北京地区渗灌条件下冬小麦田间土壤水分动态及节水机理的研究

根据对渗灌条件下冬小麦田间土壤水分、冬小麦生长发育状况及产量的观测 ,研究了渗灌条件下冬小麦田间土壤水分动态及节水机理。试验结果表明 ,渗灌条件下田间土壤水分动态变化与灌溉、冬小麦生长发育状况及气象条件密切相关 ;渗灌用于冬小麦灌溉可以明显起到节约灌溉用水的作用 ,并有利于冬小麦的生长发育及产量形成。在冬小麦的整个生育期 ,采用渗灌比喷灌田间耗水量减少了44 4mm ,灌溉用水节约了1200m3/hm₂ ,而最终产量提高了714kg/hm₂ ,渗灌条件下作物水分利用效率为21 11kg/(hm₂·mm) ,比喷灌条件下高4 49kg/(hm₂·mm)。渗灌用于冬小麦灌溉的节水机理主要表现为两个方面 :①每次灌溉后 ,地表湿度较喷灌条件下要小得多 ,减小了土壤水分的无效物理蒸发 ;②渗灌利于冬小麦根系向地中供水层 (20～120cm )延伸 ,提高了冬小麦根系对灌溉供水层的水分利用     

关于单株玉米耗水量的探讨

一株玉米一生究竟需要消耗多少水,目前尚无定论。国内外许多著作中,一株玉米一生蒸腾耗水量常常引用"200kg"这一数据。在《中国玉米栽培学》中,则提出了蒸腾耗水量为80kg/株,两者相差2.5倍。文章通过中国科学院禹城综合试验站大量的玉米农田蒸发实验数据,分析了生长在自然条件下单株玉米的蒸腾耗水量和玉米平均总耗水(包括蒸腾量和棵间蒸发量),得到如下结果:①单株春玉米的总耗水量为100kg/株左右,蒸腾耗水量为60kg/株左右;②华北平原夏玉米总耗水量为50~80kg/株,蒸腾耗水量为30~40kg/株;③只要土壤水分不出现长期干旱,土壤水分状况不会对单株玉米耗水量产生大的影响;④种植密度对单株玉米需水量产生重大影响,当玉米种植密度由5.0×10⁴株/hm²增至10.0×10⁴株/hm²时,总耗水量仅增加13.18%,而单株耗水量减少了44.48%。这些数据可供参考。     

基于WOFOST模型的京津冀地区冬小麦生产潜力评价

研究利用近40年的逐日气候数据,借助WOFOST作物模型模拟分析了京津冀地区冬小麦的生产潜力,通过与实际产量的比较,探讨了提高冬小麦产量的潜力与措施。研究表明：①京津冀地区(除张家口和承德地区)冬小麦光温潜力介于6934~9143kg/hm²之间,从冀中南部向京津地区和冀东北地区逐渐增大,区域平均生产潜力为8037kg/hm²;②冬小麦雨养潜力介于4515~6639kg/hm²之间,由东部和南部随降水量降低依次向西北递减,到冀西北区降至最低,区域平均产量为5771kg/hm²;③影响冬小麦产量的自然因子中,水分是关键限制要素,北部地区也受低温霜冻的影响;④京津冀中部和南部地区的冬小麦生产潜力年际变化波动相对较小,东北部变化波动相对较大;⑤2005-2007年研究区冬小麦的实际单产在2721~7300kg/hm²之间,区域平均5247kg/hm²,相当于潜在产量的50%~80%,其中石家庄地区附近实际产量达到潜在产量的80%以上,天津和沧州地区以及邯郸地区,实际产量与潜在产量的差距较大。     

黄土高原地区小麦生产潜力模拟研究

分析了作物生产潜力常规研究方法的不足,探讨了作物生长模型模拟方法的优势,在模型验证和气象、土壤和作物数据库组建的基础上,应用DSSAT3中的CERES小麦模型模拟研究了黄土高原地区28个代表点冬小麦和春小麦的光温生产潜力和气候生产潜力,统计计算了各点小麦产量潜力多年平均值、标准差、最高值和最低值,分析了潜力值年际变异与地区分布差异,并计算了小麦的水分满足率。黄土高原冬小麦光温生产潜力、气候生产潜力和水分满足率分别为7970～8647kg/hm²、2219～7545kg/hm²和0.278～0.872,春小麦分别为7436～9127kg/hm²、0～7598kg/hm²和0.192～0.961。     

