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。     

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。     

半干旱区全膜覆盖垄上微沟种植对土壤水热及马铃薯产量的影响

根据马铃薯的生长习性调节起垄造沟方式,2012—2014年进行大田定位试验,设置全膜覆盖垄上微沟(垄上营造10 cm高,20 cm宽的微沟,马铃薯种植在微垄顶部,RMF)、全膜覆盖垄沟种植(RF)和露地平作(CK)3个处理,测定土壤温度、土壤含水量和马铃薯产量,计算≥10℃地积温、作物生育期耗水量、贮水量、水分利用效率等参数,研究全膜覆盖垄上微沟种植对土壤水热环境和马铃薯水分利用效率的影响。结果表明,RMF和RF在平水年(2012年和2014年)可显著提高各生育期和全生育期≥10℃积温,在丰水年(2013年)则与CK无差异。块茎膨大期0~80 cm的土壤贮水量RMF比CK低28.20~31.61 mm,80~200 cm的土壤贮水量RMF高于RF和CK。与CK相比,RMF和RF明显提高马铃薯地上基部茎数、茎分枝数和茎干重;马铃薯产量分别比CK提高60.78%~89.37%和41.91%~73.33%,水分利用效率分别比CK提高49.46%~82.55%和35.62%~65.66%。RMF块茎膨大期的耗水量比CK增加66.52%;在季节性干旱年份,0~200 cm土层的土壤耗水量比RF增加14.19%,从而显著提高产量和水分利用效率。     

不同季节不同品种切花红掌光合特性比较研究

为了研究切花红掌的光合特性,为其引种及栽培提供理论依据,以温室内3 个切花红掌品种（‘天使’、‘火焰’、‘玛丽西亚’）为材料,运用CIRAS-2 型光合作用测定系统,分析了3 个品种的净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)和胞间CO2浓度(Ci)等指标在不同季节的光合作用的变化规律。结果表明,在春夏冬3 个季节的晴天条件下,3 个品种切花红掌的净光合速率日变化均呈“双峰”曲线,峰值因季节不同而有所变化,夏季最高,春季次之,冬季最低。有明显的光合“午休”现象,为非气孔限制型。蒸腾速率和净光合速率有相同的变化趋势。胞间CO2浓度与光合速率负相关,均为先减小后增大再减小再增大。3 个品种切花红掌的水分利用效率(WUE)日变化趋于一致,基本为先增大后减小再增大的趋势,冬季水分利用效率最高,且相同季节条件下‘火焰’的水分利用效率最高。影响切花红掌光合作用的主要因素是蒸腾速率、气孔导度、胞间CO2浓度。由以上研究结果说明,切花红掌的光合能力有季节性的适应,3个品种在夏季具有较高的光合能力,且‘火焰’的光合能力最高。     

生物炭对不同浇水条件下冬小麦产量及水分利用效率的影响

为了探讨生物炭施用量在不同浇水条件下对冬小麦的增产效果,2015-2017年通过大田试验设置0(B0,CK),20(B20),40(B40),60(B60) t/hm~2共4个生物炭施用量和不浇水(W0)、浇越冬水(W1)2个浇水处理,研究了生物炭施用量在不同浇水条件下对土壤含水量、土壤温度、土壤容重、冬小麦产量及构成因素以及水分利用效率的影响。结果表明,不浇水条件下,小麦产量及水分利用效率随生物炭施用量增加先增加后减少,当生物炭施用量为40 t/hm~2时产量和水分利用效率均最高,比B0(CK)处理分别增加8.0%和8.2%;浇水条件下,小麦产量和水分利用效率随生物炭施用量增加而增加,B40和B60处理比B0(CK)分别增加7.4%,12.2%和8.0%,16.3%。不浇水条件下,当土壤含水量低于15%时,B60和B40处理下土壤水分含量低于其他处理;浇水条件下,施用生物炭可增加土壤水分含量,施用生物炭增加土壤贮水量、减少小麦生育期耗水量、降低土壤容重,浇水比不浇水增加容重降低幅度。不浇水条件下,生物炭明显提高返青期前土壤日平均温度,浇水使生物炭对土壤温度的作用相反。返青期后,不浇水条件下土壤日平均地温在各处理间差异不大,浇水条件下表现为日均地温较低时高,较高时低的现象。综合而言,适宜生物炭添加量可以增加旱区土壤水分含量,提高小麦产量和水分利用效率。     

