基于GIS的冀西北高原土壤性状空间变异性研究

运用地理信息系统(GIS)技术和地统计学方法,研究了冀西北波状高原地貌下小流域农田土壤养分的空间变异性,探讨了地形因子与土壤砾石、养分含量空间分布的相关关系。结果表明:各种养分要素均表现明显的空间相关性,并不同养分均具有小变程特点:土壤中>5 mm和5~2 mm砾石分布与海拔为正相关关系,除速效磷外,各养分要素与海拔为负相关关系。各粒径砾石及各土壤养分含量的空间分布都与坡度和坡向的相关性很小。明确地形因子与土壤性状空间变异的相关特性,为区域合理进行土地保护与植被配置提供了理论及技术依据。     

模拟降雨条件下太湖地区稻田氮素径流流失特征

为了解太湖水网地区稻田氮素径流流失特征,在不同施肥处理试验小区的不同时期,进行人工模拟降雨试验.结果表明,降雨后稻田总氮(TN)流失量随着施氮量的增加而增加,施氮初期是氮素流失高峰期.第一次施氮后5 d(降雨前有田面水),0、225、300和375 kg/hm~2 4种施氮水平的稻田TN流失量依次递增,依次相差均在0.15kg/hm~2以上;第二次施氮后15d(降雨前无田面水),施氮量对TN流失量影响不大,各施氮水平的稻田TN流失量依次相差均在0.05 kg/hm~2以下.氮素流失形态以硝态氮和铵态氮为主,在第一次施氮后3d的稻田径流TN中,铵态氮和硝态氮所占比例近50%.此外,在一次降水过程中,无论降雨前有无田面水,产生径流的初期都是氮素流失的高峰期.     

华北高寒区4种根茎类喜凉作物的光合特性

为了明确高光低温环境下喜凉类根茎作物的光温生态适应性,为区域农作物选育与生产配置提供理论依据。采用LI-6400光合仪监测了华北高寒区白萝卜、苤蓝、芥菜、甜菜的光合日变化及其季节动态。在华北高寒区,4种喜凉类根茎作物Pn日进程呈现7,8月双峰、9月单峰特征。7,8月的午间Pn低效期由叶片受到高温胁迫而挥霍耗水,及相继的气孔部分关闭和叶肉细胞活性降低等因素引发。不同作物的DPC与DTC呈现8月7月9月;苤蓝LUE与WUEd明显高于甜菜,芥菜、白萝卜居中。霜后苤蓝、芥菜的DPC尚有霜前的46.7%,60.0%,甜菜霜后DPC比霜前增高了9.22%。苤蓝与甜菜的亚喜凉特性,使之具有生育期长和光合势大的潜力,对华北高寒区的光温资源具有优异的适生性。     

水分胁迫及复水对马铃薯生长发育及产量的影响

为研究断面形变对内镶贴片式滴灌带局部水头损失的影响,选取6种不同壁厚滴灌带,通过试验查明滴灌带断面形状与壁厚及压力的关系,据此采用数值模拟和量纲分析构建滴灌带局部水头损失计算数学模型。结果表明:滴灌带断面形状随压力变化差异明显,低压条件下滴灌带扁平断面可用椭圆近似计算;提出了变断面内镶贴片式滴灌带局部水头损失计算数学模型,滴灌带局部水头损失与滴灌带断面扁平系数的0.867次方成反比;实际工程中在计算滴灌带水头损失时,应区分低压和非低压2种工况,当低压条件下滴灌带出现非圆断面时,应考虑滴灌带断面形变对滴头水头损失的影响,可参考本文算例分析中局部水头损失占沿程水头损失比值15%估算,或在圆断面计算的基础上乘以值约为1.5的修正系数。     

