应用根系层水质模型分析冬小麦-夏玉米轮作体系的农田水氮利用效率Ⅱ：模型的验证与情景分析

在就禹城试验站对根系层水质模型（RZWQM）的参数进行灵敏度分析和标定的基础上,模拟了1960—2005年该试验站冬小麦- 夏玉米轮作条件下的冬小麦和夏玉米产量、水分利用效率及氮肥偏生产力,并将模拟的冬小麦和夏玉米产量与禹城市农业统计年鉴显示的 1985—2005年的产量进行了对比。结果表明：经过标定后的RZ?WQM能够较好地模拟夏玉米产量（平均相对误差为-13.3%）,可以模拟冬小麦产量在年际间的变化趋势（平均相对误差-54.2%）。针对所设计的9 种节水省氮的灌溉与施氮方案开展了多组情景模拟分析,结果显示较好的情景是：冬小麦在播前、拔节和开花期各灌溉75mm的水;夏玉米当平水年和丰水年时在播前灌溉一次56mm的水,当枯水年时在播前和抽穗期各灌溉84mm的水,当特枯水年时在播前和抽穗期各灌溉111mm的水。冬小麦在播前和拔节期分别施氮77.7kg/hm2 155.3kg /hm2,整个生育期施氮量为233kg/hm2;夏玉米在苗期（播后5d）和大喇叭口期各施氮70.7kg/ m2和141.3kg/hm2,整个生育期施氮量为212kg/hm2。这样优化的灌溉与施氮方案能够取得较好的增产效果和较高的水氮利用效率,即：冬小麦- 夏玉米轮作体系的粮食产量为10302kg/hm2、水分利用效率为1.40kg/m3、氮肥偏生产力为23.2kg/kg。     

施肥与灌溉对黑土区稻田氮素渗漏淋溶的影响

为明确东北黑土区稻田土壤氮素渗漏规律,在典型黑土区开展了基于农田水平衡的小区试验,分析了不同灌溉方式和施氮水平条件下稻田土壤渗漏水中三氮浓度变化情况,并结合农田水平衡方程计算出了不同水肥条件下的氮素淋失总量。结果表明,渗漏水中铵态氮、硝态氮和总氮浓度与施氮量呈正相关关系,控制灌溉和浅湿灌溉分别可以减少硝态氮渗漏浓度11.89%和14.15%;常规灌溉方式下每公顷每增加1kg施氮量(折合成纯氮),氮素淋失量增加0.117 5kg,控制灌溉和浅湿灌溉则分别增加0.035 9kg和0.055 7kg;在水稻全生育期,控制灌溉氮素淋失总量最小,平均为4.51kg/hm2,约是常规灌溉的1/3、浅湿灌溉的1/2。综合分析认为,浅湿灌溉是适用性更高的灌溉方式,理论合理施肥量为137.30kg/hm2。     

半干旱地区喷灌玉米CERES-Maize 模型率定验证及应用

作物模型是确定水氮优化管理措施的有力工具,而模型的率定和验证是模拟结果推广应用的前提。利用内蒙古半干旱区2012、2013年的大型喷灌机条件下玉米水氮充足处理对CERES-Maize模型的作物品种参数进行率定,其他不同水氮处理进行验证,并应用模型模拟了不同降雨年型下灌水施肥方案对作物产量和氮素淋失量的影响。模型验证结果表明,CERES-Maize模型可以较好地描述该地区不同水氮处理条件下玉米叶面积指数(LAI)在生育期内的变化过程。中、高灌水量处理玉米生育期内LAI的模拟精度(标准均方根误差n RMSE=23.0%~37.7%,一致性指数d=0.612~0.945)优于水分亏缺较严重的处理(n RMSE=31.8%~60.6%,d=0.501~0.878)。产量和收获期干物质质量模拟值与实测值之间的相对误差变化范围为0.1%~17.7%,n RMSE变化范围为7.6%~8.7%,d变化范围为0.758~0.791,吻合程度为优。CERES-Maize模型可用以优化喷灌水氮管理措施。不同降雨年型玉米最优灌水方案为:枯水年灌水次数为10次,灌溉定额为292 mm;平水年和丰水年灌水次数分别为8次和6次,灌溉定额分别为191 mm和95 mm。不同降雨年型最优施肥方案为:基肥的施入量为40 kg/hm2,拔节期和抽穗期的施入量均为60 kg/hm2。优化水氮管理措施不仅能够获得较高的玉米产量,还能减少氮素淋失。     

