加气对西北旱区膜下滴灌棉花光合及水分利用效率的影响

为探明西北旱区滴灌棉花适宜的加气灌溉模式,试验以不加气灌溉为对照(CK),设置5个加气灌溉处理:苗期加气(AS)、蕾期加气(AB)、花铃期加气(AF)、蕾期加气+花铃期加气(ABF)、苗期加气+蕾期加气+花铃期加气(AW);研究了不同生育期加气灌溉对西北旱区棉花光合作用及水分利用效率的影响.结果表明,与CK相比,所有加气处理的光合特性及地上部生物量都显著提高,其中处理AW较CK的净光合速率显著增加22.68%,蒸腾速率显著增加41.19%,气孔导度显著增加33.42%,胞间CO 2浓度显著降低16.22%;花铃期加气灌溉使西北旱区棉花地上部茎、叶、蕾/铃干物质累积量分别显著增加29.26%,11.15%和33.41%.不同生育期加气灌溉下,棉花光合特性、地上部生物量以及产量最优的处理为AW和AF,且差异不具有统计学意义;但是处理AF的水分利用效率最高,为1.51 kg/m 3,显著高于处理AW.因此,从高效节水增产的角度考虑,在棉花花铃期进行加气(AF)可作为西北旱区膜下滴灌棉花的最佳加气灌溉模式.

西北旱区农业高质量发展体系的生态农业内涵与路径

西北旱区自然条件恶劣,水土资源不匹配,农业发展受到诸多障碍。为探索一条突破环境制约,且资源集约高效利用的现代农业发展道路,该文系统分析了国内外农业发展沿革与趋势,明晰了西北旱区农业发展面临的问题与挑战,构建了针对西北旱区的生态农业发展理论框架,提出了西北旱区多业态生态农业结构与提质增效途径。研究发现,生态农业是通过现代科学技术与生态工程原理,形成产供销全链条绿色循环且生态功能持续提升的一种农业体系。生态农业应具备农业资源集约化、生产过程生态化、农业经营产业化、农业管理智能化、农业功能多元化五大基本特征。该文构建了以高效益、高效率、高品质、高素质为目标的生态农业高质量发展体系,提出了集优质棉业、精品果业、优质粮草、生态养殖、特色小镇、地理产品为一体的西北旱区多业态生态农业结构,阐明了以节水控盐协同模式、生境智能管控模式、“园机”一体化模式、循环经济发展模式、城乡统筹发展模式、“三产”一体化模式为核心的西北旱区生态农业提质增效技术体系,明确了以农业高效用水和生态功能提升为核心的关键途径。同时实践经验显示,绿色可持续的生态农业发展理念对促进区域经济水平与生态环境建设效果显著,如陕西眉县绿色林果业品牌入选中欧地理标志产品名单、综合产值达58.5亿元,甘肃广河县和宁夏青铜峡市畜禽粪污资源化率超90%,新疆生产建设兵团七十七团通过秸秆资源化技术单产增加8%、土壤有机质达21.2%,内蒙古科尔沁旗通过优质牧草种植、良种培育的生态畜牧业实现了规模生产与草场保护的双赢。

西北旱区现代农业提质增效发展模式探究

西北旱区是我国重要的土地资源储备基地,受水资源短缺、土地质量偏低等问题制约,实现农业高质量发展的难度较大,亟需探索集约高效的现代农业发展路径。本文系统分析了西北旱区农业发展的现状及面临的问题,构建了西北旱区现代农业提质增效理论框架。针对草原牧业区、农牧交错区、雨养农业区、灌溉农业区等区域的农业发展特征与功能定位,在优化配置农业自然资源、科技资源、经济资源、社会资源等基础上,本文重点分析了水土资源高效利用、农业种植结构调整与种植模式优化、农业生产精准管控技术创新、产业化与可持续发展等核心技术或方法,形成了具有区域鲜明特色的4类模式,即饲草–绿肥作物生产为主的牧区现代生态农业发展模式、饲草–粮食–经济作物生产并重的农牧交错区生态农业发展模式、粮食–林果生产为主的雨养区生态农业发展模式和粮食–经济作物–林果生产为主的灌溉区现代生态农业发展模式,以此实现农业生产功能、生态功能、教研功能、休闲功能的拓展延伸。为推动西北旱区现代农业高质量发展,需优化农业功能分区,科学规划农业发展格局;健全生态农业补偿机制,创建绿色核算制度;促进产业融合,树立现代生态农业发展理念;构建现代生态农业发展的绿色科技创新与推广服务体系;培育农业农村人才,完善人才政策体系。

