河北低平原冬小麦长期咸水灌溉矿化度阈值研究

在研究咸水灌溉对土壤和作物的影响过程中,对土壤盐分监测相对困难,而监测灌溉水的盐分更简单易行,但作物不同时期灌溉咸水的矿化度阈值较难确定。本文以2007—2015年在河北省衡水旱农节水试验站进行的长期咸水灌溉试验数据(灌溉水设置1 g·L^(-1)、2 g·L^(-1)、4 g·L^(-1)、6 g·L^(-1)和8 g·L^(-1)共5个矿化度;冬小麦生长期间灌溉3次水)为基础,以矿化度为1 g·L^(-1)灌溉水为淡水对照,调查不同处理小麦的相对出苗率、相对籽粒产量及土壤盐分等作物生长、产量和环境变化指标,并采用FAO分段函数方法,分析了‘石家庄8号’冬小麦多年咸水灌溉的矿化度阈值及其影响因素。结果表明,采用4 g·L^(-1)和6 g·L^(-1)咸水灌溉,多年平均小麦出苗率相当于淡水的93.8%(P>0.05)和70.4%(P<0.05),多年平均产量相当于淡水灌溉的86.0%(P<0.05)和65.3%(P<0.05),用小于4 g·L^(-1)的咸水灌溉,籽粒产量(产量变化小于15%)和出苗率不是影响咸水灌溉矿化度阈值的限制因素。经计算冬小麦多年咸水灌溉矿化度阈值为2.14~3.95 g·L^(-1),平均值为3.19 g·L^(-1),变异系数为21.1%。综合考虑产量和土壤盐分累积风险确定河北低平原冬小麦长期灌溉咸水矿化度阈值为2.47 g·L^(-1)。矿化度阈值与播前1 m土壤盐分有一定负相关关系(相关系数-0.587),与淡水灌溉产量呈一定正相关关系(相关系数0.516)。土壤盐分累积风险分析结果表明,按照灌溉咸水矿化度与土壤平均盐分拟合的指数方程预测,采用2.47 g·L^(-1)咸水连续9年灌溉,0~20 cm耕层土壤未达到盐渍化水平(平均土壤盐分预测值0.98 g·kg^(-1)),而1 m土体出现轻度盐渍化(平均盐分含量预测值1.17 g·kg^(-1)),土壤盐分稍有累积,但未对冬小麦产量造成明显影响。由此来看,以2.47 g·L^(-1)咸水长期灌溉造成土壤严重盐渍化的风险较小。

海河低平原不同耕作方式下麦田土壤生态环境特征

在片面追求单产导致耕地可持续生产力退化背景下,为探索一种科学合理的土壤耕作模式,优化麦田土壤生态环境,促进耕地生产力可持续提升,于2011-2013年小麦生长季,大田条件下,通过在小麦季设旋耕、深松和深耕3种耕作方式处理,在海河低平原进行了2a研究。在不同土壤耕作方式下,采用环刀法测定麦田土壤容重差异,采用HL20型自动气象数据采集器测定10cm深处土壤温度,采用动态密闭气室法测定土壤呼吸速率,采用TDR法测定土壤含水量,采用平板稀释法测定土壤微生物数量,采用重铬酸钾容量法-磷酸浴法、靛酚比色法、磷酸苯二钠比色法、高锰酸钾滴定法等方法测定土壤酶活性、采用碱解扩散法、碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法、乙酸铵浸提-火焰光度法、重铬酸钾容量法-磷酸浴法等方法测定土壤养分状况,采用重铬酸钾容量法和氯仿熏蒸-K2SO4浸提法分别测定土壤有机碳和微生物量碳含量,成熟时期测定产量、水分利用效率和肥料偏生产力。结果表明:深松处理有利于20-40cm土层土壤容重降低,加深耕层。旋耕处理和深松处理分别有利于表层和深层土壤水分储蓄。深耕处理有利于提高土壤温度,分别比深松处理和旋耕处理提高5.8%和8.8%。深耕处理土壤呼吸作用最高,分别比旋耕处理和深松处理提高8.0%和4.8%。小麦返青至成熟期,深松处理可提高土壤过氧化氢酶和脲酶活性,且深松处理还可提高小麦灌浆后土壤碱性磷酸酶活性;深耕处理和深松处理可分别在灌浆前、后提高表层土壤多酚氧化酶活性。深松处理全生育期碱解氮含量最低;旋耕处理速效磷有"表层聚集"现象;深松处理有利于20cm以下土层速效磷和速效钾积累;深耕处理可提高表层土壤有机质含量,旋耕处理和深松处理分别在返青前、后提高20-40cm土层有机质含量。深松处理有利于真菌和细菌增殖,旋耕则有利于放线菌的增殖。深松处理和旋耕处理分别在不同生育期可提升土壤微生物生物量碳含量。旋耕处理和深松处理分别在小麦返青前和返青后土壤总有机碳含量最高。深松处理可降低麦田耗水量,提高产量、水分利用效率和肥料偏生产力。

