覆盖免耕夏玉米耗水特性的研究

以无覆盖翻耕、无覆盖铁茬等常规耕作为对照,对覆盖免耕夏玉米的耗水特性进行了研究。结果表明耕作并没有大幅度增加或者减少夏玉米的耗水量,不同耕法夏玉米耗水量差异不大;同翻耕、铁茬等相比,覆盖免耕夏玉米耗水在时间和空间分配上有所改变,即覆盖免耕夏玉米前期耗水少,后期耗水量增加,蒸散量加大,而且覆盖免耕有效地减少土壤棵间蒸发,却增加了作物的蒸腾量,变非生产性耗水为有效耗水,有利于夏玉米产量和水分利用效率的提高     

华北平原作物棵间蒸发占蒸散比例及减少棵间蒸发的措施

利用棵间小型蒸发器测定了华北平原主要作物冬小麦、夏玉米、大豆、谷子、高梁和棉花生长期间棵间蒸发占蒸散比例随生育期的变化。结果表明,这几种作物在整个生育期中棵间无效耗水大约占总耗水量的１／４～１／３。影响棵间蒸发速率的主要因素除气象条件外,还有土壤表层含水量和作物群体叶面积指数。秸秆覆盖、中耕锄划、调控表层土壤根系分布等可作为减少土壤蒸发的有效措施。     

夏玉米棵间蒸发的田间试验与模拟

棵间蒸发是农田作物蒸散的主要组成部分,且属于无效耗水,减少棵间蒸发量对提高农田水分利用率和节约用水具有重要意义。该文利用微型蒸发器测定夏玉米的棵间蒸发量,并根据2a的田间实测数据对双作物系数模型SIMDual_Kc进行参数率定和模型验证,将模型计算的棵间蒸发量与实测数据进行对比,计算各生育期棵间蒸发量占作物蒸散发的比例。结果表明,模型可以应用于该地区夏玉米生育期内土壤含水率和作物耗水量的模拟计算,其模拟的棵间蒸发量与实测值之间相关性较高,误差较小,可用于实测数据缺失时数据的插补。降雨对夏玉米生育初期棵间蒸发量影响较大,整个生育期内夏玉米棵间蒸发占总腾发量的比例在37%～45%左右。     

灌溉条件下秸秆覆盖麦田耗水特性研究

试验于2 0 0 2 2 0 0 3年在中科院禹城综合试验站完成,研究了秸秆覆盖和灌溉对冬小麦农田耗水特性的影响,结果表明:秸秆覆盖能够增强灌溉水的入渗能力。随着灌溉量的增加,秸秆覆盖减少深层底墒水(SMBS)的消耗。灌溉显著增加冬小麦的耗水强度,返青后,覆盖处理冬小麦的耗水强度大于不覆盖处理。在播种到返青期间,覆盖比不覆盖处理平均少蒸散5 2 2 5mm。返青后,覆盖处理的阶段耗水量大于不覆盖处理,但覆盖与不覆盖处理间的总耗水量差异不大     

华北平原冬小麦相对蒸散与叶面积指数及表层土壤含水量的关系

冬小麦相对蒸散(农田蒸散量ET与自由水面蒸发量ET_0之比)表征冬小麦受土壤水分和作物生长状况制约下的耗水规律。冬小麦生长季利用大型蒸渗仪测定农田蒸散,用E601型水面蒸发器测定水面蒸发,并用平行观测方法测定叶面积指数,分析冬小麦相对蒸散与叶面积指数和表层土壤含水量的关系,并建立了冬小麦返青～收获期相对蒸散与叶面积指数和0～60cm表层土壤含水量的经验公式为。在田间条件下由RE和ET_0推算出小麦耗水量ET,并可用于冬小麦适时、适量灌溉管理。     

控制性交替隔沟灌溉对甜椒农田蒸散特征的影响

在张掖地区进行甜椒田间试验,利用农田水量平衡方法计算农田蒸散量,用微型棵间蒸发器测定不同沟灌方式的农田土壤棵间蒸发,在此基础上分析了不同沟灌方式下甜椒农田蒸散、土壤棵间蒸发、蒸发占蒸散的比例及其随叶面积指数和表层土壤含水量的变化关系、灌溉后土壤蒸发的变化过程.结果表明:交替隔沟灌溉在不影响作物蒸腾的条件下减少了表层土壤的湿润面积、减少了棵间土壤蒸发、提高了作物水分利用效率.     

