The supporting capability of Water and land resources for sustainable increase of yield in North China Plain

The potential of yield increase in the North China Plain is about 30 billion kg by ameliorating the low yield and medium low yield farmlands and 4 billion kg by reclaiming unused land. Water shortage will be the main limitation to the further increase of grain crop yield. The amount of water shortage is 8 200 million m3 at present, and will be 17 720 million m3 in 2 000. Yield increase can not be realized by using more water in the future. Other factors such as decrease of the area of cultivated land and the grain crop growing area, deterioration of environment and destruction of resources will also affect the development of grain production. Some suggestions have been proposed in the paper for attaining sustainable increase of yield in the plain.

中国北方地区不同滴灌方式节水增产效应的Meta分析

为了探明中国北方地区地下滴灌(subsurface drip irrigation,SSDI)与地表滴灌(surface drip irrigation,SDI)节水增产效应的差异,该研究以SDI作为对照,采用Meta分析定量分析了不同条件下SSDI对作物产量和水分利用效率的影响。结果表明,与SDI相比,SSDI可使作物总体增产6.66%(P<0.05),水分利用效率提高9.34%(P<0.05),净效益增加6.94%(P<0.05);SSDI在西北和华北地区均能提高作物产量和水分利用效率;当年均降雨量不大于400 mm时,SSDI能显著提高作物产量;当土壤容重大于1.5 g/cm^(3),灌水施肥频率大于6次,滴灌带埋深为>15~25 cm,滴头流量介于>1.5~<2.5 L/h时,更有利于发挥SSDI优势,节水增产效果显著。研究可为中国北方地区SSDI的推广应用提供理论参考。

节水灌溉技术采用对农户耕地“非粮化”倾向的影响——兼论不同情景约束下的调节效应

科学技术的采用并非都能形成积极影响,也可能诱导一些负面影响,需要辩证看待。与粮食作物相比,节水灌溉技术与非粮作物具有更高的契合度和收益率,使得农户在采用节水灌溉技术增产增收的同时,易产生耕地“非粮化”倾向。基于河南等五省(区)的3440户农户数据,实证分析了节水灌溉技术采用对农户耕地“非粮化”的诱导影响,并构建了相关情景约束以减弱不利影响。结果表明,节水灌溉技术采用会显著促进农户耕地“非粮化”倾向产生。节水灌溉技术采用形成的预期非粮作物收益与实际种粮收益的亩均收入差为5286.13元,是节水灌溉技术采用与农户耕地“非粮化”倾向之间的中介机制。规模化经营、降低劳动力成本等农户生产经营条件会显著减弱节水灌溉技术采用对农户耕地“非粮化”倾向的诱导作用;粮食补贴会显著抑制节水灌溉技术采用对耕地“非粮化”的诱导,但受到种植规模的约束,小规模经营中粮食补贴的抑制作用更明显。鉴于此,建议在推广节水灌溉技术时,通过完善节水灌溉的配套支持、优化粮食生产条件和加大种粮补贴等手段,提高农户种粮积极性,抑制耕地“非粮化”倾向。

考虑降雨预报的灌溉模式对水稻产量及需水量的影响

以早稻和晚稻为试验材料,在考虑降雨预报的前提下,研究了智能灌溉和传统淹水灌溉2种模式对水稻的产量指标以及作物需水量的影响。结果表明:智能灌溉模式能够使早稻、晚稻分别节约灌溉水量83.9、119.2 t/hm^(2),减少排水量193.8、35.6 t/hm^(2);智能灌溉模式在降雨频繁时充分满足作物在关键期的需水量,在缺少降雨时可在不影响产量、保证作物的关键期需水的情况下适当降低作物的需水量;智能灌溉模式可使早稻和晚稻的理论产量分别提高284.52、508.84 kg/hm^(2)。综上,在水稻种植过程中,考虑降雨预报的智能灌溉模式能够提高灌溉效率;优化作物的关键期需水量,降低水资源的消耗,减少环境污染,以及实现水稻增产,具有一定的环境和经济效益。

