“三全育人”理念下高等农业院校创新创业人才培养模式改革与优化

在“三全育人”理念的指导下,高等农业院校面临着创新创业人才培养模式改革与优化的重要任务。该文阐述“三全育人”理念的核心要义,即全员、全过程、全方位育人,并指出这一理念对高等农业院校创新创业教育的深远影响。随后,该文详细探讨高等农业院校在创新创业人才培养上存在的问题及改革方向,强调高等农业院校需将创新创业精神贯穿于人才培养的全过程,通过改革传统的教育模式,构建与现代农业发展相适应的课程体系,加强师资队伍的专业化和实践性建设,建立和完善实践教学平台,创新评价与激励机制,以及积极营造鼓励创新、支持创业的校园文化,从而有效提升学生的创新意识和创业能力。最终,旨在培养出既有专业素养又具备创新精神和创业能力的高素质农业人才,为国家的农业现代化和乡村振兴战略贡献力量。

小麦玉米间作氮肥后移利于减少土壤蒸发提高水分利用效率

【目的】针对绿洲灌区小麦玉米间作水分高效利用潜力挖掘不足,制约多熟种植稳定发展的问题,拟通过探明不同氮肥后移比例对小麦玉米间作耗水特性及水分利用的影响,为绿洲灌溉区水分高效利用麦玉间作模式创建提供理论依据。【方法】试验于2020—2021年在甘肃农业大学绿洲农业综合试验站开展,设小麦玉米间作、单作小麦和单作玉米3种种植模式,针对玉米设不施氮(N0)、氮肥后移20%(N1)、氮肥后移10%(N2)和传统施氮氮肥不后移(N3)4个处理,间作玉米和单作玉米各施氮处理下总施氮量分别为210和360kg·hm^(-2),研究不同种植制度及氮肥后移比例对小麦和玉米的土壤蒸发、耗水特性及水分利用的影响。【结果】小麦、玉米独立生长阶段间作处理的棵间蒸发量大于单作,间作小麦棵间蒸发较单作小麦增大15.9%—16.7%,间作玉米棵间蒸发较单作玉米增大5.4%—14.7%,麦玉共生期间作棵间蒸发量较单作加权降低4.6%—6.1%;全生育期棵间蒸发总量表现为:小麦玉米间作最大、单作玉米次之、单作小麦最小,在间作模式中,氮肥后移20%处理棵间蒸发量较传统施氮降低6.5%,且小麦带棵间蒸发量较玉米带增大12.6%—17.3%,是间作系统棵间蒸发的主要来源。间作系统中氮肥后移20%和后移10%处理全生育期耗水量较传统施氮分别降低34.3和18.9 mm,E/ET与传统施氮差异不显著。间作系统籽粒产量较单作加权平均提高21.1%—39.0%,间作系统氮肥后移20%处理籽粒产量较传统施氮提高28.8%,其中间作小麦、间作玉米氮肥后移20%处理较传统施氮分别提高24.3%、30.8%。间作种植模式氮肥后移处理水分利用效率较单作加权平均显著提高15.0%、12.3%,其中氮肥后移20%处理较传统施氮提高35.9%,氮肥后移10%处理较之提高19.3%。【结论】小麦玉米间作种植模式结合氮肥后移20%能减少土壤蒸发和全生育期耗水量,提高产量和水分生产力,是绿洲灌区小麦玉米间作高产高效生产可采用的施氮制度。

减量灌水及有机无机肥配施对西北灌区玉米光合生理、籽粒产量及品质的影响

针对绿洲灌区玉米生产中普遍水肥投入大、利用效率低等问题,通过研究不同灌水量和有机无机肥等氮配施对玉米光合生理、籽粒产量和品质的影响,以期获得最佳的灌水水平和有机无机肥等氮配施比例。2021—2022年,在绿洲灌区采用两因素裂区试验设计,主区为2个灌水水平(传统灌水和减量20%灌水),副区为5个有机无机肥等氮配施比例(全施无机氮肥、75%无机氮肥+25%有机肥、50%无机氮肥+50%有机肥、25%无机氮肥+75%有机肥和全施有机肥),探究玉米光合生理、籽粒产量和品质对不同水氮管理模式的响应特征。结果表明,与传统灌水(I2)相比,减量20%灌水(I1)降低了玉米叶面积指数(leaf area index,LAI)、光合势(photosynthetic potential,LAD)、净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)和气孔导度(Gs),提高了胞间CO_(2)浓度(Ci)、籽粒蛋白质含量和籽粒苏氨酸含量;有机无机肥配施对玉米光合生理指标、籽粒产量和品质都有显著影响,随有机肥比例增加,有机无机肥配施对玉米的影响会逐渐从正效应变为负效应;与传统灌水结合全施无机氮肥(I2F1)相比,减量20%灌水结合75%无机氮肥+25%有机肥(I1F2)玉米平均叶面积指数(mean leaf area index,MLAI)提高了6.9%~7.1%,总光合势(total photosynthetic potential,TLAD)无显著变化;玉米吐丝期-蜡熟期LAI提高了5.0%~11.4%,吐丝期-蜡熟期LAD提高了7.5%~9.1%。I1F2较I2F1提高了玉米抽雄期-蜡熟期叶绿素含量(chlorophyll content,SPAD)、Pn、Tr和Gs,降低了Ci。2年内I1F2较I2F1玉米增产12.0%~12.5%,籽粒中蛋白含量提高了6.9%~18.9%,籽粒中苯丙氨酸、赖氨酸、苏氨酸、色氨酸、亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸含量分别提高了29.6%~43.3%、77.7%~93.3%、49.7%~51.5%、18.4%~28.6%、39.5%~46.0%、57.4%~78.1%和35.1%~41.3%。其他处理对玉米光合生理、籽粒产量及品质指标也有一定影响,但综合2年结果,I1F2影响更显著。因此,减量20%灌水(3240 m^(3)hm^(–2))结合75%无机化学氮肥(270 kg hm^(–2))配施25%有机肥(90 kg hm^(–2))是实现西北灌区玉米高产优质生产目标的适宜水氮管理模式。