农业技术和气候变化对农作物产量和蒸散量的影响

随着农业生产条件的改善、品种改进和有利的气象条件的变化, 世界各地的作物产量得到大幅度提高, 但作物的蒸散量却未出现大幅度提高。本文以石家庄气象站1955~2007 年的气象资料为基础, 分析了河北省冬小麦和夏玉米生长期间主要气象因素变化, 结合中国科学院栾城农业生态系统试验站长期定位灌溉试验的研究结果, 分析了农业生产条件和气象因子变化对冬小麦和夏玉米产量及耗水量的影响。结果表明,1955~2007 年冬小麦和夏玉米生长季的气象因子发生了变化, 日照时数、相对湿度、风速、气温日较差显著降低, 最低气温、平均气温和积温显著升高, 气象因子的变化对作物总蒸散量未产生明显影响, 但由于降水减少,作物生长期间的灌溉需水量呈增加趋势。长期灌溉试验结果表明, 随着农业生产条件的变化和品种的改良, 冬小麦和夏玉米的产量不断增加, 而耗水量的增加幅度小于产量增加幅度, 夏玉米的耗水量呈稳定状态。节水技术的推广和应用对维持耗水量稳定起着非常关键的作用。     

土壤扩蓄增容肥对冬小麦棵间蒸发和水分利用效率的影响

利用农田水量平衡公式计算了冬小麦耗水量,用微型蒸渗仪测定了农田土壤棵间蒸发状况,在此基础上通过对比试验研究了土壤扩蓄增容肥条件下不同水分处理冬小麦生长期间农田棵间蒸发与水分利用效率.结果表明,施加土壤扩蓄增容肥后冬小麦生育期平均耗水量较对照平均减少了491.67 m3/h㎡,可明显降低冬小麦棵间蒸发,同时可降低播种到拔节期阶段棵间蒸发占阶段耗水量的比例;灌水量2250 m3/h㎡3理(T2)水分利用效率达2.62 kg/m3;灌水量1950 m3/h㎡的处理(T3)可增产32.68%.     

华北典型区域农田耗水与节水灌溉研究

本文总结了中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心围绕华北典型地区冬小麦-夏玉米一年两熟开展的节水灌溉研究。在位于华北中北部的中国科学院栾城农业生态系统试验站的定点试验结果显示,从1980年到2017年,在充分灌溉条件下冬小麦产量增加55.7%、夏玉米产量增加59.7%。冬小麦生育期耗水(ET)从400 mm增加到465 mm;玉米耗水年平均稳定在375 mm左右;年耗水量从777.0 mm增加到834.4 mm;满足冬小麦、夏玉米生育期耗水条件下,年灌溉需水量平均300 mm,必须减少灌溉用水和田间耗水,才能解决区域地下水超采问题。研究发现在限水灌溉条件下,冬小麦拔节期1次灌溉可显著促进作物营养生长和根系生长,利于后期土壤水分高效利用,在维持作物稳产基础上,比充分灌溉年节水165.2 mm。研究发现进一步利用小定额灌溉技术,通过增加灌水频率、缩减次灌水量,可增加有限水对作物的有效性,实现作物根系、土壤水分和养分在空间上的耦合,进一步提升有限灌溉对作物的增产作用。只考虑维持播种时良好土壤水分条件、生育期不进行灌溉的最小灌溉模式,与充分灌溉模式相比,产量减少28%,但可节约灌溉水69%,田间耗水减少43%,水分利用效率提高13%,年耗水量维持在560 mm左右。相对于减熟制节约灌溉水措施,冬小麦-夏玉米一年两季最小灌溉模式总产量高于两年3作5.5%~12.0%,年耗水量低于两年3作10%~13%,可显著消减减熟制带来的休闲期土壤蒸发损失。因此,实施冬小麦、夏玉米生育期节水灌溉,如最小灌溉、关键期灌溉,可大幅度降低灌水量和作物生育期耗水量,同时又能维持一定的生产能力,是华北实施地下水限采措施下应优先考虑的技术选择。     

