旱地农日水肥效应研究进展

水、肥是提高旱地农业生产力的关键,也是制约该类型区农业发展的主要因素,能否充分发挥水肥的增产效应对我国粮食安全与农业可持续发展具有重要意义．本文介绍了灌溉试验、旱棚试验与长期定位试验等几种水肥效应常用研究方法的设计原理及不足;并在总结旱农地区水肥协同效应定性与定量研究的基础上,对旱地农业水肥相互作用机理和交互作用模型进行了系统论述,指出适宜的水、肥条件对作物生长与产量形成具有明显的正交互作用,但因研究方法与试验地自然条件的不同而存在明显差异．结合农业生态系统特点对未来旱地农业水、肥效应的研究方向进行了展望．     

水肥耦合效应对毛白杨苗木生物量的影响

水和肥是促进毛白杨速生高产的两大重要因素,研究水肥耦合效应对毛白杨苗木的生物量影响具有重要的现实意义.本文以毛白杨杂种无性系87号嫁接苗为试材,采用水、氮、磷三因素五水平二次回归通用旋转组合设计,于2008年3-10月在北京林业大学苗圃进行盆栽试验,研究了不同水肥耦合水平对毛白杨苗木生物量的影响,并建立了毛白杨生物量的水肥耦合回归模型.结果表明: 土壤水分是影响毛白杨生物量的主要因素,其次为氮肥和磷肥.随着三者投入量的增加,毛白杨生物量增加;当三者增加到一定程度时,继续投入则使其生物量下降.土壤水分与氮肥交互作用显著,且有较好的正效应;而氮肥与磷肥、土壤水分与磷肥交互作用不明显.经模型寻优,水肥调控的最佳组合为: 土壤水分控制在田间持水量的73.37%,氮肥和磷肥的施用量分别为4.14 和1.41 g·plant^-1;此时的毛白杨苗木生物量达到68.30 g·plant^-1.     

黄土高原沟壑区水肥因子对冬小麦经济性状的影响

利用田间试验方法,研究了不同水肥条件对冬小麦主要经济性状的影响．结果表明,限制黄土高原沟壑区冬小麦生产的最主要因素是肥而不是水．在任何灌水条件下,施肥对冬小麦的经济性状都有明显的正效应;而只有在施肥的条件下,灌水才有正效应;否则,灌水反而有负作用．     

日光温室水肥耦合对甜瓜产量影响研究初探

在日光温室滴灌条件下,采用四因素二次回归通用旋转组合设计,对影响甜瓜的灌水上限、钾、磷、氮的耦合效应进行了研究.得到了总产量 y 与灌水上限 x1 、施钾量 x2 、施磷量 x3 、施氮量 x4 的水肥耦合回归模型.分析结果表明:1在本试验条件下水、钾、氮、磷各因素影响甜瓜产量的顺序为K>P>H2O>N;2各因素间存在交互作用,但交互作用未达显著水平.通过计算机模拟,得出了结果期各因素的最佳组合.     

不同水肥因子与AM真菌对黄芩生长和营养成分的交互效应

利用盆栽接种试验,探讨不同水肥条件下AM真菌双网无梗囊霉Acaulospora bireticulata对黄芩生长、养分含量和次生代谢产物的影响,为黄芩水肥合理施用提供理论依据。结果表明,不同水肥条件下,AM真菌能与黄芩根系形成良好共生关系,接种AM真菌能显著提高黄芩根系菌根侵染率和生物量,水分和施肥处理对菌根侵染率和黄芩生长具有显著交互作用。不同水肥条件下,接种AM真菌提高了植株保护酶活性和叶片渗透调节物质含量,降低了脯氨酸和丙二醛含量;显著增加了黄芩苷和N、P、K、Ca、Mg、Fe和Zn含量,降低了Mn和Cu含量。N和P含量随施肥量增加而提高,其余矿质元素在施肥量N 0.383 g、P 0.564 g、K 0.251 g时含量最高,说明AM真菌能够促进宿主植物根系对水分和矿质元素的吸收和利用,提高水分和肥料利用率,具有明显的节水节肥作用,其中50%相对含水量,施肥量N 0.383 g、P 0.564 g、K 0.251 g时,接种AM真菌的促生效应最佳。     