海河低平原渠灌区麦田深松的节水增产效应研究

【目的】研究海河低平原渠灌区土壤深松对冬小麦的节水增产效应,以提高冬小麦产量和水分利用效率。【方法】于2011—2012年和2012—2013年冬小麦生长季,以冬小麦品种良星99为材料,大田条件下,通过小麦季设置旋耕(RT)、深松(SRT)和深耕(MRT)3种耕作方式处理,在海河低平原渠灌区进行了2个周期的研究。【结果】(1)深松可提高土壤水分入渗速率。水分入渗速率稳定时,深松处理土壤水分入渗速率为0.05 mm·s-1,分别是旋耕处理和深耕处理的2.50倍和1.67倍。(2)渠灌条件下,深松有利于水分在土壤中快速下渗,优化水分在深层土壤中的分布,提升深层土壤对灌水的储蓄能力。灌水后48 h,在0—180 cm土层,深松处理土壤水分增量为158.5 mm,旋耕和深耕处理分别为142.5和144.1 mm,分别相当于深松处理的89.9%和90.9%。(3)在冬小麦冬前阶段,深耕处理棵间蒸发量最高,分别是深松和旋耕处理的1.15倍和1.35倍。冬小麦返青后,旋耕处理棵间蒸发量提高,尤其是春季灌水后,旋耕处理日棵间蒸发量上升更快,最高达1.32 mm·d-1,而深松处理和深耕处理则仅为0.78和0.85 mm·d-1。深松处理全生育期棵间蒸发量最低,仅为138.17 mm,分别相当于深耕处理和旋耕处理的86.9%和89.7%。(4)冬小麦播种至拔节期,旋耕处理0—100 cm土层含水量高于深松和深耕处理;拔节期至成熟,0—20 cm土层,旋耕处理含水量最高;20—80 cm土层,深松处理含水量最高;80 cm以下土层,3个处理差异不显著。(5)深松处理生育期耗水量为419.1 mm,比旋耕和深耕处理节水约6%;深松处理对灌水和降水的消耗比例分别为41.2%和22.0%,显著高于深耕和旋耕处理。(6)深松处理产量平均为8 550 kg·hm-2,分别比旋耕和深耕处理提高15.4%和6.9%,其水分利用效率比旋耕和深耕处理分别高22.9%和14.0%。【结论】土壤深松可增加麦田地表水入渗速率,减少灌水和降水的无效蒸发,提高土壤对灌水和降水的储蓄,降低冬小麦耗水量,提高其水分利用效率和灌水生产效率,最终显著提高冬小麦产量,具有较好的节水增产效应。建议在海河低平原渠灌区冬小麦种植中采用深松耕作措施。

海河低平原深松播种对夏玉米根系生理的影响及其节水增产效应

于2012-2013年在河北省农林科学院旱作农业研究所深州试验站，以郑单958为供试品种，设置夏玉米深松播种和免耕播种两个处理，从玉米出苗开始，根据生育进程定期观察玉米根系形态、生理指标及微观结构、玉米冠层光合特性和叶面积指数，成熟期测定产量，计算水分利用效率和2m土体水分储蓄情况。结果表明，0～60cm土层，深松播种处理可提高玉米根系干物质积累、表面积、根长和活跃吸收面积比例，全生育期分别比免耕播种处理提高30．5％、24．6％、29．7％和56．3％。0～60cm土层，深松播种处理玉米根系脯氨酸含量、硝酸还原酶活性和根系活力分别比免耕处理高140．0％、37．0％和36．5％。全生育期，深松播种处理根系伤流液总量比免耕播种处理提高15．2％。0～40cm土层，深松播种处理单根和整株根系导水率分别提高15．8％和17．0％。0～40cm土层，深松播种处理玉米根系中柱导管直径增大，中柱鞘细胞壁及中柱内薄壁细胞的细胞壁增厚栓化，髓细胞数量增多但整体在髓腔横切面积中所占比例偏小，后生木质部导管直径增大、数量增多，皮层厚度降低；O～20cm土层，深松播种处理根系皮层中部细胞虽也较大但层数较少，相当于免耕处理的86．2％。深松播种处理可提高玉米叶面积指数，全生育期平均比免耕处理高12．5％：深松播种处理还可提高叶片光合速率和光合势。深松播种处理玉米籽粒灌浆速率全生育期平均比免耕播种处理高5．0％。与免耕处理相比，深松播种处理2年平均穗粒数、千粒重和产量分别比免耕播种处理提高2．4％、3．9％和8．2％，耗水量降低9．1％，产量和水分利用效率分别比免耕处理高8．2％和14．4％，2m土体贮水量提高31．7％。

