减穴增株在半干旱区全膜双垄沟播玉米上的应用研究

为进一步优化全膜双垄沟播玉米生产技术,2020—2022年在甘肃省中部半干旱雨养农业区研究了玉米减穴增株高产高效栽培技术。试验采用全膜双垄沟播技术,设每穴留苗1株(对照)、留苗2株、留苗3株、留苗4株4个处理,观察各处理下玉米经济性状、生育期和产量。结果表明,在密度相同的情况下,全膜双垄沟播玉米每穴留苗3株、4株主要性状明显优于每穴留苗1株。每穴苗4株玉米折合产量为7 723.48 kg/hm^(2),较每穴留苗1株增产723.48 kg/hm^(2),增产率10.34%;每穴留苗3株为7 549.24 kg/hm^(2),较每穴留苗1株增产549.24kg/hm^(2),增产率7.85%,增产效果明显。该种植模式适宜在海拔2 000 m以下、年降水量350~500 mm的半干旱雨养农业区应用。

玉米全膜双垄沟直插式精量穴播机设计与试验

为适应我国西北地区旱地玉米全膜双垄沟播作业需求,解决传统膜上播种机具作业存在挑膜、撕膜、种穴与幼苗错位等问题,设计了一种玉米全膜双垄沟直插式精量穴播机。该机采用凸轮-曲柄滑块机构、运动放大机构实现了成穴器的投种控制与定点强制开启。仿真分析与田间验证试验表明,直插式精量穴播机在覆膜垄沟播种作业时,成穴器位于播种段与出土段的水平分速为零,播种株距可在一定范围内调节,穴孔布置、成穴器运动轨迹均合理,满足玉米全膜双垄沟播作业的农艺技术要求。

全膜双垄沟播改善干旱冷凉区盐渍土水盐状况提高玉米产量

为探明全膜双垄沟播技术在内陆干旱冷凉地区盐渍土的水盐调控机制,在山西省大同市,采用大田试验的方法,以半膜覆盖垄播（LB）、半膜平铺穴播（CK）为对照,研究全膜双垄沟播（QM）技术对盐渍土水盐时空动态变化及其对玉米生长发育的影响。结果表明：在苗期QM处理0～30 cm土壤含水率比LB和CK高3.6%和2.9%,在大喇叭口期比LB和CK高27.8%和7.0%,能大幅优化耕层土壤水盐环境,提高玉米的出苗率和成苗率;QM处理各层土壤含盐量均显著降低（P〈0.05）,在大喇叭口期比LB和CK低28.3%、36.3%,在收获前期比LB和CK低31.2%、30.5%;对比1 m土体脱盐率,QM处理脱盐作用最强,比LB和CK高16.9%、30.7%,能大幅降低耕层土壤含盐量;QM处理比LB、CK玉米提早成熟4 d,增产69.7%和125.3%。总之,采用QM处理可以优化土壤耕层水盐分布,提高出苗率,缩短玉米生育进程,大幅提高产量。研究可为内陆干旱冷凉地区盐碱地的高效利用提供最佳的技术模式。

生物降解膜降解、保墒增温性能及对玉米生长发育进程的影响

通过3年试验,研究生物降解膜降解、增温保墒性能及全覆盖双垄沟播玉米苗期0-25 cm土壤温度动态和对玉米生长发育进程的影响,明确生物降解膜在生产中对普通农用地膜的可替代性。结果表明,生物降解地膜埋入土壤约30 d左右可以观测到降解效果,40 d以后开始快速降解,到80-90 d时降解可达到85%-95%,种植地膜玉米后,压入土壤或地膜上有土覆盖的部分同样有明显的降解效果,而垄上的地膜在玉米收后绝大部分仍与常规膜一样保持完好;生物降解膜保墒性能达普通农用地膜的90.4%-95.4%;作物生育前期0-25 cm土层08∶30、14∶30和20∶30平均温度比普通农用地膜低0.85℃,比露地高1.91℃;生物降解膜全覆盖双垄沟播玉米比裸地平作出苗提前5-9 d,成熟期提前11-12 d。生物降解地膜具有一定的增温、保墒作用,降低生产成本后,可在一定程度上替代不能降解的普通农用地膜。

