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SWAT模拟耕作方式与盐分对区域土壤氮运移及作物产量影响

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农业工程学报 2022年第3期38卷 55-65页

作者：王维刚史海滨李仙岳孙亚楠郑倩张文聪王国帅周慧闫妍窦旭内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院呼和浩特010018 高效节水技术装备与水土环境效应内蒙古自治区工程研究中心呼和浩特010018

耕作方式与土壤盐渍化是影响河套灌区氮素流失及作物产量的重要因素。明确不同耕作方式与盐渍化水平下硝态氮运移量及作物产量的变化,可为制定合理的灌区耕作措施及盐渍化治理方案提供理论依据,对于揭示灌区氮素流失控制及不同作物增产... 详细信息

耕作方式与土壤盐渍化是影响河套灌区氮素流失及作物产量的重要因素。明确不同耕作方式与盐渍化水平下硝态氮运移量及作物产量的变化,可为制定合理的灌区耕作措施及盐渍化治理方案提供理论依据,对于揭示灌区氮素流失控制及不同作物增产潜力具有重要意义。该研究基于验证后的SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型,以河套灌区2种主要土壤类型为研究对象,设置不耕作(指不添加耕作管理,CK)、免耕(T1)、少耕(T2)、常规春耕(T3)和模板犁(T4)5种耕作处理,非盐化土(S1)、轻度(S2)、中度(S3)、重度(S4)4种盐分水平,研究耕作方式与土壤盐分对灌区产水量、作物吸氮量、硝态氮淋溶量及运移量、作物产量的影响。结果表明:耕作方式与土壤盐分对区域总产水量、作物吸氮量、硝态氮淋溶量、硝态氮运移及作物产量均有显著影响(P产量均随耕作混合深度与混合效率的增加逐渐减少;作物吸氮量、玉米与葵花产量均随耕作混合深度与混合效率的增加逐渐增加。与CK相比,模板犁耕作作物吸氮量平均增加11.78%,硝态氮淋溶量平均减少16.5%,有效降低了土壤养分流失和地下水污染。增加土壤盐分通过降低土壤层有效持水量,显著增加了区域总产水量、硝态氮淋溶量(草甸盐土除外)及硝态氮地下运移量,减少了作物吸氮量和作物产量。与非盐化土相比,重度盐化土处理小麦、玉米、葵花产量平均显著减少19.15%、27.31%、26%(P作物产量。因此,为更好解决灌区污染严重和作物产量下降等问题,仍需将区域土壤盐渍化防控与治理放在首要位置。

关键词：土壤盐分氮 SWAT模型河套灌区耕作方式硝态氮运移作物产量

基于改进SWAT模型的灌溉—施肥—耕作对乌梁素海流域营养物负荷及作物产量的影响

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湖泊科学 2022年第5期34卷 1505-1523页

作者：王维刚史海滨李仙岳孙亚楠张文聪周慧内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院呼和浩特010018 高效节水技术装备与水土环境效应内蒙古自治区工程研究中心呼和浩特010018

不合理的灌溉、施肥和耕作是导致乌梁素海流域农业面源污染的主要根源,乌梁素海作为我国北方地区重要的生态安全屏障,多年来面临着湖泊水环境污染、水生态退化等问题,科学开展湖泊水环境综合治理首先要解决流域内农业面源污染问题.研究... 详细信息