河北低平原区春玉米一熟替代麦玉两熟制的水生态与粮食安全分析

本研究针对河北低平原区水资源日益短缺的现状,于2011—2014年在河北省吴桥县开展田间试验,以小麦?玉米两熟制(WS)为对照,设置零灌溉春玉米一熟制(SMRF)和适水条件下春玉米一熟制(SMSW)2种种植模式,共3个处理,研究该区改传统高耗水的小麦?玉米两熟制为春玉米一熟制的可行性。结果表明:周年耗水量SMSW、SMRF较WS分别降低48.4%和54.2%;冬小麦耗水主要来自灌溉水和土壤储水,试验年间降雨仅能满足冬小麦耗水总量的32.9%,春玉米生育期内耗水主要来自降雨,试验年间SMSW和SMRF生育期内有效降雨总量分别满足春玉米耗水总量的91.9%和94.9%。SMSW和SMRF周年产量平均较WS分别降低24.4%和45.8%。SMSW和SMRF水分利用效率较WS平均分别高24.8%和0.3%。SMSW和SMRF的经济效益较WS平均分别减少5.2%和36.8%。经济水分利用效率SMSW和SMRF较WS平均分别高56.7%和17.5%。当下WS较SMSW仍具有一定的产量和效益优势,但WS对地下水灌溉依赖严重;而SMSW的水分利用效率和经济水分利用效率显著高于WS,未来随着春玉米高产技术体系的成熟,春玉米产量的进一步提高,在我国粮食总产、库存、进口"三增"的"新常态"下,该区改小麦玉米两熟为春玉米一熟具有兼顾水生态和粮食安全的可行性。

一年一作玉米产量性状和籽粒灌浆特性对播期的响应及其与气象因子的关系

本文通过研究限水灌溉条件下,播期对一作玉米产量、产量性状和籽粒灌浆特性的影响及阶段气象因子与产量、产量性状及灌浆参数的相关关系,探讨播期对一年一作玉米产量的影响机制,为低平原区玉米高产高效生产提供数据支撑。试验采用‘先玉335’和‘郑单958’两个玉米品种,设置5个播期:5月5日(SD_(1))、5月20日(SD_(2))、6月5日(SD_(3))、6月20日(SD_(4))和6月30日(SD_(5))。结果表明:1)播期对产量影响显著,且受品种和年型综合影响。随播期的延后,产量呈先增加后降低的趋势,两年平均以SD_(1)产量最低,SD_(4)产量最高,SD_(3)和SD_(4)间产量差异不显著。SD_(4)产量高的主要原因是穗粒数和百粒重较高。2)通径分析表明,产量要素对产量的贡献相互影响,其中对产量直接作用最大的是百粒重。3)采用Logistic模型研究粒重变化特征(R^(2)>0.98,P<0.01),粒重的大小由平均灌浆速率(V)和灌浆持续期(D)的乘积决定,其中D对粒重的直接贡献最大。4)从气象因子对产量和百粒重的影响来看,播种到吐丝的日平均气温(T_(Avsf))越高,吐丝到成熟的日均温差(TR_(Avfm))越大,产量越高;吐丝后10 d≥35℃的天数(D_(1)fa)越多,吐丝到成熟的日均气温(T_(Avfm))越高,产量和百粒重越低;其中T_(Avfm)对产量和百粒重的直接贡献最大,且各气象因子对产量和百粒重的作用相互影响。SD_(1)粒重较低的主要原因是T_(Avfm)高、TR_(Avfm)小,且D1_(fa)高,D较短。SD_(3)和SD_(4)粒重较高的主要原因是TRAvsf较大,V、D较高。SD_(5)虽然TR_(Avfm)较大,但因T_(Avfm)较低,总体D缩短,最终粒重降低。5)从品种来看,‘先玉335’较‘郑单958’产量高的主要原因是穗粒数和百粒重高,且‘先玉335’的V和V×D分别较‘郑单958’高0.19 mg∙grain^(−1)∙d^(−1)和0.73 mg∙grain^(−1)∙d^(−1)。这说明选用产量潜力大、灌浆速率高的品种,在6月上旬到6月中下旬播种可优化生育期气象要素,进而提高粒重和产量。

