耕作措施对长期免耕双季稻田土壤碳库的影响

针对南方稻田长期免耕存在的主要问题，本研究选择湖南省双季稻区连续7年免耕稻田，进行了不同耕作措施对土壤的总有机碳、活性有机碳的变化情况及其对土壤碳库影响的研究，以期为建立合理的轮耕周期提供理论依据。结果表明：0～20cm平均总有机碳和活性有机碳含量均为旋耕〉连续免耕〉翻耕。与连续免耕相比，旋耕有利于提高土壤活性有机碳含量（比连续免耕提高了5．08％），翻耕则会促进土壤活性有机碳分解（比连续免耕降低了2．73％）。晚稻收获时0～20cm平均碳库管理指数也表现为旋耕〉连续免耕〉翻耕，其中翻耕使碳库管理指数整体上显著降低（比连续免耕降低了21．7％）；旋耕略有提高（比连续免耕提高了3．9％），但未达到显著水平（P〈0．05）。总之，与连续免耕相比，翻耕可促进土壤活性有机碳分解，进而显著降低碳库管理指数；但旋耕差异不显著（P〈0．05）。

京郊平原参考作物腾发量及其与气象因子相关性研究

利用FAO56 Penman-Montieth公式和京郊平原区代表性气象站点的长系列、短时序气象资料计算了该地区的逐日ET0,对ET0及其各分项的时间变异特征进行了分析,采用相关分析法研究了ET0与主要气象影响因子间的关系。结果表明,研究区域近50年来ET0呈不显著的增加趋势,就其各分项来说,辐射项的年际变化幅度较小,而空气动力学项的年际波动较大,且与ET0的年际波动较为符合;ET0的年内变化呈＂单峰形＂分布,一年内的最大值出现在6月份,为162.6 mm,最小值则出现在12月份,为32.3 mm。从ET0的分项来看,5~9月份ETrad〉ETaero,而其余月份ETrad〈ETaero;通过进一步对主要影响因子的相关性分析表明,平均温度、日照时数和平均风速与ET0为正相关,而平均湿度则表现为负相关,不同季节间,各气象因子与ET0的相关程度不同;根据ET0与降水的特点,提出了合理利用农业水资源的建议。

不同施氮量下夏玉米冠层结构及光合特性的变化

【目的】试验通过氮肥调控,塑造高效冠层,确立不同夏玉米品种高效冠层与氮肥调控的定量化关系指标。【方法】设置4个施氮水平(0、90、180、270kg·ha-1),研究不同施肥量对夏播玉米CF008、郑单958、金海5号冠层结构和光合特性的影响。【结果】3个品种夏玉米在施氮量90或180kg·ha-1下冠层光合性能和产量较高。在灌浆前期,群体光合势(LAD)和叶面积指数(LAI)在施氮180或270kg·ha-1条件下显著较高,之后为90或180kg·ha-1下较高,说明,高氮条件下生育前期冠层内透光率较低,冠层结构较不合理,导致生育后期叶片提早衰老,使后期光合性能和产量降低。【结论】由此得出在施氮量90或180kg·ha-1下构建的冠层较合理,其中冠层与氮肥调控的定量化关系指标为:群体透光率在吐丝期和灌浆中期分别达12.56%～17.87%和13.13%～19.73%;最大LAI达5.76～6.75,成熟期仍然保持在2.09～3.68;吐丝期中上层叶片Pn达35μmol·m2·s-1左右;吐丝后的群体LAD较高,郑单958和金海5号达210m2·d·m-2左右;产量达10688～11461kg·ha-1。

轮耕对土壤物理性状和冬小麦产量的影响

针对华北地区土壤连续单一耕作存在的主要问题,进行了土壤轮耕效应的研究。试验选择冬小麦夏玉米玉两熟区连续5a免耕田,设置免耕、翻耕和旋耕3种轮耕处理(即免耕一免耕,免耕一翻耕和免耕一旋耕),冬小麦播种前进行耕作处理。研究结果表明:多年免耕后进行土壤耕作(翻耕、旋耕)可以显著降低土壤体积质量;旋耕显著降低0～10cm土壤体积质量,翻耕则降低0～20cm体积质量;随时间变化各处理土壤体积质量差异逐渐降低。翻耕、旋耕均显著增加了0～10cm土壤总孔隙,同时翻耕显著增加了10～20cm土壤总孔隙;翻耕、旋耕显著提高了5～10cm毛管孔隙。0～10cm土壤饱和导水率表现为旋耕>翻耕>免耕,翻耕、旋耕在5%水平上显著高于免耕;10～20、20～30cm土层均表现为翻耕>旋耕>免耕,且10～20cm翻耕5%水平上显著高于免耕;饱和导水率与体积质量呈显著线性负相关。翻耕、旋耕有效穗数与免耕相比分别提高了24.1%、22.3%;冬小麦的实际产量表现为:旋耕>翻耕>免耕,翻耕、旋耕分别比免耕增产11.8%、16.9%。总之,长期免耕后进行土壤耕作有利于改善土壤物理性状,提高作物产量。

