干旱灌区绿肥对多样化种植小麦玉米产量性能指标的影响

为探究插种豆科绿肥对传统小麦、玉米多样化种植模式产量性能指标的影响,通过配置豆科绿肥构建干旱灌区作物高产技术途径,依托2017年布设的田间定位试验,于2019—2021年对小麦、玉米传统种植模式及配置豆科绿肥后主栽作物叶面积指数(LAI)、叶日积(LAD)、作物生长率(CGR)、籽粒产量(GY)及产量构成要素的响应特征进行研究,明确基于绿肥提升作物多样化水平进而提高作物产量的理论基础。试验设单作玉米(M)、单作小麦(W)一年一收、小麦复种绿肥(W-G)和小麦间作玉米(W||M)一年两收、小麦复种绿肥间作玉米(W-G||M)一年三收共5种作物多样化水平不同的种植模式。结果表明,不同种植系统混合籽粒产量随作物多样化水平的提高而提高,一年两收模式W||M显著高于W和M,W-G显著高于W,一年三收模式W-G||M显著高于W||M和W-G;净占地面积下,两种组分作物籽粒产量随多样化水平的提高而提高。LAI、LAD和主栽作物生育后期CGR等产量性能指标也随作物多样化水平的提高而提高。产量构成要素方面,随作物多样化水平的提高,小麦穗粒数、玉米有效穗数随之提高;W-G在小麦穗粒数和千粒重方面显著高于W。通径分析显示,组分作物小麦主要通过穗粒数的增加而实现增产,组分作物玉米主要通过单位面积有效穗数的增加实现增产。本研究表明,随作物多样化水平的提升,主栽作物籽粒产量和产量性能指标也随之提升,干旱灌区可通过配置豆科绿肥提升种植系统作物多样化水平,从而实现增产。

干旱灌区减量灌水下玉米农艺性状、产量及水肥利用效率对间作绿肥的响应

于2020—2022年采用裂区试验设计,主区设玉米‖箭筈豌豆(M‖V)和单作玉米(SM)2个种植模式,裂区设高量(I3,400 mm)、中量(I2,340 mm)、低量(I1,280 mm)3个灌水水平,探究间作绿肥对减量灌水下玉米农艺性状、产量、土壤全氮含量、水分利用效率(WUE)及氮肥偏生产力(PFPF)的影响。结果表明,与SM相比,M‖V玉米株高、茎粗、穗位高分别增加6.3%~14.3%、5.4%~12.0%和12.5%~22.1%,玉米穗长、穗粗、穗行数、行粒数分别增加5.7%~20.2%、3.7%~13.6%、2.7%~5.9%和6.8%~17.7%;间作模式下,M‖VI2与M‖VI3处理间玉米株高、茎粗、穗位高、穗长、穗粗、穗行数、行粒数差异不显著,各指标分别较M‖VI1处理显著增加6.7%~7.7%、4.9%~5.8%、7.7%~11.6%、6.2%~11.3%、2.0%~5.1%、1.0%~2.0%和5.2%~10.3%。M‖V较SM玉米增产效果显著,籽粒产量和生物产量分别提高7.7%~27.9%和5.7%~19.2%;间作模式下,M‖VI2与M‖VI3处理间玉米籽粒产量及生物产量无显著差异,两指标分别较M‖VI1处理显著增加5.7%~15.5%和4.7%~8.0%。M‖V较SM显著增加了0~40 cm土层土壤全氮含量、WUE和PFPF,增幅分别为5.8%~7.9%、12.4%~28.3%和7.7%~27.9%;间作模式下,M‖VI2与M‖VI3处理间PFPF无显著差异,较低灌水处理显著增加5.7%~15.5%,M‖VI2较M‖VI3处理WUE显著增加7.7%~10.8%。相关分析表明,间作箭筈豌豆可通过提升土壤全氮含量改善玉米株高、茎粗、穗位高、穗长、穗粗及穗行数,通过增加穗粒数和千粒重保障中量灌水(340 mm)条件下玉米产量不降低,从而提高水肥利用效率。因此,间作箭筈豌豆结合灌水340 mm可作为河西灌区水资源承载安全范围内的玉米间作绿肥高效生产模式。

干旱环境下油菜籽粒芥酸含量的QTL定位分析

为探讨干旱环境下冬油菜籽粒品质(脂肪酸含量和硫苷)分子遗传机理,以17NTS57(高芥酸)×CY12PXW-6-1(低芥酸)的衍生后代F_(1)、F_(2)、F_(2∶3)等群体为材料,结合天水和定西试点籽粒品质表型,进行干旱环境下籽粒芥酸的遗传定位及选择标记开发。结果表明:利用F_(2∶3)群体在两个试点共检测到油菜芥酸含量QTL位点7个,其中天水试点检测到4个,定西试点检测到3个。天水试点检测到2个主效QTL,即qEATC08.2、qEATC09,分别分布在C08、C09染色体,其表型贡献率在20%以上;qEATA10(天水)和qEADA10(定西)被定位到A10染色体相同区间,在两个试点的表型贡献分别为10.42%和12.70%;qEATC09和qEADC09被定位在C09染色体相同区间,两个试点的表型贡献率分别为20.00%和19.34%,为共定位主效QTL。3个QTL(qEATC08.1(天水)、qEATC08.2(天水)、qEADC07(定西))仅各在一个试点被检测到,其中2个微效修饰位点(qEATC08.1和qEADC07)具有正向加性效应。在A10和C09染色体上定位的qEA.A10和qEA.C09的主效QTL,这些标记可用于干旱条件下油菜籽粒芥酸含量改良的分子标记辅助选择。

