旱区连作砂田土壤质量和土地生产力演变与调控研究进展

砾石覆盖在改变旱区水文循环和物质转化方面有着至关重要的作用。然而,长期连作给砂田土壤质量及土地生产力带来危机和不确定性。以连作砂田为研究对象,归纳总结了连作年限对砂层质地结构、土壤物理结构、土壤水盐热效应、土壤养分状况、土壤酶活性、土壤微生物特性、作物生长发育以及产量品质的影响效应和可能机制,发现砂田土壤生态环境和土地生产力在人类活动及自然侵蚀的扰动和破坏下整体呈现退化态势,但对不同覆盖条件、施肥水平和种植结构等农田管理措施的响应过程表现出差异性。继而,基于土壤质量和土地生产力的协同和互作效应深入揭示了砂田性能逐年退化机理,并简述了生物、农业及工程调控措施在砂田退化阻控和修复方面的应用进展。在此基础上,提出了砂田退化进程中急需解决的关键科学问题和未来发展方向,主要包括土壤质量演变的基本过程及其发生机制、“砾石-土壤-微生物-植物”系统的叠加和互作效应及其分子机理、土壤改良与生物防治措施的定量化及其调控机制三个方面。在气候变化、植被演替和土地退化背景下,废弃风化砾石的劣化增肥机制及其环境效应将是今后研究的重点。

不同施肥处理对退砂田西瓜产量、品质及养分吸收的影响

为筛选出适合退砂田西瓜种植的施肥措施,采用田间大区对比试验,以金城5号西瓜为供试作物,研究了不施肥(CK)、大量元素水溶肥、大量元素水溶肥+生物菌肥、生物菌肥、沼液肥对西瓜产量、养分吸收和品质的影响。结果表明,水溶肥+生物菌肥处理下西瓜经济产量最高,为51.4 t·hm^(-2)。水溶肥或其配施生物菌肥促进了西瓜植株、果实和地上部氮吸收,同时促进了果实和地上部钾吸收。水溶肥处理下西瓜氮肥利用率最高(31.2%),沼液肥处理下磷(15.5%)、钾(39.2%)肥利用率较高。西瓜总糖与总酸、维生素C含量之间分别呈显著和极显著正相关。施肥处理显著提高了西瓜品质,水溶肥+生物菌肥处理效果明显。因此,综合考虑西瓜的产量、养分吸收和品质,退砂田施用水溶肥或其配施生物菌肥可实现西瓜高产优质生产。

中国西北旱区砂田表层土壤养分效应对连作响应的整合分析

为明确砂田表层土壤养分对连作的响应规律,深入揭示砂田性能逐年退化机理,文章基于国内外已发表的16篇相关文献的586组有效数据,借助Meta-analysis方法进行整合定量研究,定量分析覆砂1—3年农田与其他连作年限砂田(4—6年、7—9年、10—12年、13—15年、16—20年)在表层土壤水分状况(SWC)、养分特性(有机质SOM、全氮TN、全磷TP、全钾TK、碱解氮AN、速效磷AP、速效钾AK、全盐TSS)和酸碱环境(pH)方面的差异效应,系统阐释砂田表层土壤养分特性逐年变异的发生路径及驱动因素,进而综合评估其肥力水平。结果表明:伴随种植年限的增加,砂田表层土壤水分储量和养分强度整体呈现下降态势(P<0.05),4—20年的土壤SWC、SOM、TN、TP、TK、AN、AP、AK含量分别较1—3年减少39.06%、14.21%、14.96%、10.06%、8.20%、15.87%、37.01%、18.60%(P<0.05)。表层土壤SOM、TN、TP、TK、AN、AP、AK主要于10—12年开始大幅流失(P<0.05),而4—6年土壤SOM、TP、TK、AK含量的相对变化则不显著(P>0.05)。砂田在耕作12年内具有显著压盐效果,12年以后的表层土壤TSS含量则开始呈现逐年增加的发展趋向(P<0.05),其土壤pH整体增加1.29%(P<0.05)。连作年限是砂田表层土壤TN、TP和AK变异的关键因子;SWC则为土壤SOM、AP和TSS演化的主导要素。总体而言,砂田在连作10年左右即可出现明显的养分亏缺状态。因此,亟需提出科学合理的农田管理措施,以有效提升退化砂田的土壤肥力水平。