轮耕对土壤物理性状及水稻产量影响的初步研究

针对南方稻田连续免耕存在的主要问题，进行了土壤轮耕效应的初步研究。试验选择双季稻区连续7年免耕稻田，设置免耕、旋耕和翻耕3种耕作处理（即免耕-免耕，免耕-旋耕和免耕-翻耕），早稻和晚稻采取同-耕作措施。研究结果表明：连续免耕后进行土壤耕作（翻耕、旋耕）可以降低耕作层土壤容重，增加土壤水贮量，尤为翻耕显著，早、晚稻均表现为这-趋势；晚稻收获时，表层0～5cm的毛管孔隙度表现为免耕-翻耕、免耕-旋耕在5％水平上显著高于免耕-免耕，而下层差异不显著；早、晚稻晒田时，表层0～5cm原状土饱和导水率均表现为免耕～翻耕在5％水平上显著高于免耕-免耕和免耕-旋耕，而5～10cm无显著性差异；早、晚稻的实际产量均表现为免耕-旋耕〉免耕-翻耕〉免耕-免耕，起主要作用的构成因素是有效穗数。

华北平原免耕冬小麦生长发育特征研究

2004—2006年在河北栾城中国科学院农业生态试验站开展了不同耕作方式下冬小麦生长发育特征及其影响因素的比较研究。冬小麦基本苗数和分蘖率在不同耕作方式间差异显著,表现为免耕<旋耕<翻耕。免耕处理冬小麦分蘖成穗率高于翻耕和免耕处理,但基本苗数低,2004—2005生长季比翻耕和旋耕处理分别低28.9%和29.7%,2005—2006生长季分别低11.7%和10.0%;免耕处理冬小麦株高、叶面积指数、地上部干物质积累和产量均低于翻耕和旋耕处理,其中叶面积指数在2004—2005和2005—2006生长季的最高值分别为2.9和6.0,产量比翻耕降低30.1%和27.19%、比旋耕降低15.3%和25.20%。免耕可保持耕层较高的土壤水分含量,总体上高于翻耕和旋耕处理;免耕处理在冬小麦苗期和返青期表现出明显的"降温效应",耕层土壤日均温度低于翻耕和旋耕,冬小麦出苗和返青较翻耕和旋耕分别晚1～3d和4～5d。

播期对春玉米生长发育与产量形成的影响

以"郑单958"和"鲁单984"为材料,比较研究了两个播期(4月24日和5月15日)条件下春玉米的生长发育和产量形成,探讨了春玉米生长发育与气候条件的关系。结果表明,不同播期的春玉米生长发育和产量都存在显著差异。与4月24日播期相比,5月15日播期的春玉米产量(干重)提高2157kg·hm-2(郑单958)和1137kg·hm-2(鲁单984)。粒重在播期间、品种间及播期与品种互作间差异均不显著。穗粒数在品种间不显著,但在播期间差异达显著水平,第2个播期穗粒数提高幅度达37.8%(郑单958)和11.2%(鲁单984)。通过对不同播期间气象因子的分析发现,降雨是影响华北平原春玉米生长发育和产量形成的最重要气象因子。降雨主要通过对穗粒数的调节来影响产量。开花期降雨过多所带来的低温寡照影响玉米的受精授粉与结实;拔节至大喇叭口期降雨通过调节叶面积大小影响作物干物质积累,进而影响籽粒的发育情况。本试验中,5月15日是春玉米获得高产的最佳播期。合理安排播期,重视降雨对春玉米生长发育及产量形成的影响,是华北平原春玉米获得高产的重要措施。

