气候变化背景下甘肃农牧交错带玉米气候生产潜力和资源利用效率变化特征

为评估辐射、积温、降水和气候资源变化对甘肃农牧交错带玉米气候资源利用效率的影响,基于研究区45个气象站点1971—2020年玉米生育期内气象资料,结合玉米生育期数据,利用作物生产潜力逐级订正模型和指数化处理方法对研究区玉米气候生产潜力损失率以及光能、热量、降水和气候资源综合利用效率的变化特征进行分析。结果表明: 研究期间,甘肃农牧交错带玉米生育期内太阳总辐射量以-22.03 MJ·m^-2·(10 a)^-1的速率呈波动下降趋势,≥11 ℃积温以60.89 ℃·(10 a)^-1的速率呈显著上升趋势,降水量以2.05 mm·(10 a)^-1的速率呈缓慢上升趋势。甘南地区和陇中北部地区分别因温度和降水限制导致玉米气候生产潜力损失率较高,陇东大部分地区玉米气候生产潜力损失率较低;除中部地区和陇东部分地区外,研究区其他地区因温度和降水限制导致的气候生产潜力损失率分别以-2.0%·(10 a)^-1和-0.6%·(10 a)^-1的速率呈下降趋势。陇中北部、南部以及甘南部分地区为光能和热量资源利用效率的低值区,甘南地区为降水资源利用效率的低值区,兰州市和白银市气候资源综合利用效率较低,分别为0.41和0.47;陇东地区最适宜玉米种植,该地区4种气候资源利用效率均最高,然后依次为甘南和陇中地区;研究区光能、热量、降水以及气候资源综合利用效率的平均倾向率均呈上升趋势,分别为0.1%·(10 a)^-1、0.07 kg·hm^-2·℃^-1·d^-1·(10 a)^-1、1.17 kg·hm^-2·mm^-1·(10 a)^-1和0.05 ·(10 a)^-1,表现出玉米增产的良好潜力。     

交替地下滴灌对春玉米产量和水分利用效率的影响

采用自动式遮雨棚水分精量控制试验研究了交替地下滴灌条件下不同灌溉定额对春玉米产量和水分利用效率的影响.结果表明:交替地下滴灌春玉米需水关键时期为拔节-抽雄期、抽雄-灌浆期,具体表现为耗水模系数与耗水强度大,且对水分敏感性高,在灌溉条件有限的情况下要优先满足春玉米这两个时期的水分需求.随着灌溉定额的增加,产量呈现增加趋势;灌溉定额小于2764.5 m³·hm^-2时产量随灌溉定额增加快速增加,大于2764.5 m³·hm^-2时产量随灌溉定额增加缓慢增加;当灌溉定额为3357.1 m³·hm^-2时产量最高,达12109.0 kg·hm^-2.与固定地下滴灌相比,在灌溉定额相同条件下,交替地下滴灌产量提高5.4%,水分利用效率提高1.4%,灌溉水利用效率提高5.6%.与固定地下滴灌相比,灌溉定额减少20%时,交替地下滴灌虽然产量下降1.8%,但水分利用效率提高11.0%,灌溉水利用效率提高22.7%.综合考虑产量、水分利用效率两个指标,确定试验区春玉米交替地下滴灌的适宜灌溉定额为1600.4～3357.1 m³·hm^-2.     

西双版纳热带人工雨林生物量及净第一性生产力的研究

通过标准木法和收获法研究分析了西双版纳热带人工模拟雨林的生物量及净第一性生产力.结果表明,林分总生物量约为390.4t·hm^-2,其中乔木层生物量达362.5t·hm^-2,占总生物量的92.8%,灌木层生物量为19.3t·hm^-2,占4.9%,层间植物(包括附生植物)的生物量为3.6t·hm^-2,草本层生物量为5.0t·hm^-2.分别占1.3%和0.9%.林分净第一性生产力为2227.3g·m^-2.年^-1,其中乔木层的净生产力为1553.5g·m^-2.年^-1,占整个林分净生产力的69.7%,灌木层、草本层及层间植物分别仅占26.9%、2.4%和1.0%.其器官分配比例以茎最高,达42.0%;其次为叶,占30.2%;枝仅占13.5%.叶面积指数为7.061.同时建立了林分优势种及乔木层各器官生物量的优化回归模型.     