马铃薯StNF-YA9基因的生物信息学及其表达分析

NF-Y是一种普遍存在于真核生物中的转录因子,通常以NF-YA/B/C异源三聚体的形式发挥作用,其中NF-YA转录因子通过特异性结合DNA启动子区域的CCAAT box,调控下游靶基因表达以应对胁迫。通过前期对马铃薯NF-Ys基因家族的分析,发现沉默马铃薯StNF-YA9基因,马铃薯对干旱胁迫更为敏感。因此,从马铃薯品种‘Atlantic’中克隆了StNF-YA9基因,生物信息学分析表明该基因总长度为1231 bp,CDS区长723 bp。通过构建StNF-YA9亚细胞定位融合表达载体确定其定位在细胞核中;采用qRT-PCR分析该基因组织和逆境胁迫下表达模式,结果表明其在叶片中相对表达量最高,芽中相对表达量最低,受到聚乙二醇(Polyethylene glycol,PEG)和脱落酸(Abscisic acid,ABA)诱导上调表达。研究结果为马铃薯StNF-YA9基因后续功能研究提供理论基础。

干旱灌区春小麦水分利用特征对绿肥与麦秸协同还田的响应

【目的】明确绿肥与麦秸协同还田对春小麦(Triticum aestivum L.)水分利用特征的影响,对干旱灌区应用绿肥构建小麦水分高效可持续生产模式具有重要支撑作用。【方法】本研究采取随机区组试验设计,以麦后休闲(W)为对照,设置了麦后免耕播种绿肥+绿肥与麦秸全量还田(W-NTGS)、麦后免耕播种绿肥+绿肥单一还田(W-NTG)、麦后浅旋灭茬播种绿肥+绿肥单一还田(W-TG)3个处理,对小麦耗水特征、籽粒产量、水分利用效率(WUE)和灌溉水利用效率(WUEi)进行了研究。【结果】复种绿肥较麦后休闲显著增加了小麦播前0—50 cm土层的土壤贮水量,其中W-NTGS处理小麦播前0—10、10—20、20—30、30—50 cm土层的土壤贮水量,分别较W-NTG处理增加了22.1%、30.2%、21.5%和11.1%,较W-TG处理增加了26.2%、33.2%、26.5%和16.4%;而W-NTG与W-TG处理间小麦播前0—110cm的土壤贮水量均无显著差异。复种绿肥较麦后休闲分别使小麦耗水量、棵间蒸发量和蒸散比平均减少7.0%—7.1%、11.7%—20.1%和5.2%—15.9%,在复种绿肥中,W-NTGS处理小麦耗水量较W-NTG处理在2021年减少6.4%,较W-TG处理在2020和2021年平均减少6.1%;W-NTGS处理小麦棵间蒸发量分别较W-NTG、W-TG处理平均减少9.7%和13.6%,蒸散比分别降低6.2%和11.3%,W-NTG与W-TG处理间的耗水量、棵间蒸发量、蒸散比均无显著差异。复种绿肥较麦后休闲使小麦籽粒产量增加6.4%—16.8%,其中W-NTGS处理分别较W-NTG、W-TG处理平均增加6.6%和9.8%,W-NTG与W-TG处理间的小麦籽粒产量差异不显著。与麦后休闲相比较,复种绿肥使小麦WUE、WUEi分别提高11.9%—30.7%和6.4%—16.8%,复种绿肥之间相比较,W-NTGS处理分别较W-NTG、W-TG处理的WUE平均提高10.9%和16.8%,WUEi平均提高6.6%和9.8%,W-NTG与W-TG处理间的WUE和WUEi差异不显著。【结论】麦后免耕播种绿肥+绿肥与麦秸全量还田(W-NTGS)可显著增加小麦播前0—50 cm土壤贮水量,减少小麦季土壤水分的无效损耗,从而在减少小麦耗水量的同时增加籽粒产量,最终显著提高农田水分利用效率和灌溉水利用效率,可作为干旱灌区小麦复种绿肥水分高效利用推荐技术。