荒漠绿洲调亏灌溉条件下辣椒耗水规律研究

以陇椒2号和美国红为试验材料,在民勤荒漠绿洲大田条件下研究了辣椒的耗水规律、产量、水分利用效率和生物量对调亏灌溉的响应。结果表明,辣椒耗水量与灌水量显著正相关,制干专用品种美国红的耗水量(434.63 mm)显著小于鲜食品种陇椒2号(482.10 mm)。两品种耗水强度均表现为结果盛期>定植—坐果期>结果末期,美国红3个时期各处理的平均耗水强度分别为4.30、3.89、2.82 mm/d,陇椒2号分别为4.85、4.03、3.57 mm/d。耗水模数表现为结果盛期>定植—坐果期>结果末期(结果盛期调亏处理除外),充分灌水条件下,两品种耗水模数相当,3个生育期分别约为46%、40%、14%,各生育期进行调亏灌溉均会显著降低其耗水强度和耗水模数,结果盛期最为明显。产量和生物量对结果盛期中度和重度调亏灌溉最为敏感,其次为定植—坐果期重度调亏,美国红产量分别较对照降低25.24%、40.71%、14.17%,单株生物量分别降低7.43、14.18、21.38 g;陇椒2号产量分别降低22.93%、32.37%、16.77%,生物量分别降低9.15、15.87、23.34 g。定植—坐果期中度调亏对产量和生物量的影响均不显著,产量水分利用效率分别增加0.51 kg·m^-3和0.40 kg·m^-3,因此,在定植—坐果期进行中度调亏灌溉(土壤相对含水量为55%~65% θ_f, θ_f指田间持水量),其他生育期充分灌水(土壤相对含水量为75%~85% θ_f),可以实现节水高效。     

小麦与不同作物多样化轮作对土壤真菌群落的影响

为明确华北平原冬小麦与不同作物多样化轮作下的土壤真菌群落差异,为生态可持续种植制度的构建和优化提供理论依据,采用实时荧光定量PCR和高通量测序技术研究了连续冬小麦-夏玉米M、冬小麦-夏花生(夏玉米)PM和冬小麦-夏大豆(夏玉米)SM轮作处理的土壤真菌群落丰度、组成和多样性.结果表明,与连续冬小麦-夏玉米处理相比,轮作花生PM2和大豆SM2处理显著降低了土壤真菌ITS序列拷贝数,轮作花生或大豆处理增加了土壤真菌群落丰富度和多样性.非度量多维尺度分析(NMDS)结果显示,不同轮作茬口之间土壤真菌群落存在明显分离,轮作作物对土壤真菌群落结构的影响达显著水平.华北平原砂壤质潮土中不同作物轮作处理的土壤真菌群落均以Ascomycota为优势菌门,以Sordariomycetes和Eurotiomycetes为优势菌纲.不同轮作茬口土壤真菌群落组成存在差异显著的类群,Neocosmospora、Plectosphaerella和Gibellulopsis等潜在病原真菌在冬小麦-夏花生(夏玉米)轮作处理中显著富集,而Penicillium和Zopfiella等潜在有益真菌在冬小麦-夏大豆(夏玉米)轮...     

禹城市水资源高效利用与管理

简要分析了禹城市水资源总量、水资源承载能力与水环境问题。根据笔者在禹城站所测的作物耗水量试验资料，制订了本区冬小麦、夏玉米的高产灌溉制度(公顷单产分别为6000kg和9000kg)。在上述研究的基础上，论述了本区引黄补源灌溉的必要性，并提出了所建议的实施方案，其中包括节水灌溉模式与节水灌溉技术。     

华北引黄灌区粮食产量与农业土壤资源质量时空分布特征

明确作物产量和土壤养分时空变异可以更好地掌握农田生产力和土壤质量情况,对农业资源合理配置以及提高生产力可持续性有着非常重要的意义。利用华北平原引黄灌区下游农田作物产量数据和耕地质量监测数据,对华北平原引黄灌区下游作物产量的演变以及有机质和养分的空间分布进行分析,阐明该地区作物产量、土壤养分的空间分布特征。结果表明：灌区的农田生产力水平存在显著的空间和时空差异。20世纪80年代末以来,农田生产力水平整体呈上升趋势,冬小麦高产田分布在黄河下游北岸中部地区的齐河县和下游南岸三个县,范围是6084.0~6861.0 kg/hm²,夏玉米产量空间分布整体上呈现出中间高两端低的特征,其中齐河县的产量最高,为7524.0 kg/hm²。灌区农田土壤有机质、氮、磷、钾养分具有明显的时空分布差异,有机质和速效钾含量最高的德州市分别为16.30 g/kg和202.40 mg/kg,全氮含量最高的淄博市为1.17 g/kg,有效磷含量最高的泰安市为34.56 mg/kg。研究表明,灌区的生产力水平一直不断在提升,仍有很大的增长空间。掌握养分分布特征和土壤肥力的空间差异来制定合理的施肥措施,可为今后该地区实现精准农业和高产稳产提供科学依据。     