咸淡水交替隔沟灌溉对土壤盐分及夏玉米产量的影响

为研究时空交替模式下咸淡水灌溉对土壤盐分及夏玉米产量的影响,在河北南皮对夏玉米4个生育期(出苗期、拔节期、抽穗期、灌浆期)采用微咸水(4 g/L)、淡水(1 g/L)进行咸淡水交替隔沟灌溉的遮雨测坑试验。根据不同的咸淡水灌溉模式组合,分为4个处理:处理1-全生育期4条沟均为"淡咸淡咸"交替沟灌;处理2-全生育期沟1和沟3均灌淡水,沟2和沟4均灌咸水;处理3-全生育期沟1和沟3淡咸交替,沟2和沟4咸淡交替;对照CK处理-全生育期4条沟均为淡水灌溉。结果表明:夏玉米收获后,各处理土层土壤盐分和离子累积程度大小关系为全生育期灌淡水的CK处理咸淡水交替隔沟灌的处理3 咸淡水固定隔沟灌的处理2和淡咸淡咸交替灌的处理1;较全生育期淡水处理,咸淡水交替灌溉减产率为24. 8%,咸淡水固定隔沟灌溉减产率为22. 1%,咸淡水交替隔沟灌溉减产率为11. 3%;在全生育期相同咸淡水灌溉量的情况下,选择咸淡水交替隔沟灌溉方式土壤盐分累积量最小,较全淡水节约淡水量50%。可为缺乏淡水资源的华北平原灌区夏玉米灌溉提供参考。     

位山灌区农田氮素流失试验研究

为研究农田土壤中氮元素的迁移规律,通过田间测坑试验,研究了不同水肥处理对冬小麦—夏玉米生育期内土壤中氮素时空变化特征的影响。结果表明:不同水肥处理对硝态氮、铵态氮、总氮的流失有显著影响。不同水肥处理对土壤中总氮含量的分布特征影响不大。在小麦生育期内,由于根系对氮素的吸收利用,土壤剖面总氮流失渗漏量随着小麦的生长逐渐减少。总之,位山灌区长期大量施用化肥,并采用普通漫灌的灌溉方式将加剧氮素的流失,对灌区地下水造成潜在污染风险。     

应用根系层水质模型分析冬小麦-夏玉米轮作体系的农田水氮利用效率Ⅰ：模型参数的灵敏度分析与标定

本文利用禹城试验站田间试验数据对根系层水质模型的输入参数进行了灵敏度分析和标定。参数标定后的模拟结果与实测结果的对比显示:土壤体积含水量模拟值的均方根差和平均相对误差分别为0.069cm3·cm-3和-8.57%;土壤硝态氮含量模拟值的均方根差和平均相对误差分别为41.41mg/kg和-69.56%;在冬小麦-夏玉米轮作体系下,作物吸氮量模拟值的均方根差和平均相对误差分别为97.8kg/hm2和50.6%;作物地上部生物量和产量模拟值的均方根差分别为2392kg/hm2和2239kg/hm2,平均相对误差分别为32.8%和22.2%;叶面积指数模拟值的均方根差和平均相对误差分别为2.83和243.8%。模拟结果表明:RZWQM能够较好地模拟冬小麦-夏玉米轮作体系中土壤水动态和作物地上部生物量及产量,可用于模拟分析农田水氮利用效率。但该模型在禹城试验站对土壤硝态氮含量和叶面积指数模拟精度欠佳的原因有待进一步分析。     

