灌溉与施氮对留茬免耕春小麦产量、水分利用效率及氮肥表观利用效率的影响

在甘肃省石羊河流域绿洲灌区,研究了不同灌溉量(常规灌溉327 mm、节水20%灌溉261 mm和节水40%灌溉196 mm)和施氮量(0、140、221 kg·hm-2和300 kg·hm-2)对留茬免耕春小麦籽粒产量、秸秆产量、收获指数、水分利用效率和氮素表观利用效率的影响。结果表明,在各施氮处理中,春小麦籽粒产量、秸秆产量、收获指数随灌溉量增加而增加,水分利用效率和氮素利用效率随灌溉量增加先增加后降低。节水20%灌溉的水分利用效率和氮素表观利用效率最高。就各灌溉水平平均值而言,当施氮达到221 kg·hm-2,春小麦籽粒产量(6 365 kg\5hm-2)、收获指数 (0.49)、水分利用效率 (14.51 kg·mm-1·hm-2) 和氮素表观利用效率(21.8%)达到最大值。在与该试验条件相似地区,综合考虑籽粒产量、水分利用效率和氮素表观利用效率,节水20%灌溉和221 kg·hm-2施氮量为最优组合。     

秸秆覆盖下的夏玉米蒸散、水分利用效率和作物系数的变化

农业用水占华北水资源的70%以上,提高农业用水的效率对华北水资源安全具有重要意义。在节水农业研究中,利用农艺节水提高农田水分利用效率是节水农业的重要组成部分,其中减少农田无效棵间蒸发耗水和优化供水制度是主要的农艺节水措施。夏玉米是华北太行山山前平原的主要作物之一,一般在冬小麦收获前的5～7天套种在其中,以延长夏玉米的生育期。随着联合收割机的广泛应用,冬小麦收获后的秸秆直接覆盖夏玉米,对夏玉米的农田蒸散特别是苗期的蒸散产生影响;夏玉米生长在6～9月的雨季,一般年份降水能够满足夏玉米的需水要求,但夏季降水的分布变异较大,再加上近6年来的夏季干旱,使灌水对夏玉米的高产至关重要。为了提高夏玉米的农田水分利用效率,本研究的目的是建立秸秆覆盖下的夏玉米优化供水制度和研究秸秆覆盖对减少棵间无效耗水的影响及秸秆覆盖下的夏玉米作物系数的变化,为制定秸秆覆盖下的夏玉米优化供水制度提供依据。2年的实验结果显示,秸秆覆盖下的夏玉米产量在8000kg/ha,总蒸散量在390mm,水分利用效率在2.2kg/m3。干旱年份,夏玉米在灌四水的条件下产量最高,再增加灌水量,产量减少。水分利用效率随着灌水量的增加有所递减。     

灌溉量对2种灌木光合特性和水分利用效率的影响

采用野外试验,研究了灌溉量对新疆策勒绿洲木沙拐枣（Calligonum mongolicum）和花棒（Hedysarum scoparium）光合特性和水分利用效率的影响。结果表明：（1） 随着灌溉量的增加,沙拐枣和花棒的净光合速率均增加,但是蒸腾速率、气孔导度、胞间CO₂浓度没有明显增加;（2） 灌溉增加了沙拐枣的清晨水势和正午水势,并且只有灌溉和无灌溉处理的正午水势差异显著（p<0.05）;而灌溉只增加了花棒的清晨水势,并且只有充分灌溉和无灌溉的条件下差异显著（p<0.05）;（3） 在不同的灌溉条件下,沙拐枣和花棒的稳定碳同位素比率δ¹³C变化不大,沙拐枣在无灌溉、适度灌溉、充分灌溉下δ¹³C的平均值分别为-12.267、-12.147、-11.958,花棒的δ¹³C分别为-27.928、-28.068、-27.166;（4） 沙拐枣和花棒的水分利用效率均在无灌溉条件下明显高于灌溉条件下,而且一次性的灌溉不会改变其水分利用效率。     

