宽幅精播技术节水高产理论机制仍不明确.本研究于2017-2019年小麦生长季,以'济麦22'为试验材料,在测墒补灌节水栽培条件下,设置宽幅精播、常规条播两种种植方式和20、25、30 cm3种行距,研究了种植方式对小麦根系生物量、衰老特性、水分利用特性、棵间蒸发量和籽粒产量的影响,以探索宽幅精播种植方式对小麦根系生理特性、耗水特性及籽粒产量的影响.结果表明:宽幅精播条件下行距为25 cm处理(K25)0～20和20～40 cm 土层根重密度、根系可溶性蛋白含量、根系活力较其他处理分别提高7.2％～23.9％、8.7％～25.1％、10.7％～29.9％和 7.3％～27.6％、8.0％～38.5％、15.2％～32.7％;同一行距下,宽幅精播处理土壤贮水消耗量及其占总耗水量的比例显著高于常规条播处理,而灌溉量和棵间蒸发量低于常规条播处理;K25处理开花至成熟期耗水量及耗水模系数显著高于其他处理,籽粒产量、水分利用效率和灌水利用效率也显著高于其他处理.综上,本试验条件下采用基本苗180～270株·m-2、行距25 cm是黄淮海麦区宽幅精播种植方式下节水高产的适宜种植模式.

黄淮海地区水资源紧缺以及氮肥不合理施用制约着小麦产量和水肥利用效率的协同提高.本研究采用两因素裂区设计,主区为3个灌溉水平:在小麦拔节期和开花期0～40 cm 土层土壤相对含水量均分别补灌至65％(W1)、75％(W2)和85％(W3);副区为4个施氮量:施纯氮0(N0)、150(N1)、180(N2)和210(N3)kg·hm-2,分析不同水氮运筹方式对小麦花后光合物质生产能力、籽粒产量和水氮利用效率的影响.结果表明:小麦产量随灌溉水平和施氮量的提高呈增加趋势,W2N2处理具有较高的籽粒产量,为9103.53 kg.hm-2;继续增加水氮投入对小麦产量无显著影响.在相同施氮量条件下,与W1相比,W2条件下小麦花后冠层光截获率、叶绿素相对含量和实际光化学效率分别平均提高了 4.5％～6.0％、19.7％～28.2％和7.5％～9.8％,与W3相比均无显著差异.同一灌溉水平下,N2处理花后干物质积累量较N0和N1处理分别平均增加80.1％～88.9％和16.7％～22.2％,与N3处理间无显著差异.小麦灌溉水利用效率和氮肥偏生产力均表现为随灌溉水平和施氮量的增加而降低,W1、W2和W3处理下小麦灌溉水利用效率分别为16.23、11.01和7.91 kg·hm-2·m-3,N1、N2和N3处理下氮肥偏生产力分别为50.8％、48.4％和42.5％.综上,在测墒补灌条件下,综合考虑小麦产量和水氮利用效率,小麦拔节期和开花期0～40 cm 土层土壤相对含水量均补灌至75％协同施氮180 kg·hm-2(W2N2)是该地区小麦节水节肥、高产高效的最优水氮运筹方式.

稻田甲烷排放是农业源甲烷排放的主要来源.东北黑土地区是我国最大的粮食生产基地,农业温室气体减排是实现黑土地永续利用的关键议题之一.运用稻田甲烷排放模型(CH4MOD)核算并分析了 2009-2018年东北黑土地区稻田甲烷排放的时空演变特征,结合GOSAT卫星遥感数据探究了水稻生产与区域甲烷排放的时空动态联系,进一步量化了稻田甲烷对区域甲烷排放的贡献程度及不同情景下的排放潜力.结果表明,受水稻生产面积扩张和排放强度提高的影响,东北黑土地区稻田甲烷排放总量从2009年的39.05万t增加到2018年的79.53万t.东北黑土地区区域甲烷排放在季节变化和栅格单元上表现出与稻田甲烷排放较为一致的时空动态,大规模的稻田耕作可能会增加水稻生产与区域甲烷排放直接相关的可能性.随着水稻持续扩种稳产,2018年东北黑土地区水稻生产贡献了区域甲烷排放总量的15.04％,其中黑龙江省的贡献率高达31.06％.在基准发展情景下,预计2035年东北黑土地区稻田CH4排放量较2018年增加19.5％;在粮食供给保障情景下,维持当前稻田耕作面积,水稻生产集约化程度提高,预计其稻田CH4排放量较2018年减少0.88％;在此基础上,采取促进秸秆还田、增施有机肥、实施节水间歇灌溉等稻田管理措施将使稻田CH4排放量增加17.8％-63.6％.以满足膳食需求和供给保障为导向,优化水稻种植结构、控制稻田耕作面积,推动技术进步、品种改良以提升单产水平,采取化肥和有机肥搭配施用、节水间歇灌溉等途径能够缓解稻田甲烷排放.研究综合运用自上而下的遥感数据和自下而上的模型运算,刻画了水稻生产与区域甲烷排放的时空联系,进一步评估了稻田甲烷的排放潜力及减排措施的减排效果,为促进东北黑土地区农业甲烷减排和生产布局优化提供了理论依据和决策参考.

