1960—2015年黑龙江省水稻需水量时空分布特征

基于黑龙江省26个气象站1960—2015年逐日气象数据和29个水稻灌溉试验站的作物系数,利用Penman-Monteith方法和Arcmap空间分析功能计算并绘制了1960—1979年、1980—1999年和2000—2015年3个阶段水稻生长季参考作物蒸散量(ET0)、水稻生育期天数、需水量、有效降雨量和需水量与有效降雨量耦合度及相应的气候倾向率分布图。结果表明：水稻生长季ET0平均值为620mm,自西向东总体表现为先减小后增大趋势,风速、湿度、日照时数的减小和温度的升高共同作用导致水稻生长季ET0以-3.90mm/(10a)的平均速度下降;生育期平均天数为115d,自北向南总体表现为增加趋势,温度升高引起了水稻生育期天数以2.68d/(10a)的平均速度增加;水稻生育期有效降雨量平均值为297.03mm,自西向东总体表现为先增大后减小的趋势,生育期天数的增加也弥补了降雨量减小的影响,使有效降雨量以0.62mm/(10a)的平均速度增加;需水量平均值为490.52mm,自西向东总体表现为先减小后增加的趋势,生育期天数的增加弥补了ET0减小对需水量的影响,使研究区内水稻需水量以6.66mm/(10a)的平均速度增加;需水量与有效降雨量耦合度平均值为0.64,自西向东表现为先增加后减小的趋势,需水量增幅大于有效降雨量增幅,使需水量与有效降雨量耦合度总体以-0.009/(10a)速度下降。本研究可为黑龙江省合理分配灌溉水资源和优化水稻品种布局提供依据。     

1959—2015年黑龙江省玉米需水量时空分布特征

基于黑龙江省26个气象站1959—2015年的逐日气象数据和14个农业气象观测站的1991—2008年玉米生育期观测资料,利用单作物系数法和Arcmap的空间分析功能计算并绘制了玉米生育期内各月有效降雨量(Effective precipitation)、需水量(Crop water requirement)和灌溉需水量(Irrigation requirement)及三者气候倾向率的分布图,揭示了黑龙江省玉米水分供需的时空分布规律。结果表明：黑龙江省玉米生育期有效降雨量平均值为302mm,高值区位于中部地区,5—6月呈增长趋势,7—9月呈下降趋势;需水量平均值为383mm,自西向东总体呈先减小后增大的分布趋势,除9月外,全生育期及各月需水量均呈减小趋势;灌溉需水量平均值为153mm,其分布与需水量分布相似,西部地区灌溉需水量较大,5、7月呈减小趋势,而8、9月呈大幅增加趋势,应在7、8月适时补充灌溉,保障玉米产量。本研究可为黑龙江省玉米种植区灌溉水资源分配和灌溉制度制定提供科学依据。     

基于地学图谱的县级尺度土地利用时空变化特征研究——以酉阳土家族苗族自治县为例

探究2000—2015年间酉阳县土地利用演变特征规律及地理生态过程,为实现区域土地资源可持续利用提供科学依据。本研究运用图谱理论信息学探究区域土地利用空间分布特征和时空演变规律。结果表明:15年间研究区不同地类呈现不同的发展趋势,土地利用结构主要以林地和草地为主,面积比例分别为86.79%、88.54%、86.13%和85.86%,林地占据一定优势地位。3个时序单元的主要图谱单元类型及面积存在一定的差异性;土地利用涨势和落势图谱中,林地涨势面积最大,占新增面积比例的38.67%,草地落势面积最大,占萎缩面积的比例为38.03%。该研究为今后酉阳县土地利用可持续发展和生态建设提供理论依据和科学支持。     