灌水量对土壤水肥分布与春小麦水分利用效率的影响

通过对春小麦不同灌水量土壤剖面水分和可溶性养分分布、农田实际蒸散量、作物水分利用效率及生物指标等的测定与计算,对沙坡头层次性土壤种植春小麦最适宜灌水量进行了研究。结果表明:(1)在春小麦拔节期及扬花期,以500 m³·hm^-2、750 m³·hm^-2及1 000 m³·hm^-2水量灌溉,土壤剖面30~100 cm深度土壤含水量随灌水量的增加而明显增加。(2)拔节期3个灌溉水平土壤剖面可溶性养分含量分布的峰值均出现在 0~20 cm土层,但其浓度的下移随灌水量的增加而降低;扬花期土壤剖面可溶性养分含量的峰值随灌水量的增加而下移。在灌水量为500 m³·hm^-2时可溶性养分浓度最高。(3)作物耗水量和农田实际蒸散量均随灌水量的增加而增加,春小麦的水分利用效率则随灌水量的增加而降低,与灌水量为500 m³·hm^-2相比,灌水量为750 m³·hm^-2及1 000 m³·hm^-2时籽粒水分利用率分别降低83.33%和147.50%。可见,在该土壤上种植春小麦的最适宜灌水量为500 m³·hm^-2,灌水量可保持在土壤田间持水量40%左右。     

下垫面因素对喀斯特地区水分利用效率的影响

水分利用效率是衡量陆地生态系统对气候变化响应的重要指标,而下垫面因素通过影响局部气候进而影响水分利用效率。喀斯特地区生态缺水严重且下垫面情况复杂,但目前该区域多个下垫面因素对水分利用效率的综合影响仍不明晰。论文利用MODIS GPP和ET数据集计算中国西南喀斯特地区的水分利用效率,结合岩性组合、土壤类型、土地利用类型及地表粗糙度,采用广义线性模型,揭示了下垫面因素对水分利用效率的综合影响。结果表明：研究区水分利用效率受海拔和喀斯特发育程度综合影响,在空间上从东南向西北逐渐升高。下垫面因素中岩性组合对水分利用效率的影响表现出了喀斯特与非喀斯特地区的差异,喀斯特地区的碳酸盐岩岩性组合对水分利用效率呈负向影响,纯喀斯特岩性组合比非纯喀斯特岩性组合负向影响更强;土壤类型对水分利用效率的影响受分布海拔高度差异、土壤有机质差异及喀斯特与非喀斯特地貌差异3种因素影响;土地利用类型总体上呈植被越茂盛的地类对水分利用效率的正向影响越强的趋势;地表粗糙度的增大先对水分利用效率趋正向影响,后趋于负向影响。碳酸盐岩影响土壤性质,而土壤性质和地表粗糙度共同影响植被来对喀斯特地区的水分利用效率产生综合影响。     

荒漠绿洲区间作和密植对作物产量和水分利用效率的影响

针对间作种植模式下密植潜力薄弱、水资源不足、生产实践中难以同步提高产量和水分利用效率(WUE)的问题,在河西荒漠绿洲区通过大田试验研究了4个(5.25、6.00、6.75、7.50万株·hm^-2)玉米密度水平下玉米间作豌豆群体的产量和水分利用效率,以期为构建禾豆间作在密植条件下的高效节水技术提供理论依据。结果表明:玉米间作豌豆的土地当量比(LER)平均达到1.16,且LER随玉米密度的增大而增大。单位面积间作玉米的产量平均达到了相应单作的74.87%;随玉米密度的增大,作物产量的最大值均出现在高密度(6.75、7.50万株·hm^-2)处理中。间作0~120 cm土层平均土壤含水量平均低于单作玉米1.60%,但平均高于单作豌豆6.70%;两年内单作玉米和间作0~120 cm土层平均土壤含水量均在高密度(7.50万株·hm^-2)处理时最大。由于土壤贮水量、降雨量、灌水等诸多因素的影响,间作较单作增加了耗水量(ET),上述间作的ET比单作高19.23%~23.66%。与单作WUE加权平均相比较,间作的WUE分别高于单作11.08%、13.32%、18.86%和28.06%;不同玉米密度处理中,密度3(6.75万株·hm^-2)的WUE表现出了优势。因此,在河西荒漠绿洲区,同步提高作物产量和水分利用效率的有效措施之一是间作和密植条件。     

