴灌(MG)、露地滴灌(DG)、沟灌(GA)、交替隔沟灌(JG)、漫灌(CK)5种灌溉方式对春玉米生长和产量的影响,筛选出适合榆林沙区的最有效的节水灌溉方式,为农业高效节水灌溉技术发展提供理论支持。[方法]基于2014年田间试验数据,运用统计分析和水分生产率计算方法。[结果](1)MG处理的春玉米植株生长发育状况优于其他灌溉方式。在各生育期,MG处理的春玉米株高、茎粗和叶片SPAD值(叶绿素相对含量)均高于DG,GA和JG,且显著高于CK(p0.05);(2)在整个生育期,MG处理的春玉米叶片光合速率、气孔导度和水分利用效率均高于其他灌溉方式,且显著高于CK(p0.05);(3)MG处理的春玉米增产节水效果显著,其产量和水分生产率均显著高于其他处理(p0.05)。[结论]同其他4种灌溉方式相比,膜下滴灌是榆林沙区玉米生产中最有效的一种节水灌溉方式。     

秋覆膜对辽西春玉米水肥利用效率和产量的影响

为了探明旱地秋覆膜对春玉米水分和氮肥利用效率的影响,2013—2015年在国家农业环境阜新观测实验站设置了秋覆膜(秋季收获后开始覆膜,AM)、春覆膜(传统生育期覆膜,SM)和不覆膜(NM)3个处理,利用田间观测结合15N同位素示踪的方法,分析秋覆膜栽培春玉米的水分与氮肥利用特征。结果表明,在连续2个较干旱的年份,AM促进了玉米干物质积累,2a的玉米籽粒产量分别较SM提高了19%和11%,较NM提高了14%和75%,但玉米生物产量与SM无显著差异(P>0.05);AM在休闲期减少了水分消耗,在播种期土体蓄水量较SM和NM平均多35 mm,并在玉米生育期耗水量较SM和NM多,主要体现在玉米的抽雄期和灌浆期作物耗水量的显著增加(P<0.05);在2014年,3个处理的玉米籽粒产量和生物产量水分利用效率无显著差异(P>0.05);在2015年,AM与SM的玉米籽粒产量和生物产量水分利用效率无显著差异(P>0.05),但均显著高于NM(P<0.05),较NM平均提高了60%和65%;AM减少了氮肥损失,同时也较SM减少了土壤中氮肥的残留,显著提高了当季和翌年氮肥利用...     

玉米冠层对喷灌水量空间分布的影响

作物冠层对喷灌水量分布的明显影响，为了弄清楚作物冠层对喷灌水量分布的影响作用，该文以春玉米为研究对象，进行了多组试验，初步探讨了在不同生育期玉米冠层上部与下部水量的分布情况。田间试验结果表明，玉米冠层对喷灌水量近地表附近分布均匀度有很大影响。喷灌水量到达玉米冠层后，通过4种途径落向地面，即：秆径流水量、叶尖水量、叶下水量和行间水量。这4部分水量在其分布点上的均匀程度很高，但作为一个整体，其水量的连续分布均匀性则很差。可见冠层对喷灌水量分布的影响不容忽视，有必要进一步弄清它们之间的影响机理，这将为喷灌制度的设计提供重要依据。     

华北地区滴灌灌水频率对春玉米生长和农田土壤水热分布的影响

针对华北地区春玉米田间灌溉和降雨相结合的灌溉模式,以北京为典型试验区,在保证作物最优土壤水分下限和灌溉定额相同的基础上,研究了滴灌灌水频率对土壤水、热分布及春玉米根系分布和产量的影响.试验结果表明:在春玉米抽雄期以前阶段实施的滴灌各处理中,高频滴灌下土壤平均含水率和不同深度处的土壤基质势波动幅度较小,高频滴灌下土壤水分能保持在一个比较稳定的范围;土壤温度受灌水过程、土壤含水率及作物生育阶段的影响较明显,滴灌能显著延迟气温对土壤温度的影响:灌水频率对春玉米根系分布存在一定影响,高频灌溉能显著促进春玉米根系在上层土壤(0～40 cm)中的分布;此外,在这种典型的灌溉和降雨相结合灌溉模式下,不同灌水频率下玉米产量差异不显著.因此,建议华北地区春玉米滴灌模式采用低频滴灌.     

