北方旱区现实生产潜力及开发途径的研究

通过肥力梯度和封闭式控制水分条付的试验，建立干旱地区普遍适用的现实生产潜力试验模式。运用此模式可以求知同类型任何地点和年份的现实生产潜力。在分析旱地农业寿阳试验区生产潜力现状的基础上，针对水分是制约该地区农田生产潜力的关键因子，从提高水分利用效率入手提出了容易实施并且见效快的开发生产潜力的三条途径：（１）抑制棵间地面蒸发；（２）科学增施肥料；（３）良种化。     

不同农艺措施对缩小冬小麦产量差和提高氮肥利用率的评价

基于中国冬小麦区14个站点近25a（1990?2015）农业气象站冬小麦观测资料、气象资料和土壤资料,利用DSSAT作物生长模型,模拟研究改变土壤养分条件、播期、种植密度和施氮量对缩小冬小麦产量差和提高N肥利用效率的影响,探索冬小麦高产高效的技术途径。结果表明：不同冬小麦站点的潜在产量区域间差异较大,其范围在7617～14242kg·hm-2。不同农艺措施对产量影响程度不同,其中提高土壤养分含量的增产潜力为53～3124kg·hm-2,对缩小产量差（缩差）的贡献率在8%以下,氮肥利用效率提高1.1～20.82kg·kg-1;播期提前的增产潜力为?327～2292kg·hm-2,其缩差贡献率为7%～17%,氮肥利用效率在?2.18～15.28kg·kg-1;增加种植密度的增产潜力为?255～699kg·hm-2,其缩差贡献率小于5%,氮肥利用效率在?1.7～4.66kg·kg-1;增施氮肥的增产潜力为0～4491kg·hm-2,其缩差贡献率为11%～33%,氮肥利用效率在?32.04～0kg·kg-1。表明增施氮肥和调整播期的增产潜力及缩差贡献率较大,提高土壤养分含量和增加种植密度次之,但是增加土壤施氮量使氮肥利用效率明显下降。     

气候变化对黄淮海平原冬小麦与夏玉米生产潜力的影响

本文以黄淮海平原气象数据、土壤理化数据和作物数据为基础,应用WOFOST作物生长模型,估算了黄淮海平原冬小麦、夏玉米的光温生产潜力与气候生产潜力,分析了冬小麦、夏玉米生产潜力年变化率的时空变化规律。结果表明,黄淮海平原近44a冬小麦和夏玉米的光温生产潜力分别为6433.5～10592.67kg.hm-2、7786.17～11185.5kg.hm-2,均值分别为9022.18kg.hm-2、9321.46kg.hm-2,可作为补灌区平均最高产量的上限参考值;气候生产潜力分别为1559.17～6724kg.hm-2、6088.33～9053.17kg.hm-2,均值分别为4083.24kg.hm-2、7528.21kg.hm-2,分别占光温生产潜力的45.3%、80.8%,可作为雨养冬小麦与夏玉米平均最高产量的上限参考值。总的来说,冬小麦光温潜力、气候潜力呈现上升趋势,44a分别增加了541.64kg.hm-2、1061.15kg.hm-2;夏玉米光温潜力、气候潜力均呈现下降趋势,分别减少了840.22kg.hm-2、320.59kg.hm-2。本文揭示了黄淮海平原冬小麦与夏玉米的增产潜力及其空间差异,可为改善管...     

基于DSSAT模拟的灌溉用水效率评价指标比较

为研究不同灌溉用水效率评价指标间的差异、相关关系、影响因素和使用条件,该文利用DSSAT-CERES-Wheat模型,模拟得到新乡地区1963-2013年50 a冬小麦的灌溉用水效率5个常用评价指标:农田总供水利用效率、广义水分利用效率、作物水分生产率和灌溉水利用效率及真实灌溉水利用效率。结果表明:1)农田总供水利用效率、广义水分利用效率和作物水分生产率用于评价水分利用效率结果相近,相关系数均在0.8以上(P0.05),综合考虑建议使用农田总供水利用效率或作物水分生产率;2)灌溉水利用效率大小受降雨量的影响,用于灌溉用水效率评价依赖于情境,需谨慎使用;真实灌溉水利用效率因数据获取困难,并不实用。该研究可为灌溉用水效率的评价提供一定的参考,对宏观决策及指标的正确使用均有重要的指导意义。     

