中国生态农业学报

环渤海低平原农田多水源高效利用机理和技术研究

张喜英, 刘小京, 陈素英, 孙宏勇, 邵立威, 牛君仿

张喜英, 刘小京, 陈素英, 孙宏勇, 邵立威, 牛君仿淡水资源严重匮乏是影响环渤海低平原粮食生产可持续发展的重要限制因素。本文针对该区粮食生产中水分利用效率低、提升潜力巨大, 同时该区浅层微咸水资源和降水资源较丰富的现状, 以中国科学院南皮生态农业试验站最近3年试验研究结果为基础, 综述了在挖掘咸水利用潜力、提高雨水和灌溉水利用效率方面研究工作进展。针对冬小麦夏玉米一年两作种植, 研究结果显示品种间产量和水分利用效率(WUE)差异显著, 最高和最低品种差异达20%左右, 通过选用节水高产品种可显著提升产量和WUE; 冬小麦通过拔节期灌溉关键水, 在促进地上部生物量积累同时, 显著促进地下根系生长, 使冬小麦充分利用土壤储水, 实现限水灌溉下稳产高效; 夏玉米通过缩小行距增大株距的缩行匀播, 可提升夏玉米苗期单株作物根系所占土壤体积空间, 增加水分养分对作物的有效性, 提高夏玉米成苗率和苗期所截获辐射量, 比常规种植产量提高10%左右; 冬小麦在拔节期利用含盐量不大于4 gL^-1的浅层微咸水替代淡水灌溉, 产量与淡水灌溉相同; 浅层微咸水替代淡水灌溉并配套土壤有机质提升技术和利用夏季降水淋盐, 可实现微咸水灌溉下周年土壤盐分平衡。通过上述措施实施, 实现以咸补淡、以淡调盐、多水源互补高效利用, 在不影响作物产量条件下可节约深层淡水资源, 促进区域灌溉农业可持续发展。中国生态农业学报. 2016 24(8): 995-1004.

咸水安全利用农田调控技术措施研究进展

牛君仿, 冯俊霞, 路杨, 陈素英, 张喜英

牛君仿, 冯俊霞, 路杨, 陈素英, 张喜英淡水资源短缺已经成为全球性的问题, 开发利用地下咸水资源, 发展农业灌溉已成为各国关注的焦点问题。微咸水或咸水代替部分淡水进行农业灌溉, 在一定程度上可缓解淡水资源的不足, 但咸水和微咸水灌溉带来的土壤积盐和作物减产等问题始终是研究的重点和难点。本文从咸水或微咸水灌溉带来的潜在土壤盐渍化危害入手, 就如何应对咸水和微咸水灌溉带来的次生盐渍化问题, 通过总结前人大量的研究成果, 分析了减轻土壤盐渍化对作物危害的各种途径, 从微咸水灌溉和咸水灌溉两个层面就优化农田管理农艺措施、生物措施、水利工程措施等方面进行概述。重点介绍了咸水或微咸水灌溉对土壤微环境的影响, 优化田间管理农业措施(如合理的灌溉制度和灌溉方式、覆盖、深耕等), 土壤中施入有机物质(如植物秸秆、有机肥、绿肥、生物质炭等)和无机土壤改良剂(如石膏、沸石等)、施用根际促生菌肥、种植盐土植物和耐盐作物品种等, 以及咸水结冰灌溉、暗管排盐等水利工程措施, 这些都是降低咸水灌溉带来的土壤盐害行之有效的方法。以微咸水或咸水补灌为核心, 结合雨水资源利用, 通过种植耐盐植物品种、增施土壤微生物肥、土壤调理剂等措施提高土壤缓冲能力, 配套垄作和地膜覆盖等降低土壤蒸发措施, 抑制土壤盐分表层积聚, 配套秸秆还田和土壤耕作技术, 提高土壤蓄雨淋盐和养分快速提升, 集成微咸水安全高效灌溉技术模式, 制定规范化的技术应用规程, 有机地结合各种改良措施, 可有效控制咸水和微咸水灌区土壤次生盐渍化, 达到咸水资源的高效安全可持续利用, 提升水资源保障能力。中国生态农业学报. 2016 24(8): 1005-1015.