河西灌区减氮条件下小麦复种绿肥的水分利用及经济效益

【目的】针对河西绿洲灌区作物生产中氮肥施用过量、水资源利用效率与经济效益较低等问题,探讨麦后复种绿肥及适量减施化学氮肥对小麦农田耗水特性及经济效益的影响。【方法】2019—2020年在甘肃省河西绿洲灌区进行裂区试验,主区设置麦后复种绿肥(W-G)和单作小麦(W)两种种植模式;副区为5个施氮水平,分别为不施氮肥(N_(0))、常规施氮(180 kg·hm^(-2),N_(4))、减施45%氮肥(N_(1))、减施30%氮肥(N_(2))和减施15%氮肥(N_(3))。测定不同处理下小麦绿肥体系产量、水资源利用效率及经济效益。【结果】麦后复种绿肥以及适量减施化学氮肥显著提高小麦籽粒产量和系统生物热能产,2019和2020年,W-G较W处理籽粒产量分别提高10.8%和12.4%,系统生物热能产分别提高37.8%和40.3%;麦后复种绿肥结合减氮15%(W-G-N_(3))较单作小麦结合减氮15%(W-N_(3))和单作小麦传统施氮(W-N_(4))处理小麦分别增产6.9%—16.7%和7.9%—13.6%,生物热能产提高52.0%—62.2%和27.1%—58.9%。W-G较W小麦生育阶段耗水量降低6.3%—16.0%,W-G-N_(3)较W-N_(3)和W-N_(4)小麦季耗水量分别降低13.4%—20.5%和20.8%—29.0%,W-G由于绿肥生长季消耗水分,总耗水量显著高于W。W-G较W小麦水分利用效率分别提高7.9%和19.2%;2019年度W-G-N_(3)较W-N_(3)和W-N_(4)小麦水分利用效率分别提高23.5%和5.1%,差异显著。W-G-N_(3)可有效提高系统单位耗水生物热能产,较W-N_(3)和W-N_(4)分别提高2.7%—14.5%和9.3%—17.5%。W-G较W增加了成本投入,总产值也随之提高;2019年度W-G-N_(3)较W-N_(3)和W-N_(4)纯收益分别提高9.8%和9.5%,2020年度W-G-N_(3)较W-N_(3)和W-N_(4)纯收益则分别降低了15.6%和15.7%;2019和2020年W-G较W产投比分别降低20.7%和23.1%,W-G-N_(3)较W-N_(3)和W-N_(4)产投比降低比例均为14.8%—23.1%,W-G因较多的资源投入降低了系统单方水效益。【结论】在河西绿洲灌区,麦后复种绿肥结合适量减施化学氮肥能够提高作物产量和经济效益,水资源利用效率也随之提高,其中麦后复种绿肥结合减量15%施氮处理的综合效果最好,可作为提高水资源利用及农民收益的理想种植模式及施氮水平。

绿洲灌区密植对氮肥减量玉米产量的补偿潜力

【目的】针对绿洲灌区玉米生产氮肥用量过高的问题,探究通过密植补偿氮肥减量对玉米产量负效应的可行性。【方法】2019—2021年,以施氮水平为主区,设地方习惯施氮(N_(2),360 kg·hm^(-2))、减量25%施氮(N_(1),270 kg·hm^(-2))两个水平;以种植密度为副区,设传统(M_(1),7.8万株/hm^(2))、中(M_(2),10.4万株/hm^(2),增密33%)、高(M3,12.9万株/hm^(2),增密66%)3个密度水平,进行裂区试验,重点研究氮肥减量条件下增密对玉米产量及其构成因素的影响。【结果】(1)氮肥减量导致玉米籽粒产量、生物产量分别降低4.0%、4.9%。减氮条件下,中密度可以产生籽粒产量补偿效应,N_(1)M_(2)较对照N_(2)M_(1)提高4.1%;高密度处理N_(1)M3生物产量补偿效应最大,较对照提高14.2%。(2)通过回归分析模拟得到:减氮条件下,当种植密度提高至8.4万株/hm^(2)可以与对照N_(2)M_(1)籽粒产量持平,并在10.6万株/hm^(2)时获得最大产量13537kg·hm^(-2),较对照提高4.9%。(3)氮肥减量引起穗数、穗粒数和千粒重分别降低5.0%、3.3%和3.4%;中、高密度分别较传统密度提高穗数27.9%、49.7%,降低穗粒数3.8%、8.4%,降低千粒重5.2%、8.9%。中密度较传统密度对收获指数无显著影响,而高密度使收获指数降低14.2%。N_(1)M_(2)较对照N_(2)M_(1)通过穗数增加补偿了减氮引起穗数、穗粒数及千粒重的下降,从而实现丰产。(4)氮肥减量降低拔节期至抽雄吐丝期的玉米生长率7.2%—8.4%;中、高密度较传统密度提高苗期至大喇叭口期玉米生长率27.3%、60.3%。(5)氮肥减量条件下,N_(1)M_(2)较对照提高叶、茎和鞘干物质转运量达9.6%、13.6%和3.7%,提高叶和茎对籽粒产量的贡献率5.3%和9.0%。【结论】通过合理密植可以补偿减氮引起的玉米产量下降,在施氮量270 kg·hm^(-2)的基础上增密至10.4万株/hm^(2),能够最大化产量补偿效应,是绿洲灌区玉米节氮稳产丰产的可行措施。

