等高反坡台阶整地对坡耕地农田耗水及水量平衡的影响

为了探讨等高反坡阶整地措施对红壤坡耕地农田耗水及水量平衡的影响,于2017年5月—2018年9月期间,通过野外定位监测大气降雨量、农田蒸发量等指标,利用双作物系数法获得农作物耗水规律,进一步探究了农田的水量平衡特征。结果表明:与对照样地相比,布设有等高反坡台阶的样地整个生长期的玉米耗水量减少7%～12%,作物蒸散量减少8%～12%,作物蒸腾量与总耗水量的比例为64%～70%,比未布设的样地增加了28.7%～30.1%。此外,布设有反坡台阶的坡耕地土壤水分利用量要大于未布设的坡耕地。试验表明等高反坡阶可以提高水分的利用效率,减少土壤水分的蒸发,具有蓄水、节水的作用。     

坡耕地等高反坡阶整地年限对土壤改良和玉米产量的影响

为探究等高反坡阶整地改良红壤坡耕地土壤质量的效果,利用田间定位试验,以滇中昆明松华坝迤者流域坡耕地试验区已实施等高反坡阶整地措施3(CRT 3),7(CRT 7),9(CRT 9)年的样地及原状坡耕地(CK)为研究对象,结合各样地玉米产量探明实施年限对土壤结构、肥力和酶活性特征的影响.结果 表明:等高反坡阶整地年限显著...     

天然降雨条件下等高反坡台阶整地对坡耕地氮磷输移的影响

[目的] 揭示等高反坡阶整地措施对于坡耕地产流产沙及面源污染物输出的规律,为源头控制坡耕地水土流失和农业面源污染提供科学依据和技术支撑。[方法] 以滇中昆明市松华坝迤者流域试验区内已布设等高反坡台阶措施的坡耕地(15°和22°)径流小区样地为对象,基于2019—2021年降雨、径流及水质数据,采用对比分析的方法,研究样地内的产流、产沙、面源污染物氮素、磷素输出的特征。[结果] 相同雨型下,研究区样地布设等高反坡阶之后坡度为22°的坡耕地比坡度为15°的坡耕地有更显著的减少坡面产流产沙以及面源污染物氮、磷输出的作用。[结论] 等高反坡阶对坡耕地的产流产沙及面源污染物的输出等有显著的控制效果,布设等高反坡阶能够有效地增加坡耕地尤其是坡度较大的坡耕地的保水保土能力。     

中国北方地区不同滴灌方式节水增产效应的Meta分析

为了探明中国北方地区地下滴灌（subsurface drip irrigation,SSDI）与地表滴灌（surface drip irrigation,SDI）节水增产效应的差异,该研究以SDI作为对照,采用Meta分析定量分析了不同条件下SSDI对作物产量和水分利用效率的影响。结果表明,与SDI相比,SSDI可使作物总体增产6.66%（P<0.05）,水分利用效率提高9.34%（P<0.05）,净效益增加6.94%（P<0.05）;SSDI在西北和华北地区均能提高作物产量和水分利用效率;当年均降雨量不大于400 mm时,SSDI能显著提高作物产量;当土壤容重大于1.5 g/cm³,灌水施肥频率大于6次,滴灌带埋深为15～25 cm,滴头流量介于1.5～2.5 L/h时,更有利于发挥SSDI优势,节水增产效果显著。研究可为中国北方地区SSDI的推广应用提供理论参考。     

水氮量对小麦/玉米间作土壤硝态氮累积和水氮利用效率的影响

为了提高氮肥和水分利用效率,该文在甘肃河西灌区试验地点,采用田间小区试验,研究了不同氮水平（0、225、450 kg/hm²）和灌水量（750、1125、1500 m ³/hm²）对小麦/玉米间作土壤硝态氮累积和水氮利用效率的影响。结果表明,不同氮肥和灌水量对小麦带土壤硝态氮含量和累积量影响较小,对玉米带影响显著。随氮肥用量增加,玉米带土壤硝态氮含量和累积量增加,随灌水量和氮肥用量增加,0～60 cm土壤硝态氮相对累积量增加,60～140 cm土层降低。氮肥当季利用率、氮肥生产率、氮肥产投比都是以225 kg/hm²氮水平较高,但不同灌水量差别不大。WUE（水分利用效率）以W₇₅₀N₂₂₅最高,W₁₅₀₀N₀最低,随灌水量增加WUE降低。     