亚热带花生旱坡地的水分动态特征分析

为研究红壤旱坡地的水分动态特征,进行了2001—2003年田间实测。花生旱坡地水分状况随年降水周期和坡位不同变化。0~150cm土壤贮水量大致分为盈余期、消耗期和补充期三个阶段。土壤水势变化与贮水量三阶段相对应,总体由大变小再回升,只是土壤剖面空间从上而下,水势值增大,变幅减小,100cm土层以下近乎常年稳定。在四个水势段出现频率中,水势较高的水势段出现频率越大,顺序为饱和>湿润>亏缺>干旱。饱和－湿润段出现频率比例总体上底土>心土>表土,坡下>坡上;低水势干旱段主要出现在坡上、土壤上层和伏秋干旱季节。旱坡地在雨季有壤中流产生,坡下降雨后深层出现较长时间的饱和区,而坡上深层水势出现较短时间的饱和区或未出现变化;旱季降雨对坡地水分影响较小。     

黄土塬区旱作大豆覆膜保水技术效果研究

研究了不同覆膜方式对旱作大豆产量和水分利用效率影响。结果表明,秋季覆膜的周年栽培模式可有效蓄保秋冬闲期土壤水分,大豆临播前0~100cm土层贮水量比常规覆膜或传统露地增加30.5mm,土壤贮水量的增加可有效缓解大豆生长前期土壤水分不足而造成的水分胁迫;周年覆膜大豆产量为3228.7kg/hm²,较常规覆膜和传统露地分别增产19.0%和40.8%,水分利用效率为10.3kg/(hm².mm),较常规覆膜、传统露地分别提高10.8%和37.3%。     

土下微膜覆盖与灌水管理对冬小麦水分利用与物质生产效果的影响

针对华北平原小麦生产水资源高耗与存量极度稀缺的问题,通过河北省两地大田试验,研究了全田土下微膜覆盖与不同灌水管理对冬小麦水分利用和物质生产效果的作用。结果表明,土下微膜覆盖条件下,冬小麦雨养或少量灌水消耗了占常规生产(对照) 2/3~3/4的耗水量,生产了不少于7500 kg hm^-2的籽粒产量;籽粒产量水分利用效率达到24.8~26.5 kg mm^-1 hm^-2,较对照提高28.3%~41.0%。与对照相比,生物产量水分利用效率高峰由抽穗扬花期提前至拔节期,且提高1.3~2.7倍,雨养或少量灌水还可有效提高小麦收获指数。土下微膜覆盖下的土壤贮水消耗速度变缓,2 m土体贮水量播种时不小于600 mm就可满足小麦的全生育期耗水,壤质土壤供水量为212.2 mm,黏质土壤供水量为230.0 mm。土下微膜覆盖下,雨养或扬花前少量灌水能够显著促进花后20 d内的光合速率,蒸腾速率减小同步显著提高光合水分利用效率,但在灌浆中期灌水则对提高光合速率及光合水分利用效率无意义。在华北平原,全田土下微膜覆盖雨养或适时少量灌水是大幅降低小麦耗水和提高水分利用效率,保证小麦产量的有效方法。     

旱地春小麦秸秆覆盖空行种植对产量和水分利用效率的影响

研究了旱地春小麦在不同种植方式下的土壤水分变化、产量及水分利用效率。结果表明,同在覆盖或不覆盖条件下,空行种植的产量及水分利用效率优于常规种植,且在覆盖下的效果更为明显。覆盖条件下,空行种植在实际占地面积大幅减少的情况,产量与常规种植相当,水分利用效率提高5．85％、4．09％。秸秆覆盖具有明显的节水增产作用,与同种种植方式的不覆盖处理相比,土壤含水量增加,产量和水分利用效率显著提高。     