绿肥提高农田土壤有机碳固存机制的研究进展

土壤碳固存在缓解全球气候变化、维持农田生态系统生产力中起着十分重要的作用。农田土壤碳固存的决定因子包括气候因子(温度、降雨)、生物因素(微生物活性、酶活性)和非生物因素(土壤理化性质、团聚体组成及含量等),农田生态系统通过增加碳输入、减少碳输出和增加碳在土壤中持留时间三种途径强化土壤碳的固存。绿肥具有固定土壤碳、氮和调节土壤微生物群落结构等多重功能,将绿肥纳入作物生产中可通过减少有机碳矿化、增加土壤有机碳来源、调控土壤团聚化过程、促进微生物量及残体累积、改善微生物群落组成及代谢活性等多种方式协同提升土壤碳的固存,其作用可归纳为团聚体物理保护的物理固定机制、矿物化学结合的化学固定机制和微生物固定机制。目前采用的强化绿肥提升农田土壤碳固存的关键技术包括:1)选用适宜的绿肥品种;2)构建与区域土壤和气候资源相匹配的“主作物+绿肥”种植模式;3)配套绿肥与其他肥源协同增效的养分管理技术;4)优化耕作措施等。但还需进一步深入开展以下几方面的研究,包括:1)明确不同类型绿肥介导下的农田土壤碳固存机制的差异;2)强化高效固碳绿肥种质资源的选育;3)建立强化绿肥固存土壤碳的长效研究体系;4)构建基于绿肥的土壤有机碳管理框架。

绿洲灌区绿肥还田对减量灌水小麦产量的补偿机制

探讨绿肥对减量灌水春小麦产量构成及光合产物积累分配特征的响应和机制,可为构建新型小麦节水型种植制度提供实践和理论依据。依托2017年在甘肃河西绿洲灌区开始的小麦复种绿肥田间定位试验,于2021—2022年研究了不同绿肥处理方式下减量灌水小麦的群体生长动态、光合产物累积、转运分配和产量特性。试验采用裂区设计,设420 mm(I3,地方常规灌水量)、370 mm(I2,减量50 mm)和320 mm(I1,减量100 mm)3个灌水水平,绿肥全量翻压还田(WG)、绿肥仅根茬还田(WGR)和不种绿肥(W)3种绿肥处理方式,组成9个处理。结果表明,减量灌水降低了小麦产量和收获指数,绿肥还田可补偿因减量灌水造成的产量负效应。与I3相比,I1处理小麦籽粒产量、生物产量和收获指数分别降低11.5%、3.8%和8.1%,I2籽粒产量降低了3.4%;与W相比,WG籽粒产量、生物产量和收获指数分别提高10.9%、3.7%和8.0%,WGR籽粒产量和收获指数提高了4.8%和3.4%;与WI3相比,WGI2籽粒产量和收获指数分别提高7.2%和5.3%,WGI1和WGRI2的籽粒产量、生物产量和收获指数差异不显著,即麦后复种绿肥并全量还田可补偿减量灌水100 mm产生的产量负效应,可超量补偿在减量灌水50 mm的负效应。绿肥还田补偿减量灌水对小麦产量负效应的主要原因是:(1)绿肥还田提高了小麦生育后期的群体生长率(CGR)和净同化率(NAR),增大了小麦穗数、穗粒数与千粒重。与WI3相比,WGI2拔节至孕穗、孕穗至开花、开花至灌浆期CGR分别提高10.4%、10.5%和7.9%,WGRI2拔节至孕穗、孕穗至灌浆期CGR分别提高6.7%和5.7%,WGI1无显著变化;WGI2较WI3孕穗至开花、开花至灌浆期NAR分别提高4.5%、4.8%,穗数和千粒重分别提高5.7%和6.9%,WGI1、WGRI2较WI3穗数、穗粒数与千粒重差异不显著。(2)绿肥还田提高了减量灌水小麦的花后干物质积累量和对籽粒的贡献率。I2、I1较I3花后干物质积累量和对籽粒的贡献率分别降低8.8%、5.3%和23.1%、13.7%;WG、WGR较W花后干物质积累量和对籽粒的贡献率分别提高19.6%、8.9%和14.0%、9.3%;与WI3相比,WGI2、WGRI2花后干物质积累量差异不显著。在干旱绿洲灌区,麦后复种绿肥是实现小麦生育期减量灌水的可行措施,绿肥可通过优化小麦光合产物的累积和分配补偿由于减量灌水造成的小麦减产,绿肥全量还田的节水潜力更高。