不合理的灌溉、施肥和耕作是导致乌梁素海流域农业面源污染的主要根源,乌梁素海作为我国北方地区重要的生态安全屏障,多年来面临着湖泊水环境污染、水生态退化等问题,科学开展湖泊水环境综合治理首先要解决流域内农业面源污染问题.研究通过修改土壤水平衡、溶质平衡、地下水平衡和作物生长等模块对SWAT 2012原始版本进行改进,并采用改进的SWAT模型构建了乌梁素海流域分布式水文模型,利用实测径流、硝态氮与总磷排放量、地下水埋深以及作物产量校正和验证模型.基于现状情景,以玉米、葵花和小麦3种主要作物为研究对象,设置了削减灌水量、施肥量及调整耕作方式3种农田管理情景.基于改进SWAT模型不同情景的模拟结果,计算分析各管理情景下的硝态氮与总磷负荷及对各作物产量的影响.结果表明,改进SWAT模型具有良好的模拟效果.不同作物削减5%夏灌水量增产最多达8.41%~10.32%,削减10%秋浇水量均明显减少硝态氮和总磷负荷.不同作物营养物负荷均随着氮磷施肥削减比例的增大呈现逐渐降低的趋势,但下降曲线逐渐趋于平缓;各作物产量随氮磷施肥削减比例的增加呈先增加后减少的趋势,其中玉米、小麦氮磷施肥削减比例达20%时产量开始下降,葵花氮磷施肥削减比例达25%时产量开始下降.不同作物营养物负荷与小麦产量均随耕作方式混合深度与混合效率参数的增大逐渐减小,而玉米和葵花产量则随耕作参数增大逐渐增加.综合分析,削减5%夏灌水量+削减20%氮磷施肥比例+模板犁耕作组合玉米产量增幅最大达36.5%;削减10%秋浇水量+削减25%氮磷施肥比例+模板犁耕作组合葵花硝态氮负荷降幅最大达42.1%;削减5%夏灌水量+削减20%氮磷施肥比例+免耕组合小麦产量增幅最大达29.1%;而削减5%秋浇水量+削减20%氮磷施肥比例+常规春耕组合小麦硝态氮负荷减少最大达27.2%,总磷负荷减少最大达18.5%.本研究可为降低流域内面源污染、提高作物产量及减少乌梁素海营养物入湖负荷农业管理措施的实施提供理论依据.

关键词：营养物负荷作物产量农业管理措施改进SWAT模型乌梁素海流域河套灌区面源污染

不同耕作措施对宁南地区土壤物理性质及作物产量的影响

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中国农业科学 2023年第18期56卷 3543-3555页

作者：李荣鄢慧芳张龙苗芳芳勉有明侯贤清宁夏大学农学院宁夏农林科学院固原分院

【目的】针对宁夏南部旱地降水不足、耕层浅薄、作物产量低等问题，探讨不同耕作措施对宁南地区土壤物理性质及作物产量的影响，为合理改善旱地耕层土壤结构、选用适宜耕作措施和作物增产增效提供一定的理论支撑。【方法】以马铃薯和春... 详细信息

【目的】针对宁夏南部旱地降水不足、耕层浅薄、作物产量低等问题，探讨不同耕作措施对宁南地区土壤物理性质及作物产量的影响，为合理改善旱地耕层土壤结构、选用适宜耕作措施和作物增产增效提供一定的理论支撑。【方法】以马铃薯和春小麦为供试作物，在宁南旱区开展2年（2019-2020年）大田试验，设置2种耕作方式（翻耕和深松）和4种耕作深度（20、30、40和50 cm），分别为传统翻耕深度20 cm、深翻耕30 cm、深松30 cm、深松40 cm、深松50 cm等5种不同耕作措施，以传统翻耕深度20 cm处理为对照，研究不同耕作方式结合深度措施对作物收获期土壤容重、生育期土壤紧实度与水分、生育期作物生物量、产量和水分利用效率的影响。【结果】深松50 cm处理能显著降低马铃薯季和春小麦季0—60 cm层土壤容重，平均分别较对照显著降低6.49%和6.94%。马铃薯季和春小麦季各处理生育期平均土壤紧实度均以深松50 cm处理最低，分别较对照显著降低19.32%和8.11%。深松50 cm处理对提高马铃薯和春小麦季作物各生育期0—100 cm层土壤蓄水量效果最佳，平均分别较对照显著提高13.58%和25.66%。在作物整个生育期，马铃薯季和春小麦季各生育期作物干物质累积量均以深松40 cm处理最高。马铃薯季和春小麦季不同耕作处理下作物产量、纯收益和水分利用效率均以深松40 cm处理最高，马铃薯季分别较对照显著增加15.20%、18.90%和9.10%，春小麦季分别显著增加59.24%、88.20%和28.98%。不同耕作方式结合深度对土壤蓄水量、作物生物量及产量均呈极显著影响，而土壤容重和紧实度受耕作方式影响显著。【结论】不同耕作方式结合深度措施可显著改善土壤耕层结构，提高作物生育期土壤蓄水量，进而实现马铃薯和春小麦季作物产量和水分利用效率的提高，其增产增收效果以深松40 cm处理较好，可在宁南地区马铃薯和春小麦高产高效栽培中进一步推广应用。