全膜双垄沟播起垄施肥铺膜机的研制

针对全膜双垄沟播种植的农艺要求,研制了一种起垄施肥铺膜机,可完成起垄、施肥、喷药、铺膜和覆土压膜联合作业。用旋耕方式整地起垄,覆土装置实现地膜纵向两边均匀覆土和地膜横向间隔覆土。采用旋耕前喷药和铺膜前施肥的作业方式,保证药效和肥效最大限度地发挥作用。试验表明,垄面光滑,无明显缺陷且覆土后的地膜无机械破膜现象。膜横向覆土距离的平均值为102 cm,纵向覆土厚度和宽度的平均值为5.1 cm和11.4 cm,大垄的垄宽和垄高的平均值分别为69.3 cm和14.9 cm,小垄的垄宽和垄高的平均值为40.5 cm和15.2 cm,满足全膜双垄沟播种植农艺要求。覆土的厚度、宽度的变异系数分别为4.83%和7.52%,大垄宽度、高度的变异系数为1.22%和2.14%,小垄宽度、高度的变异系数为2.26%和1.58%,符合设计要求。

西北黄土高原旱地全膜双垄沟播种植对玉米季节性耗水和产量的调节机制

【目的】从玉米季节性耗水调节产量和水分利用效率的角度,揭示旱地全膜双垄沟播的增产机制。【方法】通过测定土壤温度、含水量、玉米地上干物质和产量及其构成因子,以及计算土壤温度梯度等,探讨旱地全膜双垄沟播对玉米季节性耗水和产量的调节机制。【结果】全膜双垄沟播(PMF)和全沙覆盖平作(SM)对玉米生长期的水分环境有显著的调节作用。与裸地平作(CK)相比,PMF和SM能提高地温最低点玉米全生育期土壤温度梯度和地温最高点玉米拔节前土壤温度梯度,在显著高于CK和地温最高、最低点反方向温度梯度驱动下实现了对土壤水分的调节,使玉米在需水较少阶段保蓄更多的水分以供需水盛期利用;各处理玉米耗水高峰出现的时期与当年降雨分布密切相关,PMF和SM可以促进玉米拔节后耗水,其中灌浆期增加最为显著,该时期PMF和SM的耗水量分别较CK增加237.7%和83.1%,差异显著(P<0.05);其次是拔节-抽雄期,分别较CK增加31.8%和27.4%,差异显著(P<0.05);玉米收获指数分别提高132.5%和116.1%。【结论】PMF能够增大土壤温度梯度,减少前期地表蒸发为主的水分耗散,保蓄更多水分供后期使用;在后期雨季能够充分利用降水,促进籽粒形成和灌浆,表现较高的穗粒数和百粒重,显著提高产量和水分利用效率。

不同覆盖种植方式与平衡施肥对旱地春玉米产量及水分利用效率的影响

采用田间试验方法,研究了不同覆盖种植方式与平衡施肥对旱地春玉米产量及其水分利用效率的影响。结果表明,三种覆盖种植方式中,全膜双垄沟播种植方式有利于玉米碳水化合物的合成,增加玉米干物质积累量,N、P、K平衡施肥干物质积累量增加效果明显;与全膜双垄沟播相比,半膜覆盖和裸地种植玉米籽粒产量分别减产8.5%-17.6%和61.1%-95.3%,水分利用效率分别降低3.5%-15.1%和52.8%-60.2%;N、P2O5和K2O的用量分别为225、120、60 kg·hm-2时,F1N1处理玉米籽粒产量和水分利用效率最高。研究表明,在玉米全膜双垄沟播栽培技术条件下,平衡施肥可显著提高玉米籽粒产量和水分利用效率。

覆膜时期对全膜双垄沟播玉米籽粒灌浆特性的影响

采用田间试验,研究了秋季覆膜、春季顶凌覆膜和播前覆膜对全膜双垄沟播玉米土壤温度、籽粒灌浆特性及产量的影响。结果表明：春季顶凌覆膜处理可显著提高全膜双垄沟播玉米15 cm土层温度,较播前覆膜和秋季覆膜处理分别提高4.10℃和7.76℃,差异极显著,秋季覆膜处理可使20 cm和25 cm土层温度较春季顶凌覆膜和播前覆膜处理高4.07℃～5.35℃和3.15℃～5.07℃,差异极显著;秋季覆膜处理籽粒灌浆速率较春季顶凌覆膜和播前覆膜处理高45.93%和36.28%,均达极显著水平,籽粒产量分别高18.17%和7.98%,均达极显著水平,百粒重较春季顶凌覆膜处理高15.28%,达显著水平。相关性分析表明,秋季覆膜处理下玉米灌浆期20 cm和25cm土层温度与最大灌浆速率呈极显著正相关关系,与籽粒产量呈正相关关系。研究得出秋季覆膜处理可显著提高全膜双垄沟播玉米20 cm土层以下土壤温度,缩短籽粒最大灌浆速率出现的时间,加快籽粒的灌浆速率,提高单位面积的籽粒产量,是干旱半干旱地区玉米生产获得高产的最佳覆膜时期。

