旱地全膜覆土穴播荞麦田土壤水热及产量效应研究

2015 2017 年在西北黄土高原半干旱区设全膜覆土穴播(FMS)和露地穴播(CK) 2 种种植方式,研究西北黄土高原全膜覆土穴播对旱地荞麦农田土壤水分和温度、产量及水分利用效率的影响,为寻求半干旱区荞麦高产高效的技术途径提供理论依据。结果表明, FMS 较 CK 使荞麦苗期提前 2.0~2.7 d,分枝期提前 2~3 d,现蕾期提前 0~1.7 d,而灌浆期延长 4.7~7.0 d。全膜覆土穴播(FMS)提高平水年(2015)和欠水年(2016)荞麦农田的土壤贮水量,较 CK 增加 16.9mm 和 25.59 mm,提高 2.91%和 5.79%,差异显著(P<0.05),但丰水年(2017)处理间差异不显著。在平水年和丰水年,0~25 cm 土壤平均温度 FMS 较 CK 分别增加 2.27℃和 2.20℃,但是在高温干旱年, FMS 分枝期至灌浆期明显低于 CK,全生育期内 0~25 cm 土壤平均温度 FMS 较 CK 降低。成熟期 FMS 干物质量较 CK 增加 13.46%~137.87%,叶面积指数增加 16.22%~52.55%,株高增加 12.78%~48.91%,单株粒重增加 33.39%~60.90%,籽粒饱满率提高 8.48%~9.14%。3 年全膜覆土穴播荞麦生育期 0~300 cm 土壤耗水量增加 3.89%,但差异不显著,产量增加 7.26%~95.25%,水分利用效率提高 7.59%~87.08%,差异显著(P<0.05),而且越干旱年份增产增效愈加明显。全膜覆土穴播能够提高荞麦播前土壤贮水量,降低高温时段的土壤温度,延长灌浆期,显著提高叶面积指数和生物量,促进荞麦植株发育,使得产量和水分利用效率明显升高。

密度和施肥对旱地马铃薯干物质积累、产量和水肥利用的影响

协同提高产量和资源利用效率,是旱作马铃薯高产高效的基础。本研究以陇薯10号为材料,于2017-2019年进行大田试验,设置当地农民习惯栽培(CK)、高产高效栽培(YE)和超高产栽培(HY)3种栽培模式,测定旱地马铃薯叶面积指数(LAI)、叶片SPAD值、冠层光合能力、干物质积累转运、块茎产量、水肥利用效率等指标。结果表明,与CK相比,YE和HY均提高了马铃薯LAI和叶片SPAD值,YE在降雨较少的2017年增幅更明显;二者均减慢了马铃薯块茎膨大后的LAI和叶片SPAD降低幅度,使其冠层光合能力在块茎膨大期和淀粉积累期2年平均提高29.9%、34.7%和40.2%、50.5%。基于较高的LAI和冠层光合能力,YE和HY的地上干物质在块茎膨大期较CK 3年平均增加123.05%和118.53%;同时块茎膨大后同化物对块茎的贡献率增加22.56%和19.29%,使马铃薯产量在2017-2019年平均增加47.93%和47.78%,水分利用效率平均增加77.59%和75.85%,均达到显著差异水平。YE和HY使马铃薯商品薯产量显著增加,收益显著提高,在2017-2019年分别较CK新增纯收益7330.3元hm^-2和6024.6元hm^-2。较大的群体冠层和较高的物质生产促进了植株对N、P、K的积累,YE的N、P利用效率较CK分别提高15.21%和17.20%,N、K收获指数分别提高3.85%和7.79%;HY的N利用效率提高12.37%。YE的WUE、N和P利用效率较HY提高2.05%、2.53%和23.41%,新增纯收益1305.7元hm-2。因此,YE减施缓释尿素40%并有机替代、密度60,000株hm^-2,能够提高水分和养分利用效率,维持马铃薯花后较高的冠层光合能力,促进茎叶干物质向块茎转运,实现作物增产和资源高效利用协同发展,是半干旱区黑膜覆盖马铃薯种植推荐的高产高效模式。

旋耕深度对西北黄土高原旱作区土壤水分特性和马铃薯产量的影响

深耕对打破犁底层、优化土壤水分特性有积极作用,但对旱作农田旋耕深度的土壤水分效应及其对马铃薯水分耗散过程和产量的影响缺乏研究分析。本研究设15(TT)、40(VRT)、60 cm(VRT6)3个旋耕深度,测定土壤容重和水分特性、马铃薯叶片SPAD值、叶面积指数(LAI)和产量等,研究旋耕深度对马铃薯水分利用和产量的影响。结果表明,与VRT和TT相比,VRT6分别在40~60 cm和0~60 cm土层降低土壤容重,提高饱和含水量、毛管含水量和田间持水量;VRT6显著提高了马铃薯现蕾前的耗水量,导致盛花期的土壤贮水量在2016年较VRT和TT下降了22.3 mm、49.0 mm,2017年下降了43.9 mm、56.6 mm;VRT6显著提高2017年花后耗水,分别较VRT和TT增加了42.2 mm和38.3 mm。旺盛的花前耗水促进了地上部发育,VRT6的LAI在全生育期高于TT,在现蕾期至收获期高于VRT,并使SPAD值在2017年的块茎膨大期显著高于VRT和TT,呈现明显的地上部旺长特征。基于以上原因,VRT6的块茎产量虽然高于TT,但在2017年显著低于VRT,而且水分利用效率(WUE)较VRT和TT下降了61.2%~67.5%和41.0%~53.5%。因此,在半干旱旱作区马铃薯种植的立式深旋耕作的适宜深度是40 cm,可在优化土壤水分特性和耗水过程的基础上,有效抵御季节性干旱胁迫,显著提高产量和水分利用效率。

