盐碱地肥沃耕层构建水肥盐综合调控机理与技术研究进展

盐碱地是我国重要的后备耕地资源,我国历来高度重视盐碱地的改良和利用工作,但目前盐碱区淡水资源短缺严重制约了盐碱地的改良利用。如何在水资源约束下,优化调控土壤水肥盐动态是当前盐碱地可持续利用中亟待解决的关键科学问题。近年来,大量研究利用有机培肥、耕作、节水灌溉、田间覆盖、咸水利用等农艺措施,在盐碱地建立“控盐、保肥、保水”的肥沃耕作层,显著改变了水肥盐在土壤-植物-大气连续体中的运移过程,实现了盐碱地质量和产能快速提升,上述内容也日益成为盐碱地改良利用中的重要研究方向。本文系统总结了盐碱地改良和肥沃耕层构建等方面的研究进展,并针对盐碱地肥沃耕层构建下土壤水肥盐综合调控及其与植物生长的协同关系等进行了展望,以期为盐碱地可持续改良利用提供参考。

咸水灌溉影响耕地质量和作物生产的研究进展

水资源是基础性自然资源和重要的战略资源。盐碱地多分布于干旱半干旱地区,淡水资源短缺是盐碱区农业可持续发展的主要限制因素。同时盐碱区较为丰富的咸水微咸水资源、土地资源和光热资源等为盐碱区农业可持续发展提供了可能。本文针对咸水灌溉影响耕地质量、作物生长、产量和品质等问题,综述了基于水质的咸水分类、咸水灌溉制度与灌溉方式和地下水埋深等影响咸水在农业生产中安全利用的因素,阐述了不同矿化度咸水灌溉,土壤水力特性、理化性质、温室气体排放等土壤质量变化情况和对作物生长发育、产量和品质的影响,明确了有机物料、咸水灌溉制度、覆盖和耕作等农艺措施、水肥盐多因素调控和耐盐作物适盐种植等农业措施的作用。咸水灌溉下土壤质量呈下降趋势,有机物料的施用、秸秆还田和合理的耕作等调控措施通过影响土壤质量保证咸水的安全利用。与旱作相比,咸水灌溉可以起到明显的增产作用,在合理的咸水范围内还能提升品质。在新形势下,未来将面向国家粮食安全重大需求,以协同提升土壤质量、作物产量和品质为多目标,系统开展咸水非充分灌溉、水肥盐综合调控、咸水灌溉对土壤质量和作物咸水精准灌溉机理过程研究、技术研发和模式示范工作,为缺水盐渍区农业可持续发展提供理论依据和技术支撑。

农业高效利用盐碱地资源探讨

我国约有9913万hm^(2)盐碱地,其中现代盐渍土约为3693万hm^(2),作为重要的后备耕地资源,盐碱地的综合利用对保障国家粮食安全具有重要的战略意义。经过几十年的研究和实践,我国在盐碱地治理方面已经形成了完善的理论和技术体系,取得巨大的成就,其中淡水洗盐、灌排结合的水利工程措施在盐碱地治理中发挥了关键作用。但是,受水资源短缺和气候条件制约,我国大部分的盐碱地尚未开发利用。近年来,随着社会经济发展和科学技术进步,人们逐渐认识到盐碱地作为自然生态系统的组成部分,其丰富的盐碱土、咸水和耐盐生物等盐碱资源在多元化食物生产、生态保护、人民生活中具有重要作用,迫切需要加强盐碱资源高效利用的理论与技术研究,发展盐碱地资源高效利用产业,推动盐碱区农业高质量发展。本文分析了目前盐碱地治理现状及其面临的问题,结合盐碱地资源高效利用研究进展,重点对盐碱区盐生植物利用、咸水资源的高效利用、肥沃耕层构建高效改土、高品质农产品生产、设施种养空间利用和草牧业发展等六个方面进行了探讨,以期为盐碱地资源高效利用提供参考。