玉米秸秆带状覆盖对西北旱地土壤温度及马铃薯产量的影响

设黑膜大垄（M1）、玉米秸秆带状平覆（M2）、玉米秸秆带状垄沟覆杆（M3）和不覆盖露地平作（CK）4个处理进行田间小区试验,对比研究不同覆盖方式对西北旱地土壤温度及马铃薯产量的影响。结果表明：M1较CK提高全生育期土壤温度0.98℃,主要提高了块茎膨大期5 cm土层（2015年）及淀粉积累期10 cm土层（2016年）的土壤温度;M2、M3较CK降低全生育期土壤温度1.06℃、0.59℃,主要降低了块茎形成期10 cm土层的土壤温度。两年M1、M2、M3分别平均较CK增产11.68%、21.74%、16.88%。产量与淀粉积累期至收获期单株结薯数、单株产量正相关（r=0.064~0.766）,覆盖处理显著较CK提高淀粉积累期单株结薯数及单株产量,平水年以M1最好,偏旱年以M2最好。     

干旱区绿洲不同种植模式作物的耗水特征

研究了限量交替灌溉条件下小麦间作玉米的产量效应和水分利用效率(WUE),并采用微型蒸渗仪测定了小麦间作玉米的棵间蒸发量,分析了影响间作棵间蒸发量的主要因素。结果表明,在低、中、高3个灌水水平下,小麦间作玉米的土地当量比分别达到了1.25、1.22、1.28,WUE较单作小麦和单作玉米的加权平均分别提高了5.8%、7.2%、16.9%。间作的日棵间蒸发量较单作加权平均分别高10.75%、8.53%、4.41%,棵间蒸发量占蒸散量比重间作较单作高6.0%～11.7%,降低表土层的土壤含水量是降低间作棵间蒸发的可行措施之一。间作通过叶日积的增大提高了作物产量和WUE,但其全生育期较低的叶面积指数不利于无效蒸发的抑制。     

贵州高原不同地貌区和植被类型水分利用效率的时空分异特征

贵州高原具有少日照、多云雨和复杂下垫面的山地特殊气候和地形,准确探究该区域生态系统水分利用效率(WUE)的时空分异特征对进一步了解喀斯特地区碳水循环过程具有重要意义。本文气象站点数据用ANUSPLIN软件进行插值处理,与使用时间序列谐波分析法和质量控制文件重新构建高质量的MODIS-NDVI数据作为CASA模型的输入数据模拟植被NPP,再结合MOD16-ET数据估算WUE。综合利用Theil-Sen Median趋势分析、Mann-Kendall检验和稳定性分析等统计方法,对贵州高原2000—2014年各地貌区、植被类型WUE的时空分异特征进行对比分析。研究表明:(1)研究区近15年来WUE均值和趋势的空间格局都呈西部高于东部的特点, WUE趋势呈显著增加态势( R^2 =0.63, P <0.001)。(2)从各地貌区来看,多年WUE均值排序为:断陷盆地>岩溶峡谷>峰丛洼地>非喀斯特地貌>岩溶高原>岩溶槽谷,其中断陷盆地和岩溶峡谷呈显著( P <0.05)增加趋势。(3)从不同植被类型来看, WUE大小呈混交林>阔叶林>耕地>针叶林>草地>灌丛排序。针叶林和灌丛变异系数(CV)值较高,但前者对气候波动的抵挡能力更强,增加速率更快。草地CV值最低,变化速率最慢,不易受气候波动的影响。由于退耕还林等生态工程的实施效果显著,使耕地WUE的变化速率最快。     

