水稻节水灌溉技术模式研究进展

为了应对水资源紧缺对水稻生产的威胁,自20世纪80年代以来,国内外水稻科技工作者对水稻节水灌溉技术或模式进行了大量的研究,但缺少系统地比较以及根据不同区域实际田间情况进行节水效果的评价梳理.本文采用文献数据分析的方法,综述了几种常见的水稻节水灌溉技术模式,比较了不同技术模式在节水和增产效果上的差异及其优、缺点.结果表明,"浅湿晒灌溉"的增产效果较好,但对田块的要求较高,并且难以确定灌溉定额;"间歇灌溉"的节水效果较好,但操作复杂,推广性差;"控制灌溉"能提高水稻的抗逆性,但没有统一的灌水指标;"适雨灌溉"节水效果较好,但增产效果一般;"滴灌"能提高水肥利用率,但可能会导致产量降低.综合来看,"滴灌"和"控制灌溉"适合在北方稻区推广,"蓄雨型灌溉"技术具有较大的节水和增产潜力,适合在南方稻区推广.     

氮、磷、钾肥对水稻产量、品质及养分吸收利用的影响

 采用“3414”不完全正交回归设计,在大田试验条件下研究了氮、磷、钾肥对水稻产量、品质及养分吸收利用的影响,并探讨了3种肥料间的互作效应。结果表明,氮、磷、钾肥的施用均可以显著提高水稻产量,且3种肥料配施的增产效果显著优于任两种肥料配施。氮、磷、钾肥的施用可以改善部分米质性状,如提高整精米率,降低垩白度、稻谷长宽比和精米直链淀粉含量;氮、磷肥的施用还可提高糙米蛋白质含量,降低青米率。施用氮、磷、钾肥后,水稻养分总吸收量和每100 kg籽粒养分需求量显著增加,而养分干物质生产效率和养分稻谷生产效率显著下降,且3种肥料的吸收利用率、农学利用率及生理利用率均随施肥量的增加而下降。氮、磷、钾肥两两互作对水稻产量均有极显著的影响,当肥料用量处于低中水平时,互作效应均表现为协同促进作用,肥料用量超过一定水平后则表现为拮抗作用。对水稻氮、磷、钾养分吸收影响最大的交互作用分别是氮钾、氮磷和磷钾互作。总体来看,肥料对水稻生长的影响是多方面的,肥料用量及配比应在综合考虑水稻产量、品质及肥料利用率的基础上确定。     

湖北省不同区域水稻土的养分状况

在湖北省鄂东南、鄂中、鄂北和江汉平原4个水稻生产区域,选择主要种植制度下有代表性的24个水稻土进行养分测试分析。结果表明,在湖北省的这4个区域里,土壤pH表现出从北向南逐渐降低的趋势;有机质、有效钙、镁、硫、铁、锰、铜以及硅的含量均较丰富;碱解氮、有效锌、硼普遍缺乏,其缺乏数分别占总样本的62.5%、62.5%和87.5%;速效磷、速效钾含量变异较大,从不同区域的结果来看,鄂东南和江汉平原的水稻土含磷量总体偏低,鄂中和鄂北区域较高,速效钾在鄂东南区域属极缺范围,鄂中属潜在缺乏,而鄂北和江汉平原均较丰富。此外,鄂东南和鄂中地区,有效钼含量缺乏。     

土壤钾素转化的影响因素及其研究进展

土壤中各种形态的钾之间存在着动态的平衡,这些平衡受一定因素的影响。本文主要从粘土矿物类型、土壤水分状况、温度、pH、肥料施用以及陪伴离子等方面对土壤钾素转化的影响因素进行了综述,可以归纳为:①以2∶1型粘土矿物为主的土壤吸附K 的结合能较小,易解吸;而以1∶1型粘土矿物为主的土壤吸附K 的结合能较大,吸附的K 不易解吸。②土壤干湿变化对钾素转化的影响因速效钾含量的高低而有明显的区别。③在0~40℃温度范围内,增温能使交换性钾离子减少,而水溶性钾离子浓度则相应增加。④pH对土壤钾素转化的影响比较复杂。⑤氮肥中的NH4 因与K 离子具有相似的离子半径和水化能而对土壤钾素的有效性产生显著的影响。最后展望了钾素转化领域未来的发展方向和研究热点。     