减氮施肥对春玉米-晚稻生产系统碳足迹的影响

随着对气候变化和粮食安全的的日益认识,低碳农业引起了人们的广泛关注.低碳农业的研究需要综合考虑作物产量和温室气体排放,改进氮肥管理可能有助于减缓作物生产系统的温室气体排放,同时实现对作物稳产甚至高产的需求.本试验利用生命周期法研究了不同施氮量(150、225、300 kg N·hm^-2)对春玉米-晚稻轮作系统碳足迹的影响.结果表明: 随着氮肥用量增加,两季作物生产过程中温室气体和碳足迹增加.在春玉米生产过程中,氮肥生产和施用引起的温室气体排放对碳足迹贡献最大,占36.2%～50.2%;而在晚稻生产中,甲烷的排放贡献最大,占42.8%～48.0%,并且随氮肥用量增加甲烷排放增加.当氮肥施用量减少25%(225 kg N·hm^-2)和50%(150 kg N·hm^-2)时,春玉米生产的温室气体排放分别下降了21.9%和44.3%,碳足迹分别下降了20.3%和39.1%;晚稻生产的温室气体排放分别下降了12.3%和20.4%,碳足迹分别降低了13.7%和16.7%.氮肥减量对春玉米产量无显著影响,而晚稻产量在225 kg N·hm^-2施肥量下最高.因此,春玉米氮肥用量降低至150 kg N·hm^-2和晚稻氮肥用量降低至225 kg N·hm^-2不仅能够保持作物高产,而且还能大幅度降低作物系统的碳足迹.     

小麦-玉米轮作长期肥料定位试验中土壤磷库的变化Ⅰ.磷肥产量效应及土壤总磷库、无机磷库的变化

研究了冬小麦-夏玉米→春玉米轮作中,长期施用磷肥、有机肥对土壤总磷库、无机磷库的影响及磷肥的产量效应.结果表明,长期施用磷肥、有机肥土壤全磷、总无机磷均有不同程度的积累,土壤磷素的积累以无机磷为主.根据土壤磷素的收支平衡状况,计算出维持土壤磷素收支平衡磷肥的临界用量:冬小麦-夏玉米种植年份为P₂O₅94.7kg·hm^-2,春玉米种植年份为P₂O₅51.5kg·hm^-2.根据肥料效应函数计算出磷肥(P₂O₅)的经济最佳、最高产量用量分别为:冬小麦-夏玉米种植年份为135.8、149.8kg·hm^-2,春玉米种植年份为88.6、95.9kg·hm^-2.     

地膜覆盖和施氮量对旱作春玉米农田净温室效应的影响

以旱作雨养条件下的春玉米为试验对象,在长武黄土高原农业生态试验站进行田间试验,研究了地膜覆盖和施氮量对农田净温室效应和温室气体排放强度的影响.结果表明:采用地膜覆盖与增加施氮量都会影响净温室效应与温室气体排放强度,地膜覆盖条件下(FM),不同施氮量的春玉米产量为1643~16699 kg·hm-2,净温室效应(CO_2当量,下同)为595~4376 kg·hm^-2·a^-1,温室气体排放强度为213~358 kg·t^-1;无覆膜条件下(UM),不同施氮量的春玉米产量为956~8821 kg·hm-2,净温室效应为342~4004 kg·hm^-2·a^-1,温室气体排放强度为204~520 kg·t^-1.研究表明,对于旱作春玉米农田系统,地膜覆盖可以有效降低温室气体排放强度,增加作物产量,地膜覆盖下施氮250 kg·hm-2可以实现高产与降低环境代价的双赢.     

