冬小麦-夏玉米轮作区土壤养分时空变化特征

【目的】研究冬小麦-夏玉米轮作区土壤养分的时间和空间变化规律以及多年轮作对土壤养分的影响。【方法】以国家精准农业示范研究基地为例,利用GIS技术和地统计学方法,结合《北京土壤养分分等定级标准》,分析冬小麦-夏玉米轮作区土壤养分时空变异特征。【结果】从2000—2007年,研究区严重缺乏磷、钾养分,且含量等级呈下降趋势;土壤全氮含量虽在部分区域偏高,但盈亏等级也呈下降趋势;有机质含量略微增加,处于平衡状态。不同年度的各土壤养分的变异系数范围为11.00%—51.71%,属于中等程度的变异。随着时间的推移,有效磷、有机质、全氮和碱解氮空间分布稳定。速效钾在2001年空间分布规律与2000年和2007年不同,但2000年和2007年空间分布一致,说明土壤速效钾空间分布也具有一定的稳定性。【结论】整体上来说,研究区南部和东北部土壤养分含量偏高,中部含量偏低。当田块土壤物理特性有大的变动时,土壤养分的空间结构特征会受到一定影响;但当长时间田块耕作管理相对一致时,结构性因素（尤其土壤特性、气候）起主要作用。     

黄淮海地区冬小麦-夏玉米生育期内水分供需时空变化特征

为明确影响黄淮海地区作物需水的关键气象因子及其变化特征,基于该地区的66个国家标准气象站点1987—2016年长时间序列的逐日观测资料,采用敏感性分析、因子趋势检测和GIS空间分析等方法,定量计算冬小麦-夏玉米生育期内的有效降水量(Pe)、作物需水量(ETc)及灌溉需水量(ETaw),分析1987—2016年黄淮海区冬小麦-夏玉米水分供需的时空变化特征以及ETc对不同气象因子的敏感性差异。研究表明,1987—2016年冬小麦生育期内Pe远不能满足其生长需求,年均ETaw达264mm,特别冬小麦生育期内Pe呈较明显的下降趋势,伴随气温不断升高,使其面临较严重的水分亏缺;而夏玉米生育期与Pe耦合度高,年均ETaw仅为79mm。黄淮海地区北部为冬小麦ETc和ETaw的高值区,南部ETaw相对较低,但1987—2016年增加趋势明显。相对湿度和气温对ETc的影响最大,其次是平均风速和日照时数,相对湿度的减少和气温的显著升高都将导致ETc的增加。     

冬小麦-夏玉米轮作中长期定位施肥的土壤钾素变化研究

基于25年的长期定位试验, 研究了非石灰性潮土区冬小麦—夏玉米轮作中长期定位施肥的土壤钾素变化。结果表明, 单施有机肥及有机肥配施无机氮肥, 都能明显提高土壤缓效钾的含量; 无机钾肥与氮肥配施能显著提高水溶态钾的含量。土壤速效钾与全钾呈显著正相关, 与土壤缓效钾、交换态钾呈极显著正相关。单施氮肥的土壤, 速效钾、缓效钾含量均降低, 全钾含量变化不明显。     

陕西关中地区冬小麦-夏玉米轮作系统生命周期评价

应用生命周期评价方法分别对陕西关中地区耕作方式存在差异的富平和杨凌两地的冬小麦-夏玉米轮作系统进行评价,分析了轮作系统生命周期对能源消耗、土地资源利用、水资源消耗、全球变暖、环境酸化、富营养化、水体毒性、土壤毒性和人体毒性的影响,得到两地的生态环境综合影响指数分别为0.166 9和0.378 8。富平县小麦、玉米秸秆皆还田,而杨凌区仅小麦秸秆还田,两地的主要环境影响潜在因素不同,分别是富营养化和水体毒性,在冬小麦-夏玉米轮作系统下,富营养化、水体毒性和环境酸化对整个生命周期的生态环境影响较大,富平、杨凌两地的生态环境影响指数分别是0.078 3、0.020 2、0.016 4和0.110 5、0.214 1、0.023 2。农作系统产生了大量引起环境酸化和富营养化的污染物,主要是由于施肥方式不科学和农药施用过量,化肥、农药利用率低,造成了严重的环境负担,因而实施配方施肥、推广低毒农药是降低关中地区冬小麦-夏玉米轮作系统生命周期的生态环境影响的关键。     

