旱作农田不同耕作土壤呼吸及其对水热因子的响应

为研究旱作农田春玉米生育期不同耕作土壤呼吸变化特征及其对水热因子的响应情况,在山西省寿阳县旱农试验基地采用红外气体分析法测定了传统耕作(CT)、少耕(RT)和免耕(NT)土壤呼吸速率,并同步测定了各土层土壤水分、温度.研究表明:在春玉米生育期内,土壤呼吸速率均呈单峰型变化趋势,峰值出现在8月;传统耕作与少耕土壤呼吸速率变化趋势基本一致,而免耕土壤与前两者相比波动幅度较大;土壤呼吸峰值与水分、温度之间无明显相关,其余时期土壤呼吸与水分、温度因子具有良好的相关性;双因子模型较单因子模型能更好的描述土壤呼吸与水分、温度之间关系,基于水热双因子(10-20 cm)的指数-幂模型能够解释土壤呼吸变化的81％-87％ (P＜O.01);3种耕作土壤呼吸对水热因子协同影响的敏感性表现为CT＞NT＞RT.     

黄土丘陵沟壑区坡沟系统不同降雨类型的土壤入渗特征

黄土高原退耕还林草生态建设改变了区域覆被格局和下垫面环境条件,对流域地表水文过程产生了重要影响。研究黄土丘陵沟壑区坡沟系统不同降雨类型下的土壤水分入渗特征,对揭示植被恢复驱动下的降雨-入渗机制变化具有重要的科学意义。基于坡沟系统土壤水分入渗过程的定位监测,阐明了坡沟系统土壤水分入渗特征对不同降雨类型的响应,并采用Horton、Mezencev、Kostiakov、USDA-NRCS模型进行土壤水分入渗过程模拟,筛选特定降雨类型下最佳的入渗模型。结果表明：（1）0-60 cm是降水-入渗过程响应的关键层次,沟坡总入渗蓄存量较坡面高约42.67%;（2）坡沟系统土壤水分入渗量与深度成反比,且沟坡土壤水分入渗量较坡面平均高约9.75%;（3）不同降雨类型下坡面湿润锋深度均小于沟坡,且以极端暴雨、长历时小雨强降雨最深,短历时中雨强次之,短历时小雨强降雨最浅;（4）坡沟系统各降雨类型土壤水分入渗量对降雨的响应表现出一定的滞后性,沟坡响应快于坡面,沟坡湿润锋深度平均较坡面深约5-10 cm;（5） Mezencev入渗模型对四种不同降雨类型入渗量的模拟均具有较高精度（Adj-R²>0.96;NSE>0.92）,Horton模型可用于模拟极端降雨类型（NSE>0.98）,而Kostiakov模型、USDA-NRCS模型适于模拟短历时中强度降雨和短历时低强度降雨类型。     

正常乳腺温度分布的有限元分析

基于正常乳腺的解剖学结构和生理学特征,建立了一个乳腺组织多维热传递模型。该模型考虑了代谢产热、血液灌注和动静脉血管与组织间热的相互作用,采用有限元分析方法求解热传导方程,数值模拟正常乳腺的稳态温度分布,着重研究血液灌注和代谢产热对正常乳腺组织温度分布的影响。研究结果可为乳腺疾病的热图像分析提供重要参考。     

APSIM模型在黄土丘陵沟壑区不同耕作措施中的适用性

为了揭示黄土丘陵区不同耕作措施对作物生长发育和土壤水分的影响及相互作用规律,根据2002～2005年两个轮作序列(小麦→豌豆(W→P)和豌豆→小麦(P→W))的3种耕作措施(传统耕作(T)、免耕(NT)和免耕覆盖(NTS))的定位试验,对APSIM模型的适用性进行了研究.通过定位试验得到了一套APSIM模型的参数值,并对其进行了率定.运用均方根误差法对APSIM模型进行检验,结果表明:小麦和豌豆产量与生物量的模拟值与实测值具有显著的正相关(R＞0.9),误差范围在±15%之内;土壤贮水量的模拟值与实测值也具有显著的正相关(R＞0.7),误差范围在±20%以内.表明APSIM模型可以用来模拟不同耕作方式和不同轮作序列的小麦和豌豆产量、生物量及土壤水分的动态变化,模型可以用于指导作物生产及耕作措施的优化管理.     

