中国生态农业学报

卷首语

胡春胜, 沈彦俊

胡春胜, 沈彦俊华北平原的农业开发具有悠久历史, 太行山前洪积、冲积平原多处发现约8 000 年前的原始农业遗迹。数千年来, 华北的农业为中华民族的发展提供了重要的粮食、纤维、能源等供应。直到建国初期, 华北平原整体上仍属于传统农业, 对环境影响较小, 地下水位埋深普遍在1.5~2 m, 个别地区较低, 也都小于10 m。进入20 世纪80 年代, 大规模的农业机械和灌溉技术的推广应用, 使得本区域农业迅速发展, 垦殖率几近饱和。目前, 灌溉率已达90%, 粮食单产在山前平原地带高达15 000 kg·hm^-2！然而, 这种高产模式主要靠大量的化学肥料投入和及时的灌溉得以实现。长期提水灌溉引起华北平原地下水位快速下降, 引发地下水区域性疏干。水资源系统作为支撑农业和整个区域社会经济发展的基础, 其可持续性成为本区域目前最重要、最急迫的环境问题。华北平原也成为全球瞩目的农业和水资源安全研究热点地区(hot spot)之一。中国生态农业学报. 2011 19(5): 0-0.

立足试验实现资源高效型农业的科技创新

刘昌明

刘昌明 "中国科学院栾城农业生态系统试验站"(简称"栾城试验站")于1981 年建站至今历时30 年, 试验研究工作取得了蓬勃发展。栾城试验站成立以来的试验工作始终坚持面向国家粮食安全、水安全、生态与环境安全的重大战略需求, 结合农业现代化和华北农业资源持续利用, 立足大田与大规模实验及试验示范, 致力创新, 开创农业节水科技新局面。现已成为知名的国家级野外科学观测研究站与中国生态系统研究网络(CERN)的第一批基本台站。并且依托栾城试验站申报、竞争并获准成立了"河北省节水农业重点实验室"与"中国科学院农业水资源重点实验室"。至2011 年, 栾城试验站先后承担了许多国家与省部的重大研究计划项目, 包括国家科技攻关计划项目, 国家科技支撑计划项目, 国家自然科学基金重大、面上与青年基金项目, 国家重点基础研究发展计划(973 计划)项目, 国家高技术研究发展计划(863 计划)项目及省部重大项目等。获得了国家科技进步二等奖4 项, 省部级科技进步奖和自然科学奖一、二等奖12 项, 国家专利78 项, 制定地方标准3项。通过栾城试验站的开放, 至今已接待数百人次国内外专家的来访, 开展了数十项国际交流和国际合作项目, 包括欧洲、北美、澳大利亚、日本、拉丁美洲等数十个国家与地区。中国生态农业学报. 2011 19(5): 985-986.

中国科学院栾城农业生态系统试验站农田节水研究过去、现在和未来

张喜英

张喜英本文回顾了中国科学院栾城农业生态系统试验站(以下简称栾城试验站)建站初期20 世纪80 年代以来在农田节水方面开展的研究。20 世纪80 年代以作物优化灌溉制度为研究重点, 解决生产实际问题; 20 世纪90 年代围绕土壤-植物-大气系统水分传输和界面调控开展了系统研究, 为农田节水措施的形成提供理论基础和技术途径; 近10 年来进一步深化了农田节水生理生态研究, 并根据多年研究积累, 形成了综合节水技术模式, 进行推广应用。未来栾城试验站农田节水工作将更加突出多学科渗透交叉, 以提高农田水分利用效率和效益为目标, 加强基础研究和节水技术的示范应用。中国生态农业学报. 2011 19(5): 987-996.

华北山前平原农田生态系统氮通量与调控

胡春胜, 董文旭, 张玉铭, 程一松, 李晓欣, 杨莉琳

胡春胜, 董文旭, 张玉铭, 程一松, 李晓欣, 杨莉琳针对华北太行山前平原冬小麦-夏玉米轮作农田, 研究农田常规施肥[400 kg(N)·hm^-2·a^-1]条件下作物氮素吸收与损失通量过程, 并根据各氮素输出通量特征开展管理调控。研究结果表明, 全年小麦-玉米轮作农田系统氮输入总量为561~580 kg(N)·hm^-2, 输出量468~494 kg(N)·hm^-2, 两季作物总盈余86~93 kg(N)·hm^-2, 其中有机氮为24~36 kg·hm^-2。氨挥发和NO₃^--N 淋溶损失是该区域农田氮素损失的主要途径, 是氮肥利用率低的重要原因。平均每年因氨挥发而造成的肥料氮损失量为60 kg(N)·hm^-2, NO₃^--N 淋溶损失量为47~84kg(N)·hm^-2, 两者占施肥总量的30%。每年因硝化-反硝化过程造成的肥料损失很小, 仅为5.0~8.7 kg(N)·hm^-2。通过施肥后适时灌水、合理调控灌水时间与用量, 以及利用秸秆还田与肥料混合施用等管理措施可改善氮素的迁移和转化规律, 有效减少氨挥发和NO₃^--N 淋溶损失, 并结合缓/控释肥与精准施肥技术, 充分利用土壤本身矿质氮素, 可有效提高养分利用效率和作物产量, 改善农田生态环境与促进农业持续和谐发展。中国生态农业学报. 2011 19(5): 997-1003.

华北平原典型井灌区农田水循环过程研究回顾

沈彦俊, 刘昌明

沈彦俊, 刘昌明本文回顾了中国科学院栾城农业生态系统试验站在农田水分循环和水量转化方面的研究工作和进展。目前, 对于冬小麦-夏玉米农田的蒸散耗水量及其结构(植物蒸腾和土壤蒸发)有较详细的研究结果。全年总蒸散量多年平均870 mm, 每年亏缺的350 mm 左右需要靠提取地下水保证; 同位素分析结果显示土壤蒸发的深度在地表下20 cm 处, 而植物蒸腾耗水也主要是利用0~40 cm 土层的土壤水分。对于土壤深层渗漏量和地下水接受垂直补给的问题, 不同研究结果间仍然存在较大差异, 尚需更精细的试验来确定。对于区域水量平衡和地下水资源可持续性的评价和管理, 目前急需重点开展区域蒸散量的精确估算和模拟研究, 以及不同土地利用和不同农业种植方式的水量平衡与水分转化过程研究。中国生态农业学报. 2011 19(5): 1004-1010.

小麦远缘杂交种质资源创新

安调过, 许红星, 许云峰

安调过, 许红星, 许云峰小麦近缘种是改良小麦的一个重要基因库, 具有许多栽培小麦所不具备的优良特性。我们通过远缘杂交、染色体工程的方法创制了一大批不同类型的材料, 经基因组原位杂交GISH、多色FISH 和特异分子标记鉴定, 抗条锈病、白粉病、叶锈病鉴定, 品质、营养性状以及产量性状鉴定, 共选育出10 类可为育种家利用的抗病、优质、富含微量营养元素、氮高效、丰产性状优良的远缘杂交新种质和新不育系种质; 开发了414对黑麦基因组专化的EST 引物, 31 个黑麦染色体(臂)专化的EST 分子标记, 可应用于分子标记辅助育种, 或追踪检测小麦背景中的黑麦染色体或染色体片段; 进行了抗病新基因的遗传分析和分子标记定位工作。利用新种质, 选育出了一批表现突出的抗病、营养高效的小麦-黑麦、小麦-冰草远缘杂交新品系中国生态农业学报. 2011 19(5): 1011-1019.

