基于文献计量的农业节水领域研究现状及热点分析

农业节水是农业可持续发展的研究热点.为了能够在总体上把握国际有关农业节水技术领域的研究现状、热点和发展趋势,以Web of Science核心合集数据库为数据源,对1992-2019年发表的农业节水技术相关的文献进行计量分析,结果表明:①农业节水技术研究发展迅速,国际尤其是中国在该领域发文量均呈现快速增加趋势.②农业节水技术研究是一个多学科交叉领域,但其载文期刊分布相对集中.③西班牙在农业节水技术研究领域居世界领先地位,论文数量和质量均较高.中国和美国发文量分居第一和第二位,但论文篇均被引频次较低.西班牙高等科研理事会(CSIC)在该领域表现突出,论文数量和质量均最高.中国4所机构发文量进入世界前10位,分别是中国农业大学、中国科学院、西北农林科技大学和河海大学,但4所机构发文质量均有待进一步提升.④灌溉方式是近年来的研究热点,主要包括滴灌、喷灌、分根交替灌溉和加肥灌溉等.关于农业节水技术增产、增效机制方面的研究也是研究的热点,包括对碳氮代谢、水氮互作、植物激素等方面的研究.环境温度、温室气体排放等也是研究的热点.由此可以看出,有关农业节水的研究在国内外都属于研究热点方向,中国在该领域的整体表现突出,但是需进一步加强国际合作,提高在该领域的影响力.     

地膜覆盖对夏玉米籽粒灌浆过程及产量的影响

为揭示地膜覆盖对夏玉米籽粒灌浆过程及产量的影响,在陕西杨凌开展田间试验,以平作不覆膜(CK)为对照,研究了平作全膜覆盖(FM)和平作半膜覆盖(HM)对夏玉米土壤温度、生长指标、灌浆过程、产量与水分利用效率的影响.结果表明:与CK相比,FM和HM提高了表层地温,促进了夏玉米生长发育和干物质积累,优化了籽粒灌浆过程,最终提高了夏玉米的产量和水分利用效率.与CK相比,FM与HM的产量分别增加了15.19％和8.34％,水分利用效率分别增加了19.75％和11.80％.地膜覆盖主要通过提高夏玉米灌浆期各阶段的灌浆速率,延长灌浆快增期持续时间,实现灌浆结束后籽粒产量的提高.与CK相比,FM与HM下夏玉米灌浆结束时理论最大百粒重分别增加了18.19％和7.78％.     

不同有机物料对黄土高原治沟造地土壤水分运移的影响

为了改善黄土高原治沟造地土壤结构较差的问题,采用一维定水头土柱模拟试验,探讨了不同有机物料(生物有机肥、粉碎秸秆、50%粉碎秸秆+50%生物有机肥、尿素、对照)对治沟造地土壤湿润锋推移、累积入渗量、入渗速率和土壤水分蒸发特征的影响,并采用Green-Ampt模型、Philip模型和Kostiakov模型拟合分析土壤水分入渗规律。结果表明:(1)粉碎秸秆与有机肥均降低了土壤水分移动速率,增强了土壤持水能力;粉碎秸秆同时降低了土壤稳定入渗速率,与对照相比减小了17.65%;(2)湿润锋推进深度与累积入渗量呈良好的线性关系;通过对3种入渗模型拟合发现,Philip模型和Kostiakov模型的拟合效果较好,符合黄土高原治沟造地土壤入渗率和时间的动态关系;(3)土壤水分蒸发过程中,添加粉碎秸秆具有阻截和蓄积土壤水分,提高土壤含水量的积极作用。     

垄作覆膜种植对夏玉米生长和土壤水分动态的影响

旨在探索垄作覆膜对夏玉米动态生长过程、作物产量和水分利用效率及土壤水分运移规律的影响。试验设置垄作覆膜(RM)和平作不覆膜(NM)处理,在试验数据分析的基础上,采用Logistic方程及其修正方程分别拟合株高和叶面积指数生长动态,结合数值模型HYDRUS-2D模拟典型降雨过程的土壤水分动态。结果表明:Logistic方程拟合下,垄作覆膜与平作未覆膜处理夏玉米株高最大增长速率及其出现时间分别为5.1,5.2cm/d和播种后39,41天(3年均值),同时垄作覆膜夏玉米叶面积指数最大增长率较平作未覆膜提高了14.6%,增长速率最大值出现时间提前了2天;垄作覆膜夏玉米穗长、穗粒数、百粒重、产量及水分利用效率较平作未覆膜分别增加了7.8%,15.4%,1.3%,6.0%和3.1%(3年均值)。HYDRUS-2D模型对典型降雨后土壤剖面水分变化的模拟结果表明,垄作覆膜能增加降雨入渗,增大0—20cm土层和0—200cm剖面平均含水量。垄作覆膜种植具有增产保墒效应,但其增产效应与生育期气象条件有关,生育季降雨过多或过少都会影响其增产效应。     

