盐碱地肥沃耕层构建水肥盐综合调控机理与技术研究进展

盐碱地是我国重要的后备耕地资源,我国历来高度重视盐碱地的改良和利用工作,但目前盐碱区淡水资源短缺严重制约了盐碱地的改良利用。如何在水资源约束下,优化调控土壤水肥盐动态是当前盐碱地可持续利用中亟待解决的关键科学问题。近年来,大量研究利用有机培肥、耕作、节水灌溉、田间覆盖、咸水利用等农艺措施,在盐碱地建立“控盐、保肥、保水”的肥沃耕作层,显著改变了水肥盐在土壤-植物-大气连续体中的运移过程,实现了盐碱地质量和产能快速提升,上述内容也日益成为盐碱地改良利用中的重要研究方向。本文系统总结了盐碱地改良和肥沃耕层构建等方面的研究进展,并针对盐碱地肥沃耕层构建下土壤水肥盐综合调控及其与植物生长的协同关系等进行了展望,以期为盐碱地可持续改良利用提供参考。

深耕配施结构调理剂对新垦低丘红壤水分的影响

为探讨新垦低丘红壤旱地蓄水能力的提升途径,在浙中地区选择3种不同质地(砂壤土、黏壤土和黏土)的新耕红壤旱地,开展了深耕配施结构调理剂对土壤水分状况影响的试验。试验设对照(浅耕)、施结构调理剂(浅耕+结构调理剂)和深耕配施结构理剂3个处理,动态观察了不同深度土层含水量和0~50 cm土体蓄水量的变化。结果表明,深耕配施结构调理剂显著降低了土壤容重,提高了土壤水稳定性团聚体的数量和保水性;施用结构改良剂后砂壤土、黏壤土和黏土田间持水量分别比对照增加1.58%、1.94%和4.35%;深耕+结构调理剂后砂壤土、黏壤土和黏土田间持水量分别比对照增加1.35%、2.28%和2.68%。深耕配施结构调理剂雨季土壤蓄水量明显提高,干旱季20~50 cm土层水分明显高于对照,砂壤土、黏壤土和黏土贮水量分别比对照高2.06%~12.16%、1.73%~12.41%和5.53%~23.62%,深耕效果在黏土中最为明显,在砂壤土中效果相对较弱。

旱地小麦产量和水分利用对翻耕时间和降水量及其分布的响应

【目的】针对山西省麦区降水年际变化大,休闲期降水占比高、生育期降水少且分布不均,造成雨养旱地小麦年季间产量波动大、降水水分利用率(WUE)低等问题,探寻不同降水年型下旱地麦田休闲期翻耕时间对土壤蓄水量和产量的影响,为山西南部旱地小麦根据降水型“定产”提供理论依据。【方法】2010—2021年度,通过田间区组试验,设8月10日(P1)、8月20日(P2)和8月30日(P3)左右3个翻耕时间,研究翻耕时间、降水量及其分布对旱地小麦产量、休闲期土壤蓄水特性和生育期耗水及相关性的影响。【结果】(1)旱地小麦产量受降水年型、休闲期和生育期降水共同影响,且年型>休闲期>生育期。试验年度平均产量2400.0—6298.0 kg·hm^(-2),年季间变异系数为29.8%,其中丰水年(2012、2014和2015年度)、平水年(2011和2013年度)和枯水年(2010、2016、2019、2020和2021年度)平均产量分别为5524.6、3048.2和4088.7 kg·hm^(-2);休闲期降水量和生育期降水分布主要通过成穗数和穗粒数影响产量,年度和3—4月降水多则产量明显增加;翻耕时间对旱地小麦产量影响与休闲期降水分布密切相关,7—8月降水多,P1产量高,9月降水多,则P2或P3产量高。(2)降水量及其分布和翻耕时间共同影响播种前和收获期土壤蓄水特性。休闲期降水主要影响播种前和收获期下层(100—200 cm)土壤蓄水量;休闲期丰水型播前上层(0—100 cm)和下层土壤蓄水量相近或略低,平水型和枯水型则下层低于上层,分别比上层低6.17%和24.66%;7月降水多有利于下层土壤多蓄水,8—9月降水多有利于上层土壤多蓄水;生育期降水主要影响收获期上层土壤蓄水量,尤其是5月降水;播种前和收获期上层土壤平均蓄水量P2最高,收获期下层和0—200 cm土壤平均蓄水量P2或P3最高。(3)耕作时间和降水量对生育期耗水量和水分利用率影响相对较小,年度降水多则旱地小麦生育期耗水多,3月降水对生育期耗水量影响大。【结论】休闲期降水量及其分布影响旱地小麦播前0—200 cm土壤蓄水量,并与3—4月份降水量共同作用影响成穗数、穗粒数和旱地小麦产量,且水分利用率与旱地小麦产量间呈显著正相关。山西南部7—8月降水多旱地麦田于8月10日前后翻耕,降水少时则翻耕时间推迟10—20 d,可增加播种前土壤蓄水量使旱地小麦实现增产。

