黄土高原旱塬地冬小麦水分生产潜力与土壤水分动态的模拟研究

在EPIC模型介绍和模拟精度验证的基础上,利用EPIC模型对黄土高原旱塬地冬小麦水分生产潜力和土壤水分动态进行了中期(12a)和长期(30a)评价定量模拟研究。结果表明:(1)在12a实时气象条件下的模拟时段内,旱塬地小麦水分生产潜力随降水量变化呈现波动性降低趋势,3m土层土壤有效含水量也表现为剧烈波动性和逐渐下降趋势,土壤干燥化趋势明显;(2)在30a模拟气象条件下的模拟时段内,旱塬地小麦水分生产潜力呈现波动性轻微降低趋势,3m土层土壤有效含水量季节性和年际间波动性显著,但土壤干燥化趋势并不明显;(3)综合分析认为,在降水量减少幅度不显著的情况下,旱塬地麦田土壤干燥化只是一种短期现象,不会导致长期性土壤强烈干燥化现象发生,但产量随降水量变化的波动性不可避免。     

江苏省丹阳市水稻土自然生产潜力的初步研究

本文借助作物生长模型与模糊数学的方法对江苏省丹阳市的两种种植制度的土壤自然生产潜力进行了初步的分析研究。结果表明,模拟的小麦/玉米-晚稻种植制度的气候生产潜力比小麦-单季稻高3000kg/ha 左右。指出丹阳的小麦生产应以挖掘、提高土壤自然生产潜力为主,而单季稻的生产则应以提高品种的气候生产潜力为方向。     

FAO生产潜力模型中基本参数的修正

用美国Licor -6200便携式光合作用测定仪对黄淮海主要作物叶片光合进行了测定 ,建立了较强机理的冠层光合模型 ,模型时间积分为瞬时尺度并充分考虑了株型对冠层光合的影响 ,验证结果表明模型具有较高的准确度。在此基础上 ,对deWit在1965年用数值模式计算出的、目前仍在国内大量使用的FAO生产力模型中最基本的参数进行了重新计算 ,发现FAO生产力模型中基本参数对黄淮海地区而言存在较大偏差。文中重新给出了冬小麦、夏玉米两种作物冠层CO2 日总同化量随纬度分布表 ,为以后更准确地计算中国不同作物生产潜力提供了最基本的模型参数 ,同时文中也阐明了作者对国内生产潜力研究的一些观点和看法。     

基于WOFOST模型的京津冀地区冬小麦生产潜力评价

研究利用近40年的逐日气候数据,借助WOFOST作物模型模拟分析了京津冀地区冬小麦的生产潜力,通过与实际产量的比较,探讨了提高冬小麦产量的潜力与措施。研究表明：①京津冀地区(除张家口和承德地区)冬小麦光温潜力介于6934~9143kg/hm²之间,从冀中南部向京津地区和冀东北地区逐渐增大,区域平均生产潜力为8037kg/hm²;②冬小麦雨养潜力介于4515~6639kg/hm²之间,由东部和南部随降水量降低依次向西北递减,到冀西北区降至最低,区域平均产量为5771kg/hm²;③影响冬小麦产量的自然因子中,水分是关键限制要素,北部地区也受低温霜冻的影响;④京津冀中部和南部地区的冬小麦生产潜力年际变化波动相对较小,东北部变化波动相对较大;⑤2005-2007年研究区冬小麦的实际单产在2721~7300kg/hm²之间,区域平均5247kg/hm²,相当于潜在产量的50%~80%,其中石家庄地区附近实际产量达到潜在产量的80%以上,天津和沧州地区以及邯郸地区,实际产量与潜在产量的差距较大。     

土地生产潜力评价中土壤修正系数模型的研究──以河北省涿鹿县为例

为了方便、准确地分析土壤条件（包括部分地理条件，如坡度、地下水位等，下文同）对土地生产潜力的影响，本文提出土壤修正系数的概念，即：在一定的气候和投入水平条件下，某种土壤能够满足作物生长的生理、生态要求的程度称其为该土壤对这种作物的土壤修正系数。以河北省涿鹿县为例探讨了定量计算土壤修正系数的理论和方法，并采用相对权重模糊距离法设计了土壤修正系数的计算模型。专家计算结果。（２）土壤修正系数模型的理想检验方法是在土地利用、气候等条件一致的情况下，将土壤修正系数与实际产量进行对比分析。但由于气候等条件不好控制，因此该方法在实践中很难实现。事实上，“土地评价的结果如果能够准确地反映土地评价专家的正确判断，那么它就是有效的；检验结果正确性的一个方法就是通过比较不同专家分析评价的结果。”（Ｎ．Ａ．Ｊ．ＶａｎＬａｎｅｎ，１９９１）笔者认为，这是对目前土地评价结果检验的一个比较客观的认识，本文的检验方法就是基于此。表７相关分析和均方差分析参考文献     

