摘要：为了探究寒地黑土区水稻植株干物质积累对耗水过程的响应规律,于2017年在黑龙江省水稻灌溉试验站的蒸渗仪内进行了水稻耗水试验。采用U7(76)均匀试验设计,深入解析了各生育阶段耗水量对水稻干物质量及干物质积累过程的影响。结果表明,各生育阶段耗水量对水稻干物质积累的影响决定系数由大到小依次为:抽穗开花期、拔节孕穗期与抽穗开花期的耦合效应、拔节孕穗期、抽穗开花期与乳熟期的耦合效应、分蘖中期与抽穗开花期的耦合效应、分蘖中期与拔节孕穗期的耦合效应、分蘖中期。在水稻营养生长阶段,各阶段耗水量通过影响干物质积累进入快速增长的时间和最快增长速率,进而间接影响干物质积累量,分蘖中期耗水量每增加1 mm,将提前0.459 d进入干物质积累快速增长阶段;拔节孕穗期耗水量每增加1 mm,干物质积累的最快增长速率提高0.011 3 g/d。进入生殖生长阶段,各阶段耗水量对干物质积累量的直接影响大于间接影响。各生育阶段耗水量对水稻产量和干物质量的影响排序相同,由大到小依次为:抽穗开花期、拔节孕穗期、分蘖中期、乳熟期、分蘖前期、分蘖后期,拔节孕穗期、抽穗开花期耗水量与水稻经济系数呈显著负相关。研究结果可为寒地黑土区水稻合理制定灌溉制度提供理论依据。

摘要：为探究黑土区施用生物炭对土壤水分及其入渗性能影响的持续性,2016—2018年连续3年在东北黑土区进行了单次施加生物炭(75t/hm2,BC处理)和不施加生物炭(CK处理)的室内外对比试验,分析各土层土壤含水率及土壤水分入渗过程。结果表明:施加生物炭可增加各土层土壤含水率,使其极值比Ka和变异系数Cv减小,且土壤含水率、Ka、Cv的变化幅度均随生物炭施用年限增加而减弱,2016—2018年苗期耕层土壤含水率增加最多,分别增加了14.54%、11.48%和7.08%;施加生物炭明显增大了土壤累积入渗量、土壤入渗速率,增强了土壤入渗能力,促进了湿润锋的运移,各年份BC处理土壤累积入渗量由大到小依次为2016年、2017年、2018年,初始入渗速率f1分别增加了70.48%、58.98%和48.41%,土壤稳定入渗速率fc由大到小依次为2016年BC处理(1.65mm/min)、2017年BC处理(1.22mm/min)、2018年BC处理(1.17mm/min)、2016年CK处理(0.46mm/min)、2017年CK处理(0.43mm/min)和2018年CK处理(0.38mm/min);2016—2018年中,2016年BC处理湿润锋运移距离最深(32.24mm),各表征土壤入渗性能的指标均于生物炭施用当年效果最优,而后逐年减弱;土壤累积入渗量与时间具有幂函数关系,湿润锋运移距离与时间具有三次函数关系,R2均在0.963~0.998之间;Philip、Kostiakov、Horton3个入渗模型拟合对比结果表明,Kostiakov模型R2最高(0.946~0.991)、RMSE最小(0.516~1.941mm/min),拟合参数与实际情况相符,故本研究中Kostiakov模型拟合的土壤水分入渗过程最优。本研究可为东北黑土区施加生物炭后改良土壤水分入渗过程提供理论依据。

摘要：在3种地形坡度条件下,开展了施加生物炭后连续两年的土壤水动力学效应试验研究,探究不同坡度坡耕地施加生物炭当年和次年对土壤水分常数、土壤水分特征曲线、比水容量、非饱和导水率K(h)和非饱和扩散率D(θ)的影响。结果表明:施用生物炭当年和次年均使土壤田间持水率和饱和含水率增大,且随坡度增加其增率变大,生物炭因子两年内对土壤水分常数的影响显著(P 0. 05),即生物炭因子作用更明显;施用生物炭两年内,在各个土壤吸力条件下土壤含水率均增大,土壤持水性增强,且同地形坡度呈正相关关系、同年限呈负相关关系;生物炭在两年内均增大土壤比水容量,使其供水能力加强,最大增量1. 830 207×10^(-3)cm^3/cm^4;地形坡度对K(h)无明显影响,但施加生物炭可使K(h)增大,土壤导水性增强,2016、2017年K(h)最高分别增加239. 61%、164. 04%;施加生物炭可降低D(θ),抑制土壤水分的水平运动,随地形坡度增加抑制效果增强。生物炭施用当年对各土壤水动力学参数的影响大于施用次年。研究结果可为东北黑土区坡耕地农业水土保护和利用提供理论依据。

