太行山前平原不同轮作模式水资源利用效率评价

高耗水的麦玉种植模式是导致华北平原水资源日益紧缺的主要原因之一,通过对不同种植模式的研究,遴选高效节水的替代模式是解决该区水资源问题的重要途径之一。笔者对在太行山山前平原开展的不同轮作模式进行实验研究,对不同轮作模式下的0-180cm土壤贮水量动态变化、耗水量、等价产量及水分利用效率进行了连续4年的动态监测。模式分为四种：①麦-玉一年两熟模式（对照）;②春甘薯→春棉→春甘薯→麦-玉;③春花生→麦-玉两年三熟模式;④春大豆→麦-玉两年三熟模式。研究结果表明：与麦玉轮作模式相比,试验设计的替代模式均有节水潜力,排序为模式2〉模式4〉模式3〉模式1。从等价产量与耗水量比较,模式2在减产37.63%的同时减少耗水15.99%,模式3在减产19.73%的同时减少耗水13.42%,模式4在减产37.4%的同时减少耗水13.81%。相比之下模式3的组合较优,可以部分替代麦玉模式。     

花生复合系统土壤水分动态与平衡特征研究

花生复合系统是促进低丘红壤区农业水分资源综合利用的重要耕作方式,其在不同时段水分动态、水分平衡和利用过程差异值得进一步探索。土壤表层采用15 bar的先进负压计监测,结合定位法于2001—2003年监测收集了花生生长季花生复合系统、花生单作田间土壤水分、地表径流、降雨资料,分析了花生复合系统对土壤水分动态、降雨影响和水分平衡各要素的影响。分析表明,土壤10 cm与 60 cm水分单作花生地与复合系统在雨季无明显差异,但受降雨过程影响。旱季单作花生10 cm水势降到最低值-344.0 kPa,复合系统水势最低值为-50.6 kPa,60 cm单作花生地水势数值也低于复合系统花生地,旱季复合系统能减少土壤表层的蒸发。3年土壤水分周期动态可分为3个阶段,即水分盈余期、水分消耗期、水分稳定期。花生复合系统旱季表现出较强的耗水作用,2001年7月贮水量减少108.8 mm,2002年8月贮水量减少111.7 mm,2003年7月贮水量减少105.5 mm。花生复合系统平均渗漏量低于花生单作62.2 mm,平均贮水量变化低于花生单作41.8 mm。桔树与花生作物在旱季水分利用方面没有明显的竞争作用,花生复合系统系统的表土水分保持作用和生态效应明显。     

黑龙港平原基于麦-玉复种的两年轮作模式农田水分消耗特征研究

为解决黑龙港平原地下水漏斗区传统冬小麦-夏玉米(简称麦-玉)一年两熟模式的水粮矛盾问题,设计“一年传统麦-玉模式+一年轮作其他作物”的2年节水稳粮型轮作系统,试图寻找适合该区域的节水稳粮型绿色种植制度。于2018年10月—2020年9月在河北吴桥地区开展田间试验,以冬小麦-夏玉米一年两熟模式为对照,设置春玉米→麦-玉、冬小麦→麦-玉、春甘薯→麦-玉、春花生→麦-玉、冬小麦-夏花生→麦-玉、马铃薯-青贮玉米→麦-玉6个处理,分析各轮作模式的农田耗水特征。结果表明:(1)相比对照,除冬小麦-夏花生→麦-玉外,不同轮作模式的年均耗水量可减少3.1%～15.2%。春玉米→麦-玉、马铃薯-青贮玉米→麦-玉、春花生→麦-玉和春甘薯→麦-玉模式轮作周期内年均耗水量较对照模式分别减少6.1%、7.2%、9.2%和15.2%, 4种模式的年均地下水净消耗量也较对照模式分别减少9.0%、10.3%、16.2%和32.9%;(2)不同耗水层次的作物搭配可以在空间上实现水分互补。冬小麦作物主要消耗0～160 cm土层土壤水分,其含水量相较于播种时减少了20%,马铃薯作物主要消耗0～100 cm土层土壤水分,其...     