稻麦作物净初级生产力模型研究:模型的建立

以植物生理学、农业气象学和土壤环境学的基本原理为基础 ,建立了稻麦作物净初级生产力模型 .该模型包括 2个主要功能模块 :光合作用和呼吸作用 ;土壤 作物系统氮素运移 .前者综合考虑了环境因子和作物氮含量的影响 ,后者包括了作物氮素吸收、土壤氮矿化和化肥氮释放的动态模拟 .     

基于LMDI模型的中国粮食产量变化及作物构成分解研究

理清1980-2010 年间中国粮食产量变化的作物贡献及其主要贡献因子,为今后农业政策的调整提供决策依据。论文采用对数平均迪氏分解模型(LMDI)开展1980-2010 年间中国粮食产量变化及作物构成分解研究。研究结果表明:①30 a 间中国粮食产量增加了2.26×10⁸ t,粮食播种面积效应和粮食单产效应分别为-0.21×10⁸和2.47×10⁸ t;粮食单产水平提升对粮食增加量的贡献值大,但这一贡献效应的增加量在减弱。②稻谷、小麦和玉米三种作物产量在全国粮食总产量中的比例波动性上升;稻谷单产、小麦单产、玉米单产,以及玉米播种面积的增产效应最为明显,是驱动全国粮食产量增加的主要因素。③地区贡献以黑龙江和河南最为突出,累积贡献率约占1/3,省域粮食生产“北进中移”的趋势明显;各省域粮食产量的贡献因素差异显著,大豆、薯类和其他作物对粮食总产量变化的贡献较小。建议实施差别化的粮食生产政策,在继续提高粮食单产的同时稳定粮食播种面积,确保国家粮食安全。     

用迈阿密模型测算我国生物生产量的初步尝试

生物生产量的研究是六十年代以来兴起的一个崭新领域,它以有机物的重量或能量为指标,研究各种生态系统中物质与能量的数量及其固定、消耗、分配、积累与转化的特点,并探讨其与生态因素间的相互关系,制定生物生产力的数学模型,为合理保护、管理和开发利用生物资源,创造稳产高产的生态系统提供理论依据。随着生产的发展和对自然资源开发利用的需要,生物生产量的研究已愈来愈引起人们的关注,不但成为当代生物学研究的中心问题之一,而且对其他学科的发展亦产生重大影响。     

黄淮海平原水浇地、旱地不同熟制的气候资源利用

为了合理利用气候资源,提高土地生产力,探索适合我国国情与黄淮海平原的种植制度,1980—1984年期间在平原北部(北京)水浇地上连续进行了五年田间试验,1983年和1984年两年又增加了水浇地与旱地对比,并在平原中部黑龙港地区的北京农业大学曲周试验站及平原南部属黄淮平原的河南省淮阳县增加了两个点。试验设水浇地和旱地两部分,各有一年一熟(冬小麦、春玉米和春大豆)和一年两熟(冬小麦复播玉米、冬小麦套播玉米和冬小麦复播大豆)。栽培管理按当地中上水平进行。     

农业水资源配置效果的计算分析

水资源在农业上的有效利用,不论区域水源条件的优劣,均有极其重要的意义:在水源不足的地区,应以有限的供水求得最大的经济效益;在水源丰富的地区,需按作物产量与水量的最优关系配水,以最少的供水工程投资取得最大产量。不同作物的需水数量与时间是各不相同的,对于地区农作物布局来说,水资源的分配方案是水资源管理中的一个基本问题。本文考虑了产量形成受到多种因素的影响,在综合作物生产主要因素的基     

用ALMANAC作物生长模型模拟冬小麦生长

冬小麦是黄淮海地区的主要农作物。精确模拟冬小麦产量能够帮助生产者获得更好的经济效益。根据实验资料调整了ALMANAC作物生长模型部分参数后,用其对该地区的冬小麦生长进行了模拟,结果显示ALMANAC模型能够较好地模拟冬小麦的叶面积指数和产量。叶面积指数的模拟结果与实测结果的比值为1.0552,可决系数R2为0.7021;生物量模拟的最大误差为-6.01%,经济产量模拟的最大误差为-5.41%。模型还可以揭示影响冬小麦生长的主要胁迫因素。     