水氮耦合对芸豆生理及产量的影响

以芸豆品种英国红为材料,在盆栽试验条件下,设置2种灌溉量(W1:常规灌溉,W2:控制灌溉)和5种不同施氮量(N0:0kg/hm2,N1:25kg/hm2,N2:30kg/hm2,N3:35kg/hm2,N4:40kg/hm2),研究了不同水氮管理模式对芸豆生理及产量的影响,旨在为芸豆高产优质栽培提供理论依据。研究结果表明,在常规灌溉条件下,随着施氮量的增加,芸豆叶片叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量、硝酸还原酶活性呈先增加后降低的趋势,产量也呈先增加后降低的趋势,在处理W1N3最大。在控制灌溉条件下,随着施氮量的增加,芸豆叶片叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量、硝酸还原酶活性均在处理W2N4最大,产量在处理W2N4达到最大值,与对照相比,增加了72.54%。在该试验条件下,适宜的水氮组合有利于作物生长发育及产量的形成,达到了水肥的高效利用,但施氮过量也有可能导致增产幅度下降,试验认为W1N3(80%田间持水量、施氮35kg/hm2)为最优水氮组合。     

水肥一体化施氮量对水稻生长和产量的影响

为了更为合理的确定水肥一体化条件下水稻的氮肥用量,通过盆栽试验和溶解施肥模拟了水肥一体化灌溉施肥过程,研究了不同施氮量对水稻生长和产量的影响。试验结果表明随着施氮量的增加,水稻茎蘖数、株高、LAI和地上干物质重均有先增大后减小的变化趋势,施氮量225 kg/hm~2水稻长势最好,施氮量270 kg/hm~2长势最差;施氮量对SPAD无显著影响;穗长、穗重、每穗实粒数和每穗粒数均随着追肥施氮量增加而减小,千粒重随着追肥施氮量增加先增大后减小,施氮量135～225 kg/hm~2时,产量相近,但施氮量270 kg/hm~2处理产量最低,且显著低于其他水平。因此,水肥一体化条件下,高施氮量不利于水稻生长和产量形成,适当减少氮素用量不会造成减产,综合考虑稻田排水和提高肥效,参考施氮量以180 kg/hm~2为宜。     

应用农业生产系统模型分析冬小麦-夏玉米轮作体系的农田水氮利用效率Ⅱ：模型的模拟验证与情景分析

应用经过参数灵敏度分析与标定后的农业生产系统模型（APSIM）,以北京市海淀区东北旺试验站为背景,探讨了不同灌溉、施肥、种植日期和种植密度等农艺措施下冬小麦和夏玉米的产量、水分利用效率及氮肥偏生产力的变化,以期探寻适合当地特定气候、土壤条件下的既能保证粮食稳产高产又能达到资源高效利用的田间管理措施。首先根据所搜集的1985-2005年统计年鉴中的产量数据对参数标定后的模型作了进一步的验证,结果表明：冬小麦和夏玉米产量的模拟值与年鉴统计值之间的平均相对误差分别是43％和21％。运用验证后的模型,基于所设计的9种不同的水氮管理情景进行了模拟分析,结果表明：冬小麦在播前、拔节期和开花期灌溉75ram;丰水年和平水年夏玉米在播前灌溉3lmm,枯水年夏玉米在播前和抽穗分别灌溉20mm,特枯水年夏玉米在播前和抽穗分别灌溉84mm;冬小麦在播前和拔节期分别施人氮肥43kg／hm^2和87kg／hm^2,夏玉米在苗期和大喇叭口期分别施人氮肥40kg／hm^2和80kg／hm^2.这样的节水省氮灌溉施氮方案不仅能够获得较高的粮食产量,还能获得较高的水分利用效率和氮肥偏生产力。     