考虑灌溉参数空间变异的区域畦灌模拟与验证

精确评估区域畦田灌水质量有助于提高农田灌水管理水平,而具有空间变异性的灌溉参数如何有效表征是影响区域畦田灌水质量精确模拟评价的关键因素。为此,该研究的目的在于借助Monte-Carlo抽样,建立考虑畦灌参数空间变异性的区域畦灌模拟方法。采用Monte-Carlo抽样将具有空间变异性的区域灌溉参数(如入畦单宽流量、土壤砂粒含量、黏粒含量、土壤容重等)离散表征为若干个灌溉参数样本,依次输入田块尺度畦灌地表水流-土壤水动力学耦合模型,以模拟评价区域畦灌过程。基于3次区域畦灌试验的实测数据和1个对比的确定性畦灌模拟方法,验证建立的模型的模拟效果。结果表明,所建模拟方法与确定性模拟方法模拟计算的灌水效率和灌水均匀具一定差异,所建模型的模拟值与实测值间的灌溉定额和田间水利用系数相对误差分别为9.95%~12.23%和8.39%~10.21%,而基于现有模型的相对误差则分别为14.15%~16.78%和13.87%~15.88%,畦田平均土壤含水率实测值与所建模型模拟值的累积分布趋势表现出良好的一致性。上述指标表明所建模拟方法有效缩小了区域灌溉参数空间均化处理所带来的模拟误差范围较大等问题,为区域畦田灌溉优化设计和管理提供了技术支撑。     

氨化秸秆还田加快秸秆分解提高冬小麦产量和水分利用效率

为探索一种能够加快秸秆分解速率和促进冬小麦生长的秸秆还田新措施,2011-2014年采用小区试验方法,对比研究了秸秆覆盖(CK1)、秸秆翻压还田(CK2)、长秸秆氨化翻压还田(AS)和粉碎秸秆氨化翻压还田(PAS)4种秸秆还田方式对秸秆分解速率、土壤水分蓄积、冬小麦叶面积指数和地上部干物质积累、产量及水分利用效率的影响。结果表明,秸秆还田210 d后,AS处理秸秆残留量为48.46%,分别较CK1和CK2降低24.31%和13.68%;PAS处理秸秆残留量为41.84%,分别较CK1和CK2降低34.64%和25.46%;且氨化处理加快秸秆分解速率的效果主要体现在冬小麦生长前期。土壤呼吸与秸秆分解速率呈显著正相关关系,相关系数为0.67(P0.05);AS和PAS处理土壤呼吸速率在冬小麦生长前期分别较CK1增加109.66%和170.13%,分别较CK2增加34.55%和73.36%。连续3 a冬小麦生长季,氨化秸秆还田能显著(P0.05)提高冬小麦生长后期0~100 cm土壤蓄水量。粉碎并氨化秸秆(PAS)较未氨化秸秆还田(CK1、CK2)能显著(P0.05)提高冬小麦拔节期后叶面积指数,促进地上部干物质质量的积累。AS和PAS处理冬小麦3 a平均产量分别较CK1提高6.13%和9.53%,分别较CK2提高3.99%和7.32%;水分利用效率分别较CK1提高5.03%和8.73%,分别较CK2提高5.13%和8.83%。其中,PAS处理3 a平均水分利用效率较AS高。因此,氨化并粉碎秸秆还田(PAS)能有效加快秸秆分解,促进冬小麦生长,提高产量和水分利用效率,对于干旱、半干旱地区改良秸秆还田措施具有重要的实际意义和理论价值。     

垄膜沟灌对旱区农田土壤盐分及硝态氮运移特征的影响

引黄水量的执行性削减加剧了河套灌区农业水资源的紧缺程度及土壤次生盐渍化问题。采取合理的节水灌溉模式对缓解河套灌区农业用水紧张、改良盐渍化土壤、营造适宜作物生长的土壤环境具有重要意义。为明晰垄膜沟灌对河套灌区土壤盐分及硝态氮运移特征的影响及调控效果,通过4次田间沟灌试验,对比研究了高水、中水、低水及高肥、低肥6个组合处理条件下土壤盐分以及土壤硝态氮的变化特征。结果表明:垄膜沟灌条件下灌水量对土壤全盐量的影响高于施肥量,中水处理土壤全盐量始终维持在一个适宜且稳定的水平。灌水量和施肥量对土壤硝态氮含量均有不同程度的影响,中、低水处理后期硝态氮的淋溶显著低于高水处理。垄膜沟灌种植模式下中水低肥处理增加了土壤水分的有效性,抑制了土壤反盐,减少了垄上硝态氮的淋溶,在节水节肥的基础上为作物的生长发育提供了一个适宜的土壤环境,利于生物量的累积及最终产量的形成,在一定程度上解决了河套灌区引黄灌溉配额减少与漫灌洗盐方式严重浪费水资源之间的矛盾,为当地垄膜沟灌技术的推广提供了一定的理论依据与技术支撑。     