基于GIS的黄土丘陵沟壑区作物生产潜力模拟研究

从YIELD模型的来源、输入文件及基本参数,模型中作物生产力计算各个子模型以及计算流程4个方面作了简单的叙述,以黄土丘陵沟壑区典型小流域晋西狼窝沟为例,在地理信息系统（GIS）技术十,应用YILD模型对该流域的作物生产潜力进行了模拟,并从作物类型,地类,耕作措施及气候条件4个方面对影响该流域作物产量的因素进行了分析。结果表明,该模型对不同作物的模拟产量在总体上与实体产量基本相符合,表明模型可以应用于黄土丘陵沟壑区的作物产量模拟之中,对于不同地类来说,坝地的土壤水分和以力条件明显高于梯田和坡耕地,因而坝地的模拟产量地高于梯田和坡地,但三者之间的差距没有实测产量显著,耕作措施是提高作物生产力的有效途径,对地膜覆盖,梯田以及施肥等耕作措施的模拟产量表明,这3种耕作措施均能有效的物生产力;其产量提高率均平均在85％以上,其中以施肥对作物的增产作用最大,增产率高达95％,,这与实测产量资料基本一致;气候条件是影响作物生产的直接因素,模拟结果表明模型对降水量和温度等气候条件十分敏感,不同年份降水量和温度的差异将直接导致作物生产力的显著不同。对YIELD模型的模拟结果分析表明,该模型可以有效地应用于黄土丘陵沟壑区的作物生产潜力研究。     

干旱半干旱草地生态系统与土壤水分关系研究进展

研究干旱半干旱草地生态系统与土壤水分关系和相互作用机理对于揭示草地生态系统稳定性及其水土关键要素的变化过程具有重要意义。从不同界面、不同尺度综述了草地生态系统对土壤水分的影响及草地生态系统的响应与适应机制,总结了草地生态系统与土壤水分关系模型研究的相关进展,并分析了气候变化对草地生态系统和土壤水分关系的影响。草地生态系统通过影响水文过程和生态过程来影响土壤水分,土壤水分在植物生长发育、形态、生理生态过程、种间关系、群落组成和结构以及草地生态系统功能等方面对草地生态系统产生影响;充分揭示草地生态系统-土壤水分相互作用机理是模型研究的关键;气候变化对草地生态系统植物与土壤水分关系具有重要影响。今后应加强以下研究:1)开展草地不同优势种和植物功能型与土壤水分关系的研究,找出能反映植物对土壤水分响应的性状指标,阈值响应点及适应机制;2)注重对不同时间和空间尺度上的转换和比较;3)加强个体、群体和生态系统尺度草地植物生长模型的研究及其与土壤-植被-大气水分传输模型的耦合;4)加强草地生态系统与土壤水分关系对气候变化响应的研究。     

耕作和覆盖对黄土高原果园土壤水分和温度的影响

研究了几种不同耕作方式（免耕、旋耕和翻耕）和覆盖措施（覆草、生草和覆膜）对黄土高原果园土壤水分和温度的影响.结果表明：5月不同耕作方式下0～1 m土层土壤水分差异极显著,表现为免耕（14.28%）>旋耕（14.13%）>翻耕（13.57%）,9月差异不明显;不同覆盖措施中,覆草处理的土壤水分最高,且与生草、覆膜、裸地处理间差异极显著;不同耕作方式和覆盖组合处理中以免耕覆草保水效果最好.不同覆盖处理白天土壤平均温度表现为覆膜>裸地>生草>覆草,土壤温度变幅表现为裸地>覆膜>生草>覆草.各覆盖处理的蓄水量与其土壤温度并不都呈负相关,而是由不同覆盖物的保水效果和保温性质共同决定.综上所述,黄土高原果园的保护性耕作体系应以免耕覆草为主.     