秸秆覆盖对全膜双垄沟留膜复种马铃薯产量、水分利用效率及氮肥效应的影响

采用田间试验研究秸秆覆盖对全膜双垄沟留膜免耕复种马铃薯产量及水分利用效率、氮肥效应的影响。结果表明,在全膜双垄沟留膜免耕复种栽培模式下,秸秆覆盖有利于促进马铃薯生长和显著提高马铃薯产量及水分利用效率,且马铃薯产量及水分利用效率均随着前茬施N量的增加呈明显增加趋势,N肥的后效增产作用非常明显;秸秆覆盖条件下,相同施肥处理马铃薯产量及水分利用效率、N肥农学效率分别比无秸秆覆盖提高25.5%～59.5%、30.8%～67.3%、8.8%～155.6%,前茬N、P2O5和K2O的用量分别为300、120、60kg/hm2时(F1N5处理),马铃薯产量最高,可达16 737kg/hm2,明显高于其他处理,表明马铃薯在全膜双垄沟留膜复种模式下,秸秆覆盖可显著提高马铃薯产量及水分利用效率、氮肥效应更加明显。

全膜双垄沟播玉米干物质积累规律及高产施肥技术

采用田间试验的方法研究玉米干物质积累规律及高产施肥技术。结果表明,在不同施肥方式下,玉米各生育期全株、籽粒、叶片、茎秆+穗芯干物质积累均呈现出"S"型曲线变化规律,玉米全株干物质量均随生育期的延长而增长;N、P2O5和K2O的用量分别为225、1209、0 kg/hm2时(OPT处理),玉米产量最高,可达到9 028.2 kg/hm2,明显高于其他处理,表明玉米在全膜双垄沟播栽培技术条件下,平衡施肥可显著增加玉米籽粒产量,N、P、K缺素施肥及不施肥都会对玉米产量造成不同程度的影响。

密度和施氮量互作对全膜双垄沟播玉米产量、氮素和水分利用效率的影响

【目的】本研究旨在探讨旱地全膜双垄沟播玉米产量、氮素和水分利用效率对种植密度和施氮量的响应。【方法】选择甘肃省定西市安定区农业部西北黄土高原地区作物栽培科学观测试验站,作物一年一熟,无灌溉,为典型旱地雨养农业区。2016和2017年,以耐密品种‘先玉335’为试验材料进行了大田试验。设置了3个种植密度(45000、60000、75000株/hm^2)和4个施氮量(N0、138、207、276 kg/hm^2,分别表示为N0、N138、N207、N276)。收获期调查分析了玉米籽粒产量、氮素和水分利用效率。【结果】种植密度和施氮量均显著影响玉米籽粒产量、氮素和水分利用效率,且两者互作效应显著。在中密度(60000株/hm^2)条件下,玉米籽粒产量较低密度(45000株/hm^2)和高密度(75000株/hm^2)分别增加了24.86%～26.91%和25.83%～34.34%,氮素利用效率分别提高了41.07%和41.63%,水分利用效率分别提高了9.87%～18.09%和17.81%～32.89%,且差异性均达到了显著水平。施氮量在138～276 kg/hm^2范围内的玉米籽粒产量和水分利用效率均显著高于无氮处理,各施氮处理表现为N276> N207> N138> N0,且N276、N207与N138、N0处理间差异显著。随着施氮量的增加,氮肥偏生产力呈下降趋势,氮肥利用率呈先升高后降低趋势,以施氮量为207 kg/hm^2时玉米氮肥吸收利用率最大,较N276和N138处理分别提高了4.23%和27.37%。玉米产量提高引起了氮肥吸收利用率和水分利用效率的协同提高。【结论】综合考虑产量、氮素利用率和水分利用效率等因素,在本试验条件下,旱地全膜双垄沟播玉米栽培以种植密度为60000株/hm^2,施氮量为207 kg/hm^2较为适宜。