起垄覆膜条件下夏玉米农田耗水过程分析

起垄覆膜是西北地区常用的一种种植方式,具有显著的增产效应,但是其增产是否导致了过度消耗土壤水分仍然存在争议。为了探究起垄覆膜增产是否具有可持续性,在陕西杨凌开展了连续3年(2014—2016)的夏玉米种植试验,设置起垄覆膜(RM)和平作不覆盖(NM)两个处理,在试验数据基础上,结合HYDRUS-2D模型分析起垄覆膜对夏玉米蒸腾、土壤蒸发及深层渗漏等田间耗水过程的影响。结果表明:HYDRUS-2D模型率定和验证的R~2在0.65~0.85之间,RMSE在0.014 7~0.021 3 cm~3/cm~3之间,说明该模型可以较好地模拟土壤水分变化过程。RM处理下夏玉米3年平均蒸腾速率比NM处理大18.2%,蒸腾量高15.6%;蒸发速率比NM处理小33.3%,土壤蒸发量低29.6%;蒸腾量的增加和蒸发量的减少使RM处理蒸发量占总蒸发蒸腾量的比值比NM处理小25.5%。RM处理的深层渗漏3年分别为82.5、46.0、9.0 mm,平均是NM处理的1.3倍。RM处理3年平均增产5.3%,水分利用效率提高15.2%,并且田间耗水量减少了2.8%。本研究结果表明起垄覆膜能增大作物蒸腾量,减小土壤蒸发量,促使无效水转化为生产性用水,因此减小了田间水分消耗,具有节水增产效应,适合在当地推广。     

秸秆氨化还田对农田水分与夏玉米产量的影响

寻求秸秆资源的有效还田方式对干旱半干旱区农业的可持续发展具有重要意义。本文于2014年和2015年在夏玉米全生育期设置2个秸秆氨化水平（A0:未氨化冬小麦秸秆,A1:氨化冬小麦秸秆）和2个秸秆长度水平（L0:粉碎为短秸秆,L1:大于50mm冬小麦长秸秆）翻压还田,分析不同预处理秸秆还田条件下夏玉米全生育期株高、叶面积指数、地上部生物量、冠层覆盖度等生长指标以及土壤贮水量、耗水量、产量和水分利用效率的变化。结果表明,2年夏玉米氨化短秸秆翻压还田处理（A1L0）平均土壤体积含水率较未氨化长秸秆处理（A0L1）分别提高了10.7%和6.4%;氨化处理土壤体积含水率明显高于未氨化处理,但不同处理间耗水量差异较小;夏玉米灌浆期氨化短秸秆翻压还田处理（A1L0）的平均冠层覆盖度（CC）比其他处理高3.7%~10.7%;成熟期氨化短秸秆翻压还田处理（A1L0）的平均地上部干物质量比其他处理高 2.1%~9.5%,平均产量比其他处理增加2.8%~9.1%,平均水分利用效率比其他处理增加1.7%~7.4%;氨化短秸秆翻压还田处理（A1L0）能显著提高夏玉米地上部生物量与籽粒产量。因此,氨化短秸秆翻压还田能有效促进夏玉米生长,保持较好的土壤水分条件,有助于提高夏玉米产量和水分利用效率。     

粉碎秸秆对冬小麦棵间蒸发的影响

利用秸秆粉碎还田配施化肥(S)和常规施肥(R)2种措施下的大田试验数据,对比分析了2种措施下冬小麦全生育期内棵间蒸发量的变化,棵间蒸发量占蒸发蒸腾量的比例与叶面积指数的关系以及土壤含水量与叶片含水量的关系.结果表明:S,R 2种措施下冬小麦全生育内的棵间蒸发量变化均呈现为"大—小—大—小—大"的"W"型变化规律,相比较R措施,S措施可有效抑制冬小麦棵间蒸发,全生育期内平均抑制蒸发率为9.96%,抑制蒸发率随着生育期变化,呈现出"高—低—高—低"的趋势.同时冬小麦全生育期内S措施下的叶面积指数均高于R措施下的,棵间蒸发量占蒸发蒸腾量的比例均小于R措施下的,可见,S措施有利于叶片生长,并可减小棵间蒸发量占蒸发蒸腾量的比例.冬小麦封行后,通过监测40~60 cm和60~80 cm土层的土壤含水量可反映S,R 2种措施下冬小麦的水分状况.