不同水分处理旱稻农田蒸散特征和水分利用效率

该文通过2001～2004年4年北京地区早稻田间试验,利用农田水量平衡方法计算了早稻农田蒸散量,用微型棵间蒸渗仪测定了不同土壤水分条件下农田土壤棵间蒸发,在此基础上分析了不同水分处理旱稻生长期间的农田蒸散特征、土壤棵间蒸发特征和水分利用效率.结果表明:北京地区早稻出苗～成熟的农田蒸散量为574～630 mm,年际间略有波动;日蒸散强度孕穗～抽穗期最高,平均为9.8 mm/d,该阶段为旱稻需水关键期;在出苗～拔节期间土壤棵间蒸发量占农田蒸散量比例最大,在此生育阶段应采取适当措施降低土壤蒸发无效消耗,提高水分利用效率;限量灌溉处理中以前期适当胁迫,后期充分灌溉处理的水分利用效率最高.     

单作与间作的棵间蒸发量差异及其主要影响因子

在甘肃河西走廊区, 通过大田试验, 研究了不同供水水平下小麦间作玉米与单作小麦、单作玉米的耗水量和棵间蒸发量差异, 探讨了影响作物棵间蒸发量的关键因子。结果表明, 小麦间作玉米的耗水量较单作小麦、单作玉米耗水量的平均值增加了41.44%~47.15%; 间作全生育期的总棵间蒸发量显著大于单作, 但间作的日均棵间蒸发量显著低于单作玉米、高于单作小麦; 间作的棵间蒸发量占总耗水量的比重显著低于单作玉米, 说明间作可提高农田水分利用的有效性。随灌水水平的提高,间作总耗水量显著增加,单作相邻灌水处理间的差异不显著;灌水水平对单作玉米、间作棵间蒸发量的影响不显著,说明间作耗水量增加主要是由蒸腾作用造成的。作物的日均棵间蒸发量与0~30 cm的土壤含水量、0~25 cm的土壤温度、全生育期的平均叶面积指数均呈显著正相关关系。单作玉米日均棵间蒸发量较大的主要原因是0~30 cm的土壤含水量、0~25 cm的土壤温度均相对较高。小麦间作玉米可提高作物的土地利用率, 其水分利用效率较单作平均提高25%以上。     

中国科学院栾城农业生态系统试验站农田节水研究过去、现在和未来

本文回顾了中国科学院栾城农业生态系统试验站(以下简称栾城试验站)建站初期20 世纪80 年代以来在农田节水方面开展的研究。20 世纪80 年代以作物优化灌溉制度为研究重点, 解决生产实际问题; 20 世纪90 年代围绕土壤-植物-大气系统水分传输和界面调控开展了系统研究, 为农田节水措施的形成提供理论基础和技术途径; 近10 年来进一步深化了农田节水生理生态研究, 并根据多年研究积累, 形成了综合节水技术模式, 进行推广应用。未来栾城试验站农田节水工作将更加突出多学科渗透交叉, 以提高农田水分利用效率和效益为目标, 加强基础研究和节水技术的示范应用。     