半干旱区降水和水土保持措施强度-径流演变规律研究

为研究不同时期及水土保持措施条件下,降水量、水土保持措施强度与径流的演变规律,运用泰森多边形法、Morlet小波分析法、回归分析法,构建多元功效函数,进行甘肃省定西市安定区近60 a年降水量、措施强度与径流演变研究。结果表明:1957—2016年年径流量呈递减趋势,达极显著水平(P<0.001);在22~24 a、8 a、4 a时间尺度上,年降水量和径流具有明显的震荡周期,平均周期为15 a、5 a、3 a左右。梯田、造林、种草及封育等水土保持措施强度逐年递增,分别达36.14 hm^2·km^-2、25.26 hm^2·km^-2、11.56 hm^2·km^-2和3.22 hm^2·km^-2。随周期(3 a、5 a、15 a)的变长,同等降水量对产流量影响有所增大;同等水土保持措施强度对产流量影响有所减小;降水量和措施强度组合解释了径流模数总方差的57.46%~85.80%;降水量对径流模数的影响约低于40%,措施强度的影响约高于60%,说明措施强度对径流的影响较降水量更大。近60 a径流量的减少,主要是由于水土保持措施的递增引起。

干旱灌区麦后复种绿肥与施氮水平对小麦光合性能与产量的影响

【目的】探究绿肥还田对不同施氮水平下绿洲灌区小麦产量性能指标的影响,为建立基于绿肥与化学氮肥减量配施的小麦绿色生产模式提供理论指导。【方法】2018-2020年在甘肃省河西绿洲灌区进行裂区试验,主区设置单作小麦(W)和麦后复种毛叶苕子(W-G)2种种植模式;副区为5种施氮水平,分别为不施氮肥(N_(0))、55%氮肥(N_(1))、70%氮肥(N_(2))、85%氮肥(N_(3))、100%氮肥(N_(4)),其中100%氮肥为农户传统春小麦施氮水平180 kg·hm^(-2)。测定小麦全生育期叶面积指数、光合势、净同化速率以及成熟期籽粒产量及其构成因素,以期为该区优化小麦种植模式和施氮水平提供依据。【结果】麦后复种毛叶苕子(W-G)较单作小麦(W)显著提高小麦全生育期的平均叶面积指数(MLAI)和光合势(LAD),提高幅度分别为9.5%-19.7%和9.7%-21.0%;适量减施氮肥有利于提高小麦MLAI和LAD,以N_(3)最突出,W-G-N_(3)处理较W-N_(3)和W-N_(4)处理MLAI分别提高4.1%-15.4%和8.8%-17.5%,总光合势分别提高4.6%-9.2%和16.8%-18.8%。麦后复种毛叶苕子降低了小麦全生育期的平均净同化率(MNAR),较单作小麦降低幅度为17.7%-17.8%;W-G-N_(3)处理较W-N_(3)和W-N_(4)处理降低MNAR,幅度分别为16.4%-17.5%和26.5%-40.1%。麦后种植翻压毛叶苕子和适量减施氮肥提高了小麦籽粒产量,W-G-N_(3)处理较W-N_(3)及W-N_(4)处理分别增产6.9%-16.7%和7.9%-13.6%。灰色关联分析及相关性分析表明,麦后复种毛叶苕子且搭配适宜施氮量使作物高产主要是因为平均叶面积指数、总光合势及产量构成因素的协同提高。【结论】麦后复种毛叶苕子配施85%氮肥促进了营养器官生长,有利于籽粒库的建成、扩大和充实,从而获得高产。因此,W-G-N_(3)处理是绿洲灌区优化小麦产量性能指标而获得高产的理想种植模式及施氮水平。

干旱灌区小麦间作玉米麦后复种绿肥的可持续性分析

【目的】针对干旱灌区传统生产模式的资源利用率和产投比低等问题,研究小麦间作玉米集成麦后复种绿肥的光能利用率、灌溉水生产力及经济效益表现,结合试区常规种植模式,评价不同种植模式的可持续性,对于干旱灌区农业生产的节本增收有重要指导意义。【方法】2018-2020年,在河西绿洲灌区设置田间定位试验,研究了不同种植模式(春小麦间作玉米小麦收后复种绿肥(W-G//M)、春小麦间作玉米(W//M)、春小麦复种绿肥(W-G)、单作玉米(M)、单作春小麦(W))对生产系统叶日积、籽粒产量、光能利用率、灌溉水生产力以及经济效益的影响,综合以上相关指标,对各种植模式的可持续性进行评价。【结果】随着试验年度的延长,春小麦收后复种绿肥能显著提高主栽作物全生育期的总叶日积。W-G//M较W//M的叶日积提高了7.7%-7.8%。间作较单作以及麦后复种绿肥模式均能提高主栽作物籽粒产量,但同时也提高了生产成本的投入。2018和2019年,W-G//M处理和W//M处理的混合籽粒产量无显著差异,而2020年,W-G//M处理较W//M处理的籽粒产量提高了8.7%。W-G//M处理较M、W-G和W处理的纯收益分别提高16.7%-26.5%、78.5%-132.2%和35.9%-78.8%。2018年,W-G//M较W//M处理的纯收益降低了7.2%,但是2019和2020年,二者的纯收益无显著差异,且产投比也具有相似的趋势。复种绿肥能显著提高作物光能利用率,W-G//M处理较W//M处理的光能利用率提高了7.2%-14.1%;W-G处理较W处理的光能利用率提高了23.5%-52.1%。W-G处理较W处理的灌溉水生产力显著降低,降低了48.6%-54.3%(灌溉水利用效率)和30.9%-39.8%(单方灌溉水经济效益),而W-G//M处理和W//M处理的灌溉水生产力无显著差异。综合3年试验结果,W-G//M处理较其余4个处理的可持续性显著提高。【结论】在干旱绿洲灌区,间作以及麦后复种绿肥能提高主栽作物籽粒产量和经济效益,且灌溉水生产力和光能利用率也随之提高,进而使得该模式的可持续性提高,因此,春小麦间作玉米结合小麦收后复种绿肥技术可作为提高资源利用以及农民收益的可持续种植模式。