秸秆还田量对旱地全膜覆土穴播春小麦水分利用及产量的影响

为了解半干旱区秸秆还田量对全膜覆土穴播春小麦水分利用和产量的影响,2018年在甘肃中部半干旱旱作区(35°35′N,104°36′E)开展大田试验,以陇春35号为供试品种,设置1500 kg·hm^(-2)秸秆还田(SRL)、3000 kg·hm^(-2)秸秆还田(SRM)、4500 kg·hm^(-2)秸秆还田(SRH)和无秸秆还田(CK)4个处理,测定和分析了不同处理下全膜覆土穴播春小麦不同生育时期0~300 cm土壤贮水量、0~300 cm土层阶段耗水量和WUE的特点。结果表明,与CK相比,不同量的秸秆还田均可提高春小麦播种到抽穗期0~300 cm土层土壤贮水量和拔节到灌浆期春小麦对0~300 cm土层的耗水量,降低拔节到成熟期冠层温度,显著增加春小麦叶片SPAD值、叶面积指数、生物量、产量和水分利用效率。SRM处理的产量较SRH和SRL处理分别增加4.0%和17.4%,WUE分别提高4.8%和16.0%。因此,在甘肃中东部半干旱旱作区,全膜覆土穴播春小麦的适宜秸秆还田量为3000 kg·hm^(-2);秸秆还田能够改善春小麦生育前中期土壤墒情,有利于中后期水分利用,促进春小麦叶片光合物质生产,最终实现增产和水分高效利用。

旱地化肥分层和深施对春小麦水肥利用及产量的影响

【目的】为优化西北旱作区春小麦施肥量及施肥方式,提高小麦产量和水分利用效率。【方法】于2018—2020年开展大田试验,以陇春35号为供试品种,设4个处理,分别为氮肥常量浅施(PM)、氮肥减量浅施(PM-N)、氮肥减量深施(PMD)和氮肥减量分层施肥(PMA),测定春小麦不同生育期0—300 cm土层土壤含水量、生物量、叶片叶绿素含量(SPAD)、冠层温度、叶面积指数、产量等指标,计算土壤贮水量、阶段耗水量、水分利用效率、植株氮素累积量和氮肥偏生产力等,从土壤水分-冠层发育-产量角度揭示化肥分层和深施对土壤水肥利用和产量的影响。【结果】PMA和PMD处理显著调节春小麦生育期耗水进程。苗期到拔节期,PMA和PMD处理在0—300 cm的耗水量较PM处理分别提高11.8—20.4 mm和15.1—25.4 mm,较PM-N处理分别提高10.7—14.6 mm和9.3—20.0 mm;抽穗到灌浆期,较PM处理分别提高15.1—39.8 mm和16.5—26.5 mm,较PM-N处理分别提高18.1—48.7 mm和19.5—35.4 mm。PMA和PMD处理在春小麦生育期的叶片SPAD值、叶面积指数、生物量分别较PM处理平均提高7.2%和4.2%、23.0%和19.4%、34.6%和17.8%,较PM-N处理平均提高7.6%和5.4%、17.7%和10.8%、38.5%和23.4%;PMA处理拔节后和PMD处理抽穗后的冠层温度分别较PM处理降低8.5%和4.5%,较PM-N处理降低8.6%和4.8%。PMA和PMD处理穗粒数较PM处理平均提高4.3%和4.0%,较PM-N处理平均提高4.8%和4.2%;公顷穗数较PM处理平均提高10.1%和6.2%,较PM-N处理平均提高11.0%和7.8%。PMA和PMD处理的产量、WUE、植株氮素累积量、氮肥偏生产力较PM处理分别提高10.5%和5.1%、11.8%和6.2%、48.0%和35.7%、38.2%和31.3%,较PM-N处理分别提高15.7%和10.0%、14.1%和8.0%、51.8%和40.4%、15.7%和10.0%。PMA处理较PMD处理增产5.2%,WUE和氮肥偏生产力分别提高4.8%和5.2%。PM-N处理的氮肥偏生产力较PM处理提高21.0%(P<0.01),其他指标均无显著性差异。【结论】在氮肥施用量由150 kg·hm减少到120 kg·hm后,采用化肥分层和深施仍能实现春小麦增产和水肥高效利用,可在西北黄土高原旱作春小麦生产中推广应用。