水足迹视角下西北旱区种植结构协同调整

以西北旱区为例,采用水足迹模型,分析主要农作物的耗水特点,并以水资源消耗量最小、生态安全和经济效益最大化为目标,构建以耕地资源、水资源和食物安全为约束条件的多目标规划模型对种植结构进行优化。结果表明:2000—2020年西北旱区主要作物产量增长2.41倍,种植面积增长1.24倍,粮食作物和经济作物的种植比例由2:1向1:1转变,种植结构由专一化向多样化发展;作物生产水足迹总量从838.70亿m^(3)增至1109.05亿m^(3),其中蓝水足迹占比高达79.09%,农业生产面临着巨大的水资源压力;调整作物种植结构,适当将蔬菜、薯类和豆类的种植面积提高140.593万hm2、1.863万hm^(2)和0.340万hm^(2),水资源消耗量可减少107.25亿m^(3),生态效益可提高27.47亿元,经济效益可提高470.74亿元。研究结果对促进西北旱区农业结构优化调整和水资源可持续利用具有重要的参考价值。

保护性耕作对西北旱区土壤微生物空间分布及土壤理化性质的影响

【目的】保护性耕作在中国西北旱区已得到了广泛应用,是农业生产中重要的技术措施。探析保护性耕作对土壤肥力和土壤微生物群落结构的影响,有助于农业生产的可持续发展。本试验从土壤理化性质和微生物相结合的角度,探讨保护性耕作对土壤微生物空间结构的影响,以及旱作麦田微生物群落丰度和土壤理化性质的相关性,为推广保护性耕作措施提供理论依据和实践支持。【方法】以中国西北旱区土壤为研究对象,常规耕作翻耕(PT)为对照,设计深松耕(CPT)和免耕(ZT)两种保护性耕作方式,采用实时荧光定量PCR技术,测定土壤微生物群落丰度和土壤理化性质指标,并分析微生物群落空间分布与土壤理化性质和保护性耕作之间的关系。【结果】长期应用保护性耕作已对旱作麦田的环境产生显著影响,不同的耕作方式对土壤真菌和细菌群落丰度有不同的影响,两者对3种耕作方式均有不同程度的响应;在不同的耕作方式下,土壤微生物空间分布不均,连续性较差,空间变异程度较高,表现出强烈的空间聚集分布。耕作方式对土壤理化性质和酶活性也有显著的影响,与传统翻耕相比,深松耕和免耕方式能显著提高土壤黏粒、水分、全氮、铵态氮含量和脲酶、蔗糖酶活性。典范主分量分析(CPCA)结果表明,土壤微生物群落丰度和理化性质变化主要受到耕作方式的影响,并且土壤微生物群落丰度与理化性质密切相关,在免耕方式下,土壤黏粒、水分和铵态氮含量等显著影响土壤细菌群落分布;在深松耕方式下,土壤可溶性碳含量和过氧化氢酶活性等显著影响土壤真菌群落分布。【结论】旱作麦田采用保护性耕作,可以影响土壤微生物群落丰度和空间分布,并且显著影响土壤理化性质,进而影响土壤微生物空间结构。同时,土壤水分和碳氮含量分别显著影响土壤细菌和真菌丰度。

西北旱区农业水土资源匹配格局研究

为了维持西北旱区水土资源开发平衡,提高农业水土资源利用效率和效益,改善生态环境,针对农业水土资源匹配的研究现状,重新探讨了水土资源匹配的概念,提出了水土资源匹配指数计算方法,并在分析西北旱区2010年水土资源现状的前提下,计算了西北旱区各地级市及全省(自治区)水土资源匹配情况。结果表明,整个西北旱区农业水土资源匹配指数由西北干旱气候核心区向东南方向呈逐渐减小趋势,即灌溉农业区的水土资源匹配指数比雨养农业区偏大。西北旱区各地级市水土资源匹配指数以新疆吐鲁番最大,为3.08,甘肃庆阳最小,为0.02;水土资源匹配指数以新疆自治区最大,为0.56,内蒙古自治区最小,为0.18。