播期对春玉米生长发育、产量及水分利用的影响

以郑单958和鲁单984为材料,研究了两个播期条件下春玉米的生长发育、产量形成和水分利用情况。结果表明:播期对春玉米生长发育和产量影响显著,且品种间表现趋势一致。晚播春玉米生育期缩短,在各时期叶面积指数和干物质积累均显著高于早播春玉米。晚播春玉米产量(干重)提高,粒重在播期间、品种间差异均不显著。晚播春玉米穗粒数显著提高,品种间差异不显著。推迟播期后总耗水量增加,但增加幅度小于产量增加的幅度,水分利用效率略高于早播春玉米。在本试验条件下,晚播春玉米具有较优叶面积指数,有利于干物质积累并向子粒转移,增加穗粒数。因此,在春玉米播期的选择上不应单纯考虑生育期的延长,应重视早播春玉米前期营养生长受限对产量的影响。

华北平原水氮优化条件下不同种植制度产量、水氮利用及经济效益分析

为解决华北平原当前冬小麦-夏玉米一年两熟制水资源供求不平衡和氮肥残留过高而导致的环境问题,在华北平原黑龙港流域中部中国农业大学吴桥试验站设置了水氮优化措施下3种种植制度:冬小麦-夏玉米一年两熟制、冬小麦-夏玉米-春玉米两年三熟制和春玉米一年一熟制轮作体系,2年的大田对比试验,以在同一水氮供应标准下对不同种植制度的产量和水氮效应进行定量化分析和评估。结果表明:一年两熟制有较高的物质生产能力,2年总产量为28 783 kg/hm2,水分利用效率和经济效益最高,但耗水量过大,仍有27.1%的耗水需由地下水补充,氮肥利用效率仅为78 kg/(kg/hm2),显著低于其他2种种植制度;一年一熟制减少了总耗水量,生育期内降雨满足可满足总耗水量的89.2%,但2年总产量仅为15 775 kg/hm2,总耗水量、水分利用效率和纯收入较一年两熟制分别减少27.3%、30.7%和57.2%,氮肥利用效率提高98.7%;两年三熟制产量为22 130 kg/hm2,生育期内降雨量可满足总耗水量的80.4%,总耗水量、水分利用效率和纯收入较一年两熟制分别减少12.0%、15.8%和21.9%,氮肥利用效率提高32.1%,能够兼顾粮食安全和环境效应,相对而言是较为理想的种植制度选择。本试验中硝态氮残留量受气候条件影响较为显著。春玉米的高产栽培条件有待进一步研究。

华北平原水氮优化条件下不同种植制度的水分效应研究

以华北平原冬小麦夏玉米一年两熟制、冬小麦夏玉米春玉米两年三熟制和春玉米一年一熟制轮作体系为对象,研究了不同种植制度下作物的产量、根层土壤水分动态变化和水分利用效率。结果表明,不同种植制度对产量、耗水和水分利用方面影响显著。一年两熟制下作物的产量、耗水量和水分利用效率均显著高于两年三熟制和一年两熟制,但是降雨量仅能满足总耗水量的72.9%,仍需较多地下水补充灌溉。两年三熟制降雨量能够满足作物耗水量80.4%,产量、耗水量和水分利用效率较一年两熟制分别减少23.1%,12.0%和15.8%。一年一熟制降雨量能够满足作物耗水量的89.2%,产量、耗水量和水分利用效率较一年两熟制分别减少45.2%,27.3%和30.7%。一年两熟制和两年三熟制的各层土壤水分在两年内呈现波浪型变化趋势,一年一熟制各层变化趋势较为平缓。两年三熟制和一年两熟制有利于提高土壤蓄水量,减少灌溉量,进而减少对地下水资源的抽取。两年三熟制降雨量能够较好地满足作物耗水量,产量和水分利用效率介于其它两种种植制度之间,与其它两种种植制度相比;能够兼顾水资源的可持续利用和粮食安全。春玉米高产的适宜栽培措施有待于进一步研究。

氮肥运筹对夏玉米生长发育及氮素利用的影响

在施N量为180 kg/km2条件下,研究了四种氮肥运筹方式N180(基∶12叶=1∶2),N180(基∶吐丝=1∶2),N180(8叶∶吐丝=2∶1),N180(8叶∶12叶=1∶1)对夏玉米产量及氮素利用的影响。结果表明,N180(基∶12叶=1∶2)处理千粒重大、空秆率低、产量高于其他处理,吐丝期后干物质和氮素积累迅速增加,氮肥利用率高。N180(基∶吐丝=1∶2)处理,吐丝期叶面积指数较小,前期干物质积累较少从而产量较低。N180(8叶∶12叶=2∶1)处理产量表现与N180(基∶吐丝=1∶2)处理基本相同,但氮肥利用率略高。N180(8叶∶12叶=1∶1)与其他处理相比穗粒数下降严重,产量显著低于其他处理,且干物质和氮素积累均较低,氮肥利用率最低。由此得出,在施N量为180 kg/km2条件下N180(基∶12叶=1∶2)产量及氮肥利用率协同提高,是一种较优的氮肥运筹方式。