砂田西瓜地膜覆盖配套滴灌丰产栽培技术

利用砂田种植西瓜是甘肃黄河沿岸较独特的种植方式。作者对砂田地膜覆盖配套滴灌措施在平川区的应用效果、优点和具体的栽培技术进行了系统总结,供沙田西瓜种植者参考。

不同大果型西瓜品种砂田农艺性状及丰产性鉴定

为增强压砂西瓜产业活力,筛选出在砂田种植条件下具备发展潜力的大果型西瓜品种,在宁夏压砂西瓜核心产区对选取的8个大果型西瓜品种,从生长势、抗病性、果实性状和产量等方面综合分析了各品种的特征特性。结果表明,供试品种1912主蔓长、节间长优势较高,蔓粗最粗,枯萎病、霜霉病、白粉病和炭疽病发病率均为最低,抗病性表现最优,综合表现突出。该品种果实横径最大,为245.80 mm;果实纵径较大,为333.90 mm;果实中心糖度、边缘糖度均为最高,分别为12.80%、9.60%;单瓜质量最高,为9.04 kg,较对照品种金城红金五高0.53 kg;商品率较高,为91.33%;西瓜折合产量和商品瓜折合产量也最高,分别为31391.20、28669.58 kg/hm^(2),较对照品种金城红金五分别增产6.24%、5.47%。综合以上各项性状表现,认为1912种植优势突出,适宜在砂田种植模式进一步推广。

砂田在兰州的应用与发展

介绍了兰州砂田形成的时间、起源地和形成条件,概述了砂用的分布、兰州砂田的应用与发展情况及在瓜菜上的栽培方式。

不同种植年限砂田水盐变化与砂田退化初探

随着种植年限的增加,砂田的土砂比、土壤的水分与盐分含量都发生了明显的变化,加速了砂田的退化。对不同种植年限的砂田水盐变化及发生机理进行了分析,并总结了砂田退化的原因。结果表明,随种植年限的增加,提高了砂田的土砂比,砂田的保水、蓄水、抑蒸发、抑盐作用相对减弱,砂田的水盐变化与种植年限、砾石覆盖度、砂砾粒径、砂砾所处土壤表面的位置及地下水位密切相关,在一定程度上影响着砂田的退化。

黄土高原西北部砂田西瓜集雨补灌效应研究

在黄土高原西北部地区对砂田西瓜的集雨补灌效应进行了研究。试验采用滴灌方式 ,设 0 mm (D0 )、2 2 .5mm(D1 )、45.0 mm(D2 )和 67.5mm(D3 ) 4个灌水量处理。区组内各处理随机排列 ,四次重复。试验结果表明 :在西瓜全生育期 ,每个处理 0～ 1 2 0 cm土层的土壤水分含量均呈下降趋势 ,下降的幅度随着补灌量的增加而减小。全生育期补灌 67.5mm的处理土壤含水量最高 ,比没有补灌的对照处理高 2 .2 %。土壤水分的变化在 0～ 40 cm土层比较活跃 ,其次是 40～ 80 cm土层 ,而 80～ 1 2 0 cm土层的含水量变化相对比较稳定。对砂田西瓜进行补灌可以提高产量和水分利用效率。补灌 45mm和 67.5mm的处理比对照分别增产36.3%和 45.7%。补灌 67.5mm处理的水分利用率最高 ,为 2 6.7kg/ m3 ,比对照增加 1 7.0 % ;该处理的净利润和每单位 (m3 )水的净利润也最高 ,分别达 43.677元 / hm2 和 1 8.48元 / m3 ,比不补灌的对照处理高2 9 .9%和 1 5.3%。补灌量对西瓜的含糖量也有影响 ,补灌量低于 45mm,各处理之间含糖量的差异不大 ,补灌量为 67.5mm,西瓜含糖量降低 0 .44%。补灌对西瓜的产量、含糖量和水分利用率均有影响 ,砂田西瓜只有补灌量控制在 45mm左右 ,才能既提高产量和水分利用率 。