黄土高原苜蓿及后茬作物土壤水分恢复效应及蒸散特征

黄土高原种植紫花苜蓿(Medicago sativa)多年后会形成土壤干层,严重影响后茬作物的生长。本研究利用黄土高原建植9年的苜蓿地布设田间试验,研究比较了苜蓿连作(L–L),苜蓿移除后休闲(L–F)或分别种植小麦(Triticum aestivum, L–W)、玉米(Zea mays, L–C)、马铃薯(Solanum tuberosum, L–P)和谷子(Setaria italica, L–M)6种苜蓿-作物种植模式对田间水分蒸散特性的影响及水分动态变化特征。结果表明:苜蓿与作物的轮作中,3年的平均水分利用效率均是苜蓿-马铃薯最高,苜蓿-玉米次之,苜蓿-小麦最低,种植马铃薯和玉米能有效提高作物产量和水分利用效率。苜蓿-玉米处理在高耗水的同时,抑制了土壤棵间蒸发量,显著降低了蒸发与作物耗水量的比率(17.0%),促进了作物的蒸腾作用。经过轮作倒茬后,苜蓿-作物轮作处理下0–300 cm土层的平均含水量较苜蓿连作增加了18.4%～34.9%,苜蓿-休闲处理对于土壤干层水分的恢复效果最佳,其次为苜蓿-马铃薯。综合水分利用效率和农田水分变化特征,在黄土高原半干旱区种植苜蓿多年后选择休闲或轮作其他作物,以苜蓿-马铃薯和苜蓿-玉米轮作的效果较好。该研究结果也表明,合理的利用土地可以减轻土壤干层在黄土高原的形成和发展。

长期间作及免耕对土壤物理性状及作物产量的影响

针对西北绿洲灌区长期传统覆膜耕作造成土壤结构的稳定性下降、地膜残留过多和土壤质量下降等问题,研究覆膜免耕与禾豆间作种植模式对土壤物理性质和作物产量的影响,以期为试区优化耕作方式和作物种植模式提供理论支撑。田间试验于2013—2020年在河西绿洲灌区进行,设置传统耕作覆膜(CT)、覆膜免耕(NT)2种耕作措施;单作豌豆(P)、单作玉米(M)、玉米间作豌豆(M//P)3种种植模式,2019年和2020年玉米收获后测定土壤物理性状和作物产量等相关指标。结果表明:(1)0~30 cm土层≥0.25 mm水稳性团聚体含量、平均重量直径(MWD)、土壤容重和土壤总孔隙度在NT与CT处理间存显著差异,NT较CT≥0.25 mm水稳性团聚体含量提高2.02%~7.76%、MWD提高19.4%~26.0%、土壤容重降低1.31%~1.57%、总孔隙度增加1.97%~2.28%;(2)NT处理下,不同种植模式间存在显著差异,M//P分别较P和M处理水稳性大团聚体含量增加12.60%~20.11%和7.05%~11.55%,MWD分别较P和M处理增加9.61%~12.44%和4.01%~8.01%,土壤容重平均降低2.97%和1.98%,土壤孔隙度分别增加4.50%和2.98%;(3)耕作方式对作物产量影响不显著,但种植模式对玉米籽粒产量有显著影响,单位面积间作玉米籽粒产量在2种耕作措施下分别较单作玉米增加29.41%~31.68%,31.92%~33.38%。覆膜免耕下禾豆间作种植模式是该区域改善土壤物理性状、提高作物产量、实现资源高效利用的有效农艺措施。