不同灌溉水平对冬小麦耗水构成及利用效率的影响

以北京地区为典型区域,设计5种不同灌溉处理,即按照生育时期分别进行无灌溉、灌1水、灌2水、灌3水及灌4水处理,利用中子仪和水分平衡法测定冬小麦耗水量,分析全生育期和关键时期的耗水特征。结果表明：冬小麦全生育期耗水量随灌溉次数增加呈增大趋势,拔节~抽穗期的耗水量最大,耗水量最少时期为苗期;随着灌溉次数的增加,土壤水消耗量逐渐减少;降水、灌溉和土壤供水是冬小麦耗水的主要来源,降水较少年份土壤供水和降水在耗水构成中所占比例较大,而降水较多年份冬小麦耗水的主要来源为降水;随着灌溉量的增加,灌溉逐渐成为冬小麦耗水构成的主要部分;产量随着耗水量增加渐次增加,水分利用效率和灌溉水利用效率则呈降低趋势。

不同夏玉米品种水分利用效率对氮肥与降水量的响应

以郑单958与农大108为材料，在3种类型氮肥、3个施氮水平条件下，连续两年（2004～2005）研究了华北平原夏玉米水分利用效率（WUE）对氮肥与降水量的响应。结果表明，（1）在施N0～180kg／hm^2范围内，夏玉米WUE随施氮量增大而增大，且不同氮肥类型间有一定差异；（2）WUE具有明显的基因型差异，在施氮与不施氮条件下均表现郑单958〉农大108；（3）WUE与产量呈极显著正相关，与灌浆期穗位叶光合速率、气孔导度与蒸腾速率呈较明显的正相关关系；（4）WUE存在明显的年际间差异，两品种均表现2005年明显大于2004年，这主要由降水量差异所致。夏玉米生育前期及全生育期降水量的减少使夏玉米产量与耗水量均降低，但产量的降幅小于耗水量的降幅，从而使WUE得到提高。可见在本试验条件下，选择合适的品种进行适度干旱或限量灌溉栽培，再配以施氮量180kg／hm^2，可明显提高夏玉米水分利用效率。

不同施氮量下夏玉米产量形成的源库关系

本试验对0,90,180,270kg/hm24个施氮量下夏播玉米CF008、郑单958和金海5号产量形成的源库关系进行了研究,目的是明确不同株穗型品种在不同施氮量下限制产量的主要因素。结果表明,3个品种夏玉米均在施氮量90～180kg/hm2下冠层透光率较高,LAI发展动态合理(前快、中稳、后衰慢),群体光合性能较高;其群体粒数、群体粒重和籽粒品质较高,源库性能较优。早衰型品种CF008成熟期粒叶比处理间无规律可循;郑单958成熟期粒叶比随施氮量增加而增加,在施氮量较高的条件下成熟期源不足是限制产量的主要因素;而保绿性较好的品种金海5号成熟期粒叶比随施氮量增加而降低,施氮量较高条件下库不足是限制产量的主要因素。

氮肥对夏玉米冠层结构及光合速率的影响

在不同施氮量和施氮时期条件下对夏玉米冠层结构及光合速率进行研究。结果表明,对于不同施氮量和施氮时期,夏玉米冠层内不同部位叶向值表现为上层>中层>下层。基施氮180kg/hm2的处理各层叶向值均大于其他处理;拔节期施氮75kg/hm2的处理各层叶向值表现最大。各处理冠层内光合速率以上层>中层>下层,在吐丝期达最大值;在吐丝期表现为基施氮180kg/hm2处理>拔节期施氮180kg/hm2处理>大喇叭口期施氮180kg/hm2处理;拔节期施氮75kg/hm2处理>基施氮75kg/hm2处理>大喇叭口期施氮75kg/hm2处理;到灌浆中期基施氮180kg/hm2处理下降程度大于其他处理。对光合速率和叶向值进行相关性分析表明,吐丝期光合速率与叶向值呈正相关关系。

