未来升温情景下中国马铃薯产量和水分利用效率变化

升温和降水变化对全球马铃薯生产构成巨大挑战。揭示未来升温1.5和2.0℃情景下中国不同种植区马铃薯产量和水分利用的变化,对保障中国粮食安全具有重要意义。该研究基于中国不同地区的气候条件和种植制度,将全国马铃薯种植区划分为北方一作区、中原二作区、南方冬作区和西南混作区。进而,基于未来全球气温与基准期(1986-2005)的差值,推算得出全球升温达到1.5和2.0℃的时段分别为2016-2035年和2028-2047年。在全国马铃薯种植区共选择7个马铃薯典型品种。该研究基于气候模式通过降尺度获取的未来气象数据,驱动充分校正的APSIM-Potato模型,模拟分析未来升温1.5℃(2016-2035年)和2.0℃(2028-2047年)情景下中国不同种植区雨养和灌溉(基于土壤水分亏缺模型启动自动灌溉)马铃薯产量和水分利用的变化。结果表明：基准期(1986-2005年),雨养马铃薯产量、生育期蒸散量(evaportranspiration,ET)和水分利用效率(water use efficiency,WUE)分别为0.05～52.40 t/hm²、7～454 mm和3～...     

补充灌溉对半干旱区马铃薯产量和水分利用效率的影响

采用随机区组设计,研究了陇中半干旱区不同补灌时期及补水量对马铃薯产量形成和水分利用效率的影响。结果表明,苗期补水、现蕾期补水和膨大期补水较对照均能显著提高马铃薯产量;补水处理水分利用效率（WUE）均高于不补水处理（对照）;其中,现蕾期补水3kg/穴处理产量和水分利用效率增幅最高,产量和WUE分别达19 178.57kg/hm2（较对照处理高21.77%）和52.75kg/（hm2.mm）;与对照相比,各补水处理普遍优化了马铃薯各产量构成性状,有利于大薯率和中薯率的提高,单株结薯数和单株薯产量也较高。因此,现蕾期为旱地马铃薯需水关键期,对水分的变化敏感;现蕾期补水3kg/穴,可以作为半旱区马铃薯适宜的抗干旱节水高产种植模式。     

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.     

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.     

温室滴灌黄瓜产量和水分利用效率对水分胁迫的响应

为确定滴灌条件下温室黄瓜的适宜灌水方案,该文基于20 cm标准蒸发皿的累计水面蒸发量设计不同灌水处理,研究了滴灌条件下不同灌水处理(充分灌水T1,轻度水分亏缺T2,中度水分亏缺T3)对不同种植季节温室黄瓜生理特性、耗水量(Evapotranspiration,ET_c)、产量及水分利用效率(Water Use Efficiency,WUE)的影响,且于2017年8—12月(秋冬季)和2018年3—7月(春夏季)分别对不同灌水处理下土壤水分状况、作物生理指标、耗水量、产量和WUE等指标进行了系统的田间试验观测及分析。研究结果表明,随着灌水量的减小,温室黄瓜产量和WUE均呈降低趋势,不同程度的水分亏缺对黄瓜不同生育期ET_c有一定的抑制作用,在黄瓜生长任一阶段发生水分亏缺均会降低黄瓜植株的茎流速率、光合速率及气孔导度,进而可能影响黄瓜干物质的运转与积累,其中在作物生长中期,温室黄瓜茎流速率及产量对水分亏缺响应最为显著。黄瓜平均单果质量、果茎、果长和单株坐果数均随灌水量的降低而减小,黄瓜果实畸形比例随不同生长阶段水分亏缺的增大而增大。不同种植季节温室黄...     

农牧交错带马铃薯高产和水分高效利用的播期和品种选择

雨养马铃薯的稳产和增产对保障北方农牧交错带粮食安全有重要意义。农牧交错带马铃薯可播种期长且水热条件年际变异大,因此,不同的水热年型应选择不同的马铃薯播期和品种。该研究基于农牧交错带武川试验站典型水热年型(2017:暖干;2018:暖湿)的马铃薯分期播种耦合品种选型试验,选择早熟(费乌瑞它)、中熟(康尼贝科)和晚熟(克新一号)3个品种,耦合早播(04-27/04-28)、中播(05-15/05-16)和晚播(06-01/06-02)3个播期,以雨养马铃薯高产和水分高效利用为依据确定典型水热年型下的播期和品种优化组合,并揭示其互作效应对产量和水分生产力的影响。结果表明:不同水热年型下,播期和品种变化对马铃薯生育期、产量和水分生产力均影响显著,马铃薯全生育期最短仅90 d(早熟晚播),最长达138 d(晚熟早播),早、中和晚熟品种平均生育期有效积温分别为1691.5、1772.6和1944.6℃·d。随播期推迟马铃薯播种-块茎形成期缩短,而块茎形成-成熟期无显著变化。暖干年马铃薯的平均产量为6187.3 kg/hm^2,其中早熟品种(费乌瑞它)早播和中播的产量和水分生产力显著高于其他耦合方式;暖湿年马铃薯的平均产量为19390 kg/hm^2,其中晚熟品种(克新一号)中播的产量(23103.9 kg/hm^2)和水分生产力(6.8 kg/m3)最高。适宜的播期和品种优化组合降低了马铃薯生育期的水分胁迫。马铃薯产量和生育期气象因子的相关分析表明,块茎形成-成熟期的降水可以解释马铃薯产量变异的87%。研究可为不同水热年型下马铃薯种植选择最佳播期和品种组合提供科学参考。     