关键词：耕作方式耕作深度土壤物理性状土壤水分作物产量

燕麦与不同作物间作对土壤线虫群落结构及作物产量的影响

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中国生态农业学报（中英文） 2023年第4期31卷 505-515页

作者：王亚南乔月静范雅琦霍瑞轩郭来春杨珍平山西农业大学农学院太谷030801 吉林省白城市农业科学院白城137000

间作是土地可持续利用的重要种植模式。土壤线虫作为土壤健康的指示生物,可揭示地下生态系统的食物网功能。为探究燕麦不同间作模式对产量和土壤线虫群落的影响,本试验分别设置燕麦单作、燕麦||大豆、燕麦||赤小豆、燕麦||马铃薯和燕麦|... 详细信息

间作是土地可持续利用的重要种植模式。土壤线虫作为土壤健康的指示生物,可揭示地下生态系统的食物网功能。为探究燕麦不同间作模式对产量和土壤线虫群落的影响,本试验分别设置燕麦单作、燕麦||大豆、燕麦||赤小豆、燕麦||马铃薯和燕麦||甘薯5个处理,分析燕麦不同间作模式对作物产量以及土壤线虫的数量、多样性和群落结构的影响,以筛选出较优的燕麦间作模式。结果表明:相比单作,间作模式在土地利用率和作物总产量方面有一定的优势,其中燕麦||马铃薯间作模式最佳,土地当量比(1.36)最高,其次为燕麦||大豆间作模式,土地当量比为1.29。4种燕麦间作模式均显著(P产量;燕麦||大豆是该试验条件下最佳的间作模式。

关键词：燕麦间作模式土地当量比线虫群落结构线虫多样性作物产量

河套灌区耕地土壤性质与作物产量空间分布特征之间的关系

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灌溉排水学报 2023年第12期42卷 7-14页

作者：宋阿维刘雨星王相平谢文萍张琛平江晓东姚荣江南京信息工程大学应用气象学院南京210044 中国科学院南京土壤研究所土壤与农业可持续发展国家重点实验室南京210008 长江大学农学院湖北荆州434025 巴彦淖尔市现代农牧事业发展中心内蒙古巴彦淖尔015001

【目的】阐明内蒙古河套灌区耕地土壤性质与作物产量空间分布特征之间的关系,提出灌区耕地水肥管理优化对策。【方法】基于经典统计学与地统计学方法,研究河套灌区耕地土壤理化性质和作物产量的空间变异性与分布特征,剖析主要作物产量... 详细信息

【目的】阐明内蒙古河套灌区耕地土壤性质与作物产量空间分布特征之间的关系,提出灌区耕地水肥管理优化对策。【方法】基于经典统计学与地统计学方法,研究河套灌区耕地土壤理化性质和作物产量的空间变异性与分布特征,剖析主要作物产量与土壤性质之间的关系,基于土壤盐渍化程度和主要作物产量的空间分布格局提出水肥优化管理对策。【结果】巴彦淖尔市土壤盐渍化程度总体偏高,土壤体积质量较大,作物产量普遍较低,有机质和氮素贫乏,有效磷适量、速效钾富余。土壤含盐量属于强变异,有机质、全氮、有效磷、速效钾和作物产量系数属于中等变异,体积质量和pH值属于弱变异。在空间分布特征上,土壤含盐量呈中部高、四周低的空间格局;作物产量系数呈自西南向东北的递减趋势;有机质量自西向东递增;体积质量、pH值、全氮量、有效磷量呈中部高,东、西部低的空间格局;灌区东南部速效钾量贫乏。土壤含盐量是制约内蒙古河套灌区作物产量的突出因子。【结论】兼顾土壤培肥与作物增产,建议深施氮肥和有机肥,重度盐渍化和盐土区域建议尿素、有机肥施用量为225、3393.7 kg/hm^(2);中度盐渍化区域为295.4、2332.8 kg/hm^(2);轻度和非盐渍化区域为365.1、1280.9 kg/hm^(2)。建议重点完善灌区西北、南部和东南地区的排水系统,提高中部和东部地区排水、排盐效率。

