Strip deep rotary tillage combined with controlled-release urea improves the grain yield and nitrogen use efficiency of maize in the North China Plain

Inappropriate tillage practices and nitrogen(N) management have become seriously limitations for maize(Zea mays L.) yield and N use efficiency(NUE) in the North China Plain(NCP). In the current study, we examined the effects of strip deep rotary tillage(ST) combined with controlled-release(CR) urea on maize yield and NUE, and determined the physiological factors involved in yield formation and N accumulation during a 2-year field experiment. Compared with conventional rotary tillage(RT) and no-tillage(NT), ST increased the soil water content and soil mineral N content(Nmin) in the 20–40 cm soil layer due to reduction by 10.5 and 13.7% in the soil bulk density in the 0–40 cm soil layer, respectively. Compared with the values obtained by common urea(CU) fertilization, CR increased the Nmin in the 0–40 cm soil layers by 12.4 and 10.3% at the silking and maturity stages, respectively. As a result, root length and total N accumulation were enhanced under ST and CR urea, which promoted greater leaf area and dry matter(particularly at post-silking), eventually increasing the1 000-kernel weight of maize. Thus, ST increased the maize yield by 8.3 and 11.0% compared with RT and NT, respectively, whereas CR urea increased maize yield by 8.9% above the values obtained under CU. Because of greater grain yield and N accumulation, ST combined with CR urea improved the NUE substantially. These results show that ST coupled with CR urea is an effective practice to further increase maize yield and NUE by improving soil properties and N supply, so it should be considered for sustainable maize production in the NCP(and other similar areas worldwide).

华北平原冬小麦-夏玉米种植体系周年水分高效利用研究进展

在保证周年较高产量的同时,进一步提高水分利用效率是促进华北平原冬小麦-夏玉米一年两熟种植体系可持续发展的关键。从20世纪中晚期开始国内学者便从节水灌溉技术创新、灌溉制度优化、替代节水种植制度构建和节水抗旱新品种选育等方面开展了以冬小麦-夏玉米两熟种植体系为核心的周年水分高效利用途径的探索,取得了重要进展,显著提高了作物水分利用效率(WUE)。本文综述了华北平原冬小麦-夏玉米种植体系水分高效利用的研究进展,并提出了通过耕作或播/收期调控冬小麦-夏玉米周年降水与地下水平衡利用,促进周年水分(灌溉水和降水)高效利用的技术途径,以充分挖掘华北平原水分生产潜力,为该区冬小麦-夏玉米种植体系节水高产栽培及节水种植制度建立提供思路和依据。

不同降雨年型施氮量与收获期对夏玉米产量及氮肥利用效率的影响

为探讨施氮量与收获期对华北平原热量资源限制区夏玉米籽粒灌浆与脱水、产量形成及氮素利用效率的调控效应,本研究采用二因素区组试验设计,因素公顷施氮量为0(N0)、120 kg(N120,2021)、180 kg(N180)、240 kg(N240)、300 kg(N300)、360 kg(N360)和450 kg(N450,2020),因素收获期设为传统收获(normal harvest,NH)和延迟收获(delayed harvest,DH),测定干物质积累量(dry matter accumulation,DM)、籽粒灌浆与脱水、产量(grain yield,GY)及其构成因素、氮肥偏生产力(nitrogen partial factor productivity,PFPN)和农学利用效率(nitrogen agronomic use efficiency,ANUE)。与干旱年型(2020年)相比,丰水年型(2021年)DM和粒重(grain weight,GW)显著下降16.3%~81.5%和2.1%~28.1%,穗粒数(ear grains number,EGN)显著减少44.7%~47.4%,导致GY、PFPN和ANUE显著降低31.4%~58.3%、27.2%~30.0%和2.9%~18.0%。与N0相比,施氮显著提高DM,GW提高14.6~82.1 mg grain^(-1),最大灌浆速率(maximum grain filling rate,G_(max))及其生长量(weight increment of G_(max),W_(max))提高0.2~3.4 mg(grain d)^(-1)和10.4~44.1 mg grain^(-1),到达G_(max)时期(time reaching the G_(max),T_(max))提前0.4~7.0 d,GY显著提高51.5%~169.5%(P<0.01),N240增产效应最优;增施氮肥导致PFPN和ANUE比N180/N120显著降低11.7%~57.9%和2.5%~54.9%、19.9%~52.6%和4.9%~37.0%。与NH相比,DH处理DM和GW显著提高0.8%~55.7%和3.4%~79.3%,籽粒含水率(grain moisture content,GMC)显著降低至22.0%~27.9%,GY、PFPN和ANUE显著提高10.6%~18.5%、4.4%~26.8%和1.5%~48.6%。线性加平台模型分析表明,DH处理比NH GY提高11.3%~12.6%(P<0.01),达12.0×10^(3)kg hm^(-2)和7.0×10^(3)kg hm^(-2),但最优施氮量自200~210 kg hm^(-2)增至247 kg hm^(-2)。综之,华北平原热量限制区夏玉米传统收获情景下减氮至200 kg hm^(-2),产量稳定在6.0×10^(3)~10.5×10^(3)kg hm^(-2)以上;延迟收获情景下,降低籽粒含水率,减氮至240 kg hm^(-2),产量达8.0×10^(3)~12.0×10^(3)kg hm^(-2)以上,PFPN和ANUE最优为19.2~49.6 kg kg^(-1)和15.3~20.8 kg kg^(-1),可为区域夏玉米降低籽粒含水率,实现籽粒机收与减氮稳产高效的生产目标提供理论支撑。