不同氮肥处理春玉米温室气体的排放

春玉米种植过程中会造成直接和间接的温室气体排放。该文采用生命周期的方法综合评估了不同施肥处理下的温室气体排放,目的是筛选出既能保证产量和经济效益,又能有效减排的措施。4种不同的施肥处理包括：当地传统施肥方式、尿素处理、硫包衣尿素、尿素添加双氰胺处理。采用静态箱-气相色谱法连续监测土壤 N2O排放,并计算了不同肥料处理的N2O排放总量;计算了肥料生产、运输、农田耕作管理能源消耗、种子生产等的温室气体排放,计算了春玉米全生命周期中温室气体排放总量、单位产量、万元产出的温室气体排放量。结果表明,不同处理施肥造成的N2O排放量、全生命周期中温室气体排放总量、单位产量排放强度和净收益排放强度的排序均为传统施肥处理＞尿素处理＞尿素添加双氰胺处理＞硫包衣尿素处理。传统施肥处理的N2O排放总量极显著高于其他3个处理（P＜0.01）;硫包衣尿素处理的N2O排放总量显著低于尿素处理（P＜0.05）,与尿素添加双氰胺处理无显著差异（P＞0.05）。不同处理的全生命周期排放总量、单位玉米产量排放量和万元净产值排放量变化范围分别是2.56～4.11 t/(hm2·a)、216.6～364.1 kg/t和1.15～2.19 t/万元。和传统施肥处理相比,硫包衣尿素处理可分别降低温室气体（greenhouse Gas,GHG）排放总量、单位玉米产量排放和万元净产值碳排放37.8%、40.5%和47.3%,尿素添加双氰胺处理可降低36.5%、38.6%和45.9%。化肥尤其是氮肥的生产在春玉米种植过程中对碳足迹的贡献最大,占42.4%～55.0%;玉米生产过程中的N2O排放次之,占20.8%～26.1%。在保证粮食产量和经济效益的前提下,硫包衣尿素处理和尿素添加双氰胺处理2种施肥方式具有较低的碳排放强度,可作为当地较为合理的施肥方式进行推广。     

氮肥分次施用比例对春玉米光合速率及产量的影响

为了探索河套灌区春玉米氮肥适宜分次施用比例,依照测土配方施肥技术原理,在全生育期施N 171kg/hm~2条件下,研究了播种前(基施)、拔节期、大喇叭口期分次施氮比例对春玉米光合速率、地上部干物质积累及产量的影响。结果表明,春玉米生育期内二次施氮可显著提高光合速率和产量;除基施外,最佳追肥时期为大喇叭口期。其中,氮肥基施和在大喇叭口期追肥比例为1∶2时春玉米可获得最高产量(13.42 t/hm~2),其光合速率最高值比同时期对照处理提高了34.11%,成熟期地上部干物质量比对照处理提高了31.47%,产量、穗粒数、千粒重也分别比对照处理提高了28.03%、15.84%、22.48%。综合考虑光合速率、地上部干物质量及产量,推荐河套灌区春玉米合理氮肥运筹方式为:基施氮肥57 kg/hm~2,大喇叭口期追施氮肥114 kg/hm~2。     

不同降水年型下旱地玉米产量性状对种植密度和品种的响应

旱地玉米生产受降水分布影响,产量在不同降水年型之间波动较大.为探究种植密度和品种对不同降水年型旱地玉米产量性状的影响,设置4个密度(52500、67500、82500和97500株/hm2)处理,以豫玉22、郑单958和先玉335为供试品种,于2013—2018年连续定位测定收获期产量性状.结果表明,旱地玉米穗长和穗粗...     

局部供应水氮条件下玉米不同根区的耗水特点

利用分根装置,采用传统均匀灌水、根系分区交替灌水2种方式和作物根区均匀施氮、固定部分根区施氮和根系分区交替施氮3种方式,对零、低、中、高4个施氮水平下玉米根系不同区域的耗水特点进行了研究。结果表明：交替灌水与均匀灌水均表现为,在均匀施氮时玉米两个根区的耗水量随施氮水平的增大一致减小;固定施氮时,随施氮水平的增大,施氮区的耗水量呈明显的减小趋势,从而使两个根区耗水量间的差距增大;交替施氮时的耗水量变化与之相同。而且,两种局部施氮方式下,低氮水平时,玉米两根区间耗水量无显著差异;高氮水平时,未(后)施氮区的耗水量较之先施氮区显著增大,其中尤以固定施氮的增幅更大。与均匀灌水所不同的是,交替灌水缩小了局部施氮条件下不同根区耗水量间的差距。     

不同水分条件下分层施磷对冬小麦根系分布及产量的影响

研究不同水分条件下分层施磷对冬小麦根长分布、水分利用效率(water use efficiency,WUE)及产量的影响,旨在找出旱地农业最佳水肥处理方式。试验设不施磷(CK)、表施磷(surface P,SP)、深施磷(deep P,DP)和侧深施磷(deep-band P,DBP)4种处理,每个施磷水平下设补充灌溉(W1)和干旱(整个生育期无补充灌溉)(W2)2种水分处理。结果表明,施磷位置及补充灌溉显著(P0.05)影响冬小麦孕穗期根长分布、WUE及产量,同时会改变根系空间分布。干旱胁迫使冬小麦0~30 cm土层根长密度下降,降低17.5%,却促进了30 cm以下土层根长发育,增加13.3%,促进对土壤水分和磷素的吸收,从而提高产量。无论灌溉与否,施磷处理0~30 cm土层根长密度、吸磷量、WUE及产量均显著高于CK(P0.05)。施磷位置对冬小麦WUE和产量的影响随土壤水分而异,无补充灌溉时,与磷肥表施相比,磷肥深施显著增加WUE和产量(P0.05),分别平均增加28.5%和16.0%,且深层根长(30~100 cm)与吸磷量、WUE和产量的变化趋势一致;而在补充灌溉时,与磷肥表施相比,磷肥深施却显著降低WUE(P0.05),平均降低13.3%,且深层根长与WUE、产量的关系缺乏规律性。该试验结果表明,土壤水分供应不足时,磷肥深施有利于促进冬小麦深层土壤根系生长发育,提高对土壤水分吸收利用能力,从而利于形成高产。该研究可为理解作物生长及产量对水分养分空间耦合的响应提供理论依据。