华北平原膜下滴灌棉花水分利用效率及产量对供水方式响应研究

通过田间试验,系统地分析了膜下滴灌条件下,棉花干播湿出、湿播湿出处理与传统灌溉处理的水分利用差异。结果表明:膜下滴灌与传统灌溉相比,可以降低株高、减少蕾铃脱落和使根系集中。普通膜下滴灌处理比传统灌溉处理增产204.15 kg/hm2,总耗水量减少32.91 mm,水分利用效率增加0.73 kg/(mm.hm2)。干播湿出处理产量虽然不是最高,但是其灌溉量比其他两处理减少30%以上,水分利用效率最高,干播湿出具有一定的推广价值。     

华北平原冬小麦生长对水分胁迫的响应

通过对叶面积指数、生物量、水分利用效率、灌浆速率等数据的分析发现：拔节期胁迫对冬小麦的产量和水分利用效率有一定的影响；充分灌水处理生物产量较高但是水分利用效率低；不同生育期水分胁迫的处理对土壤储水量的消耗有明显的不同最大相差143．3mm；以棵间蒸发形式消耗的无效耗水也有明显的差异，最多相差20mm。     

京津冀地区密植高产宜机收籽粒春玉米品种筛选

机收籽粒可以显著提高玉米生产效率降低生产成本,但是目前京津冀地区适宜机收籽粒的玉米品种较少,品种筛选评价体系缺乏,阻碍了玉米籽粒机收的推广实行。针对这一问题,该研究开展了3 a春玉米品种和种植密度互作试验以及2 a玉米籽粒机收试验。根据宜机收籽粒品种要求、该地区气候和种植条件,设置宜机收性、高产稳产优质性和水分利用效率(Water Use Efficiency, WUE)高稳性3个一级评价指标。宜机收性下二级评价指标为籽粒破碎率、含杂率、总损失率和收获速率。籽粒破碎率和含杂率与籽粒含水率分别呈二次函数关系和指数关系,籽粒破碎率≤5%的籽粒含水率在3.6%～24.8%之间;当籽粒含水率≤26.99%时,含杂率≤3%的,因此将生理成熟后10 d的籽粒含水率≤25%作为籽粒破碎率和含杂率的三级评价指标。总损失率与籽粒含水率二次函数关系,与倒伏倒折率和穗位高标准差呈线性关系,因此将生理成熟后10 d的籽粒含水率(≤25%)、倒伏倒折率(≤5%)和穗位高标准差(≤5.93 cm)作为总损失率的三级评价指标。由于倒伏倒折率是影响收获速率的主要作物指标,因此将倒伏倒折率(≤5%)作为收获速率的三级评...     

玉米秸秆覆盖对麦田土壤温度和土壤蒸发的影响

研究了秸秆覆盖下的麦田土壤温度和土壤蒸发的动态变化规律。试验结果表明,玉米秸秆覆盖冬小麦田后,日最高地温比对照低,日最低地温比对照高,日振幅减小,温度变化较对照平缓;冬季具有提高土壤温度的作用,春季则有降低地温的作用。少覆盖处理冬季0～10 cm地温3年平均提高0.3℃/d,春季降低0.42℃/d;多覆盖处理冬季0～10 cm地温3年平均提高0.58℃/d,春季降低0.65℃/d;秸秆覆盖后有效地抑制了土壤蒸发,冬小麦生育期内,少覆盖处理比对照平均减少了21%,多覆盖减少了40.4%。覆盖处理春季的低温效应,推迟生育期3～7 d,加上后期的干热风,造成覆盖处理的冬小麦非正常成熟,影响了冬小麦的产量,少覆盖平均减产4.1%,多覆盖平均减产10.4%。     

品种和播期对华北春玉米产量及水分利用效率的影响

华北平原冬小麦夏玉米一年两作种植制度主要受水资源的约束,发展休耕轮作是实现该区域农业可持续发展的途径之一。春玉米高效生产是提升休耕轮作产能的关键因素,如何利用品种特性进行播期调整以适应区域生产特点提高产量是该区春玉米生产中面临的主要问题。为此,于2016年5—9月在中国科学院南皮生态农业试验站以5个玉米品种(‘华农887’、‘胡新338’、‘郑单958’、‘华农866’和‘联创1号’)为材料,比较分析了3个播期(5月1日、5月15日和5月30日)下春玉米生育时期、产量及产量要素、耗水和水分利用效率的变化情况,并结合气象因子分析探讨了春玉米产量及其构成要素与环境因子的关系。结果表明:随着播期推迟,不同春玉米品种的生育期总天数均呈显著减少趋势(P0.05),生育期总天数的减少主要是播种到抽雄天数减少所致。不同春玉米品种的生育期总天数也存在较大差异,在各播期处理下均相差5~7 d。在产量方面,5月1日和5月15日播种的5个玉米品种间平均产量没有显著差异,5月30日播种的平均产量显著高于前2个播期,其产量提升主要是百粒重增加所致。随着播期的推迟,春玉米的耗水量变化不大,水分利用效率呈增加趋势,这主要与降水的分布有关。通过气象因子分析,不同播期下百粒重与抽雄前后的积温和降水呈显著相关(P0.05)。综合产量、耗水和水分利用效率分析,在该区域推荐5月30日左右为春玉米的适宜播种日期,‘华农866’和‘华农887’是适宜该区生产的潜力品种。     