不同轮作模式对砂田土壤微生物区系及理化性状的影响

砂田是干旱半干旱地区具有综合效能的旱作覆盖技术,有明显改良和调节农田小环境的功效,近年来随着砂田产业化的快速发展,西瓜连作现象非常普遍,连作障碍明显。针对砂田西瓜连作障碍明显的现状,基于定位试验,研究了西瓜连作(对照,CK)和西瓜→花豆、西瓜→辣椒、西瓜→南瓜3种轮作方式对砂田土壤微生物群落和理化性状的影响,结果表明:与连作相比,3种轮作模式均可改善土壤微生物区系结构,增加土壤微生物多样性指数,增加细菌、放线菌数量及细菌数量与真菌数量比值(B/F),减少真菌数量;其中以与辣椒轮作效果最为明显,多样性指数(McIntosh指数,0.247)较CK(0.146)显著增加,放线菌数量比例(31.98%)较CK(14.22%)显著增加,但真菌数量及占总菌数的比例(0.06%)相对CK(0.43%)明显降低。轮作能改变土壤微生态环境,提高砂田土壤微生物多样性,缓解西瓜的连作障碍,西瓜与辣椒轮作是有效预防和克服连作障碍的较佳种植制度。

甘肃砂田西瓜覆膜补灌效应研究

为证明集雨补灌对砂田西瓜是否有效,在甘肃省皋兰县进行了集雨补灌效应研究,结果表明:在西瓜全生育期,各处理的土壤水分呈波动性下降,0～120cm土层含水量下降幅度在2.59%～4.13%之间,补灌量愈大,土壤含水量的下降幅度愈小。砂田西瓜全生育期耗水较少,不同补灌量处理的耗水量在175.9～218.9mm之间,比小麦等大田作物低100mm以上。灌水量对结瓜期的耗水量影响很大,灌水量增加,结瓜期耗水量增大。不同补灌量处理的西瓜产量差异达显著水平,随灌水量的增加,产量、单瓜重和采收瓜数相应增加。补灌量对西瓜的含糖量也有影响,补灌量低于45mm,各处理之间含糖量的差异不大,补灌量为67.5mm,西瓜含糖量降低4.4%以上。适量补灌可以提高西瓜水分利用效率,其中滴灌67.5mm处理水分利用率最高,达到267.2kg·hm-2·mm-1,比不补灌处理提高17.0%。但随灌水量的增加,灌水效率降低,单方水产值减少。由于补灌对西瓜的产量、含糖量和水分利用率都有影响,只有适时适量补灌,才能即提高产量和水分利用率,又不降低品质。研究结果证明,砂田集雨补灌栽培西瓜是集雨水利用的一种较经济高效的方式,但最佳补灌量应控制在45mm左右为宜。

旱区砂田肥力演变特征研究

以宁夏香山地区种植1~17 a砂田及撂荒砂田为研究对象,对砂土比例、耕层土壤含水量（0~20cm）、有机质含量、全盐量、速氮、速磷、速钾的变化进行了分析。结果表明,连续种植可使砂田覆砂层含土量（由9.24%增加到36.15%）、土砂比（由0.09增加到0.57）不断提高,含砂量（由90.76%降低到63.85%）、土壤含水量（由25.30%降低到13.70%）、全盐含量（由0.21 g/kg降低到0.05 g/kg）、速磷（由2.42 mg/kg降低到2.26 mg/kg）、速钾（由172 mg/kg降低到109 mg/kg）不断降低,而有机质、全氮、速氮则先升后降,在连续种植4~5 a后达到最高（有机质：12.5 g/kg;全氮：0.32 g/kg;速氮：15.10 mg/kg）,此后不断下降。因此砂田连续种植4~5 a必须人工补肥,连续种植若干年后休闲1~2 a有利于砂田性能的恢复。

