苗前补灌对内蒙古黄土高原旱作区谷子生长及光合特性的影响

【目的】筛选适宜内蒙古黄土高原旱作区种植的优良谷子品种。【方法】以8个谷子品种为研究对象,采用裂区试验设计,设置苗前补灌与水分亏缺2个处理,采用主成分分析法对比分析谷子品种生长特征及光合特性变化规律。【结果】苗前补灌可显著影响谷子品种的生长和光合特性。与水分亏缺处理相比,金苗K1的出苗率提高最高(6.56%),其次为张杂谷13号(提高4.44%);金苗K1和张杂谷13号的株高表现较好,分别为30.5、30.3 cm,提高了15.21%、6.27%,均与其他品种相比差异显著(P<0.05);张杂谷13号的茎粗和干物质积累量表现较好,分别为5.45 mm、0.598 g,提高了12.60%、5.65%,与其他品种相比差异显著(P<0.05),其次为金苗K1,分别提高了16.56%、4.98%。水分亏缺处理下,张杂谷13号和金苗K1的叶面积指数受干旱影响较小,分别为0.94、0.83;张杂谷13号的相对叶绿素含量最高,为51.18。张杂谷13号和金苗K1的气孔导度在2个处理下均表现较好,显著高于其他品种(P<0.05),苗前补灌处理较水分亏缺处理分别提高了4.45%和4.36%;冀谷168和金苗K1的净光合速率显著高于其他品种(P<0.05),张杂谷13号在水分亏缺处理下表现最好,为33.18μmol/(m^(2)·s),较苗前补灌仅降低了1.99%;张杂谷13号和金苗K1的蒸腾速率均表现较好,显著高于其他品种(P<0.05),苗前补灌处理较水分亏缺处理分别提高了4.39%和3.79%。张杂谷13号和金苗K1的水分利用效率在2个处理下均表现较好,水分亏缺导致叶片光合水分利用效率有所提高,分别提高了11%、7%。【结论】张杂谷13号、金苗K1可作为内蒙古黄土高原旱作区谷子抗旱保苗优势品种推广种植。

基于水量水质耦合模拟优化的渠井结合灌区多目标水资源优化配置模型与方法

为探究灌区考虑水质水量耦合模拟优化的水资源优化配置模型与方法,基于FloPy和Pymoo构建了水量水质耦合的多目标模拟优化模型。采用地下水数值模拟模型MODFLOW和溶质输移模型MT3D模拟了灌溉引起的地下水位变化和污染物的扩散过程,考虑灌溉收益、作物水分生产率、地下水位变幅和污染扩散4个目标,分别采用多目标遗传算法NSGA-Ⅱ和NSGA-Ⅲ对该问题进行求解,并对比分析了两种方法的实际应用效果。采用多准则分析评价方法TOPSIS(Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution),推荐了灌溉方案。推荐灌溉方案在平水年和枯水年分别可以最大减少地下水位变幅56%和43%,最大减少污染扩散面积54%和40%。

基于Richards模型研究不同水氮水平对向日葵干物质积累与产量的影响

【目的】揭示灌水施氮对向日葵生长的调控作用和产量形成与干物质积累的定量关系。【方法】2021年在北方农牧交错带内蒙古阴山北麓武川旱作区以食用向日葵(龙葵27)为研究对象,采用裂区试验设计,主因素为3种灌溉模式:不灌雨养W0(覆膜种植,播后保苗水300 m^(3)/hm^(2))、补水灌溉W1(覆膜种植,生育期总灌水量为900 m^(3)/hm^(2),播后保苗水300 m^(3)/hm^(2),苗期300 m^(3)/hm^(2),现蕾期300 m^(3)/hm^(2))和正常灌溉W2(覆膜种植,生育期总灌水量为1500m^(3)/hm^(2),播后保苗水300 m^(3)/hm^(2),苗期300 m^(3)/hm^(2),现蕾期300 m^(3)/hm^(2),花期300 m^(3)/hm^(2),灌浆期300 m^(3)/hm^(2))。副因素为3个施氮水平:0、135 kg/hm^(2)和270 kg/hm^(2),表示为N0、NE和NF。采用Richards方程定量分析了不同水氮组合下干物质积累动态变化过程以及对产量的影响。【结果】研究发现Richards方程可以较为准确地拟合向日葵地上部干物质积累;优化施氮使干物质积累更早地进入快增期,但是过量的施氮反而会延后进入快增期并且过早结束快增期,从而使快增期持续时间缩短。较不灌水的处理,苗期和现蕾期的灌水会延后进入快增期,但使干物质积累速度更快,而花期和灌浆期的灌水使快增期结束的时间更晚;水氮调控地上部干物质积累进而提高产量的决策:首要考虑通过更好的水氮调控措施来提高最大干物质积累速率,然后再考虑协调最大干物质积累速率达到峰值的时间与快增期结束时间的矛盾,以使更早达到最大干物质积累速率,更晚结束快增期。【结论】Richards模型可以较为准确的模拟向日葵地上部干物质积累的动态过程,为作物在灌溉条件下的动态生长模拟提供理论依据,过量施氮会使干物质积累快增期的时间缩短,灌水会提高干物质的积累速率。

