不同灌溉施肥措施对夏玉米-冬小麦农田N2O排放和产量的影响

为明确不同灌溉施肥措施下夏玉米-冬小麦轮作农田N_2O的排放特征,寻求既能减少N_2O排放又保证粮食产量的灌溉施肥方法,以华北地区夏玉米-冬小麦轮作农田为研究对象,利用静态暗箱-气相色谱法对土壤N_2O排放特征进行了周年(2015年6月15日-2016年6月12日)观测,探讨了常规施氮量(夏玉米:205.5 kg/hm2;冬小麦:250 kg/hm2)下传统灌溉施肥(FP100%)、滴灌+传统施肥(DN100%)、滴灌水肥一体化(FN100%)以及滴灌水肥一体化下不同施氮量(减氮60%(FN40%)、减氮30%(FN70%)、常规氮量(FN100%)和增氮30%(FN130%))下农田N_2O排放特征及土壤温湿度对农田N_2O排放的影响,另设滴灌+不施氮肥(CK)为对照。结果表明:在夏玉米-冬小麦轮作体系中小麦季农田土壤N_2O排放通量高于玉米季,夏玉米季土壤N_2O阶段排放峰值出现在拔节期和抽雄期;而冬小麦季土壤N_2O阶段排放峰值出现在冬前苗期和拔节期。与FP100%处理相比,FN40%处理在夏玉米和冬小麦季的N_2O平均排放通量分别降低了70.8%和66.7%,N_2O排放总量分别减少了58.7%和66.3%;整个轮作季周年产量没有显著减少,N_2O排放总量显著降低了62.9%(P0.05)。FN40%处理夏玉米季和冬小麦N_2O排放系数分别为0.06和0.01,显著低于其他施肥处理(P0.05)。土壤温湿度均影响农田N_2O排放,但不同处理在夏玉米和冬小麦生长季与土壤温度和土壤湿度的相关性并不相同。综合考虑N_2O排放量和作物产量,研究认为,在华北地区夏玉米-冬小麦轮作系统下,若采用滴灌,则根据作物需肥规律同时采用水肥一体化方式进行施肥才既有增产,又减少农田N_2O排放的效果,并且在滴灌水肥一体化技术下,减少60%施氮量在保障粮食产量的同时,可以有效地减少N_2O排放,是兼顾作物产量及大气环境的推荐管理措施。     

灌溉方式对西辽河平原玉米产量和水氮利用效率的影响

为科学选择适于西辽河平原春玉米生产的灌溉方式,于2018—2020年在通辽市、赤峰市、兴安盟,采用3种灌溉方式——浅埋滴灌、膜下滴灌和传统畦灌开展试验,探究其对春玉米产量和水、氮利用效率的影响。结果表明,在玉米吐丝后,通辽市和赤峰市浅埋滴灌的干物质积累量显著(P<0.05)高于传统畦灌。浅埋滴灌下,玉米茎鞘干物质转运率和转运贡献率较膜下滴灌、传统畦灌分别高9.31%、15.25%和13.45%、29.07%,叶片干物质转运率和转运贡献率分别提高15.17%、32.38%和6.93%、47.82%。在3种灌溉方式下,春玉米吐丝前、吐丝后的干物质积累量均与产量呈显著(P<0.05)正相关。总的来看,浅埋滴灌下春玉米的产量较膜下滴灌和传统畦灌平均增产3.43%和7.43%,膜下滴灌较传统畦灌平均增产3.87%。在灌溉水利用效率上,浅埋滴灌和膜下滴灌均显著(P<0.05)高于传统畦灌;在氮肥偏生产力上,除2018年兴安盟试验点外,浅埋滴灌均显著(P<0.05)高于传统畦灌。综合产量、水氮高效利用等因素,浅埋滴灌的灌溉方式为西辽河平原和拟生态区适宜的灌溉方式。     

