周年减氮对玉米-大蒜轮作系统作物光合特性和干物质积累及产量的影响

通过设置粮菜二熟制农田不同施氮量的组合试验,分析减少氮投入对玉米-大蒜轮作系统作物光合特性、生长特征及产量的影响,为粮菜轮作模式下的减氮决策提供依据。田间试验于2020-2021年进行,玉米季设置3个施氮水平:常规施氮量(220 kg·hm^(-2))、减氮20%(176 kg·hm^(-2))和减氮40%(132kg·hm^(-2)),大蒜季两个施氮水平:常规施氮量(300 kg·hm^(-2))和减氮20%(240 kg·hm^(-2))。结果表明,与常规周年施肥模式相比,玉米季减氮20%+大蒜季常规施氮的模式下玉米产量增加1.4%、大蒜蒜薹和蒜头产量无明显变化,该模式维持了玉米吐丝期较高的叶绿素相对含量,显著提高净光合速率6.0%,延长重要生育时期的光合作用时间,保证干物质生产,对大蒜和玉米产量均无显著影响,其他减氮处理的玉米产量显著降低5.4%~25.8%,大蒜蒜薹和蒜头产量分别显著降低6.9%~29.0%和14.9%~39.0%。综合考虑,玉米季适量减氮20%即施氮176 kg·hm^(-2)和大蒜季常规施氮300 kg·hm^(-2)可保证轮作周期作物的光合生产能力,促进干物质的积累,在保证作物产量的同时减少投入,实现轮作系统减肥增效。

夏闲期种植不同绿肥作物对土壤养分及冬小麦产量的影响

为探明种植绿肥作物对关中土壤肥力及冬小麦产量的影响效果,在夏闲期种植光叶苕子(Vicia villosa Rothvar)、毛叶苕子(Vicia villosa Roth)、紫云英(Astragalus sinicus)和草木樨(Melilotus suaveolens Ledeb.)等四种绿肥作物,以免耕休闲为对照,分析了冬小麦主要生育时期的土壤速效养分动态变化及其产量效应。结果表明,夏闲期种植绿肥的土壤速效磷、速效钾和碱解氮都有不同程度的提高,增加量主要受绿肥的养分含量以及生物量影响。与对照相比,种植并翻压光叶苕子、毛叶苕子、紫云英和草木樨,均可显著提高冬小麦单位面积穗数、穗粒数和千粒重,冬小麦依次增产21.1%(P<0.05)、24.3%(P<0.05)、6.0%和11.6%。

集雨种植模式对小麦-玉米周年农田土壤水分及作物产量的影响

[目的]针对关中地区冬小麦-夏玉米周年的生产特点,将垄沟集雨种植技术应用于作物周年生产,以期为冬小麦-夏玉米周年生产体系种植模式的改良提供依据。[方法]以西农979、郑单958为试验材料,设传统平作(CK)、垄沟配置为40cm∶40cm(R-F40)、40cm∶60cm(R-F60)、40cm∶80cm(R-F80)4个处理,探讨冬小麦-夏玉米周年生产条件下不同垄沟配置方式对农田土壤水分及作物产量的影响。[结果]小麦季R-F60和R-F80处理水分利用效率(WUE)增加;垄沟集雨各处理小麦籽粒产量随种植沟宽度增加呈上升趋势,其中R-F60、R-F80处理较CK仅减产1.75%、1.67%;集雨各处理灌溉水利用效率(IUE)显著提高,并随种植沟宽度增加增幅减小。在玉米季,集雨各处理WUE、产量显著提高,且随着种植沟变宽呈先增后降趋势。小麦-玉米周年WUE、产量显著增加,其中以垄沟配置为40cm∶60cm(R-F60)处理增幅最大,分别较CK增加12.75%、7.98%。[结论]垄沟集雨种植技术是调控作物高效节水的可行途径,其中R-F60处理是优化该地区冬小麦-夏玉米二熟制种植体系稳产高效节水的理想集雨栽培模式。