近50a华北平原冬小麦-夏玉米耗水规律研究

为明确华北平原主导作物冬小麦-夏玉米耗水量的变化趋势,为水资源配置提供科学依据,论文搜集文献资料,结合中国科学院禹城综合试验站长期观测数据,采用Mann-Kendall检验法分析了华北平原近50 a冬小麦和夏玉米的耗水量变化趋势,阐明其耗水特性和作物水分利用效率变化,最后通过对蒸发能力和气象要素的变化趋势分析明确了冬小麦-夏玉米耗水量变化的主导原因。研究表明:①近50 a华北平原主导作物冬小麦-夏玉米耗水量呈下降趋势,冬小麦耗水量从501.2 mm降低到456.3 mm,夏玉米耗水量大体变化在300~400 mm,平均为350 mm左右;②冬小麦和夏玉米水分利用效率大幅度提高,冬小麦水分利用效率由3.31 kg/(hm²·mm)增至15.91 kg/(hm²·mm);夏玉米水分利用效率从3.72 kg/(hm²·mm)提高到23.36 kg/(hm²·mm);③拔节-乳熟期是冬小麦耗水强度和耗水量最大的一个时期,华北平原需要通过多次灌溉满足作物水分供需平衡,拔节-灌浆期是夏玉米耗水强度和耗水模系数都比较高的时期,适逢华北地区雨热同期,一般不需要进行补充灌溉;④大气相对湿度增加和日照时数减少是蒸发能力减弱的主因,进而导致作物耗水量呈现下降趋势。     

黄土高原冬小麦田土壤水分与小麦产量对降水和气温变化响应的模拟研究

明确黄土高原地区降水和气温变化对冬小麦田土壤水分和产量的影响,对探索适应气候变化的冬小麦田间管理措施具有重要的现实意义。论文在验证EPIC模型对冬小麦田土壤水分模拟精度的基础上,以历史气象数据为基础,设置TR1、TR2和TR3三个气候情景,采用作物模型模拟的方法,研究黄土高原冬小麦田土壤水分和冬小麦产量对降水和气温变化的响应。结果显示：1）1961—2010年黄土高原降水呈降低趋势,其年际间变化幅度和频率均有所增加。与1961—1970年相比,洛川、长武、运城和延安的年均降水量在2001—2010年间分别降低了18.1%、13.6%、18.8%和24.9%,其变差系数分别增加了0.029、0.087、0.02和0.057。1961—2010年黄土高原气温呈波动性增加趋势,其中日最低气温增加幅度大于日最高气温增加幅度。与1961—1970年相比,日最高气温在2001—2010年间增加了0.30~0.84 ℃,而日最低气温增加了1.00~1.55 ℃。2）EPIC模型能够较好地模拟黄土高原冬小麦田土壤水分动态变化规律,0~2.0 m土层土壤湿度观测值与模拟值间的相对均方根误差RRMSE值为6.0%~14.0%,R²和模型效率ME值分别为0.824和0.815。3）黄土高原地区降水的减少和最高气温的增加均不利于冬小麦生产,而最低气温的提高对冬小麦生产较为有利。洛川、长武、运城和延安冬小麦产量因年降水量的降低而分别减产了8.5%、7.6%、11.7%和12.3%;因日最高气温的升高分别减产了6.4%、6.8%、7.2%和-3.0%;因日最低气温的提高而分别增加了8.8%、10.2%、1.5%和12.0%。因此,为适应降水减少和日最低气温升高的趋势,黄土高原冬小麦生产区应适当调整冬小麦播期,研究并推广保水节水技术措施,充分利用气候变化对冬小麦生产的有利因素,克服不利因素,确保冬小麦的可持续生产。     

秸秆还田下不同追氮量对麦田土壤真菌群落结构和生态网络的影响

秸秆还田和肥料施用是农田土壤养分输入的主要来源,秸秆还田条件下配合适宜的化肥施用量能够在环境友好的前提下为作物生产提供必要的营养.为明确秸秆还田条件下不同追氮量对麦田土壤真菌群落的影响,从土壤生态功能角度评估冬小麦氮肥管理措施的合理性.在秸秆全量还田基施氮肥150 kg·hm^-2基础上,多年定位设置5个追氮量(0、 37.5、 75、 112.5和150 kg·hm^-2)处理,采用实时荧光定量PCR和高通量测序技术分析冬小麦成熟期土壤真菌群落丰度、多样性、结构和生态网络,探讨驱动土壤真菌群落变化的主要土壤理化因子.结果表明,和不追施氮肥和低追氮量处理相比,高追氮量处理增加了土壤全氮和无机氮含量,降低了土壤pH值、全磷、有效磷和速效钾含量.和不追施氮肥处理相比,追氮量37.5～150 kg·hm^-2处理显著增加了土壤真菌群落丰度(P<0.05),而追施氮肥各处理间差异未达显著水平(P>0.05).土壤真菌群落Heip指数和Shannon指数随追氮量的增加逐渐降低,追氮量150 kg·hm^-2     