关键词：河套灌区土壤性质作物产量空间分布土壤盐渍化水肥管理

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干旱对作物产量影响研究进展与展望

地理学报 2021年第11期76卷 2632-2646页

作者：刘宪锋傅伯杰陕西师范大学地理科学与旅游学院西安710119 中国科学院生态环境研究中心北京100085

粮食安全关乎人类生存和社会发展,是总体国家安全观的重要组成部分。本文首先梳理了作物产量影响因素及干旱对作物产量的影响过程,进而从基于田间控制实验、统计模型、作物生长机理模型以及遥感反演模型等4个方面系统回顾了干旱对全球... 详细信息

粮食安全关乎人类生存和社会发展,是总体国家安全观的重要组成部分。本文首先梳理了作物产量影响因素及干旱对作物产量的影响过程,进而从基于田间控制实验、统计模型、作物生长机理模型以及遥感反演模型等4个方面系统回顾了干旱对全球主要作物产量影响评估的最新进展,揭示出当前研究呈现出由单灾种向多灾种、由单目标向多目标、由统计模型向综合模型转变的特征。文献计量分析表明,1990—2020年干旱对作物产量影响研究发文量呈指数增长,且研究主题经历了由传统的作物水分胁迫到作物受旱影响与适应综合研究的转变过程,体现出研究视角的不断深化和综合。在学科分布上,农学、植物学和环境科学是研究干旱对作物产量影响的主要学科,建议应加强地理学多要素多尺度的系统性思维在粮食和水资源耦合系统研究中的应用。最后,在分析现有问题和挑战的基础上,将未来应关注的重要议题归纳为以下4个方面,即构建干旱对作物产量影响的多源信息数据库、阐明干旱对作物产量影响的关键过程及机理、发展耦合宏观与微观过程作物生长机理模型和搭建作物产量与粮食安全综合监测平台系统,旨在通过提高干旱对作物产量影响的监测预警和科学管控,实现农业可持续发展和全球粮食安全。

关键词：干旱作物产量粮食安全研究进展研究展望

稻麦轮作体系下有机肥施用对作物产量和土壤性质影响的整合分析

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应用生态学报 2021年第9期32卷 3231-3239页

作者：李圆宾李鹏王舒华徐璐瑶邓建军焦加国南京农业大学资源与环境科学学院南京210095

为明确稻麦轮作系统有机肥施用对作物产量和土壤性质的影响,本研究搜集已公开发表的文献数据,利用meta分析法定量分析了有机肥类型(普通有机肥、生物质炭、秸秆)、施用策略(单施有机肥、有机肥配施部分化肥、有机肥配施全量化肥)、施用... 详细信息