粉垄技术“活土增粮提质保水减灾降碳及高效”促进农业发展

世界首创的农耕新技术——粉垄技术,通过特殊耕具深垦活土提升耕地生产力和改良盐碱地释放农业巨大新质生产力,实现10%~50%粮食增产,同时叠加提质、保水、减灾、降碳和省工、高效新效应,被袁隆平誉为“农耕革命”。新发明的粉垄耕具用于系列智能化粉垄整机实现高效耕作,替代“现行农业”传统耕作模式,可活化各种宜耕土地资源和进入粉垄耕作与高效种植快速推广新时代,极大增加耕地来源和提高农业生产率,解决目前耕地与水资源短缺、农业与民生及健康的深层次问题;实现土、水、气、温、光等“五大资源”再度倍数增用,提出和阐明“粉垄定律”等粉垄技术新理论;“粉垄农业”高低纬度和高原地区均适应而可全球通用,引领新的农业科技革命而引发千年农业之大变局。若中国实施耕地10亿亩和盐碱地5亿亩改造可新增生产能力7亿亩,增产粮食将可多养活几亿人口,年增贮天然降水2000亿m3,降碳数量巨大,扩筑中国发展之根基。

关中地区不同耕作方式对冬小麦产量及土壤蓄水保水能力影响

2020-2021年在陕西省泾阳县设置3个深松深度和2个深翻深度,研究了不同深度的机械深松、深翻对土壤蓄水保水能力及产量影响。结果表明:深松和深翻处理在一定程度上有利于提高深层土壤的蓄水保水能力,播前深翻30 cm和深松30 cm处理80~200 cm各深度平均土壤含水率较对照分别高1.27%和1.64%,冬前、返青期和收获期3个深松深度和2个深翻深度处理80~200 cm各深度平均土壤含水率较对照提高0.13%~3.98%。在深松3个处理中30 cm深度处理产量最高为8257.5 kg/hm^(2),较CK增产6.0%,处理之间差异极显著;在深翻2个处理中25 cm深度处理产量最高为8017.5 kg/hm^(2),较CK增产3.0%,处理之间差异显著。深松和深翻处理对冬小麦产量的影响与处理深度密切相关,深松以30 cm深度处理,深翻以25 cm深度处理为最佳。

秸秆还田方式对低丘橘园土壤碳库与蓄水能力的影响

为了深入理解秸秆还田对低丘柑橘园土壤的改良效果,采用田间微区方式开展2年试验,设对照(不施用秸秆)、覆盖还田、浅层还田、深层还田和全层还田等5个处理,比较研究了不同方式秸秆还田对土壤碳库及水分变化的影响。结果表明:各类秸秆还田方式均不同程度改善了土壤物理性状、有机碳含量、肥力指标和酶活性,但它们对不同深度土层的影响有所差异。秸秆覆盖还田只能改善表土最上部分土壤的理化性状,且对表层水分条件的改善优于其他还田方式;但其对深层土壤的影响不明显。秸秆翻耕还田兼具翻耕本身的松土作用和增加有机质输入,同时改善不同深度土层的物理性状与有机质和养分的积累,其对土壤性状的改良作用强度大于秸秆覆盖。总体上秸秆深层还田和全层还田对土壤改良作用的影响范围大于秸秆浅层还田,特别在增加深层土壤有机碳和水分的贮存方面秸秆深层还田效果尤为显著。研究认为,秸秆深层还田与地表覆盖相结合可全方位改善柑橘园土壤性状,新建果园前期可考虑以深层还田为主,后期逐渐转变为浅层还田或覆盖还田。