砂田水热及减尘效应研究

2007年对宁夏中卫市香山地区的砂田进行了有关生态效应研究．结果表明，砂田具有明显的保墒、增温、减蒸、减尘效果，在4--6月期间，砂田0～40cm土层中土壤含水量比裸田提高32．5％，砂层下地表蒸发量减少28．7％，0～20cm土壤平均每天增温0．96℃，地表以上1．5m高度减少扬尘量43．9％．

适宜施氮量提高温室砂田滴灌甜瓜产量品质及水氮利用率

为解决设施砂田甜瓜生产中的水肥瓶颈问题,该文通过大田试验,研究西北旱区设施砂田甜瓜传统水肥管理与滴灌施肥处理对不同生育时期甜瓜生长、产量、品质及水氮利用率的影响,从而确定甜瓜高效的灌溉方式及适宜的氮肥用量。试验设置了2个对照处理：大水漫灌不施氮肥（CK0）和大水漫灌传统施氮（CK）,并在灌水量减少40%的滴灌条件下设置了4个氮肥水平：不施氮（T1）、传统施氮量N 180 kg/hm2（T2）、减氮40%即N 108 kg/hm2（T3）、增氮40%即N 252 kg/hm2（T4）,共6个处理。结果表明：滴灌施肥处理较对照在甜瓜生长后期光合、植株干物质及氮素积累量等生理、生长指标均显著提高,甜瓜增产7.40%～14.35%,水、氮利用率分别提高28.81%～40.65%和22.78%～77.22%,果实品质中可溶性固形物及Vc含量也显著提高,硝酸盐含量显著降低,且滴灌可减少砂层含土量,从而延长砂田的使用年限。相同滴灌条件不同氮水平处理间,甜瓜植株干物质及氮素积累量随施氮量的增加而增加,而光合指标、产量、品质及水氮利用率则表现出先增加后降低的趋势,其中以T2和T3处理的甜瓜产量、品质和水氮利用率最高。综合分析表明,滴灌施肥是西北旱区设施砂田甜瓜栽培优质高产、高效和节水节肥的水肥管理模式,适宜的氮肥施用量为108～180 kg/hm2。

宁夏砂田不同砾石覆盖厚度土壤入渗过程及模型分析

以宁夏中部旱区砂田土壤为研究对象,通过对不同砾石覆盖厚度条件下砂田土壤水分入渗过程进行研究,采用一维垂直定水头入渗法,选取砾石覆盖厚度为影响因子,设置5个覆盖厚度(0,6,9,12,15cm),观测湿润锋运移和入渗量变化规律,比较各处理土壤入渗特征,利用模型拟合土壤入渗过程。结果表明,砾石覆盖提高了土壤水分入渗能力,土壤湿润锋运移距离和入渗量明显增加。与CK相比,砾石覆盖厚度为6,9,12,15cm时的累积入渗量分别增加了4.3%,11.8%,12.8%和17.1%,平均入渗率增加了25.8%,38.7%,50.0%和62.9%;同时砾石覆盖厚度改变了土壤水分入渗曲线,随着砾石覆盖厚度增加,土壤初始入渗率迅速增加,但稳定入渗率增加较为缓慢。与CK相比,砾石覆盖厚度为6,9,12,15cm时的初始入渗速率分别增加了40%,81%,91%和110%;稳定入渗速率分别增加了15.3%,17.9%,20.5%和25.6%。利用3种入渗模型对砂田土壤水分入渗过程进行拟合,结果表明Horton模型拟合效果最好,是分析和预测不同砾石覆盖厚度土壤水分入渗过程的适宜模型。