咸水结冰灌溉改良盐碱地的研究进展及展望

郭凯, 巨兆强, 封晓辉, 李晓光, 刘小京

郭凯, 巨兆强, 封晓辉, 李晓光, 刘小京冬季咸水结冰灌溉技术是滨海区高矿化度咸水利用和盐碱地改良的有效手段, 该项技术依据咸水结冰融化过程中咸淡水分离的基本原理, 基于区域气候特点、土壤水盐运移规律以及作物生长发育规律, 在冬季抽提当地高矿化度地下咸水对盐碱地进行灌溉, 并在冬季低温作用下迅速冻结成咸水冰, 春季咸水冰层融化过程中, 咸淡水分离入渗, 其中先融化的高矿度咸水先入渗, 而后融化出的低矿化度微咸水和淡水的入渗对土壤盐分具有较好的淋洗作用, 以上过程实现了春季土壤返盐期的土壤脱盐, 结合春季地表覆盖抑盐措施和夏季降雨淋盐, 土壤的低盐条件得到保持, 保证了作物和植物整个生长期的正常生长。该项技术改变了滨海盐碱区土壤水盐运移特征, 使春季土壤积盐期变为脱盐期, 咸水结冰灌溉后, 春季耕层土壤盐分由最初的12 gkg^-1迅速降低至4 gkg^-1以下, 脱盐率达到66%以上, 实现了棉花、油葵、甜菜等作物在滨海重盐碱地中的种植, 提高了柽柳、枸杞、白蜡等盐生植物和耐盐植物的扦插移栽成活率, 咸水结冰灌溉当年便获得了籽棉产量3 thm^-2、油葵1.5 thm^-2、甜菜60 thm^-2, 以及90%以上的盐生植物和耐盐植物的扦插成活率, 促进了滨海盐碱区盐碱地的开发、农业发展和生态环境建设。近年来, 通过系统的研究, 我们探明了咸水结冰灌溉过程中咸水冻融咸淡水分离规律, 明确了咸水结冰灌溉对土壤盐分的淋洗效果, 构建了冬季咸水结冰灌溉改良盐碱地技术体系, 确立了冬季咸水结冰灌溉的灌溉时间、灌溉水量和水质等指标体系。本文在以上研究基础上, 对盐碱地咸水利用的研究进展进行了总结, 并对咸水结冰灌溉基本原理、影响因素以及土壤盐分淋洗效果等方面进行了概述, 系统分析了冬季咸水结冰灌溉在盐碱地区农业生产、植被恢复以及咸水利用等方面的作用, 并就其未来发展趋势进行了展望。中国生态农业学报. 2016 24(8): 1016-1024.

种子引发对小麦抗盐及抗旱特性影响综述

谢娟娜, 路杨, 房琴, 张喜英

谢娟娜, 路杨, 房琴, 张喜英小麦是我国北方重要粮食作物, 在农业生产中经常受到干旱和盐分胁迫影响, 造成减产。种子引发是在种子萌发前用天然或人工合成试剂对种子进行处理, 从而提高植物抗逆性的一种简单而有效的方法。在干旱或高盐条件下, 利用引发剂对小麦种子引发后, 种子萌发提前, 幼苗生长发育代谢增强, 抗逆境相关生理指标提升, 作物抗旱耐盐能力增强, 最终产量及质量得到提高。本文阐述了水、有机物、植物激素、生物活性物质、生物、氧化物、无机信号物质等不同种类引发剂对小麦种子引发的作用机理和效果。并总结了种子引发的主要作用机制, 如: 减少植株对Na⁺的吸收, 增加对^K+、Ca²⁺的吸收, 减少盐分对生长造成的阻碍; 促进可溶性蛋白和可溶性糖等渗透调节物质的合成和积累, 细胞内维持高渗透压, 有利于根系吸水; 诱使胁迫条件下细胞内超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶、抗坏血酸过氧化物酶等抗氧化酶的合成增多、活性增强, 有效清除活性氧, 维持细胞内氧平衡; 调节植物内源激素合成与运输从而使激素水平处于更加适应胁迫条件的平衡状态等。并讨论了引发剂与植物逆境生理研究之间相互补充、相互促进的关系, 展望了种子引发在农业方面的发展及应用前景。中国生态农业学报. 2016 24(8): 1025-1034.