横坡和顺坡耕作对紫色土土壤团聚体稳定性的影响

通过径流小区试验，分析探讨了紫色土横坡和顺坡两种耕作模式下表层（0～20cm）土壤水稳性团聚体及有机碳含量的特征，为紫色土区坡耕地的有效改造和综合利用提供科学依据。试验结果表明，横坡耕作下土壤水稳性指数K值比顺坡耕作高38．99％，而土壤分散性D值为顺坡耕作的1．64倍，横坡耕作抗蚀性大于顺坡耕作。横坡耕作〉0．25mm水稳性团聚体含量比顺坡耕作增加3．62％，〉5mm、5～3mm、3～2mm水稳性团聚体含量横坡耕作均高于顺坡耕作，横坡耕作显著提高〉2mm水稳性团聚体含量。横坡耕作下团聚体结构体破坏率较顺坡耕作减少3．05％，团聚体平均重量直径为顺坡耕作的1．39倍。2种耕作模式下O．5～2mm团聚体有机碳含量均最高，〉0．25mm不同粒级团聚体有机碳含量百分数均随粒径的减小而减小，均在0．5、0．25mm粒级下达到最小。横坡和顺坡耕作模式下2～1mm团聚体有机碳含量无显著差异。横坡耕作较顺坡耕作能够显著增加紫色土〉2mm水稳性团聚体含量，且对有机碳的固持作用更好，有利于土壤结构的改善。

坡耕地局部打破犁底层对水分入渗的影响

针对我国东北半干旱地区坡耕地的耕作层逐年变薄,结构坚硬、紧密的犁底层上移变厚,造成土壤透水、通气性极差,土壤径流、泥沙侵蚀严重,严重影响水分的入渗。利用同心环有压入渗试验及野外模拟降雨试验,研究了在垄作区田的坡耕地中,根据区田土垱之间打破犁底层范围的不同,来分析坡耕地的犁底层对水分入渗的影响。结果表明局部打破犁底层后水分稳定入渗率提高,产流时间延长,径流和泥沙明显减少。

不同耕作方式对土壤水分蓄持能力的影响

为了改善北京地区农田土壤结构,提高土壤蓄水保墒能力,提升农田生产能力,增加作物产量,本项目自2009年开始在北京市延庆县保护性耕作试验田开展农田深松效果研究,对比分析了免耕和免耕＋深松2种技术模式对土壤容重、含水率、水分入渗率的影响。结果表明,与免耕处理相比,免耕＋深松技术模式0~30 cm图土层内,土壤容重降低了约3.4%,稳定入渗率提高了62.5%,在0~100 cm土层内平均质量含水量增加5.9%,因此深松可提高土壤蓄水保墒能力,有助于农作物的生长。

旱地小麦休闲期不同耕作措施对土壤水分蓄纳利用与产量形成的影响

为了提高旱地冬小麦的水分利用率,采用大田试验,研究休闲期不同耕作措施对旱地冬小麦土壤含水量、产量及水分利用率的影响。结果表明,休闲期不同耕作措施可明显提高播前与越冬期0～100 cm、100～200 cm土层含水量,有利于旱地冬小麦出苗与越冬;同时,休闲期不同耕作措施可明显提高后续各生育期土壤含水量,提高穗数、穗粒数,显著提高籽粒产量与水分利用率,各处理下数据显示休闲期深耕处理效果优于深松与免耕处理。总之,休闲期不同耕作措施均有利于旱地小麦土壤水分、产量和水分利用率的提高,是实现旱地小麦增产的有效措施。

深松条件下灌溉频次对棉花水分利用效率及产量的影响

【目的】探讨深松条件下灌溉频次对棉花水分利用效率及产量的影响。【方法】2016—2017年,在深松后相同灌溉量下,设置3个灌溉周期为4、7、10d,对应灌溉次数为17、10、7次,分别以D4、D7、D10表示,研究了灌溉期土壤水分、干物质积累、耗水量、水分利用效率(WUE)及产量的变化特征。【结果】深松条件下,适中的灌溉频次(D7)显著增加了0~20cm土壤含水率,促进棉花干物质向蕾铃器官分配,提高WUE,2016年和2017年D7处理比D4、D10处理分别提高15.5%、16.5%和10.5%、9.2%。而过高(D4)或过低(D10)的灌溉频次降低了土壤含水率,高频灌溉促进了棉花营养生长,但向蕾铃器官分配比例降低,而低频灌溉干物质积累总量显著降低,土壤贮水减少量和总耗水量显著增加。过高或过低的灌溉频次均导致产量降低,D7处理的籽棉产量比D4、D10处理在2016年提高13.8%、17.3%,2017年提高7.0%、6.1%,而产量提高的主要原因是单株铃数和单铃质量的增加。【结论】深松后灌溉频次应以1次/7d,可有效促进棉花营养与生殖器官干物质协调增长,提高生殖器官干物质分配比例,有利于棉花产量及水分利用效率的协同提高。