滨海低平原干旱区全膜覆土穴播冬小麦田 水热特征和产量效应

为研究全膜覆土穴播栽培技术在环渤海低平原区对冬小麦田土壤水分、盐分、温度、热量状况和冬小麦产量的影响,采用田间试验法,于2014—2015年在中国科学院南皮生态农业试验站,设置全膜覆土穴播(PM)和常规旋耕播种(CK)冬小麦试验,定位监测了耕层土壤温度、水分、盐分和热通量数据动态,并分析了冬小麦产量。结果表明:PM在越冬期和返青期可以有效保持土壤水分,平均土壤含水量比CK高16.4%,达显著性差异(P0.05);但是,覆膜也阻隔了后期降水对土壤水分的补充,最大含水量差异可达10.0%。PM处理10 cm深土壤日均温度始终高于CK处理,平均增幅3.8%,差异不显著(P0.05);同时,PM减小了土壤温度日较差0.5℃。PM有利于土壤吸收和储存热量,白天具有较高的向下地面热通量,日均土壤热通量比CK显著增加数倍。温度和热通量变化均表明覆膜增强了土壤抵御外界温度变化的能力。PM的土壤电导率显著低于CK24.2%(P0.05),特别是在春季返盐期,PM的土壤电导率比CK降低39.7%。PM较CK增加了冬小麦穗粒数和千粒重,增产10.4%,但均未达显著水平。因此,全膜覆土穴播冬小麦栽培技术能改善土壤水热状况,降低土壤盐分对小麦的危害,这为全膜覆土穴播冬小麦栽培技术在环渤海低平原干旱区农业生产中的应用提供理论与技术支持。     

河北沧州国家农业科技园区发展模式探讨

我国国家农业科技园区从2001年开始建设以来,取得了长足的发展。经过10多年的发展,许多国家农业科技园区成为了区域农业科技创新基地、区域农业新品种新技术新模式的示范基地和先进农业成果的转化基地,为区域粮食增产、农业增效和农民增收作出了重要贡献。但是,不同国家农业科技园区因建设背景、基础条件和发展方向的差异,其存在不同的发展模式,而不同的发展模式均面临一些问题。本文在借鉴前人研究成果的基础上,通过分析现有国家农业科技园区的不同发展模式及其存在的问题,结合河北沧州国家农业科技园区总体规划,从建设背景、规划思路、建设目标、功能定位、产业发展分析和功能分区及可实施的发展模式等方面阐述了河北沧州国家农业科技园区的规划思路和发展模式。河北沧州国家农业科技园区的发展模式从组织发展模式、技术运行发展模式和空间布局模式3个方面进行,是以政府引导、协会组织参与和企业(农户)为主体的组织发展模式,以专业合作社、家庭农场和科技示范户为主体的3级并行的技术运行发展模式和以圈层布局模式的核心区、示范区和辐射区的空间布局模式。该园区的组织发展以政府为主导、协会和企业参与成立园区管委会,制定相应的政策,负责园区统一规划、建设和经营。在技术运行方面,通过科技创新园研发和引进先进技术成果然后通过技术站、基地站和科技特派员对专业合作社、家庭农场、科技示范户等不同经营主体进行技术培训和示范推广。最后建立以南皮渤海粮仓试验示范区为核心区,整个沧州市为示范区,环渤海河北、山东、辽宁和天津"三省一市"的辐射区空间布局。     

外来调水对华北低平原区地表水和地下水 水化学特征的影响* ——以河北省南皮县为例

华北低平原区有着巨大的粮食增产潜力,同时也是粮食生产和农业水资源矛盾突出的地区。外来调水与浅层微咸水的联合利用是解决区域水资源问题的有效途径之一,同时也将引起区域水循环和水环境的改变。为明确外来调水对华北低平原区地表水和地下水水化学特征的影响,本研究在华北低平原区河北省南皮县域内对调水后不同季节地表水和地下水进行调查和采样,利用水文地球化学和氢氧(d~2H、d~(18)O)稳定同位素相结合的方法,研究外来调水对地表水和地下水转化及其水化学特征的影响。研究结果表明,11月至翌年7月,受蒸发作用的影响,地表水电导率(EC)和钠吸附比(SAR)增加,d2H、d18O同位素不断富集;由于地表水和周围土壤的交换吸附作用使其水化学类型向Na~+、Cl~-和SO_4~(2-)增加、HCO_3~-减少的咸水转变。调水改变了地表水和浅层地下水之间的补给关系,11月至翌年3月,沟渠附近浅层地下水受外来调水直接或者灌溉补给,使得3月浅层地下水EC降低,埋深变浅,部分采样点分布在外来调水的SAR-EC区域。受调水影响,3月沟渠附近浅层地下水水化学类型为Na·Mg·Ca-Cl·SO_4、Na·Mg-Cl·SO_4·HCO_3、Na·Mg-SO_4·Cl·HCO_3等,是11月调水(Na·Mg·CaSO_4·HCO_3·Cl)和浅层地下水(Na·Mg-Cl·SO_4)的过渡类型。3月至7月浅层地下水补给沟渠水,地下水埋深变深,7月浅层地下水水化学类型与3月相似。调水可以季节性地改善区域内沟渠水及其附近的浅层地下水水质,而对深层地下水和坑塘水的水质无改善作用。调水对沟渠水水质的改善体现在调水季节,对浅层地下水水质的改善存在滞后性,2014年11月调水之后,2015年3月浅层地下水的水质得到改善。因此,采用调水和浅层地下水、坑塘水混合灌溉,对合理开发利用区域咸淡水资源以及深层地下水压采,恢复地下水位意义重大。     