不同施氮量下玉米生长及产量对间作豆科绿肥的响应

【目的】明确不同施氮量下玉米生长及产量对间作豆科绿肥的响应,为构建干旱灌区基于绿肥的玉米氮肥节约型生产模式提供依据。【方法】采用裂区试验设计,主区设玉米间作箭筈豌豆(M||V)和单作玉米(SM)2种种植模式,副区设5个施氮水平:地方推荐施氮量N360(360 kg·hm^(-2))、减量25%施氮N270(270 kg·hm^(-2))、减量50%施氮N180(180 kg·hm^(-2))、减量75%施氮N90(90 kg·hm^(-2))、不施氮N0。对玉米叶面积指数(LAI)、叶日积(LAD)、光能利用率、干物质积累量及产量进行了相关研究。【结果】间作绿肥能够提高减量施氮(N270、N180、N90、N0)条件下玉米出苗后75—150 d的LAI,并增加其全生育期LAD和光能利用率。在N270、N180、N90、N0下,M||V较SM玉米75—150 d LAI、全生育期总LAD、光能利用率平均显著提高了9.8%、8.2%、4.6%。在M||V中,N270与N360的玉米出苗后75—150 d LAI、全生育期总LAD、光能利用率之间没有显著差异,而显著高于其他施氮水平;在SM中,玉米出苗后75—150 d的LAI、全生育期总LAD、光能利用率随施氮量的减少而降低。间作绿肥显著提高了N270、N180、N90、N0条件下玉米出苗后90—150 d的干物质积累量,在同一氮肥减量条件(N270、N180、N90、N0)下,M||V较SM的玉米干物质积累量平均显著提高了4.6%。在玉米出苗后75—130 d,M||V较SM的玉米群体生长率显著提高了5.9%。M||V较同一减量施氮(N270、N180、N90、N0)条件下的SM玉米籽粒产量平均显著提高了8.5%。在M||V中,N270的籽粒产量显著高于N360。M||V较SM玉米穗粒数和千粒重分别平均显著提高6.0%和6.3%。拟合曲线结果表明,间作绿肥可以使玉米在施氮量261.4 kg·hm^(-2)时获得最高产量14876.4 kg·hm^(-2),而单作玉米获得最高产量14012.5 kg·hm^(-2)时的最佳施氮量为348.6 kg·hm^(-2)。减量施氮对绿肥鲜草产量和绿肥氮素积累量的影响显著,M||V N270较M||V N360、M||V N90、M||V N0的绿肥鲜草产量分别显著高了3.8%、4.6%、9.7%,较M||VN90和M||VN0之间的绿肥氮素积累量显著高了5.3%和11.9%。间作绿肥主要通过提高玉米的干物质积累总量,进而增加减量施氮条件下玉米的穗粒数和千粒重,从而使间作玉米在氮肥减量下能够获得较高水平的籽粒产量。【结论】间作豆科绿肥可使氮肥减量25%的玉米获得高于地方推荐施氮量单作玉米的产量水平,可作为试区以及相似生态区域玉米化学氮肥减量的推荐生产模式。

绿洲灌区增密对水氮减量玉米产量的补偿机制

针对河西绿洲灌区水资源短缺、玉米田氮肥施用量高等生产生态问题,在节水减氮条件下,分析增加种植密度补偿水氮减量导致玉米减产的效应,为水氮节约型玉米高效生产提供理论依据与技术支撑。基于2016年布设的裂裂区田间试验,主区为2种灌水定额:灌水减量20%(W1,3240 m^(3) hm^(–2))和传统灌水(W2,4050 m^(3) hm^(–2)),裂区为2种施氮量:减量施氮25%(N1,270 kg hm^(–2))和传统施氮(N2,360 kg hm^(–2)),裂裂区为3种玉米密度:传统种植密度(D1,7.50万株hm^(–2))、增密30%(D2,9.75万株hm^(–2))和增密60%(D3,12.00万株hm^(–2)),通过测定2020—2021年玉米籽粒产量和生物产量,分析干物质积累及其分配、转运特征,量化产量构成因素,明确增密对水氮减量玉米产量的补偿效应及机制。研究表明,减水、减氮降低了玉米籽粒产量和生物产量,而增密30%能够补偿因水氮同步减量造成的产量负效应,且维持较高的施氮量有利于玉米增产节水。W1N1D1(减量灌水减量施氮及传统密度)较W2N2D1(对照:传统灌水传统施氮及传统密度)籽粒产量和生物产量分别降低9.1%~15.0%与10.0%~11.0%,但W1N1D2(减量灌水减量施氮及增密30%)与W2N2D1差异不显著。W1N2D2(减量灌水传统施氮及增密30%)较W2N2D1籽粒和生物产量分别提高12.9%~15.4%与6.4%~12.0%。增密30%能够补偿水氮同步减量造成玉米减产的主要原因是W1N1D2能增加玉米穗数,进而提高玉米灌浆初期至成熟期干物质积累量和苗期到大喇叭口期群体生长速率及花前转运率。增密30%在灌水减量和传统施氮条件下促进玉米增产的主要原因是W1N2D2可增加玉米穗数,提高玉米生育期干物质积累量与群体生长速率,促进穗部干物质分配,提高花前转运量、转运率及转运贡献率。因此,增密30%是绿洲灌区水氮同步减量玉米稳产高产的可行措施,是氮肥不减但减水20%玉米节水增产有效举措。