旱地全膜双垄沟玉米精量播种机的设计与试验

为满足旱地全膜双垄沟农艺技术要求,设计了一种玉米精量播种机。为实现播种机平稳工作、保证膜下播种深度,采用双向平行四杆仿形机构,根据初始工作角和最大上下仿形量,确定了仿形机构的各项尺寸参数,上下仿形量可达到98.35 mm,左右仿形角达到15.2°,满足仿形播种要求;为减少漏播,降低空穴率,采用凸轮-平面连杆开启式穴播轮;借助ADAMS软件对穴播器成穴过程进行仿真分析,探讨了穴播轮滑移率对穴孔形状的影响,并以此对播种机的前进速度进行优化,降低了空穴错位率。田间试验结果表明:全膜双垄沟播玉米精量播种机作业后空穴率为0.9%,穴粒数合格率为93.6%,膜下播种深度合格率为91.8%,穴位错孔率为2.5%,作业质量符合行业技术标准要求。

半干旱区补灌及施氮对全膜双垄沟播玉米干物质积累及产量的影响

采用田间试验的方法研究补灌及施氮对全膜双垄沟播玉米干物质积累及产量的影响。结果表明,在不同施肥方式下,玉米各生育期全株、秸秆干物质积累均呈现出"S"型曲线变化规律。玉米全株干物质量均随生育期的延长而增加。相同P、K肥条件下,增施N肥可增加玉米秸秆干物质量;补灌(50mm)条件下,相同施肥处理玉米产量和N肥农学效率分别比无灌溉增加4%～21%、1.8%～20%;补灌条件下,N、P2O5和K2O的用量分别为225、120、60kg/hm2时(W1N4处理),玉米产量最高,可达到10 971kg/hm2,明显高于其他处理。表明玉米在全膜双垄沟播栽培技术条件下,平衡施肥和补灌可显著增加玉米籽粒产量。

11种除草剂对全膜双垄沟播玉米田杂草的防治效果

为了明确11种除草剂对全膜双垄沟播玉米田杂草的防治效果,采用随机区组法开展了田间小区药效试验。结果表明:42%甲·乙·莠悬浮剂5625 mL/hm2、48%乙·莠可湿性粉剂3.75 kg/hm2和42%异丙草·莠悬浮剂4 125 mL/hm2对全膜双垄沟播玉米田杂草有较好的防效,其中,30 d和45 d的株防效分别为92.9%、91.3%、92.3%和89.0%、88.0%、88.3%,45 d的鲜重防效分别为89.1%、88.2%、88.6%,显著优于其他药剂处理(P<0.05)。同时,3种药剂处理玉米出苗整齐、生长良好、安全无药害发生,且分别比对照增产24.19%、22.04%、20.43%。

旱地全膜双垄沟播秋覆膜对玉米产量和水分利用率的影响

在推广应用旱地玉米全膜双垄沟播栽培技术基础上,为了进一步减少冬春季土壤水分的无效蒸发,提高土壤含水量,改善玉米经济性,提高玉米产量,采用全膜双垄沟播秋覆膜对旱地玉米产量和降水利用率影响进行研究。结果发现:全膜双垄秋覆膜沟播栽培的玉米产量比全膜双垄沟播栽培播种前覆膜和半膜覆盖栽培分别增产16.13%和46.08%,水分生产率比全膜双垄沟播栽培播种前覆膜和半膜覆盖栽培分别提高34.5%和57.8%。全膜双垄秋覆膜沟播栽培可明显减少冬春季土壤水分的无效蒸发,增加土壤水分含量,增产效果明显,玉米的经济性状明显改善。

施磷量对旱地全膜双垄沟播玉米产量土壤速效磷和磷肥利用率影响

针对黄土高原半干旱区春玉米全膜双垄沟播栽培中施肥不科学和磷肥利用率低的问题,2011—2013年在甘肃省定西市安定区设置了三年定位试验,研究了P2O5投入量为0 kg·hm-2（CK）、120 kg·hm-2（P1）、240kg·hm-2（P2）和480 kg·hm-2（P3）对春玉米产量、土壤速效磷及磷肥利用效率的影响。结果表明：磷肥能显著增加玉米产量,但过量投入磷肥会使玉米减产,玉米产量整体表现为P1〉P2〉P3〉CK;在同一生育时期,随着施磷量的增加,土壤速效磷累积量呈增加趋势;随着种植年限延长,施磷处理土壤速效磷累积量增幅呈增大趋势,与2011年播前基础量相比,2013年收获后累积量增加53.6%~208.5%;磷肥利用率随施磷量的增加而降低,优化施磷量下,磷肥当季和累计利用率达到最大,为15.51%、13.91%。综合考虑玉米产量、磷肥利用率和生态环境安全,P2O5的投入量以120 kg·hm-2为宜。