摘要：为探究施用生物炭对东北黑土区不同坡度坡耕地土壤肥力和大豆产量影响的持续性,于2016—2018年在3种典型坡度的坡耕地上开展生物炭持续效应试验,分析施加生物炭对土壤团聚体及其稳定性、土壤养分指标、大豆产量及其构成要素影响的持续性,并采用改进的灰色理论预测模型对大豆产量进行预测,进而确定生物炭一次性施入后的增产作用年限。结果表明:施用生物炭使土壤团聚体直径d0.25mm的土壤大团聚体含量显著增加;施用生物炭使大于0.25mm的水稳性团聚体含量比例R0.25、平均质量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)增加,使土壤不稳定团LT粒指数ELT减小,即土壤团聚体稳定性提高,该稳定性增强幅度随坡度增大、施炭后时间延长而减小;施加生物炭使土壤pH值、铵态氮、速效钾、有机质含量这4个指标显著增加(P<0.05),最大增长率分别为17.88%、27.23%、20.31%、17.51%,施炭后土壤养分等级有所上升,土壤肥力增强,增强效果与施炭后年限呈负相关,但生物炭对有效磷含量并无明显影响;施加生物炭后,大豆单株荚数、单株粒数、百粒质量、产量均显著提高(P<0.05),增产率高达26.29%,并且坡度越大、施炭年限越长,各指标增加幅度越小,各因素对大豆产量影响由大到小依次为施炭与否、坡度、施炭后年限;改进的多变量灰色预测模型精度较高,预测单次施用生物炭后大豆增产有效时间为5~6年。研究结果可为东北黑土区生物炭应用提供理论依据。

摘要：为了研究黑土区施加生物炭的施用模式,以东北黑土区3°坡耕地田间径流小区为研究对象,进行了为期3年的观测。2015年按照生物炭的施加量共设置C0 (0 t/hm2)、C25(25 t/hm2)、C50(50 t/hm2)、C75(75 t/hm2)、C100(100 t/hm2) 5个处理,2016、2017分别连续施加等量的生物炭。分析了黑土区连续3年施加生物炭后土壤理化性质、水土保持效应、节水增产效应等指标的变化规律,并建立改进的TOPSIS模型对生物炭的施用模式进行综合评价。结果表明:土壤有机碳密度、pH值随施炭量的增加均呈线性递增趋势,土壤容重随施炭量的增加呈线性递减趋势,且施用年限越久,作用越明显;施用1年时田间持水率随施炭量的增加呈线性递增趋势,C100处理田间持水率最大,为35. 48%,连续施用2年、3年时田间持水率随施炭量的增加呈先增后减的二次抛物线变化,均为C50处理达到最大,分别为36. 20%、36. 24%; 3年的年径流量和年土壤侵蚀量随施炭量的增加均呈先减后增的二次抛物线变化,连续施加2年50 t/hm2的生物炭减流效果和抗土壤侵蚀效果最优;连续3年施加生物炭均提高了大豆产量和水分利用效率,各年份产量和水分利用效率提高最大的分别为C75 (21. 8%、25. 3%)、C50 (33. 3%、27. 6%)、C50(24. 1%、19. 8%);在不同施炭量和施用年限条件下,改进的TOPSIS模型能客观、清晰地描述土地生产力变化过程,并总结出生物炭施用模式,即连续施加2年50 t/hm2的生物炭对土地生产能力的提升最优,其次是施加1年75 t/hm2的生物炭。

