不同产业沼气作物农田净生态系统生产力和水分利用效率比较

产业沼气作物是发酵制气的重要原料,开展产业沼气作物农田净生态系统生产力(net ecosystem production,NEP)和水分利用效率(water use efficiency,WUE)的研究,为产业沼气作物的筛选和种植提供依据。采用静态钠石灰吸收法和静态箱-红外CO2分析仪法、非称重式蒸渗仪法测定了常规种植条件下4种作物农田NEP和群体水分利用效率(population water use efficiency,WUEp)、生态水分利用效率(ecosystem water use efficiency,WUEe),并设裸地进行对照。结果表明:1)观测的5个处理,NEP的大小顺序是杂交狼尾草(17 533.1 kg/hm2)曲晨9号玉米(9 172.9 kg/hm2)云瑞88玉米(8 462.7 kg/hm2)紫花苜蓿(273.6 kg/hm2)裸地(-2 377.0 kg/hm2),4种作物农田是CO2的汇,裸地是源。2)WUEp大小排序为杂交狼尾草(10.89 kg/m3)曲晨9号(7.23 kg/m3)云瑞88玉米(6.79 kg/m3)紫花苜蓿(3.46 kg/m3)。WUEe大小顺序为杂交狼尾草(4.19 kg/m3)曲晨9号(2.38 kg/m3)云瑞88(2.20 kg/m3)紫花苜蓿(0.06 kg/m3),与NEP的排序相同。以生物量、NEP、WUEp、WUEe来衡量,杂交狼尾草优于其他3种作物,可优先推广种植。     

冀西北高原旱作农田土壤水分动态与提高水分作物生产力研究

针对当地栗钙土坡梁地旱、薄的作物生产障碍,根据土壤水分时空变异和层位特征,充分利用有限的降水资源,采用聚水土沟作、聚水沟作等保护性耕作措施,较传统耕作莜麦产量提高１８．４％～２３．４％,水分利用效率由４．０５ｋｇ／ｍｍ·ｈｍ２提高到４．５７～４．６４ｋｇ／ｍｍ·ｈｍ２;而改变土壤营养环境则显著提高水分作物生产力。在贫水、平水和丰水三种降水年型下,氮磷肥合理配施莅麦产量可提高８９．８％～１６１．２％,水分利用效率可高达７．２７ｋｇ／ｍｍ·ｈｍ２。     

养分优化管理条件下作物水分生产函数

养分优化管理条件下的作物水分生产函数,包括供水型生产函数与耗水型生产函数,由玉米水肥耦合田间试验数据推导出,并以耗水生产弹性系数为指标对其产量-水分利用效率-耗水量-供水量间的关系进行分析,同时对养分优化管理条件下的作物水分生产函数与一般水分生产函数进行了比较与分析,指出不同年型作物水分生产函数不同,仍城作深入研究。     

黑土农田水肥条件对作物产量及水分利用效率的影响

长期定位试验研究黑土农田不同水肥作物产量和水分利用效率的变化结果表明,大豆对水分条件变化反映较敏感,而玉米对养分条件变化反映较敏感,适宜水分条件下3种作物随施肥水平的提高,其产量与水分利用效率相应增加;有机 无机肥配施处理3种作物随水分含量的增加,其产量与水分利用效率相应提高     

中国中东部农田作物水分利用效率时空分布及影响因子分析

为研究中国中东部地区农田生态系统水分利用效率时空分布特征,该文利用遥感数据、气象数据以及国家分省区农业统计数据,基于农作物种植结构所划分的地区,通过趋势分析方法,分析了2003-2012年10 a间农田水分利用效率的时空分布特征。结果发现:华北地区农田多年平均水分利用效率(water use efficiency,WUE)高于南方水田区,山东半岛、辽东半岛以及江苏沿海地区农田WUE最高,多年农田WUE均值高达2.0 g/kg,而东北平原及东南丘陵地区农田WUE多年均值则较低,平均在1.5 g/kg以下。中国中东部农田WUE总体上呈上升趋势。其中,华北平原以及松嫩平原农田WUE增加趋势明显,最大年均增幅达0.02 g/(kg·a),而东南丘陵、江淮以及三江平原等地,农田WUE则呈减小趋势,最大年均降幅达-0.007 g/(kg·a)。整体上看,北方地区农田WUE的涨幅高于南方。考虑气候变化后,灌溉和施肥对中国中东部农田WUE的影响较小。气候变化则是影响中东部农田WUE的主要因素。在北方地区,对农田WUE变化有显著影响的因子为年降水量,而在南方地区,年均温的影响则更显著。相比于在中东部北方地区农田WUE年际变化主要受到年降水量对农田蒸散发(evapotranspiration,ET)的影响,在南方地区,农田WUE年际变化则主要受到年均温对农作物总初级生产力(gross primary productivity,GPP)的影响。该研究可为农田区水资源合理利用以及中东部农田生态环境持续发展提供参考。     

