华北平原冬小麦-夏玉米农田生态系统土壤自养和异养呼吸模型构建

土壤呼吸是陆地生态系统碳循环的重要过程,准确估算土壤呼吸对估算陆地生态系统碳源汇具有重要意义。通过在华北平原典型农田内开展土壤呼吸及其组分的原位观测实验,构建了适用于华北平原冬小麦-夏玉米轮种制农田生态系统的半经验半机理土壤异养呼吸和土壤自养呼吸模型。结果表明,冬小麦-夏玉米农田土壤异养呼吸模型可表达为土壤温度和土壤水分的函数,其中,土壤温度对土壤异养呼吸的影响适合用Arrhenius方程描述,而土壤水分的影响适合用对称的倒抛物线描述。验证表明,该模型的R^(2)和RMSE分别为0.68和0.52μmol m^(-2)s^(-1)。土壤自养呼吸模型包括维持呼吸和生长呼吸两个模块,其中,维持呼吸表达为土壤温度和叶面积指数的函数,其形式分别为Van′t Hoff指数方程和米氏方程;生长呼吸表达为总初级生产力与维持呼吸之差的线性函数。冬小麦季和夏玉米季土壤自养呼吸模型的结构相同,但是两种作物的模型参数差异较大。验证表明,冬小麦季土壤自养呼吸模型的R2和RMSE分别为0.64和0.50μmol m^(-2)s^(-1),夏玉米季土壤自养呼吸模型的R2和RMSE分别为0.67和0.37μmol m^(-2)s^(-1)。相比于不区分土壤异养呼吸和土壤自养呼吸的土壤总呼吸模型,本研究构建的土壤异养呼吸和土壤自养呼吸模型能够更加准确地模拟土壤呼吸的季节变化和年际变化过程,可为华北平原冬小麦-夏玉米轮种制农田生态系统的土壤呼吸估算提供方法依据。

华北平原冬小麦-夏玉米种植体系周年水分高效利用研究进展

在保证周年较高产量的同时,进一步提高水分利用效率是促进华北平原冬小麦-夏玉米一年两熟种植体系可持续发展的关键。从20世纪中晚期开始国内学者便从节水灌溉技术创新、灌溉制度优化、替代节水种植制度构建和节水抗旱新品种选育等方面开展了以冬小麦-夏玉米两熟种植体系为核心的周年水分高效利用途径的探索,取得了重要进展,显著提高了作物水分利用效率(WUE)。本文综述了华北平原冬小麦-夏玉米种植体系水分高效利用的研究进展,并提出了通过耕作或播/收期调控冬小麦-夏玉米周年降水与地下水平衡利用,促进周年水分(灌溉水和降水)高效利用的技术途径,以充分挖掘华北平原水分生产潜力,为该区冬小麦-夏玉米种植体系节水高产栽培及节水种植制度建立提供思路和依据。