水分胁迫对冬小麦物质分配及 产量构成的影响

通过设置不同土壤水分条件和不同生育期受旱处理,研究土壤水分条件对冬小麦生长发育的影响。从器官水平上详细考察了水分条件对小麦物质积累、分配以及产量的影响,并建立产量和耗水量关系。在相对适宜的土壤水分条件,茎秆所占比例较小,为24%,穗部则占56%;而过度灌溉和水分亏缺条件下,茎秆所占比例较大,分别为36%和37%,穗部比例相对较小,仅为43%和48%。各种条件下均以茎秆对产量的贡献量大。相对适宜的土壤水分条件,茎秆对产量的贡献量最大,为0.308g/茎;水分亏缺条件下,叶鞘对产量贡献量较适宜土壤水分条件的叶鞘贡献量要大,分别为0.18克/茎和0.09克/茎;而过度灌溉条件下各器官对产量的贡献量均较小。根据实测产量和蒸散耗水量模拟的产量、水分利用效率与蒸散耗水量的关系可知：禹城地区在现有的肥力水平和栽培管理措施下冬小麦的理论最大产量为6240kg/hm²,蒸散耗水量为473mm,而获得最高水分利用效率的蒸散耗水量为403mm。由于该地区地下水埋深浅,地下水对冬小麦生育期需水量的补给作用明显,试验年份冬小麦拔节期至成熟期地下水补给量占同期耗水量的22%。     

半干旱地区播前灌溉和地膜覆盖对春小麦产量形成的影响

两年大田试验研究了播前灌溉和地膜覆盖对春小麦产量形成及水分利用的影响。试验设4个处理, 对照(CK)、播种前灌水30mm(W), 覆膜60d(M)和播种前灌水30mm加覆膜60d(WM)。结果表明, 播前灌溉后土壤水分状况得到明显改善, 但由于土壤温度显著下降, 播前灌水会影响春小麦苗期的干物质积累。地膜覆盖在作物生育前期可以改善土壤水温条件, 促进干物质积累, 在后期则会导致土壤水分状况恶化, 导致收获指数的下降, 影响产量的形成和水分利用。在春小麦生产中将播前灌溉与地膜覆盖相结合: 一方面可以在作物出苗时及苗期改善土壤水温条件, 促进作物生长发育; 另一方面在产量形成的关键时期可以通过更好的水分条件去除覆膜的负效, 获得产量和水分利用效率的显著提高。     

膜下滴灌条件下不同灌溉量对番茄根系分布和产量的影响

采用分层挖掘法,对膜下滴灌5 426 m³·hm^-2（W1)、4 419 m³·hm^-2（W2）、3 700 m3·hm^-2（W3）3个灌溉量下番茄根系分布特征和产量进行了研究。结果表明：随灌水量的减少,番茄根系表现出向深层发展的趋势,符合“水大根小”的特征,根长、根表面积、根长密度随着土壤深度的增加均呈“单峰型”曲线：即灌水量愈少,根长、根表面积、根长密度的峰值愈位于土壤的深层;番茄根冠比也随着灌水量的减少而呈增大的趋势,W2处理、W3处理分别比W1处理提高了26.53%和70.71%;适度的控制灌溉水量可以促进根系的生长发育,扩大水分吸收空间,有利于番茄增产,4 419 m³·hm^-2灌溉量是膜下滴灌最适宜灌溉水量。     

鲁西北平原冬小麦耗水过程与节水灌溉管理模式讨论

本文利用禹城综合试验站土壤-植物-大气综合观测场冬小麦田间的小气候梯度仪和大型蒸渗仪的观测资料,结合作者建立的模拟SPAC系统中水、热、CO2通量和光合作用的综合模型,研究了冬小麦全生育期的耗水过程;根据模拟计算的土壤水分动态,对山东省鲁西北平原现行的灌水管理模式进行了讨论。(1)冬小麦全生育期耗水438mm;返青以前耗水占20%,拔节-灌浆期是耗水的旺盛时期,占67%;(2)灌水后地表以下1m处的渗漏量与土层前期储水量和灌水量有关,前期含水量越大,灌水量越大,损失越大,灌水利用率越低;(3)鲁西北平原现行的越冬水-返青水-灌浆水-黄熟水的灌水模式在各次的灌水量控制上应谨慎处理,否则会造成大量的水资源浪费,从而影响灌水利用率。     