黄淮海平原灌区节水高效耕作制度构建

黄淮海地区是我国重要的粮食产区,平均复种指数为150%,小麦-玉米一年两熟加春播作物组成的两年三熟制为该区域的主要种植制度。受水资源限制,部分地区复种指数呈现下降趋势,严重影响了区域粮食安全。发展节水高效耕作制度成为解决区域粮食安全和生态安全的重大科技问题。介绍了山东农业大学在小麦-玉米周年节水高效耕作制度和春播作物覆盖节水耕作制度两个方面的最新进展:前者重点介绍秸秆还田与高效耕作、高杆喷灌水肥一体化、肥水耦合、测墒补灌等生物节水与农艺节水的技术创新与集成;后者重点介绍多功能生物降解地膜的研制与花生、马铃薯等覆盖节水增产技术体系。在此基础上,提出黄淮海地区耕作制度的发展方向与技术需求(采取深松与秸秆还田技术相结合、深松与高杆喷灌结合、废弃物还田、合理灌水与施用氮肥相结合、地膜覆盖技术等),以期为黄淮海平原灌区粮食安全和生态安全提供战略支撑与技术支持。

荆门地区节水耐旱水稻品种播期试验

荆门市属于亚热带季风气候,近年来,农业气象灾害特别是高温干旱天气频发,对水稻生产造成了一定的影响。本研究以节水耐旱水稻品种旱优3号、旱优116作为试验材料,研究不同播期对其生育期、穗粒性状、产量等的影响。结果表明:随着播期的推迟,两个品种全生育期相应缩短,结实率也相应下降;两个品种均为中穗型品种,着粒均较稠密,分蘖力均为中等;产量方面,旱优3号以5月24日播期处理最高(9247.5 kg/hm^(2)),旱优116以5月29日播期处理最高(9967.5 kg/hm^(2))。

水稻生育期智能间歇灌溉系统研发及应用

结合数理统计学、机械工程学及信息控制技术,成功研发了水稻生育期智能间歇灌溉系统.通过现场试验,对自动测量数据和人工测量数据进行对比分析发现,灌水量、田间水位测量精度满足要求.水稻灌溉试验数据表明:与间歇灌溉相比,智能间歇灌溉灌排水量和灌排次数明显减少.在灌水量方面,智能间歇灌溉模式比间歇灌溉减少51.60~208.90 mm,减少幅度为24.00%~30.40%,灌水次数减少1.5次;在降雨有效利用率方面,智能间歇灌溉模式的降雨利用率较间歇灌溉模式提高了7%;在排水量方面,智能间歇灌溉模式下的田间排水量比间歇灌溉减少18.40 mm,减少幅度为17.9%;在产量方面,在肥料运筹及其他管理措施相同的条件下,早晚稻产量均呈现出智能间歇灌溉模式大于间歇灌溉模式,增产率分别为4.2%和8.9%.水稻生育期智能灌溉系统应用后具有明显的节水、增产效果,对提高中国作物需水量研究测定的科技水平具有重要意义.

永定河流域农业节水工程资金平衡模式探讨——以山西大同节水增粮项目为例

实施农业节水工程,对推动永定河流域综合治理、生态修复和高质量发展具有重要意义。根据永定河流域农业节水工程概况,从项目自身局限、发展环境受限、政府支持力度不够3个方面,分析资金平衡难题原因。以山西大同节水增粮项目为例,从模式构建、机制建设、实施方案、资金平衡、实施成效等方面介绍了项目资金平衡模式的探索实践情况,提出永定河流域农业节水工程要根据具体情况采取多种资金平衡方式,同时应寻求政府支持的建议。

节水灌溉对节水抗旱水稻品种产量的影响及生理基础

【目的】探明节水抗旱水稻品种在节水灌溉条件下产量形成特点及生理基础。【方法】2个节水抗旱品种旱优113(杂交籼稻)和旱优8号(杂交粳稻)及2个当地高产品种两优培九(两系杂交籼稻)和扬辐粳8号(粳稻)种植于土培池和大田,自移栽后10 d至成熟设置常规灌溉和节水灌溉处理。【结果】与常规灌溉相比,当地高产品种在节水灌溉条件下产量显著降低,两种灌溉方式间的节水抗旱品种产量无显著差异。节水灌溉显著减少灌溉水量,提高灌溉水生产力(产量/灌溉水量),节水抗旱品种灌溉水生产力增幅大于当地高产品种。与当地高产品种相比较,节水抗旱品种在节水灌溉条件下的相对分蘖数和每穗颖花数(节水灌溉分蘖数或颖花数/常规灌溉分蘖数或颖花数)较多,结实率较高;整个生育期绿叶面积持续期长,抽穗期根重较高、抽穗后根系氧化力、根系和叶片中细胞分裂素(玉米素+玉米素核苷)含量、剑叶光合速率和籽粒中蔗糖合酶和腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶活性、抽穗期至成熟期的干物质积累量、茎中非结构性碳水化合物的运转率和收获指数较高。土培池与大田试验结果趋势一致。【结论】在节水灌溉条件下节水抗旱品种比当地高产品种可获得较高的产量和水分利用效率;节水抗旱品种在节水灌溉条件下较好的根系性能和地上部植株较强的生理活性是其高产与水分高效利用的重要生理基础。