生物可降解地膜覆盖对关中地区小麦-玉米农田温室气体排放的影响

为探究生物可降解地膜覆盖对冬小麦-夏玉米轮作农田生态系统温室气体排放的影响,布设了普通地膜覆盖（PM）、生物可降解地膜覆盖（BPM）和无覆盖（CK）这3个处理,采用静态暗箱-气相色谱仪法监测了2018～2019年土壤CO₂、 CH₄和N₂O的排放通量,并用水分利用效率（WUE）、温室气体排放强度（GHGI）和净生态系统经济预算（NEEB）指标评估覆膜对作物产量、农田环境和经济效益的影响.结果表明,与CK相比,PM和BPM增加了玉米季土壤CO₂的排放,PM处理下CO₂排放总量高于BPM处理（P>0.05）.PM和BPM处理均能够显著减少土壤对CH₄的吸收,CH₄的年吸收量较CK处理分别减少了42.0%和24.2%（P<0.05）.与CK相比,PM和BPM增加了小麦季N₂O排放总量（P>0.05）,而显著降低了夏玉米季N₂O排放（P<0.05）.覆膜能够提高作物产量和水分...     

西藏地区春青稞耗水特征及适宜灌溉制度探讨

以中科院拉萨高原生态试验站为依托,通过开展春青稞生长与土壤水分定位观测实验,利用SHAW模型实现对春青稞农田蒸散发与土壤水深层渗漏与补给过程模拟,分析了春青稞的耗水特征,并对其适宜的灌溉制度进行了初步探讨:①春青稞生长期间,耗水450 mm左右,其中,分蘖—拔节、拔节—抽穗、抽穗—蜡熟这3个阶段是春青稞的耗水旺期,耗水量占整个生长期的72%。把握住该时期的水分供应,对提高作物产量十分重要。②在春青稞的需水关键期降水量仅能满足作物需水的58%,必须补充人工灌溉;但现行的灌溉制度由于灌溉量较大,不仅加大土壤蒸发,更造成较大的深层渗漏。③在播种—出苗、拔节—抽穗期分别灌溉50 mm,抽穗—蜡熟期灌溉60 mm,共减少灌溉用水125 mm后,深层渗漏减少了81%(131 mm);深层土壤水向上补给量增加了55%(44 mm)。节水灌溉不仅减少了土壤蒸发与深层渗漏也促使深层土壤水向上补给根系层,应该大力推广这一灌溉制度。     

西辽河流域不同土地利用结构硝酸盐氮输出通量模拟

采用土槽模型渗流试验方法,结合土地利用结构现场调查资料研究了西辽河流域不同土地利用结构耕层土壤NO3--N淋溶输出通量的时空变化规律.结果表明,不同土地利用结构NO3--N淋溶输出通量的空间分布规律为农田〔50.23kg/(hm2.a)〕>沙荒地〔12.77kg/(hm2.a)〕>林地〔8.68 kg/(hm2.a)〕>草地〔4.17 kg/(hm2.a)〕,农田和沙荒地对NO3--N输出起源作用,林地和草地起汇作用;西辽河流域沙土区耕层土壤NO3--N输出总量为13.86×104 t/a,不同土地利用结构的NO3--N输出比例为农田(95.31%)>沙荒地(4.69%),农田是西辽河流域氮素营养管理的重点结构;NO3--N输出量夏季(65%)>秋季(25%)>春季(8%)>冬季(2%),夏季是流域氮素营养管理的重点时段;NO3--N淋溶输出通量与土壤硝态氮含量呈极显著正相关.      