基于DSSAT模型的氮肥管理下华北地区冬小麦产量差的模拟

为了评价氮肥管理对华北地区冬小麦产量差的影响,利用大田试验数据和田间调查的方法,应用DSSAT模型分析了吴桥不同氮肥水平下冬小麦多年平均可获得产量及产量差,并研究了不同地块产量差和氮肥农学效率差的分布。结果表明,不同地块冬小麦产量差异显著,但产量变异较小,地块间施肥水平存在明显差异,且变异较大。模型分析确定222 kg/hm2为最佳施氮肥量,对应的最大可获得产量为7618 kg/hm2,地块产量与最大可获得产量有较大差距,当地冬小麦产量具有一定的提升空间。75%的农户地块的施氮量高于最佳施氮量,且氮肥农学效率普遍偏低。因此,生产中应优化氮肥管理方案,适当减氮并调整施肥时期和改进技术,提高氮肥农学效率,以实现冬小麦生产高产高效。在保障国家粮食安全和保护自然环境双重压力的背景下,通过合理的氮肥管理来缩减冬小麦产量差对提高中国粮食总产及保持农业可持续发展具有重要的意义。     

不同灌水对冬小麦农艺性状与水分利用效率的影响研究

试验研究不同灌水对 10个冬小麦品种农艺性状、产量和水分利用效率的影响结果表明 ,不同冬小麦品种对水分亏缺的响应规律基本相同 ,但品种间有一定差异 ,充分灌水处理冬小麦生物量较大且水分利用效率较低 ,而灌 2水 (拔节～抽穗水 )处理效果较佳 ,其中“6 36 5”抗旱性能和产量潜力最佳 ,水分利用效率也较高。     

近30年黄淮海平原干旱对冬小麦产量的潜在影响模拟

为了探明黄淮海平原冬小麦需水关键生育阶段干旱对产量的潜在影响,该文基于黄淮海平原6个农业亚区典型站点的1981—2009年气象数据及田间观测资料,使用作物模型DSSAT模拟探讨了近30 a冬小麦关键生育阶段潜在干旱对产量的影响,并分析了各典型站点干旱减产的概率分布以及典型丰水和缺水年土壤水分的变化规律与产量的关系。研究结果表明:DSSAT模型的区域模拟误差在可接受的范围内(模拟的冬小麦开花期、成熟期和产量的相对均方根误差分别为2.0%、2.5%和12.4%),调试的区域品种3H能够代表黄淮海平原冬小麦品种进行区域模拟。黄淮海平原冬小麦需水关键生育阶段潜在干旱减产率在1980s均呈现出明显减轻的趋势。冬小麦拔节—抽穗期的潜在干旱减产率由南向北逐渐加重,黄淮海农作区天津(Ⅰ区)、石家庄(Ⅱ区)和莘县(Ⅲ区)的减产率超过了40%,临沂(Ⅳ区)、商丘(Ⅴ区)与寿县(Ⅵ区)分别为38%、27%和13%,干旱减产的区域差异主要是由各地气候因素的差异所导致。另外,黄淮海平原冬小麦同一水平的干旱减产率,在拔节—抽穗期发生的概率要远大于灌浆期的概率,北部地区冬小麦在拔节—抽穗期同一水平的潜在干旱减产率要明显高于南部地区,而在灌浆期的概率差别不明显。该研究可为黄淮海平原冬小麦实际生产过程中的抗旱管理与合理灌溉提供理论依据。     

种植行距对冬小麦田土壤蒸发与水分利用的影响

农田土壤蒸发不参与作物的生理和生产过程,属非生产性无效耗水。本研究采用Micro-lysimeters(MLS)对不同种植行距的麦田土壤蒸发测定结果表明,土壤蒸发随种植行距的增加而增大,窄行距种植的小麦冠层盖度较大,有利于抑制土壤蒸发。整个生育期7.5cm、15.0cm和30.0cm行距土壤蒸发分别为89.1mm、104.2mm和121.9mm,以15cm为对照,7.5cm行距麦田对土壤蒸发的抑制率为14.5%,而30cm行距麦田土壤蒸发增加17.0%。     

不同基因型冬小麦冠层温度与产量和水分利用效率的关系

通过研究水分利用效率和产量之间的相关性,证明冠层温度在筛选小麦品种(系)时也是一个重要的指标。利用红外测温仪,于2006-2007年在甘肃陇东旱原研究了来自中国北方和美国的40个小麦品种(系)不同生育时期冠层温度的差异及其与产量、水分利用效率的关系。结果表明,不同基因型小麦在籽粒灌浆结实期存在着冠层温度高度分异现象,其分异程度随生育期的推后明显加大,到灌浆中后期达到最大。无论拔节期、灌浆初期还是中后期,旱地冬小麦产量、水分利用效率与冠层温度均呈极显著的负相关,并且随着生育期推移,相关性增大。灌浆中期以后不同基因型小麦冠层温度保持较高的一致性,冠层温度偏低的品种具有较高的产量和水分利用效率。灌浆中后期的冠层温度在评价小麦产量和水分利用效率上具有较高的可靠性,可作为田间选择的一个指标应用。     