不同耕作与灌溉施肥方式对夏玉米水分利用效率的影响

为了探究北京地区夏玉米适宜的耕作和灌溉施肥方式,开展了夏玉米野外田间试验,试验设置了4个处理,分别为不起垄高灌中肥处理(AE)、不起垄低灌高肥处理(BF)、不起垄低灌中肥处理(BE)和起垄不灌低肥处理(CD)。通过测定夏玉米生育期内的土壤含水率、生长及产量指标,研究不同耕作与灌溉施肥方式对夏玉米水分利用效率的影响。研究结果表明:起垄CD处理夏玉米生育期内的土壤含水率变化不明显,不起垄处理夏玉米生育期内的土壤含水率变化明显,在垄作方式相同情况下土壤含水率随着灌溉水量和施肥量的增加而增大;夏玉米产量随着灌溉水量和施肥量的增加而增大,不起垄AE处理的产量最大,为10 768 kg/hm~2,起垄CD处理与不起垄AE处理相比,夏玉米产量减产12.86%,起垄CD处理对夏玉米的产量的影响较小;起垄CD处理与不起垄AE处理具有相同的夏玉米水分利用效率,为2.29 kg/m~3。因此,在试验区种植夏玉米,采用起垄不灌溉低肥的方式可以提高夏玉米的水分利用效率,对夏玉米生长及产量影响较小,可以达到节水节肥的目的。     

土壤氮素运移机理研究现状

分别从土壤水氮运移及转化、土壤氮素有效性及其影响因素、提高氮肥利用率的技术与措施等方面概括介绍了氮素运移机理研究的最新进展.并根据我国农业现状提出适宜的农业措施,以达到节约灌溉用水的目的.这些措施是:进行科学的施肥和灌溉、充分利用当地降雨径流来有效控制灌溉用水量、结合不同作物在不同生长时期对水肥的不同需求及当地耕作方式、土壤质地及降水资源等条件建立完善的水氮管理模式.     

应用分布式水文模型优化黑龙港及运东平原农田灌溉制度Ⅱ：水分生产函数和优化灌溉制度

黑龙港及运东平原是河北省的主要农业区,同时也是华北平原的少雨中心,探讨适用于该地区冬小麦和夏玉米的水分生产函数类型,并应用于制定优化的灌溉制度,对于该区域节水农业的建设具有重要的现实意义。本文以经过参数率定与模拟验证的土壤水评价工具(SWAT)为手段,设置了1种充分灌溉处理和9种非充分灌溉情形,拟合得到冬小麦和夏玉米的水分生产函数,在此基础上,依据水分敏感系数(或指数)确定出灌溉的关键生育期,以不考虑氮磷胁迫的历史灌溉情景为基本情景,设置了3种优化灌溉方案。结果表明:在所确定的冬小麦和夏玉米灌溉的关键生育期,采用优化后的灌溉量,与基本情景相比,在保证冬小麦-夏玉米种植制度下的作物基本稳产(产量平均增加2.54%)的前提下,平均节省灌溉量23.55%,水分利用效率平均提高6.29%。总之,模拟得到的优化的灌溉制度对于该区域冬小麦-夏玉米轮作体系下的农田节水灌溉管理具有一定的参考价值。     

不同施氮量对小麦、玉米产量和土壤养分分布的影响

在河北省中西部黄壁庄水库上游流域,通过田间试验,分析不同施氮量对该区小麦和玉米产量、氮肥偏生产力、农户纯收益和土壤中氮素累积的影响,以期为该区农业的施肥管理和防治农业非点源污染的技术策略提供科学依据。试验结果表明,中肥施氮水平,冬小麦产量和农户收益最高。不同施氮水平对夏玉米产量影响差异不显著。高肥水平,春玉米产量和农户收益最高。在冬小麦和夏玉米轮作农田,硝态氮在90cm土层出现累积。在春玉米农田,硝态氮在50cm土层出现累积。另外,随着施氮量的提高,100cm土体硝态氮储量在2010年和2011年间出现盈余。综合分析试验结果,在该区合理灌溉的前提下,冬小麦合理施氮量为225kg/hm2左右,夏玉米合理施氮量为180kg/hm2左右,春玉米合理施氮量为225kg/hm2左右。     