垄沟集雨种植的研究进展

在降雨量少且分配不均的干旱、半干旱地区,垄沟集雨种植技术的广泛应用有目共睹。在众多学者和农民共同努力下,该技术从最初简单的垄沟不覆盖技术已经衍生出各种应用模式。采用文献分析法,从垄沟结构、覆盖材料、土壤属性、作物产量、水分利用效率和温室气体排放等方面归纳了垄沟集雨种植技术的发展进程,客观地阐释了其对生产和环境的正负效应及发展前景。结果表明,垄沟集雨种植技术通过微地形改变和覆盖方式汇集雨水、减少蒸发面积,平衡不同覆盖材料的增温和降温效应,从而对土壤水热条件、肥力和农田生产力具有调控作用,促进作物生长,提高水分利用效率和产量,目前该技术的研究不仅局限于干旱、半干旱地区的单季作物,也延伸至两熟地区的周年生产中。然而,考虑到该技术未来发展可持续性,认为垄沟集雨种植技术结合环保型覆盖材料和模型模拟等方式将有利于缓解塑料地膜对环境的负效应,改善生产中难于机械化的问题。

不同水分条件下平衡施肥对旱地冬小麦土壤硝态氮运移的影响

为了探明不同水分条件下旱地冬小麦养分管理措施对土壤环境的影响，在控雨池栽条件下，设置水分与肥料双因素随机区组试验，以不施肥为对照，研究了0～200 cm 土层在底墒为650 mm 时，不同水分条件下3个平衡施肥处理（Y1：N 13.9 kg·hm-2、P2O54.65 kg·hm-2、K2O 15.3 kg·hm-2，Y2：N 97.5 kg·hm-2、P2O532.7 kg·hm-2、K2O 107.6 kg·hm-2，Y3：N 181.2 kg·hm-2、P2O560.6 kg·hm-2、K2O 199.8 kg·hm-2）对旱地冬小麦主要生育时期土壤硝态氮运移的影响。结果表明：开花期、灌浆期，在各水分条件下，0～80 cm 土层土壤硝态氮平均含量及积累量在 Y1施肥量水平下与不施肥处理（Y0）差异不显著，Y2、Y3水平较 Y0和 Y1硝态氮平均含量增加98.6豫～363.6豫（P〈0.05），硝态氮积累量增加98.2豫～260.9豫，Y3与 Y2无显著差异；施肥量的增加对80～160 cm 土层土壤硝态氮含量及累积量无显著影响。在生育期补灌100 mm（R3）、78 mm（R2）、56 mm（R1）条件下，冬小麦成熟期3个施肥量80～160 cm 土层的土壤硝态氮累积量较不补灌（R0）分别减少27.2豫～41.0豫、44.8豫～48.4豫、23.7豫～49.4豫，较高的水分条件加剧了土壤硝态氮向深层的淋溶。从满足冬小麦营养需求、减少土壤硝态氮的累积、提高肥料利用效率等方面综合考虑，冬小麦的适宜施肥量为 Y2水平。

沟垄集雨种植补灌对冬小麦旗叶叶绿素荧光参数的影响

为探明沟垄集雨种植技术在灌区对作物光合作用和产量的调控及节水效果,通过大田试验,研究了两种宽度的沟垄集雨种植结合不同补灌量处理对冬小麦光合速率、叶绿素荧光参数和产量的影响。结果表明：沟垄集雨处理下Pn较平作不灌水处理（CK）提高57.1%～84.4%,较平作灌水处理提高25.3%～50.3%;Fm、Fv、Fv/Fm、Fv/Fo、qP和籽粒产量也均高于平作处理,qN低于平作处理;两种宽度沟垄集雨种植较CK增产74.6%～124.9%,沟垄集雨补灌处理较平作灌水处理增产0.3%～18.9%,随灌水量增加产量增加,宽垄沟优于窄垄沟;在降雨较少的年份,60 cm沟垄集雨种植在灌溉量减少50%的条件下,光能转化效率比平作灌水处理提高44.1%,说明沟垄集雨种植可显著提高光能的转化效率及其量子产额,提高光合效率,维持较高的籽粒产量。