作物生产、水分消耗与水分利用效率间的动态联系

在对水分消耗与产量（或同化物生产）关系剖析的基础上，引入边际水分利用效率与水分生产弹性系数概念，探讨具有动态特征的作物生产、水分消耗与水分利用效率间的内在联系。就作物产量层次上的水分利用效率而论，当Ｙ＝ｆ（ＥＴ）表现为线性时，ＷＵＥ随ＥＴ的变化趋势直接受常数项的取值条件的影响；当Ｙ＝ｆ（ＥＴ）表现为二次抛物线时，随着ＥＴ的增加，ＷＵＥ的最大值要先于Ｙ的最大值而提前达到，使ＷＵＥ达到最大值的ＥＴ值等于常数项与二次项系数之比的算术平方根，在其之前，ＷＵＥ渐增，在其之后，ＷＵＥ渐降。     

Regional crop yield, water consumption and water use efficiency and their responses to climate change in the North China Plain

The North China Plain (NCP) is one of the most important regions for food production in China, with its agricultural system being significantly affected by the undergoing climate change and vulnerable with water stress. In this study, the Vegetation Interface Processes (VIP) model is used to evaluate crop yield, water consumption (ET), and water use efficiency (WUE) of a winter wheat (Triticum aestivum L.)–summer maize (Zea mays L.) double cropping system in the NCP from 1951 to 2006. Their responses to future climate scenarios of 21st century projected by the GCM (HadCM3) with Intergovernmental Panel on Climate Change Special Report on Emission Scenario (IPCC SRES) A2 and B1 emissions are investigated. The results show a rapid enhancement of crop yield in the past 56 years, accompanying with slight increment of ET and noticeable improvement of WUE. There exist spatial patterns of crop yield stemmed mainly from soil quality and irrigation facilities. For climate change impacts, it is found that winter wheat yield will significantly increase with the maximum increment in A2 occurring in 2070s with a value of 19%, whereas the maximum in B1 being 13% in 2060s. Its ET is slightly intensified, which is less than 6%, under both A2 and B1 scenarios, giving rise to the improvement of WUE by 10% and 7% under A2 and B1 scenarios, respectively. Comparatively, summer maize yield will gently decline by 15% for A2 and 12% for B1 scenario, respectively. Its ET is obviously increasing since 2050s with over 10% relative change, leading to a lower WUE with more than 25% relative change under both scenarios in 2090s. Therefore, possible adaptation countermeasures should be developed to mitigate the negative effects of climate change for the sustainable development of agro-ecosystems in the NCP.     

华北平原1981～2001年作物蒸散量的时空分异特征

利用土壤-植被-大气传输机理模型(VIP模型),以GIS背景数据库(土地利用图、土壤质地图和数字高程图)为支撑,在NOAA-AVHRRNDVI数据和气象信息的驱动下,连续模拟了1981～2001年华北平原冬小麦和夏玉米生育期的蒸散过程。结果表明:模拟的作物蒸散量与Lysimeter观测值和其他学者的田间试验研究结果具有较好的一致性。华北平原冬小麦多年平均蒸散量空间上呈现南高北低的趋势,其中黄河以北地区和山东半岛的蒸散量在200～400mm之间,南部地区在400～466mm之间。对玉米而言,北部的海河低地平原以及津、冀、鲁的沿海地区多年平均蒸散量变化在230～380mm,其余大部分地区蒸散量在380～470mm。除本区最南端的极少部分地区外,华北平原大部分地区冬小麦生育期内的自然降水都小于蒸散量,水分亏缺量大于200mm,而夏玉米生育期内大部分地区的降水大于蒸散量。     

三峡库区紫色土坡耕地小流域磷收支估算及污染潜势

为了解三峡库区磷收支情况,进行污染潜势评价,对三峡库区典型紫色土坡耕区新政小流域进行调查分析. 结果表明,新政小流域单位面积磷输入量为139.82 kg/(hm2·a),输出量为 101.69 kg/(hm2·a).肥料磷输入是新政小流域磷输入的主要来源,占磷输入总量的72.26%;人畜排泄物磷是新政小流域磷的主要输出方式,占磷输出总量的56.01%;新政小流域磷损失负荷为18.26 kg/(hm2·a),人畜排泄物损失磷是磷损失的主要形式,占磷损失总量的46.75%;磷盈余负荷为38.13 kg/(hm2·a),高于全国平均值26.1 kg/(hm2·a).坡耕地磷污染潜势呈现,磷肥的过量施用是造成污染潜势的主要原因.      