冬小麦中轻度水分胁迫的增产节水效应研究

利用大型水分试验场的防雨棚遮挡自然降水,采用人工定量补水进行冬小麦土壤含水量占田间持水量40%～50%、45%～50%、50%～55%、50%～60%、55%～60%、60%～70%持续时间分别为5、10、15天水分胁迫处理的控制试验。试验结果表明:50%～70%的中轻度水分胁迫处理,冬小麦具有显著的增产节水效果;2年平均,增产6.3%～7.4%,节水28.2%～34.1%。中轻度水分胁迫下,冬小麦增产节水作用机制的实现,主要是通过水分胁迫效应诱发增强:①冬小麦根系的找水功能;②产量构成因子的优化;③复水后光合速率的提高。冬小麦水分胁迫效应的最佳利用时间为返青-拔节期,此时进行水分胁迫效应利用最有利于冬小麦稳产增产。

灌溉农田节水增产对地下水开采量影响研究

据实际资料研究结果表明,近50年来滹沱河流域平原区粮食产量持续增加导致农业区地下水开采量不断增大,同时灌溉节水水平的不断提高有效地缓解了地下水开采量增加的速率。若按1953-1970年期间平均每公斤粮食生产耗用地下水开采量(3.11 m3/kg)推算,现状粮食生产规模下地下水开采量应为142.3亿m3/a,较实际开采量(24.4亿m3/a)多117.9亿m3/a,平均每5年递增11.74亿m3。以2001-2005年平均耗用地下水开采量(0.53 m3/kg)计算,粮食增产促使地下水开采量平均每5年递增2.45亿m3,平均每5年少递增9.45亿m3。因此,大力发展抗旱节水作物及高产节水技术,合理调控农业种植结构,对于缓解研究区地下水不断恶化态势具有实质性促进作用。

旱作地膜玉米密植增产用水效应及土壤水分时空变化

【目的】干旱缺水是黄土高原旱作农业最大的限制因素,研究覆膜、增密和品种对旱作玉米增产和水分利用的影响,有助于揭示未来旱作粮食持续增产与水环境的关系。【方法】试验于2012—2015年在黄土高原丘陵沟壑区的宁夏彭阳进行,在全膜双垄沟(FPRF)和半膜平铺盖(HPFC)2种种植方式下,选择耐密中晚熟先玉335和吉祥1号及不耐密早熟酒单4号3个杂交种,低密度(4.5万株/hm^2)、中密度(6.75万株/hm^2)和高密度(9.0万株/hm^2)3个水平,随机区组设计,玉米连作定位观测。采用烘干法监测不同降水年型玉米生育时期0—200 cm土层土壤水分,通过Surfer软件绘制土壤水分等值线图,研究旱作覆膜连作玉米产量、水分利用效率(WUE)及土壤水分时空变化。【结果】在地膜覆盖条件下各因素对旱作玉米产量和水分利用的影响达到极显著或显著水平,对籽粒产量和WUE的影响顺序依次为降水年型>密度>覆膜方式>品种,降水年型从干旱、正常、丰水年的变化,玉米产量由7.72和8.79 t·hm^(-2)增加到11.86和11.15 t·hm^(-2),但WUE最高值并不在降水较多的年份,而在正常年型。密度由4.5万株/hm^2增加到6.67万株/hm^2,耗水量、产量、WUE增加10.6 mm、20.0%和3.45 kg·mm^(-1)·hm^(-2),但密度从6.67万株/hm^2增加到9.0万株/hm^2时,耗水量不再增加,而产量和WUE提高12.0%和2.97 kg·mm^(-1)·hm^(-2);FPRF处理较HPFC处理平均增产15.72%,WUE提高21.09%;耐密中晚熟品种吉祥1号和先玉335较耐密性弱早熟品种酒单4号增产15.46%—24.45%,WUE提高13.35%—15.55%。在全膜双垄沟种植条件下,玉米生育期内土壤剖面水分含量始终高于半膜平覆盖种植,尤其是玉米灌浆期0—200 cm土层多蓄积了50—90 mm的土壤水分,在严重伏旱年份发挥了明显的抗旱增产作用。不论降雨年型如何,4年期间全膜双垄沟播玉米产量增加和WUE提高并没有多消耗土壤水分,土壤深层未形成低湿层,也未观察到增密增产对土壤剖面水分循环的负效应,而干旱年份半膜平铺盖形成了一个土壤水分<8%的明显干土层,并且随着玉米生长时间的推后干土层厚度增加、范围扩大。【结论】在目前地膜覆盖和生产平均密度5.3万株/hm^2基础上,"全膜双垄沟播+耐密品种+增密1.5万株/hm^2"是年降雨450 mm以上旱作区玉米持续增产和水分高效利用的技术关键,增密增产不会导致土壤深层形成干土层。