探索农业现代化道路引领现代农业技术服务区域农业发展——中国科学院栾城农业生态系统试验站30 年区域示范实践

胡春胜, 曾江海, 王绍仁

胡春胜, 曾江海, 王绍仁本文回顾总结了中国科学院栾城农业生态系统试验站(简称栾城试验站)30 年来在河北省栾城县及太行山前平原开展的示范实践与成果。1978 年栾城县批准为3 个国家农业现代化综合科学试验基地县之一, 20世纪80 年代初栾城试验站率先开始设施农业、农村新能源、秸秆机械化覆盖、小麦模式化栽培等新技术研发与示范, 80 年代中期开始了农牧果结合的城郊型农业模式和生态循环农业模式集成示范, 90 年代初率先开展了以节水技术为核心的资源节约型农业模式示范, 21 世纪初开始了以信息技术为核心的都市农业模式示范实践。30 年来栾城试验站以服务农业、服务地方为宗旨, 积极探索农业现代化道路与关键支撑技术, 拉开了我国农业现代化建设的序幕, 引领了我国现代农业关键技术研发与区域示范, 探索了我国农业现代化发展模式,为区域农业乃至全国农业现代化发展起到积极推动作用。中国生态农业学报. 2011 19(5): 1020-1024.

以栾城试验站为研究基地的科研论文发表情况分析

李荣娥, 冯学赞

李荣娥, 冯学赞运用CNKI 和ISI Web of Knowledge 两大数据库的文献计量分析工具, 统计了1981 年到2010 年间在中国科学院栾城农业生态系统试验站开展科学研究的科技论文发表情况。结果表明: 所检索到的过去30 年发表的论文为1 151 篇, 其中中文论文920 篇、英文论文231。1981~2010 年, 年度发表论文数量呈稳步增长趋势, 2001年以前发表的科技论文主要以中文论文为主, 2001 年以后英文论文数量逐年增加, 年均增长速度为22.4%; 中文论文2005 年达到高峰后逐年减少。论文作者单位主要集中在河北、北京、山东等地, 与国外合作单位主要集中在日本、美国。论文的关键词出现频率较高的为: 小麦、水分利用效率、玉米、产量、土壤水分等。开展研究所得到的资助项目主要以国家科研计划项目和中国科学院科研计划项目为主, 其次为地方科研计划项目, 国际合作项目相对较少。论文发表的期刊来源主要为:《中国生态农业学报》、《干旱地区农业研究》、《华北农学报》、《Hydrological Processes》、《Agricultural Water Management》、《Plant, Soil and Environment》、《Irrigation Science》。发表论文的平均引用次数为5.6 次, 引用次数超过100 次的论文为6 篇, 引用次数超过50 次的论文为34 篇。中国生态农业学报. 2011 19(5): 1025-1031.

农田耗水构成、规律及影响因素分析

孙宏勇, 张喜英, 陈素英, 邵立威, 王艳哲, 董博飞

孙宏勇, 张喜英, 陈素英, 邵立威, 王艳哲, 董博飞农业用水占总用水量的70%左右, 对农田耗水规律和过程的研究对发展区域节水农业有着非常重要的作用。本文通过回顾中国科学院栾城农业生态系统试验站建站以来在农田水分循环和节水方面的研究进展,对长期定位试验下不同灌溉水量的耗水规律、农田耗水过程及影响农田耗水的因素进行了分析。通过利用水量平衡法和大型蒸渗仪测定等方法确定蒸散量, 用小型蒸发器测定土壤蒸发。长期定位试验的结果表明: 在该区域冬小麦-夏玉米一年两作的种植方式下, 这两种作物耗水量相似, 随着灌溉量的增加, 农田耗水有增加的趋势; 冬小麦的农田耗水量在283~493 mm 之间, 灌溉水量较小处理的变异系数较大。利用大型称重式蒸渗仪和自制的微型蒸发器(MLS)测定的冬小麦和夏玉米季的棵间蒸发均占蒸散量的1/3。因此, 在此基础上可以利用秸秆覆盖减少土壤蒸发且效果非常明显, 20 年的试验表明秸秆覆盖每年可以减少土壤蒸发40~50 mm, 冬小麦秸秆覆盖夏玉米田可以抑制棵间蒸发的58.0%, 夏玉米秸秆覆盖冬小麦田可以抑制蒸发40.4%。长期耕作的定位试验表明: 不同耕作方式下的土壤蒸发也存在明显的差异, 免耕加秸秆覆盖处理的蒸发最小, 而深耕的最大。同时, 不同灌溉制度、种植方式和冠层结构均会对农田耗水产生影响。这些研究结果为以后的节水理论和技术发展提供了依据。中国生态农业学报. 2011 19(5): 1032-1038.

农业技术和气候变化对农作物产量和蒸散量的影响

陈素英, 张喜英, 邵立威, 孙宏勇

陈素英, 张喜英, 邵立威, 孙宏勇随着农业生产条件的改善、品种改进和有利的气象条件的变化, 世界各地的作物产量得到大幅度提高, 但作物的蒸散量却未出现大幅度提高。本文以石家庄气象站1955~2007 年的气象资料为基础, 分析了河北省冬小麦和夏玉米生长期间主要气象因素变化, 结合中国科学院栾城农业生态系统试验站长期定位灌溉试验的研究结果, 分析了农业生产条件和气象因子变化对冬小麦和夏玉米产量及耗水量的影响。结果表明,1955~2007 年冬小麦和夏玉米生长季的气象因子发生了变化, 日照时数、相对湿度、风速、气温日较差显著降低, 最低气温、平均气温和积温显著升高, 气象因子的变化对作物总蒸散量未产生明显影响, 但由于降水减少,作物生长期间的灌溉需水量呈增加趋势。长期灌溉试验结果表明, 随着农业生产条件的变化和品种的改良, 冬小麦和夏玉米的产量不断增加, 而耗水量的增加幅度小于产量增加幅度, 夏玉米的耗水量呈稳定状态。节水技术的推广和应用对维持耗水量稳定起着非常关键的作用。中国生态农业学报. 2011 19(5): 1039-1047.

太行山山前平原近50 年气候变暖特征及其对冬小麦-夏玉米作物系统的影响

齐永青, 孙宏勇, 沈彦俊

齐永青, 孙宏勇, 沈彦俊气候变暖及其对作物系统的影响是农业应对全球变化领域的主要研究命题之一。本文以河北省石家庄为例, 通过对近50 年气温数据以及作物系统热量资源变化特征的分析, 探讨了太行山山前平原区气候变暖对冬小麦-夏玉米作物系统的影响。山前平原区近50 年来明显变暖, 增温速率为0.35 ℃·10a^-1, 其中冬季增温幅度最大, 为0.51 ℃·10a^-1。气候变暖对作物的影响主要体现在有效积温的增加。近20 年来, >10 ℃积温较基准时段增加明显, 农业热量资源条件改善, 相当于农作物有效生育期延长10~20 d。由于较大的增温幅度及季节不均衡性, 冬小麦-夏玉米作物系统受到显著影响: 1990 年以来, 冬小麦生长季积温较基准时段上升幅度超过10%, 冬前生长期积温增加易造成旺长, 影响其安全越冬能力, 需推迟冬小麦播种期以适应气候变暖导致的不利影响; 气候变暖改善了夏玉米生育期热量条件, 综合考虑其收获期因小麦晚播而相应推迟的影响,夏玉米生长季>10 ℃积温可超过2 900 ℃, 满足中晚熟玉米品种平播的热量条件。中国生态农业学报. 2011 19(5): 1048-1053.