全生物降解地膜覆盖对旱地土壤水分状况及春小麦产量和水分利用效率的影响

为探明西北黄土高原半干旱区全生物降解地膜覆盖种植的生态学效应及对春小麦生产的影响,寻求绿色、高效、可持续的覆盖种植方式,以传统裸地穴播(CK)为对照,于2015—2018年系统研究了全生物降解地膜全膜覆土穴播(BM)与普通聚乙烯地膜全膜覆土穴播(PM)的土壤水分效应、休闲效率及其对春小麦产量和水分利用效率的影响。结果表明:BM和PM均显著提高了春小麦各生育时期0~200 cm土层贮水量和农田休闲效率, BM与PM差异不显著。2015—2018年BM贮水量分别较CK增加了9.5、14.2、25.0和39.0 mm,定位连作4年收获时, 0~200 cm土层PM、BM、CK贮水量分别为347.5、345.5和320.0 mm。BM和PM降雨休闲效率分别较CK提高39.63%和43.98%。BM在小麦出苗率、有效穗数与成穗率方面与PM基本相当,显著高于CK。旱年BM出苗数量较CK提高15.87%,有效穗数除2015年外,其余年份平均提高14.70%,成穗率4年平均提高3.08%。BM在干物质积累总量与PM基本相同的情况下,花前干物质积累量略低于PM,但提高了花后干物质积累量,这更有助于籽粒灌浆和产量形成,二者各生育时期干物质积累量均显著高于CK。PM、BM、CK 4年平均耗水量分别为287.46、289.76和276.06 mm, BM较PM增加了棵间蒸发耗水。BM和PM4年分别平均较CK增产48.07%和54.95%,水分利用效率提高了46.08%和56.07%,BM与PM差异不显著。全生物降解地膜在土壤水分效应、小麦产量效应方面与PE地膜无显著差异,可应用于旱地春小麦全膜覆土穴播栽培技术中,为旱地小麦绿色高效生产提供技术支撑。

控释尿素掺混比例对旱地玉米产量、无机氮含量及氮肥利用率的影响

【目的】控释尿素一次性轻简化施肥技术应用于陇东旱塬区春玉米生产增产效果显著。本研究从控释尿素与普通尿素掺混施用对玉米产量、土壤无机氮含量、酶活性及氮肥利用率的影响角度,研究其增产机理。【方法】2020—2021年连续两年在陇东旱塬的庆阳市镇原县梧桐村,以‘先玉335’为供试品种开展了玉米田间试验。在施N 225 kg/hm^(2)的前提下,设置5个控释尿素与普通尿素的掺混比例:100%普通尿素(N0:10)、100%控释尿素(N10:0)、30%控释尿素+70%普通尿素(N3:7)、50%控释尿素+50%普通尿素(N5:5)、70%控释尿素+30%普通尿素(N7:3),以不施氮处理(N0)为对照。调查了玉米产量,0—40 cm土层土壤无机氮含量、酶活性,计算了氮肥利用率和籽粒品质。【结果】控释尿素与普通尿素掺混显著增加了玉米穗粒数和百粒重,提高了玉米产量,以N7:3处理两年平均产量最高(16618 kg/hm^(2)),较N0:10、N10:0和N0处理分别增产20.1%、13.6%和55.6%;纯收益和产投比较N0:10处理分别增加了0.71万元/hm^(2)和16.3%,较N10:0处理分别增加了0.55万元/hm^(2)和15.2%。N3:7、N5:5、N7:3比N0:10和N10:0处理显著降低了0—40 cm土层NO_(3)^(-)-N含量,比N0处理显著提高了0—20 cm土层土壤NO_(3)^(-)-N和NH_(4)^(+)-N含量,明显阻隔了NO_(3)^(-)-N向深层淋失。N3:7、N5:5、N7:3比N0:10、N10:0和N0处理降低了秸秆氮积累量,并相应提高了籽粒氮积累量,以N7:3处理效果最显著。随控释尿素掺混比例增加,土壤硝酸还原酶和脲酶活性呈增加趋势,而过氧化氢酶、蔗糖酶、亚硝酸还原酶活性呈下降趋势。与N0:10相比,N10:0、N3:7、N5:5和N7:3均显著提高了氮肥偏生产力、氮肥农学效率、氮肥利用率和肥料贡献率,以N7:3处理的氮肥利用率最高,2年平均为39.3%,较N0:10和N10:0处理平均分别提高33.1%和21.9%。N7:3处理玉米籽粒中赖氨酸含量显著高于其他处理,蛋白质含量也较N0:10、N10:0和N0处理分别提高3.1%、4.0%和5.6%,改善玉米籽粒品质的效果显著。【结论】控释尿素与普通尿素按7∶3掺混基施,可保持玉米整个生育期0—20 cm土层较高的硝态氮含量,减少硝态氮向20—40 cm土层淋失,因此,可显著提高玉米产量、品质、氮肥利用效率和生产效益,是陇东旱塬区适宜的氮素运筹措施。