施用生物炭对麦田土壤细菌群落多样性和冬小麦生长的影响

通过长期田间定位试验研究土壤细菌群落的多样性及作物生长对施用生物炭的响应,为生物炭在农田中的合理应用提供科学依据.以冬小麦为研究对象,设置生物炭施加量为0(B0对照)、 5(B1)、 10(B2)和20 t·hm^-2(B3)这4个处理,结合Illumina MiSeq高通量测序技术探究不同生物炭施用量对冬小麦扬花期和成熟期土壤理化性质、土壤细菌群落多样性和作物生长的影响.结果表明,土壤含水量、 pH值、土壤有机碳、全氮、硝态氮含量、冬小麦生物量、氮吸收和产量随着生物炭施用量的增加均表现出增加趋势.高通量测序结果得出B2处理显著降低了扬花期细菌群落α多样性;土壤细菌群落组成对不同施用量的生物炭和物候期的总体响应在分类上一致,本研究以变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、浮霉菌门(Planctomycetes)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)和放线菌门(Actinobacteria)为优势菌门(相对丰度>5%),酸杆菌门的相对丰度下降,但随着生物炭的施用,变形菌门和浮霉菌门的相对丰度增加.冗余分析、共现...     

结合态氚在作物生态系统中的形成动态

采用模拟污染物的同位素示踪技术研究了氚水在玉米、大豆和水稻中结合态氚形成的动态过程,并探讨了结合态氚形成的机理.结果表明,土壤(或水)中的氚水通过作物根系吸收进入作物体内,并在作物各部位形成结合态氚;作物体中结合态氚的比活度随时间呈增加趋势;作物籽粒中的结合态氚的比活度约为2～3Bq/g,玉米籽和稻谷中结合态氚的比活度高于其余部位,而大豆籽则与其他部位相当.对3种作物中结合态氚比活度的变化动态进行指数回归分析得:玉米、大豆和水稻中的比活度分别为C_m(t)=1.14(1-e^-0.0509t)、C_s(t)=1.65(^1-e-0.0595t)和C_r>(t)=1.29(^1-e-0.1027t),经方差分析表明,各拟合方程较好地反映了氚水在玉米、大豆和水稻中结合态氚形成的动态.     

冬季绿肥对黄土高原旱作春玉米农田土壤温室气体排放的影响

利用田间试验研究了冬季绿肥对旱作春玉米农田土壤温室气体排放的影响.试验设燕麦、小扁豆、燕麦与小扁豆混播和裸地休闲共4个处理,采用静态箱-气相色谱法对冬闲期和春玉米生长期间土壤温室气体（CO₂、N₂ O和CH₄）排放通量进行观测.结果表明,旱作春玉米-冬季绿肥种植系统土壤是CO₂、N₂ O的排放源和CH₄的吸收汇.与裸地休闲相比,燕麦和小扁豆在冬闲期对土壤CO₂累积排放量没有影响,但在春玉米生长期间导致土壤CO₂累积排放量分别增加了7.77%和25.7%（P<0.05）,混播导致冬闲期和春玉米生长期间土壤CO₂累积排放量分别增加了19.1%和14.5%（P<0.05）.种植燕麦后冬闲期和春玉米生长期间土壤N₂ O累积排放量较裸地休闲分别降低了11.6%和14.7%（P<0.05）,而小扁豆分别增加了31.9%和14.9%（P<0.05）;混播导致冬闲期土壤N₂ O累积排放量降低了19.2%（P<0.05）,但在春玉米生长期间差异不显著.与裸地休闲相比,燕麦、小扁豆和混播冬闲期土壤CH₄累积吸收量分别降低了37.9%、23.6%和29.6%（P<0.05）,春玉米生长期间分别降低了19.4%、33.5%和31.5%（P<0.05）,其中小扁豆和混播在冬闲期和春玉米生长期间差异均不显著.燕麦较裸地休闲在农田综合增温潜势（GWP）、春玉米产量和温室气体排放强度（GHGI）差异均不显著.小扁豆和混播显著提高了GWP,其中小扁豆显著高于混播.而与裸地休闲相比,小扁豆和混播分别提高了春玉米产量的20.3%和15.4%（P<0.05）,但对GHGI没有显著影响.综合考虑GWP、春玉米产量和GHGI,本地区冬闲期间将小扁豆和燕麦二者混播能增加春玉米产量的同时有效降低土壤温室气体排放强度.     