半干旱地区不同前作模式对后茬大豆产量和土壤水分的影响

土壤水分是限制旱作农业生产的重要因子。采用等值线法分析6种不同前作模式下后茬大豆田土壤水分的时空分布规律,并对其水分利用效率和产量进行比较,以期为筛选半干旱地区节水高效型种植模式提供理论依据。结果表明:不同前作模式下大豆种植季土壤水分的时空动态变化相似,土壤贮水量均先降低后增加;随着时间的推移和土层深度的变化,土壤水分动态变化有一定的差异。其中,谷子→甘蓝→马铃薯→大豆轮作模式等值线密集,耗水速率快;玉米→甘蓝→马铃薯→大豆轮作模式等值线最疏松,左部等值线边缘数值大,土壤贮水量变化较小。各种植模式之间大豆生育期的耗水量差异明显,且不同种植模式下大豆产量和水分利用效率差异显著。其中玉米→马铃薯→甘蓝→大豆轮作模式下大豆产量显著高于其他种植模式,达到3 767.39kg/hm~2,水分利用效率为12.83kg/(hm~2·mm)。因此,玉米→马铃薯→甘蓝→大豆的种植模式优于其他种植模式,是适宜半干旱地区的较好种植组合。     

陇东黄土高原旱作区土壤水分变化规律及其与玉米产量关系探讨

利用西峰农业气象试验站玉米观测地段土壤水分资料（1990~2007年）和玉米产量资料,以及与之毗邻的西峰基准站气象资料,分析了观测地段土壤水分变化规律及土壤水分变化对玉米产量的影响。结果显示：土壤贮水量的变化呈二次曲线,贮水量最低值出现在8月中旬;耗水量的变化呈直线;贮水量与玉米产量相关最显著的时段在拔节到抽雄阶段,拔节～抽雄0～50cm土壤贮水量每增加10mm,产量增加180-210kg/hm2.     

山西中北部春玉米生长季土壤水分动态及对产量的影响

为了掌握土壤水分与玉米生长发育内在关系,提高土壤水分利用率,统筹调配水资源和防灾减灾提供理论依据,利用1994—2010年山西省忻州市忻府区农业气象观测站春玉米生长季0~50 cm土壤水分和玉米产量观测资料,分析了玉米生长季土壤水分变化规律及对玉米产量的影响。结果表明：春玉米生长季土壤水分年际变化振荡明显,呈多波动变化,与年降水量相关显著;一年中土壤水分变化分为水分消耗期、水分补给期和水分平稳期3个阶段;土壤水分的垂直变化明显,在20~30 cm层含水量最大,0~20 cm为多变层,20~50 cm为缓变层,雨季土壤水分变化较干季复杂;玉米拔节—乳熟期土壤贮水量与气候产量呈正相关,抽雄期是需水临界期,此时0~50 cm土壤贮水量每增加10 mm,产量增加200~250 kg/hm²。     

保护性耕作对华北平原冬小麦水分利用的影响

以保护性耕作长期定位试验为研究对象,比较分析了华北平原保护性耕作与传统耕作冬小麦田土壤水分的动态变化、作物耗水量、水分利用效率及作物产量。结果表明：免耕冬小麦田0-180 cm土壤含水量高于翻耕,随土层深度的加深含水量之间差异减少。土体0-30 cm贮水量呈波浪状变化,其中免耕具有很好的蓄水保墒作用;耕作处理之间0-180 cm的土体贮水量虽无显著差异,但免耕处理土体贮水量高于翻耕,秸秆还田高于无秸秆处理。秸秆直立免耕（ZT1）处理作物耗水量最少,分别比翻耕（CT）,翻耕＋秸秆还田（CTR）,旋耕＋秸秆还田（RTR）,秸秆粉碎免耕（ZT2）少消耗3.8,39.6,55.8,61.8 mm的水分;ZT1处理的产量为5 139.7 kg/hm^2,比CT（7 314.8 kg/hm^2）减产29.7%;ZT1处理水分利用效率为13.9 kg/（mm.hm^2）比CT减少32.4%。     