半干旱区减氮增钾、有机肥替代对全膜覆盖垄沟种植马铃薯水肥利用和生物量积累的调控

【目的】减氮增钾和有机肥替代是提高中国作物生产中资源利用效率、改善农田生态环境、提升农产品质量和降低作物生产病害风险的有效途径。研究明确半干旱区全膜覆盖垄沟种植马铃薯减氮追施、有机肥替代和增施钾肥对马铃薯干物质积累和水分利用的影响,为该区域实施水肥高效管理提供依据。【方法】在4年大田定位试验基础上,通过测定全膜覆盖垄沟种植条件下传统施肥(PM)、减氮25%并花期追施和增施钾肥(PMN)和减氮50%与有机肥替代并花期追施(PMO)的土壤贮水量、马铃薯的生物量和产量等指标,计算不同施肥模式的耗水量、生长速率、水分利用效率和肥料偏生产力,以明确不同养分管理模式对马铃薯耗水过程的调控及其对干物质积累和水肥利用效率的影响。【结果】2011—2014年PMN花前耗水量较PM分别降低了17.4、28.7、26.8和34.2 mm,花后耗水量增加了31.1、34.7、36.7和49.2 mm;PMO没有显著降低马铃薯花前耗水,而花后耗水量分别增加了17.8、24.3、11.2和10.3 mm。与PM相比,PMN在盛花期后显著提高马铃薯地上地下生物量和生长速率,使马铃薯产量在2012—2014年平均增加2 595.1 kg·hm-2,并使水分利用效率(WUE)在2013—2014年分别增加了14.4%和6.3%,达到显著差异;PMO显著提高马铃薯各生育期的地上地下生物量和生长速率,4年平均马铃薯块茎产量增加了2 945 kg·hm-2,而且WUE在2012—2014年显著高于PM。PMN和PMO较PM均能显著提高马铃薯肥料偏生产力、化肥偏生产力、氮素偏生产力和化肥氮素偏生产力,表明PMN和PMO能协同提高作物的养分和水分利用效率,实现以肥调水和以水促肥的目标。2011年为严重干旱年份,虽然PMN和PMO能调节马铃薯花前花后耗水,提高地上地下生物量和生长速率,显著提高养分偏生产力,但产量和水分利用效率无显著提高。【结论】PMN和PMO均能显著调节马铃薯花前花后耗水量,增加生物量和提高生长速率,使得马铃薯块茎产量、水分利用效率和养分利用效率增加。与PMN相比,PMO对马铃薯产量、WUE和养分偏生产力的增加幅度更大,是资源更加高效和作物增产的养分管理模式。

长期定位施不同氮源有机肥替代部分含氮化肥对陇东旱塬冬小麦产量和水分利用效率的影响

在陇东黄土旱塬覆盖黑垆土大田,利用陇鉴301进行了连续10年的定位试验,观测长期施用不同氮源有机肥(发酵有机肥、农家肥)或小麦秸秆还田各处理对冬小麦产量相关性状和水分利用效率的影响。结果显示,小麦产量和水分利用效率年际间变化较大,与降雨量有直接关系;不同有机氮源替代部分含氮化肥处理对提高冬小麦产量和水分利用效率具有明显作用。在干旱、平水和丰水年型,较不施肥对照分别增产53.1%~103.7%、40.3%~79.3%和73.1%~94.8%,较单施化肥对照分别增产6.6%~41.8%、7.0%~36.8%和-2.9%~9.3%。以发酵有机肥做替代物处理的产量和水分利用效率最高,增产幅度最大,10年平均产量较不施肥和单施化肥对照分别增加88.9%和25.4%,水分利用效率和边际水分利用率也最高,分别为10.8 kg mm^(-1) hm^(-2)和1.03 kg m^(-3);并且产量构成因素和植株生理指标也优于其他处理。因此,发酵有机肥是陇东半湿润偏旱雨养农业区(年降水量约550 mm)冬小麦生产上替代部分含氮化肥的首选有机氮源。