南疆平原干旱土的微形态特征

通过野外调查 ,应用扫描电镜和偏光显微镜等手段 ,结合理化分析 ,研究了南疆平原干旱土的微形态特征和母质成因。结果表明 :南疆平原干旱土含有大量的由砂质原生矿物组成的骨骼颗粒 ,在这些颗粒之间填充着细粉砂质原生矿物及由隐晶质、微晶质碳酸盐和粘粒所组成的细粒物质。大部分原生矿物外形完好。同一剖面从表层向下骨骼颗粒增多 ,细粒物质减少。南疆平原干旱土的基本垒结类型为斑晶骨骼嵌埋状、聚积状和漂白砂型微垒结。土壤形成物主要是铁质、碳酸盐和石膏浓聚物 ,石灰、石膏的形态和其含量有关。碳酸盐一般以内晶霜形式存在 ,含量高时出现自生方解石颗粒、胶膜、凝团、凝块和凝粒 ;石膏以隐晶质、微晶质及针状、纤维状晶体的方式散布于细粒物质当中 ,石膏含量高时呈纺锤形晶体 ;在铁质粘化层中粘粒和粉砂明显增多 ,铁质浓聚物以铁染基质存在。石英砂表面超微结构特征表明 :南疆平原干旱土的母质搬运距离较短 ,同一剖面有不同的成因或多种成因组合 ,各种成因的母质都受到风成作用的影响 ,具有风蚀、风积的特征。     

江汉平原优质米形成适宜栽培期初探

采用近几十年来国内外关于优质米形成与气候条件关系研究取得的主要成果及江汉平原腹地荆州市1954－1999年的气象资料，以平均温度为主要影响因子，以水稻齐穗后15－20d为关键生育期对江汉平原水稻优质米形成的适宜栽培期初步研究结果表明，8月25日－9月初齐穗为江汉平原优质米形成的最佳栽培期，8月22日－9月5日左右齐穗为适宜栽培期，8月10日前与9月8日后齐穗为易灾栽培期。指出江汉平原优质米栽培中应重点抓好品种改良、土壤环境改良以及农田小气候改善等措施。     

三江平原地下水埋深灰色自记忆预测模型

地下水资源是支撑区域粮食生产的重要基础资源。针对三江平原水田面积迅速增加、地下水水位持续下降问题,以建三江分局七星农场为例,依据1997-2007年地下水埋深监测资料,运用灰色微分方程与自记忆原理构建地下水埋深灰色自记忆预测模型。结果表明：该模型简洁实用,精度较高,当地未来地下水水位具有持续下降趋势。研究成果揭示了当地地下水埋深的时间变化规律,为七星农场乃至三江平原地下水资源可持续开发利用提供依据。     

华北平原冬小麦各生育阶段农业气候要素变化特征分析

基于华北平原48个气象站1961-2008年平均、平均最高和平均最低气温、降水、日照时数等逐日气象资料,以及6个农业气象试验站的冬小麦生育期资料,采用线性倾向估计的方法,分析华北平原近50a冬小麦各生育阶段农业气候要素的变化趋势,并讨论其对冬小麦生产的可能影响.结果表明,(1)全生育期内平均温度上升0.37℃·10a-1(P＜0.05),增温主要集中在越冬-返青、返青-拔节、拔节-开花期,其增幅分别达0.53、0.49和0.39℃·10a-1,显著增温的站点分别达97.9％、75.0％和79.2％.平均最高、最低温度的变化趋势与平均温度相似,平均最低温度的变幅更大,因此冬小麦全生育期气温日较差平均下降0.19℃·10a-1,其中越冬-返青和开花-成熟期下降0.25和0.26℃·10a-1.(2)降水量的变幅无论在冬小麦的全生育期内还是各生育阶段均较小.(3)冬小麦全生育期总辐射量减少54.02MJ ·m-2·10a-1,其中播种-越冬、越冬-返青期分别减少15.74、20.09MJ·m-2·10a-1,开花-成熟期减少12.00MJ·m-2·10a-1,辐射量显著减少的站点集中分布在华北平原中部.研究结果对冬小麦的合理布局和农事安排有积极作用.     

气候变化背景下华北平原夏玉米各生育期水热时空变化特征

气候变化背景下,华北平原气候资源也发生了相应变化。研究作物生长季各生育期的水热时空变化特征,对适应气候变化技术与政策的制定有重要意义。本文基于华北平原49个气象站点的逐日气象数据和27个农业气象试验站的物候期数据,分析了1961—2010年在夏玉米营养生长期、并进期、生殖生长期和全生育期的生长度日(GDD)、高温度日(HDD)、降水量及气候倾向率的时空分布。结果显示,华北平原夏玉米各生育期GDD、HDD均呈东北-西南走向的递增趋势,降水量呈东南-西北递减趋势。华北平原夏玉米在全生育期GDD倾向率、HDD倾向率、降水量倾向率分别为8.14℃·d·10a-1、-2.45℃·d·10a-1、-10.75 mm·10a-1。华北北部GDD在营养生长期呈递减趋势,在并进期、生殖生长期以及全生育期呈递增趋势,而华北南部GDD变化趋势与之相反;HDD在各生育期均呈现北部递增,南部递减趋势。降水量在各生育期均表现为北部降低,南部增加趋势。因此,河北省北部、北京市和天津市等华北北部地区夏玉米生产高温风险与干旱风险呈增加趋势,而河南省大部、山东省南部等华北南部地区高温风险与干旱风险呈降低趋势。     