盐渍化土壤团聚体和微生物与有机质关系研究进展

土壤有机质是耕地质量的核心,不仅促进土壤团聚体形成,也为植物和微生物提供养分。土壤有机质的形成和分解过程都离不开微生物的参与,而土壤团聚体不仅为微生物提供了栖息环境,也对有机质进行物理保护。在高盐分含量的土壤中,有机质的积累和分解过程变得更加复杂,因此本文总结了土壤盐渍化及其危害,分析了土壤盐分对土壤团聚结构和微生物特征的影响、盐碱土壤有机质特征及积累规律,进而综述了土壤盐分对土壤有机质影响规律的研究进展,旨在揭示盐碱土壤碳封存的潜在机理。以往研究表明盐渍化土壤有机质含量低、团聚结构差、微生物活性低,这些都与土壤盐分含量高和外源有机物质输入量低有关。恶劣的土壤结构导致盐渍化土壤有机质暴露而较易分解,低量的外源有机物质输入导致盐渍化土壤有机质较难积累。可见,盐渍化土壤是潜在的碳库,适宜的措施可以显著提高盐渍化土壤有机质含量。在此基础上,提出未来盐渍化土壤有机质积累的研究方向:1)不同盐分环境下土壤团聚结构和土壤微生物在有机质分解过程中的响应规律;2)外源有机物料添加下土壤团聚结构和土壤微生物在有机质积累过程中的响应规律;3)土壤有机质提升后盐碱地生产力特征。以上研究不仅可以阐明盐碱土壤有机质的周转机理,为盐碱地“固碳封存”提供理论依据,还可以有针对性地提供盐碱耕地质量提升措施,推进盐碱地绿色可持续发展。

地下微咸水埋深对土壤水盐分布与冬小麦耗水特性的影响

环渤海低平原地区的冬小麦生产面临淡水资源短缺的制约,高效安全利用较为丰富的浅层微咸水资源对农业可持续发展具有非常重要的意义。本研究于2021—2022年采用土柱模拟方法在中国科学院南皮生态农业试验站开展,试验设置4个处理:无地下水埋深淡水灌溉处理(CK),地下微咸水埋深为0.5 m(GW1)、1.0 m(GW2)及1.5 m(GW3)处理,每个处理3个重复,对不同微咸水埋深下冬小麦土壤含水量及含盐量和水分利用特点进行调查。结果表明,表层土壤(0~10 cm)含水量及含盐量随地下水埋深的增加而逐渐降低。与CK处理相比,GW1处理表层土壤含水量显著增加30.9%,GW3处理显著降低79.3%,而与GW2处理无显著变化;GW1和GW2处理表层土壤盐含量显著增加3.4 g·kg^(−1)和2.0 g·kg^(−1),而GW3与CK处理之间差异不显著。GW1和GW2处理盐分主要积累在土壤表层(0~10 cm);GW3处理表层盐分较低,主要积累在土壤30~50 cm深度。冬小麦蒸散量随地下水埋深的增加而显著降低,与CK处理相比,GW1和GW2处理下冬小麦蒸散量显著增加50.2%和20.3%,GW3处理无显著差异。冬小麦产量在GW3处理下最高,较CK处理显著提高38.04%;同时,该处理具有最高的生物量水平水分利用效率和产量水平水分利用效率,显著高于CK处理26.7%和40.1%。上述结果表明,咸水质量浓度为3 g·L^(-1),地下水埋深在0.5~1.5 m的条件下,1.5 m是冬小麦生长的适宜地下微咸水埋深上限,此时,表层含盐量和作物蒸散量最低,产量和水分利用效率最优。

黄腐酸对咸水灌溉下番茄产量和品质的调控研究

针对环渤海盐碱区淡水资源匮乏制约作物生长的问题,依据区域咸水资源禀赋,研究黄腐酸对咸水灌溉下番茄产量和品质的调控效应。采用基质栽培水肥一体化试验方法,设置3个黄腐酸浓度水平:0 mg·L^(-1)、450 mg·L^(-1)和900 mg·L^(-1);5个咸水浓度水平:1 g·L^(-1)、3 g·L^(-1)、5 g·L^(-1)、7 g·L^(-1)、9 g·L^(-1),共15个处理。结果表明,与不添加黄腐酸相比,添加黄腐酸对不同浓度咸水灌溉下的番茄均有显著的增产效果(P<0.05),添加450 mg·L^(-1)和900 mg·L^(-1)黄腐酸分别增产6.14%~21.08%和12.83%~34.63%。随着灌溉咸水浓度的增加,番茄单果重、单株果实数目、耗水量、产量水分利用效率、果实维生素C和番茄红素含量显著下降,果实还原性糖含量呈先增加后下降的趋势;施用450 mg·L^(-1)和900 mg·L^(-1)的黄腐酸均能提高咸水灌溉下番茄单果重、单株果实数、耗水量、产量水分利用效率、果实维生素C含量、番茄红素含量、还原性糖含量。随着黄腐酸浓度的增加,番茄叶片脯氨酸含量和K+/Na+显著增加,丙二醛含量和Na+含量显著降低。单株产量和耗水量均与K+/Na+呈极显著正相关,与脯氨酸含量、丙二醛含量、Na+含量呈极显著负相关;番茄果实维生素C含量和番茄红素含量均与K+/Na+呈显著正相关,与丙二醛含量、Na+含量呈极显著负相关;还原性糖含量与丙二醛含量、Na+含量呈显著负相关。上述结果表明,黄腐酸主要通过促进有机渗透调节物质脯氨酸积累、提高K+/Na+以及降低膜脂过氧化产物丙二醛的产生缓解咸水灌溉对番茄产量的抑制,同时还能提高产量水分利用效率、果实维生素C、番茄红素和还原性糖含量,改善番茄品质。