结合GWRFR和作物物候信息的玉米产量早期预测

及时并准确地估计作物产量,对保障粮食安全、维护世界粮食供应稳定具有重要意义。此前,已有许多研究者使用机器学习方法对作物产量预估进行研究。然而,结合作物的空间分布、使用局部模型进行分析的研究较少;且诸多研究均以年份为时间尺度进行建模,未能精细到作物生长的各个阶段,无法实现作物产量的早期预测。针对以上问题,该研究结合多源遥感数据,利用随机森林（random forest,RF）以及地理加权随机森林（geographically weighted random forest regression,GWRFR）模型对美国县级玉米产量进行建模,探讨全局与局部模型在玉米产量预测方面的性能;并通过将GWRFR模型应用于玉米的各个物候期,获取了玉米产量的最佳提前预测时间。结果表明,GWRFR局部模型的精度（R²=0.87,RMSE=864.21 kg/hm²）高于传统的RF全局模型（R²=0.83,RMSE=994.75 kg/hm²）,并且能够较好地克服空间数据的非平稳性,即使在全局模型中加入经纬度作为变量,RF模型的预测效果（R²=0.85,RMSE=890.88 kg/hm²）仍然低于GWRFR模型。对于玉米产量的预测可以提前至收获前2～3个月,即在乳熟期前后就能得到比较准确的预测结果（R²=0.90,RMSE=748.39 kg/hm²）。该研究结果可为大尺度作物产量预估提供一种新的思路,对区域或全球其他作物的产量预测也具有一定的指导意义。     

CO2浓度升高对不同水分条件下冬小麦生长和水分利用的影响

以CO₂浓度升高为主要特征的气候变化对作物生长发育及产量形成的影响日益受到重视。冬小麦是我国主要粮食作物之一, 主要分布在干旱及半干旱地区, 且生长期内多干旱少雨。研究不同水分条件下冬小麦的生长变化及水分利用对CO₂浓度升高的响应具有重要的科学和实践意义。本研究在封顶式生长室中对2个土壤水分水平[适宜水分: 70%~80%田间持水量; 干旱胁迫: 50%~60%田间持水量]的盆栽冬小麦进行了CO₂熏蒸试验[背景大气浓度: (396.1±29.2) μmol·mol^-1; 升高的浓度: (760.1±36.1)μmol·mol^-1]。对小麦植株生理指标、生物量、产量、耗水量和水分利用效率(WUE)等的研究结果表明, 与背景大气CO₂浓度相比, CO₂浓度升高可促进冬小麦生长, 其地上生物量显著增加, 适宜水分和干旱胁迫条件下分别增加了28.6%和18.6%; 籽粒产量显著增加, 适宜水分和干旱胁迫条件下分别增加了32.6%和22.6%; CO₂浓度升高主要通过增加穗粒数提高籽粒产量, 穗粒数在适宜水分条件下提高24.3%, 干旱胁迫条件下提高15.5%, 对千粒重没有显著影响。CO₂浓度升高使群体和产量WUE显著提高, 在适宜水分条件下提高幅度较大, 分别提高17.7%和24.8%。CO₂浓度升高显著提高了叶片光合速率(P_n)、降低了气孔导度(G_s)和蒸腾速率(T_r); 在适宜水分和干旱胁迫下P_n分别提高15.6%与12.9%, G_s分别降低22.7%与18.2%, T_r分别降低8.9%与7.5%。CO₂浓度升高提高了叶片水势及叶绿素含量; 在适宜水分条件下叶片水势提高幅度较大, 为7.7%; 叶片叶绿素含量在2种水分条件分别提高7.5%与3.8%。由以上试验结果可得出: CO₂浓度升高对冬小麦的生长、产量及水分利用效率均具有促进作用, 而且在土壤水分状况较好时, 这种作用效果更明显; CO₂浓度升高主要通过增加穗粒数来促进产量提高。     