马铃薯StWRKY57基因的生物信息学分析及亚细胞定位

WRKY转录因子对于植物抗逆境胁迫具有重要作用,根据先前进行的转录组测序分析,发现StWRKY57在干旱和盐胁迫条件下被诱导上调表达。以马铃薯StWRKY57为研究对象,进行生物信息学分析、表达分析和亚细胞定位,利用qRT-PCR技术分析其组织特异性和非生物胁迫下的表达情况。StWRKY57基因位于马铃薯第8号染色体上,CDS区长762 bp,属于疏水性非跨膜蛋白;同源性分析显示该蛋白与潘那利番茄SpWRKY40的同源性最高;其启动子区包含光响应元件、胚乳表达、参与昼夜节律和激素响应等相关的顺式作用元件;qRT-PCR分析显示该基因在叶中表达量最高,在200 mmol/L NaCl、20%PEG 6000和100μmol/L脱落酸(Abscisic acid,ABA)处理下,均上调表达;亚细胞定位显示该蛋白定位于细胞核中。该研究为马铃薯StWRKY57基因之后的试验提供了理论依据。

不同冬季覆盖作物轮作对农田土壤碳氮影响

风蚀是干旱区农田生态系统中土壤质量降低的关键因素,冬季作物覆盖可有效减少农田的土壤风蚀。通过探究河西灌区不同冬季覆盖作物轮作复种绿肥对农田土壤碳氮影响,以期为构建合理的周年覆盖轮作模式提供理论依据。本研究在热量一熟有余两熟不足的河西灌区春小麦种植区把冬小麦、冬油菜两种冬季覆盖作物和绿肥还田处理嵌套种植形成:(1)春小麦—冬油菜—箭筈豌豆(WCP)、(2)春小麦—冬小麦—箭筈豌豆(WWP)、(3)春小麦—箭筈豌豆(WP)、(4)春小麦—春小麦(W,CK)不同种植模式,在360 kg/hm^(2)(N2)、270 kg/hm^(2)(N1)、0 kg/hm^(2)(N0)3个施氮水平下,研究不同轮作模式对农田土壤碳、氮含量的提升效应。结果表明:在同一种植模式下土壤有机碳、土壤可溶性有机碳、热提取态有机碳、硝态氮、氨态氮、微生物量碳氮含量随施氮量的增加而增加,但在氮肥减量(N1)的条件下,与常规施氮(N2)相比较WCP轮作模式土壤有机碳、土壤可溶性有机碳、热提取态有机碳含量及微生物量氮无显著降低。相同施氮条件下,轮作模式间差异不显著,但与CK间差异显著;其中,0~10 cm土层,WCP轮作模式土壤有机碳、土壤可溶性有机碳、土壤热提取态有机碳、硝态氮、氨态氮、微生物量碳氮含量平均较CK提高5.42%、9.78%、10.96%、20.51%、15.76%、18.94%;10~30 cm土层,提高9.54%、7.06%、12.99%、20.12%、16.51%、18.16%。因此,春小麦轮作冬油菜复种绿肥模式在氮肥减量条件下仍对农田土壤碳氮有明显的提升效应,为河西灌区良好的周年覆盖作物轮作模式。

绿洲灌区绿肥还田对减量灌水小麦产量的补偿机制

探讨绿肥对减量灌水春小麦产量构成及光合产物积累分配特征的响应和机制,可为构建新型小麦节水型种植制度提供实践和理论依据。依托2017年在甘肃河西绿洲灌区开始的小麦复种绿肥田间定位试验,于2021—2022年研究了不同绿肥处理方式下减量灌水小麦的群体生长动态、光合产物累积、转运分配和产量特性。试验采用裂区设计,设420 mm(I3,地方常规灌水量)、370 mm(I2,减量50 mm)和320 mm(I1,减量100 mm)3个灌水水平,绿肥全量翻压还田(WG)、绿肥仅根茬还田(WGR)和不种绿肥(W)3种绿肥处理方式,组成9个处理。结果表明,减量灌水降低了小麦产量和收获指数,绿肥还田可补偿因减量灌水造成的产量负效应。与I3相比,I1处理小麦籽粒产量、生物产量和收获指数分别降低11.5%、3.8%和8.1%,I2籽粒产量降低了3.4%;与W相比,WG籽粒产量、生物产量和收获指数分别提高10.9%、3.7%和8.0%,WGR籽粒产量和收获指数提高了4.8%和3.4%;与WI3相比,WGI2籽粒产量和收获指数分别提高7.2%和5.3%,WGI1和WGRI2的籽粒产量、生物产量和收获指数差异不显著,即麦后复种绿肥并全量还田可补偿减量灌水100 mm产生的产量负效应,可超量补偿在减量灌水50 mm的负效应。绿肥还田补偿减量灌水对小麦产量负效应的主要原因是:(1)绿肥还田提高了小麦生育后期的群体生长率(CGR)和净同化率(NAR),增大了小麦穗数、穗粒数与千粒重。与WI3相比,WGI2拔节至孕穗、孕穗至开花、开花至灌浆期CGR分别提高10.4%、10.5%和7.9%,WGRI2拔节至孕穗、孕穗至灌浆期CGR分别提高6.7%和5.7%,WGI1无显著变化;WGI2较WI3孕穗至开花、开花至灌浆期NAR分别提高4.5%、4.8%,穗数和千粒重分别提高5.7%和6.9%,WGI1、WGRI2较WI3穗数、穗粒数与千粒重差异不显著。(2)绿肥还田提高了减量灌水小麦的花后干物质积累量和对籽粒的贡献率。I2、I1较I3花后干物质积累量和对籽粒的贡献率分别降低8.8%、5.3%和23.1%、13.7%;WG、WGR较W花后干物质积累量和对籽粒的贡献率分别提高19.6%、8.9%和14.0%、9.3%;与WI3相比,WGI2、WGRI2花后干物质积累量差异不显著。在干旱绿洲灌区,麦后复种绿肥是实现小麦生育期减量灌水的可行措施,绿肥可通过优化小麦光合产物的累积和分配补偿由于减量灌水造成的小麦减产,绿肥全量还田的节水潜力更高。