环渤海低平原农田生态系统养分循环与平衡研究

张玉铭, 孙宏勇, 李红军, 刘小京, 胡春胜, 刘克桐, 崔玉玺, 张满意

张玉铭, 孙宏勇, 李红军, 刘小京, 胡春胜, 刘克桐, 崔玉玺, 张满意了解农田养分输入、输出和平衡状况, 以及土壤肥力现状与变化特征, 对实现养分资源优化管理、地力的持续提升、肥料利用率提高和农业可持续发展具有重要意义。基于1985年、2000年和2014年河北省南皮县国民经济统计资料, 分析了从1985年到2014年县域农田生态系统养分循环与平衡状况; 利用1981年第2次土壤普查和2015年实测南皮县域土壤耕层养分含量数据, 探讨了耕层土壤养分变化及空间分布格局特征。结果表明, 1985—2014年南皮县农田养分输入输出均呈持续上升趋势, NPK养分输入由10 701 t增加至23 386 t, 年递增率2.33%; NPK养分来源结构略有不同, NP来源以化肥为主, 其次是人畜粪尿和作物秸秆有机肥源; 而K素来源主要是有机肥源。农田养分输出以作物吸收为主, 占养分总输出的80%以上, NPK总输出由1985年的9 093 t增加到2014年的18 846 t, 年均增速2.17%。从养分表观平衡的角度看, 从1985年到2014年NP始终有大量盈余, P素盈余大于N素, N和P表观平衡率分别为16.8%~34.2%和26.9%~65.5%; 若考虑有机氮的有效性问题, 1985—2000—2014年3个时段有效氮盈亏率依次为18.1%、6.5%和7.8%, 有效氮平衡由盈余转向亏缺; 而K素经历了由赤字逐渐向盈余的转变过程, 由1985年的33.5%赤字发展至2014年的33.6%盈余。受农田养分平衡状况的影响, 南皮县土壤有机质、全氮、有效磷发生了显著变化, 1981—2015年有机质由8.62 g·kg^-1增至14.0 g·kg^-1, 增幅62.4%; 全氮由0.542 g·kg^-1增至0.908 g·kg^-1, 增幅67.5%; 有效磷由2.0 mg·kg^-1增加到20.8 mg·kg^-1, 增加了9.4倍。而碱解氮和有效钾变化不明显, 分别由70.5 mg·kg^-1和141 mg·kg^-1增加到71.8 mg·kg^-1和147 mg·kg^-1, 相对增幅仅为1.8%和4.2%。建议今后南皮县在农业生产中大力推广科学施肥技术, 重视有机肥和化肥配施, 推广秸秆还田, 通过改进施肥方法提高肥料利用效率; 养分管理中应提倡“稳氮、控磷、补钾”的施肥对策, 避免过多的盈余养分进入环境。中国生态农业学报. 2016 24(8): 1035-1048.

微咸水灌溉对土壤盐分平衡与作物产量的影响

陈素英, 邵立威, 孙宏勇, 张喜英, 李彦芬

陈素英, 邵立威, 孙宏勇, 张喜英, 李彦芬河北低平原淡水资源短缺, 微咸水资源丰富, 合理开发利用微咸水已经成为缓解水资源供需矛盾的重要途径之一。本研究于2011—2015年在河北省沧州市中国科学院南皮生态农业试验站进行, 以冬小麦和夏玉米一年两熟种植体系为研究对象, 开展了河北低平原区实施微咸水灌溉对冬小麦及下茬作物夏玉米产量及灌溉对土壤盐分周年平衡的影响。2013—2014年冬小麦灌溉处理设雨养旱作处理(CK)、拔节期淡水灌溉1水(F1)、拔节期用2 g.L^-1、3 g.L^-1、4 g.L^-1、5 g.L^-1的微咸水灌溉1次(B21、B31、B41、B51)、拔节期和灌浆期用淡水灌溉(F2)、拔节期用3 g.L^-1的微咸水+灌浆期用淡水灌溉(B31F1)、拔节期用淡水+灌浆期用3 g.L^-1微咸水灌溉(F1B31)、拔节期和灌浆期都用3 g.L^-1的微咸水灌溉(B32)、拔节期、抽穗期和灌浆期都用淡水灌溉(F3)。2014—2015年根据上年度的试验结果对试验处理进行了精简, 冬小麦灌溉处理设CK、F1、B31、B41、B51、B42(拔节期和灌浆期都用4 g.L^-1的微咸水灌溉)。结果表明, 一般年型下冬小麦生育期灌溉2水就能获得高产和稳产, 平均产量为6 593.4 kg.hm^-2。利用小于5 g.L^-1的微咸水灌溉, 与淡水灌溉相比, 不会造成冬小麦产量降低, 灌溉1次微咸水比雨养旱作处理增产10%~30%, 可用微咸水替代1次淡水。微咸水灌溉条件下冬小麦收获时土壤盐分有所积累, 表层土壤含盐量大于1 g.L^-1, 影响下茬玉米的出苗和生长, 但夏玉米播种后用675~750 m³.hm^-2淡水灌溉可满足耕层淋盐需求, 达到玉米生长的安全阈值, 与淡水灌溉处理的玉米产量相比不减产。利用夏季降雨, 可使土壤盐分得到淋洗, 当夏季降雨量大于300 mm时, 冬小麦微咸水灌溉下土壤盐分达到周年平衡。沧州地区73%以上的年份, 夏季降雨量大于300 mm, 为土壤淋盐创造了条件, 保证了微咸水替代一次淡水灌溉的安全性。中国生态农业学报. 2016 24(8): 1049-1058.