秸秆还田量对川中丘陵冬小麦-夏玉米轮作体系土壤物理特性的影响

【目的】探明秸秆还田量对农田土壤物理特征的影响,为川中丘陵紫色土区建立“提升土壤质量、高效利用秸秆”的种植业副产物利用模式,同时为秸秆资源化利用提供科学依据。【方法】基于田间长期定位试验(2006—至今),采用原位监测和计算机断层微扫描技术(CT)相结合的方法,研究秸秆还田量(无秸秆还田(RMW0)、秸秆30%还田(RMW30)、秸秆50%还田(RMW50)和秸秆100%还田(RMW100))差异对冬小麦-夏玉米轮作体系耕层土壤物理特征的影响。【结果】(1)秸秆还田可明显改善土壤透气、持水和导水性能,随秸秆还田量增加改善效果明显增加。RMW30、RMW50和RMW100处理较RMW0处理土壤容重分别显著降低15.2%、11.7%和17.9%,土壤孔隙度则分别显著增加18.4%、13.7%和21.3%。另外,RMW100处理饱和导水率高达1.62 mm·min^(-1),导水性能优于其他处理。(2)秸秆还田促进已有孔隙发育成更大孔隙,且孔隙均匀性和孔隙间连通性明显改善,RMW100和RMW50处理对土壤大孔隙组成的改善优于RMW30和RMW0处理。RMW100处理平均孔隙直径趋大,孔隙间连通性最优。RMW50处理孔隙均匀性明显提高,大小孔隙配比较其他处理更合理。(3)与无秸秆还田处理相比,秸秆还田后>2 mm团聚体数量显著增加,0.25—2 mm团聚体数量显著减少,秸秆还田有利于形成土壤水稳性大团聚体,促进中团聚体向大团聚体转变,RMW50和RMW100处理改善效果均显著优于RMW30处理。(4)土壤容重、>0.25 mm团聚体和大孔隙特征是反映石灰性紫色土区耕层土壤物理特征的主要指标,第一主成分和第二主成分对土壤物理性质的解释度分别为57.8%和23.6%。RMW50与RMW100处理土壤物理特征接近,与RMW0和RMW30处理在PC1和PC2轴上出现明显离散。【结论】川中丘陵紫色土区在产量无显著差异的基础上,不同秸秆还田量对耕层土壤物理性质的影响存在差异,秸秆50%和100%还田效果无显著差异,但显著优于秸秆30%还田和不还田处理,宜因地制宜进行还田量选择。

不同锌源叶面喷施对冬小麦和夏玉米产量及籽粒营养品质的影响

为探明不同锌源叶面肥喷施对小麦和玉米产量、籽粒矿质元素含量及锌、铁生物有效性的影响,对冬小麦-夏玉米轮作体系开展不同叶面肥喷施试验。小麦季设置去离子水(CK1)、尿素(CK2)、尿素+纳米氧化锌(U+ZnO)、尿素+壳聚糖纳米锌(U+ZnCNP)、尿素+普通七水硫酸锌(U+Zn)5种叶面肥处理;玉米季增加尿素与锌铁硒多元混合喷施处理(U+Zn/Fe/Se)。结果表明:各叶面肥喷施处理对小麦和玉米籽粒产量均无显著影响,但对籽粒微量元素含量有显著影响。不同锌源与尿素混合叶面肥对小麦籽粒锌含量强化效果由弱到强依次为U+ZnCNP<U+ZnO<U+Zn。与CK2处理相比,处理U+Zn使小麦籽粒锌含量显著提高77.7%(从22.80 mg·kg^(-1)增加至40.52 mg·kg^(-1))、籽粒植酸与锌(PA/Zn)摩尔比显著下降42.1%,使籽粒锌生物有效性(TAZ)显著提高74.5%。对于玉米,与CK2处理相比,处理U+Zn/Fe/Se使籽粒锌含量提高32.3%(从14.93 mg·kg^(-1)增加至19.60 mg·kg^(-1))、硒含量显著提高12.7倍(从17.66μg·kg^(-1)增加至242.04μg·kg^(-1))、籽粒PA/Zn摩尔比显著下降27.0%,使籽粒TAZ显著提高36.9%,使整个植株或玉米秸秆磷与锌(P/Zn)和磷与铁(P/Fe)摩尔比降低。研究表明,叶面喷施普通七水硫酸锌是提高小麦、玉米籽粒锌含量和生物有效性的最佳形式,其强化小麦籽粒锌效果优于玉米。叶面喷施尿素与锌铁硒混合溶液可同时提高玉米籽粒锌、硒含量及锌、铁生物有效性(籽粒、全株、秸秆),是解决人体或动物微量元素营养缺乏的有效农艺强化措施。