长期施肥对农牧交错区农田肥力因子及作物产量的影响

【目的】研究长期不同施肥对农牧交错带土壤酶活性、土壤化学性质及作物产量的影响,为旱作农田合理施肥和土壤培肥提供依据。【方法】长期定位试验位于内蒙古自治区农牧业科学院武川旱作试验站,始于2004年,种植制度为马铃薯-油菜-莜麦轮作,一年一熟制。试验设置8个处理:CK(不施肥)、N(氮肥)、NP(氮磷肥)、NK(氮钾肥)、PK(磷钾肥)、NPK(氮磷钾肥)、M(羊粪)和NPKM(氮磷钾肥配施羊粪),2021年种植作物为莜麦。调查了莜麦产量;采集各小区耕层(0—20 cm)土壤样品,分析磷酸酶(PA)、硫酸酯酶(SU)、β-葡糖苷酶(BG)、β-木糖苷酶(BX)、α-葡糖苷酶(AG)、β-纤维二糖苷酶(BCBH)、乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)、亮氨酸氨基肽酶(LAP)和土壤有机质(SOM)、碱解氮(AN)、有效磷(AP)、速效钾(AK)、pH等指标。通过主成分分析和冗余分析,探讨土壤酶活性分布特征及其与土壤化学性质和产量的关系。【结果】连续18年不同施肥处理均显著提高了作物产量和肥料对产量的贡献率,莜麦产量由高到低为NPKM>NPK>NP≈M>NK>N>PK>CK,施肥处理分别比CK增产140.5%、108.7%、76.3%、71.1%、57.5%、48.2%和20.8%,肥料对产量的贡献率分别为58.4%、52.1%、43.3%、41.5%、36.4%、32.5%和17.0%。长期施肥不同程度地提高了土壤有机质和速效氮、磷、钾含量,提高幅度均以NPKM处理最高,分别是CK的5.35、2.29、10.07和4.89倍。长期施肥显著影响了土壤pH,除PK处理外,土壤pH均显著低于CK,NPKM和NPK处理的土壤pH又显著低于除NP和NK外的其他施肥处理。NPK和M处理显著提高了参与碳(AG、BG、BX和BCBH)、氮(LAP和NAG)、磷(PA)和硫(SU)循环的酶活性。二者配施后的NPKM处理进一步提升了酶活性,其AG、BG、BX和BCBH分别是CK的1.71、1.87、2.05和2.11倍,LAP和NAG分别是CK的1.97和2.24倍,PA是CK的2.24倍,SU是CK的3.11倍。土壤酶活性的变化主要由养分因子驱动,其中AN、SOM和AP是关键的决定因子,分别解释了酶活性变异的75.1%、5.7%和4.6%。【结论】在农牧交错带薯粮油轮作条件下,长期氮磷钾平衡施肥可增加莜麦产量,提高肥料对产量的贡献率,增加土壤养分含量和酶活性,降低pH。单施羊粪也有效提高了土壤养分含量和酶活性,但增产效果显著低于氮磷钾肥或氮磷肥,羊粪与氮磷钾肥配合提升作物产量和土壤质量的效果最佳,显著优于化肥和羊粪单独施用。