旱作区玉米田土壤水分变化对产量的影响及水分利用效率分析

为了应对气候变化,提高作物抵抗灾害的能力,减轻灾害对作物生长的影响,利用位于黄土高原董志塬的西峰农业气象试验站观测资料,分析0~50 cm土壤水分变化对玉米产量的影响。结果表明,该区土壤贮水量呈逐年减少,气候趋向暖干化的变化特征。玉米全生育期内土壤贮水量变化具有阶段性：稳定期—迅速下降期—上升期;土壤水分突变年发生在2000年,之后递减趋势明显;玉米发育期日耗水强度最大时段出现在拔节—乳熟期,且土壤水分发生突变后比突变前日耗水量减少0.1 mm;玉米生长期水分利用效率呈现逐年增加趋势,但该趋势并不明显,土壤水分发生突变后（2000—2012年）比突变前（1990—1999年）水分利用效率增加了0.3 mm/kg。分析不同水分年型的水分利用效率发现,平水年水分利用效率最高,产量也最高,枯水年次之,丰水年水分利用效率和产量最低。     

关键生育期持续水分胁迫对春玉米土壤水分动态变化和产量的影响

为探讨关键生育期水分胁迫对春玉米土壤水分动态变化和产量的影响,在典型干旱区武威开展了关键生育期水分胁迫模拟试验,试验设置了CK(整个生育期供水充足的对照处理)、T1(拔节期持续干旱直至生育期结束)、T2(抽雄期持续干旱直至生育期结束)3种处理。结果表明,受水分胁迫影响,T1和T2干旱处理0—20cm和0—40cm土壤温度均高于CK处理,并且T2处理土壤温度高于T1处理;七叶期后,干旱处理剖面土壤含水量各层变化较大,至乳熟期,T1和T2处理土壤贮水量较CK分别减少了72%和57%;关键生育期的水分胁迫主要通过影响春玉米营养生长和生殖生长来影响最终的产量,T1和T2干旱处理产量分别减少了66.4%和54.2%,产量水平WUE分别减少了23.4%和13.1%。研究结果可为春玉米关键生育期干旱发生进行定量评估提供依据,为生态系统响应阈值的确定提供了思路。     

海河低平原杨树Ⅱ（小麦-玉米）土壤水分消耗研究及其可持续性评价

海河低平原存在着严重的水资源危机,对该区大面积推广的杨树Ⅱ（小麦-玉米）复合种植模式进行土壤水分消耗规律的研究十分必要。定位实验研究表明：杨树Ⅱ（小麦-玉米）复合种植模式耗水量高于常规冬小麦-夏玉米的种植模式7.9%（2年林龄）～24.5%（5年林龄）;0～4m土壤贮水总量每年平均下降51.1mm,相当于总贮水量的4.1%;耕层杨树根系与小麦的土壤水分竞争加剧;深层土壤水分消耗加快,2～4m土壤层次因无水分回补出现干燥化趋势;土壤水亏缺及光照等其它原因造成复合系统农作物减产趋于严重,其中林龄3年的杨农复合系统的小麦玉米产量减产平均达到35%。对经济、生态效益的综合分析表明该模式在低平原贫水区的持续性发展不容乐观。     

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 ~47.46 kg/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。     