不同灌溉处理下冬小麦水平衡与灌溉增产效率研究

裴宏伟, 孙宏勇, 沈彦俊, 刘昌明

裴宏伟, 孙宏勇, 沈彦俊, 刘昌明水资源是华北平原冬小麦、夏玉米种植区最重要的生产制约因素, 农业水资源高效利用具有重大的社会需要。通过设置冬小麦不同灌溉处理, 分析了各处理的水分平衡、产量和灌溉增产效率。结果显示: 1)不同灌溉处理具有不同的水分平衡过程, 雨养农田、充分灌溉处理、返青水胁迫处理、拔节抽穗水胁迫处理和灌浆水胁迫处理的蒸散量分别为251±58 mm、482±48 mm、352±44 mm、388±22 mm 和324±53 mm; 2)灌溉量对于小麦产量的增加具有明显的正效应, 拔节-抽穗水胁迫对作物产量有较大影响, 灌浆水胁迫和返青水胁迫均没有对小麦产量造成明显影响; 雨养农业的经济产量为2 950±635 kg·hm^-2, 充分灌溉下的经济产量约为5 994±994 kg·hm^-2; 冬小麦返青期、拔节抽穗期、灌浆期施加适度的水分胁迫, 产量分别为5 163±885kg·hm^-2、5 047±1 180 kg·hm^-2、5 249±975 kg·hm^-2, 与充分灌溉相比, 没有明显的产量下降; 3)小麦的灌溉增产效率存在明显的年际差异, 在丰水年或特丰水年, 灌溉增产效率为1.9 kg·m^-3, 在枯水年为0.4 kg·m^-3, 平水年为1.6 kg·m^-3。中国生态农业学报. 2011 19(5): 1054-1059.

灌溉农田水汽氢氧同位素组成特征研究初探

张玉翠, 蔡颖哲, StephenParkes, MatthewF.McCabe, 杨凡, 王茜, 沈彦俊

张玉翠, 蔡颖哲, StephenParkes, MatthewF.McCabe, 杨凡, 王茜, 沈彦俊灌溉农田生态系统水汽变化能够直接反映其耗水状况。本研究应用基于高频实时气态稳定同位素分析仪的箱式法测定水汽氢氧同位素特征, 结合涡度相关技术所测定的农田水汽通量结果, 探讨不同高度大气水汽在不同时段的稳定同位素组成特征。研究结果表明: 对于不同的时间尺度, 生态系统边界层水汽稳定同位素组成在连续几天内的变化有波动, 日变化比较稳定, 小时尺度波动很小; 水汽稳定同位素的大气背景组成特征表现为日尺度上的组成变化呈稳步富集趋势, 小时尺度上几乎无变化。蒸散水汽重同位素特征随时间推移富集明显, 午夜蒸发和蒸腾水汽同位素组成特征相似, 清晨蒸腾水汽比蒸发水汽轻, 午间蒸腾水汽比蒸发水汽重。对于不同高度的水汽来说, 玻璃箱内蒸散水汽稳定同位素组成要比生态系统边界层2 m 处水汽高。建立了土壤蒸发和植物蒸腾稳定同位素变化特征与蒸散过程的线性关系, 相关系数达到0.87。中国生态农业学报. 2011 19(5): 1060-1066.

大孔径闪烁仪与涡度相关系统对灌溉农田蒸散量的对比观测

杨凡, 齐永青, 张玉翠, BridgetR.Scanlon, 沈彦俊

杨凡, 齐永青, 张玉翠, BridgetR.Scanlon, 沈彦俊蒸散是地表能量平衡的重要组成部分, 在土壤-植物-大气连续体的能量、质量、动量交换过程中起着重要作用。大孔径闪烁仪(LAS)是近时期兴起的观测跨像元尺度地表通量的地面仪器, 为验证其观测数据的可靠性, 本文把专家认可且在中国生态系统研究网络(CERN)中广泛应用的涡度相关仪(EC)的观测数据作为参考依据, 于2010 年8 月在中国科学院栾城农业生态系统试验站夏玉米田对大孔径闪烁仪计算结果进行验证。验证结果表明, 两种仪器测定的地表感热通量日变化和月变化观测结果基本一致。由于下垫面属性、环境因子及观测范围等因素的影响, 大孔径闪烁仪与涡度相关仪观测的蒸散量日变化之间有一定的差异，但日蒸散总量的测定基本一致。试验证明了大孔径闪烁仪观测数据的准确性。将大孔径闪烁仪计算的蒸散量与涡度相关仪观测值进行线性回归分析, 二者的吻合度较高(R²=0.800 4)。研究结果显示, 大孔径闪烁仪在地表水热通量的数据监测中具有很大的使用价值, 为日后用大孔径闪烁仪验证遥感估算蒸散值奠定了基础。中国生态农业学报. 2011 19(5): 1067-1071.

历史时期黄淮海平原农作制度变迁与农业生产环境演变

林忠辉, 莫兴国

林忠辉, 莫兴国一定地域内的农业发展与其自然条件、社会经济和技术条件紧密相关, 而农业不同发展阶段对环境的影响深受所采取的农作制度的影响, 这恰恰是传统研究中重视不够的地方。基于文献回顾, 本文以不同农业发展阶段农作制度的变迁及其对农业环境的影响为切入点, 论述了历史时期黄淮海平原农业不同发展阶段农作制度演变的主要特点, 以及农作制度的变迁对农业生产环境的影响。黄淮海平原的农业发展与黄河下游河道的稳定与否密切相关。南宋黄河改道以前, 黄河下游在河北平原长期摆动, 加上战争的破坏, 导致河北平原农业发展大部长期落后于黄淮平原。黄淮平原则在黄河南流的漫长时期内深受河患影响。在现代农业科技光临黄淮海平原以前, 黄淮海平原的农作制度深受自然环境的影响, 只是在对环境适应的前提下的细微改进,其对环境的作用主要体现于平原自然植被被人工植被安全替代后, 因林木需求而导致山地植被的破坏、山地土壤侵蚀加剧, 从而导致下游地区的河道淤塞、湖泊消失、排水不畅和大面积的盐碱地出现, 最终恶化了农业生产环境, 使得农业生产水平长期维持较低水平。中国生态农业学报. 2011 19(5): 1072-1079.

根土系统中的根系水力提升研究综述

邵立威, 孙宏勇, 陈素英, 张喜英

邵立威, 孙宏勇, 陈素英, 张喜英根土系统可看作是土壤-植物-大气连续体(SPAC)系统的子系统, 根土间存在着内在优化协调的动态机制以更大限度地为SPAC 过程提供水分和养分。植物根系的水力提升现象是根土系统对水分分异的根土环境中土壤水资源优化利用的过程, 是植物根系所具有的一种普遍现象。植物根系的水力提升作用利于植物对土壤水分利用最大化, 同时也促进了对土壤养分的吸收利用及对土壤环境的改善。可以从系统优化的观点对这一现象的存在进行理论解释, 其发生受一定的条件制约, 是必然中的偶然。根系水力提升量不容忽视, 在一些环境的植物中, 水力提升提供了很大比例的蒸腾水分, 不仅对植物蒸腾耗水有利, 更存在广泛的生理生态意义。研究根系提水的应用对干旱区农业发展和生态修复有着潜在的价值, 具有广泛的研究前景。中国生态农业学报. 2011 19(5): 1080-1085.