覆膜方式和滴灌带布设对春玉米根区土壤水氮均匀度及根冠生长及产量的影响

为探求不同覆膜方式及滴灌带布设对作物产量及收获系数的影响,设置不同滴灌带间距(A1:1 m;A2:0.5 m)与覆膜方式(M1:全覆盖;M2:半膜覆盖),通过2年田间试验研究其对根区土壤水氮分布均匀度(CU_w, CU_N)及春玉米根冠生长及产量的影响。结果表明:膜下滴灌条件下,根区土壤含水率与其分布均匀度具有一致性;高频滴灌施肥虽提高根区土壤NO₃^-含量却降低其分布均匀度,表现出不一致性。提高土壤水、氮分布均匀度未显著影响作物根长密度,但增加地上部叶面积,从而降低作物根冠面积比。相比滴灌带布设,覆膜方式对春玉米产量和收获系数的影响更为显著。低频灌溉条件下,全膜覆盖处理提高春玉米根区土壤水分和NO₃^-含量及均匀度,其作物产量较部分覆膜处理提高37.4%;而高频灌溉下,部分覆膜处理的作物产量较全膜覆盖处理提高7.7%。当根表面积与叶面积之比(RSA/LA)趋于4时,作物产量和收获系数最高,RSA/LA过高或过低均会降低作物产量和收获系数。综合考虑作物产量、收获系数和滴灌带成本,低频灌溉下建议选择A1M1处理,高频充分灌溉条件下建议选择A1M2处理。     

等高反坡阶措施对滇中红壤坡耕地土壤贮水量的影响

为探讨布设等高反坡阶后土壤水分驱动特征,揭示其水源涵养能力,以滇中昆明市北郊松华坝迤者小流域为研究区,采用野外监测与室内测试分析相结合的方法,分析了2017年5月1日-2018年4月30日期间不同土层深度（0-100 cm）土壤贮水量时空变化特征及其与其他物理性质的关系。结果表明:（1）试验期间雨季和旱季降雨量分别为528.5,41.5 mm,占试验年降雨量的92.7%,7.3%,I₃₀（最大30分钟雨强）与降雨量的整体变化趋势一致;（2）布设等高反坡阶后,各土层平均土壤贮水量较原状坡耕地在雨季和旱季分别增加9.6%~13.5%,10.0%~23.9%;（3）布设等高反坡阶后坡耕地土壤贮水量变异系数明显减小（p<0.05）,各土层深度下土壤贮水量变异系数的大小为:20 cm > 40 cm > 60 cm > 80 cm > 100 cm;（4）土壤贮水量随土层深度的增加明显减弱,布设等高反坡阶对坡耕地土壤贮水量的影响表现为40 cm > 20 cm > 60 cm > 80 cm > 100 cm;（5）等高反坡阶处理和不同土层深度交互作用对土壤贮水量的影响显著,修正模型平方和达到48 149.124。综上,等高反坡阶处理对坡耕地土壤的贮水能力具有明显的提高作用,对坡耕地地表径流拦蓄、增加水分入渗和减少土壤流失改善作用显著。     

旱作春玉米冠层及叶片瞬态气体交换及水分利用效率日变化特征

旱作作物不同尺度瞬态气体交换和水分利用效率同步观测的研究,对于节水高效农业理论研究和生产实践均具有及其重要的意义。该文采用涡度相关技术和LI-COR6400便携式光合作用测定仪测定旱作春玉米灌浆期冠层、叶片瞬时CO₂和H₂O汽交换速率,并分析其瞬态水分利用效率日变化特征。结果表明,旱作春玉米灌浆期0～100 cm根层土壤相对湿度为40%时,日变化过程中晴日中上部位叶片的光合速率高峰值为1.3 mg·m^-2·s^-1(29.82 μmol·m^-2·s^-1),与同纬度地区灌溉玉米的光合速率高峰值相近;而群体下光合速率高峰值为0.9 mg·m^-2·s^-1(20.65 μmol·m^-2·s^-1),只及同纬度地区灌溉玉米灌浆期光合速率高峰值的54.5%;群体和叶片水分利用效率高峰值分别为0.16 g(CO₂)/g(H₂O)和0.06 g(CO₂)/g(H₂O),正午前后分别维持在0.0055～0.0123 g(CO₂)/g(H₂O)和0.0113～0.0197 g(CO₂)/g(H₂O),叶片尺度的光合速率和水分利用效率在10∶00以后的时段内明显高于群体水平。     