基于作物模型的农田水分管理决策支持系统研究

初步建立了基于作物模型的农田水分管理决策支持系统(DSSFWM) ,着重阐述了系统的实现原理,包括系统的结构和功能、系统管理决策目标的确立和水分管理决策的机制。以郑州冬小麦生长季水分管理为对象,对当地1991,1992年冬小麦生长季优化灌溉制度决策进行了实例分析。结果表明冬前分蘖期、返青期和拔节期灌三水的灌溉制度兼顾了节水(灌水量少)、高产、高效(效益费用比值较高)的多目标。系统能支持和加强用户对农田水分管理的策略分析和判断效率     

提高农田水分利用效率的调控机制

提高作物水分利用效率是解决农业淡水资源匮乏的重要途径。本文从水氮调控作物叶片和群体耗水过程、根系调控提高土壤水分的有效性和遗传改良提升作物水分利用效率3个方面论述了国内外研究进展,并提出华北粮食作物生产中通过上述3个方面提升农田水分利用效率存在的问题及对策,为提升华北严重缺水区主要作物农田水分利用效率提供参考。主要包括:1)通过调控有限灌溉农田水分的时空分布,优化地上、地下干物质形成、分配,提高单位农田耗水的生产效率,是充分发挥农田节水潜力的一个重要途径;2)在华北对于压实严重且影响作物生长的土壤上,研究深耕深松结合轮作制度改良上层和下层土壤压实,促进根系生长,对改善长期大型机械耕种可能对作物产生的不利影响有重要意义;3)华北主要作物冬小麦和夏玉米通过品种更新来实现水分利用效率提高的幅度在减小,急需通过高水效品种选育突破,降低品种的生理需水量,实现进一步增产节水目标。     

中国灌溉农田粮食作物水分利用效率的研究

以1980年至1986年、22个省(市、自治区)、10种作物、共计4422个站的年实测作物耗水量和产量数据为基础,用加权平均法计算得到全国灌溉农田上粮食作物平均水分利用效率值约为1.1kg/m³。并根据典型试验站作物产量、总耗水量及水分利用效率之间的相互关系,以及全国粮食作物单产随年分的变化趋势,经分析认为这一数值可以作为衡量全国灌溉农田上粮食作物平均水分利用效率的现状值     

冬小麦再生水灌溉时水分与氮素利用效率的研究

农田水氮利用效率的研究可为农田灌溉和施肥提供相应的科学依据。该文用田间实验研究再生水灌溉条件下冬小麦水分与氮素的利用效率。田间试验设置了高、中、低3个不同灌水水平下的清水灌溉加施肥、再生水灌溉加施肥和再生水灌溉不施肥(仅施底肥)9个处理，试验结果表明：灌水量、灌溉水质、施肥量对冬小麦株高的影响很小；叶面积指数随灌水量的减少而减小；再生水灌溉加施肥条件下的产量最高。不同灌溉水量条件下，冬小麦再生水灌溉的耗水规律与清水灌溉的耗水规律十分接近，且累积耗水量随灌溉水量的增大而增加；水分利用效率与灌溉水质和施肥无关，仅与灌水量有关，且随灌溉水量的增加而减少。氮的利用效率受灌水量、灌溉水质、施肥量的影响较小。     

中国主要作物灌溉需水量空间分布特征

作物需水量和灌溉需水量的时空分布是科学地制定不同地区灌溉用水定额的依据。该文基于全国范围200多个气象站近30 a逐日的气象资料和不同地区作物生育阶段的调查统计资料,采用FAO推荐的Penman-Monteith方法和作物系数法,计算了30种作物的需水量和净灌溉需水量,并用各地灌溉试验站的实测资料进行了检验。利用GIS的空间分析功能,采用反距离加权插值法得到主要作物多年平均作物需水量与净灌溉需水量的等值线图。选择种植面积最广的小麦、玉米、棉花和水稻4种作物,分析其作物需水量与净灌溉需水量的空间分布特征,得到不同地区主要作物的灌溉需求指数。研究表明：中国东北区、长江中下游区、华南区、川渝区和云贵区平均灌溉需求指数小于0.5,作物对灌溉的需求比较低;华北区、蒙宁区和晋陕甘区旱作物30%～50%的需水靠灌溉补充,水稻55%～80%的需水依靠灌溉;新疆地区主要作物的灌溉需求指数均在0.7以上,农业的发展完全依赖于灌溉。     