不同灌水量对碱化土的影响

碱化土壤上不同定额灌水量试验研究表明,电导率与可溶性盐是成正比关系,电导率、可溶性盐与pH成反比关系。灌水量对土壤总盐及盐分组成中CT、SO4^2-的影响较人;随着灌水量的增加,表层土壤中HCO3^-增加,pH上升。灌水量必须大于一定的量才具有洗盐作用。     

一个预测冬小麦根系层储水量的概念性模型

基于对SPAC系统的认识,以1995～1996年北京市水利科学研究所永乐店试验站和1993～1994年中国科学院禹城综合试验站冬小麦生长季土壤-作物-大气田间观测数据,对冬小麦根系层水量平衡的概念性模型进行参数确定和实验验证。研究结果表明:本文采用的根系层储水量的预测模型的模拟值与实测值吻合较好,且模型参数较少,形式简单,便于生产实践应用,但是具体的参数须通过田间试验获得。     

绿洲灌区小麦水分生产率及其影响因素的灰色关联分析

以黑河流域的洪水河灌区为例,利用1995—2006年的灌溉用水量、农作物产量、气象等资料,分析计算了绿洲灌区的小麦水分生产率。结果表明,1995—2000年小麦水分生产率为0.983 kg\5m-3,节水改造项目实施后的2001—2006年为1.070 kg\5m-3,提高了8.9%。水分生产率是衡量农业生产水平和农业用水科学性与合理性的综合指标,其影响因素比较多。根据洪水河灌区小麦生长发育期的实际情况,选取了11个影响因素进行灰色关联分析,结果显示,≥10 ℃积温、农药费用、劳动力和管理费用、化肥施用量、水费依次是影响水分生产率的前5位主要因素。研究表明,在有限的水资源利用条件下,绿洲灌区小麦生产应加大生产资料、劳动力和管理费用等的投入力度,才能生产更多的粮食,以确保区域粮食供给安全。     

Water accumulation in soil by gravel and sand mulches: Influence of textural composition and thickness of mulch layers

The use of gravel and sand as mulch has been an indigenous farming technique for crop production for over 300 years in the semiarid loess region of northwest China. The objective of this study was to determine the influence of texture and thickness of gravel and sand mulch layers on soil water storage by field experiments. The texture experiment consists of three commonly used gravel mulch types: pebble, mixed pebble and sand, fine sand; and the thickness experiment consists of 1, 2 and 3-layers of 2 cm pebbles. Each treatment has three replications. The results indicate that gravel-sand mulches were more effective in conserving soil water, as compared with the bare soil treatment, and the mixed pebble and sand mulch was more effective to conserve soil water than the sole pebble or sand mulch. Soil water content increased with mulch thickness (the number of gravel layers), 1-layer treatment had an average soil water content of 10.85% at 0-60 cm soil layer after a rainfall of 10 mm, 2.42% and 4.92% less than the 2-layers and 3-layers treatments. From May to October in 2004, two and three layers of pebbles conserved 9.8 ± 6.6 mm and 20.0 ± 14.3 mm more water, respectively, as compared with the one layer of 2 cm pebbles at the soil depth of 0-100 cm.     

有限灌溉对荒漠绿洲春玉米产量及产量性状的影响

对干旱环境下临泽荒漠绿洲春玉米进行了有限灌溉试验研究,旨在探究有限灌溉对绿洲玉米农田生产力的影响。结果表明,在所有处理中,全生育期灌水最少的处理MI1玉米籽粒产量比灌水量略高于它的处理MI2和灌水量较高的处理MI4增产25.7%和38.8%,但MI1与其他处理及对照间差异不显著。MI1处理全生育期灌水量最少,其产量不但未显著下降,反而高于灌水最多的对照CK。不同灌溉处理及对照间玉米穗粗、秃顶长、穗行数均不存在显著差异,但个别处理及对照间其他产量性状却存在差异,其中对照CK、处理MI5、MI1的穗长分别比处理MI4增加15.3%、13.6%和12.4%,对照CK和处理MI1、MI5的行粒数分别比MI4处理增加17.3%、13.9%和12.2%,对照CK的穗粒数分别比处理MI4、MI2和MI3增加19.3%、19.1%和14.5%,处理MI1的千粒重分别比MI4、MI5、CK增加26.9%、14.0%和14.0%。