基于Van Genuchten模型的等高反坡阶下土壤水分特征

为了阐明等高反坡阶处理对土壤持水性的改善作用,选取滇中昆明市北郊松华坝迤者小流域为研究区,研究等高反坡阶对坡耕地0—100 cm土层土壤水分特征曲线的影响,使用vanFit软件拟合获得Van Genuchten模型参数,阐明各土层土壤持水性及其与影响因子的关系。结果表明:（1）等高反坡阶对坡上部影响不显著（p>0.05）,对坡中部影响显著（p<0.05）,对坡下部影响极显著（p<0.01）;（2）与土壤水分特征曲线参数的关系中,容重和砂粒含量呈负相关,总孔隙度、毛管孔隙度和粉粒含量呈正相关;（3）模型拟合土壤水分特征曲线的决定系数R²均高于0.85,可靠性较高;原状坡耕地（1.719 6）和等高反坡阶处理坡耕地（1.773 5）的n值均在10—20 cm土层最大,土壤在10—20 cm土层的土壤含水率变化较大,等高反坡阶处理坡耕地的土壤含水率变化大于原状坡耕地;（4）原状坡耕地和等高反坡阶处理坡耕地均在10—20 cm土层供水性好,等高反坡阶处理坡耕地在40—60 cm土层持水能力强,而原状坡耕地在20—40 cm土层持水能力强。综上,等高反坡阶处理对坡耕地土壤的保水性能具有明显的提高作用,对坡耕地地表径流拦蓄、增加水分入渗和减少土壤流失起到了明显的改善作用。     

内蒙古东部地区喷灌灌溉制度及其经济效益

[目的]为解决内蒙古东部大兴安岭东南地区由于零灌溉所带来的"单产不高,总产不稳"等问题,确定适合于当地的高产高效节水型灌溉制度。[方法]以当地主要作物大豆为供试作物,开展了喷灌条件下的作物产量、水分生产率和经济效益等方面的研究。[结果]当地原有的零灌溉农业种植模式并不能为大豆的种植提供足够的水分,采用喷灌技术追加2次灌溉,大豆可增产20.0%,但是经济效益并没有提高;追加4水灌溉,虽然总收益最高,但是大豆的作物水分生产率却相比3水灌溉小了很多,造成了不必要的水资源浪费。[结论]在开花期、结荚期和鼓粒期分别对大豆增加3次灌水定额为200m3/hm2的灌水,不但可以提高大豆的产量(增产47.8%),而且可以获得最大的经济收益。     

凌源市推广“金字塔”模式开发治理成效显著

凌源市推广“金字塔”模式开发治理成效显著刘海潮，张凤山，祁放（辽宁省凌源市水利局，１２２５００）凌源市水土保持小流域综合治理，经过多年的不断完善、总结、提高，形成了一林戴帽，二林围顶，果牧拦腰，两回穿靴，一龙坐底的产金字塔＂综合治理模式ＪＩ９８８年经...     

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.     

黄土旱塬不同施肥水平下麦玉轮作的产量与土壤水分效应模拟研究

在模拟精度验证基础上,应用WinEPIC模型模拟研究了黄土高原旱塬地1957―1998年期间不同施肥水平下麦玉轮作方式“春玉米→春玉米→冬小麦→冬小麦→冬小麦→冬小麦”的产量变化和土壤水分效应。模拟结果表明:1）无肥、低肥、中肥和高肥处理下,麦玉轮作方式的模拟产量均呈现波动性降低趋势,其平均值分别为1.573、3.272、3.877和4.318 t/hm2,其适宜的施肥量范围为N 90～120 kg/hm2、P 30～60 kg/hm2;2）4种施肥处理下,麦玉轮作田逐月土壤有效含水量均呈现波动性降低趋势,平均每年分别减少8.5、10.3、12.3和12.0 mm,无肥、低肥和中肥处理间土壤有效含水量差异十分显著;3）在模拟初期（1957―1962）出现了土壤湿度逐年降低、土壤干层逐年加厚的干燥化过程,在模拟中后期（1975―1980,1993―1998）均出现了稳定的土壤干层,无肥和低肥处理土壤干层分布于2―3和2―4 m土层,中肥和高肥肥处理均分布于2―5 m土层,表现出随肥力和作物产量水平的提高,土壤干层厚度逐渐加深。     