覆膜与施氮互作对高粱产量及水氮利用效率的影响

为探索旱地覆膜栽培条件下适宜机械化高粱水氮利用效率,本试验于2015、2016年以机械化生产高粱品种晋杂34、晋杂35为试验材料,研究了2种栽培措施（B₁：裸地,B₂：覆膜）、3个施氮量（C₁：0kg/hm ²、C₂：225kg/hm ²、C₃：450kg/hm ²）条件对高粱不同生育期不同深度土壤贮水量、产量及水氮利用效率的影响。结果表明,覆膜有效提高了高粱不同生育期0~60cm土层土壤贮水量,但施氮水平对土壤贮水量的影响差异不明显。两年试验覆膜处理平均产量比裸地显著提高11.63%,降雨偏少年度（2015）增产12.03%,降雨偏多年度（2016）增产11.17%;不同施氮处理产量差异不显著,其与品种或覆膜方式的交互作用差异也不显著,但覆膜有效提高了氮肥利用率,尤以施氮225kg/hm ²处理氮肥偏生产力显著高于其他处理。降雨偏少年度的水分利用率、降水生产效率显著高于降雨偏多年度。与裸地处理相比,2015年覆膜处理水分利用效率提高15.93%;2016年提高12.21%。两年试验晋杂34、晋杂35都以覆膜施氮225kg/hm ²处理水分利用效果最佳,2015年表现尤为突出,水分利用效率和增产率分别为37.01、31.72kg/（mm·hm ²）和19.076%、38.286%。综合考虑,在本试验条件下,覆膜、施氮225kg/hm ²为晋杂34、晋杂35高产、水氮高效利用的最佳组合。     

济南市五峰山地区灌草丛草地植被生态位研究

为了探索灌草丛草地植被在恢复过程中种群之间的功能关系,运用改进的Levins生态位宽度指数和Pianka生态位重叠指数,通过对不同坡位条件下样带的比较,分析了济南市五峰山地区灌草丛主要草地植被生态位变化以及物种间关系、群落结构对不同立地条件的响应。结果表明,在坡底、坡中、坡顶3种立地条件下,主要建群种野古草Arundinella anomala生态位宽度均表现为最大,其次是荩草Arthraxon hispidus;结缕草Zoysia japonica和黄背草Themeda japonica随着坡位的上升,生态位宽度随之下降,黄背草在坡顶的生态位宽度为0;山韭Allium senescens生态位宽度随着坡位的上升而增加,在坡顶生态位宽度最大。生态位重叠结果表明,生态位宽度较大的野古草、荩草和结缕草,其在3个坡位条件下的生态位重叠均高于其他物种;山韭与野古草、荩草和结缕草的生态位重叠最高出现在坡顶,这与山韭生态位宽度在坡顶最高有关;在坡顶黄背草与其他物种生态位重叠均为0,两者之间在坡顶不存在共生关系。五峰山地区主要草地植物种群生态位特征能较好地表征各植物的生态适应性和分布幅度。     

毛叶枣不同种源砧木的抗旱性评价

利用盆栽方法对毛叶枣的4个不同种源的砧木进行了抗水分胁迫试验研究。正常供水条件下几种供试材料的蒸腾作用日变化均表现出“单峰型”的变化趋势。不同种源的毛叶枣砧木苗净光合速率都随土壤含水量的下降而下降,其变化趋势可以由指数方程(y=aebx)拟合,从干旱胁迫开始到中度水分胁迫时(土壤含水量6%),净光合速率的下降幅度由大到小排列次序为:元江毛叶枣>元谋毛叶枣>广州毛叶枣>滇刺枣。当土壤含水量降低到相同水平的6%时,广州毛叶枣的净光合速率比滇刺枣、元江、元谋毛叶枣的净光合速率高,说明在干旱条件下广州毛叶枣具有较高的干物质生产能力。4种毛叶枣砧木在干旱胁迫过程中的水分利用效率与土壤含水量的关系可以用二次回归方程拟合,苗木受到干旱胁迫的初期,水分利用效率随土壤含水量的下降而下降。随着干旱胁迫程度的逐渐加强,当土壤含水量小于8%～10%时,水分利用效率随着土壤含水量的下降而有所提高,体现了供试材料避旱的机制。     