江苏省西瓜施肥现状及高产潜力

为了分析高效施肥特征并提高西瓜的产量和品质,调查了江苏省西瓜主产区东台、大丰、泗洪、邳州、东海5个县市的施肥情况.结果表明: 江苏省西瓜平均产量为48325 kg·hm^-2,最高产量为97500 kg·hm^-2;秸秆还田14～15 t·hm^-2可提高西瓜产量;有机肥施用量在30 t·hm^-2以下时,西瓜产量随着有机肥施用量的提高而提高,有机肥施用量大于30 t·hm^-2时西瓜产量有降低趋势.有机肥高产高效和高产低效的农户分别占总调查农户的16.5%和29.1%;氮肥总施用量高产高效和高产低效农户分别占总调查数的14.9% 和26.3%;化学氮肥施用高产高效和高产低效的农户分别占总调查数的19.6%和22.4%;磷肥总施用量高产高效和高产低效的农户分别占总调查数的20.9%和21.8%;化学磷肥施用量高产高效和高产低效农户分别占总调查数的13.7% 和29.5%;钾肥总施用量高产高效和高产低效农户分别占总调查数的14.9% 和26.3%;化学钾肥施用量高产高效农户和高产低效农户分别占总调查数的29.6%和12.2%.与单施基肥相比,基肥和追肥分施可提高西瓜产量.此外,施用叶面肥也可提高西瓜产量.建议高产低效和低产低效农户减量施肥,提高肥料施用效率;低产高效农户调整肥料施用结构和施用时期,提高肥料利用效率.     

不同颜色地膜与种植密度对春玉米干物质积累和产量的影响

为了探讨东北雨养区不同颜色地膜覆盖与种植密度对春玉米干物质积累和产量的影响机制,以良玉99为试验材料,设置3种覆盖处理(裸地、无色透明地膜和黑色地膜覆盖)和5个种植密度(60000、67500、75000、82500和90000株·hm^-2)完全组合的田间小区试验,对春玉米水热效应、干物质积累和产量性状等进行分析.结果表明: 黑膜覆盖明显提高拔节后玉米干物质积累量和生物量,其生物量较其他处理增加3.2%～8.2%;成熟期生物量随着种植密度的增加先增大后减小,以82500株·hm²最大,较其他密度处理增加5.2%～28.3%.无色透明地膜覆盖处理的前期平均土壤温度较其他处理分别提高0.4～2.7 ℃,加快了生育进程,提高了玉米茎叶干物质转运量(T)、转运率(TE)和对籽粒产量贡献率(TC);叶和茎+叶干物质的T、TE和TC均以60000株·hm^-2密度处理最大,而茎干物质转运效果以75000株·hm^-2最优.在抽穗期,黑膜处理的耗水量和日耗水强度最大,分别较其他处理增加10.6%～14.9%和10.6%～24.5%;耗水量和日耗水强度均以90000株·hm^-2密度处理最大,较其他处理分别高6.8%～15.7%和7.0%～20.0%.黑膜和82500株·hm^-2密度处理组合明显提高了玉米的水分利用效率,较其他处理增加了4.6%～40.9%,其产量较其他处理增加3.0%～39.7%.在抽穗期,玉米茎叶干物质量与玉米产量和产量构成要素的相关性最大;茎叶干物质量每减少1 kg·hm^-2,群体产量下降约0.79 kg·hm^-2;茎叶干物质量每降低10%,产量下降10%左右.在增加种植密度的基础上,采用黑色地膜覆盖可以增加春玉米干物质积累量、提高春玉米产量和水分利用效率.     

减量施氮对渭北旱地春玉米产量、氮素利用及土壤硝态氮含量的影响

为确定渭北旱地春玉米减肥增效的科学生产模式,于2016—2019年在陕西合阳县实施旱地春玉米田间定位施肥试验。以郑单958和陕单8806为试验品种,设置5个施氮量处理,分别为360(N₃₆₀,当地农户常规施氮量)、270(N₂₇₀)、150～180(N_150-180)、75～90(N_75-90)和0 kg·hm^-2 (N₀),分析减量施氮处理下春玉米产量、氮素吸收利用及硝态氮残留状况。结果表明: 1)与N₃₆₀处理相比,两个品种在N_150-180处理下籽粒产量增加0.9%～7.1%,吸氮量降低4.1%～4.6%,平均氮肥回收利用率、偏生产力和农学效率分别提高79.3%～83.6%、105.9%～157.7%和101.9%～114.1%;2)在高施氮量(大于180 kg·hm^-2)处理下,硝态氮残留量显著增加;降雨不足显著降低玉米需氮量,导致氮素残留量增加。经过4年定位试验0～200 cm土层硝态氮含量高达504.7～620.8 kg·hm^-2,在80～140 cm土层出现累积峰,存在硝态氮淋失风险。根据年际间玉米籽粒产量表现、肥料利用效率和硝态氮残留状况综合评价,渭北旱地春玉米田适宜氮肥用量为150～180 kg N·hm^-2。     