基于HYDRUS-1D模型的华北低平原区不同微咸水利用模式下土壤水盐运移的模拟

何康康, 杨艳敏, 杨永辉

何康康, 杨艳敏, 杨永辉华北低平原区深层地下水的不断超采不仅造成淡水资源的枯竭, 还引发了地面沉降、土壤盐渍化等一系列生态环境问题。微咸水在农业上的利用已成为缓解水资源危机的研究重点。为了研究不同咸水灌溉模式的可持续性, 本文以华北低平原区的河北省南皮县为例, 利用Hydrus-1D模型, 基于8种不同微咸水灌溉方案, 模拟2008—2013年6年冬小麦夏玉米轮作制度下, 2 m土体水盐通量变化。模拟结果表明, 土体剖面盐分积盐区主要集中在下层土壤(100~200 cm); 上层土壤(0~100 cm)溶液盐分浓度大部分时间保持在2 g.L^-1左右, 能保证作物正常生长; 但土壤剖面盐分浓度在冬小麦灌浆末期出现峰值且随灌水盐分浓度增加而逐渐升高。土体盐分充分淋洗的关键在于降雨强度, 7月份降雨强度是土体脱盐与否的主要影响因素; 同时, 在丰水年型夏玉米播种后结合出苗水适当灌溉洗盐对土体达到有效脱盐起到重要作用。本文通过综合分析水文年型、土壤剖面盐分的动态分布特征以及结合夏玉米出苗水的洗盐淡水用量3方面因素对土壤盐分迁移的影响, 提出华北低平原区两种适宜的微咸水灌溉制度: (1)冬前浇灌小于2 g.L^-1的冬小麦越冬水, 春后在冬小麦拔节期浇灌一次2~4 g.L^-1微咸水; (2)冬前不灌越冬水, 春后分别在冬小麦拔节期和灌浆期浇灌2 g.L^-1微咸水。两种灌溉制度年均结合夏玉米出苗水的洗盐淡水用量和总耗水量分别为60~70 mm和250~260 mm。本文结果旨在为华北低平原区微咸水利用的节水潜力及其可持续性提供理论指导。中国生态农业学报. 2016 24(8): 1059-1070.

造墒与播后镇压对小麦冬前耗水和生长发育的影响

党红凯, 曹彩云, 郑春莲, 马俊永, 郭丽, 王亚楠, 李伟, 李科江

党红凯, 曹彩云, 郑春莲, 马俊永, 郭丽, 王亚楠, 李伟, 李科江为明确造墒和播后镇压对小麦冬前耗水和群体与个体特征及产量的影响, 为确定播后镇压技术和提高小麦水分利用效率提供依据, 分别于2013—2014年和2014—2015年小麦生长季在河北省衡水市选用当地小麦品种‘衡4399’, 分9月15日(I9.15)、9月20日(I9.20)、9月25日(I9.25)和9月30日(I9.30)4期造墒, 以不造墒为对照(CK), 每期处理又设每延米0 kg(G0)、95 kg(G95)和120 kg(G120) 3个水平镇压的冬小麦田间试验。冬前对土壤水分和小麦幼苗生长情况进行动态监测, 翌年成熟期考察产量性状并测产。结果表明, 播种时土壤水分含量高, 冬前阶段农田蒸散量也高。同一造墒不同镇压处理比较, I9.30处理以G95田间蒸散量最低, 其他处理均以G120蒸散量最低, 处理间差异显著。对苗情的影响, 同一造墒不同镇压比较, 苗期单株生物量、叶面积、群体总茎数以G120与G95处理较高, 以G0处理较低, 处理间显著水平不同; 同一镇压不同造墒处理间比较, 不造墒的CK总茎数显著减少, 产量显著较低, 且年际变化不稳定。造墒与镇压对穗数影响较大, 其中造墒处理穗数显著高于CK, 镇压处理对穗数的影响表现一致: G120>G95>G0。以上处理对产量与对穗数的影响一致: 造墒处理间产量差异水平不同, 但以CK最低; 镇压处理间产量差异不显著, 但以G0最低。造墒和镇压对产量的交互作用不显著。综上可见, 墒情适宜是小麦播后镇压的基础, 镇压又是提墒壮苗的保障。河北地区小麦造墒水提前到9月20—25日, 播种后采用95 kgm1镇压器便于田间操作且镇压效果较好。中国生态农业学报. 2016 24(8): 1071-1079.