华北平原缺水区保护性耕作技术

针对华北平原缺水地区农田生产效益偏低和地下水严重超采导致的生态环境问题,以建立节水、高产、固碳的华北平原缺水区保护性耕作集成技术为目标,在国家科技支撑计划长期支持下,建立了华北平原历时最长的保护性耕作长期定位试验平台(2001年—),开展了小麦/玉米两熟制保护性耕作理论和关键技术研究,集成了农机农艺结合的高产节水型保护性耕作技术体系,并在河北省进行广泛示范推广。主要结果:1)华北平原冬小麦/夏玉米一年两熟区保护性耕作具有固碳、减排、节水、提高土壤质量等生态效应。长期保护性耕作具有土壤养分分层表聚现象:0~5 cm土层的土壤C、N、P、K、有机质含量高于5~10 cm土层,旋耕(RT)和免耕(NT1:秸秆直立免耕;NT2:秸秆粉碎免耕;NT3:整秸秆覆盖免耕)处理土壤有机碳(SOC)的层化比率为1.74~2.04,显著高于翻耕处理(CK和CT)的1.37~1.45。保护性耕作的固碳效应与机制:保护性耕作实施9年后不同耕作方式年固碳量(0~30 cm)NT2处理为840 kg·hm~(-2)·a~(-1)、RT处理为780 kg·hm~(-2)·a~(-1)、CT处理为600kg·hm~(-2)·a~(-1),14年后土壤有机碳(0~30 cm)发生了变化,NT2处理为540 kg·hm~(-2)·a~(-1)、RT处理为720 kg·hm~(-2)·a~(-1)、CT处理为710 kg·hm~(-2)·a~(-1);长期免耕减少了土壤的扰动而降低了土壤碳的矿化率,土壤碳的累积主要固定在土壤大团聚体的颗粒有机碳中,固定态碳首先进入活性易分解有机碳库,然后缓慢转入稳定碳库。保护性耕作的减排效应:不同耕作系统全球增温潜力的计算结果表明,免耕是大气增温的碳汇,而其他耕作系统为碳源。NT处理每年农田生态系统净截留碳947~1 070 kg(C)·hm-2;CK、CT和RT每年向大气分别排放等当量碳3 364kg(C)·hm-2、989 kg(C)·hm-2和343 kg(C)·hm-2。保护性耕作的土壤微生物多样性机制:保护性耕作显著提高了土壤中真菌、细菌、氨氧化古菌和亚硝酸还原酶(nir K)基因的反硝化微生物的多样性,但对氨氧化细菌与含nir S基因的反硝化微生物的多样性影响不大。保护性耕作节水保墒的土壤结构与水力学机制:常规耕作对土壤有压实的作用,而保护性耕作改善了土壤结构,有效提高了储水孔隙、导水率、田间持水量和有效水含量,秸秆覆盖又能有效减少土壤蒸发,具有开源与节流双重节水机制。2)建立了趋零蒸发的麦田玉米整秸覆盖全免耕种植模式。在小麦/玉米一年两熟种植区,首次提出了玉米整秸秆覆盖小麦全免耕播种的种植模式,实现了小麦玉米全程全量秸秆机械化覆盖,形成土壤无效蒸发趋于零的保护性耕作体系与方法;研制了实现趋零蒸发的4JS-2型梳压机和2BMF-6型小麦全免耕播种机组,比目前推广的2BMFS-6/12小麦免耕播种机减少作业动力45.2%,降低作业费用33.3%。3)建立了3年一深松(翻)的少免耕-深松轮耕模式,集成了节水高产保护性耕作技术体系。制定了华北平原冬小麦/夏玉米一年两熟区保护性耕作技术体系等河北省地方标准,与农业、农机部门联合示范,推动了河北省保护性耕作技术的推广和应用。成果在河北平原冬小麦/夏玉米一年两熟区进行了示范推广,社会效益和生态效益显著,2013年获河北省科技进步一等奖。     