黄河故道区域不同种植模式及秸秆还田方式对土壤的改良效果

由于长期受到流水冲击,黄河故道区域农田以中低产田为主,因此本区域农田质量提升成为黄河中下游平原绿色发展的重要研究课题。在河南濮阳清丰地区秸秆还田方式的基础上,选取黄河故道区域广泛种植的小麦、玉米和花生三大主要农作物,于2009年进行4种种植模式长期定位试验：小麦-玉米、小麦-花生、小麦-玉米-小麦-花生和单季花生,其中小麦和玉米秸秆全部还田,花生秸秆不还田,探究不同种植模式对土壤理化性质和微生物群落结构的影响。结果表明,秸秆还田量越多,土壤有机质含量提高越多,小麦-花生、小麦-玉米-小麦-花生种植模式下土壤有机质含量最高,且其土壤含水量也显著高于其他处理,上层土壤容重有所降低,显著改善了土壤砂质化,提升了土壤的蓄水能力;秸秆还田量较大的种植模式的养分保持能力明显提高,养分含量显著增加;微生物群落结构对不同种植模式响应结果为,花生可以显著提升微生物丰度,微生物群落多样性随种植作物类型的增加而增加。因此,小麦-玉米-小麦-花生种植模式较为适宜濮阳清丰黄河故道区域,有利于土壤改良和区域农业的可持续发展。     

黄土丘陵区小流域横断面土壤水分的空间分布特征

以黄土丘陵区的纸坊沟小流域为研究对象,研究了横断面上土壤水分空间变化特征,得出如下规律：①从总体来看,土壤水分含量大致是阴坡高于阳坡,坡下高于坡上,地形起着决定性作用,但植被的影响也非常重要。②在小流域断面水分分布中,乔木林地的平均含水量最低,灌木林次之,草本植被最高。表明丘陵区最适宜的植被应是草本植被和灌木群落。③植被的生长弱化了断面地形变化的影响,刺槐的阴阳坡、上下坡的土壤水分含量趋于接近,柠条的生长良好时的大耗水量也使阴坡和坡下的水分优势减弱,长势良好的草本群落使梁峁坡上的土壤水分状况优于其他坡位。④纸坊沟小流域除阴坡草本植被外,全部有土壤干层的存在,但并不影响植被的正常生长,因此,在植被恢复良好的地区,干层的产生是正常的。     

连古城自然保护区不同群落物种多样性研究

以期为干旱荒漠区物种多样性的保护和利用方面提供理论依据,以民勤连古城自然保护区荒漠植被典型群落为研究对象,应用物种多样性指数、土壤水分变化动态、降雨量等指标因子变化动态趋势对群落演替过程中进行了研究。结果表明：（1）根据群落土壤水分条件变化趋势从高到低依次为：典型群落Ⅲ＞典型群落Ⅱ＞典型群落Ⅴ＞典型群落Ⅳ＞典型群落Ⅰ;（2）不同群落物种多样性指数由大到小排列顺序为：典型群落Ⅴ＞典型群落Ⅱ＞典型群落Ⅲ＞典型群落Ⅰ＞典型群落Ⅳ,整体表现为群落多样性指数均偏低,生态优势度较高;（3）2014年的降雨量高于2013年,降雨量分别为142.9、108.7 mm,2014年除12月外,每月均有不同程度的降雨。可得出结论：物种多样性指数受降水的影响,相应出现增加或减少趋势,但降水对物种多样性的影响效应具有一定的滞后性,要经过一段时间才能充分表现出来。在群落演替进化过程中种群将保持合适大小,群落表现出最大的适应能力,保持种群避免灭绝。     