农牧交错带不同耕作方式土壤水分动态变化特征

从耕作方式、覆盖和轮作3个因素系统地对莜麦整个生育期土壤含水量进行了动态的观测研究,结果表明,干旱地区单纯的免耕在提高土壤水分含量上作用不太明显,尤其是降低了表层土壤的含水量,免耕只有在覆盖下,才能真正起到增加土壤水分含量,提高水分利用效率的作用;而对于深松处理,无论是覆盖还是不覆盖,与传统翻耕处理相比,土壤水分均明显提高;同种耕作措施覆盖与无覆盖相比,覆盖处理下土壤含水量明显高于无覆盖处理;说明保护性耕作之所以能够提高土壤水分含量,关键因素在于残茬覆盖;同种耕作方式下轮作种植土壤水分含量与水分利用效率明显高于连作。可以看出,从理论上轮作深松覆盖处理是当地应采用的最佳耕作方式,然而,由于当地缺乏覆盖材料,因此,轮作深松是目前当地最适合的耕作方式。     

利用APSIM模型分析不同播期和耕作方式对旱地小麦籽粒干物质积累的影响

黄土丘陵区旱地小麦籽粒干物质积累的准确模拟可为调控小麦生产提供重要的技术支持。本研究利用甘肃省定西市安定区1971—2017年的气象资料和甘肃省定西市安定区凤翔镇安家沟村2016—2017年的大田试验数据,基于APSIM模型对旱地小麦籽粒干物质积累与分配进行模拟,并在模型验证的基础上,定量分析了播期和耕作方式对小麦籽粒干物质积累的影响。结果表明: 3个播期(早播、正常播、晚播)和4种耕作方式(传统耕作、传统耕作+覆盖、免耕、免耕+覆盖)下,籽粒干物质模拟值与实测值间的均方根误差(RMSE)为57.5～143.1 kg·hm^-2,归一化均方根误差(NRMSE)为1.4%～9.9%,模型模拟精度较高。不同播期下,耕作方式对籽粒干物质积累的促进效果排序均表现为: 免耕+覆盖>传统耕作+覆盖>免耕>传统耕作,免耕+覆盖最有利于小麦籽粒干物质积累,而免耕与传统耕作差异不显著。不同耕作方式下,小麦干物质积累过程均表现为早播好于正常播和晚播,晚播对干物质积累的影响较大,积累过程最不理想。     

黄土高原小流域土壤容重及水分空间变异特征

在黄土高原小流域尺度上,地形和土地利用是影响土壤变异的重要因素.在横山县朱家沟小流域采集了82个样点,选取土壤容重和水分作为研究对象,分析比较不同土地利用及不同景观位置下二者的变异及分布特征;分析了土壤容重和水分与地形因素的关系并利用地形与土地利用信息进行了回归分析.结果表明,不同土地利用类型之间,土壤容重变异较小,其大小次序为：灌木林地＞荒草地＞梯田＞坝地＞林地＞坡耕地;土壤水分变化相对较大,大小次序为：坝地＞荒草地＞灌木林地＞坡耕地＞林地＞梯田.在不同景观位置,土壤容重大小变化表现为：坡顶＞沟平地＞坡下＞坡上＞坡中;土壤水分大小变化为：沟平地＞坡中＞坡下＞坡上＞坡顶.基于数字地形分析技术,提取相关地形指数,与土壤容重和水分进行相关分析并进行多元回归分析,结果表明：土壤容重与复合地形指数CTI正相关;土壤水分与高程呈现负相关关系,和剖面曲率正相关.建立了多元线性回归模型,结果发现模型对土壤容重预测结果比较理想,但对于土壤水分的预测存在较大的平滑效应,残差较大,须进一步探讨.     

Forces and Straw Cutting Performance of Double Disc Furrow Opener in No-Till Paddy Soil

Conservation tillage is an energy efficient and low cost tillage system to improve soil environment compared with conventional tillage systems. However, the rice residue management becomes an “impossible to achieve” task due to high soil moisture content at harvest time and the thickness of rice straw. Disc type furrow openers are used for both seed drilling as well as straw cutting during no tillage sowing. A study was conducted to evaluate the draft requirement and straw cutting performances of different sized furrow openers in no-till paddy soil conditions. Double disc furrow opener was tested on an in-field traction bench for three working depths, i.e. 30, 60 and 90 mm, and three forwarding speeds, i.e. 0.1, 0.2 and 0.3 m/s. The draft and vertical forces on the disc were recorded with load cells. These sensors were connected to a data acquisition system developed with hardware and software. The results revealed that the size of the furrow opener, operating depth and the forwarding speed had significant effects (P<0.05) on the horizontal and vertical forces, and the straw cutting performance. Mean values of the draft were 648.9, 737.2 and 784.6 N for the opener with diameters of 330, 450 and 600 mm respectively, and the vertical forces for similar openers were 904.7, 1553.9 and 1620.4 N, respectively. Furthermore, the mean straw cutting efficiencies for the double disc opener with diameters of 330, 450 and 600 mm were 39.36, 78.47 and 65.46%, respectively. The opener with 450 mm diameter provided higher straw cutting efficiency as compared to 600 mm diameter disc, while lowest straw cutting efficiency was observed with 330 mm diameter disc. The 450 mm diameter opener provided the highest straw cutting efficiency (88.6%) at 90 mm working depth and expressed optimum performance compared with other furrow openers.     