不同水氮处理对冬小麦生长及产量影响的田间试验

该文以促进农业用水增效为目的,开展了作物水肥生理调控技术研究,选用主要农作物冬小麦,进行不同水肥耦合的灌溉试验,对冬小麦生理指标(株高、干物质质量、叶面积指数、光合作用和籽粒产量等)进行了统计分析,初步探索了冬小麦对水肥(氮)需求影响的规律。通过对冬小麦生理生育指标的统计分析及比较可知各个处理之间各生物指标的生长趋势相同,而200kg/hm2氮处理的各生物指标普遍优于100kg/hm2氮处理的各生物指标,这表明在低肥力条件下适当的增施氮肥,可以提高产量,不过各个处理下冬小麦籽粒产量和总生物量并无显著性差异。在水分处理上灌浆水和返青水很关键,只是在灌灌浆水时已进入雨季,可以减少灌溉水量而充分利用雨水。为减少对环境的污染,建议在生产上考虑选择100kg/hm2氮肥量,并不显著影响冬小麦的生长及最终产量。

我国农艺节水技术研究进展及发展趋势

随着我国经济的发展,农业用水面临巨大挑战,提升北方地区农田水分利用效率对解决粮食生产过程中的缺水问题至关重要。全面分析了耕作保墒、覆盖保墒、增施有机肥与秸秆还田、水肥耦合、调整作物布局、选用节水型品种和化学调控等农艺节水技术措施的研究进展与发展趋势。针对我国农艺节水技术措施已取得的成就与存在的问题,提出了农艺节水中一些重要的理论问题和关键技术,以期将农艺节水技术提升一个新的高度。

水稻品种对稻田CH_4和N_2O排放的影响

稻田被认为是温室气体甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)的重要排放源,推广种植较少温室气体排放的水稻品种是控制稻田温室气体排放的有效措施之一。选取在太湖流域推广种植较多的16个品种为对象,通过研究其CH4和N2O排放情况,筛选出该区域内最适宜种植的较低温室气体排放的品种。研究结果表明,水稻的产量与CH4排放量存在显著的线性正相关关系。在常规灌溉条件下,不管是常规品种还是杂交品种,粳稻的CH4、N2O累积排放量和产量都要高于籼稻。与常规品种(粳稻或籼稻)相比,杂交品种的CH4累积排放量和产量相对较高,但N2O累积排放量相对较低。常规粳稻中的早玉香粳和秀水134、杂交粳稻中的花优14、秋优金丰和甬优9号以及杂交籼稻中的旱优113、天优华占均具有较高的产量和较低的温室气体排放强度,有较大的推广种植价值。早玉香粳、旱优8号和旱优113为节水抗旱稻,它们在水分缺少的环境下可能会表现出更大的优势。