西南地区不同套种模式对土壤肥力及经济效益的影响

为探讨不同作物组合的种植模式对土壤肥力及经济效益的影响,寻找作物搭配合理、低投入高产出的套作模式。采用单因素随机区组试验,研究比较了4种套作模式(小麦/玉米/大豆、小麦/玉米/甘薯、小麦/高粱/大豆、马铃薯/玉米/大豆)的土壤肥力、产量及经济效益的差异。连续种植3年后,各种植模式的土壤养分含量基本维持或得到提升(速效钾除外)。甘薯茬口对全钾、速效钾消耗均较大,需适当提高钾肥用量。小麦/玉米/甘薯的总产量最高,小麦/玉米/大豆模式的大豆单产量最高,小麦的单产各模式无显著差异。不同模式收益表现为,小麦/玉米/大豆马铃薯/玉米/大豆小麦/玉米/甘薯小麦/高粱/大豆;产投比表现为,小麦/玉米/大豆马铃薯/玉米/大豆小麦/玉米/甘薯小麦/高粱/大豆。小麦/玉米/大豆收益为14196.41元/hm~2,产投比为3.69:1,均为所有模式中最高,加之大豆茬口可以活化土壤养分,是相对理想的套作模式。     

气候变暖背景下内蒙古作物物候变化研究

利用长时间序列物候观测数据研究作物物候变化是认知气候变暖对农业生产影响的重要途径。研究选用1981—2009年内蒙古地区13个农业气象观测站的小麦和玉米物候资料,利用统计方法分析了内蒙古作物（小麦/玉米）物候的变化趋势。结果表明：在管理（主要指调整播期）和作物品种变化共同作用下,小麦和玉米物候对气候变化的响应不同。小麦的播种期平均推迟1.7 d/10 a,而玉米播种期提前1.0 d/10 a。小麦的抽穗和成熟期分别平均推迟1.7 d/10 a和0.8 d/10 a,而玉米抽穗期平均变化较小,成熟期平均推迟达3.3 d/10 a。小麦和玉米不同生长阶段历时的变化趋势呈显著差异。出苗—抽穗营养生长阶段,小麦平均缩短了1.4 d/10 a,而玉米却延长了1.2 d/10 a;抽穗—成熟生殖生长阶段,小麦和玉米分别平均延长了0.2 d/10 a、3.3 d/10 a;而出苗—成熟整个生长阶段,小麦平均缩短了1.2 d/10 a,而玉米却延长达到4.5 d/10 a。     

小麦/玉米/大豆和小麦/玉米/甘薯套作对土壤氮素含量及氮素转移的影响

为探讨小麦/玉米/大豆套作对氮素营养的种间促进机制, 采用叶片¹⁵N富积标记法研究了小麦/玉米/大豆(A1)和小麦/玉米/甘薯(A2) 2种套作系统中不同施氮水平下的土壤培肥效果和氮素转移规律。结果表明,施氮可以提高小麦、玉米的土壤总氮含量,以施纯氮150~300 kg hm^-2处理最高;大豆较甘薯更有利于保持土壤肥力,施氮0、150、300和450 kg hm^-2水平下种植大豆后的土壤总氮含量比种植大豆前(小麦收获后)高38.6%、20.2%、9.4%和16.7%,而种植甘薯则降低总氮含量3.1%、1.8%、14.0%和3.8%。A1系统中小麦和玉米季土壤中NO₃-N含量低于A2系统,且随施氮量的增加而增加;大豆季土壤中NO₃-N含量高于甘薯季。A1和A2系统均存在¹⁵N的双向转移,¹⁵N转移量随施氮量的增加而降低,且A1的¹⁵N净转移量和转移强度高于A2;A1系统中小麦、玉米和大豆的¹⁵N净转移量比A2系统的¹⁵N净转移量分别高3.3%~12.1%、27.0%~166.2%和26.2%~78.7%。玉米与小麦之间的¹⁵N净转移方向为从玉米向小麦,玉米与大豆之间的¹⁵N净转移方向为从大豆向玉米,玉米与甘薯之间的¹⁵N净转移方向为从玉米向甘薯。     