[目的]探索节水、控水方式调控苹果水分高效利用效率的机制,优化渭北苹果主产区节水、丰产和增收的管理方式.[方法]以陕西省咸阳市乾县铁佛镇果友协会试验站8年生'烟富3号/T337'苹果树为试材,设置充分灌溉(灌溉后土壤相对含水量为75％)和轻度亏缺灌溉(灌溉后土壤相对含水量为50％)2个灌水量水平,组成果实生长期和膨大期均充分灌溉(CK)、果实生长期和膨大期均轻度亏缺灌溉(W1)、果实生长期轻度亏缺灌溉和膨大期充分灌溉(W2)及果实生长期充分灌溉和膨大期轻度亏缺灌溉(W3)4个灌溉模式处理,测定春梢生长指标、果实品质指标和果实产量指标,计算水分利用效率、灌溉水利用效率、果实综合评价满意度,以明确最佳的亏缺灌溉方式.[结果](1)苹果新梢长度及叶片叶绿素相对含量(SPAD)在各处理间无显著性差异,而其春梢直径在各处理下显著降低.(2)与CK相比,单果质量在W1处理下显著降低了 10.3％,果实可滴定酸含量在W2处理下显著降低14.7％,果形指数和可溶性固形物含量在3种水分亏缺灌溉处理下均无显著变化.(3)W1处理能显著提高果皮黄色值b*,W2处理能显著提高果皮色泽饱和度C*,而各亏缺灌溉处理对果皮亮度值L*和红绿值a*均无显著影响.(4)与CK相比,果实产量在各亏缺灌溉处理下降低13.4％～24.7％,但仅W1处理降幅达显著水平;果树灌溉水利用效率在各亏缺灌溉处理均不同程度提高,但仅W1处理显著提高了 38.0％;果树耗水量和水分利用效率在各亏缺灌溉处理下无显著性差异.(4)果实综合评价满意度表现为W2＞CK＞W3(W1).[结论]陕西渭北地区苹果在生长期轻度亏缺灌溉和膨大期充分灌溉(W2)模式下果实的综合评价满意度最高,果实产量、单果重无显著变化,而果实品质较优,果树水分利用效率较高.

了解根系吸水模式对缺水地区发展高效的灌溉管理措施至关重要.大多数估算根系吸水的模型或传统方法都需要对根系形态有详细的了解,而这很难在原位条件下获得.本研究借助Insentek水分监测仪来估算地下滴灌条件下冬小麦-夏玉米的根系吸水特征.试验于2018-2019年在防雨棚下测坑内进行,地下滴灌灌溉量分别为作物蒸发蒸散量(ETc)的0.4、0.8、1.0和1.2倍,记为0.4ETc、0.8ETc、1.0ETc和1.2ETc,并设置地面灌溉处理为对照(CK).结果表明:土壤上层(20～50cm)和下层(60～100 cm)根系对水分的吸收存在互补效应;除0.4ETc外,灌溉后,下层土壤根系吸水速率降低;在各灌溉周期的后期,当上层根系吸水速率降低时,下层根系吸水速率表现为增强趋势;与CK处理相比,1.0ETc处理的根系吸水速率波动幅度较小,其冬小麦和夏玉米产量分别增加7.4％和15.3％;与1.0ETc处理相比,0.8ETc处理主要降低了冬小麦灌浆前期和夏玉米灌浆后期的测定间隔累计根系吸水量,最终,0.8ETc处理冬小麦的产量增加12.7％,而夏玉米产量没有显著降低;与1.0ETc处理相比,0.8ETc处理的水分利用效率显著增加.综上,地下滴灌适度亏缺灌溉(0.8ETc)能增强深层土壤根系吸水能力,提高冬小麦的产量及冬小麦-夏玉米水分利用效率,是一种有效的高产节水灌溉策略.