华北平原典型井灌区农田水循环过程研究回顾

本文回顾了中国科学院栾城农业生态系统试验站在农田水分循环和水量转化方面的研究工作和进展。目前, 对于冬小麦-夏玉米农田的蒸散耗水量及其结构(植物蒸腾和土壤蒸发)有较详细的研究结果。全年总蒸散量多年平均870 mm, 每年亏缺的350 mm 左右需要靠提取地下水保证; 同位素分析结果显示土壤蒸发的深度在地表下20 cm 处, 而植物蒸腾耗水也主要是利用0~40 cm 土层的土壤水分。对于土壤深层渗漏量和地下水接受垂直补给的问题, 不同研究结果间仍然存在较大差异, 尚需更精细的试验来确定。对于区域水量平衡和地下水资源可持续性的评价和管理, 目前急需重点开展区域蒸散量的精确估算和模拟研究, 以及不同土地利用和不同农业种植方式的水量平衡与水分转化过程研究。     

太行山前平原区小麦玉米农艺节水技术集成模式综合评价

太行山前平原区小麦玉米农艺节水是解决当地水资源危机和地下水严重超采的重要途径。在前期以华北山前平原高产区作为重点研究区形成的种植节水品种、秸秆覆盖、调亏灌溉、生育期优化及株行距优化等小麦玉米农艺节水技术的基础上, 集成了常规模式(底墒水+拔节水+开花水)、综合节水模式(拔节水+开花水)、模式A(拔节水)和模式B(底墒水)等4 种小麦玉米农艺节水模式。本研究利用熵权综合评价法对4 种节水模式从生产效益、社会经济效益和生态效益方面进行技术经济评价。结果表明: 小麦玉米4 种节水模式的得分排序为综合节水模式＞模式A＞模式B＞对照(常规模式), 因此小麦玉米综合节水模式综合效益最优。从4种节水模式的投入产出看, 综合节水模式肥料投入最低, 投入产出比、纯收益、水分利用效率和水分经济利用效率最高。小麦玉米节水是未来发展的方向, 应该进一步提高农户农业节水意识, 利用多种手段, 促进农户采用小麦玉米节水技术优化模式。     

耕作方式对华北冬小麦.夏玉米周年产量和水分利用的影响

在冬小麦季设置秸秆不还田翻耕(CT)、秸秆还田翻耕(CTS)、秸秆还田旋耕(RTS)和免耕秸秆覆盖(NTS)4种处理,研究耕作方式对华北小麦-玉米两熟区作物周年产量和水分利用的影响。结果表明:耕作方式对当季冬小麦产量和水分利用影响显著,对夏玉米产量和水分利用影响不大,但秸秆还田提高了夏玉米产量。RTS、CTS、CT 3个处理小麦季产量差异不显著,而NTS由于有效穗数不足,产量显著低于其他处理;与CT相比,NTS周年产量平均减产5.13%,RTS增产2.69%,CTS增产2.33%。耕作方式对当季小麦土壤水分含量影响大,而对后茬夏玉米土壤水分含量的影响较小。NTS提高了小麦季土壤水分含量,增加了土壤储水量,与CT相比,0~60 cm土壤储水量2010年和2011年分别增加39.07 mm和26.65 mm。从耗水构成来看,土壤水在冬小麦耗水中所占比例最大,其次为灌水和降水;而夏玉米耗水以降水为主,且降水中有一部分转化为土壤水储存起来。NTS提高了冬小麦季土壤储水量,降低了土壤水分的消耗,冬小麦季耗水最少。与CT相比,NTS小麦季平均节水22.40 mm,周年耗水量也以NTS最少;但NTS冬小麦产量降低导致其小麦季和周年水分利用效率均最低。从作物周年产量和水分利用的角度来看,如何提高免耕秸秆覆盖小麦季产量,进而提高周年产量,发挥其节水优势,是该耕作模式在华北地区冬小麦?夏玉米两熟区推广应用亟需解决的关键问题。     