冬小麦—夏玉米轮作周期内不同季节土壤硝酸盐测试指标

本文在１９９６－１９９７年河北吴桥实验站冬小麦－夏玉米轮作条件下，对不同氮水平作不同生长期土壤无机氮的季节和剖面动态进行了研究，以此探讨Ｎｍｉｎ推荐施肥技术指标。     

华北平原冬小麦-夏玉米种植系统生命周期环境影响评价

以华北平原集约高产粮区河北省栾城县为例,应用生命周期评价方法进行小麦-玉米轮作体系生命周期资源消耗与污染物排放清单分析,在此基础上进行生命周期环境影响评价.结果表明,在传统生产方式下,小麦生命周期环境影响较大的潜在因素是富营养化、水体毒素、环境酸化和土壤毒素;玉米生命周期环境影响较大的潜在因素是富营养化、环境酸化和水体毒素.小麦-玉米轮作体系下,氮肥、农药、电力的生产和使用过程是可能引起能源耗竭和气候变暖的主要因素,分别占整个体系的86.5%和66%;农民超量使用氮肥造成NH3挥发和NO3-N淋失,是导致潜在环境酸化和富营养化的关键;而农药的使用是造成潜在水体毒素、土壤毒素的主要原因.因此,工业领域要实施清洁生产机制.降低农资生产能耗;农业领域要减少氮肥、农药的使用量,推广节水灌溉技术.     

驻马店夏玉米生长季气候特征及影响

通过对驻马店和豫北夏玉米高产区代表新乡市气候资料及夏玉米生育状况进行对比分析,发现:驻马店热量资源丰富,能基本满足夏玉米生长发育的需要,但与新乡相比波动性较大,缺乏稳定性。降水时空分布极不均匀,干旱、洪涝和渍害频发;与新乡相比,洪涝和渍害是驻马店玉米高产的主要限制因子。光照条件能基本满足夏玉米生长发育需要,与新乡相比仍显不足,尤其灌浆期的光照不足对玉米高产影响较大。光、温、水在驻马店玉米高产中的限制作用由大到小依次为降水—光照—温度。与新乡相比,驻马店夏玉米苗期降水多、墒情好,植株生长速度快,绿叶面积大;穗期气温高、墒情足,生长加快,穗分化时间缩短,果穗较小;抽雄开花期温度高、墒情差,受粉不佳,影响结实粒提高;粒期降水多、光照差、日较差小,灌浆效率低、病虫害重;后期气温高、提早成熟,灌浆结束早,影响灌浆。     

冬小麦-夏玉米轮作推荐施肥模型

本文以1986～1988年度冬小麦、夏玉米3×3多点试验数据分别建立了冬小麦、夏玉米包括土壤测试值(土壤全氮含量、Olsen-P 含量)在内的综合推荐施肥模型。通过1992年～1993年度冬小麦-夏玉米轮作施肥试验对模型进行了校验,以土壤 Olsen-P 含量变化规律将两种作物的综合推荐施肥模型联立起来。形成轮作综合推荐施肥模型。由轮作综合推荐施肥模型推导出冬小麦施用磷肥对夏玉米的后效效益方程,它与轮作试验结果十分吻合。     

冬小麦-夏玉米轮作中的磷肥推荐

本文以1986～1988年度冬小麦、夏玉米3×3多点试验数据分别建立了冬小麦、夏玉米包括土壤测试值(土壤全氮含量、Olsen-P 含量)在内的综合推荐施肥模型。通过1992年～1993年度冬小麦-夏玉米轮作施肥试验对模型进行了校验,以土壤 Olsen-P 含量变化规律将两种作物的综合推荐施肥模型联立起来。形成轮作综合推荐施肥模型。由轮作综合推荐施肥模型推导出冬小麦施用磷肥对夏玉米的后效效益方程,它与轮作试验结果十分吻合。     