黄淮海麦玉两熟区周年光温资源优化配置研究进展

在不增加任何成本前提下,优化麦玉两熟周年光温资源配置是提升黄淮海区产量及资源利用效率的重要途径之一。从20世纪80年代开始,国内学者便从播/收期调整、不同生育期品种选育及新型种植模式创建等方面开展了黄淮海麦玉两熟区周年光温资源高效利用途径探索。研究了小麦和玉米生长发育与光温资源的匹配关系,提出了以强化"C4玉米"高光效优势为核心的周年光温资源优化配置途径,在冬小麦-夏玉米一年两熟基础上,创新了冬小麦-夏玉米"双晚"技术模式,构建了冬小麦/春玉米/夏玉米、冬小麦/春玉米/夏玉米/秋玉米和双季玉米等种植模式,实现了周年高产和光温资源高效利用。本文综述了黄淮海麦玉两熟种植模式周年光温资源优化配置研究进展及其在麦玉两熟基础上的新型种植模式探索,并提出了以积温分配为主的麦玉两熟制周年光温资源定量优化配置途径,建立了黄淮海区冬小麦-夏玉米一年两熟模式周年气候资源优化配置定量指标及其相应标准,以期为进一步挖掘该区周年产量及光温资源利用潜力提供新的思路及理论支撑。

黄淮海平原南部不同种植体系周年气候资源分配与利用特征研究

探明不同种植体系周年产量、气候资源分配及其利用效率特征,建立周年气候资源优化配置的定量指标,为进一步提升黄淮海区域周年产量潜力和资源利用效率提供理论依据。本研究利用2011-2015年河南新乡定位试验数据,定量分析了冬小麦–夏玉米、冬小麦–夏大豆、双季玉米和一季春玉米4个种植体系产量、生物量、干物质产能、光温资源分配及其利用效率。结果表明,冬小麦–夏玉米和双季玉米体系4年产量、生物量和干物质产能差异均不显著,但显著高于冬小麦–夏大豆和一季春玉米体系,平均增幅分别为45.4%~61.5%、37.3%~71.3%和35.7%~70.7%;双季玉米和一季春玉米体系周年辐射生产效率、籽粒及总生物量光能利用效率均显著高于冬小麦–夏玉米和冬小麦–夏大豆体系,其中周年辐射生产效率平均增幅为11.8%~66.7%,籽粒及总生物量光能利用效率分别提高0.13~0.42和0.18~0.69百分点。进一步分析周年气候资源分配特征,冬小麦–夏玉米体系两季积温分配率分别为45.6%和54.4%,积温比值为0.8,双季玉米两季积温分配率为51.4%和48.6%,积温比值为1.1。综合分析产量和资源利用效率,冬小麦–夏玉米和双季玉米种植体系可作为黄淮海区种植模式优化布局和农业生产可持续发展的重要支撑,而明确主要种植体系积温分配率和积温比值等定量指标可为进一步优化周年气候资源配置,挖掘黄淮海两熟区周年产量潜力和资源利用效率提供重要参考。