商丘地区不同降水年型冬小麦-夏玉米需水量和缺水量分析

【目的】研究不同降水年型下冬小麦、夏玉米的作物需水规律及成因。【方法】基于1954—2019年商丘市气象数据、1999—2019年河南商丘农田生态系统国家野外科学观测研究站作物生育期观测数据和2011—2018年大型蒸渗仪观测数据,采用描述性统计和Mann-Kendall趋势检验方法,探究作物需水量和缺水量变化趋势,并通过主导分析法探索气象因子对作物需水量的影响。【结果】1954—2019年,周年有效降水量呈上升趋势,冬小麦季、夏玉米季有效降水量上升速率为3.09、5.23 mm/10a;仅丰水年下冬小麦季和周年有效降水量呈下降趋势。周年作物需水量呈极显著下降趋势(P<0.01),冬小麦季、夏玉米季作物需水量下降速率为6.72mm/10a(P<0.01)、18.47mm/10a(P<0.01);不同降水年型下冬小麦季、夏玉米季和作物周年需水量均表现为下降趋势。周年作物缺水量呈极显著下降趋势(P<0.01),冬小麦季、夏玉米季作物缺水量下降速率为9.81、23.70 mm/10 a(P<0.01);仅丰水年冬小麦季缺水量呈上升趋势。在平水年和枯水年,日照时间是影响冬小麦需水量的首要因子,但在丰水年相对湿度为影响冬小麦需水量的首要因子;夏玉米需水量的主要影响因子为日照时间、平均风速和最高温度,在3种降水年型下日照时间均为首要因子,其次是平均风速和最高温度。【结论】在丰水年型下,商丘地区冬小麦应在拔节—抽穗期灌溉,夏玉米季不灌溉;在平水年型下,冬小麦季应在拔节—抽穗期灌溉,夏玉米抽雄期灌溉;在枯水年型下,冬小麦和夏玉米在播前灌溉的基础上,还需分别在拔节—抽穗期和拔节—抽雄期进行灌溉。

引黄灌区夏玉米-冬小麦连作实时灌溉制度研究

为研究夏玉米-冬小麦连作模式下的节水灌溉制度,针对现有实时灌溉预报忽略了实际生产中复种连作的问题,统筹考虑复种连作时上下季作物生育期间隔时段内土壤水分的收支变化,建立了作物连作的实时灌溉预报模型,以三刘寨引黄灌区2014-2017年夏玉米-冬小麦连作为例进行模型的应用。结果表明:与传统灌溉制度相比,采用该模型所确定的实时灌溉制度其灌溉定额年均减少20.4%,灌区的灌溉用水量年均节省1470万m3,各年度夏玉米-冬小麦总产量分别增加2.4%、2.2%、0.8%,各年度水分利用效率分别提升13.6%、12.3%、18.3%。

基于Landsat 8影像提取豫中地区冬小麦和夏玉米分布信息的最佳时相选择

遥感技术对大尺度农业实时监测提供了一个理想的手段,遥感影像植被分类的最佳时相对作物种植面积遥感监测非常重要。本文选取2020年至2021年的6景Landsat 8影像,覆盖了夏玉米从乳熟到收获、冬小麦从越冬到成熟的生育期,以此分析不同时相的冬小麦-夏玉米与其他地类在光谱特征和NDVI上的差异,通过决策树的方法提取豫中地区冬小麦-夏玉米的空间分布情况。结果表明,冬小麦-夏玉米在不同生长发育时期,提取到的面积比有所不同,对于夏玉米而言,乳熟时期的提取效果要优于之后的时期,其在2020年8月26日的总体精度最高,为83.60%,Kappa系数为0.72,分类质量很好;对于冬小麦而言,最佳识别时期则处于冬小麦的越冬期,其在2021年1月1日的总体精度最高,为92.36%,Kappa系数为0.81,信息提取效果很好。除了作物自身生长过程的覆盖度变化,分类精度随成像时间而改变。多时相信息提取也发现,受到天气等环境条件限制,夏玉米和冬小麦的种植区域不完全重叠,山区冬季不适合冬小麦种植从而没有与夏玉米出现重叠分布。本研究有助于我们从宏观上对作物分布及生长状况作出及时有效的判断,对农业监测,特别是对轮作农田的信息管理和作物物候、种植面积等研究具有广阔的应用前景。