华北旱地覆膜春玉米田水温效应及增产限制因子

为探求覆膜栽培春玉米旱作田土壤水温变化特征及其对玉米产量和水分利用效率(WUE)的影响,设计垄作覆膜、垄作裸地、平作覆膜、平作裸地(对照)4个处理的田间试验,对春玉米田各生育时段的土壤温度、土层水分、耗水结构及玉米产量进行了监测.结果表明：自播种到抽雄的生育前期春玉米田覆膜较裸地增温1～3 ℃,土壤积温增加155.2～280.9 ℃;延长生育期约5.9～10.7 d.自播种到成苗期覆膜保水效应显著,WUE较裸地提高81.6%～136.4%.春玉米成苗到拔节期正值该区域稳定干旱期,覆膜处理土壤供水层深达80～100 cm,干旱胁迫使WUE较对照降低17.0%～21.6%,产生奢侈耗水.春玉米小喇叭口期后进入雨季,各处理土体复水,并产生过饱渗漏,最终使收获期土体水分与播期持平,贮水丰富.垄作覆膜较裸地增产9.5%;平作覆膜不利于降水入渗而导致渍水,减产5.0%;垄作裸地与平作裸地差异不显著.以雨季前气象干旱期的土壤枯水与雨季后的土壤库水为特征的春玉米田水分供求时序失衡,限制了春玉米的高产.     

Emergence of seedlings of sugar beet (Beta vulgaris L.) as affected by the size,roughness and position of aggregates in the seedbed

Laboratory and field experiments were carried out to quantify the effects of the size and roughness of aggregates placed in the seedling path of sugar beet, in order to help in decision making for soil tillage and sowing operations. Graded aggregates (10, 15, 20, 30, 40, 50, 60 and 70 mm longest axis) were either laid on the soil surface or included in the soil over the seeds. The percent emergence decreased exponentially with aggregate size over 10 mm when the aggregates were included in the seedbed. The result was the same with aggregates laid on the soil surface, but for aggregates over 30 mm (mass>10 g). Aggregates on the soil surface could be lifted by the seedlings until their weight exceeded the seedling emergence force. Larger aggregates or aggregates in the soil layer could not be moved. Seedlings which did not emerge remained blocked in small cavities in the aggregate surface. No seedlings were blocked under smooth aggregates or glass beads. The experimental results fits with a model giving the probability to meet a hole according the distance covered and the diameter and density of holes. The results obtained under controlled conditions were similar to those obtained in field experiments for a wide range of aggregate sizes. These results will be incorporated into a computerised seedbed generator to simulate the effects of seedbed structure on seedling emergence.     

基于最小限制水分范围评价不同耕作方式对土壤有机碳的影响

以2009年吉林省德惠市中层黑土上进行了8a的田间定位试验小区土壤为研究对象,对免耕和秋翻两种耕作方式及玉米-大豆轮作和玉米连作两种种植方式下耕层有机碳进行分析,分别采用加权平均和分层两种方法计算最小限制水分范围(LLWR),用其评价不同耕作方式对土壤有机碳的影响.结果表明,免耕在玉米-大豆轮作和玉米连作下0-5 cm土壤有机碳含量分别比秋翻增加了15.2％和11.5％ (P＜0.05).采用加权平均法计算的LLWR值为0.148-0.166 cm3/cm3,不同耕作方式下玉米-大豆轮作的LLWR高于玉米连作且在两种种植方式下均表现出免耕小于秋翻的特点;利用分层法计算得到的LLWR值介于0.130-0.173 cm3/cm3之间,玉米-大豆轮作和玉米连作下免耕0-5 cm LLWR均显著小于秋翻,而5-30 cm LLWR数值免耕大于秋翻(P＞0.05);玉米-大豆轮作下0-30 cm各层LLWR均高于玉米连作.由于LLWR可以评价不同耕作方式对土壤有机碳的影响,因此采用加权平均法计算的LLWR可以客观的反映不同耕作处理尤其是种植方式对土壤有机碳的影响;而采用分层法计算的LLWR则更清晰的刻画了土壤表层与亚表层固碳能力的差异.     