西北旱区不同灌溉方式对苜蓿光合特性和产草量的影响

2014年6月初至7月下旬,在西北旱区生长第三年紫花苜蓿的第二茬草生育期间,设置地下滴灌(SDI)、喷灌(SI)、畦灌(BI)和试验期间不灌溉(CK)四种灌溉方式进行对比试验,研究不同灌溉方式对紫花苜蓿生长、光合特性及产草量的影响。结果表明:不同灌溉方式影响土壤水分含量,SDI的土壤含水率最高,CK最低;各处理的净光合速率和蒸腾速率均呈现"午休现象",CK最明显;SDI的日均净光合速率、蒸腾速率、叶片水分利用效率及光能利用效率均显著(P<0.05)大于BI、SI和CK,BI与SI处理差异不显著;相比其他三种处理方式,SDI处理能有效提高苜蓿株高、茎粗、分枝数、单株重和产草量,SDI处理干草产量比BI、SI处理分别提高了10.56%和14.92%,差异显著(P<0.05)。

西北旱区参考作物蒸散量空间格局演变特征分析

利用西北旱区124个站点10a逐日气温、相对湿度、日照时数和风速资料,采用FAO的Penman-Monteith和Kriging方法对参考作物蒸散量进行估算和空间化,分析2000-2009年作物生长季(4-9月)参考作物蒸散量年际变化≥0.4mm区域质心的空间迁移规律。结果表明,作物生长季(4-9月)年际日均蒸散量变化≥0.4mm地区的质心整体经历从西到东两次波动,最后定位在中东部,质心迁移路径空间变化表现为由较发散变为较集中,然后到较发散;从各月年际变化上看,4月质心迁移平面距离最长,其次为7、9、6、8月,5月最短;迁移方向没有明显变化规律,各月质心最后到达位置各不相同,但是都处于内蒙古地区。近10a(2000-2009年)来,4-9月参考作物年际日均蒸散量变化≥0.4mm区域的面积呈现一定的增加趋势,其中4、6、9月的波动较大,年际变化趋势不明显,而5、7、8月面积变化曲线呈稳定增加趋势(P<0.05)。8月蒸散量对平均温度正向敏感的站点最多,敏感性较高的站点主要分布在中部和南部地区,其次是日照时数,蒸散量对相对湿度敏感的站点最少。研究结果对农业旱情监测、水资源管理和评价具有重要意义。

西北旱区1961—2011年参考作物蒸散量的时空分异

全球变化背景下分析参考作物蒸散量的变化特征,对于农业生产和水资源管理等有重要指导意义。根据西北旱区152个气象站点1961—2011年气象资料计算参考作物蒸散量(ET0),分析了其空间分布及时间变化趋势,并探讨了其变化原因。1961—2011年西北旱区年均ET0为1100.4 mm/a,但存在空间变异,低值出现在黄土高原南部区域,高值出现在西北部沿东南-西北方向的条带上。ET0整体呈不显著的上升趋势,但64和36个站点分别呈显著的上升和下降趋势;西北旱区ET0发生突变的年份东部较西部晚。ET0的时空变异是气象因子时空变化的组合效应,ET0对相对湿度和最高温度的变化最敏感,但过去50a ET0变化中风速和最高温度的贡献率最大。西北旱区ET0的变化发生了重要改变,由2000年以前的下降趋势转变为目前的上升趋势,可能加剧该区的水资源短缺状况,需引起足够的重视。

基于MEA-BPNN的西北旱区参考作物蒸散量预报模型

为有效提高西北旱区参考作物蒸散量(Reference crop evapotranspiration,ET0)预报精度,在西北旱区选择5个代表性气象站点,构建10种基于思维进化算法(Mind evolutionary algorithm,MEA)优化的误差反向传波神经网络(Back propagation neural network,BPNN)ET0预报模型,并将其与Hargreaves-Samani模型、Irmak模型和48-PM模型等3种在西北旱区ET0计算精度较高的模型进行比较。结果表明:在不同输入的情况下MEA-BPNN模型模拟精度具有相对较高水平,其中MEA-BPNN1(输入最高气温Tmax、最低气温Tmin、相对湿度RH、日照时数n和距地面2 m高处的风速u2)、MEA-BPNN2(输入Tmax、Tmin、n和u2)及MEA-BPNN3(输入Tmax、Tmin、RH和u2)模型的R2、NSE均大于0.96,RMSE、MAE也分别小于0.34、0.25 mm/d,以上3种MEA-BPNN模型的整体评价指标(Global performance indicator,GPI)排名分别为1、2、3;MEA-BPNN7(输入Tmax、Tmin和u2)的R2、NSE分别为0.966 2、0.962 2,RMSE、MAE分别为0.361 0、0.276 1 mm/d,模拟精度较高;MEA-BPNN模型可移植性的分析表明:MEA-BPNN模型在西北旱区具有较强的泛化能力,基于不同站点数据构建的预报模型也有较高精度;在相同输入情况下MEA-BPNN模型模拟精度均高于Hargreaves-Samani模型、Irmak模型和48-PM模型。因此,在气象资料缺乏情景下MEA-BPNN模型可作为西北旱区ET0计算的推荐模型,可为实时精准灌溉预报的实现提供科学依据。