灌溉与供磷对复合群体作物根系的调控及其产量效应

利用大田和管栽试验结合的方法,选择小麦/玉米/马铃薯和小麦/玉米两种间作模式,对灌溉与供磷条件下间作群体中作物根系时空分布的特征进行了研究。结果表明,适当的干旱有利于根系的下扎和产量的提高,严重干旱大大地降低了带田小麦和玉米的根量和产量;供磷促进根系的下扎,增加根重。供磷与不供磷相比,在小麦拔节期(玉米三叶期)小麦总根量平均高出94.66%,玉米高出67.67%;小麦灌浆期(玉米大喇叭口期)小麦高出42.08%,玉米高出124.13%;小麦收获后(玉米灌浆期) 小麦高出82.58%,玉米高出61.61%。大田试验结果表明,经济产量以中灌（1050 m3 /hm2·次）和高磷（150 kg纯P2O5/hm2）处理最高。     

AFLP analysis indicates no introgression of maize DNA in wheat x maize crosses

Amplified fragment length polymorphisms (AFLPs) were used to follow the possible introgression of maize DNA into haploids of wheat as a side‐effect of exploiting wheat x maize hybridization for haploid production. AFLPs were generated with 64 MseI/ EcoRI and 64 MseI/ PstI primer combinations, and the AFLP profiles of haploids were tested against those of maize and of the regular wheat varieties involved in the crosses. On average, 45.1 and 110.7 fragments were produced per assay with the MseI/EcoRI and MseI/PstI combinations, respectively. Different numbers of fragments were produced for wheat and maize: an average of 81 in the haploid, 80 in the wheat parent, and only 67.1 in maize. No evidence was found for introgression of maize into the wheat genome. Three unique AFLP fragments were detected in haploids, which were not present in the parental wheat genotypes. These ‘novel’ AFLP bands in the haploids could be caused by nucleo‐cytoplasmic interaction in the hybrid zygote. Such instability in the wheat genome is defined as temporal, as it was not detected in further generations when colchicine‐doubled progeny of the haploids was tested for the presence of polymorphic fragments.     

间作小麦光合性能对地上地下互作强度的响应

本研究旨在探讨地上地下互作强度对间作小麦光合性能的影响,为进一步揭示间作体系作物产量优势的光合机制提供依据。2015—2017年连续3年在河西绿洲灌区进行田间试验,以小麦间作玉米为研究对象,设置地下部3种互作强度:根系不分隔(完全地下互作处理, W/M)、300目尼龙网分隔(部分地下互作处理, NW/M)和0.12 mm塑料布分隔(无地下互作处理,PW/M),以及地上部高、低玉米密度(M1、M2)2种互作强度,同时设置相应单作处理。结果表明,小麦间作玉米共生前期和后期完全地下互作处理促使小麦净光合速率(P_n)显著提高,且共生后期玉米密度的提高促使完全地下互作效应增强,进一步提高了小麦P_n。小麦间作玉米共生前、中和后期,完全地下互作处理可显著提高小麦叶片气孔导度(G_s)、胞间CO_2浓度(Ci),且玉米密度提高对共生前期完全地下互作处理和部分地下互作处理小麦Gs的增加起到促进作用。在共生前期、后期完全地下互作和部分地下互作处理保持了较低的Tr。间作完全地下互作处理有助于小麦叶日积(LAD)的增加,且随着生育进程的推进,提高比率越大。完全地下互作处理使共生中期间作小麦叶片相对叶绿素含量值(SPAD)显著增加,有利于光合强度的提高。间作小麦具有显著的增产效应,完全地下互作处理中小麦籽粒产量达到相应单作产量的76.8%,具有显著提高间作群体籽粒产量的优势,且地上部互作强度增强有利于完全地下互作处理正效应的发挥。地上地下互作强度是影响间作小麦光合性能的重要因素之一,在生产实践中可通过调节地上地下互作强度的强弱来优化低位作物光合性能。     