亏缺灌溉对冬小麦生理生态指标的影响及应用

孙宏勇, 张喜英, 陈素英, 邵立威, 王艳哲, 刘克桐

孙宏勇, 张喜英, 陈素英, 邵立威, 王艳哲, 刘克桐华北平原是资源性缺水的地区, 同时又是我国粮食的主产区。如何利用有限的水资源发展农业生产是该地区面临的主要问题。亏缺灌溉是一种新的灌溉制度, 是在产生较高经济价值的前提下, 科学合理地利用水资源。本文阐述了中国科学院栾城农业生态系统试验站多年以来在亏缺灌溉对冬小麦根系、冠层结构、干物质生长、产量及水分利用效率等生理生态指标影响方面的研究进展。亏缺灌溉可以明显影响冬小麦根系在土壤中的分布, 并通过水分调节叶片的气孔, 进而影响光合产物, 优化冬小麦的干物质生长和分配, 最终实现最高的经济产量。多年不同供水条件下田间连续试验和控制性盆栽试验的研究结果显示, 拔节期是冬小麦对水分比较敏感的时期, 不宜进行亏缺灌溉, 其他时期可以进行适度的亏缺灌溉。同时, 根据研究结果优化了冬小麦季的灌溉制度, 提出在干旱年灌溉3 水、平水年灌溉2 水和丰水年灌溉1 水的灌溉制度, 次灌溉水量在60~70 mm 之间。中国生态农业学报. 2011 19(5): 1086-1090.

喷施抗蒸腾剂对冬小麦旗叶蒸腾效率的影响

师长海, 孔少华, 翟红梅, 杨静, 李东晓, 刘孟雨

师长海, 孔少华, 翟红梅, 杨静, 李东晓, 刘孟雨成膜型植物抗蒸腾剂(PFA)可以有效地减少植物的水分耗散, 提高水分利用效率。本试验以冬小麦(Triticum aestivum L.) 品种"科农9204"为试验材料, 在灌溉0 水、1 水、2 水和3 水条件下叶面喷施PFA, 测定灌浆期小麦旗叶水分生理和胁迫程度在处理间的差异以及衰老进程变化, 探讨了PFA 在冬小麦抵御干热风、提高水分利用效率方面的作用。结果表明: 喷施PFA 可以显著降低旗叶的蒸腾速率, 而对光合速率无显著影响,使叶片蒸腾效率显著提高; 喷施PFA 处理旗叶的保水力提高, 离体失水速率降低, 叶片的相对含水量和水势提高; 灌1 水、2 水和3 水条件下, 喷施PFA 处理旗叶的超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化氢酶(CAT)活性及丙二醛含量均低于不喷施的对照, 而旱作(全生育期不浇水)喷施处理的旗叶SOD 和CAT 活性则高于对照。喷施PFA 可以有效地维持旗叶的水分生理环境, 抑制活性氧的产生, 保证氧自由基清除系统的正常运行, 维持细胞膜的完整性, 从而维持较高光合速率, 同时有效降低蒸腾速率, 这构成叶片蒸腾效率提高的生理基础。中国生态农业学报. 2011 19(5): 1091-1095.

不同灌溉条件下不同类型冬小麦产量水分利用效率差异原因分析

董宝娣, 师长海, 乔匀周, 杨静, 翟红梅, 李东晓, 刘孟雨

董宝娣, 师长海, 乔匀周, 杨静, 翟红梅, 李东晓, 刘孟雨以旱地品种"西峰20"和"晋麦47"、水旱兼用型品种"石家庄8 号"、高水肥地品种"石4185"和"科农9204"5 个冬小麦品种为材料, 通过田间不同灌溉处理试验研究了不同抗旱类型冬小麦品种收获指数和群体水分利用效率对产量水分利用效率的影响差异。结果表明: 不同抗旱类型的小麦在不同灌溉处理下, 产量水分利用效率(WUE_y)以及变化趋势存在显著差异。旱地冬小麦品种WUE_y 和收获指数(HI)显著低于水地品种和水旱兼用型品种。不同品种间WUE_y 最大相差42.01%, HI 相差25.91%。HI 和群体水分利用效率(WUE_bm)与WUE_y 呈显著正相关关系。株高与HI 呈显著负相关关系(R²=0.574)。在不灌溉条件下, 品种间WUE_y 差异源自HI 的差异; 而在补充灌溉条件下, 品种间WUE_y 的差异源自WUE_bm 和HI 的共同作用。说明不同抗旱类型的小麦对不同灌溉处理的响应方式和适应策略不同。旱地品种在干旱胁迫条件下, 主要靠增加WUE_bm 来提高WUE_y; 而水地品种和水旱兼用型品种在补充灌溉中凭借较高的WUE_bm 和HI 共同作用提高WUE_y。中国生态农业学报. 2011 19(5): 1096-1103.

冬小麦||菠菜-番茄宽垄浅沟节水栽培中冬小麦水分利用效率研究

乔匀周, 阮芬, 董宝娣, 师长海, 翟红梅, 刘孟雨

乔匀周, 阮芬, 董宝娣, 师长海, 翟红梅, 刘孟雨垄作小麦(Triticum aestivum L.)和间套作技术是我国华北地区农业生产中的重要种植模式之一。本研究结合华北地区严重缺水的实际, 以平作小麦、垄作小麦作为复种模式中冬小麦的对照, 平作菠菜(Spinaciaoleracea L.)复种番茄(Lycopersicon esculentum Miller)为复种模式中菠菜和番茄的对照(平作采用漫灌, 起垄栽培作物均采用沟内灌水), 研究了垄作小麦间作菠菜复种1 季番茄这一间套模式中冬小麦的产量和水分利用效率。结果表明, 垄作小麦及垄作小麦间作菠菜复种番茄比平作小麦减产11%, 减产是由于没能充分发挥边际效应而使得穗数降低。3 种模式的水分利用效率比较表明, 平作小麦水分利用效率最高, 其次是垄作小麦, 间套作条件下的垄作小麦水分利用效率最低。垄作小麦的水分利用效率低于平作小麦, 是因为冬小麦对沟内水分利用不充分, 而试验中降水、灌溉水主要存留于沟内。在垄作小麦沟内套种菠菜, 获得了与单作菠菜相同的产量, 说明冬小麦不影响菠菜产量。收获菠菜后接茬移栽番茄, 移栽时间应尽量后移, 可减少共生期, 便于田间管理和番茄生长。小麦、菠菜、番茄间作套种, 如果品种选择合理、时机恰当, 可以在小麦等粮食作物不减产的情况下, 增收2 茬蔬菜。中国生态农业学报. 2011 19(5): 1104-1108.

华北山前平原农田土壤硝态氮淋失与调控研究

李晓欣, 马洪斌, 胡春胜, 张桂杰

李晓欣, 马洪斌, 胡春胜, 张桂杰本文依托中国科学院栾城农业生态系统试验站小麦-玉米一年两熟长期定位试验, 应用土钻取土和土壤溶液取样器取水的方法, 研究了不同农田管理措施下土壤硝态氮的累积变化, 计算了不同氮肥处理通过根系吸收层的硝态氮淋失通量。结果表明, 小麦-玉米生长季土壤硝态氮累积量和淋失量随着施氮量的增加显著增加, 相同氮肥水平下增施磷、钾肥增加了作物的收获氮量, 施磷肥增加的作物收获氮量最高可达123kg·hm^-2·a^-1, 施钾肥增加的作物收获氮量最高为31 kg·hm^-2·a^-1。不同灌溉水平下0~400 cm 土体累积硝态氮随着灌溉量的增加而降低, 控制灌溉(小麦季不灌水, 玉米季灌溉1 水)、非充分灌溉(小麦季灌溉2~3 水, 玉米季按需灌溉)、充分灌溉(小麦季灌溉4~5 水, 玉米季按需灌溉)各处理剖面累积硝态氮量分别为1 698 kg·hm^-2、1148 kg·hm^-2 和961 kg·hm^-2。与非充分灌溉和充分灌溉处理相比, 控制灌溉在100~200 cm 土层硝态氮累积量显著高于其他层次, 2003~2005 年间控制灌溉剖面增加的硝态氮量占施肥总量的23%; 非充分灌溉处理剖面增加的硝态氮量占施肥总量的22%; 充分灌溉处理剖面增加的硝态氮量占施肥总量的47%。免耕措施降低了作物产量, 影响土壤水的运移, 增加了硝态氮的淋失风险。根据作物所需降低氮素投入(N 200 kg·hm^-2·a^-1), 增施磷、钾肥, 控制灌溉量是减少华北山前平原地区硝态氮淋失, 保护地下水的有效措施。中国生态农业学报. 2011 19(5): 1109-1114.