冬小麦物候期对土壤水分胁迫的响应机制与模拟

作物模型在农业生产管理和决策中发挥着重要作用,而物候期模拟是作物模型正确模拟作物生长发育和产量形成过程的基础。作物模型模拟物候发育的常用算法一般是基于积温的计算,同时也考虑光周期和春化作用的影响,但是水分胁迫对物候发育的次级影响却较少被考虑在内。该研究以连续2季(2013-2014和2014-2015)的遮雨棚下土柱试验和连续3季(2012-2013、2013-2014和2014-2015)的遮雨棚下大田试验数据和前人研究成果为基础提出了冬小麦物候期对水分胁迫的响应机制理论假设,并以土壤相对有效含水率为水分胁迫指标校正冬小麦物候期水分胁迫响应函数。该研究以2014-2015生长季土柱试验各处理试验数据来建立冬小麦物候期水分胁迫响应函数,确定发育加速点A、发育减速点D和发育停止点S所对应的相对有效含水率值分别为0.30、0.10和0。结果发现拔节期和开花期模拟值和观测值之间的均方根误差(root mean square error,RMSE)分别为0.8和1.7 d,绝对相对误差(absolute relative error,ARE)分别低于0.68%和2.09%。然后用2013-2014生长季土柱试验各处理数据进行验证,结果发现拔节期和开花期模拟值和观测值之间的RMSE分别约为0.9和1.1 d,ARE分别在1.37%和1.68%以下。最后再用3年独立大田试验数据对上述修正后的冬小麦物候期算法进行验证,结果发现开花期和成熟期的模拟值与观测值之间的RMSE分别约为2.4和2.0 d,ARE分别低于4.21%和2.67%;与DSSAT-CERES-Wheat模型的模拟结果进行比较,发现修正算法能反映出水分胁迫对冬小麦物候期造成的差异(有提前也有推迟),而DSSAT-CERES-Wheat模型无法体现这种差异,且开花期和成熟期的模拟值与观测值之间的RMSE分别约为4.0和5.5 d,误差最大分别为8和6 d。这表明校正后的冬小麦物候期算法模拟精度得到了较大提高,能在一定程度上描述和量化水分胁迫对冬小麦物候期的影响机制,可用来模拟不同水分胁迫条件下不同品种冬小麦的物候期。     

长期不同施肥措施下潮土冬小麦农田基础地力演变分析

农田基础地力提升对于减施肥料和作物稳产高产有着重大现实意义,该文依托潮土长期定位试验,采用DSSAT(decision support system for agro-technology transfer)模型分析了长期不同施肥条件下冬小麦农田基础地力的演变规律及其影响因素。结果表明,不同施肥显著影响冬小麦的农田基础地力产量,18a连续施用氮磷钾化肥(NPK)、NPK配施有机肥(NPKM)、高量NPK配施有机肥(1.5NPKM)和NPK配施秸秆还田(NPKS)的农田基础地力均得到提升,其基础地力产量分别增加了721、1033、2108和1306kg/hm2,增长率分别为29.6%、42.4%、86.6%和53.7%,平均每年提高1.6%、2.4%、4.8%和3.0%,其中以1.5NPKM处理更能有效提高冬小麦农田基础地力产量。1991-2008年冬小麦的基础地力贡献率在36.5%～70.9%,各处理18a年均基础地力贡献率分别为42.5%、59.9%、58.9%和52.5%,大小顺序为NPKM>1.5NPKM>NPKS>NPK,说明有机肥或秸秆与化肥配施比单施化肥更能有效提高农田基础地力产量及地力贡献率。基础地力贡献率与土壤全钾、全磷含量无显著相关性,与土壤有机碳、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾含量均达到了极显著相关,其中有机碳和全氮与基础地力贡献率相关度最高,说明土壤有机碳和全氮是潮土区基础地力的主要影响因素,是潮土区基础地力的主要评价指标。     