西北灌区复种绿肥及减氮条件下春小麦产量及水分利用特征

【目的】针对西北灌区春小麦生产中氮肥投入过高、水分利用效率低等问题,探讨复种绿肥及减量施氮对春小麦水分利用特征的影响,以期为优化春小麦生产的水资源高效利用提供理论依据。【方法】采用裂区设计,主区设麦后复种绿肥毛叶苕子(W-G)和麦后休闲(W)两种种植模式,副区设传统施氮(N3,180 kg·hm^(-2))、减施氮肥15%(N2,153 kg·hm^(-2))和减施氮肥30%(N1,126 kg·hm^(-2))3个施氮水平,于2020—2021年研究复种绿肥及减氮对春小麦产量、耗水量及水分利用效率的影响。【结果】麦后复种绿肥结合适量减施氮肥可提高春小麦播前土壤贮水量,W-G较W模式春小麦播前土壤贮水量增加11.5%—13.5%,麦后复种绿肥结合氮肥减施15%(W-GN2)与麦后复种绿肥结合减氮30%(W-GN1)较对照麦后休闲结合传统施氮量(W-N3)春小麦播前土壤贮水量分别提高12.1%—20.2%与15.2%—16.6%,W-GN2与W-GN1处理间无显著差异。W-G较W春小麦耗水量降低12.6%—13.7%,复种绿肥模式中以W-GN2降低春小麦耗水量幅度最大,较麦后休闲结合减氮15%(W-N2)、W-N3分别降低21.8%—25.8%、21.3%—26.3%;W-G通过降低春小麦拔节期至灌浆初期的耗水模系数,增大播种前期至拔节期与灌浆初期至成熟期的耗水模系数(两阶段耗水量占全生育期总耗水量的比例为60.5%—64.1%),有效协调春小麦前后生育时期的水分需求特征,增强了春小麦生长发育过程中水分供需同步性。相比W-GN1、W-GN3,W-GN2处理的调控效应更突出。W-G具有增产优势,较W增产13.5%—14.1%;W-GN2较W-N2与W-N3分别增产16.7%—18.4%与13.6%—14.6%。因而,W-G较W模式提高水分利用效率为29.4%—31.0%,麦后复种绿肥模式中,以W-GN2提高水分利用效率的幅度较大,较W-N2、W-N3分别提高44.2%—46.8%、39.1%—43.5%,较W-GN1、W-GN3分别提高36.2%—50.7%、9.1%—17.0%。【结论】麦后复种绿肥结合减施氮肥15%(即施氮153 kg·hm^(-2))较传统水氮管理提高春小麦产量及水分利用效率,可推荐为西北灌区春小麦水分高效利用的生产模式。

氮肥减施对青贮玉米豆科饲草间作系统水分利用特征的影响

针对河西绿洲灌区青贮玉米氮肥投入高、水分利用效率低等问题,本研究在减氮条件下,探讨间作豆科饲草对青贮玉米产量及耗水特征的影响,为青贮玉米水分高效利用提供理论依据和技术支撑。试验于2022—2023年在武威绿洲农业综合试验站开展,设置3个种植模式(M:青贮玉米单作;MH:青贮玉米-秣食豆间作;ML:青贮玉米-拉巴豆间作)和4个施氮水平(N3:360 kg hm^(-2);N2:306 kg hm^(-2);N1:252 kg hm^(-2);N0:0 kg hm^(-2))。结果表明,2种混播模式下N1处理的青贮玉米和豆科饲草干物质积累量较N3显著提高,MH模式下分别提高10.0%和20.5%,ML模式下分别提高16.5%和28.8%。MH模式下N1处理饲草产量与N3差异不显著,但ML模式下较之提高22.4%,且ML模式饲草产量在N1水平下较MH模式提高12.3%。引入豆科饲草可降低间作系统棵间蒸发量,MH、ML模式的棵间蒸发量在N1水平下比M模式相同施氮水平分别降低23.5%、30.0%,但2种模式不同施氮处理间棵间蒸发量差异不显著。青贮玉米间作拉巴豆结合氮肥减施30%可降低蒸散比,较M模式相同施氮水平降低23.0%。间作豆科饲草提高了水分利用效率,MH、ML模式水分利用效率在N1、N2、N3水平下较M模式分别提高43.3%、29.5%、17.9%和51.9%、30.2%、21.2%。其中,以MLN1处理提升幅度最大,较MN3处理水分利用效率提高52.4%。因此,青贮玉米间作豆科饲草结合施氮量252 kg hm^(-2)可降低棵间蒸发量、提高饲草产量和水分生产力,是绿洲灌区青贮玉米生产适宜采用的种植模式和施氮量。

不同灌水量下玉米的产量可持续性对间作绿肥的响应

明确间作绿肥对不同灌水量下玉米产量可持续性的影响,对构建节水增效型玉米间作豆科绿肥模式具有重要支撑作用。于2018—2022年开展田间定位试验,采用裂区试验设计,设置玉米间作箭筈豌豆(M/V)和单作玉米(SM)2种种植模式,以及玉米地方习惯灌水量(I3:4000 m^(3)hm^(-2))、减量15%(I2:3400 m^(3)hm^(-2))、减量30%(I1:2800 m^(3)hm^(-2))3种灌水水平。研究了间作绿肥对不同灌水量下玉米产量及产量构成因素、相对多作物抗性指数、产量可持续性指数、关键土壤养分指标和经济效益的影响。结果表明,间作绿肥可在减量15%灌水条件下较单作玉米提高玉米穗粒数和千粒重,从而提高玉米籽粒产量,2019—2022年,间作玉米在减量15%灌水水平下较单作玉米的穗粒数和千粒重分别提高8.7%~16.4%和7.1%~13.4%,籽粒产量提高9.3%~23.6%,同时与间作玉米地方习惯灌水量处理的籽粒产量无显著差异。间作绿肥使玉米在减量灌水条件下的相对多作物抗性指数均大于0,且随种植年限的增加而提高,进而降低了减灌条件下产量的变异系数、提高了产量可持续性指数,间作玉米产量变异系数较同一灌水量单作玉米降低77.9%~82.8%、产量可持续性指数提高12.2%~19.9%。玉米间作绿肥可以增加土壤养分,与单作玉米相比土壤有机质、速效氮含量分别增加6.4%~15.8%、12.1%~35.6%,土壤速效磷含量在减量15%和减量30%灌水水平下分别增加了19.4%、11.3%,玉米间作绿肥在减量15%灌水水平下的土壤有机质、速效氮和速效磷含量与地方习惯灌水量处理无显著差异,均显著大于其他处理。在2020—2022年,间作玉米在减量15%灌水水平下较单作玉米的纯收益提高了10.5%~34.2%;在2021—2022年产投比提高了7.8%~10.4%,与间作玉米地方习惯灌水量处理无显著差异。间作绿肥主要通过增加土壤有机质,改善土壤氮、磷养分条件而增强玉米产量可持续性。总之,间作绿肥能够缓减因灌水量减少造成的产量损失,增强减量灌水下玉米产量稳定性和可持续性指数。本研究中玉米间作箭筈豌豆灌水量3400 m^(3)hm^(-2),可作为试区玉米可持续生产模式及其适宜灌水量的参考。