华北山前平原农田氨挥发速率与调控研究

董文旭, 吴电明, 胡春胜, 张玉铭, 杨培培, 王莹

董文旭, 吴电明, 胡春胜, 张玉铭, 杨培培, 王莹本文依托中国科学院栾城农业生态系统试验站小麦-玉米轮作长期田间试验, 利用双层海绵氨吸收装置, 分析了不同施肥处理下氨挥发速率和损失量的变化规律; 并采用室内培养试验方法, 分析了浇水和秸秆还田等不同措施下氨挥发变化特征。结果表明, 肥料施用时间、土壤温度和灌水等因素显著影响土壤氨挥发速率; 氨挥发损失量在0.66~35.00 kg·hm^-2·d^-1 之间, 占施肥量的0.09%~14.90%, 且大部分氨挥发发生在夏玉米时期。施肥后及时浇水能有效减少氨挥发, 特别是在低初始水分条件下最为明显; 而在高土壤水分含量条件下, 浇水时间对氨挥发量的影响减弱。与单施化肥相比, 小麦或玉米秸秆混合配施化肥增加了石灰性土壤的尿素水解速率, 缩短了尿素的氨挥发时间, 并可显著减少氨挥发损失。单施尿素的累积氨挥发损失量占尿素施用量的7.2%~9.7%, 而小麦或玉米秸秆配施尿素的累积氨挥发损失量分别占尿素施用量的1.1%~2.1% 和2.2%~7.2%。因此, 为了减少农田氨挥发损失, 在施用尿素时应充分考虑土壤水分状况和秸秆类型对氨挥发的影响。中国生态农业学报. 2011 19(5): 1115-1121.

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

王玉英, 胡春胜

王玉英, 胡春胜应用静态明箱-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 [400kg(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)。中国生态农业学报. 2011 19(5): 1122-1128.

华北山前平原农田土壤养分循环的酶学调控

秦树平, 胡春胜, 张玉铭, 王玉英, 董文旭, 李晓欣

秦树平, 胡春胜, 张玉铭, 王玉英, 董文旭, 李晓欣土壤酶是推动土壤养分循环的生物催化剂, 研究华北山前平原农田养分循环的酶学调控机制将有助于评价该地区土壤养分状况。试验用土壤取自中国科学院栾城农业生态系统试验站, 分析了土壤脲酶与碱性磷酸酶活性在0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm 和30~40 cm 4 个土层中的分布, 研究了土壤粗砂(2 000~200 μm)、粉砂(200~63 μm)、粉粒(63~2 μm)和黏粒(2~0.1 μm) 4 个颗粒组中土壤酶活性与土壤养分之间的相关性。研究结果表明: 土壤脲酶活性与碱性磷酸酶活性均随土壤深度增加而降低, 土壤酶活性随土壤粒径减小而升高。在土壤粗砂和粉砂组分中, 土壤酶活性与养分含量显著相关, 而在土壤粉粒和黏粒组分中, 土壤酶活性与土壤养分含量并不总是显著相关。这些结果说明: 土壤酶活性在土壤养分循环中起到重要的调控作用, 土壤粗砂和粉砂中的土壤酶具有较高的田间实际催化活性, 对土壤养分循环的贡献较大; 与此相反, 土壤粉粒和黏粒中的土壤酶由于土壤无机矿物的吸附作用而失去部分田间催化能力, 降低了其对土壤养分循环的贡献。中国生态农业学报. 2011 19(5): 1129-1133.

保护性耕作对太行山前平原土壤质量的影响

杜章留, 高伟达, 陈素英, 胡春胜, 任图生

杜章留, 高伟达, 陈素英, 胡春胜, 任图生保护性耕作被认为是华北平原农业可持续发展的重要措施, 但目前缺乏这些措施对土壤质量影响的系统报道。本研究以长期定位试验为基础, 探讨了太行山前平原两熟制高产农田不同耕作措施对麦田土壤质量的影响。试验始于2001 年, 设置翻耕玉米秸秆不还田(非保护性耕作对照, CK)、翻耕玉米秸秆粉碎还田(CT)、旋耕玉米秸秆粉碎还田(RT)和免耕玉米秸秆直立还田(NT)4 个处理。2007 年冬小麦收获后分层测定土壤有机碳(soil organic carbon, SOC)含量、容重(ρ_b)、水稳性团聚体、水分特征曲线、饱和导水率(K_s)和微生物量碳氮。2008 年测定了剖面SOC 含量、ρ_b 和蚯蚓数量。结果表明, 连续多年保护性耕作后土壤剖面的SOC 储量无显著变化, 但保护性耕作(RT 和NT)下SOC 的层化比率(1.74~2.04)显著高于翻耕处理(CK 和CT, 1.37~1.45); 保护性耕作显著提高了表层微生物量碳、氮含量以及单位面积土壤中的蚯蚓数量。NT 处理导致耕层(0~20 cm)土壤ρ_b 增加, 但提高了土壤团聚体的稳定性。CK 和CT 处理显著增加了0~5 cm 土层裂隙(>500 μm)和传输孔隙(500~50 μm)的比例, 而NT 处理则增加储水孔隙(50~0.5 μm)的含量。另外, 保护性耕作提高了土壤的K_s、田间持水量和有效水含量。对土壤质量指标S 的分析结果表明, 实施保护性耕作后, 太行山前平原地区土壤质量总体上得到改善。中国生态农业学报. 2011 19(5): 1134-1142.