旱地全膜双垄沟玉米生产的AquaCrop模型模拟及管理措施优化

为研究AquaCrop模型模拟旱地全膜双垄沟栽培模式的适用性,寻求最佳农艺管理措施,本研究选择2014和2015年玉米施氮梯度试验数据对模型中品种和胁迫参数进行率定和验证,并模拟不同管理措施水平下产量变化趋势.结果表明: 所有处理实测和模拟产量的平均根方误差(RMSE)、标准化均方根误差(NRMSE)和符合度指数(d)分别为717 kg·hm^-2、10.0%和0.96,总生物量的RMSE、NRMSE和d分别为951 kg·hm^-2、6.5%和0.98,能够较好的反映旱地全膜双垄沟玉米的栽培特性;在冠层覆盖度和生物量动态模拟分析中得出施氮270 kg N·hm^-2时的拟合度最好,随着氮肥的胁迫增加,模拟精度逐渐降低;甘肃中部地区全膜双垄沟玉米栽培模式中最佳播种期在4月下旬至5月上旬,播种密度为45000～65000株·hm^-2,生育期时长在130～145 d,施氮量为240～280 kg·hm^-2.本研究结果对AcquaCrop模型在甘肃干旱区域的应用具有一定参考价值,而且有助于农业栽培技术的转化和推广.     

灌水下限及秸秆还田对温室番茄产量、品质和水分利用效率的影响

为了探究秸秆还田滴灌灌水下限和秸秆还田量对温室番茄产量、品质和水分利用效率的影响,在温室内进行裂区试验。秸秆还田时间分别为1年(2018年)、2年(2017年)和3年(2016年),设置4个秸秆还田量(0、1.5×10⁴、3×10⁴、4.5×10⁴ kg·hm^-2)和4个灌水下限(50%θ_f、60%θ_f、70%θ_f、80%θ_f,θ_f为田间持水量),对土壤含水率、番茄产量和品质进行监测。采用方差分析、熵权法和TOPSIS法对番茄产量、品质和水分利用效率进行分析。结果表明: 番茄产量随灌水下限增大而增大,在灌水下限为80%θ_f时产量最大,秸秆还田第1、2和3年,最大平均产量分别为93.55、87.23和99.34 t·hm^-2。水分利用效率和品质指标均随灌水下限的升高而降低。在秸秆还田第1年时,秸秆还田量为1.5×10⁴ kg·hm^-2时番茄平均产量达到最大值,为99.60 t·hm^-2;在秸秆还田第2、3年时,秸秆还田量为4.5×10⁴ kg·hm^-2时番茄平均产量最大,分别为92.50和107.75 t·hm^-2。番茄水分利用效率在秸秆还田第1、2年,秸秆还田量为1.5×10⁴ kg·hm^-2时达到最大;在秸秆还田第3年时,秸秆还田量为4.5×10⁴ kg·hm^-2达到最大。番茄的品质指标随秸秆还田年限和秸秆还田量增加表现出不同趋势。     

灌溉施肥水平对盐渍化农田水盐分布及玉米产量的影响

水资源缺乏和过量施肥影响着干旱半干旱盐渍化地区农业的发展.研究不同灌溉和施肥量对土壤水盐分布和青贮玉米产量的影响,可为该区确定适宜的灌溉和施肥量提供依据.试验于2015和2016年在大同盆地的盐渍化农田进行,设3种灌溉水平:土壤水分上限分别为田间持水率(θ_f)的100%(W₁)、90%(W₂)和80%(W₃),根据各处理灌溉前的土壤平均实际含水率计算灌水量;2015年设4种施肥水平:900(F₁)、750(F₂)、600(F₃)和450 kg·hm^-2(F₄),2016年设F₁、F₂和F₃共3种.试验用化肥为缓释复合肥,总养分含量48%,其中N:P₂O₅:K₂O的比例为30:12:6.结果表明: 土壤表层电导率随施肥量的增加而增大,施肥水平对平均电导率(EC)和含水率的影响在0～10 cm土层显著,与F₁相比,F₂的0～10 cm土层平均EC在2015年和2016年分别降低25.6%～42.7%和6.4%～7.7%.20～80 cm土层的水分含量随施肥量的增加而降低,与F₁相比,2015年F₂、F₃和F₄处理20～80 cm土层平均土壤含水率分别增加5.9%、16.7%和16.7%,2016年F₂和F₃分别增加13.3%和16.7%.产量在两年中均表现为F₁和F₂高于F₃和F₄,W₃低于W₁和W₂; F₁和F₂的产量差异不明显;与W₁相比,W₂的产量减少低于15 %.因此,施复合肥600～750 kg·hm^-2(氮肥含量180～270 kg·hm^-2),且灌溉水平为W₁和W₂时,可以保证该地区盐渍化土壤种植玉米获得较高的产量,并且不会造成根系层的盐分积累.     