绿洲灌区增密对水氮减量玉米产量的补偿机制

针对河西绿洲灌区水资源短缺、玉米田氮肥施用量高等生产生态问题,在节水减氮条件下,分析增加种植密度补偿水氮减量导致玉米减产的效应,为水氮节约型玉米高效生产提供理论依据与技术支撑。基于2016年布设的裂裂区田间试验,主区为2种灌水定额:灌水减量20%(W1,3240 m^(3) hm^(–2))和传统灌水(W2,4050 m^(3) hm^(–2)),裂区为2种施氮量:减量施氮25%(N1,270 kg hm^(–2))和传统施氮(N2,360 kg hm^(–2)),裂裂区为3种玉米密度:传统种植密度(D1,7.50万株hm^(–2))、增密30%(D2,9.75万株hm^(–2))和增密60%(D3,12.00万株hm^(–2)),通过测定2020—2021年玉米籽粒产量和生物产量,分析干物质积累及其分配、转运特征,量化产量构成因素,明确增密对水氮减量玉米产量的补偿效应及机制。研究表明,减水、减氮降低了玉米籽粒产量和生物产量,而增密30%能够补偿因水氮同步减量造成的产量负效应,且维持较高的施氮量有利于玉米增产节水。W1N1D1(减量灌水减量施氮及传统密度)较W2N2D1(对照:传统灌水传统施氮及传统密度)籽粒产量和生物产量分别降低9.1%~15.0%与10.0%~11.0%,但W1N1D2(减量灌水减量施氮及增密30%)与W2N2D1差异不显著。W1N2D2(减量灌水传统施氮及增密30%)较W2N2D1籽粒和生物产量分别提高12.9%~15.4%与6.4%~12.0%。增密30%能够补偿水氮同步减量造成玉米减产的主要原因是W1N1D2能增加玉米穗数,进而提高玉米灌浆初期至成熟期干物质积累量和苗期到大喇叭口期群体生长速率及花前转运率。增密30%在灌水减量和传统施氮条件下促进玉米增产的主要原因是W1N2D2可增加玉米穗数,提高玉米生育期干物质积累量与群体生长速率,促进穗部干物质分配,提高花前转运量、转运率及转运贡献率。因此,增密30%是绿洲灌区水氮同步减量玉米稳产高产的可行措施,是氮肥不减但减水20%玉米节水增产有效举措。

绿肥对减量施氮小麦籽粒产量和氮素利用的补偿机制

针对西北绿洲灌区小麦连作普遍、化肥施用量较大及氮素利用率低等问题,探究麦后复种绿肥对减量施氮小麦籽粒产量和氮素利用的补偿效应,以期为构建减氮小麦高效生产技术提供理论依据。本研究依托始于2018年的定位试验进行,2020-2022年期间采集数据。试验采用裂区设计,主区设4种绿肥种植模式,即麦后分别复种毛叶苕子混播箭筈豌豆(HCV)、箭筈豌豆(CV)、油菜(R)和麦后休闲(F);副区为3种施氮水平:试区习惯施氮量(N3,180 kg hm^(–2))、习惯施氮减量20%(N2,144 kg hm^(-2))、习惯施氮减量40%(N1,108 kg hm^(-2))。研究表明,习惯施氮减量20%和40%显著降低了小麦籽粒产量和氮素吸收,但麦后复种毛叶苕子混播箭筈豌豆可补偿因减量施氮40%造成的籽粒产量和氮素吸收损失,且麦后复种毛叶苕子混播箭筈豌豆结合减量施氮20%提高小麦籽粒产量21.4%和氮素吸收6.9%(P<0.05)。麦后复种毛叶苕子混播箭筈豌豆可补偿因减量施氮40%造成的氮素利用率损失,且其结合减量施氮20%氮素利用率提高13.4%(P<0.05)。其补偿机制归因于:(1)麦后复种毛叶苕子混播箭筈豌豆在减量施氮40%条件下可补偿小麦氮素吸收速率,提高氮素净同化速率34.3%(P<0.05),维持穗部氮素分配,增加茎氮素转运率6.6%(P<0.05)。(2)与麦后休闲传统施氮量相比,麦后复种毛叶苕子混播箭筈豌豆结合减量施氮20%提高氮素平均吸收速率和氮素净同化速率7.2%和34.1%(P<0.05),增加灌浆初期至成熟期穗氮素分配6.7%(P<0.05),提高叶、茎氮素对穗的转运贡献率17.8%、8.9%(P<0.05)。因此,在干旱绿洲灌区,麦后复种毛叶苕子混播箭筈豌豆是实现小麦减氮40%的可行措施,麦后复种毛叶苕子混播箭筈豌豆结合减氮20%可通过提高小麦氮素吸收速率和氮素净同化率,提高叶、茎对穗的转运贡献率从而促进穗部氮素分配,实现小麦产量和氮素利用率双提升。