华北山前平原农田土壤肥力演变与养分管理对策

张玉铭, 胡春胜, 毛任钊, 张佳宝, 董文旭, 李立峰

张玉铭, 胡春胜, 毛任钊, 张佳宝, 董文旭, 李立峰通过对2000 年、2008 年栾城县农田土壤养分与1979 年土壤普查资料的比较, 分析了养分肥力指标的变化程度, 研究了30 年间该县农田土壤养分演变趋势及其原因, 提出了养分资源管理的相应对策。研究结果表明, 2008 年土壤肥力状况较2000 年和1979 年发生了明显变化, 土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量均有显著提高(P<0.01), 碱解氮含量增加尤为显著。土壤碱解氮平均含量由1979 年的56.7 mg·kg^-1 增加到2000 年的80.0 mg·kg^-1 和2008 年的109.1 mg·kg^-1, 1979~2000 年间土壤碱解氮以每年1.1 mg·kg^-1 的平均速度增长, 年均增长率1.9%, 增幅41.1%; 进入21 世纪后, 增长速度明显加快, 2000~2008 年间以每年3.6 mg·kg^-1的平均速度增长, 年均增长率4.5%, 增幅为36.4%。土壤有机质由1979 年的11.6 g·kg^-1 增加到2008 年的18.8g·kg^-1, 平均每年以0.24 g·kg^-1 的速度增长, 年均增长率为2.1%, 增幅为62.1%。30 年间土壤有效磷含量由17.5mg·kg^-1 增加到24.7 mg·kg^-1, 增加幅度为41.1%。由于受到"北方石灰性土壤不缺钾"的观点影响, 20 世纪该区域农民很少施用钾肥, 1979~2000 年间土壤速效钾含量呈下降趋势, 由140.6 mg·kg^-1 下降到111.4 mg·kg^-1, 下降幅度20.8%; 进入21 世纪, 由于秸秆还田措施的实施和含钾肥料的施用, 至2008 年全县土壤速效钾平均含量又回升到149.5 mg·kg^-1。栾城县农田土壤肥力水平较高, 生产潜力大, 该区域农田养分管理应以氮素的精确管理为核心, 以实现作物持续高产稳产与环境保护相协调为目标, 氮肥管理推行实时诊断与推荐施肥技术,磷钾肥实施恒量监控储备施用技术, 推广秸秆直接还田, 实行有机无机相结合的培肥措施。中国生态农业学报. 2011 19(5): 1143-1150.

基于静止气象卫星的河北平原实际蒸散量遥感估算

舒云巧, 李红军, 雷玉平

舒云巧, 李红军, 雷玉平本文提出利用中国第1 颗可操作性静止气象卫星风云2 号C 星(FY-2C)数据结合中等分辨率航天成像光谱仪MODIS 产品估算河北灌溉农田实际蒸散量(ET)的方法, 其中FY-2C 的第1、2 波段用于反演区域地表温度, 再结合16 d MODIS 合成的植被指数产品(MOD13), 得到地表温度与植被指数的三角空间分布图(Ts-NDVI)。通过Ts-NDVI 空间分布的关系, 利用改良三角算法得到区域的蒸发比(EF)。最后结合MODIS 地表反射率产品MCD43 估算得到的日净辐射量, 根据能量平衡计算得到该地区的日实际蒸散量。模型结果与地表Lysimeter 观测数据比较, 显示该模型估算得到的蒸发比和日蒸散量结果较为合理, 误差在可接受范围。此外, FY-2C 用于估算地表ET, 其时间分辨率具有较强的优势, 从而为获得多幅无云蒸散图提供了有利条件。中国生态农业学报. 2011 19(5): 1151-1156.

基于表观热惯量的土壤水分监测

杨树聪, 沈彦俊, 郭英, 近藤昭彦

杨树聪, 沈彦俊, 郭英, 近藤昭彦土壤水分含量是监测农业干旱的重要指标, 遥感法是大面积监测土壤水分时空特征的主要方法, 热惯量法是遥感方法监测土壤水分的主要研究手段之一。本文提出了一个改进的表观热惯量模型计算表观热惯量, 并通过地面验证试验对该模型的适用性进行了分析。在中国科学院栾城农业生态系统试验站, 通过严格的控制试验, 设计了10 个不同植被覆盖、不同土壤水分含量的试验小区, 针对表观热惯量的适用条件, 利用实测的地表温度、植被指数、反照率、太阳辐射等参数计算了不同植被覆盖不同土壤水分含量下的表观热惯量,并与土壤体积含水量进行了相关和回归分析。结果表明: 在植被覆盖度较低情况下[归一化植被指数(normalized difference vegetation index, NDVI)<0.35], 表观热惯量法具有较好的效果, 表观热惯量与土壤体积含水量之间的相关系数大于0.7, 通过了95%的显著性检验, 两者具有很高的相关性, 可以用热惯量法监测土壤水分状况; 在较高植被覆盖情况下(NDVI>0.35), 表观热惯量与土壤体积含水量之间没有相关性, 热惯量法监测土壤水分失效; NDVI 为0.35 可以作为热惯量法监测土壤水分状况是否可行的判断条件。中国生态农业学报. 2011 19(5): 1157-1161.

主被动微波遥感在农区土壤水分监测中的应用初探

郭英, 沈彦俊, 赵超

郭英, 沈彦俊, 赵超土壤水分是农作物生长和旱情监测的重要参数。微波遥感具有全天时、全天候、高穿透性和对水分敏感的特点, 主被动微波遥感的结合能够发挥各自优势, 实现区域尺度土壤水分的连续监测, 与单纯使用被动微波遥感相比, 能够提高空间分辨率。本研究基于TRMM 卫星搭载的微波成像仪TMI 和降雨雷达PR 的特点, 利用粗糙地表的微波辐射传输模型AIEM 模型、参数化模型Qp 模型和植被覆盖地表的辐射传输模型ω-τ模型, 建立了基于被动微波遥感的土壤水分反演模型, 并利用简单散射模型(SSM)和几何光学模型(GOM), 将被动微波与主动微波相联系, 建立了主被动微波遥感相结合的土壤水分变化反演算法, 对2008 年1~4 月期间30°~38°N、110°~120°E 范围内农田覆盖区的土壤水分变化进行了反演。并选取江苏省连云港南部农区中心经纬度为34.45°N、119.25°E 的降雨雷达0.05°×0.05°的网格, 对该网格2008 年1 月2 日~4 月30 日土壤水分逐日变化量的反演值和相应网格的降水逐日变化量进行了对比, 两者具有很好的响应关系。中国生态农业学报. 2011 19(5): 1162-1167.

数字图像诊断技术在冬小麦氮素营养诊断中的应用

张立周, 侯晓宇, 张玉铭, 李红军, 程一松, 胡春胜

张立周, 侯晓宇, 张玉铭, 李红军, 程一松, 胡春胜本文应用数码相机获取冬小麦冠层图像并对其进行相应色彩参数处理, 结合土壤、植株快速测试技术, 分析了色彩参数与传统氮素营养参数之间的数量关系, 研究了应用数字图像技术进行冬小麦氮素营养诊断的可行性, 建立了应用数字图像技术诊断冬小麦氮素营养状况的图像获取方法, 筛选出了适宜于冬小麦氮素营养诊断的最佳色彩参数以及最佳诊断时期, 建立了冬小麦氮素营养诊断指标体系和推荐施肥方程。研究结果表明, 数字图像技术可以作为冬小麦氮素营养诊断的方法。数字图像获取时, 可将数码相机与冬小麦冠层呈30°~60°角度进行拍摄。在冬小麦拔节期和孕穗期多数冠层图像色彩参数与施氮量、叶片SPAD 值、植株硝酸盐浓度、植株全氮含量、0~90 cm 土壤硝态氮含量之间存在显著或极显著相关关系; 在众多色彩参数中, 拔节期冠层图像绿光标准化值G/(R+G+B)与各项氮素指标的相关性最好, 可作为冬小麦氮素营养诊断的最佳色彩参数指标；拔节期可作为应用数字图像技术进行氮素诊断的关键时期。中国生态农业学报. 2011 19(5): 1168-1174.