矮壮素配合氮肥全基施对华北夏玉米氮素利用的调控效应

为了解矮壮素(CCC)配合氮肥基施对夏玉米氮代谢及氮素利用率的调控效应,本研究以‘京农科728’(简称JNK728)和‘中单909’(简称ZD909)为材料,于2018和2019年在中国农业科学院新乡试验基地开展大田试验。试验设置常规氮肥处理(CN)和常规氮肥配合CCC处理(CN-CCC),包含0、62.5、125、187.0 kg·hm^-2 4个施氮水平。结果表明: 与常规氮肥处理相比,矮壮素配合氮肥全基施处理在施氮量为62.5和125 kg·hm^-2时,JNK728和ZD909产量在2018和2019年试验中平均分别增加了7.7%和5.0%。CCC处理提高了玉米生育期内功能叶硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶、谷氨酸合成酶和可溶性蛋白含量,促进了玉米氮素代谢。CCC配合低中施氮量(62.5和125 kg·hm^-2)条件下,JNK728和ZD909植株的含氮量平均分别增加17.6%和30.3%,籽粒含氮量分别增加10.3%和17.4%,氮肥偏生产力、氮肥农学效率、氮肥表观利用率和氮肥利用率分别较常规氮肥处理平均提高10.0%、15.7%、23.3%、24.8%和5.7%、15.0%、49.9%、71.7%。CCC配合适量氮肥全基施可以增强玉米氮素代谢,提高玉米氮素利用率和产量。在本研究中,CCC配合125 kg·hm^-2施氮量处理的夏玉米增产效果最佳。     

滴灌条件下秸秆还田配施氮肥对宁夏扬黄灌区春玉米产量和土壤理化性质的影响

围绕宁夏扬黄灌区土壤质地黏重、养分匮乏等导致作物产量低的问题,于2017、2018年在秸秆全量粉碎还田(12000 kg·hm^-2)的同时配施4个氮肥施用水平(0、150、300、450 kg N·hm^-2),以秸秆不还田常规施氮(225 kg N·hm^-2)为对照,研究秸秆还田配施不同量氮肥对滴灌玉米田土壤理化性状和产量的影响.结果表明: 与秸秆不还田处理相比,秸秆还田配施氮肥300和450 kg·hm^-2处理0~20 cm土层平均土壤容重分别降低3.3%和5.4%,土壤孔隙度分别增加3.7%和7.1%;秸秆还田配施氮肥对土壤养分和玉米产量的提升效果显著,其中以秸秆还田配施氮肥300和450 kg·hm^-2表现最佳;秸秆还田配施氮肥可显著增加土壤贮水量和产量,秸秆还田配施氮肥300 kg·hm^-2处理在2017和2018年土壤贮水量最高可分别增加13.6%和22.1%,产量分别增加31.1%和46.0%.分析产量构成因素发现,秸秆还田配施氮肥处理主要是通过增加穗粒数和百粒重而达到高产.对玉米产量-配施纯氮量关系进行曲线拟合发现,该地区秸秆全量还田配施氮肥的最佳用量为260 kg·hm^-2.研究结果可为该地区土壤培肥和滴灌玉米生产提供重要依据.     

基于APSIM模型的旱地春小麦产量对施氮量和施氮深度的响应模拟

氮是限制黄土高原旱农区作物水分生产潜力提升的重要因素,而氮肥适度深施是旱地作物提效增产的有效措施.本研究利用甘肃省陇中地区1990-2020年气象观测数据,基于APSIM模型模拟了不同施氮量和施氮深度的春小麦产量,以期为优化陇中旱农区小麦施肥策略提供理论依据.结果表明:模型模拟的春小麦产量、生物量和生育期0～200 c...