不同灌溉处理下冬小麦水平衡与灌溉增产效率研究

水资源是华北平原冬小麦、夏玉米种植区最重要的生产制约因素,农业水资源高效利用具有重大的社会需要。通过设置冬小麦不同灌溉处理,分析了各处理的水分平衡、产量和灌溉增产效率。结果显示:1)不同灌溉处理具有不同的水分平衡过程,雨养农田、充分灌溉处理、返青水胁迫处理、拔节抽穗水胁迫处理和灌浆水胁迫处理的蒸散量分别为251±58 mm、482±48 mm、352±44 mm、388±22 mm和324±53 mm;2)灌溉量对于小麦产量的增加具有明显的正效应,拔节-抽穗水胁迫对作物产量有较大影响,灌浆水胁迫和返青水胁迫均没有对小麦产量造成明显影响;雨养农业的经济产量为2 950±635 kg.hm-2,充分灌溉下的经济产量约为5 994±994 kg.hm-2;冬小麦返青期、拔节抽穗期、灌浆期施加适度的水分胁迫,产量分别为5 163±885 kg.hm-2、5 047±1 180 kg.hm-2、5 249±975 kg.hm-2,与充分灌溉相比,没有明显的产量下降;3)小麦的灌溉增产效率存在明显的年际差异,在丰水年或特丰水年,灌溉增产效率为1.9 kg.m-3,在枯水年为0.4 kg.m-3,平水年为1.6 kg.m-3。

华北平原冬小麦夏玉米不同培肥措施的节水增产效应研究

根据山东省桓台县农业水资源日趋减少的现状 ,开展了以减少土壤水蒸发、提高水分利用效率为目的的不同培肥措施的节水田间试验 .结果表明 ,秸秆还田与增施有机肥具有明显的节水增产效应 .在相同灌溉水量 ( 2 5 0mm)的情况下 ,玉米秸与小麦秸全部还田较玉米秸小麦秸均不还田 (对照 )增产 885kg·hm-2 ,水分利用效率提高 3 .13 ,在全还基础上增施有机肥较对照增产 1875kg·hm-2 ,水分利用效率提高 3 .60 ;仅小麦秸全部还田较对照增产 675kg·hm-2 ,水分利用效率提高 3 .2 4,在麦秸还田基础上增施有机肥较对照增产 12 0 0kg·hm-2 ,水分利用效率提高 3 .2 8.

不同冬小麦品种产量和节水性状差异及对供水的反应

以24个冬小麦品种(系)为材料,在不同的灌水处理下,研究了产量、产量构成因素和抗旱指数的品种差异。结果表明,灌水处理间与品种间产量差异均极显著,灌水与品种互作差异显著。2水处理产量高于4水。石4185,冀 5579,石麦12等19个品种2水处理产量高于4水,多丰2000,师栾02-1,良星99等5个品种4水产量高于2水。分别以2水处理和4水处理下的产量作为水地产量计算抗旱指数,得出抗旱型,不抗旱型和中间型比例分别为4．2％, 29．2％,66．6％和20．8％,20．8％,58．4％。综合分析认为石麦12,冀5579和石新618等产量和节水综合性状较好的品种更适于节水栽培。

东北节水增粮玉米膜下滴灌研究需重点关注的几个方面

从研究前瞻性和实际需求出发,及时梳理和总结玉米膜下滴灌技术所需重点研究领域和优先研究方向对东北四省区所实施的"节水增粮行动"具有重要意义。总结了国内外膜下滴灌技术相关领域的研究现状,基于东北四省区水土资源现状和生产实际需求,围绕玉米膜下滴灌关键技术领域和环节,提出了针对东北地区开展玉米膜下滴灌技术应用基础性研究需要重点关注的几个方面。

干湿交替灌溉方式下水稻节水增产机理研究

采用盆栽试验,以常规淹水灌溉处理为对照(CK),研究了水稻在适度水分亏缺(TR1)和较严重水分亏缺(TR2)2个间歇灌溉处理中灌浆前期复水前、后及灌浆后期的部分生理指标变化,以探讨干湿交替灌溉的节水增产机理。结果表明,TR1处理产量显著高于CK及TR2处理;与CK比较,TR1处理在灌浆前期复水前硝酸还原酶(NR)活性较低,IAA氧化酶活性和脯氨酸含量较高;复水后NR活性及颖花蒸腾强度均明显提高并高于CK,而IAA氧化酶活性迅速下降并低于CK,说明水稻在适度水分亏缺后复水可增强灌浆前期的生理活性,有利于籽粒灌浆和获得高产。