不同畦长灌溉对冬小麦产量及水分利用特性的影响

董宝娣, 刘孟雨, 乔匀周, 张明明, 赵欢, 杨红, 郑鑫

董宝娣, 刘孟雨, 乔匀周, 张明明, 赵欢, 杨红, 郑鑫为探讨畦长对冬小麦耗水及产量和水分利用特性的影响, 本试验以冬小麦品种‘科农2011’为试验材料, 在2014—2015年中国科学院栾城农业生态系统试验站小麦生长季, 畦宽为5 m条件下, 设置4 m、5 m、10 m(农民习惯畦长)、50 m、100 m共5个畦田长度, 各处理均在拔节期和灌浆期用塑料软管从机井口引水到畦首灌水, 塑料软管出水口安装水表计量灌水量, 用秒表计量灌溉用时, 研究不同畦长处理对冬小麦耗水特性、灌溉定额及灌溉用时、畦田内不同部位土壤含水量差异、籽粒产量以及产量和灌溉水利用效率的影响。结果表明: 随着畦长增加, 灌水量和总耗水量逐渐增加, 灌水量占总耗水量的比例逐渐增加; 籽粒产量虽逐渐增加, 但未达到显著水平。土壤储水消耗量、产量水分利用效率和灌溉水利用效率随着畦长增加逐渐降低。与农民习惯的畦长10 m相比, 4 m畦长处理的灌水量减少34.50%, 多消耗深层土壤贮水58.92 mm, 总耗水量降低1.61%, 产量水分利用效率提高1.15%, 灌溉水利用效率提高51.96%, 次灌溉用时减少42.75%。100 m 畦长处理在产量没有显著提高的基础上, 总耗水量增加9.58%, 灌溉水增加38.08%, 产量水分利用效率降低9.88%, 灌溉水利用效率降低26.20%, 次灌溉用时增加65.61%。综合考虑籽粒产量、灌水量和水分利用效率, 4 m畦长是本试验条件下兼顾高产与节水的最优畦长处理。中国生态农业学报. 2016 24(8): 1080-1087.

滨海低平原干旱区全膜覆土穴播冬小麦田水热特征和产量效应

巨兆强, 董宝娣, 孙宏勇, 刘小京

巨兆强, 董宝娣, 孙宏勇, 刘小京为研究全膜覆土穴播栽培技术在环渤海低平原区对冬小麦田土壤水分、盐分、温度、热量状况和冬小麦产量的影响, 采用田间试验法, 于2014—2015年在中国科学院南皮生态农业试验站, 设置全膜覆土穴播(PM)和常规旋耕播种(CK)冬小麦试验, 定位监测了耕层土壤温度、水分、盐分和热通量数据动态, 并分析了冬小麦产量。结果表明: PM在越冬期和返青期可以有效保持土壤水分, 平均土壤含水量比CK高16.4%，达显著性差异(P<0.05); 但是, 覆膜也阻隔了后期降水对土壤水分的补充, 最大含水量差异可达10.0%。PM处理10 cm深土壤日均温度始终高于CK处理, 平均增幅3.8%, 差异不显著(P>0.05); 同时, PM减小了土壤温度日较差0.5 ℃。PM有利于土壤吸收和储存热量, 白天具有较高的向下地面热通量, 日均土壤热通量比CK显著增加数倍。温度和热通量变化均表明覆膜增强了土壤抵御外界温度变化的能力。PM的土壤电导率显著低于CK 24.2% (P<0.05), 特别是在春季返盐期, PM的土壤电导率比CK降低39.7%。PM较CK增加了冬小麦穗粒数和千粒重, 增产10.4%, 但均未达显著水平。因此, 全膜覆土穴播冬小麦栽培技术能改善土壤水热状况, 降低土壤盐分对小麦的危害, 这为全膜覆土穴播冬小麦栽培技术在环渤海低平原干旱区农业生产中的应用提供理论与技术支持。中国生态农业学报. 2016 24(8): 1088-1094.