平原水网地区城市排水规划问题研究

我国许多沿江、沿海城市处于地势低平、排水条件很差的平原水网地区。排水困难、积水频率较高是这些城市的普遍现象。分析其原因 ,有规划设计问题 ,也有建设和运行管理问题。探讨了当前平原水网地区城市排水 (雨水 )规划存在的问题 ,并提出了解决这些问题的建议。

基于水资源状况的河北低平原种植结构调整

以衡水市为例分析了河北低平原干旱缺水区作物种植和水资源利用现状,提出了以水资源平衡利用为核心的作物种植结构调整方案。方案表明,压缩耗水多的小麦、玉米面积各20％和40.2％,稳定棉花和果菜面积,增加甘薯类旱作高效商品性作物,既可维持水资源的持续利用,种植业人均收入还可增加22.9％。

微咸水灌溉对苹果、梨的产量和品质以及土壤盐分的影响

在河北低平原有咸水区内,选取成龄苹果、梨树为研究对象,连续3年研究了2g/L咸淡混合水灌溉对产品产量和品质以及果园土壤盐分动态的影响。结果表明:2g/L咸淡混合水灌溉对苹果和梨果实产量没有影响,但是提高了苹果和梨的商品质量,如降低了苹果可滴定酸含量,提高了梨果的果实硬度和可溶性固形物含量。2g/L混合水灌溉可以引起果园土壤剖面盐分增加,20～60cm根系密集层年内平均最高土壤含盐量1.103ds/m(0.37%),0～120cm年内平均最高土壤含盐量0.911ds/m(0.32%)。因此,在河北低平原区,利用2g/L咸淡混合水进行苹果、梨等果树短期灌溉是安全可行的。

外来调水对华北低平原区地表水和地下水水化学特征的影响——以河北省南皮县为例

华北低平原区有着巨大的粮食增产潜力,同时也是粮食生产和农业水资源矛盾突出的地区。外来调水与浅层微咸水的联合利用是解决区域水资源问题的有效途径之一,同时也将引起区域水循环和水环境的改变。为明确外来调水对华北低平原区地表水和地下水水化学特征的影响,本研究在华北低平原区河北省南皮县域内对调水后不同季节地表水和地下水进行调查和采样,利用水文地球化学和氢氧(d^2H、d^(18)O)稳定同位素相结合的方法,研究外来调水对地表水和地下水转化及其水化学特征的影响。研究结果表明,11月至翌年7月,受蒸发作用的影响,地表水电导率(EC)和钠吸附比(SAR)增加,d2H、d18O同位素不断富集;由于地表水和周围土壤的交换吸附作用使其水化学类型向Na^+、Cl^-和SO_4^(2-)增加、HCO_3^-减少的咸水转变。调水改变了地表水和浅层地下水之间的补给关系,11月至翌年3月,沟渠附近浅层地下水受外来调水直接或者灌溉补给,使得3月浅层地下水EC降低,埋深变浅,部分采样点分布在外来调水的SAR-EC区域。受调水影响,3月沟渠附近浅层地下水水化学类型为Na·Mg·Ca-Cl·SO_4、Na·Mg-Cl·SO_4·HCO_3、Na·Mg-SO_4·Cl·HCO_3等,是11月调水(Na·Mg·CaSO_4·HCO_3·Cl)和浅层地下水(Na·Mg-Cl·SO_4)的过渡类型。3月至7月浅层地下水补给沟渠水,地下水埋深变深,7月浅层地下水水化学类型与3月相似。调水可以季节性地改善区域内沟渠水及其附近的浅层地下水水质,而对深层地下水和坑塘水的水质无改善作用。调水对沟渠水水质的改善体现在调水季节,对浅层地下水水质的改善存在滞后性,2014年11月调水之后,2015年3月浅层地下水的水质得到改善。因此,采用调水和浅层地下水、坑塘水混合灌溉,对合理开发利用区域咸淡水资源以及深层地下水压采,恢复地下水位意义重大。