绿肥对减量施氮小麦籽粒产量和氮素利用的补偿机制

针对西北绿洲灌区小麦连作普遍、化肥施用量较大及氮素利用率低等问题,探究麦后复种绿肥对减量施氮小麦籽粒产量和氮素利用的补偿效应,以期为构建减氮小麦高效生产技术提供理论依据。本研究依托始于2018年的定位试验进行,2020-2022年期间采集数据。试验采用裂区设计,主区设4种绿肥种植模式,即麦后分别复种毛叶苕子混播箭筈豌豆(HCV)、箭筈豌豆(CV)、油菜(R)和麦后休闲(F);副区为3种施氮水平:试区习惯施氮量(N3,180 kg hm^(–2))、习惯施氮减量20%(N2,144 kg hm^(-2))、习惯施氮减量40%(N1,108 kg hm^(-2))。研究表明,习惯施氮减量20%和40%显著降低了小麦籽粒产量和氮素吸收,但麦后复种毛叶苕子混播箭筈豌豆可补偿因减量施氮40%造成的籽粒产量和氮素吸收损失,且麦后复种毛叶苕子混播箭筈豌豆结合减量施氮20%提高小麦籽粒产量21.4%和氮素吸收6.9%(P<0.05)。麦后复种毛叶苕子混播箭筈豌豆可补偿因减量施氮40%造成的氮素利用率损失,且其结合减量施氮20%氮素利用率提高13.4%(P<0.05)。其补偿机制归因于:(1)麦后复种毛叶苕子混播箭筈豌豆在减量施氮40%条件下可补偿小麦氮素吸收速率,提高氮素净同化速率34.3%(P<0.05),维持穗部氮素分配,增加茎氮素转运率6.6%(P<0.05)。(2)与麦后休闲传统施氮量相比,麦后复种毛叶苕子混播箭筈豌豆结合减量施氮20%提高氮素平均吸收速率和氮素净同化速率7.2%和34.1%(P<0.05),增加灌浆初期至成熟期穗氮素分配6.7%(P<0.05),提高叶、茎氮素对穗的转运贡献率17.8%、8.9%(P<0.05)。因此,在干旱绿洲灌区,麦后复种毛叶苕子混播箭筈豌豆是实现小麦减氮40%的可行措施,麦后复种毛叶苕子混播箭筈豌豆结合减氮20%可通过提高小麦氮素吸收速率和氮素净同化率,提高叶、茎对穗的转运贡献率从而促进穗部氮素分配,实现小麦产量和氮素利用率双提升。

干旱灌区绿肥对多样化种植小麦玉米产量性能指标的影响

为探究插种豆科绿肥对传统小麦、玉米多样化种植模式产量性能指标的影响,通过配置豆科绿肥构建干旱灌区作物高产技术途径,依托2017年布设的田间定位试验,于2019—2021年对小麦、玉米传统种植模式及配置豆科绿肥后主栽作物叶面积指数(LAI)、叶日积(LAD)、作物生长率(CGR)、籽粒产量(GY)及产量构成要素的响应特征进行研究,明确基于绿肥提升作物多样化水平进而提高作物产量的理论基础。试验设单作玉米(M)、单作小麦(W)一年一收、小麦复种绿肥(W-G)和小麦间作玉米(W||M)一年两收、小麦复种绿肥间作玉米(W-G||M)一年三收共5种作物多样化水平不同的种植模式。结果表明,不同种植系统混合籽粒产量随作物多样化水平的提高而提高,一年两收模式W||M显著高于W和M,W-G显著高于W,一年三收模式W-G||M显著高于W||M和W-G;净占地面积下,两种组分作物籽粒产量随多样化水平的提高而提高。LAI、LAD和主栽作物生育后期CGR等产量性能指标也随作物多样化水平的提高而提高。产量构成要素方面,随作物多样化水平的提高,小麦穗粒数、玉米有效穗数随之提高;W-G在小麦穗粒数和千粒重方面显著高于W。通径分析显示,组分作物小麦主要通过穗粒数的增加而实现增产,组分作物玉米主要通过单位面积有效穗数的增加实现增产。本研究表明,随作物多样化水平的提升,主栽作物籽粒产量和产量性能指标也随之提升,干旱灌区可通过配置豆科绿肥提升种植系统作物多样化水平,从而实现增产。