减氮追施和增密对全膜覆盖垄上微沟马铃薯水分利用及生长的影响

优化垄沟配置方式、种植密度和施肥方式可显著提高降水利用效率、作物产量和水分利用效率。以西北半干旱区全膜覆盖垄上微沟种植马铃薯,设置49,500株hm–2(低密度)和64,500株hm–2(高密度) 2个播种密度,传统施肥(PM)、减量追施(PMN)、有机肥替代(PMO) 3个施肥模式,随机区组设计。研究施肥和密度对马铃薯不同生育期土壤温度、阶段耗水量、产量及水分利用效率的影响。结果表明,增密对土壤温度、叶绿素相对含量(SPAD)和产量无显著影响,但降低了花前耗水量、单株地上生物量和水分利用效率,提高了叶面积指数(LAI)和花后耗水量。在块茎膨大期,高密度处理的LAI较低密度增加了3.64%～15.01%;花后耗水量在2015—2016年较低密度增加了6.50%～48.52%。与PM处理相比, PMN和PMO均能提高花前土壤温度、现蕾期-块茎膨大期的马铃薯叶片SPAD值和LAI,其中LAI在花期增加了10.42%～44.26%。PMN和PMO降低了花前耗水量,增加花后耗水量和地上生物量,在块茎膨大期地上生物量较PM增加了6.95%～49.85%。PMN能提高低密度马铃薯的块茎产量和水分利用效率(WUE),2015—2017年产量较PM和PMO分别提高了9.96%～20.87%和13.64%～17.61%,水分利用效率提高了5.46%～20.81%和13.25%～45.24%。因此,增加密度对产量和水分利用效率无显著影响,但化肥减量追施或有机肥替代均可显著促进马铃薯花后耗水和提高LAI,使马铃薯块茎产量和WUE显著增加,是西北黄土高原半干旱区增产增效的养分管理模式。

黄土高原旱作玉米籽粒水分与机械粒收质量的关系

玉米机械粒收是全程机械化的关键,但存在着籽粒破碎、果穗和落粒损失严重等备受关注的问题。开展机械粒收质量及其影响因素研究,对推进旱作玉米机械粒收技术应用具有重要意义。本研究选择国内玉米主栽品种33个,于2016–2017年在甘肃泾川同一地块上用福田雷沃谷神收割机械粒收,分析籽粒水分与机械粒收质量指标的关系。结果表明,基因型差异是造成玉米机械粒收质量不同的主要原因,两年收获时平均籽粒水分26.05%,破碎率7.47%,产量损失率3.25%,落穗损失率2.58%,杂质率1.04%;籽粒水分(X)与破碎率(Y1)、产量损失率(Y2)显著正相关,并且存在Y1=0.027X2–0.987X+14.06(R2=0.373**,n=51),Y2=0.052X2–2.223X+24.86(R2=0.418**,n=51)的变化关系,籽粒水分依次下降到18.3%、21.4%时,对应的破碎率(5.1%)、产量损失率(1.1%)最低,即在一定含水率范围内随着籽粒水分的增加破碎率、产量损失率升高,机械粒收的籽粒适宜水分为18%~22%,破碎率可控制在5.0%~5.5%的范围内;籽粒水分对落穗损失的影响大于落粒损失,随着籽粒水分增加落穗损失率增加的幅度明显高于落粒损失率的升高;各因素对玉米机械粒收产量损失的影响为:落穗损失率(0.924)>籽粒水分(0.048)>破碎率(0.043),因而籽粒水分高和落穗损失量大是影响黄土高原旱作玉米机械粒收质量的主要因素。

西北黄土高原半干旱区全膜微垄沟穴播对冬小麦耗水特性和水分利用效率的影响

【目的】西北黄土高原半干旱区降水稀少,且冬小麦生育期内50%以上为<10 mm的无效降水。如何充分集蓄这部分降水,是该区冬小麦稳产高产和提高降水利用效率的关键。【方法】于2011—2015年在西北黄土高原半干旱区(104°36′E,35°35′N)进行大田定位试验,以冬小麦中粮1号为试验材料,设全膜微垄沟穴播(PRF)、全膜覆土穴播(PMS)、覆砂穴播(SM)和露地穴播(CK)4个处理,测定冬小麦不同生育时期0—200 cm土层土壤含水量、生物量、产量及其构成因子,计算不同生育期土壤贮水量、阶段耗水量和水分利用效率(WUE)等,以明确PRF处理对土壤水分含量、冬小麦阶段耗水量、产量及WUE的影响。【结果】在播前和返青期,PRF处理在0—200 cm土层的土壤贮水量较PMS、SM处理和CK分别平均增加24.3、38.8、7.4 mm和18.2、26.9、67.8 mm。PRF处理抽穗—灌浆期耗水量平均较PMS处理增加了36.0 mm,返青—抽穗和灌浆—成熟期耗水量平均较SM增加12.1和16.7 mm,较CK增加40.8和37.6 mm。PRF处理的生物量较PMS处理增加了2.2%—15.4%,分别在2011—2012年的灌浆期和成熟期、2014—2015年的苗期和抽穗期达显著差异,在苗期、抽穗期、灌浆期和成熟期显著高于SM和CK。公顷穗数、穗粒数和千粒重4年均表现为PRF处理>PMS处理>SM处理,3个处理间无显著差异,但均显著高于CK。PRF处理的产量最高,为4 373.6—4 950.0 kg·hm-2,较PMS处理增加2.4%—12.7%,并在2012—2013和2014—2015年达显著差异;显著高于SM处理(除2012—2013年)和CK(增产35.8%—43.8%)。PRF处理的WUE较PMS处理增加0.4%—12.8%,除2013—2014外均达显著性差异;显著高于SM处理(除2014—2015年)和CK(提高8.1%—42.1%)。【结论】全膜微垄沟穴播能较为充分地利用<10 mm的无效降水,提高冬小麦播前和返青期0—200 cm土层的土壤贮水量,促进小麦灌浆期间耗水,增加公顷穗数、穗粒数和千粒重,提高小麦产量和水分利用效率,是西北黄土高原半干旱区冬小麦高产高效的种植模式。