基于GIS的长江中游油菜种植区土壤养分及pH状况

为了掌握长江中游油菜种植区土壤养分状况,在湖北、湖南、江西三个省份调查和取样分析5 463份土壤数据的6个指标(土壤有机质、全氮、有效磷、速效钾、有效硼和pH),基于Arc GIS平台,采用Kriging插值法分析4个不同油菜种植区域(二熟制山地区、二熟制平原区、三熟制山地区、三熟制平原区)的土壤养分状况。结果表明,长江中游油菜种植区土壤有机质、全氮和有效磷均处于适宜/丰富的含量水平,基本没有5级和6级水平的有机质、全氮、有效磷分布。从不同区域来看,以上3个养分指标总体均表现为三熟制地区养分含量高于二熟制地区。长江中游仍有1.82×10~5 hm~2区域土壤速效钾处于缺乏的水平(30~50 mg kg~(-1))。土壤有效硼含量仍有待提高,尤其是在三熟制地区,土壤有效硼缺乏(5级和6级)的比例仍高达13.6%~20.4%。土壤pH多集中在6.0左右,但是三熟制地区仍然有较高比例(约35.7%)的土壤pH处于4.5~5.5。综上所述,长江中游不同种植区域土壤养分性状存在差异,尤其是三熟制地区仍有相当比例需要提高土壤有效硼和改良酸性土壤。     

添加尿素和秸秆对三熟制水旱轮作土壤各形态氮素的影响

添加不同外源氮对土壤中不同形态氮素的转化具有十分重要的影响。选取长期耕作土壤,设置对照、添加尿素N 150 kg/hm~2(U150)、添加秸秆(相当于添加N 38 kg/hm~2,Straw)、添加尿素N 150 kg/hm~2+秸秆(相当于添加N188 kg/hm~2,U150+Straw)和添加尿素N 188 kg/hm~2(U188)5个处理进行室内培养试验,研究了添加不同外源氮对土壤铵态氮、硝态氮、可溶性有机氮、微生物生物量氮含量的影响。结果表明,土壤铵态氮随着培养时间的延长表现为先增后减的趋势,添加尿素的两个处理其土壤铵态氮较Straw、U150+Straw处理能够更快地达到峰值;而土壤硝态氮则表现为逐步增加的趋势。添加尿素处理能够显著提高土壤矿质氮的含量,在添加等量氮素的条件下,U188处理矿质氮含量在培养期间始终高于U150+Straw处理;此外,U150+Straw处理矿质氮含量在培养前期均低于U150处理,至培养30天后其含量略高于U150处理。与对照相比,培养结束时添加不同外源氮素处理的土壤矿质氮含量能够提高169.61%~496.75%。对于微生物生物量氮和可溶性有机氮而言,添加不同外源氮素分别在培养10天和30天达到峰值,此后逐渐降低。不同处理而言,添加秸秆+尿素、添加秸秆处理的微生物生物量氮和可溶性有机氮含量在培养前期明显高于仅添加尿素的两个处理,说明添加有机物料氮源主要有益于提高土壤有机态的氮素含量。     

柠檬酸盐对黑云母表面溶解及微结构变化的影响

采用离位培养法,结合原子力显微镜的接触成像和相位成像模式研究层状硅酸盐含钾矿物黑云母在根际环境条件下的表面溶解现象和矿物微结构转化过程。结果表明,在p H 4.0的弱酸水溶液中反应24 h时,黑云母(001)面上有微型蚀坑出现,其深度介于0.1~0.9 nm之间,表面变得比较粗糙;反应96 h时,黑云母(001)面上蚀坑较为明显,但仅占总表面的4.8%,蚀坑的深度平均为0.957 nm;反应140 h时,黑云母(001)面上有不稳定的覆盖物沉积,阻碍表层溶解过程的持续进行。在p H 4.0的柠檬酸溶液中,经过24 h培养,(001)面上有大量的蚀坑出现,单层溶解现象明显;48 h时,表面台阶溶解速率显著提高,溶解面积可达总表面的48.7%;140 h时,(001)面上有圆形状胀裂发生,表层(高度,1~2 nm)发生破裂、产生较多的黑云母碎片,溶解速率进一步提高。随着柠檬酸溶液中Na+浓度的增加,表层溶解速率增强,(001)面上也有次生覆盖物沉积。同时,界面上Na+-K+交换作用加剧,表层结构(高度,2~10 nm)胀裂现象更加明显。随着反应时间的延长,140 h时,黑云母(001)面的深层结构(深度,~20 nm)亦逐渐隆起并引起周边区域产生裂缝(深度,0.1~1.9 nm),最终导致表层微结构区域水化,形成水化云母(伊利石)。     