东北地区参考蒸散量的变化特征及其成因分析

蒸散是水分运动过程中地表热量平衡和水分平衡的组成部分,是影响气候变化的重要一项。进行蒸散量变化的研究,对了解气候变化、探讨水分循环变化规律具有十分重要的意义。论文利用东北地区124个气象站1961—2007年的日气象数据,采用Penman-Monteith方程计算了参考蒸散量,分析了参考蒸散量的变化趋势及其变化原因。结果表明,在这47 a间,东北地区年平均气温以0.38℃/(10 a)的趋势递增,但是参考蒸散量总体上却以4.4 mm/(10 a)的速度递减。在地区分布上,三分之二的地区参考蒸散量呈下降趋势,显著下降的地区集中在辽宁朝阳地区,三分之一的地区参考蒸散量呈上升趋势,主要集中在辽宁南部和吉林东部地区。对有关各气象因子分析表明,影响参考蒸散量的主要因子为日照时数和风速。     

土壤水分资源生产能力及其利用研究

采用人工控制土壤贮水量，在陕西关中气候条件下，研究作物土壤水分生产能力结果表明：土壤水分生产能力小麦最高为１７．５９ｋｇ／（ｈm₂·ｍｍ），谷子１１．６１ｋｇ／（ｈm₂·ｍｍ），豌豆１０．３３ｋｇ／（ｈm₂·ｍｍ），油菜１０．６ｋｇ／（ｈm₂·ｍｍ）；获得一定籽粒产量的最低土壤水分临界值约为：小麦１６０ｍｍ，豌豆１５０ｍｍ，谷子和油菜３００ｍｍ，土壤水分超过此临界值后，增加水分，作物产量大幅度提高，但当水分超过一定量（豌豆３００ｍｍ，小麦４００ｍｍ，谷子５００ｍｍ，油菜６５０ｍｍ时），产量则渐趋于稳定；低供水多施肥和高供水少施肥土壤水分的无谓消耗增加，不利于提高土壤水分的生产能力，必须量水施肥，才能提高土壤水分生产能力。     

Alternative cropping systems for sustainable water and nitrogen use in the North China Plain

Serious water deficits and excessive nitrogen (N) applications are threatening the sustainability of intensive agriculture in the North China Plain (NCP). This study examined the possibility of replacing the conventional system (Con.W/M) of winter wheat (Triticum aestivum L.) and summer maize (Zea mays L.), with an optimized double cropping system (Opt.W/M), a 2-year system (winter wheat/summer maize-spring maize, W/M-M), and a monoculture system (spring maize, M) based on optimal water and N management strategies. From 2004 to 2010, a long-term field experiment conducted in the NCP showed that although >70 mm of irrigation water can be saved with Opt.W/M compared with Con.W/M, annual net groundwater use under Opt.W/M was still 250 mm, 65-90% of which was consumed during the winter wheat season. When wheat production was decreased, 35% and 61% of irrigation water could be reduced in W/M-M and M compared to Con.W/M, respectively. As a result, annual groundwater use was decreased to 190 mm in W/M-M and 94 mm in M. Meanwhile, the N fertilizer rate was reduced 59% and 72% in W/M-M and M compared to Con.W/M, respectively. There were no significant differences in net economic returns between Con.W/M and W/M-M across the 6-year period. In the 6 years, no significant economic loss was observed between Con.W/M and M except in the 2008-2010 rotation. The W/M-M and M systems showed great potential to reduce water and N application and achieve groundwater use balance, and thus should be considered for economic and sustainable agricultural development in the NCP.     

大气臭氧浓度升高对农作物产量的影响

大气O₃浓度升高对农作物产量的影响是评估大气O₃造成农作物减产及经济损失的基础. 分别在北京和广东东莞建立OTC(田间开顶式气室)系统,开展大气O₃对大田冬小麦和水稻的影响研究,在整个生长期对作物进行O₃熏蒸,计算O₃暴露量,获得冬小麦和水稻产量与O₃暴露量之间的响应关系. 结果表明:东莞水稻临界水平(以AOT40计,AOT40为大于40nL/L的小时平均φ(O₃)与40nL/L差值的累计值)为4.95μL/(L·h),而北京冬小麦为2.44μL/(L·h). 根据我国已有农作物O₃暴露量-产量响应关系计算可知,我国水稻和冬小麦的AOT40分别为4.950~9.506和2.280~3.858μL/(L·h),水稻对O₃的敏感性从我国北方到南方呈逐渐增加态势,但冬小麦对O₃敏感性并无明显的地域变化规律. 在大田环境大气φ(O₃)条件下,东莞水稻相对产量损失为2.70%〔AOT40=2.68μL/(L·h)〕,北京冬小麦的相对产量损失为12.85%〔AOT40=6.72μL/(L·h)〕. 我国农作物生长环境多样,作物种类繁多,需要继续开展试验研究来建立本地化O₃暴露量-产量响应关系,用于合理评估区域农作物产量损失.