旱地立式深旋耕方式下有机肥替代对饲用玉米耗水特性和产量的影响

研究黄土高原半干旱区立式深旋耕方式下饲用玉米合理有效的施肥模式,为提高产量和资源利用效率提供科学依据。2017—2019年在黄土高原半干旱区设单施化肥(all of fertilizer, F)、有机肥替代50%化肥(50%of fertilizer+50%of organic fertilizer, FOF)、全部有机肥(all of organic fertilizer, OF) 3种施肥模式,研究不同施肥模式对饲用玉米耗水特性、产量和水分利用效率的影响。结果表明,农田0~300 cm各土层土壤贮水消耗与生育期耗水、降水量及降水分布密切相关。在干旱年份, FOF和OF较F增加了花期0~300 cm土层土壤贮水量11.9%和11.7%,显著消耗了花前0~60 cm土层土壤贮水量, 0~300 cm土层土壤总耗水量FOF较OF和F增加1.4%和10.3%,花前耗水量较F降低13.0%、较OF增加0.3%,花后耗水量分别增加20.7%和23.9%。丰水年2018年FOF和OF较F提高花前耗水量13.5%和31.6%,降低花后耗水量21.9%和36.1%, 2019年FOF较F和OF增加花前耗水量9.7%和11.9%,较F降低花后耗水量8.1%,且不同施肥模式对0~300 cm土层土壤贮水量消耗均有影响。0~300 cm土层土壤耗水量在干旱年份FOF高于F,但无显著性差异,在两丰水年均低于F。FOF较F和OF增加成熟期干物质量4.1%~10.4%、2.7%~11.5%,增加籽粒产量3.8%~9.4%、10.1%~12.0%,增加生物量5.6%~8.9%、3.1%~15.5%,提高籽粒水分利用效率7.9%~11.1%、1.5%~14.6%。可见,有机肥替代50%化肥模式能够优化土壤的水分特性,增加土壤耗水有效性,提高产量和WUE,是黄土高原半干旱农业区饲用玉米增产增效的有效肥料管理模式。

立式深旋耕作对西北半干旱区马铃薯水肥利用和产量的影响

【目的】立式深旋耕作能提高土壤供水能力和促进作物根系发育,有利于作物对养分的吸收利用。【方法】在西北黄土高原半干旱区于2016—2018年布设马铃薯定位试验,设计立式深旋耕作40 cm(VRT)、深松40 cm(SS)和旋耕15 cm(TT)3个处理。在马铃薯播期、盛花期和收获期测定土壤含水量、碱解氮、有效磷、速效钾含量,开花期测定了马铃薯叶面积指数和叶片SPAD值,成熟期调查马铃薯产量。计算马铃薯阶段水分养分消耗量,养分和水分利用效率。【结果】VRT耕作方式提高了马铃薯播前0—120 cm土层的含水量和0—40 cm土层的碱解氮和有效磷含量。与SS和TT耕作方式相比,VRT提高了3年的花前平均耗水量,提高了干旱年(2016)的花后耗水量,但平水年(2017)和丰水年(2018)的花后耗水量不同处理间无显著差异。VRT耕作方式干旱年碱解氮消耗量在花前花后较SS和TT耕作方式分别增加了38.7、22.9 kg/hm^(2)和25.9、12.9 kg/hm^(2);平水年碱解氮消耗量在花前花后较SS和TT耕作方式分别增加了17.2、0.4 kg/hm^(2)和21.2、6.3 kg/hm^(2),丰水年相应地增加了13.6、4.1 kg/hm^(2)和26.8、2.8 kg/hm^(2);VRT较SS和TT耕作方式增加了有效磷和速效钾的花前花后消耗量。VRT耕作方式叶面积指数(LAI)显著高于SS和TT处理,产量在2016、2017和2018年分别较SS和TT耕作方式增加了156.8%和47.8%、24.8%和41.0%、19.6%和27.5%,VRT耕作方式土壤水分利用率和速效氮磷钾利用效率高于SS和TT,并在干旱和平水年达显著差异。【结论】与深松和旋耕相比,立式深旋耕作可以提高马铃薯播前0—120 cm土层的贮水量,进而提高0—40 cm土层中的有效态氮和磷含量,特别是在花前阶段;较好的水肥供应促进了马铃薯的生长(较高的SPAD值和叶面积指数),有利于马铃薯开花后的生长,最终获得较高的马铃薯产量和水肥利用效率。立式深旋耕作还优化了黄土高原半干旱区土壤水分和养分分布,在一定程度上减少了养分向土壤深层的移动,其效果在干旱年份尤为明显。