白族水崇拜与农耕文化

白族是一个以农业为主的民族 ,至今已有约 4千年的农耕历史 ,因农业对水的过份倚重 ,水崇拜在白族社会生活中影响深广。本文试就白族水崇拜与农耕文化的关系进行探讨 ,以求揭示传统精神和传统文化形成的原因。

水肥耦合条件下小麦田根系层土壤总磷迁移特征

以小麦为研究对象,通过田间小区试验对生育期内水肥耦合条件下小麦根系层(0~100 cm)总磷浓度迁移过程的监测,系统分析了不同灌水量(高水7.6 mm、低水6.1 mm)及不同施肥量下(高肥125 kg/hm^2、低肥75 kg/hm^2)总磷在根系层的迁移转化规律。

石羊河流域农田休闲期耗水规律研究

通过微型蒸渗器和diviner2000土壤水分测定仪测定了不同耕作及储水灌溉条件下农田休闲期土壤水分动态变化规律,并结合气象数据比较不同耕作方式和灌水处理的优越性,分析了休闲期不同耕作方式及储水灌溉措施对土壤水分及降水利用的影响。研究结果表明,春耕可减少农田表层土壤蒸发,保水效果较好;低定额储水灌溉既没有造成深层渗漏,且蒸发损失小;冬季大定额储水灌溉产生43.86 mm的深层渗漏和121.11mm的土壤水分蒸发,形成了水资源的无效流失;而春耕+免储水灌溉只产生54.41 mm水分损失,节水效果显著。土壤蒸发和深层渗漏产生的土壤水分损失大小顺序为:传统冬季储水灌溉>低定额储水灌溉>秋耕+免储水灌溉>春耕+免储水灌溉,低定额储水灌、秋耕+免储水灌溉、春耕+免储水灌溉处理土壤水分损失较对照分别减少53.44 mm、97.52 mm和110.56 mm(土面蒸发+深层渗漏)。石羊河流域春耕+免储水灌溉处理可有效减少休闲期水分损失,提高休闲期水分利用效率。

人工降雨条件下耕翻面积对水土流失的影响

[目的]探讨耕翻面积对水土流失的影响,为黄土高原地区农田水土流失防治提供依据。[方法]通过人工模拟降雨试验,研究了3种坡度下不同耕翻面积的产流和产沙特性。[结果]耕地的产流和产沙特征除了与坡度、雨强以及土壤前期含水量等因素有关外,还与耕翻面积有密切关系。坡度相同时,随耕翻面积的增加初始产流逐渐延后;耕翻面积相同时,随着坡度的增大径流量有增大的趋势,在坡度15°的情况下,耕翻50%时径流量最大。相同坡度下,随耕翻面积的增加,产沙量呈持续上升趋势;坡度为10°时,耕翻面积对产沙量的影响表现最为明显,翻耕的产沙量平均为不耕翻的8.66倍。15°坡度下径流量对累积产沙量的影响最显著。不同耕翻面积下的产流率在产流开始后10min左右趋于稳定。在不同坡度下全耕的产沙率均最大,不耕翻的最小。[结论]随着耕翻面积逐渐增大,初始产流时间逐渐延后,径流量逐渐减小,产沙量逐渐增大。

荒漠草原采用浅翻耕改良对土壤水分及牧草组成的影响研究

为了解和掌握浅翻耕措施对荒漠化草原改良土壤水分及原生植被组成的影响,对此项改良措施的利与弊做一客观的评价,试验对浅翻耕后土壤含水率、牧草组成、"四度一量"、地下生物量等方面进行测定。结果表明:浅翻耕后地表至地下70 cm贮水量由原生植被的30.42 mm提高到61.52 mm,提高了102.33%;浅翻耕后群落中的3种优良牧草甘草、达乌里胡枝子和沙芦草的密度分别下降了55.69%、93.78%、100%;同时根茎型牧草——中亚白草重要值提高了27.1个百分点,而甘草的重要值下降了1.21个百分点;浅翻耕后12种牧草受到了抑制,重要值下降,11种牧草从群落中消失。说明采用浅翻耕改良措施能使荒漠化草原土壤含水率大幅度提高,为补播牧草新品种创造了良好的土壤水条件,这也是荒漠化草原补播成功与否的关键;浅翻耕改良措施应针对中、重度退化草原,不宜针对优良牧草占总品种40.74%的轻度退化草场。