气候变化背景下华北平原冬小麦冬前生育期与节气对应及偏移分析

利用华北平原冬小麦种植区55个气象站点1961-2017年逐日地面观测资料,借助寿星公式,以气候倾向率的方法,选取冬小麦越冬期所需积温为指标,分析了冬小麦越冬期、播种期所在的节气时空分布和变化特征,并对冬小麦相关农事活动与节气的对应及偏移进行探讨。结果表明,近57a华北地区冬小麦越冬期推迟约3.7d,推迟趋势显著（P<0.05）。华北平原冬小麦播种期所在的节气由北向南逐渐推迟,与P1时段（1961-1990年）相比,P2时段（1991-2017年）冬小麦播种期界限显著北移。气候变化背景下华北平原冬小麦农事活动与二十四节气出现了一定的偏差,部分地区以前指导农事活动的谚语已不再完全适用,如山东省中部地区冬小麦最适播种期终止日由秋分节气的第3候推迟至寒露节气的第1候;河南省北部部分地区最晚播种期由寒露节气的第3候推迟至霜降节气的第1候。通过研究二十四节气与冬小麦播种期的对应关系来调整农事活动,未来还需考虑冬小麦生育期内对应节气的光、水等自然因素和农艺措施等人为因素的影响,科学指导农业生产以适应气候变化。     

三江平原水旱田分布对遥感反演局地地表温度的影响

土地利用剧烈变化对局地气候的影响是当前全球变化与可持续研究关注的焦点问题。该文基于2017年6月16日Landsat 8卫星遥感影像反演耕地利用剧烈变化的三江平原北部地区地表温度数据,刻画了研究时点水旱田分布对地表温度影响的空间特征。结果表明,研究区水田旱地面积占耕地总面积比例分别为58.12%、41.88%,水田平均地表温度比旱地低9.87℃;在村域尺度上,水田面积占比与地表温度均值在0.01水平(双侧)上呈显著负相关关系(P0.01),该研究时点上水田对地表热环境存在较为明显的降温作用。水旱田不同下垫面因含水量及蒸散量不同造成的能量传递过程差异,使得其分布格局成为地表温度值分异的主要原因。     

Optimization of yield and water-use of different cropping systems for sustainable groundwater use in North China Plain

A groundwater crisis is going on in the North China Plain (NCP), due to the excessive water consumption of the traditional winter wheat (WW)/summer maize (SM) double cropping system (two harvests in one year). In order to improve the water use efficiency in this particular cropping system and to evaluate the sustainability of water usage in Chinese agroecosystems, two field experiments were conducted from October 2004 to September 2006 at two sites of the North China Plain. The field experiments included four treatments: (1) farmers’ practice (FP) with two harvests in one year (WW/SM rotation), (2) FP with reduced input (RI) of water and nitrogen (WW/SM rotation), (3) three harvests in two years (TW, 1st year: WW/SM; 2nd year: spring maize), and (4) continuous spring-maize monoculture (CS) with one harvest per year (spring maize). In the treatments RI, TW and CS, the amount and timing of irrigation and nitrogen fertilization was optimized using TDR based soil moisture measurements and the N_min-method, respectively. Data showed that the utilization efficiency of irrigation water can be improved by optimizing soil water management compared to the traditional water management (FP). However, the groundwater net consumption required for RI still surpassed 300 mm yr⁻¹. Both FP and RI, still overused groundwater resources. The groundwater consumption in the continuous spring maize (CS) was on average 139 mm yr⁻¹. Therefore, the CS system can show the potential to use groundwater sustainably in the long term. Water usage of the TW treatment was in between the water usage of the other treatments. The grain yields in the double cropping systems (FP and RI) were higher than that in the two other systems (TW and CS). But the CS treatment showed the higher W_UE than others.