水磷运筹对水稻产量和磷素吸收与利用的影响

为研究寒地黑土区不同水磷管理模式对水稻成熟期干物质积累、磷素吸收利用和产量的影响,探讨水稻抽穗期根系性状与磷肥吸收效率的关系,通过田间小区试验,设置2种灌溉模式(F:淹灌,C:控灌)和6种施磷量(P0:0 kg/hm~2,P1:15 kg/hm~2,P2:30 kg/hm~2,P3:45 kg/hm~2,P4:60 kg/hm~2,P5:75 kg/hm~2),研究了不同水磷管理模式对水稻成熟期地上部分干物质量、产量及其构成因素、籽粒和植株磷素积累量、磷素利用效率、磷肥吸收效率和磷肥偏生产力的影响。研究结果表明,两种灌溉模式下,随着施磷量的增加,水稻地上部分干物质量、产量、有效穗数、结实率、籽粒磷素积累量和植株磷素积累量呈先增加、后减小的趋势;收获指数、磷素收获指数、磷素籽粒利用效率和磷素干物质利用效率呈先减小、后增加的趋势;磷肥吸收效率和磷肥偏生产力则呈降低的趋势。CP2和FP3处理的水稻地上部分干物质量、产量、有效穗数、结实率、籽粒磷素积累量和植株磷素积累量分别达到两种灌溉模式下不同施磷水平的最大值,CP2和FP3处理水稻产量差异不显著(P0.05),CP2处理的水稻磷肥偏生产力显著高于FP3处理(P0.05),因此,CP2处理为本试验中最优的水磷运筹模式。相关性分析表明,产量与水稻地上部分干物质量呈极显著正相关(P0.01),与收获指数呈显著负相关(P0.05);磷素积累量与地上部分干物质量和产量均呈极显著正相关(P0.01);植株磷素积累量与根干质量和根长密度呈显著正相关(P0.05)。这说明通过适宜的水磷运筹模式,可以创造良好的根系形态,提高水稻地上部分干物质积累量和磷素积累量,有利于提高产量及磷肥利用效率。     

15N示踪分析节水灌溉下水稻对不同时期氮肥的吸收分配

为揭示节水灌溉下水稻对肥料氮素吸收利用情况,利用~(15)N示踪技术分别标记施用的基氮肥、蘖氮肥、穗氮肥,将传统淹水灌溉作为对照,研究了稻作控制灌溉模式下成熟期水稻基肥、蘖肥、穗肥氮素的积累量及各时期肥料氮素在水稻地上部各器官的分布情况,并对比研究了两种灌溉方式不同施氮水平下的各期肥料利用率。试验结果表明:稻作控制灌溉模式较传统淹水灌溉显著提高了水稻地上部干物质积累量、氮素总积累量及产量,起到了"节水、高产"的作用;不同施氮量下水稻氮素总积累量中肥料氮素的占比约为16.49%~22.23%,不同灌溉方式之间差异并不显著;不同施氮水平控制灌溉处理水稻的肥料氮素总利用率为31.82%~36.29%、基肥氮素利用率为10.91%~15.36%、蘖肥氮素利用率为34.84%~36.90%、穗肥氮素利用率为55.78%~63.85%,稻作控制灌溉模式下除水稻对基肥氮素的利用率较低外,肥料氮素总利用率、蘖肥和穗肥氮素利用率均优于传统淹水灌溉,肥料氮素得到了高效利用,降低了肥料氮素残留引起环境污染的风险,相关性分析表明:肥料氮素的总利用率与蘖肥和穗肥氮素利用率呈极显著正相关,研究结果可为进一步提高稻作控制灌溉条件下肥料氮素利用率提供理论依据。     