地表覆被因子对华北寒旱区土壤抗风蚀力的影响

为了明晰不同类型土壤的抗风蚀力特征与华北寒旱区农田地表覆被因子减降土壤风蚀的效果,采用国家发明专利"土壤风蚀测定装置",通过室内模拟与田间实证研究,分析砂砾、垡片覆被以及耕作措施、残茬存留等地表覆被因子对不同类型农田土壤抗风蚀力的影响。结果表明,砂质栗钙土抗风蚀能力高于壤质草甸栗钙土,在连续吹蚀下地表土壤吹蚀量呈"L"形下降特征;砂砾与垡片覆被可显著增强土壤抗风蚀能力,随覆被度增加土壤吹蚀量呈近线性指数型下降特征。华北寒旱区多年免耕的燕麦留茬农田,地表土壤吹蚀量较传统翻耕田降低70.28%～88.42%,多年免耕的地表砂砾覆被对增强砂质栗钙土农田的抗风蚀力起重要作用;而留茬覆被的粗糙度效应对增强壤质草甸栗钙土农田抗风蚀力更为重要。壤质草甸栗钙土秋耕立垡覆被,较传统翻耕田地表土壤吹蚀量降低92.21%。研究表明,生物性残茬覆被、非生物性砂砾与垡片覆被具有显著提高土壤抗风蚀力效应;在华北寒旱区农田,燕麦留茬免耕覆被可显著降低土壤吹蚀量;对无植被存留条件的壤质草甸栗钙土农田,秋耕立垡覆被同样具有显著提高土壤抗风蚀力效果。     

华北旱作区夏播单间作种植模式吸氮效果及后茬效应

为筛选能够降低土壤硝态氮残留量并具有显著经济效益的华北旱作区夏播种植模式,在河北省徐水县设置夏播作物的不同单间作模式田间对比试验。结果显示,各处理中,玉米大豆间作的作物总吸氮量最大,使土壤硝态氮残留量明显降低并有较好的经济效益,其土地当量比也大于1,且在提高后茬冬小麦籽粒产量、秸秆产量、作物吸氮量方面效果较好。与玉米单作比较,玉米大豆间作模式0～200 cm土层硝态氮残留量降低56.66 kg.hm-2,作物整体吸氮量提高6.17 kg.hm-2,经济效益增加2054.62元.hm-2;后茬冬小麦的籽粒产量、秸秆产量、作物吸氮量分别提高了197、673 kg.hm-2和5.91 kg.hm-2。     

玉米大豆间作降低小麦玉米轮作体系 土壤氮残留的效应与机制

【目的】阐明夏播玉米大豆间作对小麦玉米轮作体系产量、吸氮量、土壤含水量和硝态氮残留的影响,明确间作地上部和地下部因素对间作优势的相对贡献率,为优化资源配置、提高土地生产力提供科学依据。【方法】2011年6月至2012年10月,在河北省徐水县代表性农田设置玉米单作（T1）、大豆单作（T2）、玉米与大豆间作根部不分隔（T3）、玉米与大豆间作根部分隔（T4）4个处理,并对关键生育时期的作物生长、土壤水分和硝态氮含量进行实时观测。【结果】相对作物单作种植模式,间作产量优势明显,玉米大豆间作种植的土地当量比（LER）大于1,间作模式总吸氮量（256.1 kg·hm^-2）显著高于玉米单作种植（159.7 kg·hm^-2）。玉米大豆间作主要通过促进玉米生长和氮素吸收来提高间作系统生产能力,其中地上部因素对间作玉米生物量、产量和吸氮量提高的贡献率分别为81.6%、83.4%和75.7%,而地下部因素的贡献率仅为18.4%、16.6%和24.3%。间作玉米条带土壤含水量显著低于单作玉米,隔根间作玉米土壤含水量显著低于不隔根间作玉米,单作大豆与间作大豆土壤含水量无显著差异,隔根对间作大豆土壤含水量无显著影响。相对单作种植,间作系统降低了玉米收获后各层土壤硝态氮含量,而提高了大豆条带土壤硝态氮含量;相对不隔根处理,间作隔根对玉米土壤硝态氮含量影响不大,但降低了间作大豆土壤硝态氮含量。夏季无论是单作种植还是间作种植,其后茬小麦产量和吸氮量均无显著差异,但间作可以显著降低小麦收获后土壤硝态氮残留量（P＜0.05）,相对玉米单作,间作种植的后茬小麦收获后0-100 cm土层硝态氮残留量降低了87.2 kg·hm^-2,其中地上部因素贡献率为77.5%,地下部因素对此贡献仅为22.5%。【结论】夏播间作种植产量优势明显,间作模式整体吸氮量高于玉米单作,其中地上部因素对间作优势的贡献大于地下部因素,并且夏播间作种植对后茬小麦产量和吸氮量均无显著影响。相对单作种植,间作种植降低了玉米条带土壤含水量而对大豆条带无显著影响,间作玉米条带土壤硝态氮含量显著降低而大豆条带土壤硝态氮含量显著提高,但间作系统当季及后茬作物收获后的整体土壤硝态氮残留显著降低。     