干旱灌区减量灌水下玉米农艺性状、产量及水肥利用效率对间作绿肥的响应

于2020—2022年采用裂区试验设计,主区设玉米‖箭筈豌豆(M‖V)和单作玉米(SM)2个种植模式,裂区设高量(I3,400 mm)、中量(I2,340 mm)、低量(I1,280 mm)3个灌水水平,探究间作绿肥对减量灌水下玉米农艺性状、产量、土壤全氮含量、水分利用效率(WUE)及氮肥偏生产力(PFPF)的影响。结果表明,与SM相比,M‖V玉米株高、茎粗、穗位高分别增加6.3%~14.3%、5.4%~12.0%和12.5%~22.1%,玉米穗长、穗粗、穗行数、行粒数分别增加5.7%~20.2%、3.7%~13.6%、2.7%~5.9%和6.8%~17.7%;间作模式下,M‖VI2与M‖VI3处理间玉米株高、茎粗、穗位高、穗长、穗粗、穗行数、行粒数差异不显著,各指标分别较M‖VI1处理显著增加6.7%~7.7%、4.9%~5.8%、7.7%~11.6%、6.2%~11.3%、2.0%~5.1%、1.0%~2.0%和5.2%~10.3%。M‖V较SM玉米增产效果显著,籽粒产量和生物产量分别提高7.7%~27.9%和5.7%~19.2%;间作模式下,M‖VI2与M‖VI3处理间玉米籽粒产量及生物产量无显著差异,两指标分别较M‖VI1处理显著增加5.7%~15.5%和4.7%~8.0%。M‖V较SM显著增加了0~40 cm土层土壤全氮含量、WUE和PFPF,增幅分别为5.8%~7.9%、12.4%~28.3%和7.7%~27.9%;间作模式下,M‖VI2与M‖VI3处理间PFPF无显著差异,较低灌水处理显著增加5.7%~15.5%,M‖VI2较M‖VI3处理WUE显著增加7.7%~10.8%。相关分析表明,间作箭筈豌豆可通过提升土壤全氮含量改善玉米株高、茎粗、穗位高、穗长、穗粗及穗行数,通过增加穗粒数和千粒重保障中量灌水(340 mm)条件下玉米产量不降低,从而提高水肥利用效率。因此,间作箭筈豌豆结合灌水340 mm可作为河西灌区水资源承载安全范围内的玉米间作绿肥高效生产模式。

生物炭和间作鲜食豌豆对氮肥减量下玉米产量的促进效应

于2022—2023年进行裂区试验,主区为玉米‖鲜食豌豆(M‖P)和单作玉米(SM),裂区为地方推荐施氮量(N1,360 kg·hm^(-2))和减量30%施氮(N2,250 kg·hm^(-2)),裂裂区为施用生物炭(C)和不施用生物炭(A),探究生物炭和间作鲜食豌豆对玉米光合源、干物质积累以及产量的影响。结果表明,在减量30%施氮水平下,间作鲜食豌豆配施生物炭可以使玉米出苗后45~90 d保持较高的叶面积指数,且较SMN1A处理有效减缓了玉米出苗后90~150 d的叶面积指数降低,显著提高了玉米全生育期叶日积(P<0.05)。M‖PN2C处理玉米干物质积累量和干物质积累速率较SMN1A处理在玉米出苗后60~90 d分别提高13.0%和15.3%,在玉米出苗后90~150 d分别提高16.2%和19.5%。M‖PN2C处理玉米籽粒产量较M‖PN1A和SMN1A处理分别显著增加6.3%和17.8%(P<0.05),与M‖PN1C处理无显著差异。间作玉米千粒重较单作玉米平均提高5.2%,且施用生物炭在减量30%施氮水平下较地方推荐施氮量不施用生物炭可提高玉米的穗粒数和千粒重,间作鲜食豌豆配施生物炭处理的玉米穗粒数和千粒重在N2与N1之间无显著差异。通径分析结果表明,间作鲜食豌豆配施生物炭通过提高玉米千粒重,使间作玉米在氮肥减量下能获得较高的籽粒产量。因此,玉米‖鲜食豌豆下减量30%施氮配施生物炭可作为干旱绿洲灌区节氮高效种植的参考技术。

等氮量有机肥替代化肥对绿洲灌区糯玉米光合特性及品质的影响

通过田间定位试验探究等氮量有机肥替代化肥比例对糯玉米光合特性和营养品质的影响,以‘京科糯2000’为试验品种,在施纯氮总量为300 kg·hm^(-2)定额条件下,采用随机区组设计,设全施化肥(F1),有机肥替代25%(F2)、50%(F3)、75%(F4)化肥和全施有机肥(F5)5个处理,测定了糯玉米抽雄期光合特性、鲜穗期籽粒营养品质及鲜穗产量。结果表明:等氮量有机肥替代部分化肥能显著提高糯玉米抽雄期的光合性能,其中F2和F3处理较F1处理的SPAD值提高10.6%~14.3%,T_(r)提高11.7%~18.8%,P_(n)提高11.2%~17.1%,G_(s)提高62.2%~79.2%,C i降低22.7%~23.8%。F2处理糯玉米鲜穗产量较F1处理显著提高10.4%。等氮量有机肥替代化肥能显著提高糯玉米鲜穗中可溶性糖含量和粗脂肪含量,F2和F3处理较F1处理可溶性糖含量和粗脂肪含量分别提高22.9%~28.9%和8.5%~11.4%;F2处理较F1处理粗蛋白含量显著提高10.3%;此外,各有机肥替代化肥处理较F1处理的鲜味氨基酸和甜味氨基酸增幅分别为15.7%~19.3%和12.2%~17.4%,其中,F2处理下芳香氨基酸含量较F1显著提高13.0%。综上,等氮量有机肥替代25%和50%的化肥在提高糯玉米鲜穗产量的同时,能显著改善营养品质,实现糯玉米的高产优质,可作为绿洲灌区合理的有机无机肥配施方法。