秸秆还田条件下减施氮肥对旱地冬小麦水氮利用、光合及产量的影响

为探究半干旱区秸秆还田后麦田的最适氮肥施用量,以冬小麦品种西农979为研究对象,在前茬玉米秸秆全量还田(9000 kg·hm^-2)条件下,设5个施氮水平(N0:0 kg·hm^-2;N75:75 kg·hm^-2;N150:150 kg·hm^-2;N225:225 kg·hm^-2;N300:300 kg·hm^-2),以不施氮(N0)为空白对照,在传统施氮量(300 kg·hm^-2)基础上,分析了秸秆还田条件下减氮对冬小麦旗叶光合特性、水氮利用、产量及其经济效益的影响。结果表明,小麦的耗水量随着施氮量的增加而增大;水分利用效率呈先增后减趋势,其中N150和N225处理的水分利用效率较高,较传统施氮量(N300)分别增加0.60%和2.71%。开花期旗叶光合能力随施氮量的增加呈先增后减趋势,其中N225处理表现最佳,其胞间CO 2浓度比N300处理降低13.36%,净光合速率、蒸腾速率和气孔导度分别提高16.36%、11.81%和18.39%;N0~N150处理的光合性能均显著低于N300处理。与N300处理相比,N225处理产量显著增加,N150处理产量变化不显著,其余处理均显著减产。N225处理的氮肥贡献率最高,较N300处理增加4.95%,N150处理与N300处理差异不显著。N75、N150和N225处理的氮肥偏生产力较N300处理分别提高269.08%、98.25%和35.16%,氮肥农学效率分别提高166.52%、95.74%和42.00%。与N300处理相比,N0和N75处理的经济效益分别减少2841.44和828.54元·hm^-2,N150和N225处理分别增加169.20和332.40元·hm^-2。综合来看,在旱作秸秆还田条件下,在传统施肥的基础上,适量减少氮肥投入可有效促进冬小麦水氮利用,增强开花期旗叶光合能力,提高籽粒产量和经济效益。在本试验条件下,秸秆全量还田配施氮肥150~225 kg·hm^-2的效果较好。

宁夏引黄灌区玉豆间作和带状轮作模式对玉米水氮利用及产量的影响

探索间作及带状轮作模式对玉米水氮利用及产量的影响,提出适合宁夏灌区的种植模式。试验于2019—2020年,在宁夏王团旱作节水高效农业试验站开展,设置玉米/大豆间作(IMS)、玉米-大豆带状轮作(RMS)、单作玉米(MM)、单作大豆(SS)4种种植模式。结果表明,与单作玉米相比,带状轮作处理使玉米拔节期至成熟期干物质积累量增加9.58%~11.45%,且与间作相比,干物质积累量增加4.29%~7.53%。带状轮作种植模式下玉米对氮素的积累量、转运量及籽粒贡献率比间作提高2.19%、30.44%和19.86%。带状轮作和间作处理土壤含水量比单作分别提高5.64%和3.98%,且主要分布于0~140cm土层,带状轮作处理玉米水分利用效率较单作增加38.00%,且比间作增加15.61%。与单作玉米相比,间作处理提高玉米产量11.3%,降低大豆产量51.39%;玉豆带状轮作处理弱化了种间竞争力,使玉米产量提高21.98%,大豆产量下降22.91%。因此,带状轮作种植模式在水分利用效率、干物质积累、氮素转运及产量方面优势明显,可作为宁夏引黄灌区的一种有效替代种植模式。