辽宁主要粮食作物生长季需水与降水耦合度分析

以辽宁省1957−2017年逐日气象数据和研究区作物系数为基础,基于SIMETAW模型计算和分析辽宁主要粮食作物（春玉米、大豆和水稻）需水规律和降水对作物需水的满足程度,以揭示气候变化对该区域粮食作物需水的影响,探究自然降水对主要粮食作物需水的满足程度及其时空变化特征。结果表明：辽宁春玉米、大豆和水稻全生长季需水量多年平均值分别为511.8mm、509.4mm和605.1mm,均呈不显著下降趋势。春玉米和大豆全生长季需水与降水耦合度多年平均值分别为0.821和0.814,即降水分别满足了82.1%和81.4%的需水量,亏缺的17.9%和18.6%仍需播前灌溉或补灌,尤其在西部地区耦合度大于0.8的保证率仅为28.2%和21.1%。水稻全生长季耦合度为0.464,耦合度大于0.4的保证率全省仅为69.1%,西部地区保证率低至36.8%。辽宁4个分区中,3种作物均在东部地区耦合度最大,中部、南部和西部次之。3种作物各生长阶段耦合度呈现生长中期最高,快速生长期次之,初期和成熟期普遍最低。春玉米和大豆生长初期需水与降水耦合度近年来显著上升,3种作物成熟期耦合度则呈显著下降趋势。辽宁省主要粮食作物均需注意春旱和秋旱的发生,及时补充灌溉。在目前降水条件下,辽宁省最适宜种植春玉米,尤其水资源匮乏的西部地区,根据实际情况可适当扩大春玉米种植规模。大豆最适宜在辽宁东部和中部地区种植,水稻在东部和南部地区种植最为适宜。     

暗管排水排盐改良盐碱地机理与农田生态系统响应研究进展

暗管排水排盐技术是通过控制地下水位与高效利用降水或灌溉水资源改变土壤水盐运移规律,从而影响土壤盐分分布规律和土壤特性,达到改良盐碱地的效果。本文在对暗管排水排盐技术自身发展及其应用的关键条件总结概述的基础上,对其改良盐碱地机理与农田生态系统响应两方面的科学研究进展进行了综述。暗管排水排盐技术改良盐碱地机理方面的研究主要集中在暗管埋设对"四水"转化规律的改变以及由此带来的地下水埋深控制或灌溉制度变化、控制性排水和定水位排水条件下的土壤水盐运移规律、暗管埋设条件下土壤水盐运移模型模拟等方面。农田生态系统对暗管埋设排水的响应方面的研究主要集中在以土壤理化性状和土壤养分为主的土壤特性响应、作物生长发育和产量品质的生理生态适应性、农田生态系统土地与种植结构和服务功能的改变等方面。本文最后展望了未来研究的关注点。     

三峡库区农业生态系统综合评价研究

采用Delphi法与AHP法相结合方法,研究建立了三峡库区农业生态系统综合评价指标体系;并通过建立模糊隶属函数模型和确定评价指标标准值,对重庆市丰都县包鸾农业综合开发区农业生态系统进行模糊综合评判,结果表明该区农业生态系统综合效益较差,亟待改进;其3大效益社会效益>生态效益>经济效益,这与实际情况相符。     

施肥提高旱地作物水分利用效率的机理和效果

在宁夏南部半干旱偏旱区黑垆土上设置长期定位试验 .结果表明 ,施肥提高了土壤有效水分的利用、作物的蒸腾效率 ,并优化了作物产量田间性状和改善夏闲期土壤贮水状况 .     