氮肥减施对青贮玉米豆科饲草间作系统水分利用特征的影响

针对河西绿洲灌区青贮玉米氮肥投入高、水分利用效率低等问题,本研究在减氮条件下,探讨间作豆科饲草对青贮玉米产量及耗水特征的影响,为青贮玉米水分高效利用提供理论依据和技术支撑。试验于2022—2023年在武威绿洲农业综合试验站开展,设置3个种植模式(M:青贮玉米单作;MH:青贮玉米-秣食豆间作;ML:青贮玉米-拉巴豆间作)和4个施氮水平(N3:360 kg hm^(-2);N2:306 kg hm^(-2);N1:252 kg hm^(-2);N0:0 kg hm^(-2))。结果表明,2种混播模式下N1处理的青贮玉米和豆科饲草干物质积累量较N3显著提高,MH模式下分别提高10.0%和20.5%,ML模式下分别提高16.5%和28.8%。MH模式下N1处理饲草产量与N3差异不显著,但ML模式下较之提高22.4%,且ML模式饲草产量在N1水平下较MH模式提高12.3%。引入豆科饲草可降低间作系统棵间蒸发量,MH、ML模式的棵间蒸发量在N1水平下比M模式相同施氮水平分别降低23.5%、30.0%,但2种模式不同施氮处理间棵间蒸发量差异不显著。青贮玉米间作拉巴豆结合氮肥减施30%可降低蒸散比,较M模式相同施氮水平降低23.0%。间作豆科饲草提高了水分利用效率,MH、ML模式水分利用效率在N1、N2、N3水平下较M模式分别提高43.3%、29.5%、17.9%和51.9%、30.2%、21.2%。其中,以MLN1处理提升幅度最大,较MN3处理水分利用效率提高52.4%。因此,青贮玉米间作豆科饲草结合施氮量252 kg hm^(-2)可降低棵间蒸发量、提高饲草产量和水分生产力,是绿洲灌区青贮玉米生产适宜采用的种植模式和施氮量。

不同灌水量下玉米的产量可持续性对间作绿肥的响应

明确间作绿肥对不同灌水量下玉米产量可持续性的影响,对构建节水增效型玉米间作豆科绿肥模式具有重要支撑作用。于2018—2022年开展田间定位试验,采用裂区试验设计,设置玉米间作箭筈豌豆(M/V)和单作玉米(SM)2种种植模式,以及玉米地方习惯灌水量(I3:4000 m^(3)hm^(-2))、减量15%(I2:3400 m^(3)hm^(-2))、减量30%(I1:2800 m^(3)hm^(-2))3种灌水水平。研究了间作绿肥对不同灌水量下玉米产量及产量构成因素、相对多作物抗性指数、产量可持续性指数、关键土壤养分指标和经济效益的影响。结果表明,间作绿肥可在减量15%灌水条件下较单作玉米提高玉米穗粒数和千粒重,从而提高玉米籽粒产量,2019—2022年,间作玉米在减量15%灌水水平下较单作玉米的穗粒数和千粒重分别提高8.7%~16.4%和7.1%~13.4%,籽粒产量提高9.3%~23.6%,同时与间作玉米地方习惯灌水量处理的籽粒产量无显著差异。间作绿肥使玉米在减量灌水条件下的相对多作物抗性指数均大于0,且随种植年限的增加而提高,进而降低了减灌条件下产量的变异系数、提高了产量可持续性指数,间作玉米产量变异系数较同一灌水量单作玉米降低77.9%~82.8%、产量可持续性指数提高12.2%~19.9%。玉米间作绿肥可以增加土壤养分,与单作玉米相比土壤有机质、速效氮含量分别增加6.4%~15.8%、12.1%~35.6%,土壤速效磷含量在减量15%和减量30%灌水水平下分别增加了19.4%、11.3%,玉米间作绿肥在减量15%灌水水平下的土壤有机质、速效氮和速效磷含量与地方习惯灌水量处理无显著差异,均显著大于其他处理。在2020—2022年,间作玉米在减量15%灌水水平下较单作玉米的纯收益提高了10.5%~34.2%;在2021—2022年产投比提高了7.8%~10.4%,与间作玉米地方习惯灌水量处理无显著差异。间作绿肥主要通过增加土壤有机质,改善土壤氮、磷养分条件而增强玉米产量可持续性。总之,间作绿肥能够缓减因灌水量减少造成的产量损失,增强减量灌水下玉米产量稳定性和可持续性指数。本研究中玉米间作箭筈豌豆灌水量3400 m^(3)hm^(-2),可作为试区玉米可持续生产模式及其适宜灌水量的参考。