黑龙江省近50年大豆需水量与干旱时空分布特征研究

基于黑龙江省28个气象站1966—2015年逐日气象数据和20个农业气象站1991—2008年大豆生育期观测资料,计算大豆不同生育阶段的有效降雨量、需水量和水分盈亏指数(Crop water surplus deficit index)及三者的气候倾向率,并根据水分盈亏指数制定干旱等级,计算各生育阶段干旱频率和干旱强度,利用Arc Map空间分析功能绘制相应分布图。结果表明,黑龙江省大豆生育期内年均有效降雨量为253～370 mm,平均值为321 mm,除生长前期外,其他各生育阶段均表现为中部高和东西部较低的分布趋势,大豆生育期有效降雨量气候倾向率为-6.16～9.09 mm/(10a),平均值为2.41 mm/(10a),生长前期有效降雨量总体呈上升趋势,生长后期有效降雨量总体呈下降趋势;大豆年均需水量为336～465 mm,平均值为388 mm,各生育阶段需水量均呈中部低、东西部高的空间分布规律,大豆生育期内需水量气候倾向率为-16.01～2.42 mm/(10a),平均值为-5.17 mm/(10a),各生育阶段需水量总体呈下降趋势;大豆生育期内年均水分盈亏指数为-44.5%～8.9%,均值为-15%,自西向东呈先增大后减小的趋势,水分盈亏指数的气候倾向率为-1.89～4.92%/(10a),水分盈亏指数总体呈上升趋势;大豆各生育阶段干旱频率分布与需水量空间分布大致相同,其中生长前期和快速发育期干旱频率高于生长中期和生长后期,易发生春旱和夏旱。本研究可为黑龙江省大豆的灌溉管理和旱灾预防提供理论依据和参考。     

Effects of irrigation method and rice straw incorporation on CH4 emissions of paddy fields in Northeast China

Paddy and Water Environment - Irrigation methods and rice straw incorporation (RSI) are two major factors influencing CH4 emissions from paddy fields. However, their effects have never been studied...     

基于Δ13C的不同水氮管理对水稻水分利用效率的影响

为揭示不同水氮管理的水稻叶片水分高效利用机理,基于作物生长发育过程中发生的碳同位素分馏效应对作物的长期水分利用效率的指示特性,研究了不同水氮管理对水稻叶片气体交换参数、叶片瞬时水分利用效率(LWUEins)、内在水分利用效率(LWUEint)和碳同位素分辨率(Δ~(13)C)的影响,分析了不同水氮管理下水稻叶片Δ~(13)C与叶片水分利用效率关系。结果表明:稻作控制灌溉模式下配施适量氮肥可以提高水稻叶片气孔导度(Gs),促进叶片胞间与外界气体交换,提高叶片净光合速率(Pn),维持较高的LWUEins、LWUEint,过量施氮会增加水稻对水分亏缺的敏感性,使水稻Gs降低,不利于叶片尺度水分的高效利用;抽穗开花期控制灌溉模式下施氮量较高时叶片水分利用效率较大,同一施氮量处理控制灌溉水稻LWUEins、LWUEint和WUE均高于淹水灌溉,起到了节水高产的效果。通过统计分析可知,不同水氮管理下抽穗开花期水稻叶片Δ~(13)C与LWUEins、LWUEint和WUE均呈负相关,叶片Δ~(13)C对LWUEint的指示性优于LWUEins,且在控制灌溉下叶片Δ~(13)C与LWUEins、LWUEint的相关性较淹水灌溉更为显著;拔节孕穗期及抽穗开花期水稻叶片Δ~(13)C可以很好地表征水稻WUE。结果表明,通过测定水稻不同时期叶片Δ~(13)C能够为预测不同水氮调控下水稻水分利用效率提供参考。     