水肥耦合对冬马铃薯产量和水分利用效率的影响

通过田间试验,以灌水量、施氮量(N)、施钾量(K2O)为试验因素,采用三因子五水平二次通用旋转组合设计,研究了滴灌施肥条件下,不同灌水量和施肥量对马铃薯产量和水分利用效率的影响.结果表明:(1)灌水量和施氮量均对马铃薯产量和水分利用效率有极显著影响,且施氮量主效应大于灌水量,而施钾量主效应不显著;(2)单因素效应分析结...     

未来气候情景下黄淮海平原不同灌溉制度的产量补偿效应模拟

利用黄淮海平原典型农业气象站点生育期和产量资料对CERES-Wheat模型遗传参数进行调试,结合HadGEM2-ES气候模式在RCP8.5（辐射强迫上升至8.5W·m?2的典型浓度目标）情景下的预估结果,模拟分析未来不同时段（近期：2010-2039年、中期：2040-2069年、远期：2070-2099年）雨养条件下冬小麦的减产率（与潜在产量相比）,并比较不同灌溉制度下冬小麦减产率与雨养条件下减产率的差值即灌溉制度的产量补偿效应。结果表明,经参数调试后的CERES-Wheat模型能较为准确地模拟冬小麦生长发育过程。与潜在产量相比,雨养条件对冬小麦造成的减产率在未来近、中、远期分别为47.3%、53.5%和50.9%,黄淮海平原北部Ⅰ-Ⅳ区的潜在减产率高于区域平均水平,而南部Ⅵ区的减产率仅为7.4%（近期）、12.8%（中期）和9.7%（远期）。多种灌溉策略模拟结果表明,不同生育期灌溉对冬小麦产量的补偿效应（指减产率的减少量）差异较大,北部亚区的补偿效应高于南部亚区。拔节水的补偿效应最强,对未来不同时段冬小麦产量的补偿效应为16.3～18.6个百分点;灌浆水次之,补偿效应为5.1～6.1个百分点;而越冬水补偿效应仅为0.4～0.6个百分点。两水灌溉条件下,拔节水+灌浆水的补偿效应为23.6～25.1个百分点,能够挽回雨养损失的50%左右。因此,在未来水分亏缺加剧的背景下,应注重保障拔节期的需水,灌两水情况下重点保障拔节和灌浆阶段需水。     

华北平原灌溉农田的土壤水量平衡和水分利用效率

华北平原农业面临的主要问题是水资源短缺,地下水位持续下降。通过一维土壤水量平衡模型模拟了华北平原不同灌溉方式下农田耗水量和土壤水分深层渗漏的变化,并分析了作物的产量和水分利用效率。结果显示在正常的灌溉条件下,冬小麦季地下水的采补差额超过了200mm,某生育期一定程度的水分亏缺(返青期、拔节期或灌浆期)能明显减少冬小麦的耗水量,但没有明显减少作物的产量。因此,在一定程度上减少灌溉是可行的,但仍不能达到地下水资源的采补平衡。从长远来看,华北平原维持可持续的地下水灌溉开采,应减少冬小麦的种植面积、增加低耗水经济作物的比例。     

覆膜和垄作对黄土高原马铃薯产量及水分利用效率的影响

在大田设置不同覆盖方式和沟垄种植试验,以露地平作为对照,通过测定不同处理下马铃薯的出苗率、产量和土壤含水量等指标,分析覆膜和垄作的影响效果。结果表明,(1)覆膜处理马铃薯出苗率和株高明显高于对照(P0.05),其中,覆膜垄作效果最明显,比对照高出11.72%~14.94%和10.65~12.35cm。(2)与对照相比,覆膜处理均能提高马铃薯田的土壤含水量和水分利用效率(P0.05),覆膜垄作比覆膜平作效果更显著(P0.05)。(3)覆膜处理可明显提高马铃薯产量(P0.05),再加上垄作对马铃薯薯块的增产效果更明显。所有处理均提高了马铃薯的商品率(P0.05),覆膜垄作处理比覆膜平作提高幅度更大。因此,在黄土高原旱地采用覆膜垄作方式种植马铃薯可显著增加产量并提高水分利用效率,而全覆单垄种植方式的经济效益更高。     