阴山北麓向日葵需水规律及水氮耦合效应研究

【目的】明确向日葵需水规律,提高水氮耦合效应。【方法】采用田间小区试验,设定3个灌水量,分别为雨养W0、补灌W1(67.5 mm)和常规灌溉W2(135 mm),3个施氮水平,分别为N0(不施氮)、推荐施氮N1(135 kg/hm^(2))、过量施氮N2(270 kg/hm^(2)),研究水氮耦合对向日葵产量、耗水量、水分利用效率、肥料利用率、水氮耦合效应的影响。【结果】随着灌水量的增加向日葵的产量、耗水量和氮肥利用率也增加,随着施氮量的增加向日葵耗水量也增加,N1处理的产量和氮肥利用率显著高于N2处理;W2N1、W2N2、W1N1处理的籽实产量较高;灌水量和施氮量对向日葵籽实产量和耗水量的交互效应显著。灌水量对向日葵籽实粗脂肪量影响较小,施氮量增加向日葵籽实的粗脂肪量减少。灌水量增加籽实的不饱和脂肪酸比例增加,优化施氮可增加籽实不饱和脂肪酸量。【结论】阴山北麓向日葵适宜的施肥灌水模式为补灌量159.2~177.1 mm,施氮量166~218.3 kg/hm^(2),12叶—现蕾期是需水需肥关键期,应保证该时期水肥供应。

覆膜垄作对旱地雨养马铃薯田N2O排放的影响

旱地雨养马铃薯(Solanum tuberosum)田是一个重要的氧化亚氮(N_(2)O)排放源,是当前农业温室气体排放的研究热点之一。在马铃薯主粮化战略的推动下,马铃薯种植面积不断扩大,覆膜和垄作栽培是其中两种重要的种植方式,但其栽培下的马铃薯田N_(2)O排放规律尚不十分明确。选择内蒙古自治区武川县自然降水条件下的马铃薯田为试验对象,设置平作覆膜、垄作覆膜、平作不覆膜和垄作不覆膜4种处理,采用静态箱(暗箱)-气相色谱法监测N_(2)O的排放通量并分析其排放特征,运用实时荧光定量PCR技术(Real-time quantitative PCR,q-PCR)检测不同时期与N_(2)O排放相关的硝化菌和反硝化菌丰度,并测定相关的土壤要素,进而探究在覆膜和垄作条件下,影响雨养马铃薯田N_(2)O排放特性和规律的微生物机理。结果表明,雨养马铃薯田是N_(2)O排放源,其全生育期内平均N_(2)O累积排放量为N(0.47±0.08)kg·hm^(-2)。N_(2)O排放通量与土壤温度、水分含量之间具有显著的正相关关系(P<0.05)。在整个马铃薯生育期,氨氧化古菌(Ammonia-oxidizing Archaea,AOA)基本起到了控制N_(2)O排放的作用(P<0.05),而不是氨氧化细菌和反硝化菌。覆膜和垄作都可以直接或间接改变土壤物理性质使根际生态微环境发生变化,进而影响硝化菌和反硝化菌的活性,最终使N_(2)O排放发生变化。其中,覆膜垄作处理的N_(2)O累积排放量及排放强度最高,且垄作不覆膜处理的排放最少(P<0.05),累积量达到了0.401-0.515 kg·hm^(-2)。因此,从减排和不减产的角度来看,采用垄作不覆膜的种植方式效果最显著,旨在为旱地农业生产的可持续发展提供理论依据。

河套灌区向日葵有机肥替代化肥施用效果及适宜替代比例研究

【目的】明确河套灌区向日葵生产中有机肥替代化肥的施用效果及适宜替代比例。【方法】试验在内蒙古巴彦淖尔市临河区进行,设100%有机氮(100%M)、25%化肥氮+75%有机氮(75%M)、50%化肥氮+50%有机氮(50%M)、75%化肥氮+25%有机氮(25%M)、化肥优化(NE)、不施氮肥(CK)6个处理,建立有机肥替代比例与向日葵产量的回归方程,分析不同有机肥替代比例对向日葵籽实粗脂肪含量、脂肪酸组成、籽粒锈斑及氮肥利用率和土壤养分的影响。【结果】25%M处理向日葵产量最高,为5626.47 kg/hm^(2),比CK显著增产30.70%(P<0.05)。回归分析表明,向日葵生产中有机肥最佳替代比例为18.86%。随着有机肥替代比例的增加向日葵籽实的不饱和脂肪酸比例有所提高;有机肥替代化肥向日葵籽实的粗脂肪含量略有增加、籽粒锈斑的病情指数和发病率降低;有机肥替代化肥可以提高肥效,25%M处理的氮肥利用率和农学效率最高,分别较NE处理提高4.85个百分点和0.89 kg/kg;土壤有机质、速效磷和速效钾含量随有机肥替代比例增加有增加的趋势。【结论】有机肥替代最适比例为18.86%时,向日葵产量最高,籽实粗脂肪和不饱和脂肪酸含量增加,籽粒锈斑的病情指数和发病率降低,并可以提高氮肥利用率,培肥地力。