气候变暖背景下安徽省冬小麦产量对气候要素变化的响应

论文在分析安徽省近47 a(1961-2007年)来气候要素及冬小麦产量变化特征,确定产量突变点的基础上,采用相关分析,提取影响产量形成的气候因子,构建安徽省冬小麦气候产量模型,并利用该模型定量地估算了近47 a来气候要素变化对冬小麦产量的贡献率。结果表明:安徽省冬小麦生长季内的平均气温增暖趋势明显,降水量无明显变化趋势,但年际波动大,日照时数呈显著下降趋势。越冬期最高气温、返青期最低气温和灌浆期日照时数与产量呈显著正相关,灌浆期降水量与产量呈显著负相关。近47 a来,气候要素变化对冬小麦产量存在微弱的负贡献,贡献率为-5.89％。冬小麦生长季内一定程度的暖干化条件有利于产量的增加。     

Effect of fertilization and irrigation schedule on water and fertilizer solute transport for wheat crop in a sub-humid sub-tropical region

In order to increase the water and fertilizer use efficiency and decrease the losses of water and fertilizer solutes (N and P), it is necessary to assess the influence of level of fertilization and irrigation schedule on movement and balance of water and fertilizers in the root zone. With this goal, the reported study was undertaken to determine the effect of fertilization and irrigation schedule on water movement and fertilizer solute transport in wheat crop field in a sub-tropical sub-humid region. Field experiments were conducted on wheat crop of cultivar Sonalika (Triticum aestivum L.) during the years 2002–2003, 2003–2004 and 2004–2005. Each experiment consisted of four fertilizer treatments and three irrigation treatments during the wheat growth period. During the experiment, the irrigation treatments were: I₁ = 10% maximum allowable depletion (MAD) of available soil water (ASW); I₂ = 40% MAD of ASW; I₃ = 60% MAD of ASW. The fertilizer treatments during the experiment were: F₁ = control treatment with N:P₂O₅:K₂O as 0:0:0 kg ha⁻¹; F₂ = fertilizer application of N:P₂O₅:K₂O as 80:40:40 kg ha⁻¹; F₃ = fertilizer application of N:P₂O₅:K₂O as 120:60:60 kg ha⁻¹ and F₄ = fertilizer application of N:P₂O₅:K₂O as 160:80:80 kg ha⁻¹. The results of the investigation revealed that low volume high frequency irrigation results in higher deep percolation losses than the low frequency high volume irrigation with different levels of fertilization for wheat crop in coarse lateritic soil, whereas different levels of fertilization did not significantly affect soil water balance of the wheat crop root zone during all the irrigation schedules. Level of fertilization and irrigation schedule had significant effect on nitrogen leaching loss whereas irrigation schedules had no significant effect on nitrogen uptake under different levels of fertilization. On the other hand, the leaching loss of phosphorus was not significantly influenced by the irrigation schedule and level of fertilization of wheat crop. This indicated that PO₄–P leaching loss was very low in the soil solution as compared to nitrogen due to fixation of phosphorus in soils. From the observed data of nitrogen and phosphorus use efficiency, it was revealed that irrigation schedule with 40% maximum allowable depletion of available soil water with F₂ fertilizer treatment (N:P₂O₅:K₂O as 80:40:40 kg ha⁻¹) was the threshold limit for wheat crop with respect to nitrogen and phosphorus use, crop yield and environmental pollution.     

1961-2010年我国冬小麦可种植区变化特征

冬小麦是我国的主要粮食作物之一,在我国粮食生产和粮食安全方面占有重要地位。论文以全国553个气象台站1961-2010年的基本气象资料为基础,根据温度垂直递减规律,将气象站点的最低温度数据处理到海平面水平,而后利用ArcGIS软件,对海平面水平的最低温度数据进行空间插值,得到海平面水平的最低温度空间分布图;再利用全国的DEM数据将插值后的温度数据还原到相应的海拔高度,得到当地的最低温度空间分布图。参考崔读昌提出的我国内地冬小麦种植北界条件,并综合北疆有积雪覆盖区冬小麦安全越冬的判定条件,计算得到全国1961-2010年内不同年代际的冬小麦可种植区概率。利用不同年代际冬小麦可种植区概率分布图,从空间的角度分析了这50 a冬小麦可种植区的扩张状况、可种植概率的变化情况等,为我国的冬小麦种植区的选择提供参考。