大田作物在不同盐碱地的饲料价值评价

我国盐碱地分布广、面积大。在盐碱地选种有饲料价值的作物,实现种养循环,对推动我国草食畜牧业的发展及盐碱地改良具有重要意义。本研究分别在天津滨海盐碱地(NaCl型)和新疆西北内陆盐碱地(Na_(2)SO_(4)-NaHCO_(3)型)选取盐碱度差异大的地块,种植具有饲料价值的玉米、高粱、小麦、谷子、大豆、油菜等大田作物,测定生物学产量、植株粗蛋白含量、钠离子、钾离子含量等指标。结果表明,在NaCl型和Na_(2)SO_(4)-NaHCO_(3)型盐碱地,当其含盐量分别低于1.82 g kg^(–1)和2.00 g kg^(–1)时,各作物生物学及蛋白质产量均与常规耕地接近,可作为饲料生产基地加以利用;当Na_(2)SO_(4)-NaHCO_(3)型盐碱地含盐量达2.49 g kg^(–1)时,油菜生物学及蛋白质产量均显著高于其他作物,因此可种植油菜作饲料开发利用;当NaCl型和Na_(2)SO_(4)-NaHCO_(3)型盐碱地含盐量分别达3.63 g kg^(–1)和4.42 g kg^(–1)时,各作物生物学及蛋白质产量均低于常规耕地的51.72%,利用价值低,建议改良后利用。在两试验点的不同地块,油菜对土壤Na^(+)的富集量均显著高于其他作物(P<0.05),同时也显著降低了土壤全盐量和Na^(+)含量。本试验中,在含盐量分别为1.82、2.00、2.49 g kg^(–1)的地块中,油菜富集Na^(+)效果最为明显,油菜对土壤Na^(+)的富集量分别为39.45、102.24、57.19 kg hm^(-2),分别占0~20 cm耕层土壤Na^(+)的13.02%、15.99%、8.94%,盐碱地改良效果显著。上述结果为利用我国盐碱地进行草食饲料原料生产,促进草食畜牧业发展及盐碱地改良提供了参考。

长江中游双季玉米种植模式周年气候资源分配与利用特征

探明长江中游双季玉米不同类型品种搭配模式的周年产量及气候资源分配与利用特征,可为该地区双季玉米种植模式应用和发展提供理论依据。本研究于2015—2017年在湖北武穴开展定位试验,定量研究了双季玉米不同品种搭配模式的周年产量、生物量及光温水资源分配与利用效率。结果表明,不同品种搭配模式[低积温品种-高积温品种(the low GDD variety-high GDD variety,LH)、中积温品种-中积温品种(the medium GDD variety-medium GDD variety,MM)、中积温品种-高积温品种(the medium GDD variety-high GDD variety,MH)和高积温品种-中积温品种(the high GDD variety-medium GDD variety,HM)],两季间光温资源分配差异较大,HM搭配模式第一季和周年积温和辐射分配量显著高于MM、MH和LH搭配模式,而第二季积温和辐射分配量显著低于其他模式;HM模式第一季积温和辐射分配率分别为49%和52%,第二季积温和辐射分配率分别为46%和44%,两季积温和辐射比值分别为1.1和1.2。4种搭配模式季节间及周年降水量无显著差异。不同品种搭配模式季节间光温资源分配差异导致产量和生物量变化较大,由于HM搭配模式两季光温分配与玉米生长需求匹配度较高,其周年产量、干物质积累量均显著高于MM、MH和LH,3年平均增幅分别为8.4%~24.5%和9.7%~29.6%;HM周年光温生产效率、籽粒及总生物量光能利用效率均显著高于MM、MH和LH,其中周年积温生产效率平均增幅2.9%~14.3%,周年辐射生产效率平均增幅5.5%~18.4%,籽粒及总生物量光能利用效率分别提高0.05%~0.16%和0.16%~0.39%。通过产量和资源利用效率分析,HM搭配模式可作为长江中游地区双季玉米高产高效种植最佳的品种搭配方式,为该地区双季玉米种植模式的大面积应用推广及种植结构优化调整提供理论依据和技术支撑。