基于模拟优化模型的干旱风沙草原区水-粮食-能源关系

定量分析干旱风沙草原区水-粮食-能源(WFE)关系,可为制定草原区生产、经济和生态环境等政策提供科学的支持.采用基于Python语言的MODFLOW模型——FloPy,在考虑研究区牧草产量和灌溉能源消耗的基础上,构建了一个紧密耦合干旱风沙草原区WFE系统理想案例的多目标模拟优化模型,并使用多目标优化工具Pymoo框架下的NSGA-Ⅱ算法进行了求解.结果表明:所构建的模拟优化模型可以定量计算干旱风沙草原区的WFE关系,Pymoo提供的NSGA-Ⅱ算法在WFE关系多目标优化中具有较好的搜索效率与稳定性;使用权重wx对设定的6种方案进行对比分析,一般年(方案1—3)与干旱年(方案4—6)的地下水水位差最大值分别为1.15,1.43,1.34,0.96,1.26,1.15 m;一般年和干旱年灌溉水量最大可减少136.90%和134.37%,作物产量增加18.60%和18.31%,节省能源26.94%和27.89%.

半干旱风沙区玉米关键需水期叶气温差变化特征及影响因素

【目的】分析玉米关键需水期叶气温差的变化特征,明确半干旱风沙区影响玉米叶气温差的主要气候因子。【方法】以内蒙古赤峰市玉米种植区为研究对象,选取玉米关键需水期(7—9月)为研究时段,于田间开展分布式多点叶温连续测量试验,并分析玉米关键需水期内叶温及叶气温差指标的变化特征,利用相关性分析研究风速、空气湿度、降雨、土壤水分等气候因子对叶气温差的影响程度,并揭示关键气候影响因子。【结果】玉米关键需水期的叶温变化随玉米的生长和干旱时长的累积逐渐变得剧烈,日叶温差变大,叶气温差呈现整体上升趋势;风速的整体变化趋势逐渐减小;空气湿度与降雨的变化过程保持一致;土壤水分随着时间的推移整体下降。风速变化对玉米叶气温差的影响主要体现在晴天,二者呈负相关关系,其对玉米叶温的影响呈正相关关系;空气湿度与叶气温差和叶温均有较强相关性且不受天气状况影响。降雨会使叶气温差的变化波动变小且不规律,但会使叶气温差值变大。当玉米所在地块0~80 cm土层土壤水分贮藏量逐渐减少时,叶气温差逐渐变大。各气候因子对玉米关键需水期叶气温差的影响排序为风速>空气湿度>降雨>土壤水分。【结论】叶气温差在玉米关键需水期呈现波动式上升变化趋势,且受气候因子显著影响,风速与空气湿度是导致玉米叶气温差变化的主要气候驱动因子。

食葵干物质积累、转运和产量的关系以及对水氮互作的响应

为揭示施氮和灌水对向日葵干物质积累、转运的调控作用和干物质积累、转运对产量形成的影响。在内蒙古阴山北麓武川旱作区以食用向日葵龙葵27为研究对象,采用裂区试验设计,主因素为3种灌溉模式,副因素为3个施氮水平。结果表明,灌水施氮通过提高向日葵茎、叶器官的干物质积累量,促进花后叶片光合作用的生产,进而提高产量,并且灌水量越大,茎、叶器官的干物质积累量也越大。将各器官干物质积累、转移特征值与产量进行多元回归分析,建立多元回归方程,且模拟效果较好。分析结果表明,虽然不同灌水量和施氮量以及水氮互作对茎、叶器官的干物质转运均有显著的影响,但产量的提高主要靠花后叶片较优的光合生产。