环渤海低平原农田生态系统养分循环与平衡研究

了解农田养分输入、输出和平衡状况,以及土壤肥力现状与变化特征,对实现养分资源优化管理、地力的持续提升、肥料利用率提高和农业可持续发展具有重要意义。基于1985年、2000年和2014年河北省南皮县国民经济统计资料,分析了从1985年到2014年县域农田生态系统养分循环与平衡状况;利用1981年第2次土壤普查和2015年实测南皮县域土壤耕层养分含量数据,探讨了耕层土壤养分变化及空间分布格局特征。结果表明,1985—2014年南皮县农田养分输入输出均呈持续上升趋势, NPK养分输入由10701 t增加至23386 t,年递增率2.33%; NPK养分来源结构略有不同, NP来源以化肥为主,其次是人畜粪尿和作物秸秆有机肥源;而K素来源主要是有机肥源。农田养分输出以作物吸收为主,占养分总输出的80%以上, NPK总输出由1985年的9093 t增加到2014年的18846 t,年均增速2.17%。从养分表观平衡的角度看,从1985年到2014年NP始终有大量盈余, P素盈余大于N素, N和P表观平衡率分别为16.8%~34.2%和26.9%~65.5%;若考虑有机氮的有效性问题,1985—2000—2014年3个时段有效氮盈亏率依次为18.1%、6.5%和-7.8%,有效氮平衡由盈余转向亏缺;而K素经历了由赤字逐渐向盈余的转变过程,由1985年的-33.5%赤字发展至2014年的33.6%盈余。受农田养分平衡状况的影响,南皮县土壤有机质、全氮、有效磷发生了显著变化,1981—2015年有机质由8.62 g·kg-1增至14.0 g·kg-1,增幅62.4%;全氮由0.542 g·kg-1增至0.908 g·kg-1,增幅67.5%;有效磷由2.0 mg·kg-1增加到20.8 mg·kg-1,增加了9.4倍。而碱解氮和有效钾变化不明显,分别由70.5 mg·kg-1和141 mg·kg-1增加到71.8 mg·kg-1和147 mg·kg-1,相对增幅仅为1.8%和4.2%。建议今后南皮县在农业生产中大力推广科学施肥技术,重视有机肥和化肥配施,推广秸秆还田,通过改进施肥方法提高肥料利用效率;养分管理中应提倡“稳氮、控磷、补钾”的施肥对策,避免过多的盈余养分进入环境。     

盐碱地水盐调控研究

高效安全利用咸水资源是提高环渤海低平原区农业生产可持续发展的重要保障。本文针对该区淡水缺乏、咸水充沛和土壤盐碱贫瘠等因素制约农业生产的问题,回顾了20世纪80年代以来在以中国科学院南皮生态农业试验站为典型代表站点的黄淮海缺水盐渍区开展的以盐碱地治理和农田生产力提升为目标的农田水盐运移过程及调控研究成果。20世纪50—60年代,该区域的工作主要是通过建立排水系统减少区域洪涝灾害发生。20世纪80年代,通过研究提出了控制盐碱的合理浅层地下水水位阈值,形成了以浅层地下水优化治理盐碱地提高农业生产的技术体系;20世纪90年代以来形成了微咸水资源安全灌溉理论及技术体系,冬小麦咸水灌溉阈值从3 g·L~(-1)提升到5 g·L~(-1),并阐述了微咸水灌溉阈值提升的理论基础;近10年来研究并阐明了农田生态系统水盐运移过程及主要限制因子调控机理,研发了以集蓄雨水、咸水利用、合理引水和节约淡水为核心的农田多水源综合利用技术,集成了农田多水源综合利用模式。根据多年的研究积累,以突破水土资源限制农业生产的问题为导向,实施了国家区域战略性增粮工程渤海粮仓科技示范工程,取得了明显的社会、经济和生态效益。在农田水盐研究方面,未来将以提高综合效益和资源利用效率为核心,开展基于生态平衡的作物产量、质量和资源利用效率的协同提升研究,适应区域水土资源的农业绿色发展研究,微咸水高效安全利用的机理过程、技术研发及示范工作,为该区农业可持续健康发展提供理论依据和技术支撑。