膜侧施肥对旱地小麦产量、籽粒蛋白质含量和水分利用效率的影响

覆膜栽培能提高旱地小麦产量,但降低了籽粒蛋白质含量,优化施肥是解决这一问题的有效措施之一。2013年9月至2016年9月,在黄土高原中部典型旱地进行田间定位试验,比较传统平作(不覆盖+均匀施肥)、垄覆沟播(垄上覆膜+垄间沟播+均匀施肥)和膜侧施肥(垄上覆膜+垄间沟播+播种行侧膜下定位施肥)栽培模式下,0~40 cm土层硝态氮含量和0~200 cm土壤水分,以及膜侧施肥对小麦氮素吸收利用、产量、籽粒蛋白质含量和水分利用的影响。与传统平作相比,在偏旱的2013—2014和2015—2016年度,垄覆沟播的小麦产量分别提高9.5%和6.3%,籽粒蛋白质含量降低7.1%和9.9%,水分利用效率提高5.8%和8.7%,而膜侧施肥的小麦产量提高18.8%和22.8%,籽粒蛋白质含量无显著变化,水分利用效率提高13.2%和19.6%;在偏湿润的2014—2015年度,垄覆沟播和膜侧施肥对小麦产量无影响,但膜侧施肥的籽粒蛋白质含量和水分利用效率分别提高6.0%和17.0%。与垄覆沟播相比,膜侧施肥在偏湿润年份使生长季内100~200 cm土壤水分消耗显著减少,而在偏旱年份使夏休闲季土壤蓄水显著增加,开花和收获期0~40 cm土壤硝态氮、根系全氮以及开花期茎叶全氮含量升高,促进了小麦营养器官氮素吸收、积累及其向籽粒的转运,提高了旱地小麦产量,籽粒蛋白质含量和水分利用效率。在偏干旱的2013—2014和2015—2016年度,膜侧施肥较垄覆沟播产量分别提高8.4%和15.5%,籽粒蛋白质含量提高9.9%和8.7%,水分利用效率提高7.0%和10.0%;在偏湿润的2014—2015年度,两处理产量无显著差异,但膜侧施肥的籽粒蛋白质含量提高6.0%。因此,膜侧施肥可维持旱地小麦生育后期的土壤氮供应,提高小麦产量、籽粒蛋白质含量和水分利用效率,增加下季播前深层土壤贮水,是适宜于旱区推广的小麦栽培模式。     

衡阳盆地紫色土丘陵坡地主要植物群落物种多样性研究

通过对衡阳盆地紫色土丘陵坡地植物群落进行分析,结果表明：（1）衡阳盆地紫色土丘陵坡地乔木有8科10属12种,灌木有20科42属58种,草本有28科58属78种;（2）衡阳盆地紫色土丘陵坡地的物种丰富度与生物多样性指数变化趋势为阴坡＞阳坡,下坡＞中坡＞上坡。     

Effect of Simulating Drought in Various Phenophases on the Water Use Efficiency of Winter Wheat

In Central Europe, drought is the most important limiting factor for autumn‐sown cereals. Due to the decline in groundwater, it is a priority to use less water‐demanding forms of crop production. Water use efficiency (WUE) can only be increased if cultivars with satisfactory water management traits are grown, so that they can exploit the water reserves of the soil even if drought occurs during the vegetation. Water consumption and water use efficiency of winter wheat genotypes were investigated in a model experiment carried out in a climate‐controlled glasshouse. The plants were grown either with optimum water supplies or with simulated drought in three phenophases, and measurements were made on the yield parameters, phenological traits and water use parameters of the plants. Substantial differences were observed between the water demands of the cultivars, and it was found that the later the phenophase in which drought was simulated, the greater the decline in water uptake. The analysis of WUE led to the conclusion that the WUE values of cultivars with short vegetation periods dropped to the greatest extent when water deficit was suffered at first node appearance, while cultivars with longer vegetation periods were more sensitive to drought during the heading and grain‐filling stages.     

锰矿废弃地几种不同恢复模式土壤种子库与地上植被的关系

土壤种子库技术是矿区废弃地植被恢复的重要方法,弄清不同恢复模式下种子库与地上植被之间的关系是有效利用该技术的前提。以云南建水锰尾矿恢复的醉鱼草(Buddleja officinalis)灌丛、香根草(Vetiveria zizanioides)草丛、肿柄菊(Tithonia diversifolia)群落为对象,以人工林蓝桉(Eucalyptus globulus)林为对照,通过野外调查与室内萌发实验相结合的方法研究了各群落地上植被与土壤种子库的关系。结果显示:1)尾矿起源各群落地上植被(0.50、0.06、2.18、vs. 2.12)与土壤种子库物种多样性(1.32、1.42、1.78 vs. 2.65)均低于对照群落;2)地上植被物种多样性与土壤种子库物种多样性成正相关(R^2=0.187,p=0.005);3)对照群落土壤种子库与地上植被物种相似性较高,尾矿恢复各群落较低,且不同恢复模式间相似性差异较大;4)香薷(Elsholtzia ciliata)与醉鱼草为4个群落土壤种子库共有的优势种,各群落地上植被与土壤种子库优势种不完全同步。研究结果表明恢复措施对土壤种子库物种多样性有重要影响。