不同行距对冬小麦麦田蒸发、蒸散和产量的影响

为了研究不同行距对冬小麦田棵间蒸发、蒸散和产量的影响，于2002-2003年在中国科学院栾城农业生态实验站进行了试验。结果表明：不同行距处理对棵间蒸发的影响在不同的冬小麦生育时期表现不同，在4月份呈现显著性差异，在12月-3月之间，处理之间没有明显差异。在其它时期7．5cm的行距处理与30cm行距的处理呈显著性差异，15cm的处理与它们均没有明显的差异；在整个生育期内，7．5cm的行距处理比15cm和30cm的行距处理分别减少棵问蒸发13．26和29．04mm，蒸散量减少22．76mm和51．88mm；7．5cm的行距处理比15cm和30cm的行距处理分别提高产量水分利用效率0．11kg／m^3和0．23kg／m^3。

华北平原冬小麦生长对水分胁迫的响应

通过对叶面积指数、生物量、水分利用效率、灌浆速率等数据的分析发现:拔节期胁迫对冬小麦的产量和水分利用效率有一定的影响;充分灌水处理生物产量较高但是水分利用效率低;不同生育期水分胁迫的处理对土壤储水量的消耗有明显的不同最大相差143.3mm;以棵间蒸发形式消耗的无效耗水也有明显的差异,最多相差20mm。

微型蒸发器测定土面蒸发的试验研究

本文通过对比不同微型蒸发器(Micro lysimeters,简称MLS)对测定土面蒸发的试验,以5cm长的MLS每天更换土体作为对照,发现15cm是比较理想的最短长度。同时,对影响土壤蒸发的外界因素进行了分析。结果显示,气象因素中相对湿度、饱和水气压差和辐射同土壤蒸发有着密切的关系,在P=0 05水平下均达到显著水平。此外,表层土壤含水量也是一个重要影响因素。

华北平原冬小麦田间蒸散与棵间蒸发的变化规律研究

试验研究冬小麦田间蒸散和棵间蒸发变化规律及其影响因子结果表明 ,播种～返青期冬小麦棵间蒸发占蒸散比例 (E ET)最大 ,抽穗～灌浆期最小。整个生长期间棵间蒸发占蒸散量 31 .4 % ,棵间蒸发占蒸散比例 (E ET)与冬小麦叶面积指数 (LAI)有一定关系 ,E ET =0 .36 93× (LAI) - 0 .74 93(R2 =0 .82 36 )。

不同长度micro-lysimeters对测定土壤蒸发的影响

研究了 5 ,10 ,15 ,2 0 ,2 5 cm共 5种不同长度处理和内壁有孔、内外壁均有孔 2种处理由 PVC管制成的 micro- lysimeters对土壤蒸发的影响。结果表明 :降雨后 5 ,10 cm处理的土壤水分蒸发较快 ,15 ,2 0 ,2 5 cm处理的变化不明显 ,可以利用 15 cm长的 m icro- lysimeters测定土壤蒸发 ;壁上有孔处理的蒸发要高于同样长度的无孔处理。