不同水分状况下追施氮肥对冬小麦产量及其构成因素的影响

通过盆栽试验研究了不同水分状况下追施氮肥对冬小麦产量及其构成因素的影响,结果表明,干旱胁迫条件下,氮肥早施比晚施好,低量氮肥比高量氮好,而且不同施氮处理对有效穗数和每穗粒数的影响差异达显著水平,但对千粒重无明显影响;水肥配合条件下,氮素的作用得到充分发挥,产量得到大幅度提高,而且对有效穗数,每穗粒数和千粒重都产生显著的影响,拔节期是冬小麦对水肥效应的关键期和亏缺敏感期,这个时期供水供肥可以显著提高产量,同时增加了穗粒数和千粒重。     

果农间作模式优化调控研究 Ⅲ.玉米间作栽培试验

对果树下间作玉米优化调控试验表明,岷江上游干旱河谷区果树下玉米间作品种以早或中熟、矮株型的品种(黄早4×R10试1-1-3、4088×R10试1-1-3、川农单交9号和340×R10试1-1-3)表现好,可有效提高产量3.9%～22%,并且减小对果树的影响,值得大力推广;试验的玉米芯育苗技术合理实用,所有肥液处理下的都能增产.其中,3kg过磷酸钙/50kg水肥液浸泡处理玉米芯条件下的育苗移栽,增产最高,可达36.8%,人畜粪水、2.5kg尿素/50kg水、1.5kg尿素/50kg水和5kg复合肥/50kg水肥液浸泡处理条件下的,增产也在20%以上,2kg过磷酸钙/50kg水肥液浸泡的处理增产为16.7%.这些肥液浓度是该区玉米芯育苗较合理的处理浓度,但12～15d的浸泡处理时间太短,致使育苗成功率低;栽培方式试验结果显示,每公顷45000窝,每窝双苗,受光叶南北或近南北定向可明显提高产量.     

不同水肥和光照条件对水稻化感特性的影响

采用盆栽实验对水稻化感品种华航1号在不同水肥和光照条件下的化感潜力和化感物质进行了研究。结果表明,华航1号在较高水肥条件下化感潜力较强,而在较低水肥条件下化感潜力下降,进一步对华航1号的化感特征物质的含量测定表明,在较低水肥条件下其化感物质没有显著的变化,只是次生物质的种类有所增加,尤其是一些具有抗病功能的次生物质的含量有所增加,在弱光照条件下华航1号的化感特征物质含量比在较强光照条件下要低,而且具有抗病功能的次生物质含量则保持较高水平,结果还发现,不论水、肥或光照条件的变化,华航1号对非伴生杂草的化感潜力都比伴生杂草要强。     

农田秸秆覆盖对冬小麦水氮效应的影响

通过田间试验研究了杨凌红油土农田秸秆覆盖条件下冬小麦的水氮效应.结果表明,秸秆覆盖使土壤水分状况明显改善,从而使补充灌水的效果相应减小,氮肥的作用更加突出;无覆盖条件下,水氮交互效应均为负值,而秸秆覆盖时水氮有正的交互作用.旱地秸秆覆盖条件下更应重视养分的投入.无秸秆覆盖条件下小麦取得高产的基础是良好的土壤底墒和充足的氮肥.秸秆覆盖使小麦达到最高产量所需要的灌水量降低,灌水时期后延.不论有无秸秆覆盖,拔节期灌水对冬小麦籽粒产量没有显著影响.     

水肥耦合对橡胶树产胶量的影响

水分和养分是限制橡胶树生长和产胶量的重要因子.以17年生的7-33-97橡胶树为试验材料,采用施氮量、灌水量、施磷量和施钾量四因素五水平(1/2实施)的二次回归通用旋转设计,通过田间小区试验,研究了不同水肥耦合水平对橡胶树产量和干胶含量的影响,并建立了橡胶树干胶产量的水肥回归数学模型.结果表明：不同水肥耦合水平对橡胶树橡胶产量和干胶含量都有显著影响;各因素对橡胶产量的效应顺序为：施氮量＞灌水量＞施磷量＞施钾量;各因素间耦合效应顺序为：氮、水＞氮、磷＞磷、水＞钾、水,且施钾量和土壤水分呈负交互效应;水肥调控的最佳组合为：尿素用量为476.39 kg·hm^-2,过磷酸钙用量为187.70 kg·hm^-2,氯化钾用量为225.77 kg·hm^-2,土壤相对含水量控制在82.78％左右.     