覆膜秸秆还田对旱作农田土壤水温及春玉米产量的影响

探索半干旱区秸秆还田对覆膜农田土壤水分、温度、春玉米产量及水分利用效率的影响。以宁南典型旱作区覆膜种植和传统种植为基础,设置平作不还田(T)、平作秸秆还田(TS)、平覆膜秸秆不还田(P)、平覆膜秸秆还田(PS)4个处理。结果表明,覆膜种植与秸秆还田增加耗水量,P和PS较T和TS平均提高玉米耗水量5.72%,PS较P,TS较T分别提高2.54%和2.81%。不同种植方式提高播前至收获0~200 cm土壤贮水量58.19~104.20 mm。生育期内,PS与P分别提高0~20 cm土壤平均昼、夜温度1.40℃、1.71℃和3.71℃、3.51℃,TS分别降低和提高土壤平均昼、夜温度0.46℃和0.50℃。生育期0~60 cm土壤有效积温总量以PS最多,为332.31℃,较P、TS、T分别多1%、20.95%和19.42%。覆膜处理(P、PS)的经济产量和生物产量较不覆膜处理(T、TS)平均提高70.06%和35.13%。经济产量与播后0~30 d的土壤贮水量呈极显著正相关。生物产量与播后0~30 d、30~60 d贮水量呈显著相关。耗水量与土壤贮水量、土壤温度的相关性先随生育期呈先升高后降低。在宁南典型旱作区,秸秆还田与地膜覆盖通过优势互作,弥补了单一覆膜种植的弊端。平覆膜秸秆还田(PS)无论在贮水量、水分利用效率、有效积温、作物产量等方面效果均为最佳。

密度对不同株型夏玉米光合特性与群体冠层结构的影响

为探明高产夏玉米群体光合生理基础及群体光合效率,选用紧凑型品种‘郑单958’与半紧凑型品种‘强盛101’,设置6.75×104 hm^(-2)(D1)、8.25×104 hm^(-2)(D2)、9.75×104 hm^(-2)(D3)3个种植密度,研究密度对不同株型玉米光合特性、群体冠层特征与产量的影响。结果表明,夏玉米叶面积指数(LAI)与产量(Y)均随密度的增加而升高,透光率(LT)、净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、PSⅡ最大光化学效率(F_v/F_m)和PSⅡ实际量子产量(YE)随密度的增加而降低,其中‘强盛101’的F_v/F_m和YE小于‘郑单958’,其他各项指标均大于‘郑单958’,在生育后期能够保持较大绿叶面积,利于有机物的积累。2个株型品种同一密度下的产量并无显著差异,同一品种不同密度下均是D1的产量显著低于D2和D3。

秸秆覆盖旱作瓜田土壤水分的空间变化及对西瓜产量的影响

为了探明秸秆覆盖栽培对西瓜产量及土壤水分的影响,选用玉米秸秆在生育期设置地表全覆盖（WM）、行间覆盖（SM）和根域覆盖（RM）3个覆盖处理,以不覆盖为对照（CK）,研究不同秸秆覆盖方式对旱作西瓜不同生育时期土壤总贮水量、不同深度土壤含水量及产量的影响.结果表明：秸秆地表全覆盖和根域覆盖处理显著提高了西瓜全生育期根域和行间0~120 cm的土壤含水量和贮水量,且伸蔓后期以后的土壤贮水量根域高于行间;秸秆覆盖处理对西瓜伸蔓后期至膨大前期的土壤含水量影响最大,随着西瓜的生长发育,秸秆覆盖处理提高根域土壤含水量的幅度增加,深度下延.秸秆覆盖处理提高西瓜产量主要受根域土壤水分条件改善的影响;各覆盖处理均显著提高了西瓜的产量和水分利用效率,WM、SM和RM处理的增产幅度分别为24.8%、11.5%和15.1%,水分利用效率分别提高了42.7%、24.3%和29.4%.以地表全覆盖13500 kg·hm-2秸秆量的处理蓄水保墒、提高西瓜产量和水分利用效率的效果最显著.