播期、播量对旱作小麦‘小偃60’生长发育、产量及水分利用的影响

张明明, 董宝娣, 乔匀周, 赵欢, 刘孟雨, 陈骎骎, 杨红, 郑鑫

张明明, 董宝娣, 乔匀周, 赵欢, 刘孟雨, 陈骎骎, 杨红, 郑鑫在旱作条件下, 探讨播期及播量对小麦新品系‘小偃60’群体性状、产量及水分利用的影响, 可为小麦适雨栽培提供技术依据。试验于2014—2015年在中国科学院南皮生态农业试验站进行, 自10月15日至11月14日, 每6 d设置一个播期, 共设6个播期(T1~T6), 设播量不变(B1)和逐期增加播量(B2)两个处理: B1为300 kg·hm^-2, T1到T6播量相同; B2为随播期推迟播量逐期增加, 每推迟1 d增加7.5 kghm^-2, 各播期的播量分别为300 kg·hm^-2 (T1)、345 kg·hm^-2 (T2)、390 kg·hm^-2 (T3)、435 kg·hm^-2 (T4)、480 kg·hm^-2 (T5)和525 kg·hm^-2 (T6), 研究了不同播期和播量下‘小偃60’群体性状、产量及水分利用的变化规律。试验结果表明: 1)随播期推迟, 出苗时间延长、生育期推迟, 全生育缩短; 播量对生育期无显著影响。2)随播期推迟, 出苗率和单株成穗数逐渐降低; 播量增加, 基本苗及穗数提高。3)随播期推迟, 株高和生物量降低; 播量增加, 生物量提高, 株高无显著变化。4)随播期推迟, 籽粒产量下降; 逐期增加播量后, 11月2日前籽粒产量可达6 600 kghm2以上且无显著差异。5)若随播期推迟增加播量, 前4个播期产量、水分利用效率无显著变化, 皆达29 kghm2mm1以上。研究结果表明, ‘小偃60’是一个播期宽泛的品种, 随播期推迟产量下降, 但在一定播期范围内通过增加播量, 提高群体(穗数), 可以获得与适时播种相近的产量, 播量与播期推迟天数的理论关系为y=0.368 2x²+ 1.193 9x+316.7 (R²=0.983 9)。中国生态农业学报. 2016 24(8): 1095-1102.

灌浆期高温胁迫对小麦灌浆的影响及叶面喷剂的缓解作用

曹彩云, 党红凯, 郑春莲, 郭丽, 李科江, 马俊永

曹彩云, 党红凯, 郑春莲, 郭丽, 李科江, 马俊永针对我国华北麦区灌浆期高温影响小麦灌浆和产量的问题, 本研究在2013—2014年和2014—2015年两个小麦生长季, 采用田间塑料棚自然升温的方式, 在灌浆期设4个时段高温胁迫处理作为主处理, 两年分别在花后12~25 d、12~16 d、15~20 d和20~25 d, 花后8~21 d、8~12 d、14~20 d和16~21 d进行高温处理, 以不罩棚自然温度作为对照(分别用A1、A2、A3、A4和A5表示, A5为对照); 以0.2%磷酸二氢钾、0.05%硫酸锌、清水和不喷施4个喷剂作为副处理(分别用B1、B2、B3和B4表示), 研究了灌浆期不同时段高温处理对小麦籽粒灌浆的影响及喷施不同叶面喷剂对高温胁迫的缓解作用, 并对不同处理下的小麦灌浆特征进行了量化分析。研究结果表明: (1)小麦灌浆期不同时段高温与自然温度对比均造成小麦减产, 减产幅度两个试验年度分别为12.64%~15.34%和2.04%~9.41%, 并且高温胁迫时间长, 处理时间早的A1减产幅度最大, 且较对照A5达极显著水平; 高温减产的直接原因是小麦穗粒数减少及千粒重降低, 两个试验年度穗粒数分别减少0.71~5.45个和1.73~3.00个, 千粒重分别降低1.28~3.41 g和0.84~4.27 g; 从2013—2014年度模型模拟的灌浆特征看, 不同时段高温处理使小麦提前到达第1和第2拐点, A1~A4第1拐点较对照提前0.29~0.75 d、第2拐点提前0.22~1.42 d, 因此高温处理缩短了灌浆时间, 且平均灌浆速率降低, 最终造成千粒重降低。(2)叶面喷剂具有缓解高温胁迫的作用, 两个试验年度叶面喷剂分别比不喷对照提高产量3.08%~7.05%和2.09%~3.52%, 可一定程度缓解高温对穗粒数和千粒重的不良影响, 两个试验年度叶面喷剂分别增加穗粒数1.04~2.30个和0.95~2.01个, 提高千粒重1.10~1.42 g和0.60~0.89 g, 且B1效果最好; 从灌浆数值特征分析看, 叶面喷剂推迟了到达第1和第2拐点的时间, 不同喷剂推迟到达第1拐点时间为0.48~0.98 d, 推迟到达第2拐点的时间为0.32~0.98 d, 延长了灌浆的时间, 平均灌浆速率提高0.01~0.04 mg·grain^-1·d^-1, 以B1(磷酸二氢钾)的作用最好。因此叶面喷剂可延长小麦灌浆期, 不同程度地增加了穗粒数和千粒重, 是增产和减灾的有效措施之一。中国生态农业学报. 2016 24(8): 1103-1113.