江淮历代冬小麦主栽品种生产力与氮肥效率的比较

于2007～2009年在江苏省丹阳市,以江淮地区20世纪50年代至今冬小麦代表性主栽品种为材料,设置两个氮肥水平,研究该区冬小麦生产力与氮肥效率的变化特征.结果显示,冬小麦生物学产量随年代变迁呈现递减趋势,低氮水平下1980年之前品种的生物量显著高于1980年之后的品种.冬小麦籽粒产量呈现递增趋势,高氮水平下1980年之前品种的籽粒产量明显低于1980年之后的品种.1980年之前品种的生产力对氮肥的响应不明显,而1980年之后品种的生产力则随施氮量增加而明显提高.1980～1990s品种与2000s品种之间的生物量与籽粒产量差异均不显著.低氮水平下,不同年代品种间的茎叶氮含量、籽粒氮含量、地上植株氮积累量、籽粒氮积累量和氮偏生产力无明显变化趋势;高氮水平下,上述各氮指标均随年代变迁而呈现递增趋势,尤其是植株氮积累总量和氮偏生产力显著提高.1980～1990s品种的各氮指标与2000 s品种的相应指标之间无明显变化趋势.冬小麦品种的演变过程是遗传改良与氮肥施用增加的互促过程,现代品种在高氮水平下呈现出增产优势.     

微咸水对冬小麦萌发及苗期生长发育的影响

华北地区冬春干旱日益频繁, 而环渤海区微咸水资源丰富。探讨微咸水在冬小麦造墒或冬灌中应用的可行性, 对充分利用该区域的微咸水资源具有重要意义。本研究以华北地区不同生态型冬小麦品种(水旱兼用型“石家庄8号”、旱作型“晋麦47”和抗盐型“小偃81”)为试验材料, 采用盆栽方式, 分析了微咸水对冬小麦萌发和苗期生长发育及水分利用效率的影响。结果表明: 微咸水对“石家庄8号”和“小偃81”的萌发无影响, 使“晋麦47”的发芽势和发芽率显著降低, 而3个品种冬小麦的胚芽鲜重对微咸水处理无响应。微咸水处理抑制冬小麦根系的生长, 而促进了地上部的生长, 使“石家庄8号”、“小偃81”和“晋麦47”的根冠比分别降低51.6%、32.3%和36.8%, 使叶绿素含量分别提高38.5%、26.0%和12.9%。微咸水促进冬小麦的地上部生长, 提高冬小麦的水分利用效率, 但是对冬小麦苗期的根系生长有抑制作用。微咸水处理提高3个品种冬小麦的水分利用效率, 主要是由于降低了冬小麦的单株耗水量。     

新乡地区冬小麦缺水量适宜估算模式研究

作物缺水量是确定灌溉需水量和制定灌溉制度的基础依据。利用新乡地区连续两个冬小麦生长季(2005~2006年、2006~2007年)田间试验资料建立了冬小麦生育期叶面积指数增长模型、需水量估算模型和土壤入渗模型。在此基础上, 根据新乡地区51年(1951~2001年)的逐日气象资料, 采用土壤水分平衡法, 综合考虑作物蒸散、降水和灌溉等因素, 模拟冬小麦各生长季降水有效利用状况, 分析研究该地区连续50个冬小麦生长季降水量与相应时间段有效降水量间的相互关系, 确定不同时间尺度下有效降水量估算模式。最后, 以确定的作物需水量和有效降水量估算模式为基础, 提出河南新乡地区不同时间尺度下的冬小麦缺水量适宜估算模式。     

1961—2010年气候变化对西南冬小麦潜在和 雨养产量影响的模拟分析

利用农业气象试验站作物资料及土壤资料,评价 APSIM-Wheat 模型在西南地区的适应性,应用该模型分析该地区1961—2010年冬小麦潜在和雨养产量的时空变化特征,通过逐步回归分析揭示小麦生长季主要气象因子对潜在产量和雨养产量的影响及相对贡献率。研究结果表明： APSIM 模型对该区5个常用小麦品种的模拟效果较好,模拟与实测生育期的均方根误差(RMSE)在7.0 d 以内,地上部分生物量和产量模拟值与实测值的归一化均方根误差(NRMSE)均低于25%,模型在西南地区具有较好的适应性。1961—2010年研究区域36%的站点冬小麦生长季总辐射显著降低,其中北部、东南部和南部中区最显著;68%的站点生长季≥0℃有效积温显著增加,西部增温显著;30%的站点生长季平均气温日较差显著减小,南部中区最显著;全区生长季总降水大面积减少但不显著,减少区主要位于最南端和东南部。模拟的冬小麦潜在产量在65%的站点呈显著减产趋势,南部中区和北部变化最明显;雨养产量在25%的站点显著降低,北部地区较明显,全区减产趋势较弱。减产显著的站点中,生长季辐射降低、温度升高、气温日较差减小对潜在产量降低的贡献率分别为45%、36%和2%,对雨养产量降低的贡献率分别为36%、39%和－8%,而降水减少对雨养产量降低的贡献率为7%。西南冬小麦生长季辐射降低、温度升高及降水减少共同导致了冬小麦潜在和雨养产量的显著下降,而气温日较差的降低对冬小麦潜在和雨养产量的影响分别表现为负作用和正作用,整体上辐射和温度的影响程度最大。     