冬小麦-夏玉米复种连作体系下氮肥周年运筹对其产量及构成要素的影响

在大田试验条件下,研究了在冬小麦-夏玉米复种连作体系下氮肥周年运筹对其产量以及关键构成要素的影响,分别对两季作物中各产量构成要素。穗部性状和关键农艺性状进行了相关以及通径分析。结果显示,在冬小麦-夏玉米复种连作体系下,中高氮肥水平对冬小麦产量关键性构成要素穗粒数、穗粒质量和每穗结实小穗数的影响均较对照和低氮肥水平有所提高,千粒质量下降;对夏玉米百粒质量、果穗粗、果穗长的影响具有显著提高,但中高氮肥之间差异不显著。本研究认为,华北地区冬小麦-夏玉米复种连作模式下,对冬小麦季灌拔节水和开花水,氮肥施用量为210～270 kg/hm2,采用基施和拔节施,对夏玉米季氮肥施用量为240～300 kg/hm2采用拔节施和大喇叭口施的栽培措施,可以使产量最优。

基于双作物系数法估算晋南地区冬小麦-夏玉米轮作系统蒸散量

冬小麦-夏玉米轮作系统是晋南地区常用的种植模式,为评估双作物系数法在冬小麦-夏玉米轮作系统应用的可靠性,掌握轮作系统耗水规律,通过双作物系数法模拟2016-2019年间冬小麦-夏玉米轮作系统蒸散量,以水量平衡计算结果为标准对其模拟结果进行评价,并区分植株蒸腾(T)和土壤蒸发(E)。该结果表明:在冬小麦-夏玉米轮作系统中,冬小麦初期、发育期、中期和后期的平均基础作物系数(Kcb)为0.2、0.59、0.98和0.15,夏玉米的为0.14、0.69、1.24和0.56;冬小麦的平均土壤蒸发系数(Ke)为1.24、0.63、0.07、0.42,夏玉米的为0.78、0.45、0.06、0.46。冬小麦全生育期内ETc为264.18~526.22 mm,夏玉米的为261.76~519.67 mm;发育期为耗水高峰期,冬小麦、夏玉米发育期蒸散量占各自生育期总蒸散量的比例分别为31.2%~51.3%和34.3%~58.2%;随着灌水次数的减少,冬小麦、夏玉米总蒸散量及植株蒸腾量均逐渐降低,土壤蒸发量也在灌水最少时达到最低,全生育期E/ETc,冬小麦为27.3%~46.4%,夏玉米为29.3%~44.2%。在冬小麦和夏玉米生长初期,80%以上的土壤水分以蒸发形式消耗,在中期时土壤蒸发占比最低,冬小麦为6.1%~13.4%、夏玉米为4%~7.6%。冬小麦、夏玉米各自蒸散模拟值(ETc-FAO)与实测值(ETc)呈现出较好相关性,R2为0.8~0.86,RMSE为0.5~0.6 mm/d,MAE为0.4~0.49mm/d,可见双作物系数法模拟晋南地区冬小麦-夏玉米轮作系统ETc具有较高精度,可为精确掌握冬小麦-夏玉米轮作系统耗水规律,进而制定合理的灌溉计划提供理论依据。

华北平原冬小麦-夏玉米轮作体系氮肥的氨挥发

利用可多点原位测定氨挥发的风洞系统,监测了华北平原2002-2004年冬小麦-夏玉米轮作体系传统和优化氮肥管理下的氨挥发损失.结果表明,氨挥发主要发生在施肥后2-3周内,以施肥后连续采样15d的氨挥发累积量作为总排放量,相同施氮量下生长季夏玉米的氨挥发大于冬小麦.优化处理的氨挥发平均损失率（35.9%）显著高于传统处理（20.9%）,但从氨挥发绝对量上看,传统处理为125.1kg N/hm^2,优化处理为42.3kg N/hm^2,降幅达66.2%.施肥和灌水方式显著影响氨挥发,撒施碳铵后翻耕的氨挥发损失为10.1%,追肥撒施的氨挥发损失平均为24.6%;撒施尿素后立即灌水,氨挥发损失为19.7%,5h后灌水氨挥发损失为34.0%,增加了72.6%.

