西部黄土高原苜蓿终止时间对苜蓿-小麦轮作系统生产力及土壤水分的影响(英文)

旱作春小麦（Triticum aestivum L.）是西部黄土高原最重要的禾谷类作物,该区苜蓿（Medicago sativa L.）分布也非常广泛。持续的作物连作和多年苜蓿种植系统都存在很多问题。雨养农业系统发展的关键是最佳水分利用策略的应用。发展合理的苜蓿-小麦轮作系统对该区农业的发展有十分重要的意义。由于苜蓿终止时间严重影响土壤水分,所以在适宜的时间终止苜蓿就显得十分重要。然而,关于苜蓿-小麦轮作中老苜蓿在一年中适宜终止时间的研究鲜见报道。本研究利用黄土高原西部典型的半干旱雨养农业区30年老苜蓿布设田间试验,旨在探索老苜蓿地土壤水分状况、苜蓿终止时间和少量氮肥施用对系统生产力及土壤水分的影响。结果表明,长期种植苜蓿后0~3m土壤水分很少,即便遇到丰水年（2003年）,3年的时间都不足以恢复土壤水分。30年苜蓿在一年中春季还是秋季终止对土壤水分状况无显著影响。种植苜蓿30年后杂草竞争力增强,苜蓿干物质和产量水平都相当低,且对1kg hm-2的氮肥使用无明显响应。由于土壤水分含量太低,后茬春小麦对1kg hm-2的氮肥使用和苜蓿终止时间也无明显响应。因此,苜蓿持续种植时间太长会耗竭土壤水分,使后茬春小麦对苜蓿在一年中的终止时间及少量的氮肥使用无响应,需要3年以上时间才有可能恢复土壤含水量。

增水和施肥对苜蓿-冬小麦轮作系统冬小麦叶片光合速率和叶绿素含量的影响

[目的]黄土高原面临着严重的水土流失和土壤肥力下降等问题,将苜蓿引入小麦的作物体系形成草田轮作系统,以缓解过量化肥使用造成的环境问题,同时提高农作物产量。[方法]本研究采用野外控制实验,利用山西农业大学已经建立3年的紫花苜蓿实验平台,翻耕后种植冬小麦,进行增水和施肥处理,监测其叶片光合生理特征和叶绿素含量的变化。[结果]在2017年(10月29日-12月2日),即冬小麦出苗后到越冬期初期,增水和施肥仅提高叶绿素含量2.7%和8.2%;2018年(3月14日-6月4日),即冬小麦从越冬期末期至成熟期,增水提高光合速率20.3%、气孔导度43.8%、蒸腾速率31.4%和叶绿素含量2.3%,但降低叶面饱和蒸气压差6.5%;施肥显著提高叶绿素含量2.0%,但降低气孔导度8.2%。在冬小麦的整个生长季,增水和施肥对以上各指标的影响不存在交互作用。[结论]增水和施肥可以提高小麦叶绿素含量,但随着时间的推移,增水和施肥的作用减弱;增水提高冬小麦叶片光合速率但施肥作用不显著,说明将苜蓿引入小麦的作物体系形成草田轮作系统,小麦可以利用苜蓿固定的氮源,降低肥料的施用,增加经济效益和环境效应。未来草田轮作是绿色农业发展的重点方向,也是可持续农业发展的必要途径。

黄土高原旱地小麦—苜蓿轮作对小麦品质和子粒氨基酸含量的影响

在粮草8年轮作施肥定位试验背景下,研究小麦品质和子粒氨基酸含量的变化。结果表明,苜蓿茬小麦和对照在营养品质和面团流变学特性以及氨基酸含量上的差异,归因于施肥对小麦品质的改良和提高。小麦与苜蓿轮作能提高小麦的营养品质,苜蓿茬小麦和连作小麦的湿面筋值有显著差异;轮作可增强小麦粉面团的强度和筋力,降低面团的延展性,苜蓿茬小麦和和连作小麦的FQN值有极显著差异;但小麦的氨基酸含量无明显变化。苜蓿—小麦轮作以苜蓿茬后第2年种植的小麦品质和氨基酸含量为优,到苜蓿茬后第3年,茬口优势效应减弱。