气候变化背景下安徽省冬小麦气候生产潜力和胁迫风险研究

从气候的资源和灾害双重属性出发,构建了冬小麦气候生产潜力和胁迫风险评价指标,以安徽省为例分析了二者对气候变化的响应特征,综合气候对高产和稳产的影响进行研究区冬小麦种植气候适宜性区划。结果表明:采用逐级订正法结合作物生长动态参数估算安徽省冬小麦气候生产潜力多年平均为12 391kg?hm-2,以沿淮和江淮之间最高;1961—2015年淮北和沿淮东部地区为显著上升趋势,而淮河以南地区则以下降为主。通过考虑在冬小麦生长发育过程中气候条件偏离最适区间而导致的胁迫影响,建立了高温、低温、雨涝、干旱4种气候胁迫的评估指标,并基于气候胁迫的超越概率形成了冬小麦气候风险评价方法。气候变暖使研究区冬小麦高温胁迫显著上升,低温胁迫显著下降,水分胁迫无显著的变化趋势。安徽省冬小麦的气候风险呈现中间低,两头高的分布特征,以沿淮和江淮之间风险最低,淮北北部和江南南部风险较高;淮北地区主要以干旱和低温贡献为主,而淮河以南地区则以雨涝风险为主。融合气候生产潜力和气候胁迫风险形成冬小麦的气候适宜性区划,其空间格局呈南北低、中间高的特征,种植分布格局与气候适宜性的空间匹配程度较高,但有一定的优化调整空间。     

冬小麦新品种"科农199"高产稳产特征分析

"科农199"是利用染色体工程技术培育的高产稳产小麦新品种, 其抗寒、耐旱、抗干热风, 根系发达,生育中后期能够高效吸收深层土壤的水分养分。本文研究了氮肥、磷肥、水分运筹等对"科农199"产量潜力的影响, 为"科农199"的栽培推广提供参考。试验从2008 年开始, 在冬小麦各主要生育期收集数据、取样并进行相关处理; 在收获后进行室内考种, 考查千粒重、穗粒数、单株穗数、产量等重要性状指标。通过田间试验发现, "科农199"小麦无论低氮或高氮供给条件下都比其他品种积累更多的干物质并向籽粒中分配, 从而形成较高的经济产量; 大田节肥试验中施纯氮120 kg·hm^-2 时单产6 532.5 kg·hm^-2, 氮肥偏生产力达54.4 kg·kg^-1; 施纯氮180 kg·hm^-2 时单产7 312.5 kg·hm^-2, 氮肥偏生产力达40.6 kg·kg^-1。在低磷定位试验中, "科农199"表现出分蘖力强、成穗率高、收获群体大的特点。在冬前底墒水充足的条件下, 春季灌水1~2 次可满足亩产千斤的水分需求。现阶段冻害干旱等极端气候高发频发, 推广"科农199"这类抗逆稳产品种, 可提高我国小麦生产可持续性, 有助于保障粮食安全。     

利用产量差距方法进行华北冬小麦产量受气候影响规律的分析--以河北省栾城县为例

为了进一步分析华北气候要素对小麦产量的影响,基于地处华北腹地的中国科学院栾城农业生态系统试验站,采用逐日作物生长动态模型模拟冬小麦生产潜力(Ymp),并计算其与充分灌溉条件下实际产量(Yh)的产量差距(YG),利用相关分析和逐步回归分析,进行Yh、YG与不同时段气候因子的关系分析。结果表明,抽穗前日照时数和各温度因子与YG表现为正相关趋势,而抽穗后日照时数、日较差与YG为负相关趋势。说明生育前期较好的光温条件更多地增加生产潜力,而后期光照、日较差增加可以更好地满足冬小麦旺盛生长的需要,更多地提升冬小麦的实际产量。从实际产量来看,整个小麦发育期多个时段的日照时数和气温日较差对Yh呈正相关的影响趋势,表明生长季较高的光照和日较差条件对冬小麦实际产量有利。几乎整个发育期降水量与YG表现出负相关趋势,但与充分灌溉条件的Yh相关不显著,说明降水对YG的影响主要在于对生产潜力的减少作用。只有6月上旬降水量与YG呈显著正相关,与Yh有较弱负相关,说明接近成熟时降水对充分灌溉条件的小麦产量可能有不利影响。