摘要：为探明黑土区施加生物炭对土壤持水性能、土壤养分以及大豆生长的影响,以东北黑土区3°坡耕地田间径流小区为研究对象,进行为期4年的观测。按照生物炭施加量,2015年共设置C0(0 t/hm^2)、C25(25 t/hm^2)、C50(50 t/hm^2)、C75(75 t/hm^2)、C100(100 t/hm^2)5个处理,2016—2018年分别连续施加等量的生物炭。结果表明:连续4年,0~60 cm土层土壤储水量随施炭量的增加呈先增大、后减小的趋势,而对60~100 cm土层土壤储水量影响不显著;连续4年,饱和含水率随施炭量的增加呈逐渐增大的趋势;2015年田间持水率、凋萎系数随施炭量的增加呈逐渐增大趋势,2016—2018年呈先增加、后减小趋势;连续4年,施加生物炭提高了大豆各生育阶段的株高和叶面积,同期相对较优处理分别为C75、C50、C50、C25;连续4年,大豆冠层覆盖度与施炭量呈抛物线变化(R^2均在0.89以上,P<0.01),连续施加2年的C50处理各生育期提高量最大,与C0相比提高了81.4%、36.7%、31.5%和39.6%;连续4年,土壤pH值和有机质、速效钾含量随施炭量的增加呈逐渐升高趋势,碱解氮、有效磷含量呈先升高、后降低趋势,相对较优处理为C50、C50、C25、C25。采用改进的内梅罗指数模型计算的土壤综合肥力指数与产量呈正相关(R^2=0.8615,P=0.0012,RMSE为0.75),土壤综合肥力水平最高的生物炭施用模式为连续2年施加50 t/hm^2的生物炭。

摘要：为探明黑土区施加生物炭对土壤结构、土壤肥力和作物产量及其可持续性的影响,以东北黑土区3°坡耕地田间径流小区为研究对象,进行了为期4年的观测。2015年按照生物炭的施加量共设置C0(0 t/hm^2)、C25(25 t/hm^2)、C50(50 t/hm^2)、C75(75 t/hm^2)、C100(100 t/hm^2)5个处理,2016—2018年分别连续施加等量的生物炭。结果表明:连续4年随施炭量的增加土壤容重呈逐渐降低趋势、孔隙度呈逐渐升高趋势,且施用年限越长,作用越明显;连续4年广义土壤结构系数(GSSI)随施炭量的增加呈先增大后减小的变化趋势,土壤三相结构距离指数(STPSD)呈先减小后增大的变化趋势,均在第2年C50处理取得最大(小)值(98.31、4.87),同时土壤三相比最接近理想状态;连续4年大于0.25 mm的土壤团聚体含量(R0.25)、平均质量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)随施炭量的增加均呈先增大后减小的变化趋势,均在第2年C50处理取得最大值;连续4年土壤速效钾、有机质含量随施炭量的增加逐渐升高,土壤碱解氮和有效磷含量先增加后减小,各年份土壤碱解氮和有效磷含量提高最多的分别为C50(46.1%、76.6%)、C50(46.4%、85.4%)、C25(33%、100.7%)、C25(23.9%、103.2%);连续4年施加生物炭均可提高大豆产量、单株荚数、单株粒数和百粒质量,在第2年C50处理增产最大,增产率为33.3%,同时产量可持续性最强,产量可持续性特征指数(SYI)为0.871。

摘要：为探讨东北黑土区连续多年施加生物炭的应用效果及其综合影响,寻找最佳的施碳量以及施加年限,于2015年在位于黑龙江省北安市的红星农场开展了生物炭最佳施用模式的研究。按照生物炭的施加量设置Y0(0 t/hm^2)、Y25(25 t/hm^2)、Y50(50 t/hm^2)、Y75(75 t/hm^2)、Y100(100 t/hm^2)5个处理,每个处理重复两次,连续施加4年(2015-2018年),对土壤理化性质、水土保持效应以及节水增产效应等指标进行观测,建立基于优化遗传算法的投影模型,对指标进行了综合评价。结果表明:随着生物炭施加量、施加年限的增加,土壤容重呈现降低趋势,土壤p H值、土壤碳氮比则呈现上升趋势,且生物炭的累积施加量越大,这种趋势就越明显。Y25、Y50处理下的田间持水率随着施加年限的增加呈现逐年升高趋势,Y75处理则呈现出先升高、后降低的趋势,Y100处理则呈现逐年下降趋势,其中2018年Y25处理下的田间持水率为37.33%。径流系数与土壤侵蚀量均与施炭量呈现先降低、后升高的趋势,连续施加两年50 t/hm^2生物炭的径流减少效果与抗侵蚀效果最优。连续施加4年25 t/hm^2生物炭的玉米产量在所有处理中最高,为10 350 kg/hm^2。水分利用效率(WUE)的最优处理为2015年的Y50,为32.85 kg/(mm·hm^2)。通过综合评价模型得出,连续3年施加32.63 t/hm^2生物炭为东北黑土区最佳生物炭施用模式。该研究结果可为生物炭对黑土区土壤改良提供理论依据。