秸秆还田、高效肥料、节水减氮是我国农业绿色发展主推技术,高产低排放品种是减少稻田CH4排放重要方向.为明确秸秆还田下氮肥减量及节水灌溉集成技术对不同品种水稻田CH4排放的影响,本研究以双季稻为对象,采用随机区组的裂区试验设计,设置施用尿素+间歇灌溉(U)、尿素减量20％+秸秆还田+间歇灌溉(US+S)、控释尿素减量20％+秸秆还田+间歇灌溉(CRUS+S)、尿素减量20％+秸秆还田+节水灌溉(US+S+SWD)共4个主区因素,常规稻和杂交稻作为2个副区因素,利用静态箱-气相色谱法监测双季稻生育期内CH4排放规律及减排效果.结果表明,碳投入、氮投入、灌溉量和分蘖数是影响双季稻CH4排放的主要因素.秸秆还田可补充氮肥20％减量的养分,并显著促进常规稻和杂交稻CH4的排放,其中常规稻增排60.0％～107.8％,杂交稻增排99.8％～107.8％,这主要归结于秸秆还田带来大量碳源.秸秆还田搭配控释尿素并不能减少CH4排放,较US+S增排1.8％～9.7％(除常规晚稻外).节水灌溉能显著控制秸秆还田下CH4排放的大量增长,相比US+S,US+S+SWD处理显著降低了CH4排放15.9％～23.1％.各处理间产量无显著差异,表明秸秆还田下氮肥减量及节水灌溉可以达到稳产作用.杂交稻CH4排放量及产量略高于常规稻,但不存在显著差异.总体而言,秸秆还田显著提高CH4排放量,控释尿素和减量施氮无明显减排效果,节水灌溉能有效降低秸秆还田下单位产量的CH4排放强度.未来随着稻田秸秆还田比例增加,优化水分管理以促进秸秆好氧分解将成为CH4减排的关键.

为优化北方晚熟冬麦区冬小麦节水灌溉方式,于2018-2020年连续2年进行田间试验,第一年设置全生育期不灌水(CK)、越冬期1水(W)、拔节期1水(J)、孕穗期1水(B)、越冬期+拔节期2水(WJ)、越冬期+孕穗期2水(WB)、拔节期+孕穗期2水(JB)以及生产上采用的越冬期+拔节期+孕穗期3水(WJB)共8个处理;在第一年试验结果基础上,第二年设置CK、W、B和WB共4个处理,调查了不同灌水处理对冬小麦群体、花后干物质和籽粒淀粉积累的影响.结果表明:灌越冬水W更有利于提高冬小麦群体总茎数;与CK相比,灌水处理(B除外)显著提高花前及花后干物质积累量;早期灌水(如W)有利提高花前贮藏同化物向籽粒转运量,而后期灌水(如B)有利提高花后积累同化物向籽粒分配量;花前贮藏同化物与花后积累同化物对籽粒贡献率因夏闲期降水而异;随灌水次数及灌水总量增加,花后同化物对籽粒贡献率增大.成熟期不同器官干物质含量和比例表现为籽粒(约50％)＞茎鞘+叶片(约33％)＞颖壳+穗轴(约17％);灌水提高了籽粒淀粉及其组分含量,而降低了直链淀粉与支链淀粉比值.灌越冬水W或孕穗水B处理的籽粒总淀粉及其组分含量较高,而直/支比值较低.增加灌水次数及灌水总量,籽粒总淀粉及其组分含量均先增加后降低,而直/支比值降低.籽粒总淀粉和支链淀粉含量表现为JB＞WJB＞WB＞WJ＞W＞B＞J＞CK,灌2水和灌3水处理间差异不显著.综合考虑冬小麦群体发育、花后干物质和籽粒淀粉积累以及节水等因素,本试验条件下以WB处理更好.本研究结果可为该区冬小麦节水稳产提供科学依据.