河北低平原区冬小麦夏玉米产量提升的理论与技术研究

邵立威, 罗建美, 尹工超, 刘树勋

邵立威, 罗建美, 尹工超, 刘树勋作为渤海粮仓主要增粮区的河北东部低平原中低产农田, 冬小麦夏玉米的产量主要受制于土壤肥力水平低、淡水资源短缺和气候异常造成产量的大幅波动。通过选择适宜的品种、播期与收获期的合理搭配、优化的种植方式和配套的耕作与田间管理技术, 提高作物生育期内对地上光热资源和地下水肥资源的利用潜力和效率, 平抑气候变化带来不利影响, 有着巨大的增产空间。该研究通过田间小区试验, 结合示范区试验示范, 研究了冬小麦与夏玉米生育期的优化、夏玉米种植方式调整、夏玉米深松播种、夏玉米增施钾肥与冬小麦增施磷肥及有机肥等措施对冬小麦、夏玉米产量的影响。主要研究结果如下: 冬小麦适期晚播(不迟于10月15日), 同时适当增加播量, 不影响生育期群体构建和产量水平。早熟品种‘小偃81’提早进入灌浆期, 受后期干热风的危害小, 在不降低品质的同时粒重与产量稳定。夏玉米提早播10 d(6月10日与6月20日相比)平均增产17.2%, 晚收获8 d(10月2日与9月24日相比)粒重增加19.5%。根据冬小麦和夏玉米的品种特性, 合理搭配生育期, 在实现冬小麦稳产提质的同时, 使充分发挥夏玉米的产量潜力成为可能。改变夏玉米的种植方式, 适当增加种植密度, 明显地改善和提高了夏玉米产量, 更为适宜的种植方式是40 cm与80 cm大小行种植和38 cm等行距种植, 不适宜的是20 cm与100 cm大小行种植, 更为适宜的种植方式下产量提高15%以上。长期旋耕机械压实了犁底层, 通过夏玉米深松播种种植, 产量提高达31.3%, 后茬小麦增产5.6%, 但连续深松没有明显的增产效果。夏玉米播种时增施钾肥产量提高2.6%。冬小麦增施磷肥产量提高7.4%, 增施有机底肥增产6.8%, 增施有机底肥和施磷肥产量提高8.8%, 但无明显的累加效果。因此, 通过适宜的品种选择与适期的生育期搭配、种植方式调整、适时深松打破犁底层的耕作措施、速效肥与有机肥合理施用等栽培和管理技术, 可实现冬小麦夏玉米产量的逐步提高和稳定, 充分利用玉米生长季丰富且集中的降水与光热资源, 挖掘夏玉米产量, 稳夏增秋的粮食增产模式更符合该地区未来发展需求。中国生态农业学报. 2016 24(8): 1114-1122.