海河低平原典型县种植制度与农田景观格局变化遥感监测

作物是影响农田景观格局和生态功能的最主要因素,种植制度与农田景观优化对集约化农业的可持续发展影响显著。该研究主要利用2013-2019年Landsat 8 OLI影像,基于主成分分析法—随机森林分类法(Principal Component Analysis-Random Forest,PCA-RF)解译遥感影像,结合转移矩阵和景观指数法,以河北吴桥为典型案例研究了海河低平原复种指数、种植模式的空间分布特征及其变化动态,在此基础上分析了农田景观破碎度和多样性的变化特征。结果发现,PCA-RF法解译研究区种植模式总体精度达90%以上,Kappa系数高于0.84,效果较好;研究区复种指数从163%上升至174%,一熟转变为两熟区的面积是两熟转变为一熟区面积的1.64倍;麦玉两熟面积保持稳定,棉花一熟面积缩减了80.93%,而粮林复合种植模式的面积增长了64.54%;棉花一熟是转变为麦玉两熟的主体模式,占麦玉两熟转入面积的81.15%;同时,麦玉两熟和棉花一熟是转变为玉米一熟的主体模式,分别占玉米一熟转入面积的46.43%和41.43%;研究区香农多样性指数上升8.57%,麦玉两熟和棉花一熟的分离度指数显著增大。结果表明,7年来,棉花一熟转变为麦玉两熟导致研究区复种指数提升;棉花一熟缩减且转变为其他模式和种植模式增多导致农田景观多样性增加;同时,麦玉两熟和棉花一熟的破碎度增大导致农田景观破碎度增大,不利于主体模式的进一步规模化生产。

三江平原沼泽湿地开垦前后下垫面水理性质变化研究

根据点面调查资料和试验成果等，对黑龙江省三江平原沼泽湿地开垦前后水文物理性质──下垫面的供水、蓄水和泄水特性的变化进行了研究。

鹤岗地区土壤耕作模式探讨

总结鹤岗地区土壤耕作模式,包括平原易旱区土壤耕作模式、冷凉低湿易涝区土壤耕作模式、丘陵漫岗土壤耕作模式、水稻田土壤耕作模式,以提高鹤岗地区农业发展水平。

三江平原土地利用方式改变对湿地汞含量的影响

通过测定三江平原小叶章湿地、水稻田、玉米地土壤以及小叶章、乌拉苔草、毛果苔草、杨树叶及苔藓中的汞含量,探讨了湿地土壤和植物汞来源及分布特征,研究了土地利用方式变化对土壤汞含量的影响。结果表明,三江平原土壤汞含量0.006~0.208mg.kg-1,平均为0.053 mg.kg-1,高于黑龙江省土壤汞背景值含量。由表层至底层,小叶章湿地土壤中汞含量变化不大,水稻田及玉米地中汞含量变化较大。植物中汞含量表现为苔藓〉乌拉苔草〉小叶章〉毛果苔草〉杨树叶,其中苔藓中汞含量高达0.132 mg.kg-1。相关分析表明,土壤中汞含量与可溶性有机碳含量呈显著正相关（r=0.269,P〈0.05）。干湿沉降及植物对大气中汞的吸收可能是本地区土壤中汞的主要来源。湿地开垦为农田后,土壤中汞含量降低了45.6%,而旱田改为水田后,土壤中汞含量则增加了18.3%。

华北低平原区降水与坑塘蓄水响应关系研究——以河北省南皮县为例

华北低平原区淡水资源短缺,坑塘水等非常规水资源的开发利用日益重要。明确坑塘蓄水在不同降水年型下作为灌溉水源的保障能力,研究该区域降水与地表坑塘蓄水的响应关系,对于农业多水源联合利用具有重要意义。论文以华北低平原区河北省南皮县为研究区,通过Cl^-和稳定同位素平衡法,计算了南皮县雨季降水对坑塘水的补给份额,并基于2013—2015年间的3期Landsat TM遥感数据,采用改进的归一化差异水体指数提取坑塘信息,分析不同降水年型下南皮县坑塘的蓄水能力及灌溉潜力。结果表明:坑塘蓄水除了接受地下水的补给,主要接受降水的补给,丰水年雨季降水对微小型、中小型坑塘的补给比例约占74.3%～86.0%,对大型坑塘的补给比例不足30%;坑塘主要以小于0.5 hm^2的微小型坑塘为主,不同面积等级的坑塘数量及蓄水面积与降水的变化是一致的;其中,平水年、枯水年和丰水年坑塘蓄水量分别为1.49×10~7、0.84×10~7、1.90×10~7m^3,随年降水量增大而增多。研究结果可为区域坑塘水资源的合理开发利用提供理论基础。