气候变化对华北平原主要农作物生长影响研究——以冬小麦、夏玉米为例

为了探讨未来气候变化对华北平原区农业生产的可能影响,收集了中国科学院栾城试验站15年的田间试验资料,下载了Had CM3气候模式A2、B2情景下2050s以及2080s气象资料,将降尺度后的气象资料输入DSSAT模型,模拟了未来冬小麦、夏玉米生育期、耗水量和产量的变化。结果表明:在未来气候情景下,栾城日均温将明显升高,冬小麦、夏玉米的生育期均将缩短,耗水量总体上均减少,冬小麦产量增加,夏玉米产量下降;将现有的中熟玉米品种调整为晚熟品种后,在未来气候情景下,冬小麦的生育期将缩短,耗水量将减少,产量将明显增加,而夏玉米的生育期将延长,耗水量将增加,产量将与现在相差不大。因此,调整作物品种是华北平原未来农业适应气候变化的重要途径。     

基于CiteSpace的华北冬小麦-夏玉米周年优化灌溉制度的节水潜力分析

为探究华北地区冬小麦-夏玉米一年两熟制周年优化灌溉制度的节水潜力,基于文献计量学方法,系统梳理了1995—2020年有关华北地区冬小麦-夏玉米一年两熟制周年优化灌溉制度的文献发文量、被引量、高影响力期刊、作者、研究单位、高频词、试验站点,以分析其研究态势,并利用CiteSpace进行了可视化与关联分析。在此基础上,进一步整理了该模式中高灌溉需水量作物冬小麦的关键节水技术,包括了工程节水技术(喷灌、滴灌、微喷灌)、生物节水技术(品种选育)与典型农艺节水技术(优化灌溉制度)等,系统分析了各节水技术对冬小麦产量、耗水量、水分利用效率的影响。结果表明:1)华北地区冬小麦-夏玉米一年两熟制周年优化灌溉制度研究的相关发文量在近年来呈明显增加趋势,发展态势良好,但同时缺乏高被引论文。中国农业大学、中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心、河南农业大学发文数量排在前三位,分别占总发文数的27%、10%和10%,在该领域具有较高的活跃度;2)从高频词来看,该领域主要聚焦于水分利用效率、产量、光合特性、生长特性、模型模拟等。但相关领域也存在问题,如主要作者、一些研究机构间合作不够密切,田间实验站点分布不均匀且缺少长期稳定的定位观测试验等;3)对于高灌溉需水量作物冬小麦的文献计量研究表明,喷灌、滴灌、微喷灌、选用抗旱节水品种等技术,可降低田间耗水量7%~13%、产量不同程度增加2%~10%,水分利用效率提高约5%~28%。优化灌溉制度,减少灌溉次数,且根据不同降水年型保证冬小麦关键生育期的需水,可降低田间耗水9%~25%,产量降低2%~18%,水分利用效率提高约6%~9%。综上,为进一步保证粮食生产与水资源安全,应将冬小麦-夏玉米一年两茬作为一个整体来充分考虑周年的水分利用,合理优化周年的灌溉制度,构建整合配套的农艺节水技术体系和灌溉设备与技术。     

优化氮肥配置提高冬小麦-夏玉米贮墒旱作栽培水氮利用效率

为探明与冬小麦-夏玉米周年贮墒旱作节水栽培模式相配套的氮肥高效施用技术,基于贮墒旱作栽培(冬小麦和夏玉米灌底墒水或出苗水,生育期内不灌水),在全年施氮量360 kg/hm2下开展了前后茬作物施氮量配比不同的大田试验.试验设置4种施氮处理,分别为冬小麦120 kg/hm2+夏玉米240 kg/hm2(W0N1);冬小麦1...     