西北旱区喷灌条件下洋葱灌溉制度研究

2012年在西北干旱地区宁夏中部干旱带同心黑膜覆膜条件下,研究了洋葱喷灌方式灌溉量及灌水次数对洋葱产量的影响。结果表明:喷灌2 100m3/hm2处理鳞茎产量最高为77 414.1kg/hm2,较喷灌900m3/hm2处理增产28.50%,供水效率143.09kg/(hm2·mm),水分生产效率155.39kg/(hm2·mm),与喷灌900m3/hm2相比,水分生产效率提高7.53%。因此,优化出洋葱喷灌生产模式灌溉定额2 100m3/hm2,缓苗水300m3/hm2、叶旺长期600m3/hm2、喷灌2次,鳞茎生长期1 200m3/hm2、喷灌4次。

西北旱区不同品种马铃薯薯饼加工品质特性分析

为研究不同品种马铃薯与薯饼品质特性之间的关系,以适宜西北旱区栽培的13个马铃薯鲜薯为原料制备马铃薯薯饼,并对薯饼的感官和TPA进行了分析和比较,结果表明,不同马铃薯品种对加工薯饼的品质特性具有显著影响(p<0.05),不同品种马铃薯淀粉含量、蛋白质含量与马铃薯薯饼的硬度、弹性、胶着性及咀嚼性呈极显著正相关(p<0.01),而不同马铃薯品种淀粉含量、粗蛋白含量与马铃薯薯饼色泽无显著相关性(p>0.05);综合评价感官和TPA,供试的13个品种中,陇薯7号、陇薯8号、中薯18号和新品系LY08104-12的表现较好,制得的马铃薯薯饼感官品质较好,硬度适中,口感酥软,质构品质也较优。该结论可为不同马铃薯品种在薯制品加工适宜性方面提供一定的理论参考。

区域农业水土资源利用分区指标体系建设方案——以西北旱区为例

针对现有的农业水土资源利用评价中将农业水、土资源视为独立系统分别进行研究容易导致无法正确评价区域水土资源匹配状况的问题,文章以西北旱区为例,将农业水、土资源作为一个整体系统,以区划方法和地带性分异规律为指导,在充分考虑水土资源生态与环境现状、管理及趋势的基础上,分析确定分区目标、分区单元、指标选取原则的基础上,以县域作为基本分区单元,提出了一套从大尺度、中等尺度到小尺度,由目标层、准则层、因素层、元素层组成的等级嵌套的农业水土资源利用分区指标体系,并对西北旱区一级分区指标进行了信度分析与制图实践。结果表明,标准化后的数据具有相当好的可信度,该指标体系能较为全面地反映不同尺度西北旱区农业水土资源利用系统的空间分异特征、时空量比关系和需求状况,具有良好的普适性,可为较大尺度范围内开展区域农业水土资源利用分区提供指标方法,也对农业水土资源的充分利用提供分区指导。

西北旱区海绵城市建设中雨洪资源量分析

我国海绵城市建设仍处于探索和起步阶段,海绵城市规划建设中有关城市水文学问题急需解决。针对西北旱区海绵城市建设规划中雨洪资源计算问题,通过Google Earth提取陕西、甘肃、宁夏、青海及新疆五省主要城市2015年的遥感影像资料,利用SWMM建立模型,最终通过模拟得到各地市汛期雨洪资源量,从宏观上探讨西北旱区主要城市雨洪资源潜力,并进一步提出西北旱区主要城市进行海绵城市建设的顺序。