河北平原中低产区小麦与玉米生产现状及增产潜力分析

罗建美, 靳根会, 罗仲朋, 王红营, 齐永青, 刘兴冉, 沈彦俊

罗建美, 靳根会, 罗仲朋, 王红营, 齐永青, 刘兴冉, 沈彦俊本文基于2000—2013年MODIS/NDVI遥感信息与主要粮食作物的统计数据, 分析了河北平原中低产区冬小麦和玉米生产的时空格局, 并利用各县粮食作物主要生育期累积NDVI的逐年值、14年的最大值及单产统计数据, 采用最小二乘法原理, 进行数值曲线拟合, 构建了单产遥感估测模型, 估算了河北平原中低产区冬小麦和玉米的增产潜力。结果表明: 1)冬小麦在邯郸和衡水的最大生产力水平较高, 在沧州、廊坊及邢台中部的最大生产力水平较低, 即后者挖掘增产潜力之后也很难达到前者的最大生产力水平; 玉米的最大生产力水平普遍较高, 挖掘增产潜力后均可达到较高的生产力水平。2)冬小麦和玉米总产增产潜力在沧州和邯郸较大; 冬小麦单产增产潜力多低于10%, 平均增产356 kghm^-2(5.87%); 玉米单产增产潜力多高于10%, 平均增产798 kghm^-2(12.33%); 单产增产潜力区域分布不同, 冬小麦为廊坊>保定>沧州>邯郸>邢台>衡水, 玉米为邢台>邯郸>保定>沧州>衡水>廊坊。3)以河北平原近14年来作物累积NDVI的最大值估算的全区冬小麦增产潜力为3.90亿kg, 玉米增产潜力为9.62亿kg, 二者合计可增产13.52亿kg, 约相当于区域冬小麦和玉米理论可达增产潜力的1/5。本文估测粮食作物增产潜力的方法可以应用于估测多尺度范围、不同作物的增产潜力, 研究结果可为相关部门的决策和管理提供依据。中国生态农业学报. 2016 24(8): 1123-1134.

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

孔晓乐, 王仕琴, 刘丙霞, 孙宏勇

孔晓乐, 王仕琴, 刘丙霞, 孙宏勇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(²H、¹⁸O)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, sup>2H、¹⁸O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SO₄^-2增加、HCO₃^-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·SO₄、Na·Mg-Cl·SO₄·HCO₃、Na·Mg-SO₄·Cl·HCO₃等, 是11月调水(Na·Mg·Ca- SO₄·HCO₃·Cl)和浅层地下水(Na·Mg-Cl·SO₄)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。中国生态农业学报. 2016 24(8): 1135-1144.

河北沧州国家农业科技园区发展模式探讨

孙宏勇, 刘小京, 巨兆强, 郭凯, 董博飞

孙宏勇, 刘小京, 巨兆强, 郭凯, 董博飞我国国家农业科技园区从2001年开始建设以来, 取得了长足的发展。经过10多年的发展, 许多国家农业科技园区成为了区域农业科技创新基地、区域农业新品种新技术新模式的示范基地和先进农业成果的转化基地, 为区域粮食增产、农业增效和农民增收作出了重要贡献。但是, 不同国家农业科技园区因建设背景、基础条件和发展方向的差异, 其存在不同的发展模式, 而不同的发展模式均面临一些问题。本文在借鉴前人研究成果的基础上, 通过分析现有国家农业科技园区的不同发展模式及其存在的问题, 结合河北沧州国家农业科技园区总体规划, 从建设背景、规划思路、建设目标、功能定位、产业发展分析和功能分区及可实施的发展模式等方面阐述了河北沧州国家农业科技园区的规划思路和发展模式。河北沧州国家农业科技园区的发展模式从组织发展模式、技术运行发展模式和空间布局模式3个方面进行, 是以政府引导、协会组织参与和企业(农户)为主体的组织发展模式, 以专业合作社、家庭农场和科技示范户为主体的3级并行的技术运行发展模式和以圈层布局模式的核心区、示范区和辐射区的空间布局模式。该园区的组织发展以政府为主导、协会和企业参与成立园区管委会, 制定相应的政策, 负责园区统一规划、建设和经营。在技术运行方面, 通过科技创新园研发和引进先进技术成果然后通过技术站、基地站和科技特派员对专业合作社、家庭农场、科技示范户等不同经营主体进行技术培训和示范推广。最后建立以南皮渤海粮仓试验示范区为核心区, 整个沧州市为示范区, 环渤海河北、山东、辽宁和天津“三省一市”的辐射区空间布局。中国生态农业学报. 2016 24(8): 1145-1150.