砾石直径和补灌量对砂田西瓜根系分布的影响

采用剖面取样分析方法对砂田西瓜4种补灌量（0mm，23mm，4mm5和68mm）和三种粒径（2～5mm，5～20mm和20～60mm）砾石覆盖及不覆盖对照的根系分布进行了研究。结果表明，砂田西瓜有一个发达的根系，根系最长可扩展到1．5m的深度，但83％以上的根系集中在1m以上的土层，西瓜田覆盖砾石比对照的根系长度密度增加75％以上。砾石直径20～60mm的覆盖处理，RLD显著高于2～5mm直径的处理，降雨量较高的2002年，顶部50cm土层有更多的根系，降雨量少的年份，下部土层的根系明显增多，但整个土层的总根系长度低于降雨较多的年份。2001年补灌45mm和68mm处理的根系长度密度明显高于不补灌的处理，但2002年随补灌量的增加，下部土层根系长度密度减少。降雨少的2001年，补灌增加了西瓜根系的长度密度、蒸散量、产量和水分生产率，而降雨多的2002年，补灌后根系长度密度减少，水分生产率降低。不同直径的砾石覆盖，产量没有显著差别，但由于大粒径砾石覆盖增加了土壤蒸发，虽然根系长度密度增加，但水分生产率降低。结果说明，砾石直径、降雨和补灌量对砂田西瓜的根系分布有明显的影响，用5～20mm粒径砾石覆盖，并保持适度的水胁迫不仅有利于根系的扩展，而且能提高西瓜的水分利用率。

密度、氮肥互作对旱砂田西瓜产量、品质及氮肥利用率的影响

为了探明旱砂田西瓜产量、品质及氮肥利用率同步提高的最佳施氮量和种植密度,制定合理的栽培措施,本试验以中晚熟品种陇抗九号为试材,在砂田条件下设置了3个种植密度(9525、12120、16680株/hm2)和4个施氮水平(0、100、200、300 kg/hm2),研究了氮密互作对西瓜产量、品质和氮素利用率的影响。结果表明,种植密度和施氮量均显著影响西瓜产量及品质,但两者互作效应不显著,两因素中密度是导致产量变化的主导因素,西瓜产量为高密度>中密度>低密度,高密度处理的平均西瓜产量较中、低密度分别显著提高了23.46%和45.58%;而施氮量对西瓜品质的调控具有显著作用,施氮量在0～200 kg/hm2范围内,西瓜产量及品质随施氮量的增加而提高,之后有下降趋势,N200处理的西瓜含糖量较N0和N300分别显著提高了1.43%和1.92%,Vc含量分别提高了13.09%和8.42%。西瓜产量提高引起氮肥偏生产力和氮肥吸收利用率的协同提高。综合考虑产量、品质和氮素利用率等因素,在本试验条件下,砂田全膜覆盖栽培西瓜的适宜种植密度为16680株/hm2、适宜的施氮量为200kg/hm2,其西瓜产量、含糖量及氮肥吸收利用率分别为61754 kg/hm2、10.59%和22.29%。

不同覆膜方式对旱砂田土壤水热效应及西瓜生长的影响

早春低温胁迫和生育期干旱胁迫是进一步提高旱砂田西瓜产量的主要限制因素。为提高旱砂田早春土壤温度和自然降水利用效率,在西北干旱区的旱砂田上开展了不同覆膜方式的对比试验,研究了全覆膜(FM)、起垄覆膜(RM)、半覆膜(HM)和不覆膜(CK)4个处理下旱砂田土壤水热效应及对西瓜产量和品质的影响。结果表明,不同覆膜方式0—25cm土壤温度日变化均以"S"的温波形式由表层向深层土壤传递,土层每加深5cm,土壤温波位相依次推移1h;不同覆膜方式0—25cm土层增温效应表现为FM>RM>HM>CK,日平均温度较CK分别提高2.8、2.0、1.8℃。FM和RM是影响旱砂田西瓜生长前期土壤水分变化的主要覆膜方式,播种至幼苗期,RM具有明显的集雨效果,抽蔓期FM具有显著的保墒效果。覆膜加快了旱砂田西瓜的生长,蔓长、叶绿素含量和叶面积指数均明显高于CK,FM、RM和HM产量分别较CK增加145.81%、99.32%和95.46%,西瓜可溶性固形物含量和可溶性糖含量均表现为FM>RM>HM>CK,而维生素C、粗纤维和有效酸含量受覆膜方式的影响较小。综合分析,FM和RM是旱砂田西瓜生产中优选的覆膜方式。