减量施氮对冬小麦-夏玉米种植体系中氮利用与平衡的影响

研究了冬小麦 夏玉米种植体系中减量施N对作物N利用与平衡的影响 .结果表明 ,与原有高量施N处理 (N2 40 和N3 60 )相比 ,在冬小麦季减半施N未引起产量和吸N量的变化 ,但在原有低量施N处理(N12 0 )下减半施N显著降低了小麦产量和吸N量 ;在夏玉米季 ,在上季减半施N的基础上停止施N后作物产量和吸N量均比原固定施N处理显著下降 .N平衡计算结果表明 ,减量施N条件下 0～ 1m土壤N残留和表观损失的数量均显著低于原有施N量处理 ,作物N利用率显著提高 ,但在 1～ 2m层次中累积的硝态氮却不因减量施N而下降 ,说明这一土层的硝态氮可能难以被作物吸收利用 .由此可见 ,在前茬高施N量下减少氮肥用量有利于提高作物的氮肥利用率。

华北地区冬小麦-夏玉米轮作节水体系周年水分利用特征

【目的】定量研究华北地区冬小麦-夏玉米轮作节水体系的水分周年利用特征。【方法】在大田条件下,通过在小麦季设不灌水(W0)、拔节水(W1)、拔节水+扬花水(W2)和起身水+孕穗水+扬花水+灌浆水(W4)4个水分处理,进行了两个周期的研究。【结果】(1)小麦产量和周年最高产量两年分别在节水灌溉处理W1和W2获得,玉米产量在不同处理间无显著差异。小麦水分利用效率(WUE)与产量的表现相似,玉米WUE显著高于小麦,并随灌水量的增加显著降低;周年WUE则在W0或W1处理最高,而后随灌水量的增加显著降低。(2)W4处理的2 m土体土壤水分含量在各个阶段没有明显变化,其它处理则随小麦生育进程而不断降低(即土壤水分库容不断变大),且灌水次数越少降幅越大,至小麦收获期达到最低点;到玉米拔节期,由于降雨补充所有处理的土壤含水量趋于一致,相应地,2 m土体接纳汛期降雨分别为178—188 mm(W0)、124—160 mm(W1)、38—93 mm(W2)和-30—21 mm(W4)。(3)随灌水量增加,作物耗水强度和季节蒸散量变大;玉米拔节期后,作物耗水特性与土壤水分变化无差异。(4)降雨致使出现水分的深层渗漏,丰水年和平水年分别为163 mm(W0、W1)、181 mm(W2)、253mm(W4)和13 mm(W0、W1、W2)、45 mm(W4),丰水年小麦季W4处理也有54 mm水分深层渗漏。丰水年W0和W1处理实现了127 mm和57 mm对地下水的净回补。【结论】小麦节水栽培显著减少了对地下水的开采,大幅提高了降雨的利用效率,可实现作物对水资源的高效利用和丰水年降雨对地下水的净回补。丰水年W1处理或平水年W2处理有利于水分高效利用与高产的统一,对于华北地区农业的可持续发展具有重要意义。