不同草田轮作方式对土壤肥力、微生物数量及自毒物质含量的影响

为了探究不同草田轮作方式对土壤肥力、微生物及自毒物质的影响,以轮作5年的"甘农3号"紫花苜蓿地为试验材料,研究紫花苜蓿与小麦和玉米在不同轮作处理下对土壤养分含量、微生物数量和自毒物质含量的动态变化及影响。结果表明:1)与CK相比,紫花苜蓿与玉米和小麦轮作后土壤有机质、全氮、碱解氮、速效磷的消耗增加。轮作玉米后有机质、全氮、碱解氮、速效磷的消耗量显著高于轮作小麦(P<0.05)。2)紫花苜蓿轮作玉米、小麦后,土壤细菌和放线菌数量显著增加(P<0.05),且增量大小顺序为5年紫花苜蓿-2年小麦>5年紫花苜蓿-1年小麦>5年紫花苜蓿-2年玉米>5年紫花苜蓿-1年玉米;真菌数量下降,轮作处理较CK显著降低了48.96%、65.19%、66.72%、74.91%(P<0.05)。3)紫花苜蓿轮作玉米和小麦后,土壤主要自毒物质(绿原酸、阿魏酸、咖啡酸、对羟基苯甲酸、香豆素)含量均降低,轮作玉米和小麦后自毒物质总量在第1年较CK显著降低17.90%和27.50%(P<0.05),且轮作小麦第2年比第1年降低24.20%。综上所述,紫花苜蓿与玉米、小麦轮作能显著影响土壤微生物组成,降低自毒物质含量,有效改善土壤环境,而土壤养分缺乏并不是引起紫花苜蓿连作障碍的主要因素。在半干旱地区紫花苜蓿的草田轮作中,以紫花苜蓿-小麦轮作为宜,且轮作2年小麦对土壤的解毒效果更为明显,应避免紫花苜蓿-玉米轮作,以维持农田肥力平衡。通过典型性分析发现,土壤微生物数量和自毒物质含量之间呈显著相关关系,土壤中细菌和真菌数量对自毒物质总含量影响最大,放线菌数量和自毒物质绿原酸、阿魏酸、咖啡酸、对羟基苯甲酸、香豆素显著相关。

不同草田轮作模式土壤养分及细菌群落组成特征

为研究不同草田轮作模式下土壤养分及细菌群落的组成特征,以5年紫花苜蓿-1年小麦(A5W1)、5年紫花苜蓿-1年玉米(A5C1)、5年紫花苜蓿-2年小麦(A5W2)和5年紫花苜蓿-2年玉米(A5C2)草田轮作模式为对象,测定了土壤有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷和速效钾含量,在此基础上,基于16S rRNA基因序列扩增子测序研究了4种轮作模式下耕层土壤细菌群落组成特征。结果表明:轮作第2年各土壤养分含量较第1年显著下降。细菌组成研究结果显示,4种轮作模式下占优势的菌门为变形菌门、放线菌门和厚壁菌门。土壤细菌群落优势属以丙酸杆菌属(Propionibacterium)、芽孢杆菌属(Bacillus)、链球菌属(Streptococcus)以及奈瑟氏球菌属(Neisseria)为主。土壤细菌多样性以A5C2轮作处理最高,A5C1最低;聚类分析显示A5W1和A5C1的组成最接近,其次是A5C2,A5W2的组成与前两者相差较大。土壤养分含量与几种优势属之间呈显著相关性(P<0.05 or P<0.01)。研究结果揭示了河西走廊灌溉区种植紫花苜蓿多年后轮作小麦和玉米改善土壤肥力和防治某些土传植物病害微生物的机理。