为明确稻麦轮作系统有机肥施用对作物产量和土壤性质的影响,本研究搜集已公开发表的文献数据,利用meta分析法定量分析了有机肥类型(普通有机肥、生物质炭、秸秆)、施用策略(单施有机肥、有机肥配施部分化肥、有机肥配施全量化肥)、施用年限(短期、中期、长期)对稻麦产量和土壤性质的影响及其对不同土壤条件(酸性、中性、碱性)的响应。结果表明:与单施化肥相比,有机肥施用对水稻和小麦的增产效应相近,分别为3.1%和3.0%。有机肥施用对土壤性质的提升效果更明显,显著降低了土壤容重(5.7%),显著提高了土壤有机质、全氮、全磷、碱解氮、速效磷和速效钾含量,以及微生物生物量碳、氮,增幅在11.7%~38.4%。不同类型有机肥中,生物质炭和普通有机肥对土壤性质的改良效果优于秸秆;与单施有机肥相比,有机肥配施化肥的作物增产效果更好,而土壤性质改良效果较差;随着有机肥施用年限增加,作物增产和土壤肥力提升效应逐渐增强;在酸性土壤条件下有机肥施用对作物的增产效果最显著。土壤容重与稻麦周年产量呈显著负相关,而土壤全氮、速效磷、速效钾含量和微生物生物量氮与稻麦周年产量呈显著正相关关系。

关键词：稻麦轮作系统有机肥作物产量土壤性质整合分析

不同生物炭对酸性农田土壤性质和作物产量的动态影响

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环境科学 2020年第4期41卷 1914-1920页

作者：杨彩迪宗玉统卢升高浙江大学环境与资源学院杭州310058

为研究不同原料生物炭对农田土壤酸度、交换性能、磷素养分以及作物产量的综合动态影响,试验设置空白(CK)、水稻秸秆生物炭(RSB)、玉米秸秆生物炭(MSB)、小麦秸秆生物炭(WSB)、稻壳生物炭(RHB)和竹炭(BCB)这6种处理,生物炭按质量分数0.1... 详细信息

为研究不同原料生物炭对农田土壤酸度、交换性能、磷素养分以及作物产量的综合动态影响,试验设置空白(CK)、水稻秸秆生物炭(RSB)、玉米秸秆生物炭(MSB)、小麦秸秆生物炭(WSB)、稻壳生物炭(RHB)和竹炭(BCB)这6种处理,生物炭按质量分数0.1%施入农田进行长期定点试验,测定水稻、油菜和玉米这3季作物产量和作物收割后的土壤理化性质.结果表明,添加不同原料生物炭可有效提高土壤pH和交换性能,降低交换性酸含量,作用效果随时间下降.生物炭对盐基离子组成的影响为提高交换性K^+、Ca^2+和Mg^2+含量,降低Na+含量.生物炭能不同程度地增加土壤有机质(SOM)、速效磷、总磷和无机磷(Al-P和Fe-P)含量,作物产量较当季对照显著提高(P作物产量方面效果较好.

关键词：生物炭酸化交换性能磷素养分作物产量

有机(类)肥料对作物产量、土壤养分及土壤微生物多样性的影响

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江苏农业学报 2023年第8期39卷 1772-1783页

作者：李其胜杨凯蒋伟勤贾艳艳殷小冬李青董青君杨文飞杜小凤顾大路江苏徐淮地区淮阴农业科学研究所江苏淮安223001 淮安市淮安区农业技术推广中心江苏淮安223232

过量的化肥施用导致土壤退化,降低耕地生产力的可持续性。合理地培肥土壤是作物稳产、增产的关键,为实现农业绿色可持续发展,施用有机(类)肥料成为必然的趋势。本文综述了有机(类)肥料种类、制造工艺、产品标准以及施用有机(类)肥料对... 详细信息

过量的化肥施用导致土壤退化,降低耕地生产力的可持续性。合理地培肥土壤是作物稳产、增产的关键,为实现农业绿色可持续发展,施用有机(类)肥料成为必然的趋势。本文综述了有机(类)肥料种类、制造工艺、产品标准以及施用有机(类)肥料对作物产量、作物养分利用率、土壤物理结构和养分含量的影响,探讨了施用有机(类)肥料条件下农田土壤酶活性和微生物多样性的变化。分析了当前有机(类)肥料研究和推广应用中存在的问题,对有机(类)肥料在未来农业中的研究方向和应用进行了展望,为实现绿色可持续性生产提供有益参考。

关键词：有机(类)肥料作物产量土壤养分土壤酶微生物多样性