设施菜地夏季休闲期甜玉米经济产量及环境效益分析

在北京市门头沟、房山、大兴和通州等4个区选择15个典型设施菜地,设置田间观察对比试验,研究在北方设施菜地夏季甜玉米作为填闲作物的实际经济、环境综合效益。试验结果表明,种植甜玉米有较好经济效益,经济产量达15 168.0～20 332.8kg/hm2。在环境效益方面,种植甜玉米后可有效减少浅层土壤中的硝态氮含量,降低淋溶风险。与常规休闲(休闲期不种植作物)相比,种植甜玉米可使设施菜地0～100cm土层中的硝态氮含量平均减少290.4kg/hm2。在夏季休闲期种植甜玉米是北方设施菜地兼顾经济和环境效益的有效种植措施之一。     

冀西北寒旱区农田作物轮作产量效应评价

【目的】促进水温土等资源匮乏的冀西北寒旱区作物生产对水分、养分的合理与均衡利用,保护农田生态环境。【方法】采用交叉式种植方法,在草甸栗钙土和砂质栗土农田,分别设计了包括5个主栽作物的全部组合的轮作与连作田区试验,年际间进行重复,研究区域主栽作物轮作倒茬的产量效果。【结果】在草甸栗钙土农田,与连作相比,不同前茬马铃薯、甜菜、莜麦的产量分别提高了58%—94%、28%—53%和16%—70%;蚕豆与连作相比,除甜菜茬减产外,其他茬口较连作增产4%—43%;马铃薯、蚕豆茬玉米较连作分别增产12%、5%,甜菜、莜麦茬玉米产量仅为连作的81%、93%。在砂质栗钙土农田,不同前茬马铃薯、甜菜的产量分别较连作提高了5%—36%、13%—36%;甜菜茬谷子表现减产,其他茬口的谷子较连作提高了5%—30%;谷子茬莜麦减产,其他茬口莜麦较连作提高了9%—15%;马铃薯、莜麦茬亚麻较连作增产5%、8%,谷子、甜菜茬亚麻产量为连作的94%、99%。【结论】草甸栗钙土田马铃薯→莜麦、马铃薯→甜菜呈现互利轮作,玉米茬马铃薯、莜麦茬甜菜、蚕豆茬甜菜、玉米茬甜菜和蚕豆茬马铃薯表现偏利轮作;砂质栗钙土田莜麦茬马铃薯、马铃薯茬甜菜2种方式表现偏利轮作,可资生产应用。     

鄱阳湖流域双季稻最佳水肥管理方式研究

以鄱阳湖流域双季稻为研究对象,基于灌溉、施氮量和施肥方式等3因素设置田间试验,从经济和环境效益两方面综合分析,探索最佳水分和施氮管理方式。结果表明,以每季氮肥150 kg/hm2为最佳施氮量,按5：2：3比例分基肥、分蘖肥、孕穗肥3次施用为最佳施氮方式;以分蘖期、拔节期、孕穗期浅灌水,其他时间湿润灌溉为最佳灌溉方式。该水肥管理方式下,双季稻总产量、吸氮量及氮肥利用率分别为12 016 kg/hm2、268 kg/hm2和24.72%,均显著高于其他处理（P〈0.05）;稻季氮素损失风险最小,仅为213 kg/hm2;获得产量最高,为18 140 kg/hm2。