浅埋滴灌水肥耦合对辽西半干旱区春玉米产量的影响

为揭示辽西半干旱区浅埋滴灌水肥耦合春玉米的产量效应,采用水、氮、钾三因子五水平二次回归正交设计,于2017—2018年开展了田间试验。研究以产量(Y)为因变量,以灌溉量(W)、施氮量(N)、施钾量(K)为自变量,建立二次回归模型,分析Y与W、N、K之间的耦合关系。结果表明: 浅埋滴灌水肥耦合对产量有显著影响。W、N、K单因子对Y的提高均有促进作用,影响程度为W>N>K;二因子交互作用对产量的影响呈先提高后降低的变化趋势,交互作用的大小顺序为WN>WK>NK;三因子耦合产量效应表现为丰水丰氮丰钾配合处理最高,高水高氮高钾次之,低水低氮低钾最低。利用模型寻优,得到较高产量8000～8810 kg·hm^-2的浅埋滴灌适宜水肥配比范围,即在自然降雨条件下,灌溉量43～61 mm、施氮量138～343 kg·hm^-2、施钾量79～163 kg·hm^-2。研究结果可为北方半干旱区浅埋滴灌水肥一体化种植模式的应用推广提供依据。     

水肥一体化对小麦水分利用和光合特性的影响

于2016—2018年小麦生长季,在山东省兖州市史家王子村进行田间试验,供试品种为‘济麦22’,在150(N₁)、180(N₂)和210(N₃) kg·hm^-2 3个施氮量下,拔节期设置畦灌和撒施追氮(W₁)及微喷带灌溉和追氮水肥一体化(W₂)两种灌溉施氮方式,研究了测墒补灌条件下灌溉施氮方式对小麦水分利用、光合特性及干物质积累与转运的影响.结果表明: 同一施氮量条件下,W₂两年度灌浆期7日平均棵间蒸发量均显著低于W₁处理,60～160 cm 土层土壤水分消耗量显著高于W₁处理;W₂两年度开花后14、21和28 d的旗叶净光合速率、气孔导度和蒸腾速率均显著高于W₁处理;W₂开花期和成熟期干物质积累量及小麦开花后干物质积累在籽粒中的分配显著高于W₁处理;W₂两年度总耗水量与W₁处理均无显著差异,籽粒产量、水分利用效率和氮肥利用效率显著高于W₁处理,施氮量为210 kg·hm^-2的籽粒产量、水分利用效率和氮肥利用效率最高.综合考虑,同一施氮量水平下,微喷带灌溉和追氮水肥一体化处理优于畦灌和撒施追氮处理,总施氮量210 kg·hm^-2、拔节期采用微喷带灌溉和追氮水肥一体化的N₃W₂处理是本试验条件下节水节肥的最优处理.     

根区水肥空间耦合对冬小麦生长及产量的影响

利用管栽试验研究了根区不同湿润方式（整体湿润、上湿下干、上干下湿）、施肥方式（整体施肥、上层施肥、下层施肥）及其耦合对冬小麦不同生育期生长及产量的影响.结果表明：下层施肥方式显著降低了分蘖期冬小麦的株高和叶面积,而不同湿润方式对分蘖期株高和叶面积的影响不显著,拔节期水肥同区方式的株高大于水肥异区方式,表现出协同耦合效应.上干下湿方式和下层施肥方式显著降低了根系干物质量、地上部干物质量和总干物质量,上层施肥方式有利于增加冬小麦生物量,而上湿下干方式与施肥处理对地上部干物质量和总干物质量的耦合效应明显.水肥同区处理的根冠比高于水肥异区处理;上干下湿方式的水分利用效率显著高于整体湿润和上湿下干方式,水肥同区处理的水分利用效率高于水肥异区处理,但下层施肥方式的水分利用效率较低.与上干下湿方式相比,上湿下干和整体湿润方式的冬小麦单穗粒数分别增加了41.7%和61.9%,上层施肥和整体施肥方式的单穗粒数高于下层施肥方式,上湿下干方式与施肥处理对小麦产量及产量构成因素（除千粒重外）的水肥耦合效应明显.不同水肥处理主要通过影响单穗粒数来影响冬小麦产量.     