半干旱区党参地膜覆盖和立式深旋耕作的水分利用和产量效应

目的:明确立式深旋耕作及地膜覆盖对半干旱区党参耗水、生长状况、产量、水分利用效率和经济收益的影响,为寻求半干旱区党参抗旱增产、资源高效利用的耕作栽培方法提供理论依据。方法:采用随机区组设计,于2017年设置立式深旋40 cm覆膜(VTM)、立式深旋40 cm(VT)、传统旋耕15 cm覆膜(RTM)和传统旋耕15 cm(RT)4个处理,测定党参不同生育时期0~300 cm土层土壤贮水量、叶片SPAD值、叶面积指数、植株地上干物质量和产量等指标,计算阶段耗水量、水分利用效率(WUE)、纯收益等指标,明确立式深旋耕作和覆膜对党参生产效率和经济效益的影响。结果:VT、VTM、RTM在拉蔓期到块根增长期0~300 cm土层土壤耗水量分别较RT高6.1~8.8、8.1~22.9和8.1~18.4 mm。VTM叶片SPAD值、地上干物质量和叶面积指数均显著高于其他处理,VT和RTM的叶片SPAD值、地上干物质量和叶面积指数无显著差异,但均显著高于RT。基于较高的个体和群体生长量,VTM党参块根产量和WUE分别较VT、RTM、RT提高31.8%、34.4%、59.8%和25.7%、28.3%、43.5%;VT、RTM产量和WUE无显著差异,分别较RT提高21.3%、18.9%和14.1%、11.8%。VTM纯收益达到5 540元/667 m^(2),分别较VT、RTM和RT提高33.8%、43.4%和68.9%;VT和RTM纯收益分别较RT提高26.3%和17.8%;VT较RTM提高7.2%。结论:立式深旋和覆膜均能促进党参拉蔓期到块根增长期耗水,使党参叶片SPAD值、地上干物质量和叶面积指数显著提高,块根产量和水分利用效率明显升高,并显著提高经济效益和纯收益,尤其是立式深旋耕作和覆膜结合是适宜于西北旱地党参种植的耕作技术,而且立式深旋耕作在一定程度上可替代地膜使用的效果。

全膜覆土种植和施肥对旱地苦荞耗水特征及产量的影响

探究全膜覆土种植和施肥水平对半干旱区旱地苦荞土壤耗水特征和产量的影响,于2015—2017年连续3年进行定位试验,全膜覆土种植方式下,设置高量(N 120 kg hm^(-2)+P_(2)O_(5)90 kg hm^(-2)+K2O 60 kg hm^(-2),HF)、中量(N 80 kg hm^(-2)+P_(2)O_(5)60 kg hm^(-2)+K2O 40 kg hm^(-2),MF)、低量(N 40 kg hm^(-2)+P_(2)O_(5)30 kg hm^(-2)+K2O 20 kg hm^(-2),LF)和零施肥(ZF),以传统露地种植不施肥为CK,共5个处理,以明确全膜覆土种植和施肥对半干旱区苦荞的耗水特性、产量和水分利用效率的影响。结果表明,苦荞全膜覆土种植后集雨保墒效果明显,能够改善土壤水分环境,增加花前贮水,LF能够根据不同降水年型和土壤水分状况调控苦荞花前花后土壤耗水,在干旱年LF较ZF、MF、HF、CK能够提高苦荞花后土壤贮水量2.8~23.5 mm,增加花前0~100 cm土层土壤剖面水分耗散量26.3~32.4 mm,增加生育期总耗水量44.5 mm,提高耗水模系数、耗水强度,显著增加成熟期干物质量1.2%~58.8%、灌浆期叶面积指数4.1%~68.5%,增加单株粒重1.6%~61.6%,提高籽粒饱满率0.6%~29.2%,增加生物量1.1%~182.5%,提高产量1.1%~130.4%,提高水分利用效率0.3%~102.7%。可见,旱地苦荞全膜覆土种植低量施肥处理贮水效果明显,能够达到水肥耦合作用,且能够根据降水等环境条件调控植株生育期耗水,显著提高苦荞生物产量、产量和水分利用效率,是适宜于半干旱区苦荞增产增效的栽培模式。

CNKI期刊视域下降解地膜研究态势文献计量分析

以CNKI《中国学术期刊网络出版总库》为检索源,利用文献计量学方法,分析1987—2018年国内降解地膜研究态势。结果显示:降解地膜研究文献数量偏少,近10年来其速度和数量呈上升趋势;研究区域全国各地区均有涉及,新疆、甘肃、山东是研究靠前的3个地区;研究情报源分布较为广泛,但高质量载文期刊较少;研究人员分散不稳定,核心作者不突出;科研和教学单位是主要研究机构,研究内容多为应用降解地膜后对土壤水热及作物产量的影响,而在降解机理、环境安全方面的研究比较缺乏。建议降解地膜今后的研究方向和趋势应满足"五性一配套"综合体系,即:功能性、操作性、可控性、经济性、安全性和配套性。