滴灌施肥条件下砂田设施甜瓜的水肥耦合效应

【目的】传统水肥管理是限制砂田设施甜瓜产业发展的主要因素。研究滴灌施肥条件下砂田设施甜瓜的水肥耦合效应,为该产业的可持续发展提供技术支撑。【方法】在滴灌施肥条件下,采用"311-B"D饱和最优设计,建立甜瓜产量、品质与水肥的回归模型,分析各因素的单因素效应、交互效应和边际效应,确定砂田设施甜瓜滴灌高产优质栽培的适宜施用量。【结果】建立了甜瓜产量、品质与灌水、氮肥、钾肥的回归模型;因素效应分析结果表明,影响甜瓜产量的主要因素是氮肥用量,其次是灌水量和钾肥用量;影响甜瓜品质的主要因素是钾肥用量,再其次是灌水量和氮肥用量;甜瓜产量、品质均随着水、肥用量的增加而先增加后降低。水、氮、钾相对于甜瓜产量与品质的交互效应也存在差异,在产量影响方面,对水而言,氮的交互效应大于钾;对氮而言,水的交互效应大于钾;对钾而言,氮的交互效应大于水。而在品质方面,对水而言,钾的交互效应大于氮,对氮而言,钾的交互效应大于水,对钾而言,氮的交互效应大于水。某一单一因子投入量偏高或偏低均不利于甜瓜产量和品质的形成,而由于水肥间的交互作用,两者配施则对产量和品质的提高具有较强的促进作用。【结论】综合考虑水、氮、钾对甜瓜产量、品质的影响,滴灌条件下,砂田设施甜瓜高产优质的水肥方案为:灌溉定额为786—796 m^3·hm^(-2)、施肥量N为170—227kg·hm^(-2)、K_2O为227—246 kg·hm^(-2),可作为砂田设施滴灌条件下的灌溉施肥优化方案。

喷施硒肥对砂田西瓜产量、品质及养分吸收的影响

【目的】研究叶面喷施硒肥对砂田西瓜产量、品质及养分吸收的影响,为砂田西瓜高品质生产及硒肥的合理施用提供理论依据。【方法】本试验选用20年以上砂田为研究对象,西瓜品种为’西沙瑞宝’,采用不同质量浓度(0、20、40、60、80、100 mg·L^-1)亚硒酸钠硒肥分别在西瓜伸蔓期、坐果期和果实膨大期进行叶面喷施,每个生育时期喷施一次,研究不同浓度硒肥对砂田西瓜产量、品质及大、中、微量养分元素吸收的影响。【结果】随着硒肥浓度的升高,西瓜产量、品质及果实氮、钙和镁元素的吸收均表现出先增加后降低的变化趋势,而对钾、锌、铁和硒等元素的吸收均表现出持续增加的趋势。当硒肥质量浓度为60 mg·L^-1时,较对照西瓜增产12.60%,果实边缘可溶性固形物含量提高了8.03%,糖分梯度降低了23.79%,维生素C含量提高了10.51%;果实氮、磷、钾大量元素含量分别提高了14.73%、4.5%和120.09%,钙、镁中量元素含量分别提高了48.29%和19.49%,硒、锌、铁等微量元素含量分别提高了209.45%、101.75%和65.20%。【结论】综合考虑西瓜产量、品质及果实养分含量等因素,得出砂田西瓜适宜的硒肥喷施质量浓度为60 mg·L^-1。

砂田集雨补灌对西瓜产量和土壤水分的影响

砂田在干旱半干旱地区是传统保水保墒的耕作方式,至今已有300多年的历史。对传统的砂田配合现代集雨滴灌技术种植西瓜,供试品种是西农8号,试验处理为集雨滴灌砂田(DSF),传统砂田(CSF),不覆砂的传统土田(CEF)。通过甘肃景泰十里砂河村的田间试验表明,产量比传统砂田提高近3倍。产量提高最主要的因素是在西瓜水分受到胁迫的几个关键需水期,及时实施了集雨补灌技术。从田间水分变化分析了集雨补灌砂田的增产机理。