气象因子对饲用油菜越冬性及产量和品质的影响

选用白菜型和甘蓝型品种,探究气象因子对华北平原油菜越冬性及饲用产量和品质的调控效应。结果表明,白菜型品种生育期比甘蓝型品种缩短10~15 d,越冬率提高50.6%,冬后密度增加41.5%。白菜型品种鲜饲料产量(FFY)和干饲料产量(DFY)比甘蓝型品种分别显著提高40.9%和38.1%;但甘蓝型品种饲用品质显著优于白菜型,与白菜型品种相比甘蓝型品种粗蛋白质(CP)、脂肪、灰分和总脂肪酸(TFA)含量分别提高27.6%、42.9%、23.9%和52.3%,牛奶生产力(HM)、相对饲用价值(RFV)和相对饲料品质(RFQ)分别提高14.0%、16.2%和42.1%。越冬前光热资源提高了油菜越冬率和冬后密度(P<0.05),与FFY和DFY呈正相关关系(P>0.05);但越冬期温度越低,油菜越冬率越低(P<0.01),越冬期和返青后光热资源与FFY和DFY呈负相关性(P>0.05)。油菜粗蛋白质、脂肪和总脂肪酸含量与越冬前温度和日照时数呈极显著负相关关系,而与越冬期和返青后温度以及越冬期日照时数呈极显著正相关关系;HM与越冬期温度、日照时数和降雨量均呈极显著正相关关系,RFV和RFQ仅与越冬期最高温度和降雨量呈极显著正相关。总之,华北平原秋播饲用油菜种植中,从提高越冬率考虑应以白菜型品种为主,从饲用品质考虑应以甘蓝型品种为主,综合考虑华北平原秋播饲用油菜可选用甘蓝型品种华油杂62。

播期对饲用油菜鲜草产量和品质的调控研究

为确定华北平原饲用油菜高产优质的适宜播期,选用甘蓝型油菜品种4个,设置4个播期,研究不同播期下温度对饲用油菜鲜草产量和饲用品质的调控效应。结果表明,随播期推迟,饲用油菜生育期内日均温与有效积温升高,花前生育期天数缩短但花后生育期延长,总生育期天数缩短2~7 d。饲用油菜鲜草产量随播期推迟呈降低趋势,3月28日前播种超过35 t/hm^(2);品种间华油杂62鲜草产量显著高于其它品种(P<0.01)。饲用油菜鲜草产量和饲用品质与纤维含量显著负相关,中性洗涤纤维含量与苗期的有效积温量极显著负相关,与营养生长和花后有效积温量显著正相关。因此,在华北平原春播饲用油菜可选用华油杂62,播期以3月8日-3月18日为最佳,鲜草产量稳定在50 t/hm2以上,具有较高的粗蛋白、淀粉、水溶性碳水化合物和总可消化养分含量,可实现华北平原饲用油菜的高产优质生产。

华北热资源限制区实现夏玉米高产高效和机械粒收的适宜种植密度和施氮量

【目的】华北平原夏玉米高效生产不仅取决于产量和肥料利用率,也依赖于高效的机械粒收。本研究探讨了密度与氮肥用量对夏玉米产量形成和收获期籽粒水分含量的影响。【方法】以玉米‘京农科728’为材料,采用裂区试验设计,主区设置2个密度:7.5×10^(4)株/hm^(2)(D_(7.5))和9.0×10^(4)株/hm^(2)(D_(9.0)),副区设置5个施氮(N)水平:0、180、240、300和360 kg/hm^(2)(分别表示为N_(0)、N_(180)、N_(240)、N_(300)和N_(360))。测定了不同密度和氮肥用量下玉米叶片SPAD值、叶面积指数(LAI)、干物质积累(DM)、籽粒灌浆、产量及其构成因素、氮肥偏生产力(PFP_(N))和农学利用效率(AE_(N))。【结果】与D_(7.5)相比,D_(9.0)处理V 6和R 1期L A I和DM分别提高5.0%~26.3%和3.7%~34.8%;籽粒最大灌浆速率(G_(max))提高0.35~1.33 g/(100-grain·d),灌浆速率最大时日期(T_(max))提前4.4天但灌浆持续期缩短6.9~12.2天,穗粒数减少15.0~51.3粒,实现增产2.4%~28.3%,达7.36×10^(3)~12.22×10^(3) kg/hm^(2);PPFN和AE_(N)分别显著提高10.1%~17.2%和72.0%~94.4%。与N_(0)相比,夏玉米叶片SPAD值随施氮量增加显著提高,施氮处理LAI和DM分别提高3.5%~171.3%和5.0%~177.7%;N_(240)~N_(360)水平G_(max)达峰值1.33~1.39 g/(100-grain·d),施氮处理T_(max)提前4.1~4.6天,灌浆速率最大时生长量(W_(max))提高5.7%~9.4%;百粒重提高0.5%~18.4%,穗粒数显著增加62.8~79.2粒,产量提高3.2%~115.7%,达10.10×10^(3)~11.33×10^(3) kg/hm^(2)。在D_(7.5)和D_(9.0)下,随施氮量增加夏玉米PFP_(N)、AE_(N)分别显著降低24.2%~46.6%和21.2%~43.1%、21.1%~32.5%和13.0%~32.9%。【结论】较高的夏玉米密度可以有效提高玉米干物质积累速度,降低籽粒含水量至15.4%~24.8%,满足籽粒机收的要求。施氮量控制在180~240 kg/hm^(2),可进一步降低籽粒收获时的含水量,提高叶片SPAD值、叶面积指数及干物质积累,改善籽粒灌浆提高粒重,实现产量稳定在10.5×10^(3)~11.2×10^(3) kg/hm^(2),氮肥偏生产力和农学利用效率高达47.0~59.7和27.6~30.9 kg/kg。因此,机收夏玉米适宜的密度为9.0×10^(4)株/hm^(2),施氮水平为180~240 kg/hm^(2)。