水肥耦合对水稻生长、产量及氮素利用效率的影响

为了探讨水稻生产中适宜的灌溉方式以及与其匹配的施氮量,以C两优华占水稻品种为试验材料,使用大田试验的方法,进行了水肥耦合试验。试验设灌水量和氮肥水平两个因素。以淹水灌溉的灌水量为基准,设置4个水分处理,即W1 (淹水灌溉100%)、W2 (轻度干湿交替灌溉66.7%)、W3 (中度干湿交替灌溉33.3%)和W4(雨养,灌溉0),不同水分处理灌溉频次相同,当W1水层消失时同时灌溉。设置6个氮肥梯度,0、90、135、180、225、270 kg/hm~2。对水稻生长性状、产量以及水氮利用效率进行了研究,结果表明:在不同灌溉处理下,增加氮肥施用量,均能够显著增加水稻株高和叶片SPAD值;中度干湿交替灌溉,显著降低了低施氮量处理的株高,高施氮量一定程度上弥补了灌水量减少对株高的影响。轻度与中度干湿交替灌溉处理下,高氮处理成熟期水稻叶片SPAD值显著降低,从而改善其贪青晚熟现象。在不同灌溉处理下,随着氮肥施用量的增加,水稻有效穗数呈现逐渐增加的趋势。雨养处理会导致水稻实粒数与结实率显著降低;不同灌溉方式下,氮肥施用量与水稻产量均呈现二次方的关系,不同水分处理下的水稻产量峰值出现时的施氮量不同,当施氮量达到135 kg/hm~2之后,继续增加施氮量,不同水分处理对水稻产量影响显著,在水分亏缺条件下继续增施氮肥会导致产量明显下降。综上所述,施氮量的多少应该与灌水量相匹配,轻度干湿交替灌溉条件下,施用180 kg/hm~2氮肥会达到较好的水肥耦合模式,可以在减少灌水量的条件下,获得了较高的产量,并且保持较高的氮肥农学利用效率和氮肥偏生产力。     

灌溉水质对土壤和夏玉米多氯联苯含量影响的试验研究

为明确不同灌溉水质对土壤和夏玉米中多氯联苯PCBs含量的影响,2015年在北京市通州区永乐店镇北京市灌溉试验中心站布置了田间灌溉试验,设置了再生水灌溉、再生水和清水(地下水)交替灌溉和清水灌溉等3个处理,每个处理设置3个重复。采用气相色谱-质谱仪分析了土壤和夏玉米籽粒中7大类PCBs含量。研究结果表明采集的表层土壤和夏玉米籽粒仅四氯联苯含量高于实验检出限,一氯联苯、二氯联苯、三氯联苯、五氯联苯、六氯联苯和七氯联苯均未检测出。表层土壤PCBs含量为ND(未检出)至0.06μg/kg,各处理间没有显著差异;土壤PCBs含量远低于加拿大农业土壤质量指导值和荷兰土壤质量标准中的干预值,且其生态风险概率小于10%。供试5个品种夏玉米籽粒产量为1.03~5.92t/hm~2;与清水灌溉相比,再生水灌溉条件下夏玉米籽粒产量增加52%~116%。甜玉米2000除外,其他品种夏玉米再生水灌溉条件下籽粒产量显著高于清水灌溉。夏玉米籽粒PCBs含量为ND至1.74μg/kg,总体上同一品种不同灌溉水质条件下籽粒PCBs含量无显著差异。夏玉米籽粒PCBs含量低于美国卫生及公共服务部建议指标。     