小麦/玉米/大豆三熟套作体系中小麦根系分泌特性及氮素吸收研究

为探讨小麦/玉米/大豆多熟套作体系下小麦根系分泌物的分泌特性及其对根系生长环境和植株氮素吸收的影响,2006-2008年连续两个生长季采用田间定位试验,研究了小麦-大豆、小麦-甘薯、小麦/玉米/大豆和小麦/玉米/甘薯4种种植模式下小麦根系分泌物的数量与种类、小麦根系生长、土壤水分、土壤氮含量及植株吸氮量的变化特性。结果表明,与小麦-大豆和小麦-甘薯两种净作模式及小麦/玉米/甘薯套作模式相比,小麦/玉米/大豆套作降低了开花期和成熟期小麦生长区的土壤湿度、pH值及NO₃^--N和NH₄⁺-N的含量,提高了小麦植株地上部总吸氮量、根系活力、根干重及土壤总氮含量,并且,开花期小麦根系分泌有机酸总量和可溶性糖含量增加,表现为套作>净作,大豆茬口>甘薯茬口,边行>中行,其中以小麦边行处理的分泌量最高。拔节期根系分泌的有机酸,净作处理以乙酸含量较高,占总量的47.8%~51.6%,套作处理以柠檬酸含量较高,占总量的31.7%~55.1%;开花期根系分泌的有机酸,净作和套作处理均以乙酸含量较高,占总量的33.3%~78.3%。小麦/玉米/大豆套作对小麦根系分泌有机酸和可溶性糖有促进作用,从而改善了根系生长环境,提高了小麦对氮素的吸收。     

京郊地区小麦、玉米两茬间氮、磷、钾肥的合理施用

在京郊不同土壤肥力条件下,进行小麦、玉米两茬间氮、磷、钾肥合理施用的研究.三年多点试验结果表明,全年氮素投入0.036～0.048kg/m~2,以小麦、玉米各半或玉米居多为宜.冬小麦施氮在下茬玉米上无明显后效.冬小麦适宜施氮量为0.024kg/m~2,夏玉米适宜施氮量0.030kg/m~2,冬小麦和夏玉米施磷肥不仅对当季有增产作用,而且对下茬作物也有明显的后效.冬小麦施P_2O_5 0.015kg/m~2、夏玉米0.007kg/m~2为宜.夏玉米比冬小麦对钾肥高度敏感,土壤速效钾含量在90×10~6以下,冬小麦施钾有一定增产效果,而夏玉米施钾肥显著增产.     

小麦—玉米周年生物节水栽培品种的筛选

为了在小麦—玉米周年栽培中提高作物产量与水分利用效率,于2008—2009年栽培季在大田栽培条件下,以当前胶东地区推广种植的13个小麦品种与14个玉米品种为供试作物进行小麦—玉米周年生物节水栽培品种筛选试验,以小麦全生育期不灌溉、拔节期灌溉1次与拔节、灌浆期灌溉2次3个水分供应水平、玉米全生育期不灌溉与开花期灌溉1次2个水分供应水平处理,结果表明:试验条件下,供试小麦品种的产量在5992.485kg/hm2～10045.500kg/hm2之间,水分利用效率(WUE)在14.314kg/(hm2·mm)～24.238kg/(hm2·mm)之间,玉米品种产量在7118.535kg/hm2～12220.700kg/hm2之间,WUE在13.467～26.124kg/(hm2·mm)之间,根据产量、耗水量、WUE、灌溉水生产效率等指标进行聚类分析,将供试小麦品种分为5类,玉米品种分为4类。在小麦生育期内降水250mm、玉米生育期内降水460mm左右时,济麦21、青丰2号、济麦22、DH155等4个小麦品种与先玉335、鲁单981、登海3622、蠡玉16、丹玉86等5个玉米品种具有高产高WUE的特点,可作为小麦—玉米周年生物节水栽培中的首选品种。