深松条件下不同地表覆盖对马铃薯产量及水分利用效率的影响

水分不足是限制旱区作物生长的主要因素,覆盖耕作能够改善土壤的微环境,从而显著提高作物的产量和水分利用效率。为探讨深松结合地表覆盖对土壤物理性状、马铃薯生长、产量及水分利用效率的影响,2013-2015年在宁南旱区采用深松覆盖秸秆、深松覆盖地膜、深松不覆盖3种覆盖耕作模式,以传统耕作不覆盖为对照,对土壤体积质量、团聚体、水分、马铃薯产量和水分利用效率等方面的影响进行了研究。结果表明,与传统耕作相比,深松结合地表覆盖可有效降低耕层土壤体积质量,改善土壤孔隙状况,以深松覆盖秸秆处理效果最佳,深松覆盖秸秆处理0~40 cm平均土壤体积质量较传统耕作降低17.1%。与传统耕作相比,深松覆盖地膜和深松覆盖秸秆处理可使0~40 cm土层0.25 mm机械稳定性团聚体数量显著增加30.7%和17.4%。深松结合不同覆盖方式能有效改善马铃薯生育期0~200 cm土层土壤水分状况,深松覆盖地膜对作物生育前期土壤水分保蓄效果较好,深松覆盖秸秆对生育中后期土壤水分状况的改善效果最佳。深松结合不同覆盖方式下马铃薯植株株高、茎粗及地上部生物量均显著高于传统耕作。作物生育前期以深松覆盖地膜处理效果最佳,中后期以深松覆盖秸秆处理促进作用明显。深松结合地表覆盖能明显提高马铃薯的产量和水分利用效率,深松覆秸秆处理的马铃薯产量、商品薯率和水分利用效率分别较传统耕作处理平均提高37.3%、93.3%和41.2%。通过两年试验研究,在宁南旱区采用深松结合地表覆盖措施具有良好的蓄水保墒效果,对马铃薯生长有利,以深松覆盖秸秆处理的增产和提高水分利用效率效果最为显著。     

分根区交替灌溉对马铃薯水氮利用效率的影响（简报）

分根区交替灌溉已被证实是一种有效节水灌溉技术同时保持作物产量,但有关分根区交替灌溉提高作物氮素利用效率、降低对水土环境的影响机理还不是很清楚。为了探明地下滴灌条件下充分灌溉及分根区交替灌溉（APRI）对马铃薯水氮利用效率的影响,通过田间小区试验,对各处理马铃薯全生育期灌水量、植株体氮素残留、土壤氮素残留及水氮利用效率进行了比较分析。研究结果表明：收获后,APRI处理（E、I、K）与充分灌水处理产量（F、J、L）差异不大,但APRI处理灌溉水利用效率显著高于充分灌水处理（p=0.05）;充分灌水处理不同土层（0～ 30 cm和30～60 cm）土壤中残留硝态氮、矿物质氮较APRI处理高;APRI处理（I、K）作物氮利用效率及农田氮利用效率显著高于充分灌水处理（J、L）（p=0.05）。因此,APRI处理不仅能够显著提高作物的水分利用效率,而且还能显著提高土壤矿质氮的活性,有利于作物对土壤氮素的吸收利用。     

调亏灌溉对西北地区不同种植密度玉米耗水和产量的影响

为研究种植密度与调亏灌溉对玉米蒸发蒸腾和产量的影响,该研究2017—2019年连续3 a设置2个种植密度（常规低密度、高密度）和不同灌溉处理开展田间试验。2017年设当地灌溉（W1）、充分灌溉（W2）、全生育期轻度亏缺（W3）、抽穗期充分灌溉其余生育期轻度亏缺（W4）4个水分处理;在2017年试验结果基础上,2018年调整了试验设计,设充分灌溉（W2）、营养生长阶段（苗期末、拔节期）轻度亏缺（W5）、营养生长阶段中度亏缺（W6）3个水分处理;2019年设充分灌溉（W2）、营养生长阶段和灌浆末期轻度亏缺（W7）、营养生长阶段和灌浆末期中度亏缺（W8）3个水分处理。测定和计算了玉米植株茎流、棵间蒸发、冠层覆盖度、产量等指标。结果表明：玉米单株茎流速率受种植密度和水分亏缺的影响明显,复水可以缓解水分亏缺造成的茎流速率降低。高种植密度下,玉米植株对水分胁迫的反映更为敏感,相同水分亏缺程度会造成更严重的减产。相较于低种植密度（当地密度）,充分灌溉下（W2）增大种植密度使2017、2018、2019年玉米产量分别提升15.82%、34.89%、22.64%;高密度处理下,相较于当地的经验灌水模式,在作物营养生长阶段后期及灌浆后期进行轻度亏水处理可在产量下降不显著的情况下节水约23.14%。因此,增大种植密度并在作物营养生长阶段后期及灌浆后期进行轻度亏水,可在显著增大产量的同时大幅减少耗水,结果为西北地区玉米节水增产提供科学依据。     