耕作播种方式对稻茬小麦根系发育、土壤水分和硝态氮含量的影响

2016—2018年,以深旋耕播种模式为对照,研究了浅旋耕播种和免耕带旋播种模式对稻茬小麦根系发育、土壤水分和硝态氮含量的影响。结果表明: 孕穗期以前免耕带旋播种和浅旋耕播种处理耕层土壤含水量高于深旋耕播种处理,而硝态氮含量低于深旋耕播种处理。拔节和开花期根重密度和根表面积密度处理间差异不显著。2016—2017年,3种耕播方式的产量和地上部分氮吸收量无显著差异;2017—2018年,免耕带旋播种和浅旋耕播种处理的产量较深旋耕播种分别增加10.9%和10.5%,地上部分氮吸收量分别增加17.5%和12.0%。与深旋耕播种和浅旋耕播种处理相比,免耕带旋播种处理播种效率高、断垄率低。综上,免耕带旋播种处理可提高稻茬小麦的播种质量,增强土壤保墒能力,降低氮淋溶风险,促进产量和环境效益的协同提升。     

覆膜对旱地麦田土壤水分及氮素平衡的影响

通过大田试验研究了平膜穴播和垄膜沟播等覆膜方式对晋南旱地麦田土壤水分、氮素平衡及产量的影响,以期在当地确立一套适宜的科学覆膜方式,为晋南旱塬地区乃至我国旱作小麦的高产优质提供理论依据。结果表明,垄膜沟播和平膜穴播处理的冬小麦增产效果显著,且以平膜穴播处理的效果最优,较测控施肥处理的籽粒产量和生物产量分别提高22.71%和25.45%。经过冬小麦一个生育期对土壤水分的吸收利用,两种覆膜处理的耗水量较不覆膜处理有较大的提高,而其水分利用率略低于不覆膜处理,但差异不显著。两种覆膜处理也能提高麦田的降水生产效率和休闲效率,较不覆膜处理分别提高9.46%—30.16%和9.95%—39.22%。覆膜有利于氮的矿化,并能促进小麦对氮素的吸收利用,同时也可以在一定程度上降低氮素在土壤中的残留,最终有利于小麦增产。     

滨海盐碱地棉花成苗的原理与技术

成苗是滨海盐碱地植棉的难点,建立和完善成苗技术是盐碱地棉花丰产的关键.本文在回顾前人相关研究的基础上,依据我们在该领域的研究进展,总结评述了土壤根区盐分差异分布、提墒增温、建立膜下温室和采用抗盐种衣剂促进棉花成苗的效应与机制.在土壤耕层平均盐分含量不能减少的情况下,通过诱导盐分在根区的差异分布、适度提高土壤含水量和地温,改善至少部分根区的生态环境,可显著减轻盐害,是促进盐碱地棉花成苗的重要途径.轻度盐碱地平作覆盖、中度和重度盐碱地沟畦覆盖、无灌溉条件下的预覆膜栽培、热量不足地区的短季棉晚播,是促进滨海盐碱地棉花成苗和增产的可靠技术.以上成苗理论与技术为滨海盐碱地棉花一播全苗提供了保障.     

滨海盐碱地棉花成苗的原理与技术

成苗是滨海盐碱地植棉的难点,建立和完善成苗技术是盐碱地棉花丰产的关键.本文在回顾前人相关研究的基础上,依据我们在该领域的研究进展,总结评述了土壤根区盐分差异分布、提墒增温、建立膜下温室和采用抗盐种衣剂促进棉花成苗的效应与机制.在土壤耕层平均盐分含量不能减少的情况下,通过诱导盐分在根区的差异分布、适度提高土壤含水量和地温,改善至少部分根区的生态环境,可显著减轻盐害,是促进盐碱地棉花成苗的重要途径.轻度盐碱地平作覆盖、中度和重度盐碱地沟畦覆盖、无灌溉条件下的预覆膜栽培、热量不足地区的短季棉晚播,是促进滨海盐碱地棉花成苗和增产的可靠技术.以上成苗理论与技术为滨海盐碱地棉花一播全苗提供了保障.