冬小麦-夏玉米生产体系中播前耕作对夏玉米产量形成的影响

【目的】黄淮海夏玉米区是典型的一年两熟制种植制度区,统筹研究冬小麦和夏玉米播前耕作对夏玉米产量形成的影响,为冬小麦夏玉米周年高产高效生产耕作模式的改进提供科学依据。【方法】以郑单958(ZD958)为试验材料,设置冬小麦播前旋耕夏玉米播前免耕(RN)、冬小麦播前翻耕夏玉米播前免耕(MN)与冬小麦播前翻耕夏玉米播前旋耕(MR)3个试验处理,其中RN作为对照(CK),研究冬小麦和夏玉米播前耕作对夏玉米产量及其构成因素、叶面积指数、干物质积累与分配和籽粒灌浆特性等的影响。【结果】冬小麦与夏玉米播前耕作均对夏玉米产量影响显著。与RN相比,MN和MR处理夏玉米的叶面积指数、花后干物质积累量、花后干物质积累所占比例、籽粒最大灌浆速率分别提高15.01%、21.14%、3.21%、15.00%和16.44%、24.92%、4.49%、12.60%,即冬小麦播前翻耕提高了夏玉米叶面积指数、花后干物质积累及其向籽粒分配比例和籽粒最大灌浆速率,进而提高穗粒数与粒重,有利于产量提高。与RN相比,MN和MR处理的产量分别提高24.03%和30.61%。夏玉米播前旋耕对干物质向籽粒分配比例,籽粒灌浆速率无显著影响,但显著提高了出苗率,进而增加群体数量,提高产量;与MN相比,MR处理的出苗率提高6.29%,这是其产量较MN提高5.23%的主要原因。【结论】与冬小麦播前旋耕夏玉米播前免耕(RN)相比,冬小麦播前翻耕夏玉米播前旋耕(MR)与冬小麦播前翻耕和夏玉米免耕(MN)均显著提高夏玉米的产量。尽管冬小麦播前翻耕夏玉米播前旋耕(MR)的产量较冬小麦播前翻耕和夏玉米免耕(MN)高5.23%,但结合生产实际,冬小麦播前翻耕和夏玉米免耕播种(MN)更有利于该区域夏玉米的高产高效生产。

冬小麦-夏玉米轮作体系灌溉制度多目标优化模型

该文针对望都灌溉试验站全年作物种植模式,分别建立冬小麦及夏玉米水分生产函数模型,运用粒子群优化算法(PSO)求解模型中的敏感指数,并以该模型为基础建立冬小麦-夏玉米全周期灌溉制度多目标优化模型,利用改进分组非支配排序遗传算法(GNSGA-Ⅱ)对模型进行求解,得出全年不同可用灌溉水量情况下的灌水日期与灌水量。结果显示,随着可用总灌水量的增加,冬小麦和夏玉米的灌水量与产量均随之增加,但由于受到两种作物不同敏感指数的影响使得二者增加的趋势有所不同。当全年总灌水量为472mm时两种作物均接近充分灌溉,若继续增加灌溉水量,则灌水的边际效益逐渐减小。依据优化结果可在全年合理分配利用有限的水资源以获得较高的作物总产值。

水氮配置对华北冬小麦-夏玉米种植体系氮素利用及土壤硝态氮残留的影响

针对华北平原冬小麦-夏玉米轮作体系存在过量的水、氮投入问题,本研究于2008-2010年在河北吴桥设置了传统水氮、传统水氮调整、节水减氮和最少水氮4个水氮模式,以分析减少水氮投入后冬小麦-夏玉米体系的产量、氮素利用和土壤氮残留情况。结果表明:与传统水氮相比,节水减氮模式的氮肥投入量下降55%,水分投入量下降36.6%,而产量与传统模式无显著差异;节水减氮模式下氮肥偏生产力为60.17 kg/kg,2 m土体土壤硝态氮残留量仅为99.3 kg/hm2。与传统水氮相比,周年施氮108 kg/hm2的最少水氮模式,周年总产量下降13%,氮肥偏生产力为78.96 kg/kg,土壤硝态氮残留量下降到42.8 kg/hm2。总体而言,与传统模式相比,节水减氮模式周年施氮270 kg/hm2,冬小麦季分别在拔节和开花期灌水,能够确保华北平原冬小麦-夏玉米轮作体系的较高产量,并降低土壤硝态氮残留。