Biomass production and water use efficiency of barley and wheat plants with different irrigation intervals at various water levels

Biomass production in terms of dry‐matter yield of both straw and grains of barley (Hordeum vulgare L., cv. ‘Walfajr') and wheat (Triticum aestivum L., cv. ‘Karaj I') plants subjected to water stress were studied at the College of Agriculture, University of Tehran Experimental farm located in the city of Karaj, Iran. The treatments consisted of two irrigation intervals, 7 and 14 days. Six water levels, 100, 80, 60, 40, 20, and 0% of the crops’ total water requirements were used at each irrigation interval. The experimental units consisted of 2.5m × 2.5m plots replicated three times for each treatment. A 1m x 1m sub‐plot at the center of each 2.5m X 2.5m plot was selected and the plants were harvested to prevent border effects. After each harvest, the straw and the grains were separated and weighed.

Total dry‐matter yield of straw and grains significantly decreased by decreasing applied water levels (especially, at the lower water levels, 40, 20, and 0%) and increasing irrigation intervals for both plants. Water use efficiency (WUE) was higher at the higher applied water levels for the straw than for the grains for barley, however, the trend was reverse for wheat plants. The WUE decreased for straw by deceasing applied water in both barley and wheat plants.     

不同种植密度下温室间作玉米的水分利用情况与其营养元素吸收特征的关系

Dent corn, as a catch crop used for salt removal, was cultivated at different densities, i.e., 7.3 （low density）, 59.7 （normal density）, and 119.5 plants m-2 （high density）, during a 50 d fallow period after cultivation of a commercial crop in a greenhouse, to analyze the characteristics of nutrient salt （N, K, Mg, and Ca） uptake by roots and to study the effect of plant density on the characteristics associated with crop water use. Leaf area index for the high and normal density treatments reached extremely high values of 24.3 and 14.9, respectively. These values induced higher transpiration rates that were estimated using the Penman-Monteith model with the incorporation of specific parameters for crop and greenhouse conditions. The total N, K, Mg, and Ca contents in the crop canopy at harvest were 26.8, 13.0, 1.0, and 1.7 g m-S, respectively, under the high density treatment. The dynamics of salt uptake rates for high, normal, and low density treatments were evaluated by assessing weekly changes in salt content, and were subsequently compared against the transpiration rate. A positive linear relationship was obtained between these 2 parameters for all 3 density treatments and all tested salts. Hence, higher transpiration rates caused higher salt uptake rates through water absorption. On the other hand, salt uptake efficiency per unit water use by cultivation was lower in the low density treatment. Therefore, management procedures with dense planting that induce higher transpiration rates and lower evaporation rate are extremely important for the effective cultivation of corn catch crops.     

滴灌调控土壤水分对马铃薯生长的影响

研究了滴灌灌溉频率和土壤水势对马铃薯生长和水分利用效率的影响。研究结果表明，滴灌灌溉频率和土壤水势对土壤水分的分布有很大影响，灌水频率越低，灌水前的表层土壤干燥的范围越大，灌水后的土壤湿润范围越大；控制滴头下面20 cm处土壤水势明显影响到50 cm深度以上的土壤水势，20 cm深度处土壤水势越高，50 cm深度范围内的平均土壤水势越高；土壤表面土壤水势越低，以滴头为中心形成的干燥范围越大。当土壤基质势低于-45 kPa时，马铃薯的块茎膨大率会迅速下降，总产量、商品薯产量和水分利用效率高低顺序为：-25 kPa>-35 kPa>-15 kPa>-45 kPa>-55 kPa。不同灌溉频率下马铃薯的总产量、商品薯产量和水分利用效率的高低顺序为：1天1次>2天1次>3天1次>4天1次>6天1次>8天1次。就华北地区而言，采用滴灌对马铃薯进行灌溉，土壤基质势以-25 kPa左右为好，灌水频率以每天1次最优。