施肥和覆膜垄沟种植对旱地小麦产量及水氮利用的影响

通过大田试验研究了施肥和覆膜垄沟种植对旱地冬小麦群体动态、产量构成及水氮利用的影响。结果表明,覆膜垄沟种植和追肥处理可显著提高旱地冬小麦穗数,追肥处理可减少后期无效分蘖;覆膜垄沟种植和追肥处理产量分别比农户模式提高了11.73%和13.91%,穗数和穗粒数是其产量提高的关键因素;覆膜垄沟种植方式可减少土壤水分损耗,水分利用率为11.60 kg · hm^-2 · mm^-1,显著高于其他处理;追肥处理能有效促进小麦生育中后期对氮素的吸收利用,在基施氮量165 kg/hm²上再追肥30 kg/hm²,地上部分吸氮总量增加15.45 kg/hm²,追肥氮的利用率显著高于底肥氮利用率,为51.5%。     

长江流域产水功能对土地利用变化的响应及其驱动因素

长江流域产水功能是流域水生态平衡的重要组成部分,在生态安全防护上具有重要战略地位。产水量是指示区域水环境功能的重要生态指标,探讨长江流域土地利用变化对产水量的影响对于深化和揭示土地利用对水环境功能的效应有重要意义。研究基于多元统计方法与InVEST模型产水模块探讨了产水量对土地利用变化的响应模式,以及影响区域产水的驱动因素。结果表明：1.1990年至2015年,长江流域平均产水量呈西北低、东南高、中游>下游>上游的空间分布规律,子流域间的产水空间差异程度呈加剧趋势;2.从总产水量来看,洞庭湖、鄱阳湖和金沙江为主要贡献流域,贡献了总产水量的50%,且农用地与林地为主要土地贡献类型;3.由于长江流域土地利用结构和配置的转变,产水量的响应呈土地类型上的多样性,表现为农用地、草地、未利用地对产水变化具有正向协同效应,而林地和水域具有负向协同效应,建设用地对产水的响应不明显;4.影响产水功能的主要驱动力为建设用地、水域、人口密度、国民生产总值、降雨,农用地、植被覆盖、温度为潜在驱动力,未来长江流域产水功能的调控需要重视不同子流域间产水量的空间异质性与土地利用配置的协调性。     

施氮时期对玉米土壤硝态氮含量变化及氮盈亏的影响

在“郑单 95 8”(9株 / m2 )组成的土 -植系统 ,研究了不施氮、基施氮 10叶展追氮、基施氮 吐丝期追氮和基施氮 乳熟期追氮共 4个处理下 0～ 2 0 0 cm的土壤 NO- 3- N含量在夏玉米生长期间的变化和土壤氮素的表观盈亏量 ,结果表明 :2 0 cm以上的土壤 NO- 3- N含量以大口期为界、2 0 cm以下的土壤 NO- 3- N含量以吐丝期为界前降后升。在 0～ 2 0 cm土层 ,与不施氮相比 ,施氮能增加土壤 NO- 3- N含量 ,而且吐丝期和乳熟至成熟阶段的 NO- 3- N含量在 10叶展期和吐丝期各自追氮后均显著增加。在 2 0～4 0 cm土层 ,乳熟期的 NO- 3- N含量施氮后明显比不施氮高。在 80 cm以下土层 ,施氮后的土壤 NO- 3- N含量明显比不施氮高 ;追氮期相比 ,后一追氮处理在乳熟期和成熟期的 NO- 3- N含量均比前一追氮处理明显增加 ,其中成熟期基施氮 乳熟期追氮处理在 16 0～ 2 0 0 cm土层的 NO- 3- N含量比基施氮 吐丝期追氮处理 (为 2 5 .3m g N/ kg(干土 ) )高 16 %。土壤氮素的表观盈余发生在吐丝期之前且 80 %以上盈余量出现在大口期前 ,表观亏损出现在吐丝期以后且其亏损量在乳熟期前后各占一半。经玉米季后 ,本试验中不施氮处理出现表观盈余 (为 5 6 .3kg N/ hm2 ) ;施氮后表观盈余量增加 ,主要是施氮减少了吐丝以后     