水资源是基础性自然资源和战略资源,科学量化水资源供给服务的供需关系、识别供需矛盾的突出区域是进行流域水资源管理的重要前提.以大清河流域为例,利用InVEST模型,建立了水资源供给服务空间流动量化方法,预测了用水效率提升、节水灌溉两种节水政策情景对水资源供给服务供需关系的影响.结果表明:(1)流域水资源供给服务和水资源需求量均呈现出上游低、下游高的空间分布格局,农业用水为流域主要用水类型,2010-2015年,流域水资源供给服务增长0.97％,水资源需求量出现了 9.6％的下降;(2)2010-2015年,流域整体水资源供给服务的供需比由0.78提升至0.88,服务的空间流动使得上游盈余的水量缓解了中下游的用水压力,但中下游水资源需求大于供给的问题仍普遍存在;(3)提升用水效率、推行节水灌溉这两种节水政策均能够有效改善大清河流域的水资源供需关系,分别可将流域水资源供需比提升至0.97和0.96,基本达到供需平衡.研究可为北方资源型缺水流域水资源供需匹配度的提高、节水政策潜力的评估提供借鉴.

干湿交替灌溉(节水栽培)水稻较传统淹灌栽培表现出较高的生产潜力,其高产形成除因土壤水分改变有关外,可能还与根区水分变化引起的土壤氮素形态改变有关.该研究于2016年通过设置传统淹灌(W1)和干湿交替灌溉(W2)水分处理,以及氮素形态配比[硝态氮:氨态氮=100:0(N1)、50:50(N2)和0:100(N3)]处理,并通过温室盆栽试验探讨水分与氮素形态互作对水稻花期光合生理及产量形成的影响.结果表明:(1)W 2水分处理产量及其构成因子、光合生产能力、收获指数、氮素收获指数以及氮素籽粒生产效率均显著高于W1处理,其N素累积量略低于W1处理.(2)在不同氮素形态之间,N2处理的产量水平显著高于N3和N1处理,这主要是N2处理加强了水稻物质转运以及光合生产能力,其中叶片含氮量和N素浓度提高可能是N2处理呈现出高光合性能的重要原因.(3)氮素利用效率以N1处理最高,随后依次分别为N2和N3处理.研究发现,土壤水分与氮素形态对促进水稻产量、产量构成因子、收获指数等形成均存在显著的互作效应,且W2 N2处理的效应较其他处理更明显.

2014-2015和2015-2016年小麦生长季,设置微喷带长宽组合处理:带宽65 mm下设置带长60m(T1)、80m(T2)和100m(T3)处理,带宽80 mm下设置带长60m(T4)、80 m(T5)和100 m(T6)处理,研究不同组合对麦畦各区段(沿微喷带铺设方向分为D1至D6)水分和旗叶叶绿素荧光特性的影响.结果表明:拔节期灌溉,带宽65 mm下喷洒均匀系数为T1＞T2、T3,带宽80 mm下为T4、T5＞T6;开花期灌溉,带宽65 mm下为T1＞T2 ＞T3,带宽80 mm下为T4＞T5 ＞T6.65 mm带宽下,T1开花期灌溉后各区段0～40 cm土层平均土壤相对含水量,以及花后20和30 d旗叶实际光化学效率(ΦPSII)、非光化学猝灭系数(NPQ)、电子传递效率(ETR)和籽粒产量均无显著差异;T2为D1、D2 ＞D3 ＞D4 ＞D5;T3为D1、D2＞D3＞D4＞D5、D6.各区段花后20和30 d旗叶ΦPsII、NPQ、ETR以及成熟期各区段干物质积累量为T1＞T2、T3.80 mm带宽下,T4开花期灌溉后各区段0～40 cm土层平均土壤相对含水量,以及花后20和30 d旗叶ΦPSII、NPQ、ETR和籽粒产量无显著差异,T5为D1、D2、D3＞ D4、D5;T6为D1、D2、D3 ＞D4 ＞D5 ＞D6.各区段花后20和30 d旗叶ΦPsII、NPQ、ETR以及成熟期各区段干物质积累量为T4、T5＞T6.籽粒产量和水分利用效率为T1、T4、T5＞T2、T3、T6,灌溉效益T1、T4优于T5处理.本试验条件下,带宽65 mm下T1和带宽80 mm下T4为节水高产的最优处理,T5为较优处理.