基于多年MODIS NDVI 分级的河北平原农田生产力评价

王蕊, 李红军, 雷玉平

王蕊, 李红军, 雷玉平根据中等分辨率航天成像光谱仪(MODIS)遥感数据计算的归一化植被指数(NDVI)被广泛用于作物长势监测和产量预报, 但由于NDVI 数值在不同年份的同一时期变化较大, 直接用于评价农田生产力会有较大误差。本文以河北平原所在的北纬37°~39°之间连续种植的冬小麦农田为研究区域, 通过对多年冬小麦MODISNDVI 数据进行比较和分级, 尝试用每季NDVI 在区域内的高低级别评估区域农田生产力。Landsat 卫星数据用于对不同时相MODIS 图像进行精确配准, 从而实现像素尺度上长时间序列数据的统计分析。首先, 对区域内2000~2008 年间每年作物返青期到成熟期的NDVI 平均值及各生育阶段NDVI 平均值分别进行高低分级, 以了解河北平原农田生产力的空间变异, 结果显示其中高水平农田分布在太行山山前平原, 指数等级水平并没有完全按南北走向趋势分布, 表明该研究方法受纬度差异的影响较小。不同年份分析结果显示, 2008 年东部地区也出现了较高等级的田块。其次, 利用NDVI 分级结果计算出9 年间NDVI 等级的变异系数, 对采用不同生育期NDVI 可能带来的误差进行了分析, 结果显示不同小麦生育期NDVI 等级的变异系数不同, 返青期和成熟期变异系数较大, 且具有一定的地理差异。最后, 利用GIS 空间分析方法以9 年NDVI 分级结果为基础制作了以县为单元的麦田生产力等级图, 结果显示河北平原农田生产力高低分区, 同时也表明中低水平区块有较大提升空间, 为河北县级土地管理和耕地质量管理提供理论依据。中国生态农业学报. 2011 19(5): 1175-1181.

京津冀地区土地利用/覆被与景观格局变化及驱动力分析

胡乔利, 齐永青, 胡引翠, 张玉翠, 吴成本, 张广录, 沈彦俊

胡乔利, 齐永青, 胡引翠, 张玉翠, 吴成本, 张广录, 沈彦俊本文利用土地利用转移矩阵和景观破碎化指数、景观多样化指数采用典型样带对京津冀地区1990年、2000 年土地利用数据进行了土地利用/覆被变化(LUCC)和景观格局变化(LPC)的定量及定性分析, 探讨了其影响因素, 为该区域土地资源可持续利用提供依据。结果发现区域内居民地附近LUCC 和LPC 强度最大, 尤其北京、石家庄等地变化明显。利用多年社会经济统计数据, 通过相关分析和主成分分析, 定量地确定社会经济、农业生产条件和交通是京津冀地区LUCC 和LPC 的主要驱动因子。而后，定性分析了地形复杂度和政策对京津冀地区LUCC 和LPC 的影响, 发现西部及北部山区地形较复杂, 人类活动干扰较小, 故LUCC 和LPC在平原地区表现更突出。但生态政策如退耕还林还草和土地开发整理等对西部山区LUCC 和LPC 有不同程度的影响。最后, 综合分析各驱动力在不同地区影响的差异, 发现社会经济发达的大城市的驱动因素主要为社会经济, 而传统农业区主要受农业生产条件的影响。通过以上定量及定性分析京津冀地区LUCC 和LPC 的驱动因子, 尤其是对驱动因素的时空分异规律分析, 为土地管理决策、土地资源保护等提供了科学的依据和指导。中国生态农业学报. 2011 19(5): 1182-1189.

栾城县域精准种植运行体系建设与模式示范

程一松, 胡春胜, 张玉铭, 雷玉平, 李红军, 李晓欣, 陈素英

程一松, 胡春胜, 张玉铭, 雷玉平, 李红军, 李晓欣, 陈素英太行山前平原是华北平原的重要组成部分和典型农业高产区, 农业集约化程度较高, 是我国重要的商品粮生产基地。随着农业和社会经济的发展, 水资源严重匮乏, 地下水超采严重, 农田面源污染日益加剧等问题, 严重影响了该区域农业的可持续发展。精准农业是未来农业发展的重要方向和必然选择。在农业生产以农户单元为主体的我国现实情况下, 选择县域精准种植模式是有益的尝试和探索。选择农田管理有代表性的河北省栾城县作为示范区, 进行精准农业技术的试验与运行实施模式的示范。在县域尺度上通过划分公里网格的方法建立GPS 定位的县域精准种植观测网, 确定288 个有效采样点, 在中心示范区尺度按20 m×20 m网格对耕层和亚耕层确定采样点, 进行农田基本数据调查和空间变异分析。通过优化管理网络咨询平台组装县域尺度的优化施肥模式, 并根据区域特点建立多种节水种植模式进行推广。在大田尺度和温室大棚示范智控半变量节水灌溉系统, 实现经济效益和环境效益的增长。推广示范用于小麦的智能精准收获系统, 为区域精准农业的发展提供示范样板。县域精准农业技术研究与示范工作, 为未来区域性精准农业的全面实施进行了技术尝试, 提供了示范样板。中国生态农业学报. 2011 19(5): 1190-1198.

小麦苗期耐低氮基因型的筛选与评价

赵化田, 王瑞芳, 许云峰, 安调过

赵化田, 王瑞芳, 许云峰, 安调过氮是作物吸收的第一大必需营养元素, 对作物生长发育具有不可替代的作用。大量研究表明, 不同基因型小麦对氮的吸收利用能力不同, 培育氮高效小麦品种是提高氮利用效率的根本途径, 而发掘耐低氮小麦种质资源是小麦氮高效育种的基础。为此, 本研究以30 个小麦-冰草远缘杂交的高代品系, 1 个小麦-黑麦远缘杂交的T1BL·1RS 易位系, 2 个"小偃54"×"京411"重组自交系群体中的品系, 以及13 个生产上的主栽品种为试验材料, 通过低氮胁迫和正常供氮2 个处理的苗期水培试验, 进行了耐低氮基因型的筛选与评价。方差分析显示, 13 个氮效率相关性状在2 种氮水平之间及各小麦基因型之间的差异均达到显著或极显著水平。主成分分析显示, 前3 个主成分累积贡献率达到81.2%, 已包含了大部分信息, 能够基本反映整体状况。其中, 相对茎叶吸氮量、相对植株吸氮量、相对根冠比、相对茎叶干重、相对植株干重、相对茎叶氮利用效率、相对根含氮量在3 个主成分中占较大的比重。综合评价结果显示, 在33 个小麦远缘杂交品系中08B41 得分最高, 为1.60,为最耐低氮的品系; 13 个主栽品中"科农9204"得分最高, 为2.10, 为耐低氮的品种。聚类分析显示, 46 份基因型小麦可划分为3 大类: 耐低氮型(15 份)、中间型(22 份)和低氮敏感型(9 份)。筛选出08B41、XJ19-1、08B8、08B10、08B13、08B25、WR9603、08B2、08B5 共9 份耐低氮远缘杂交高代品系, 及"科农9204"、"邯7086"、"河农827"、"石麦18"、"石4185"、"石新733"共6 份耐低氮主栽品种。这些耐低氮的基因型可作为小麦营养高效育种的种质资源, 本文并对小麦近缘种属在小麦营养高效遗传改良中的作用进行了讨论。中国生态农业学报. 2011 19(5): 1199-1204.