黄土丘陵沟壑区旱作农业轮作模式综合评价

[目的]以不同轮作模式为研究对象,研究不同轮作模式对土壤容重、土壤含水量及作物产量的影响,优化兰州市旱地区作物种植制度。[方法]以马铃薯(P)、玉米(M)、蚕豆(B)为供试作物,开展9种年际间轮作模式试验,分别为:(P-P-P),(M-M-M),(B-B-B),(P-M-P),(P-B-P),(M-P-M),(M-B-P),(B-B-P),(M-M-B)。测定不同轮作模式下,土壤容重、土壤水分及作物产量,并进行经济效益分析。[结果]马铃薯轮作模式(P-M-P,P-B-P,M-P-M,M-B-P及B-B-P)能显著减少0—40cm土层的土壤容重,对40—60cm土层的土壤容重没有显著影响;不同作物轮作下土壤含水量、耗水量影响大小相似:玉米>马铃薯>蚕豆,水分利用效率受作物种类影响大小为:马铃薯>玉米>蚕豆,其中轮作模式以M-M-M下土壤含水量最低、耗水量最大,B-B-P下水分利用效率最高;同种作物轮作产量均高于连作产量,如2016年P-M-P,P-B-P,M-B-P,B-B-P较连作P-P-P产量分别提高了40.37%~79.28%,M-M-B蚕豆轮作较B-B-B连作增产23.56%,M-P-M轮作较M-M-M连作玉米产量提高10.51%;不同轮作模式经济收益大小与连作相比,轮作更利于产量与经济收益的提高。[结论]综合土壤容重、水分利用效率、产量及经济效益,P-B-P与P-M-P轮作模式,能改善土壤环境、提高产量与经济效益可作为主推轮作模式。M-B-P轮作模式经济效益次之,但水分利用效益较高,能作为协调水分利用的种植模式。     

等高反坡阶对坡耕地土壤碳库的影响

[目的]研究坡耕地等高反坡阶措施的蓄水保土和固碳减排效应,为改善云南山区红壤坡耕地土壤侵蚀状况提供科学依据。[方法]自然降雨条件下,通过松花坝迤者小流域1a的野外径流小区定位观测,对有、无等高反坡阶措施条件下的坡面产流产沙和土壤有机碳流失进行对比分析。[结果](1)泥沙作为土壤有机碳流失的重要载体,因其流失所致的流失量占总有机碳流失量的85%以上,最高达95.38%;(2)等高反坡阶具有显著的蓄水减流和保土减沙效应,其减流率在5.56%~53.91%,减沙率在18.84%~83.11%,产沙调控作用更优;(3)雨季前后,原状坡面小区土壤碳储量减少率达9.90%,明显高于等高反坡阶小区土壤碳储量的减少率3.99%;(4)通过相关分析发现,2个小区土壤有机碳的流失率与降雨量均未达到显著相关,但与降雨侵蚀力显著相关(p0.05)。径流、泥沙与2个小区有机碳的流失率均达到了显著正相关(p0.05)。[结论]等高反坡阶通过改变地表微地形,减少了坡耕地有机碳的输出。     

Effect of cow manure biochar on maize productivity under sandy soil condition

In this study, we performed a greenhouse experiment to investigate the effect of cow manure biochar on maize yield, nutrient uptake and physico‐chemical properties of a dryland sandy soil. Biochar was derived from dry cow manure pyrolysed at 500 °C. Cow manure biochar was mixed with a sandy soil at the rate equivalent to 0, 10, 15 and 20 t biochar per hectare. Maize was used as a test crop. Results of the study indicated that cow manure biochar contains some important plant nutrients which significantly affected the maize crop growth. Maize yield and nutrient uptake were significantly improved with increasing the biochar mixing rate. Application of biochar at 15 and 20 t/ha mixing rates significantly increased maize grain yield by 150 and 98% as compared with the control, respectively. Maize net water use efficiency (WUE) increased by 6, 139 and 91% as compared with the control, with the 10, 15 and 20 t/ha mixing rate, respectively. Nutrient uptake by maize grain was significantly increased with higher biochar applications. Application of cow manure biochar improved the field‐saturated hydraulic conductivity of the sandy soil, as a result net WUE also increased. Results of the soil analysis after the harvesting indicated significant increase in the pH, total C, total N, Oslen‐P, exchangeable cations and cation exchange capacity. The results of this study indicated that application of cow manure biochar to sandy soil is not only beneficial for crop growth but it also significantly improved the physico‐chemical properties of the coarse soil.