覆膜与钾肥互作对油葵产量和钾肥利用效率的影响

为了获得半干旱区油葵高产高效的最佳栽培措施,2015-2017年以油用向日葵(陇葵杂3号)为材料,研究3个覆膜栽培条件及4个钾肥水平条件下的油葵产量和钾肥利用效率。3个栽培模式分别为露地、全膜双垄沟播、全膜双垄沟播+补灌。4个钾肥水平分别为0、48、84和120kg/hm^2。调查籽粒产量和干物质积累,计算钾肥吸收利用,结果表明:覆膜与钾肥互作显著影响籽粒产量、干物质积累和钾肥利用效率,且两者互作效应显著;栽培方式对上述三者的影响均表现为全膜双垄沟播+补灌>全膜双垄沟播>露地,且差异显著;与露地相比,全膜双垄沟播+补灌和全膜双垄沟播处理油葵籽粒产量、钾肥利用效率分别显著提高了170. 1%和103. 9%、184. 3%和143. 7%。各施钾处理籽粒产量和器官干物质积累量均显著高于不施钾,表现为K120> K84> K48> K0,施钾处理间除K120与K84外,籽粒产量和干物质积累量差异显著。钾肥偏生产力随施钾量的增加而下降,钾肥农学效率和钾肥利用效率则先升高后降低,以84kg/hm2时钾肥农学效率和钾肥利用效率最大。油葵产量与钾肥农学效率和利用效率协同提高。综上认为,在本试验条件下,全膜双垄沟播栽培和施钾量为84kg/hm^2,是半干旱区油葵适宜种植模式,且补灌效果明显。

玉米全膜双垄沟电动式精量播种机设计与试验

为满足旱地全膜双垄沟农艺技术要求,设计了一种玉米全膜双垄沟电动式精量播种机。以穴播轮容种高度、穴播轮转速、活动鸭嘴长度为因素,以空穴率和单粒率为指标进行了正交试验。再利用试验结果做出了方差分析,得出影响播种机工作性能的因素主次,进一步优化了组合部件参数。试验结果表明:容种高度为130 mm,穴播轮转速为0.85 m·s-1,活动鸭嘴长度为65 mm时,该播种机的平均空穴率为1.9%,平均单粒率为93.1%,播种效果良好,满足玉米精量播种的要求。

全膜双垄沟播直插式玉米播种装置双面凸轮的设计

针对全膜双垄沟播直插式玉米播种装置的核心部件单面凸轮控制的穴播杆水平位移不精确、振动较大等问题,设计采用双面凸轮代替。在沟播机虚拟样机基础上,生成双面凸轮内外接触轨迹曲线,由于生成的双面凸轮轨迹在奇点处过渡急剧,会造成凸轮与顶杆运动过程中冲击过大而无法实现设定的运动,甚至卡死,对轨迹过渡奇点段进行了圆弧过渡优化,对优化前后的凸轮在x、y方向位移曲线进行了对比,相应位移量较小。经沟播机虚拟样机仿真,双面凸轮驱动下的成穴器在入土前不会与地面发生干涉;对双面凸轮进行的冲击力和拉力作用下最大形变和应力进行分析的结果表明,双面凸轮在受到最大冲击力和拉力时最大变形量为0.092 mm,且其最大Von–Mises应力均远低于67 MPa,应能满足直插式玉米全膜覆盖双垄沟播机作业需求。

地膜覆盖方式与施肥对春玉米农田土壤水分及产量的影响

于2011—2013年在甘肃省定西唐家堡村连续三年进行田间定位试验,以裸地为对照,研究不同地膜覆盖方式和施肥对玉米农田土壤水分特征、子粒产量及水分利用效率的影响。结果表明:全膜双垄沟播较裸地0~200 cm土层土壤含水量明显增加,其中深层60~200 cm土层土壤含水量提高24.9%,水分利用效率显著提高129.9%~188.3%,丰水年效果更突出,配施N、P、K肥(N、P2O5和K2O的用量分别为225、120、60 kg·hm^(-2))时,玉米子粒产量和水分利用效率分别达到10 430 kg/hm^(-2)和31.9 kg·mm-1·hm^(-2),较当地农民习惯施肥分别提高10.2%和11.5%。说明全膜双垄沟播种植有利于纳雨蓄墒,具有集水高效利用和增产的效果,配套平衡施肥效果更佳。