西北旱区生态服务价值时空动态研究

为探明西北旱区生态服务价值的时空差异性,以2004—2012年相关数据为基础,对其生态服务价值进行计算。结果表明:(1)2012年西北旱区的生态服务价值较2004年增加了166.1×109元,而人均生态服务价值却减少了8元,说明人口的增速比生态服务价值的增速大,应适当控制人口增长;(2)西北旱区各省区生态服务价值变化大小依次为甘肃>陕西中北部>新疆>内蒙古中西部>青海>宁夏,其中宁夏和青海为负变化;(3)2004—2012年间西北旱区生态经济协调度为0.33,表明生态环境和经济发展处于轻度协调状态;(4)敏感性指数小于1,说明西北旱区生态服务价值对生态价值系数弹性较弱,本文研究结果真实可信。研究期内的土地利用变化取得了较明显的生态效益,为西北旱区的经济建设和社会发展提供了良好的环境平台。

西北旱区农业水土资源空间变异特征研究

农业水土资源是人类赖以生存的物质基础。为合理利用和开发西北旱区农业水土资源,利用经典统计学和地统计学方法研究了其水资源指数和耕地资源指数的空间变异特征。结果表明:西北旱区水资源指数和耕地资源指数均具有中等变异性特征,其半方差最优拟合模型分别是高斯模型和指数模型,且均呈现空间不均衡分布,分别具有较强和中等空间相关性,其空间变异主要受结构性因子的影响。研究结果不仅可为西北旱区农业水土资源的配置、高效利用和优化提供依据,也为在较大研究范围内开展空间因子变异特征研究提供了方法参考。

我国西北旱区农牧业综合开发潜力分析及水资源支撑能力研究

西北旱区是我国的生态脆弱区、经济欠发达区、少数民族聚集区和边疆地区,实现西北旱区农牧业可持续发展,对推动一带一路建设、与全国同步实现小康社会具有重要战略意义。在科学、高效利用农牧业自然资源的基础上,加快转变农牧业发展方式,充分发挥西北旱区的农牧业发展潜力,实现生产、生态与生活的"三生共赢",是西北旱区农牧业发展面临的现实问题。文章在全面分析西北旱区区位条件和农牧业特点的基础上,划定了西北旱区的区域范围;在深入分析西北旱区农牧业自然资源禀赋、农牧业发展条件的基础上,认真分析了西北旱区农牧业发展潜力;从多个标准出发对水资源承载能力和节水措施进行了综合评价,提出了"压夏扩秋、为牧而种"的结构调整原则,"灌区节水、旱区集水"的工程措施建议,以及加强科技创新、提高水土资源综合利用率的农技推广重点,为西北旱区农牧业发展方向、路径和发展尺度提供了科学依据。

利用表型和SSR标记分析西北旱区优质蛋白玉米自交系的遗传多样性

对西北旱区有代表性的30份优质蛋白玉米（QPM）自交系农艺性状的分析表明,大部分自交系在一个类群内,但仍有部分自交系独立成群。SSR分析表明,每对引物可以检测到3~8个等位基因,29对引物共检测到141个等位基因,平均每个位点检测到4.86个等位基因。SSR标记聚类分析和主坐标分析将这些材料分为4个类群,但大部分仍集中在黄改系群内。表明西北旱区QPM玉米自交系来源较单一,遗传多样性差,仅少部分自交系较为独立,可以有针对性的进行保存和改良利用。

不同粮食消费模式下西北旱区大型灌区耕地压力分析

利用耕地压力指数模型,计算分析了2010年西北旱区大型灌区不同粮食消费模式下的耕地压力指数、粮食盈余情况及可再承载人口状况。结果表明:在平衡膳食(PH)、初步小康或营养安全(XK)、富裕型(FY)社会三种不同粮食消费模式下,西北旱区97所大型灌区的耕地压力虽差异明显,但整体压力较小,三种模式的平均耕地压力指数(K值)均小于1,人粮关系较为和谐,除保证自身粮食需求外仍有一定的粮食盈余;三种模式下,粮食盈余量为869.19、586.18、41.46万t,可再承载人口数为2698.75、1465.46、75.38万人。

西北旱区葡萄园水碳通量耦合的初步研究

利用涡度相关系统,对我国西北旱区某葡萄园进行了一个生长季度的观测,得到了日尺度水碳通量耦合的初步关系,表明葡萄园水碳通量的变化白天存在较高的一致性,且二者均呈双峰型曲线;在一定时间范围内,二者存在较明显的比例关系,即葡萄园毎平方米毎秒固定1 mgCO2,同时会蒸腾2.2×10-9mm水汽。该研究为揭示葡萄园水碳耦合关系提供了一定的参考依据。