绿肥还田对农田土壤理化性质和肥料利用率的影响研究进展

绿肥植物体营养成分高,翻压绿肥作物有利于改善土壤质量,培育优良耕作的土壤,改善农作物品质,并对改良土壤理化性质、提高肥料利用率及促进作物生长有一定的协同作用。绿肥是用新鲜的绿色植物本体作为肥料基础,直接或间接地将植物体鲜样翻压到土壤中,待其腐朽分解后释放养分到土壤中代替肥料供主作物生长,或是通过绿肥作物与主作物的间套轮作,为主作物提供养分,起到促进主作物生长发育,改善土壤理化性状等作用,它是一种天然绿色无污染肥料。本文分析了绿肥作物的特性,探讨了绿肥还田对土壤理化性质和肥料利用率的影响,并展望了今后绿肥的应用前景,旨在为绿肥更好地应用于作物生产提供参考。

紫花苜蓿还田条件下施氮量和肥料种类对玉米生物量及氮素吸收的影响

本试验研究了紫花苜蓿还田条件下不同施氮量和肥料种类对玉米生物量及氮素吸收的影响。结果表明,施氮量对玉米叶片氮含量影响显著,肥料种类对玉米叶片氮含量和叶片氮吸收量影响显著,但对于其他观测指标则影响不显著。施用炭基肥条件下,籽粒生物量与叶片生物量成正相关,与籽粒氮含量成负相关,与茎秆氮含量成负相关。施用化肥条件下,籽粒生物量与籽粒氮含量成负相关。研究结果为紫花苜蓿用作旱田绿肥提供了数据参考。

不同密度下施氮量对夏玉米产量及强弱势子粒发育的影响

以京农科728为材料,探讨不同密度下施氮量对夏玉米产量及强弱势子粒发育的调控效应。结果表明,增密和施氮显著提高产量5.3%~28.3%和8.5%~26.0%。子粒鲜体积、鲜重和干重强弱势子粒间均表现为下部>中部>上部。施氮后子粒鲜体积、鲜重和干重显著提高0.2%~45.5%、0.1%~33.3%和0.4%~95.3%。增密强势子粒鲜体积降低1.0%~1.7%,鲜重提高9.4%~9.6%,弱势子粒分别降低7.1%和5.5%。综上,在夏玉米延迟收获条件下,施氮提高粒重而提高产量;增密导致弱势子粒粒重降低但强势子粒粒重提高实现增产;施氮和增密提高子粒脱水速率,达到子粒机收含水率标准,为华北平原夏玉米产量形成和机械直收提供支撑。

条带深旋小双行精播技术对京农科728产量的影响

以京农科728(JNK728)为试验材料,研究条带深旋小双行精播技术对黄淮海平原夏玉米产量的调控效应。结果表明,与铁茬直播(CK)相比,条带深旋小双行精播技术(SS)提高JNK728收获期干物质积累量4.98%,降低干物质在叶片的分配,提高干物质向子粒转运的比例。SS处理由于小双行精播技术,显著增加JNK728的群体密度11.02%~97.78%,收获穗数得到极显著的增加;密度增加导致SS处理JNK728穗长缩短12.50%(p<0.01),秃尖长显著增长15.71%,穗粗显著增粗24.34%,行粒数减少9.33%(p<0.05),穗粒数极显著减少9.95%,但对千粒重的影响不显著。与CK相比,SS处理使JNK728产量提高21.40%(p<0.01)。综上,条带深旋小双行精播技术可以通过密度增加,增加干物质积累总量,增加收获穗数,实现黄淮海平原北部夏玉米增产。