深松对夏玉米物质生产、光合性能及根系生长的影响

以郑单958为试验材料，设播前深松、4叶期深松处理，以黄淮海地区普遍采用的免耕直播作为对照，分析玉米全生育时期内叶面积指数、净光合速率、叶面积持续期、干物质积累、相对生长率、根系性状以及产量及其构成因素的变化。结果表明，两种深松方式对比，物质生产、光合性能及根系生长方面均差异显著。与免耕直播相比，播前深松可以显著提高玉米拔节期叶面积指数，有效提高吐丝期净光合速率，显著增加拔节期干物重、吐丝期0～100cm根系总干重以及20～30cm土层内根系的活力；叶面积持续期、净同化率与相对生长率变化幅度不大。4叶期深松则导致植株的各方面表现较差，营养生长受到限制，叶源不足，叶片早衰。与对照（免耕直播）比较，播前深松增产1．7％，4叶期深松减产11．5％，两种深松方式间差异显著。夏玉米区播前深松具有提升玉米产量的优势，4叶期深松则限制了玉米生长和产量提升。

凯润对不同密度下夏玉米根叶衰老及子粒灌浆的影响

采用密度和化控措施,以郑单958为试材进行田间试验,分析不同密度下喷施凯润对夏玉米生育后期根叶形态及子粒灌浆的影响。结果表明,喷施凯润有助于维持玉米后期根系功能,灌浆中期67 500株/hm^2密度下玉米根长、表面积、体积及根重分别增加40.37%、36.54%、37.56%、10.64%,差异显著（P〈0.05）;喷施凯润后两个密度下玉米生育后期叶面积指数提高8.71%-71.72%,维持了后期叶片持绿性,促进群体生物量的积累,且67 500株/hm^2密度下差异显著;喷施凯润后灌浆中后期子粒体积和干重增加,促进了子粒灌浆,67 500株/hm^2密度下玉米穗粒数、千粒重、产量分别增加6.55%、4.06%、7.35%,其中穗粒数差异显著。分析结果表明,高密度加快夏玉米后期根叶衰老,凯润能够缓解根叶早衰,促进玉米生物量积累和子粒灌浆,喷施量为400 m L/hm^2时,在67 500株/hm^2密度下效果更显著。

华北平原免耕土壤积温特征对冬小麦的影响

为研究不同耕作方式农田土壤积温特征及其对冬小麦生长发育和产量的影响,本试验将土壤积温与冬小麦的生育时期结合,合理评价免耕农田热量资源的利用状况,为该技术的改善提供理论依据。研究于2005年在河北省栾城县设置了翻耕、旋耕、免耕处理,系统测定了冬小麦田耕层土壤温度和冬小麦的生长动态。结果表明:免耕各生育时期土壤平均温度最低;土壤活动积温在出苗期高于翻耕,幼苗期和返青拔节期高于旋耕,但耗时较长;免耕越冬期寒冷度较低,具有保温效应;免耕农田低温使冬小麦出苗晚1d,分蘖晚3d,返青推迟2d;免耕冬小麦株高降低,分蘖率、叶面积指数、干物质量在各时期均显著低于翻耕和旋耕,且显著降低产量37.3%和33.7%。免耕农田土壤低温阻碍作物生长,推迟冬小麦生育时期是降低地上部生物量和产量的主要原因,热量资源利用效率低,建议发挥免耕节约农时的作用适时早播,利用强分蘖力品种提高免耕冬小麦产量。

前期控氮对夏玉米产量、物质生产及氮素利用的影响

试验以郑单958为材料,在79500株/hm2密度下研究了前期控氮对玉米产量、物质生产及氮素利用的影响。结果表明,在大喇叭口期施氮120kg/hm2的条件下,前期按30～60kg/hm2进行适度控氮,产量可达到10108.5～10170.0kg/hm2,氮肥利用率为32.78%～33.35%。前期适当控氮保证玉米苗期对氮素的需求,达到蹲苗的效果,控上促下,培育壮苗,提高根系的吸收和合成能力。前期适度控氮还可保持植株后期较强的光合生产能力,增强根系吸氮能力,保证子粒有充足的碳氮来源,并促进干物质及氮素向子粒的运转,实现玉米产量与氮素利用的协同提高。

生态系统服务研究进展

在回顾国内外生态系统服务价值评估研究进展的基础上,重点对国外生态系统服务分类及方法、生态系统服务与生物多样性关系、模型模拟、应用研究和案例5方面的当前特征进行了分析。我国目前对生态系统服务的研究集中在介绍国外研究进展,和对国内生态系统等案例进行服务价值测算;国内应加强分类及其价值评估方法、多尺度多类型模型几个方向研究,尤其在服务管理及应用方面。