氮肥减施对玉米间作箭筈豌豆种间关系及产量的影响

通过探究氮肥减施对玉米间作箭筈豌豆种间关系的影响,为进一步发挥禾豆间作优势提供理论依据。2017年在甘肃省武威市甘肃农业大学绿洲农业综合试验站进行试验,以玉米、箭筈豌豆为试验对象,设单作箭筈豌豆(V)、单作玉米(M)、玉米间作箭筈豌豆(M/V)3个种植模式和不施氮(N0,0 kg·hm^(-2))、减量施氮(N1,240 kg·hm^(-2))、传统施氮(N2,300 kg·hm^(-2))3个施氮水平,探究河西绿洲灌区减量施氮对玉米间作箭筈豌豆种间关系及产量的影响。结果表明,箭筈豌豆干物质积累量间作较单作增加43.0%,减量施氮比传统施氮增加10.9%;玉米干物质积累量间作较单作增加26.7%,减量施氮比传统施氮增加8.5%;共生期内箭筈豌豆相对于玉米的竞争比率始终大于1,表明箭筈豌豆的种间竞争力强于玉米,且减量施氮能增强种间竞争;箭筈豌豆收获后间作和单作玉米生长速率比在不同施氮水平下均大于1,表明间作玉米有明显的恢复效应。箭筈豌豆产量间作较单作增加37.7%,减量施氮与传统施氮无显著差异;玉米产量间作较单作增加3.4%,且间作模式下减量施氮比传统施氮增加4.0%;各间作处理土地当量比无显著差异且均大于1,说明具有增产优势。因此,玉米间作箭筈豌豆氮肥减施20%可通过调控种间关系进一步挖掘间作增产潜力,是绿洲灌区玉米生产的可行措施。

小麦秸秆还田方式对轮作玉米干物质累积分配及产量的影响

研究茬口对轮作作物的产量贡献及干物质积累与分配规律的影响,对于优化作物高产高效栽培理论和技术具有重要意义。本研究在甘肃河西绿洲灌区,通过田间试验,研究了前茬小麦不同秸秆还田方式（25 cm高茬收割免耕,NTSS;25 cm高茬等量秸秆覆盖免耕,NTS;25 cm高茬等量秸秆翻压,TIS;低茬收割翻耕,CT）对轮作玉米干物质积累和分配及产量的影响,以期为该区前茬小麦轮作玉米生产模式提供优化依据。结果表明,与CT相比,NTSS、NTS、TIS提高了玉米抽穗后干物质的积累量,两年平均高4.8%~12.7%,NTS较NTSS、TIS具有更高的干物质累积作用;NTSS、NTS、TIS可提高玉米叶、茎、鞘对籽粒的贡献率,提高幅度平均为12.8%~25.0%、6.3%~11.3%、18.3%~78.4%,其中NTS较NTSS、TIS提高作用更突出。NTSS、NTS、TIS提高了玉米的籽粒产量,增幅为11.3%~17.5%,其中NTS两年籽粒产量最高,分别达到13 470 kg hm–2和13 274 kg hm–2,较TIS高5.6%~9.0%;穗粒数增加是小麦秸秆还田提高轮作玉米产量的主要原因。同时NTS获得较高的收获指数,提高比例为6.4%~8.4%,说明NTS较其他处理增产的另一原因是提高了收获指数。本研究表明,其前茬小麦秸秆覆盖结合免耕（NTS）可作为绿洲灌区优化后茬玉米干物质累积规律及获得高产的理想耕作措施。

前茬小麦秸秆处理方式对河西走廊地膜覆盖玉米农田土壤水热特性的影响

【目的】农田土壤水热特性是决定作物生长发育和资源利用效率的关键因素,研究前茬处理方式对后茬农田土壤水热特性的影响,为试区高效麦玉轮作模式耕作措施的优化提供依据。【方法】在甘肃河西绿洲灌区,通过田间试验,研究前茬小麦秸秆不同处理方式和耕作措施(25 cm高茬收割立茬免耕—NTSS,25 cm高茬等量秸秆覆盖免耕—NTS,25 cm高茬等量秸秆翻压—TIS和传统低茬收割翻耕—CT)对后茬地膜覆盖栽培玉米农田土壤水热特性的影响。【结果】与CT相比,NTSS、NTS可提高后茬地膜覆盖玉米农田0—110 cm土层播种至苗期、拔节至大喇叭口期、吐丝至开花期的平均土壤含水量,分别高5.0%—7.8%、4.4%—5.4%和4.8%—7.1%,NTSS与NTS间的平均土壤含水量差异不显著;灌浆期内,NTS的土壤含水量比CT高4.7%,但NTSS与CT差异不显著,NTS具有保持后茬地膜覆盖玉米全生育期良好土壤水分含量的优势。NTSS、NTS减小了后茬地膜覆盖玉米吐丝期之前的耗水量,增大了吐丝期之后的耗水量,有效协调玉米生育前期与后期需水矛盾,以NTS的效果更突出。NTSS、NTS可有效改善后茬地膜覆盖玉米农田表层0—25 cm土壤的热量条件,NTS调控效应更强,2010年,NTS 8:00时的平均土壤温度比CT高0.76℃;2个试验年度内,NTS 14:00和18:00时的平均土壤温度比CT分别低3.67—3.87℃和1.19—1.30℃,说明前茬小麦秸秆免耕覆盖在昼夜低温期具有保温效应,而高温时具有降温作用。NTSS、NTS降低了后茬地膜覆盖玉米农田土壤积温,其中NTS处理玉米播种至拔节期、拔节至吐丝期、吐丝至灌浆末期的土壤积温比CT分别低67.1—76.2℃、29.3—50.5℃和46.7—75.3℃,降幅大于NTSS。从玉米不同生育时期平均大气-土壤温差可知,NTS在低温季有保持土壤温度的作用,在高温季节有相对降温的作用,是减少气温变化对玉米生长发育过度影响的重要机制。与CT相比,NTSS、NTS、TIS提高了后茬地膜覆盖玉米的籽粒产量,增产幅度为11.3%—17.5%,其中NTS两年籽粒产量最高,分别达到13 470和13 274 kg·hm-2,较TIS高5.6%—9.0%。【结论】前茬小麦秸秆免耕覆盖(NTS)是绿洲灌区地膜覆盖玉米适宜的前茬处理措施。