黑龙港涝洼地水文微循环特征与农作物水分利用效率的研究

阐述了黑龙港涝洼地水文微循环特征,并通过最优识别方法求解水文地质逆问题,得到了地下水通过毛管上升补给土壤的水量;研讨了土壤水分通量法的优缺点及应用条件,并用该法成功地反算了冬小麦生育期内的灌溉水量和降雨补给土壤的水量,对该区农作物水分利用效率进行了研究。     

近30年吴桥县冬小麦生育期水分亏缺变化趋势分析

为了给地处黑龙港地区的河北省吴桥县制定冬小麦稳产灌溉制度提供理论依据,本文利用1981—2013年吴桥县的气象数据和SIMETAW模型,分析了冬小麦全生育期及播种—返青期、返青—拔节期、拔节—开花期、开花—成熟期4个生育阶段的降水量、需水量、耗水强度及水分亏缺指数(CWDI)的变化趋势;同时利用5年滑动平均法将分析年份冬小麦实际产量分为趋势产量和气象产量,计算了不同降雨年型下冬小麦减产率的变异系数。结果表明,近30年河北省吴桥县冬小麦生育时期的水分亏缺指数和需水量均呈现轻微的上升趋势;冬小麦发生干旱的概率为93.75%,其中,中旱和重旱发生概率为65.52%。冬小麦生育时期的平均日降雨量呈现从冬小麦生育中期向后期转移的趋势,日耗水强度表现为从生育后期向生育中期移动的趋势,这是导致返青—拔节期和拔节—开花期水分亏缺指数较大的重要原因。冬小麦减产率的变异系数的绝对值在缺水年最大,为154.241;在丰水年最小,为1.999;正常年份为24.776。因此,冬小麦拔节—开花期的及时灌溉对于保障冬小麦的稳产增产具有重要作用。建议在缺水年份调整冬小麦的水分管理制度,在冬小麦拔节初期一次性充分灌溉或在拔节初期和中后期分次进行少量灌溉。     

不同土壤水分冬小麦根、冠关系及其对叶片水分利用效率的影响

试验研究不同土壤水分冬小麦根、冠关系及其对叶片水分利用效率的影响结果表明,水分条件对根系与叶冠间干物质分配模式影响较小,而对根系功能与叶冠结构建成之间关系影响较大,水分胁迫抑制植株结构的建成,随作物由营养生长向生殖生长的过渡其根系功能发挥与叶冠结构建成之间矛盾愈加明显,拔节期复水有利于植株根系功能的增强和叶冠结构的改善。根冠比与叶片水分利用效率关系呈单峰倒“V”型曲线,水分多少可影响曲线的斜率和高低。根量达最大值前沿根冠比降低的方向,叶片水分利用效率增加;当根量达最大值时叶片水分利用效率也达最大值,此时根冠比为0 .1～0 .2。而抽穗期后沿根冠比降低的方向,其叶片水分利用效率也降低。     

河北省棉花灌溉需水量与灌溉需求指数分析

对不同水文年份作物需水量和灌溉需水量的分析能够为作物灌溉用水定额的制定、作物生育期的水分管理和农业水资源规划提供基础数据。该文基于河北省棉区的气象资料,采用FAO推荐的Penman-Monteith 公式和作物系数法计算参照作物需水量和棉花需水量;利用水文计算应用最广的皮尔逊III型分布曲线,通过频率计算和配线法确定不同水文年份棉花生育期的有效降水量和需水量;据此分析不同水文年份棉花的灌溉需水量和灌溉需求指数。分析结果表明,河北省棉花多年平均需水量648.9 mm,多年平均灌溉需水量190.6 mm,多年平均灌溉需求指数0.29。枯水年（P=75%）、平水年（P=50%）和丰水年（P=25%）河北省棉花灌溉需水量分别为299.1、182.8和84.7 mm,灌溉需求指数分别为0.45、0.28和0.13。     

阶段性缺水对冬小麦耗水特性和叶面积指数的影响

为了缓解华北平原淡水资源的不足,合理调配水资源,在中国科学院南皮生态农业试验站进行了淡水阶段性缺水灌溉试验研究,结果表明,当某生育阶段灌水被取消时,不但使作物在本生育阶段受水分胁迫,而且在后续生育阶段也受到一定程度的水分胁迫。相比阶段性缺水来说,旱作对叶面积指数和产量的影响程度最大。与充分灌溉的叶面积指数相比,缺水阶段的减小并不是最大的,缺水阶段之后的叶面积指数减少更大,从节水和对作物生长的影响2个方面综合考虑,缺灌浆水对叶面积指数和产量的影响程度最小。在淡水资源缺乏的区域采用阶段性缺水灌溉是节约水资源的重要途径。