不同颜色地膜和种植密度对春玉米田间地温、耗水及产量的影响

【目的】探求不同颜色地膜和种植密度对东北雨养区春玉米田间地温、耗水量、产量和降水利用效率的影响,进一步挖掘旱作雨养玉米水分生产潜力。【方法】2016-2018年开展了3种覆盖处理(裸地、透明地膜覆盖和黑色地膜覆盖)和3种种植密度(60000、75000和90000株/hm^2)的栽培试验,定位监测0-25 cm土壤耕层温度和0-120 cm土壤水分动态变化,结合作物产量分析农田水分利用效率。【结果】在生育前期,透明地膜覆盖处理土壤耕层积温显著高于黑色地膜覆盖处理,黑色地膜覆盖处理土壤耕层积温显著高于裸地处理;种植密度的增加使得玉米拔节期以后的土壤耕层积温下降;从全生育期耗水量看,黑色地膜和透明地膜覆盖处理间无显著差异,但均显著低于裸地处理;无论在平水年还是枯水年,玉米耗水量均随种植密度的增加而增加;黑色地膜覆盖玉米产量和水分利用效率显著提高,平均较透明地膜分别高4.3%和4.6%,较裸地分别高9.2%和13.3%;在相同覆盖处理下,产量和水分利用效率随着种植密度的增加而增加;在高密度处理下,地膜覆盖明显提高经济效益,黑色地膜覆盖平均比透明地膜覆盖获得的利润多807.82元/hm^2。【结论】黑色地膜覆盖结合高密度(90000株/hm^2)栽培模式,在保证玉米高产的基础上,水分利用效率达到最高,本研究可为东北雨养旱作玉米进一步挖掘降水生产潜力及增产增效提供参考。

免耕、覆盖、深松配套技术及耕作模式的研究(之一)──问题的提出及国内外研究概况

采取小区试验同大区开发相结合的方法，采用一年二作制，探讨冬小麦—夏玉米现行轮作体系下麦秸立茬覆盖一玉米免耕播种—化控—苗期深松节水雨养模式。该耕作模式能减少土壤水分蒸发 ３～３．４个百分点，节省抗旱用水５０ ％左右，多蓄积自然降水 １００～１５０ ｍｍ，犁底层及其以下层次的土壤容重明显降低、孔隙度相应增加、氧化还原电位相应提高，水稳性团粒结构明显增加，盐碱土地区具有明显的促进脱盐的作用，夏玉米一般提前成熟７ｄ左右，增产幅度一般为１０％～３０％。

渭北旱塬冬小麦产区提前深耕一次深施肥料的肥水效应与理论分析

在陕西渭北旱塬冬小麦产区麦收后对提前深耕一次深施肥料的肥水效应进行了研究。结果表明,夏收后在7月15日、8月15日、9月15日结合深耕把小麦所需肥料一次深施20 cm土层下,比播种时深耕一次浅施6 cm土层下、分二次施和分三次施明显提高了小麦产量、肥料利用率和水分利用效率;增加了麦收后土壤NO-3-N的积累量和水分贮存量。同时还发现,NO-3-N含量分布呈y=a-b.logx对数曲线模型,这可能是NO3--N在旱地土壤中分布的一种特征曲线;试验中没有产生NO3--N的淋失。文中还对提前深耕一次施肥的理论作了讨论和分析,并提出了"秋雨-冬储-春用"和"秋肥-冬储-春用"的理论概念,把两者结合起来,可达到肥水协调供应的状态。这为建立旱地施肥技术体系提供了理论依据。

水稻抗旱节水栽培技术

针对水田面临严重缺水局面,为了缓解水田旱情,从选用耐旱品种、培育壮秧、免耕轻耙、间断灌水等栽培技术入手,介绍了水稻抗旱节水栽培技术的关键环节。提出了耐旱高产品种、培育壮秧、旱整地、重施底肥、全层施氮、根据水稻不同生育期间断灌溉等具体节水措施。