华北冬小麦开花及成熟期变化特征分析

利用华北平原59个农业气象观测站1981—2010年冬小麦生育期资料,分析了该区域冬小麦在气候变暖背景下开花期和成熟期的变化趋势特征。研究结果表明：近30年来,华北平原冬小麦开花期和成熟期均发生了明显变化。相对1980s而言,1990s开花期普遍提前2～5 d,成熟期提前1～6 d左右,2000s开花期则一般提前3～9 d,成熟期提前1～7 d左右。因此,随着年代推进,华北平原冬小麦开花期和成熟期提前趋势在进一步加剧。相对1980s而言,1990s生育期等值线普遍北移,而2000s等值线进一步北移的趋势更加明显。研究发现,3—5月月平均气温升高是开花期和成熟期提前的一个重要影响因素。     

华北春玉米高温胁迫影响机理及其技术应对探讨

本研究针对华北平原春玉米一熟制高产的限制因子(灌浆期高温胁迫)问题,在分析了国内外高温对玉米胁迫影响机理的相关研究基础上,对华北平原春玉米可能突破灌浆期高温胁迫、实现高产的技术途径进行了探讨.结果表明,高温对华北春玉米胁迫的主要表现是:缩短了籽粒线性增长持续期;减小了籽粒体积及同化物向籽粒的转移量,进而降低了灌浆速率;花粉败育和花期不遇导致结实率下降;地温超过35℃时,会降低根系生长速率,使侧根变细;降低了光合酶活性、叶绿素含量及PSⅡ功能,进而降低了光合能力;降低了叶片水分状态和植株氮素累积量;诱发了纹祜病和青枯病.要突破该区春玉米灌浆期的高温胁迫,需要从提高春玉米本身的机能和改善其生境调控着手,躲避高温(提前或推迟播期)和抗耐高温(选育耐热性品种;外施水杨酸(SA)、激动素(BA)、脱落酸(ABA)等化学调控;在灌浆期之前进行高温锻炼;有机肥、铜肥、锌肥、钾肥等营养调控;深松和垄作等耕作调控;优化灌溉制度等水分调控;调整株距和行距改善种植方式等方面).在单项技术研究的基础上,系统设计、集成各项单项技术,形成综合技术体系,是该区春玉米高产的技术途径.     

华北小麦玉米轮作区耕地地力等级划分及特征

华北地区在我国粮食生产中占有举足轻重的地位,小麦玉米轮作是该区域主要种植制度。本文选取华北小麦玉米轮作区为研究区域,从农业部县域耕地地力调查与评价数据库中甄别遴选了23 862个评价样点,采用土壤图、土地利用现状图和行政区划图组合叠置确定了17 945个评价单元,选取了降水量、积温、地貌类型、耕层厚度、耕地质地、有机质、有效磷、速效钾、有效锌、盐渍化程度、灌溉能力等11个指标,运用特尔斐法、模糊评价、层次分析等方法对耕地地力进行了评价。结果表明:华北小麦玉米轮作区1~6级耕地面积分别占总耕地面积的11.29%、19.30%、28.06%、21.57%、11.99%和7.80%。在定量分级的基础上,将本次评价数据与第二次土壤普查数据进行深入对比,结果发现:该区域耕地地力总体水平上升,主要表现为土壤有机质、有效磷、速效钾的含量明显上升。评价结果将为华北地区地力培肥与土壤改良、科学布局作物生产、提升耕地生产能力等提供基础信息和科学依据。     

华北平原冬小麦生命周期环境影响评价

以华北平原高产粮区——山东省桓台县的冬小麦生产体系为例,应用生命周期评价方法,对冬小麦两种不同管理措施进行生命周期资源消耗与污染物排放清单分析,在此基础上进行了生命周期环境影响评价。结果表明,桓台县冬小麦常规管理措施下环境影响较大的是能源耗竭、环境酸化、全球变暖和水体富营养化,生命周期环境影响指数分别为0．139、0．126、0．093和0．060。采用推荐管理措施可使冬小麦生命周期环境影响综合指数由常规管理措施的0．063降低到0．032。能源耗竭和全球变暖影响主要来源于高耗能的农用化学品生产。环境酸化潜力主要来自过量施氮导致的NH,挥发和农用化学品生产中排放的SO2,水体富营养化潜力主要来自冬小麦生长季施氮引起的NH3挥发。实施化肥的节能与清洁生产并减少氮肥使用量,是控制华北平原冬小麦生命周期环境影响的关键。     