农田耗水构成、规律及影响因素分析

农业用水占总用水量的70%左右,对农田耗水规律和过程的研究对发展区域节水农业有着非常重要的作用。本文通过回顾中国科学院栾城农业生态系统试验站建站以来在农田水分循环和节水方面的研究进展,对长期定位试验下不同灌溉水量的耗水规律、农田耗水过程及影响农田耗水的因素进行了分析。通过利用水量平衡法和大型蒸渗仪测定等方法确定蒸散量,用小型蒸发器测定土壤蒸发。长期定位试验的结果表明:在该区域冬小麦-夏玉米一年两作的种植方式下,这两种作物耗水量相似,随着灌溉量的增加,农田耗水有增加的趋势;冬小麦的农田耗水量在283-493 mm之间,灌溉水量较小处理的变异系数较大。利用大型称重式蒸渗仪和自制的微型蒸发器(MLS)测定的冬小麦和夏玉米季的棵间蒸发均占蒸散量的1/3。因此,在此基础上可以利用秸秆覆盖减少土壤蒸发且效果非常明显,20年的试验表明秸秆覆盖每年可以减少土壤蒸发40-50 mm,冬小麦秸秆覆盖夏玉米田可以抑制棵间蒸发的58.0%,夏玉米秸秆覆盖冬小麦田可以抑制蒸发40.4%。长期耕作的定位试验表明:不同耕作方式下的土壤蒸发也存在明显的差异,免耕加秸秆覆盖处理的蒸发最小,而深耕的最大。同时,不同灌溉制度、种植方式和冠层结构均会对农田耗水产生影响。这些研究结果为以后的节水理论和技术发展提供了依据。

亏缺灌溉对冬小麦生理生态指标的影响及应用

华北平原是资源性缺水的地区,同时又是我国粮食的主产区。如何利用有限的水资源发展农业生产是该地区面临的主要问题。亏缺灌溉是一种新的灌溉制度,是在产生较高经济价值的前提下,科学合理地利用水资源。本文阐述了中国科学院栾城农业生态系统试验站多年以来在亏缺灌溉对冬小麦根系、冠层结构、干物质生长、产量及水分利用效率等生理生态指标影响方面的研究进展。亏缺灌溉可以明显影响冬小麦根系在土壤中的分布,并通过水分调节叶片的气孔,进而影响光合产物,优化冬小麦的干物质生长和分配,最终实现最高的经济产量。多年不同供水条件下田间连续试验和控制性盆栽试验的研究结果显示,拔节期是冬小麦对水分比较敏感的时期,不宜进行亏缺灌溉,其他时期可以进行适度的亏缺灌溉。同时,根据研究结果优化了冬小麦季的灌溉制度,提出在干旱年灌溉3水、平水年灌溉2水和丰水年灌溉1水的灌溉制度,次灌溉水量在60-70 mm之间。

水分胁迫对冬小麦冠层结构及光合特性的研究

冬小麦在不同的水分条件下有不同的表现形式,主要利用CI110植物冠层结构分析仪研究在不同时期的水分胁迫条件下,冬小麦的冠层结构形状的变化。研究结果表明:不同时期进行水分胁迫的处理在冠层光分布中有明显的差异,干旱处理和水分胁迫的处理的叶面积指数小于其它处理,消光系数、叶倾角、散射辐射的穿透系数和直接辐射的穿透系数则大于其它处理;随着时间的变化,冬小麦冠层内的光分布参数在不同水分处理间的差异变的越来越小;光合特性也有明显的差异,干旱处理和水分胁迫处理的光合特性明显低于其它处理的水平;不同时期水分胁迫处理对植株叶片的影响主要集中在植株的中部。

气象因子变化对华北平原夏玉米产量的影响

利用统计分析方法对中国科学院栾城农业生态试验站11a玉米产量数据和影响夏玉米气象产量变化的主要气象因子进行了分析。结果表明:该区域夏玉米生长期间的日照时数有明显的下降趋势,6、7、9月的日平均温度有逐渐升高的趋势,8月的日平均温度有降低的趋势;该区夏玉米产量的增加,气象因子占有比较重要的位置,占到31.45%;6月下旬的平均气温、8月下旬-9月上旬的日较温差、7月中旬和9月上旬的日照时数是影响夏玉米产量波动的关键气象因子。

不同时期干旱对冬小麦产量效应和耗水特性研究

针对不同水分处理对产量和耗水特性的影响 ,在田间对冬小麦不同生育期进行干旱胁迫试验。试验结果表明 :干旱胁迫对冬小麦的产量构成因素、生育时期、水分利用效率、棵间蒸发、蒸散等因素有一定的影响 ;干旱胁迫使冬小麦的生育期缩短 ,整个生育期胁迫能使冬小麦有的生育期缩短 5～ 8d;拔节期的水分对于冬小麦产量和水分利用效率有很重要的影响 ;充分灌水的处理的棵间蒸发和蒸散均高于其它处理 。