长期施肥对春玉米田土壤呼吸及碳平衡的影响研究

为探讨不同施肥方式下农田碳平衡规律,研究农田排放到大气CO_2的"源"、"汇"特征,依托39 a肥料定位试验测定了秸秆和氮磷肥配施(SNP)、农家肥和氮磷肥配施(MNP)、单施农家肥(M)、氮磷肥配施(NP)、单施氮肥(N)和不施肥(CK)等6种不同施肥方式下西北黄土旱塬春玉米拔节期到成熟期的土壤呼吸。结果表明:长期不同施肥方式能够影响春玉米农田土壤CO_2排放,不同生育时期排放特征不同,呈先升高后下降趋势,即开花期达到排放高峰,SNP、MNP和M的CO_2排放通量分别达到3 650.54、2 980.50 mg·m^(-2)·h^(-1)和2 167.61 mg·m^(-2)·h^(-1),与CK相比,分别增加了340.32%、259.51%和161.45%。不同施肥处理间表现为SNP>MNP>M>NP>N>CK。整个测定时期内土壤CO_2平均排放速率表现为SNP>MNP>M>NP>N>CK,土壤呼吸中根系呼吸的贡献率波动在31%～77%之间。6种不同施肥处理农田土壤均表现为大气CO_2排放的"汇",不同施肥处理农田碳汇强弱不同,表现为SNP>M>MNP>NP>N>CK。

西北旱塬免耕的产量效应受降水特征和施肥显著影响

【目的】在冬小麦-夏春玉米轮作体系,研究不同降水年型条件下西北雨养农业区耕作与施肥对作物产量的影响,为西北旱塬作物高产稳产提供理论依据。【方法】基于2005年甘肃陇东旱塬设置的土壤耕作与培肥长期定位试验(3年冬小麦—1年春玉米),主处理为传统耕作和免耕,副处理为不施肥(CK)、单施氮肥(N)、单施磷肥(P)、单施农家肥(M)、氮磷配施(NP)和氮磷配施农家肥(NPM)。结合对冬小麦和玉米产量的分析,探究不同耕作与施肥处理下作物产量在不同降水年型的差异机制。【结果】降水年型、耕作和施肥方式显著影响冬小麦和玉米产量。无论何种降水年型或耕作方式,配施有机肥的NPM处理作物产量(冬小麦3441 kg/hm^(2),春玉米8991 kg/hm^(2))均显著高于其他施肥处理,并且NPM处理对作物的增产效果在丰水年型更为明显。在丰水年型,相对于传统耕作,免耕处理的作物产量无明显差异,但在干旱及平水年型下,免耕冬小麦平均产量分别下降了15.6%和25.7%,玉米平均产量分别下降了17.9%和4.6%;与传统耕作相比,免耕处理下的冬小麦和玉米水分利用效率在干旱年型分别下降了6.7%和17.0%,冬小麦水分利用效率在平水年型下降了24.0%。免耕处理下土壤有机质、全氮、全钾、速效氮、速效磷和速效钾含量显著高于传统耕作。【结论】在西北半干旱雨养农业区,干旱及平水年型免耕虽然提高了土壤养分含量,但降低了作物水分利用效率,这是导致作物产量降低的主要原因。因此,需要根据降水情况选择耕作方式,提高西北黄土旱塬作物产量的稳定性。

半干旱区全膜覆盖垄沟间作种植马铃薯和豆科作物的水热及产量效应

【目的】间套作是克服马铃薯连作障碍、提高降水利用效率和农田生产力的有效途径,但在半干旱旱作区发展间套作,必须选择基于水分承载力的模式。【方法】依托4年大田定位试验,测定全膜覆盖垄沟种植马铃薯单作(PM)、马铃薯蚕豆间作(PF)、马铃薯豌豆间作(PS)和马铃薯扁豆间作(PH)的土壤温度、土壤贮水量、作物产量等指标,计算耗水量、经济收益和水分经济收益率,明确其产量和水分效应,并评价其农田水分持续性。【结果】间作有利于缓解6—7月份的高温胁迫,在2012—2014年,PF、PS和PH处理在该时期0—25 cm土层的土壤温度较PM处理下降0.8—3.6℃、0.4—2.8℃和0.8—1.8℃。间作促进作物利用深层土壤水分,在干旱和平水年的耗水深度达200 cm。与马铃薯单作相比,PF处理使花前耗水增加41.6—131.7 mm,而使干旱(2011)和平水年份(2012)的花后耗水分别减少48.6 mm和34.3 mm;PH同样增加了花前耗水,但花后耗水量和单作处理无显著差异;PS的花前花后耗水量介于二者之间。PH的经济收益和水分经济收益率最高,分别较马铃薯单作增加了29.8%—51.4%和19.8%—24.0%。4个处理0—200 cm土层土壤贮水量在4年期间增加了100 mm以上,表明全膜覆盖条件下马铃薯和豆科作物间作种植,对土壤水分的年际平衡无显著负影响。【结论】PH能够降低6—7月高温期间0—25 cm土层的土壤温度,增加马铃薯花后耗水量,增产效果显著,并对土壤水分持续性无明显负面影响,可作为西北黄土高原半干旱区较为理想的间作模式推广应用。