华北平原冬小麦-夏玉米轮作体系秋季一次基施牛粪氮素损失与利用研究

为对我国华北平原冬小麦-夏玉米轮作体系秋季一次基施有机肥的氮素环境效应提供评估依据,本文分别在山东陵县和天津蓟县以不施肥、分次施用硫酸铵为对照,对秋季一次基施牛粪的产量水平、氮素损失及利用等进行研究。其中,山东陵县试验采用15N示踪技术。结果表明,在冬小麦-夏玉米轮作周期施氮量为N 300和N 450kg/hm2条件下,秋季一次基施牛粪15N损失率为30%～38%,与分次施用硫酸铵15N损失率无显著差异。牛粪氮施用N 300 kg/hm2时,损失量为N 89 kg/hm2;增施50%牛粪氮,氮损失量增加91%。冬小麦、夏玉米收获后,施牛粪处理0—80 cm土壤硝态氮含量在山东陵县分别为N 38～40和18～23 kg/hm2,在天津蓟县N 300 kg/hm2施氮条件下分别为N 95和28 kg/hm2,均低于分次施用硫酸铵处理。长期施用有机肥农田,秋季一次基施牛粪处理冬小麦、夏玉米子粒产量与分次施硫酸铵处理也无显著差异,因此从环境角度分析,秋季一次基施有机肥可继续应用和大力推广,但施用量以不超过N 300 kg/hm2为宜。

麦季氮肥运筹对冬小麦-夏玉米种植体系物质生产及氮肥利用的影响

2009—2011年在山东临沂冬小麦夏玉米生产田,探讨了麦季施氮水平和施氮时期对两季作物干物质积累与分配、籽粒产量、氮肥农学利用率和氮肥偏生产力的影响。施氮量设4个处理,分别是0(N0)、168.75(N1)、225(N2)和281.25kghm2(N3);氮肥追施时期设2个处理,分别为拔节期(S1)和拔节期+开花期(S2)。在S1条件下,冬小麦和夏玉米的籽粒干物质积累量及夏玉米和周年生物产量均表现为N3>N2>N1,冬小麦和夏玉米的籽粒产量N2和N3处理间无显著差异;氮肥农学利用率和氮肥偏生产力在麦季随施氮量增加显著降低,而在玉米季则逐渐升高,但玉米季氮肥偏生产力N3与N2处理间无显著差异。S2条件下麦季施氮量由N2处理增加25%(N3),冬小麦和夏玉米籽粒干物质积累量、生物产量和籽粒产量无显著变化,氮肥农学利用率和氮肥偏生产力在麦季显著降低、在玉米季无显著变化。与S1相比,S2有利于提高N1和N2条件下冬小麦籽粒与营养器官的干物质积累量、生物产量、籽粒产量和氮肥农学利用率及氮肥偏生产力,但对N3条件下的这些指标无显著影响;而在玉米季,3个施氮量水平下夏玉米的各项指标均显著升高。综合周年生物产量、籽粒产量和氮肥农学利用率及氮肥偏生产力结果,麦季总施氮量225kghm2及拔节期+开花期追氮是本试验条件和种植模式下的最佳麦季氮肥运筹模式。