应用数字图像技术进行水稻氮素营养诊断

【目的】研究田间试验条件下水稻不同生育期冠层图像色彩参数(G、NRI、NGI、NBI、G/R和G/B)及植株氮素营养指标(叶片含氮量、植株全氮含量、生物量、氮素累积量和冠层NDVI值)的时空变化特征,并分析两者间的相关性,确立水稻氮素营养诊断的最佳色彩参数和方程模型,为探明数码相机在水稻上的适宜性及精确诊断水稻氮素营养状况提供理论基础。【方法】于2013年5月9月在湖北省武汉市华中农业大学试验基地(30°28'08'N,114°21'36'E)采用不同施氮处理的田间试验,以籼型两系杂交稻"两优6326"为供试作物,设置4个施氮水平:0、75、150和225 kg/hm2(分别以N0、N75、150和N225表示),3次重复,随机区组排列。分别在水稻分蘖期、拔节期、孕穗期和灌浆期采用数码相机(Nikon-D700,1200万像素)获取水稻冠层图像,应用Adobe photoshop7.0软件直方图程序提取图像的红光值R、绿光值G和蓝光值B,研究数码相机进行水稻氮素营养诊断色彩参数,确定植株氮素营养指标诊断模型。【结果】较对照(N0)相比,分蘖期、拔节期、孕穗期和灌浆期3个施氮处理水稻地上部生物量、叶片含氮量、植株全氮含量、氮素累积量、冠层NDVI值和成熟期产量增幅分别平均为40.7%98.0%、42.4%72.4%、36.2%85.3%、125.5%209.1%、51.3%60.6%和60.1%117.0%,差异显著。水稻不同生育期各冠层数字化指标G、NRI、NGI、NBI、G/R和G/B与上述氮素营养参数相关性差异较大,且以数字图像红光标准化值NRI表现最佳,建议作为应用数码相机进行水稻氮素营养诊断的最佳冠层图像色彩参数指标。进一步分析表明,可以用统一的线性回归方程来描述不同生育期、不同氮素水平下水稻植株氮素营养指标随冠层色彩参数NRI的变化模式。【结论】数码相机进行水稻氮素营养诊断测试结果稳定,具有快速、便捷、非破坏性等优点,冠层色彩参数NRI与水稻氮素营养指标和产量之间均表现出较好的相关性,满足氮素营养无损诊断的需求,对实时、快速监测水稻长势状况及氮素营养丰缺水平具有较高的可行性,有望发展成为新时期作物氮素营养无损诊断技术的潜力。     

基于高光谱的冬油菜植株氮素积累量监测模型

为无损和定量研究高光谱技术在冬油菜植株氮素积累量(PNA,plant nitrogen accumulation)时空变化监测的适宜性及准确性,该文以两年田间氮肥水平试验为基础,采用单变量线性和非线性回归方法,建立基于特征光谱参数的冬油菜P NA高光谱估算模型。结果表明,采用比值光谱的方法可显著提高冬油菜冠层光谱反射率与PNA间的相关性,其最佳的波段组合为1 259 nm与492 nm处光谱反射率比值(R1259/R492),决定系数R2为0.85。高光谱参数间,以比值植被指数(RVI-5)、归一化光谱指数(NDSI)、线性内插法红边位置(REIP)、三角植被指数(TVI)、742 nm处一阶微分光谱值(FD742)和红边面积(SDR)等光谱参数与PNA相关性较好(平均R2和标准误SE分别为0.69和42.70),且以FD742表现最优(R2=0.79,SE=35.66)。精度分析结果显示,以光谱参数R1259/R492和FD742为自变量的指数方程模型作为高光谱监测油菜PNA的最佳模型,各生育期Noise Equivalent(NE)均较低且表现稳定,同时模型估测精度较高,R2分别为0.98和0.98,相对均方根误差RRMSE分别为0.73和0.72,相对误差MRE分别为14.42%和10.31%。该方法为快捷和精确评估冬油菜PNA提供了新的研究思路。     

苏丹草-黑麦草轮作制中施肥对饲料产量、养分吸收与土壤性质的影响

大田试验条件下采用苏丹草(Sorghum sudanense)与黑麦草(Lolium L.)轮作,分别设CK(不施肥)、NP(施氮磷肥)、NK(施氮钾肥)、PK(施磷钾肥)、NPK(施氮磷钾肥) 5个处理研究施肥对饲草产量、养分吸收及土壤养分的影响。结果表明,氮磷钾肥配施显著提高苏丹草与黑麦草鲜草产量,2005—2006年与2006—2007年两季饲草分别为162.7 t hm^-2、114.9 t hm^-2,分别比同期PK、NK、NP处理增产312.9%、26.9%、17.9%和338.5%、20.3%、17.2%。施肥影响饲草的氮、磷、钾含量,且氮磷钾配施可以改善饲草养分吸收,2005—2006年NPK处理的饲草N、P、K吸收量分别为500 kg hm^-2、91 kg hm^-2和997 kg hm^-2,2006—2007年NPK处理的饲草N、P、K吸收量分别为312 kg hm^-2、56 kg hm^-2和402 kg hm^-2。轮作系统中,氮磷钾肥配施条件下氮、磷盈余最少,而钾亏缺。在苏丹草-黑麦草轮作制中,随着种植次数的增多,各施肥处理土壤有机质、全氮均有不同程度上升,施磷(NPK、NP、PK)处理的速效磷、施钾(NPK、NK、PK)处理的速效钾均有上升,而NK处理的速效磷、NP处理的速效钾略有下降。