摘要：为探讨节水灌溉种植模式对水稻体内的水分分布特征和抗倒伏特性的影响,于2017年5—10月在黑龙江省庆安县采用测坑微区进行试验。试验设置3个处理:滴灌旱直播(DH)、漫灌旱直播(MH)和常规插秧淹灌(CK),并以CK处理作为对照。结果表明:DH与MH处理的叶、鞘、茎和冠部湿基含水率在全生育期均低于CK处理,但根部湿基含水率从分蘖末期开始均高于CK处理。乳熟期和黄熟期茎部不同节间湿基含水率(W)、节间长度(L)、株高均以DH处理最低、CK处理最高,而茎部单位长度节间质量(Uw)均以DH处理最大、CK处理最小。相比CK处理,DH处理显著提高了水稻茎部的抗折力(F)、折断弯矩(Bm)和弯曲应力(Bs),降低了弯曲力矩(Wp)、断面模数(Z)和倒伏指数(Li),这表明滴灌旱直播种植模式显著提高了水稻的抗倒伏能力。不同参数间的相关关系表明,L、W、Wp、Z与Li之间均表现为极显著正相关(P <0. 01),而Uw、F、Bm、Bs与Li呈显著负相关(P <0. 05),且水稻茎部湿基含水率与倒伏指数呈极显著正相关(P <0. 01),这说明利用茎部湿基含水率能够表征和预测水稻的倒伏指数。本研究可为解决东北黑土区水稻倒伏、用水效率低下等问题提供新的方法和途径。

摘要：为了探究寒地黑土区水稻耗水特性及其对水分利用效率的影响,于2017年在黑龙江省水稻灌溉试验站的蒸渗仪内进行了水稻耗水试验。采用U_7(7~6)均匀试验设计,分析了各生育期水稻生育阶段、昼夜间及逐时耗水量的变化特征,明确了各生育阶段耗水量对产量及生物量水分利用效率的影响。结果表明:拔节孕穗期各处理耗水量及耗水模系数均值最高,分别为77. 25 mm、23. 09%;水稻各处理昼间、夜间耗水量总体呈现"低-高-低"的变化趋势,抽穗开花期昼、夜间耗水量均值达到最大,为6. 32、0. 76 mm/d;分蘖前期、分蘖中期水稻昼间耗水特征呈倒"V"形曲线,耗水量高峰出现在12:00—13:00;分蘖后期至乳熟期呈"M"形曲线,耗水量高峰分别出现在11:00—12:00、13:00—14:00,乳熟期首个耗水量峰值相对提前,为10:00—11:00;阶段耗水量对水分利用效率(WUE)的直接作用和对R^2总贡献排列一致,由大到小依次为抽穗开花期耗水量(ET_5)、分蘖中期耗水量(ET_2)、拔节孕穗期耗水量(ET_4)、分蘖后期耗水量(ET_3)、乳熟期耗水量(ET_6)、分蘖前期耗水量(ET_1);分蘖后期、乳熟期耗水量对WUE存在直接负作用,阶段耗水量对WUE影响决定系数较大的变量由大到小依次为ET_5、ET_4×ET_5、ET_2×ET_5、ET_2、ET_4;抽穗开花期生物量水分利用效率(SWUE5)与水稻产量及WUE均呈显著正相关,分蘖前期至抽穗开花期耗水量对SWUE5的影响由大到小依次为ET_5、ET_4、ET_3、ET_1、ET_2。该研究结果可为深入研究黑土区水稻耗水特性、水分利用规律及水稻节水高效生产提供依据。