东北黑土区膜下滴灌施氮管理对玉米生长和产量的影响

2011和2012年在东北黑土区开展了玉米膜下滴灌田间试验,研究生育期滴灌施氮次数与施氮量对玉米生长和产量的影响。施氮次数取1次(拔节期)和3次(拔节期、抽穗期、灌浆期)2个水平,施氮量取50、100、150、200 kg/hm24个水平。结果表明,施氮次数对玉米的生长和产量影响显著,1次施氮处理显著提高了玉米在生育前期的株高、叶面积指数(LAI)、干物质质量和氮素吸收量,3次施氮处理使生育后期的干物质质量和氮素吸收量显著提高,产量随施氮次数显著增加,平均比1次施氮处理提高5%;施氮量对玉米各生育期株高和LAI的影响均不显著,干物质质量和氮素吸收量随施氮量呈增加趋势,尽管2012年玉米产量随施氮量的增加显著增长,但施氮量对玉米产量的影响明显小于施氮次数。本研究建议东北黑土区玉米膜下滴灌采用3次施氮、施氮量150~200 kg/hm2的施氮管理措施。     

坝上干旱地区春小麦节水高产优质栽培技术

本文采用二次回归正交旋转组合设计的方法,研究了高、中水肥条件下春小麦节水高产优质栽培的播种量、施氮量、施磷量及灌溉定额等4项农艺措施与产量间的关系,建立了不同水肥条件下春小麦的产量与4项农艺措施的函数模型,通过数学模拟筛选出了高水肥春小麦平均产量6750kg/hm~2,中水肥平均产量3000kg/hm~2以上的最佳农艺措施组合方案,为坝上高寒干旱地区春小麦节水高产优质栽培提供一个模式。     

水稻水肥耦合技术的生态环境效应和最佳模式研究

通过田间试验,研究了水稻水肥耦合技术的产量效应和生态环境效应,结果表明:湿润灌溉总氮污染量相对于充分灌溉减少35.09%~54.22%。中、低氮处理的总氮污染量比高氮处理减少0.59%~23.22%。在湿润灌溉条件下,水稻产量会有不同程度的降低,但低施肥会大大降低减产幅度,仍可获得相当高的产量。综合考虑产量、肥料、污染因素,结合经济效益和环境效益,可以认为,施氮量202.5 kg/hm2,土壤水分为占土壤饱和含水率的85%是切实可行的最优水肥组合。     

黑土区水肥一体灌溉化对玉米叶面积与叶绿素变化影响研究

通过精准控制测坑试验,研究膜下滴灌水肥一体化条件下玉米不同生育期叶面积指数LAI与叶片叶绿素变化规律。结果表明,低水灌溉条件下,在灌浆期低水中肥试验处理的LAI分别比低水低肥、低水高肥和低水无肥处理提高了8.9%、6.9%和10.2%。高水灌溉条件下,灌浆期高水中肥处理的LAI分别比高水低肥、高水高肥和高水无肥处理提高了18.9%、6.3%和28.8%。施氮量对玉米叶绿素的影响大于灌水量,随着灌水量增加,施氮量对玉米叶绿素的影响越小。10 mm和20 mm单次灌水量对玉米叶绿素含量无显著影响,不同施氮量水平对玉米叶绿素含量具有显著影响。建立的玉米叶面积指数方程和叶绿素含量方程达到了显著水平。     

水稻灌区高效水肥管理模式研究与示范

正提出了水稻不同生育期水分亏缺指数阈值、氮素亏缺诊断阈值;形成了基于无人机与智能手机平台的水稻水分亏缺诊断方法、氮素亏缺诊断方法;明确了不同水氮管理稻田氮磷流失规律,形成了水稻高效水肥管理模式。在节水灌溉稻田,引入了最新的实地氮肥管理技术,开展水肥联合调控,揭示了水肥联合调导体的氨挥发损失、深层渗漏损失、地表