华北平原夏玉米不同施氮措施的综合增温潜势研究

为探究和利用高固碳、低排放的农业管理措施,以华北平原夏玉米生产为研究对象,采用大田试验和生命周期评价方法,设置对照(CK)、低氮肥(LF)、适宜氮肥(SU)、减排(适宜氮肥+抑制剂,ER)以及高氮肥(HF)5种施氮处理,定量评估夏玉米生产全过程中的土壤排放温室气体增温潜势(GWP_Soil)、农业投入增温潜势(GWP_Indirect)、净初级生产力增温潜势(GWP_NPP)、净综合增温潜势(Net GWP)和农田经济效益。结果表明:不同处理总排放增温潜势(GWP_Soil+GWP_Indirect)为10 831.3~14 301.9 kg/hm²(以CO₂当量计),由高到低依次为HF>SU>LF>ER>CK;HF的GWP_Soil及GWP_Indirect均为最高,较CK处理分别高10.9%和153.3%;GWP_Soil对总排放量的贡献较大(>70%),农业投入中肥料对GWP_Indirect的贡献最大,为54.1%~69.7%(CK除外),灌溉次之;华北平原夏玉米农田Net GWP为负值,是大气的碳汇,SU和ER处理Net GWP最大,绝对值分别较CK处理高 18.1% 和17.9%。综上,ER和SU处理净利润最高,属于高收益-高固碳种植管理模式,但ER与SU处理相比,ER的GWP_Soil降低了8.7%,更有利于温室气体减排,适合作为绿色农业发展模式在华北平原推广。     

1961-2020年中国玉米需水量及水分盈亏的时空变化格局

为明确不同区域玉米需水量的时空变化,根据联合国粮食与农业组织(FAO)推荐的彭曼公式和作物系数法,利用1961-2020年558个典型气象站点的标准气象数据对我国不同区域玉米的生育期作物需水量进行计算,并结合玉米生育期内的降水量进一步分析不同区域玉米的水分盈亏时空变化.结果表明,全国玉米生育期内需水量在区域间呈现明显的...     

A simulation of winter wheat crop responses to irrigation management using CERES-Wheat model in the North China Plain

To improve efficiency in the use of water resources in water-limited environments such as the North China Plain(NCP), where winter wheat is a major and groundwater-consuming crop, the application of water-saving irrigation strategies must be considered as a method for the sustainable development of water resources. The initial objective of this study was to evaluate and validate the ability of the CERES-Wheat model simulation to predict the winter wheat grain yield, biomass yield and water use efficiency(WUE) responses to different irrigation management methods in the NCP. The results from evaluation and validation analyses were compared to observed data from 8 field experiments, and the results indicated that the model can accurately predict these parameters. The modified CERES-Wheat model was then used to simulate the development and growth of winter wheat under different irrigation treatments ranging from rainfed to four irrigation applications(full irrigation) using historical weather data from crop seasons over 33 years(1981–2014). The data were classified into three types according to seasonal precipitation: 100 mm, 100–140 mm, and 140 mm. Our results showed that the grain and biomass yield, harvest index(HI) and WUE responses to irrigation management were influenced by precipitation among years, whereby yield increased with higher precipitation. Scenario simulation analysis also showed that two irrigation applications of 75 mm each at the jointing stage and anthesis stage(T3) resulted in the highest grain yield and WUE among the irrigation treatments. Meanwhile, productivity in this treatment remained stable through different precipitation levels among years. One irrigation at the jointing stage(T1) improved grain yield compared to the rainfed treatment and resulted in yield values near those of T3, especially when precipitation was higher. These results indicate that T3 is the most suitable irrigation strategy under variable precipitation regimes for stable yield of winter wheat with maximum water savings in the NCP. The application of one irrigation at the jointing stage may also serve as an alternative irrigation strategy for further reducing irrigation for sustainable water resources management in this area.