生物炭和间作鲜食豌豆对氮肥减量下玉米产量的促进效应

于2022—2023年进行裂区试验,主区为玉米‖鲜食豌豆(M‖P)和单作玉米(SM),裂区为地方推荐施氮量(N1,360 kg·hm^(-2))和减量30%施氮(N2,250 kg·hm^(-2)),裂裂区为施用生物炭(C)和不施用生物炭(A),探究生物炭和间作鲜食豌豆对玉米光合源、干物质积累以及产量的影响。结果表明,在减量30%施氮水平下,间作鲜食豌豆配施生物炭可以使玉米出苗后45~90 d保持较高的叶面积指数,且较SMN1A处理有效减缓了玉米出苗后90~150 d的叶面积指数降低,显著提高了玉米全生育期叶日积(P<0.05)。M‖PN2C处理玉米干物质积累量和干物质积累速率较SMN1A处理在玉米出苗后60~90 d分别提高13.0%和15.3%,在玉米出苗后90~150 d分别提高16.2%和19.5%。M‖PN2C处理玉米籽粒产量较M‖PN1A和SMN1A处理分别显著增加6.3%和17.8%(P<0.05),与M‖PN1C处理无显著差异。间作玉米千粒重较单作玉米平均提高5.2%,且施用生物炭在减量30%施氮水平下较地方推荐施氮量不施用生物炭可提高玉米的穗粒数和千粒重,间作鲜食豌豆配施生物炭处理的玉米穗粒数和千粒重在N2与N1之间无显著差异。通径分析结果表明,间作鲜食豌豆配施生物炭通过提高玉米千粒重,使间作玉米在氮肥减量下能获得较高的籽粒产量。因此,玉米‖鲜食豌豆下减量30%施氮配施生物炭可作为干旱绿洲灌区节氮高效种植的参考技术。

中国马铃薯加工业现状调查分析及发展对策

马铃薯在全球粮食生产中位居第四,仅次于水稻、玉米和小麦,全球有超30亿人消费马铃薯。马铃薯富含淀粉、膳食纤维、维生素和矿物质,是全球居民重要的营养来源之一,人均年消费量达28 kg。马铃薯在保障国家粮食安全和人体营养方面发挥关键作用,马铃薯加工业在中国粮食转型策略中居重要地位。尽管中国是世界马铃薯种植大国,但马铃薯加工业相对落后。与发达国家相比,中国在加工型马铃薯品种选育、栽培贮藏、产品深加工、品牌建设等方面存在明显差距。综述总结了中国当前马铃薯加工业发展现状以及现存的突出问题和短板,并重点提出在科技创新、产业技术发展等方面的具体对策分析。

轮作及减氮对绿洲灌区农田温室气体排放及土壤酶活性的影响

基于2018年在武威绿洲农业试验站布设的田间定位试验,设春小麦-冬油菜-箭筈豌豆(WRV)、春小麦-冬小麦-箭筈豌豆(WWV)、春小麦-箭筈豌豆-春小麦-箭筈豌豆(WV)、春小麦连作(W)4种种植模式,减氮25%(270 kg·hm^(-2),N 1)、传统施氮(360 kg·hm^(-2),N 2)两个施氮水平,共8个处理,于2020—2021年测定并分析不同轮作模式结合减氮对农田CO 2、N 2O排放的影响及其与春小麦产量和土壤酶活性的关系,以期为当地农业绿色高效发展提供理论依据。结果表明:轮作结合减氮处理可显著降低温室气体排放,增加作物产量,以WRVN 1处理增产减排效果最佳,其CO 2、N 2O排放总量分别较WN 2处理降低了15.2%、28.0%,全球增温潜势(GWP)、温室气体排放强度(GHGI)分别降低15.7%和30.4%,作物产量增加16.7%。土壤脲酶和过氧化氢酶活性均表现为0~10 cm高于10~30 cm土层,轮作降低了小麦开花期土壤酶活性,以WRVN 1处理土壤酶活性最低;在N 1处理下土壤脲酶、过氧化氢酶活性较N 2处理分别降低20.1%~28.7%、8.3%~12.2%,且CO 2、N 2O排放速率与土壤脲酶、过氧化氢酶活性均呈显著正相关关系。综上,春小麦-冬油菜-箭筈豌豆轮作模式结合减氮25%可作为实现绿洲灌区农业增效减排的合理种植模式与施氮制度。