河北沧州国家农业科技园区发展模式探讨

我国国家农业科技园区从2001年开始建设以来,取得了长足的发展。经过10多年的发展,许多国家农业科技园区成为了区域农业科技创新基地、区域农业新品种新技术新模式的示范基地和先进农业成果的转化基地,为区域粮食增产、农业增效和农民增收作出了重要贡献。但是,不同国家农业科技园区因建设背景、基础条件和发展方向的差异,其存在不同的发展模式,而不同的发展模式均面临一些问题。本文在借鉴前人研究成果的基础上,通过分析现有国家农业科技园区的不同发展模式及其存在的问题,结合河北沧州国家农业科技园区总体规划,从建设背景、规划思路、建设目标、功能定位、产业发展分析和功能分区及可实施的发展模式等方面阐述了河北沧州国家农业科技园区的规划思路和发展模式。河北沧州国家农业科技园区的发展模式从组织发展模式、技术运行发展模式和空间布局模式3个方面进行,是以政府引导、协会组织参与和企业(农户)为主体的组织发展模式,以专业合作社、家庭农场和科技示范户为主体的3级并行的技术运行发展模式和以圈层布局模式的核心区、示范区和辐射区的空间布局模式。该园区的组织发展以政府为主导、协会和企业参与成立园区管委会,制定相应的政策,负责园区统一规划、建设和经营。在技术运行方面,通过科技创新园研发和引进先进技术成果然后通过技术站、基地站和科技特派员对专业合作社、家庭农场、科技示范户等不同经营主体进行技术培训和示范推广。最后建立以南皮渤海粮仓试验示范区为核心区,整个沧州市为示范区,环渤海河北、山东、辽宁和天津"三省一市"的辐射区空间布局。

用Micro-Lysimeters和大型蒸渗仪测定夏玉米蒸散的研究

利用大型称重式蒸渗仪和自制的Micro-Lysimeters对夏玉米生育期的蒸散量进行了研究。研究发现夏玉米整个生育期的棵间蒸发占总蒸散量的36.01%,其中大部分集中在生育前期;不同深度层次的土壤水分和棵间蒸发与蒸散量的比例(E/ETwd)随着深度的增加相关性越来越弱,10cm土壤含水量与E/ETwd的相关系数R2=81.23%,30cm土壤含水量与E/ETwd的相关系数R2=46.47%,50cm土壤含水量与E/ETwd的相关系数R2=34.09%;叶面积指数与E/ETwd也有密切的关系,相关系数R2=87.47%。

太行山前平原近40年降水的变化趋势及其对作物生产的影响

降水是作物生产的主要限制因素,在干旱半干旱地区尤为重要。通过对太行山山前平原近46年降水量资料分析表明,太行山山前平原降水量在以每年5.1mm速度下降,其中夏玉米季下降比较严重。而冬小麦季的灌溉需水量是夏玉米季的2倍。田间试验结果表明,旱作条件下作物产量与降水量关系密切,而非充分灌溉条件下作物产量的变异性不大,今后应提倡合理灌溉。

品种和播期对华北春玉米产量及水分利用效率的影响

华北平原冬小麦夏玉米一年两作种植制度主要受水资源的约束,发展休耕轮作是实现该区域农业可持续发展的途径之一。春玉米高效生产是提升休耕轮作产能的关键因素,如何利用品种特性进行播期调整以适应区域生产特点提高产量是该区春玉米生产中面临的主要问题。为此,于2016年5—9月在中国科学院南皮生态农业试验站以5个玉米品种(‘华农887’、‘胡新338’、‘郑单958’、‘华农866’和‘联创1号’)为材料,比较分析了3个播期(5月1日、5月15日和5月30日)下春玉米生育时期、产量及产量要素、耗水和水分利用效率的变化情况,并结合气象因子分析探讨了春玉米产量及其构成要素与环境因子的关系。结果表明:随着播期推迟,不同春玉米品种的生育期总天数均呈显著减少趋势(P<0.05),生育期总天数的减少主要是播种到抽雄天数减少所致。不同春玉米品种的生育期总天数也存在较大差异,在各播期处理下均相差5~7 d。在产量方面,5月1日和5月15日播种的5个玉米品种间平均产量没有显著差异,5月30日播种的平均产量显著高于前2个播期,其产量提升主要是百粒重增加所致。随着播期的推迟,春玉米的耗水量变化不大,水分利用效率呈增加趋势,这主要与降水的分布有关。通过气象因子分析,不同播期下百粒重与抽雄前后的积温和降水呈显著相关(P<0.05)。综合产量、耗水和水分利用效率分析,在该区域推荐5月30日左右为春玉米的适宜播种日期,‘华农866’和‘华农887’是适宜该区生产的潜力品种。