氮肥运筹对晚播冬小麦氮素和干物质积累与转运的影响

氮素平衡对干物质积累与分配的影响是农业生态系统研究的重要内容,在保障产量前提下减少氮肥施用量可减少环境污染与温室气体排放。以晚播冬小麦为研究对象,设置4个施氮量水平:0 kg/hm2(N0)、168.75 kg/hm2(N1)、225 kg/hm2(N2)、281.25 kg/hm2(N3),每个施氮量水平下设置2个追氮时期处理:拔节期(S1)、拔节期+开花期(S2),研究了氮肥运筹对晚播冬小麦氮素和干物质积累与转运及氮肥利用率的影响。结果表明:拔节期追施氮肥(S1)条件下,在225 kg/hm2(N2)基础上增施25%氮肥(N3)对开花期氮素积累总量和营养器官氮素转运量无显著影响;拔节期+开花期追施氮肥(S2)条件下,随施氮量增加,开花期氮素积累总量和花后营养器官氮素转运量升高;S2较S1显著提高成熟期籽粒及营养器官氮素积累量、花后籽粒氮素积累量及其对籽粒氮素积累的贡献率。同一施氮量条件下,S2较S1提高了成熟期的干物质积累量、开花至成熟阶段干物质积累强度和花后籽粒干物质积累量。同一追氮时期条件下,籽粒产量N2与N3无显著差异,氮肥偏生产力随施氮量增加而降低;同一施氮量条件下,S2较S1提高了晚播冬小麦的籽粒产量和氮肥吸收利用率。拔节期+开花期追施氮肥,总施氮量225kg/hm2为有利于实现晚播冬小麦高产和高效的最优氮肥运筹模式。     

Renewable resource for agricultural ecosystem in China: Ecological benefit for biogas by-product for planting

In China, renewable resources have attracted rising concerns in the sustainable development of circular agricultural economy because renewable resources are considered as a clean energy source and substitutes for chemical fertilizer in rural areas. However, a comprehensive analysis on renewable resources' effect on agricultural ecosystem is still absent. To fill the blank, this paper chose two typical planting-soil ecosystems including greenhouse-soil ecosystem and orchard-soil ecosystem to evaluate the amount of nonrenewable energy (NE) saving, ecological benefits and economic benefits by utilizing biogas fertilizer, in comparison to those by using chemical fertilizer. The results show that compared with chemical fertilizer treatment, in the greenhouse-soil ecosystem, the biogas fertilizer treatment can save 82667.18 MJ NE per hectare, reduce 6554.12 kg carbon dioxide (CO₂) emission per hectare, improve soil fertility (soil organic matter, ammonia nitrogen, available phosphorus and available potassium), enhance plant quality (dry matter, solid content, reduced sugar, VC and soluble protein content), increase plant yield and add to 59,232.5 Yuan net income per hectare. We also found out that the optimum ratio of irrigation water and biogas fertilizer is water irrigated with 50% biogas slurry, which can lead to best fruit yield and quality in the orchard-soil ecosystem. It is concluded that promotion of biogas fertilizer can help China to realize low-carbon circular development of agriculture.     

Combined effects of partial root drying and patchy fertilizer placement on nutrient acquisition and growth of oilseed rape

Partial rootzone drying (PRD) is widely investigated as an effective irrigation technique, resulting in higher water use efficiency and yield for plants growing under mild water deficit. Nutrition is another important factor affecting plant yield, but nutrient acquisition has only rarely been considered in conjunction with PRD. Here we investigate the interaction between water and fertilizer supply in a pot experiment with oilseed rape (Brassica napus L.). Eight treatments were set up for the experiment, a factorial combination of four watering regimes (100% control watering at both sides of the plants; 50% control watering at both sides of the plants; 50% fixed watering applied only to one side of the plants; 50% alternate watering applied alternately to both sides of the plant) and two fertilizer placement levels (uniform over the entire pot, and patchy supplied to one side). For the 50% watering treatments, the total amount of water supplied to the plants was the same, only the pattern of application differed between treatments. Also the total fertilizer applied was the same for all treatments. Oilseed rape roots foraged effectively for water and nutrients resulting in relatively small differences in nutrient uptake and above-ground growth among the water-deficit treatments. Placing fertilizer at one side of the plants increased nutrient uptake, but there were differences between the water treatments and interactions with water uptake. Alternate watering resulted in the highest growth, as a result of the largest nitrogen and phosphorus uptake with the smallest root investment among the three water deficit treatments. Fixed watering resulted in poorest performance when fertilizer was uniformly spread throughout the pot, because the plants were unable to acquire the nutrients on the dry side. Our results show that PRD can be well combined with patchy fertilizer supply, but that reduced nutrient uptake may be expected when nutrients are supplied in parts of the soil volume that remain too dry. Responsible Editor: Yan Li