施氮水平对太行山前平原冬小麦-夏玉米轮作体系土壤温室气体通量的影响

应用静态明箱-气相色谱法对4个施氮肥水平N0[0 kg(N).hm-2]、N200[200 kg(N).hm-2]、N400[400 kg(N).hm-2]、N600[600 kg(N).hm-2]的夏玉米-冬小麦季轮作体系2008-2010年的土壤温室气体(CH4、CO2和N2O)排放通量进行研究,同时观测5 cm土层土壤温度并记录降水量。结果表明:太行山前平原冬小麦-夏玉米轮作农田生态系统为CH4吸收汇,CO2和N2O排放源。随着氮肥施入量的增加土壤对CH4的吸收速率降低,而CO2和N2O的排放速率增加。冬小麦季施氮处理土壤对CH4的吸收速率显著低于无氮肥的N0处理,而N600处理土壤CO2和N2O排放速率显著高于N0处理(P<0.05)。施肥和灌溉会直接导致土壤CO2和N2O的排放通量增加,同时土壤对CH4的吸收峰值减小。土壤温度升高和降水量增加以及干湿交替加剧均会造成N2O和CO2排放速率增加。同时在持续干燥和低温条件的冬季不施氮处理观测到土壤对N2O的吸收现象。N0、N200、N400和N600处理土壤CH4年排放总量(kg.hm-2.a-1)分别为-1.42、-0.75、-0.82、-0.92(2008-2009年)和-2.60、-1.47、-1.35、-1.76(2009-2010年),N0、N200、N400和N600处理土壤CO2年排放总量(kg.hm-2.a-1)分别为15 597.6、19 345.6、21 455.9、29 012.5(2008-2009年)和10 317.7、11 474.0、13 983.5、20 639.3(2009-2010年),N0、N200、N400和N600处理土壤N2O年排放总量(kg.hm-2.a-1)分别为1.05、2.16、5.27、6.98(2008-2009年)和1.49、2.31、4.42、5.81(2009-2010年)。

不同水肥组合对岗南水库周边冬小麦-夏玉米体系中氮素平衡及淋失的影响

针对岗南水库水体中度富营养化的现状,在保证作物稳产的同时,最大限度减少农田养分流失是降低农田面源污染、缓解水体富营养化的必由之路。以氮平衡原理研究氮素的盈余或亏缺,开展了不同水肥组合对岗南水库周边冬小麦-夏玉米种植体系中氮素淋失的影响研究。结果表明：在岗南水库周边旱地小麦-玉米轮作体系下,施氮量、施肥类型和灌水共同影响了硝态氮向深层的淋失,且施氮效应大于灌水效应。除不施氮的对照处理以外,其他水肥组合的土壤氮素均有盈余,淋失到140 cm以下的硝态氮量在35.23~212.53 kg/（hm2·a）。推荐环境友好水肥组合为缓控释肥的精确施用处理N控W2,比农民习惯施肥量的处理N2W2氮素淋失量减少141.19 kg/（hm2·a）,减少了80%。通过合理施肥与灌溉能有效降低岗南水库周边旱地小麦-玉米农区氮素淋失,提高肥料利用率,减少硝酸盐对地下水的威胁,对于保护石家庄珍贵的水资源具有十分重要的意义。

深耕时间和方式对旱地麦-玉复种体系小麦产量形成的影响

为筛选适于旱地冬小麦-夏玉米复种体系中冬小麦高产的深耕时间和方式,于2019年6月-2021年6月,在豫西典型的旱作麦-玉复种轮作种植区设置夏深翻(SP)、夏深松(SS)、秋深翻(AP)和秋深松(AS)4个处理,研究了2个试验年度的小麦产量、产量构成和穗部性状,以及2020-2021年度的小麦群体茎蘖数、旗叶SPAD值和净光合速率、干物质和氮素积累转运特性。深耕时间和方式对旱地冬小麦产量、产量构成因素、穗部性状、茎蘖数、旗叶SPAD值、净光合速率、干物质和氮素积累转运均有显著影响。与夏深翻相比,秋深松的冬小麦产量、穗数、返青-成熟期地上部干物质积累总量、花前干物质转运量、花后干物质积累量、开花-成熟期氮素积累总量、花前氮素转运量、灌浆中后期旗叶SPAD值和抽穗-灌浆后期旗叶净光合速率分别显著提高18.38%~19.55%,16.85%~26.05%,15.33%~20.28%,16.47%,20.43%,26.11%~33.81%,36.49%,5.24%~9.69%和5.55%~23.70%。秋深松能够增加小麦的茎蘖数、旗叶SPAD值和净光合速率,改善干物质和氮素积累转运特性,最终在增加穗数的同时稳定穗粒数和千粒质量,显著提高籽粒产量,是适宜于旱地麦-玉复种体系小麦生产的耕作模式。