华北平原秸秆覆盖冬小麦减产原因分析

秸秆覆盖是减少农田棵间蒸发和提高水分利用效率的措施之一。冬小麦/夏玉米一年两作种植中, 秸秆资源非常丰富, 随着机械化作业的发展, 小麦秸秆覆盖夏玉米技术在同类地区得到成功应用和推广。但夏玉米秸秆覆盖冬小麦后对冬小麦的生长发育产生了一些不利影响, 造成了冬小麦不增产或减产, 限制了该项技术的推广。秸秆覆盖造成冬小麦穗数的降低是冬小麦产量降低的主要原因, 其次是千粒重的降低。大部分研究表明秸秆覆盖小麦地表后, 使根区土壤温度白天最高温度低于不覆盖处理, 夜间的最低温度高于不覆盖处理, 土壤温度的日较差减小。秸秆覆盖下根区温度的变化可能是引起小麦生长发育滞后和产量降低的主导因素。本文综述了华北平原秸秆覆盖冬小麦减产原因, 为实现两熟区冬小麦秸秆覆盖提供理论依据。     

华北典型区域土壤耕作方式对土壤特性和作物产量的影响

华北平原是我国重要的小麦玉米种植区,长期土壤旋耕免耕和秸秆全量还田带来耕层变浅、犁底层变厚和上移、土壤养分表聚等现象,通过耕作方式改变,解决上述问题对维持区域粮食生产有重要意义。试验以冬小麦-夏玉米轮作系统为研究对象,分别在代表华北平原高产区的栾城试验区和代表中低产区的南皮试验区进行,设置冬小麦播种前进行土壤深耕、深松、窄深松3种处理,以生产上常用的旋耕为对照。所有处理夏玉米季均采用土壤免耕播种,测定项目包括土壤容重、作物根系、作物产量和水分利用效率。结果表明,不同耕作方式对土壤特性和作物产量的影响具有区域差异。南皮试验区土壤深耕(松)显著地(P0.05)提高了作物产量,深耕、深松和窄深松处理的冬小麦产量比旋耕分别增加16.5%、19.3%和13.1%,夏玉米产量分别增加17.3%、16.2%和21.9%,周年产量分别增加16.9%、17.6%和17.8%;深耕、深松和窄深松处理间作物产量差异不显著。栾城试验区冬小麦、夏玉米产量和周年产量各处理之间差异不显著。土壤深耕、深松、窄深松和旋耕均能降低0～20 cm土层土壤紧实度和土壤容重。冬小麦播种后,与土壤耕作前比较,土壤深耕、深松和旋耕处理土壤紧实度南皮试验区分别平均降低71.6%和68.2%,栾城试验区分别降低88.8%和?7.7%,常用的旋耕模式在栾城试区没有降低土壤紧实度。小麦收获时不同耕作方式0～40cm土层的土壤容重均低于土壤耕作前的土壤容重,至夏玉米收获时不同耕作处理的土壤容重与耕作前基本一致,不同耕作处理对土壤容重的影响差异不显著。在南皮试验区, 3种耕作方式与旋耕相比,均显著提高了冬小麦和夏玉米水分利用效率;在栾城试验区,各处理冬小麦和夏玉米水分利用效率差异不显著。本研究结果显示在华北平原高产区连续实施土壤旋耕模式没有影响作物产量,而在中低产区实施土壤深耕或者深松模式更利于作物产量提高。     

覆盖与灌溉条件下农田耕层土壤养分含量的动态变化

试验于2002-2003年在中国科学院地理所禹城综合试验站进行，研究了秸秆覆盖和灌溉相结合条件下冬小麦-夏玉米一年两熟农田耕层土壤有机质及速效养分含量的动态变化．结果表明：秸秆覆盖对提高土壤有机质含量有重要作用。不覆盖农田中，灌溉可降低有机质含量。而覆盖农田中，这种降低作用不显著。在冬小麦生育期间，灌溉可使碱解氮的含量下降．覆盖处理下降的程度更大。秸秆覆蓝可明显提高速效磷的含量，灌溉可使其含量进一步增加。秸秆覆盖可明显提高耕层内速效钾的含量，夏玉米生育期间．灌溉处理速效钾含量升高。