野生二粒小麦及其后代富含微量营养元素种质资源的筛选鉴定

许云峰, 许红星, 安调过

许云峰, 许红星, 安调过由于主要粮食作物中微量营养元素(特别是Zn 和Fe)的缺乏导致全世界范围内的人类微量营养元素缺乏症。野生二粒小麦(Triticum turgidum ssp. dicoccoides)是提高小麦籽粒Zn、Fe、蛋白质含量及改良小麦其他性状的重要种质资源。本研究以4 份野生二粒小麦及32 份野生二粒小麦与普通小麦(Triticum aestivum L.)杂交后代为材料, 进行籽粒中富含Zn、Fe 和蛋白质种质资源的筛选和鉴定。野生二粒小麦的后代材料表现出广泛的遗传变异。籽粒Zn、Fe 含量和蛋白质含量之间均呈极显著正相关关系, 说明这些性状能够通过育种方式达到共同提高的目的。试验共筛选到17 份Zn、Fe 和蛋白质含量均显著高于对照品种"石4185"的材料, 说明将来自野生二粒小麦的外源基因导入到普通小麦是提高小麦籽粒Zn、Fe 和蛋白质含量的有效途径。其中5份野生二粒小麦与普通小麦的杂交后代表现出较高籽粒Zn、Fe 和蛋白质含量的同时, 也具有较高的产量和优良的农艺性状。这些材料的获得为小麦生物强化育种提供了重要的物质基础。中国生态农业学报. 2011 19(5): 1205-1209.

我国小麦农家品种和近缘种对白粉病的苗期抗性

许红星, 许云峰, 耿立格, 安调过

许红星, 许云峰, 耿立格, 安调过由布氏白粉菌小麦专化型引起的白粉病是最重要的小麦叶部病害之一。抗性资源和抗性基因的发掘对控制该病害起了重要作用。小种专化抗性基因的抗性水平较高, 成为当前小麦生产上使用最为广泛的白粉病抗性基因。然而，这类抗性基因的广泛使用会导致菌系结构的改变, 并产生新的毒性小种。因此, 从大量小麦种质资源中鉴定新的、有效的白粉病抗性基因是一个长期的目标。为鉴定有效的白粉病抗源, 通过苗期接种国内流行白粉菌生理小种E09, 来评价258 份国内小麦农家品种和42 份小麦近缘种的抗性。结果表明, 有5份农家品种和20 份小麦近缘种对E09 表现免疫、近免疫或高抗。这25 份抗源被用来进一步接种另外5 个不同的国内生理小种E03、E05、E18、E20 和E23, 以推知它们所携带的未知抗性基因。通过与28 个已知白粉病抗性基因的抗谱进行比较发现, 这25 份小麦种质的抗性基因不同于Pm1a、Pm2、Pm3a、Pm3b、Pm3c、Pm3d、Pm3e、Pm3f、Pm4a、Pm4b、Pm4c、Pm5a、Pm6、Pm7、Pm8、Pm9、Pm17、Pm19、Pm24、Pm28 和Pm33等21 个已知抗性基因, 但与Pm1c、Pm1e、Pm12、Pm13、Pm16、Pm20 和Pm21 等7 个已知抗性基因仍需要进一步的区分。鉴于这25 份抗源与上述7 个已知抗性基因载体的来源不尽相同, 因此, 这些抗源很可能携带有未知的抗白粉病新基因, 但还需用更多的白粉菌生理小种来鉴定。本研究旨在从小麦农家品种及其近缘种中发掘新的有效抗源, 从而为抗白粉病新基因的发掘和有效利用奠定基础。中国生态农业学报. 2011 19(5): 1210-1214.

冬小麦新品种"科农199"选育和推广

张玮, 王静, 纪军, 王志国, 安调过, 张相岐, 张爱民, 李俊明

张玮, 王静, 纪军, 王志国, 安调过, 张相岐, 张爱民, 李俊明以"科农9204"为父本、"石4185"为母本进行杂交, 经单株选择和系统选育, 培育出高产稳产小麦品种"科农199"。该品种中早熟, 株型紧凑, 株高75~80 cm, 穗纺锤型、短芒, 灌浆快, 落黄好。籽粒角质、饱满, 千粒重40~42 g; "科农199"根系发达, 生育后期根系活力强, 具有较强的吸收深层土壤水分养分的能力;该品种适应性强, 产量稳定性好, 抗逆性强。在黄淮北片国家冬小麦区域试验中连续两年产量居第1 位, 比对照品种"石4185" 极显著增产, 于2006 年通过国家品种审定。目前, "科农199"已在河北、河南、山东和山西等省累计推广种植130 万公顷, 成为黄淮冬麦区北片的主栽品种之一。中国生态农业学报. 2011 19(5): 1215-1219.

冬小麦新品种"科农199"高产稳产特征分析

赵慧, 张玮, 王静, 纪军, 王志国, 李俊明

赵慧, 张玮, 王静, 纪军, 王志国, 李俊明 "科农199"是利用染色体工程技术培育的高产稳产小麦新品种, 其抗寒、耐旱、抗干热风, 根系发达,生育中后期能够高效吸收深层土壤的水分养分。本文研究了氮肥、磷肥、水分运筹等对"科农199"产量潜力的影响, 为"科农199"的栽培推广提供参考。试验从2008 年开始, 在冬小麦各主要生育期收集数据、取样并进行相关处理; 在收获后进行室内考种, 考查千粒重、穗粒数、单株穗数、产量等重要性状指标。通过田间试验发现, "科农199"小麦无论低氮或高氮供给条件下都比其他品种积累更多的干物质并向籽粒中分配, 从而形成较高的经济产量; 大田节肥试验中施纯氮120 kg·hm^-2 时单产6 532.5 kg·hm^-2, 氮肥偏生产力达54.4 kg·kg^-1; 施纯氮180 kg·hm^-2 时单产7 312.5 kg·hm^-2, 氮肥偏生产力达40.6 kg·kg^-1。在低磷定位试验中, "科农199"表现出分蘖力强、成穗率高、收获群体大的特点。在冬前底墒水充足的条件下, 春季灌水1~2 次可满足亩产千斤的水分需求。现阶段冻害干旱等极端气候高发频发, 推广"科农199"这类抗逆稳产品种, 可提高我国小麦生产可持续性, 有助于保障粮食安全。中国生态农业学报. 2011 19(5): 1220-1228.

黄淮海地区夏玉米农艺性状与产量的通径分析

王敏, 徐萍, 刘新江, 张正斌, 杨引福

王敏, 徐萍, 刘新江, 张正斌, 杨引福为应对当前黄淮海地区农业用水紧缺的情况, 选育和推广高水分利用率的高产夏玉米品种是一项重要措施。本试验采用完全随机设计, 对黄淮海区域11 个主推夏玉米品种在灌溉1 水条件下的农艺性状、产量和水分利用率进行通径分析与主成分分析, 结果表明: "滑丰8 号"、"蠡玉18"、"浚单20"和"冀玉3 号"的产量均超过10 000 kg·hm^-2, 且这4 个品种的水分利用率均在3.0 kg·m^-3 以上, 属于水分利用率高的超高产品种; "源申213"和"中科11"产量超过9 000 kg·hm^-2, 其水分利用率也均大于2.7 kg·m^-3, 属水分利用率较高的高产品种;"浚单18"、"登海662"、"冀农1 号"和"登海超级玉米"产量均超过8 000 kg·hm^-2, 其水分利用率在2.3~2.7 kg·m^-3之间, 属稳产品种。主成分分析及综合评价排名的结果表明, "冀玉3 号"、"蠡玉18"、"滑丰8 号"和"浚单20"4 个品种综合表现优异, 可以作为抗旱节水高产品种在黄淮海地区大面积推广。通径分析结果表明, 7 个主要农艺性状对产量的综合效应排名为: 芯重＞百粒重＞行粒数＞秃尖长度＞粒长＞棒长＞行数。芯重、行粒数和百粒重对产量的直接正效应最大, 秃尖长度对产量的直接负效应最大。以上结果为黄淮地区抗旱节水高产玉米品种选育和推广提供了重要信息。中国生态农业学报. 2011 19(5): 1229-1236.