控制灌溉下秸秆还田对稻田土壤氮素组成的影响

为探明控制灌溉模式下秸秆还田与不同施氮量对稻田表层土壤氮素组成的影响,以黑龙江省寒地黑土为研究对象,于2017—2018年进行了田间连续定位试验,试验秸秆还田量设置为有秸秆还田(还田量为6t/hm2)和无秸秆还田2个水平,全生育期施氮量设置N0(0kg/hm2)、N1(85kg/hm2)、N2(110kg/hm2)和N3(135kg/hm2))4个水平,共8个处理。基于氮稳定性同位素技术,分析了秸秆还田后,稻田土壤表层总可溶性氮组分分配比例,铵态氮(NH+4N)、硝态氮(NO-3N)、可溶性有机氮(SON)、δ15N含量变化以及与土壤表层总可溶性氮含量的相关性。2年结果表明：控制灌溉模式下,秸秆还田提高了土壤表层可溶性有机氮占总可溶性氮的比例、氮矿化量以及δ15N含量。施加秸秆各施氮量处理土壤表层SON含量均低于无秸秆处理,其中N3处理土壤表层NH+4N与NO-3N含量较无秸秆N3处理分别降低40.3%、38.7%。与无秸秆处理相比,秸秆还田不仅提高了土壤供氮能力,而且促进了土壤表层总可溶性氮以较稳定的可溶性有机氮形态存在,当施氮量仅为0kg/hm2时,土壤表层氮矿化量与无秸秆处理最高氮矿化量无显著性差异,且随着施氮量的增加,土壤表层氮矿化量显著高于无秸秆处理(P<0.05)。秸秆中δ15N含量高,促使土壤表层富集δ15N,施加秸秆N1、N2处理土壤表层δ15N含量与无秸秆N2、N3处理无显著性差异,N3处理土壤表层δ15N含量显著高于无秸秆处理(P<0.05),而且连续2年秸秆还田,导致土壤表层总可溶性氮与铵态氮(NH+4N)、硝态氮(NO-3N)、可溶性有机氮(SON)以及δ15N的相关性发生变化。研究结果可为东北地区推行秸秆还田的可行性提供科学依据,对保障东北地区农业水土资源可持续利用具有重要意义。     

水氮耦合对黑土稻田土壤呼吸与碳平衡的影响

为探明不同水氮耦合方式对东北黑土区稻田碳循环的影响,以黑龙江省黑土稻田为研究对象,于2018年进行大田试验,试验设置常规灌溉(F)与控制灌溉(C)两种灌水方式,全生育期施氮量设置0、85、110、135 kg/hm~24个水平(N0、N1、N2、N3),测定了8种不同水氮耦合方式下水稻不同生育期平均土壤呼吸速率、微生物呼吸速率和根呼吸速率的变化以及水稻收获后各器官的固碳量。结果表明,水稻植株总固碳量为446. 49～716. 92 g/m~2,各处理水稻收获后各器官固碳量从大到小依次为穗、茎、叶、根,分别占植株总固碳量的53. 69%～59. 44%、27. 42%～30. 12%、7. 24%～8. 96%、4. 71%～8. 35%。控制灌溉模式能提高水稻植株固碳量,其中CN2处理的总固碳量最大。相同施氮量、控制灌溉模式下,茎、叶、根固碳量均大于常规灌溉模式,除CN0处理穗固碳量低于FN0处理外,其余相同施氮量、控制灌溉模式下的穗固碳量均大于常规灌溉模式。不同水氮耦合方式下,水稻从返青期至乳熟期各生育期平均土壤呼吸速率、微生物呼吸速率、根呼吸速率均呈先升高、后降低的趋势,且均在分蘖期达到峰值。除返青期外,与不施肥处理相比,施肥后各生育期平均土壤呼吸速率、微生物呼吸速率和根呼吸速率均增大,且随着施氮量的增加而增大。控制灌溉模式下各施氮量处理水稻各生育期(除返青期外)平均土壤呼吸速率、微生物呼吸速率和根呼吸速率均高于常规灌溉模式下相同施氮量处理。8种不同水氮耦合方式下黑土稻田均表现为较强的碳"汇",控制灌溉模式能够增加碳"汇"强度,其中CN2处理碳"汇"强度最大。本研究结果可为提高黑土稻田固碳减排潜力提供理论基础,为估算区域乃至全球碳平衡提供数据支撑。