绿洲灌区小麦间作玉米的棵间蒸发及其主要影响因子

通过研究绿洲灌区小麦间作玉米的棵间蒸发,确定其主要影响因子。结果表明,土壤含水量、土壤温度、叶面积指数及小麦留茬覆盖等均为影响棵间蒸发的主要因子,间作比单作棵间蒸发量高出3.3%～4.1%,留茬可降低棵间蒸发3.7%,也可提高土壤温度2.1～2.5℃。在不同供水水平的单作玉米各处理中,表层土壤含水量随供水量的增大而增大,棵间蒸发总量也随供水量的增大而增大。同一供水水平下,高茬收割小麦间作玉米群体的棵间蒸发量和蒸发总量低于小麦间作玉米群体。     

灌水量及留茬对绿洲不同种植模式耗水总量及棵间蒸发量的影响

通过大田试验,研究了不同供水水平下单作小麦(SW)、单作玉米(SC)、高留茬收割覆盖小麦间作玉米(WCM)和不留茬小麦间作玉米(WC)的耗水特性.结果表明,不同种植模式耗水总量由大到小依次为:WC>WCM>SC>SW;与SW和SC加权平均对应相比,WC总耗水量增大了41.4%~47.2%、平均日棵间蒸发量增大了4.4%~7.1%、棵间蒸发量占耗水量的比例增大了7.8%~9.7%,WCM总耗水量增大了34.5%~46%、平均日棵间蒸发量增大了0.8%~2.6%、棵间蒸发量占耗水量的比例降低了2.0%~2.6%.同种种植模式内,随灌水量增加,总耗水量增大、棵间蒸发量占耗水量的比例减小.据此认为小麦高留茬覆盖是提高绿洲灌区间作土壤水分的有效途径之一.     

少耕轮作小麦间作玉米的产量表现和水分利用效率

通过田间定位试验,研究少耕轮作和小麦秸秆覆盖方式对小麦间作玉米产量和水分利用效率的影响。结果表明,少耕轮作和留茬覆盖小麦间作玉米具有明显的增产和提高水分利用效率(WUE)的作用。一个轮作周期内,间作轮作中小麦籽粒产量较相应单作轮作提高43.98%～55.55%,玉米籽粒产量较相应单作轮作提高61.03%～69.98%,增产效果显著;间作轮作的耗水量及WUE较相应单作轮作分别增加42.07%～43.94%与11.54%～15.51%。与传统间作相比,少耕轮作留茬覆盖可显著提高产量、水分利用效率和降低间作的耗水量,25cm高等量秸秆覆盖免耕处理较其他间作处理产量与水分利用效率分别提高2.54%～10.97%与4.13%～15.69%,耗水量降低1.54%～4.09%。所以25cm高等量秸秆覆盖免耕处理为本试区减少水分无效损耗、提高WUE的可行模式,是试区内较适宜采取的耕作措施。     

间作小麦秸秆还田对地膜覆盖玉米灌浆期冠层温度及光合生理特性的影响

【目的】作物的光合生理特性是影响产量的重要因素,冠层温度反映作物冠层的能量平衡状况,与作物光合生理特性及产量形成密切相关。研究不同覆盖方式下作物冠层温度与光合生理特性及产量形成,旨在优化耕作制度,提高干旱内陆灌区作物生产潜力。【方法】2014—2016年,在西北干旱灌区,通过田间试验,研究不同小麦秸秆还田及地膜覆盖利用方式下,小麦间作玉米模式中玉米灌浆期的冠层温度及光合生理特性。【结果】间作较单作可降低玉米灌浆期的冠层温度,以免耕小麦带25—30 cm高茬收割覆盖还田与玉米带地膜2年覆盖（NTSI2）,免耕小麦带25—30 cm高茬收割立茬还田与玉米带地膜2年覆盖（NTSSI2）处理降低效果更为显著,较传统耕作每年覆新膜单作（CTM）处理分别降低10.3%与7.5%,比传统翻耕小麦带无秸秆还田与玉米带每年覆新膜（CTI）处理分别降低7.6%与4.7%。从冠气温差可知,NTSI2处理随气温变化玉米灌浆期冠层温度变化较小,可减小气温变化对玉米生长发育造成的不利影响。间作较单作可增大玉米灌浆期的光合速率（P_n）、蒸腾速率（T_r）及叶片水分利用效率（WUE_L）,以NTSI2、NTSSI2处理提高幅度较大,较CTM处理玉米P_n提高比例分别为23.0%与18.1%,较CTI处理提高比例分别为13.4%与8.9%;同理,与CTM处理相比,T_r分别提高7.9%与5.8%,与CTI处理相比,T_r分别提高6.1%与4.1%;NTSI2、NTSSI2处理WUE_L较CTM处理提高14.4%与12.0%,较CTI提高7.2%与4.9%,呈现水分高效利用的潜势。相同的净占地面积下,间作较单作玉米具有增产效应,增产幅度达到52.2%,其中NTSI2、NTSSI2处理较CTM处理分别增产57.2%与53.4%,较CTI处理分别增产17.6%与14.7%,说明免耕地膜2年覆盖与秸秆还田同步应用于间作模式可进一步加强玉米增产效应。【结论】在河西绿洲灌区,集成应用免耕秸秆还田与地膜2年覆盖技术是实现高产高效间作模式的理想耕作措施。     

隔根对小麦间作玉米产量及土壤水分消耗特征的影响

间作种植模式下,在武威市凉州区研究了隔根对小麦间作玉米土壤水分消耗特征的影响。结果表明:间作能有效地提高产量、棵间蒸发占总耗水量的比重及水分利用效率,分别较单作加权平均值提高46.48%、21.60%、39.54%;而隔根处理却能降低产量、棵间蒸发量占总耗水量的比重、水分利用效率。隔根处理效应为塑料膜隔根大于尼龙网隔根。塑料膜隔根、尼龙网隔根较不隔根产量分别降低22.85%、5.69%;棵间蒸发量占总耗水量的比重分别降低9.10%、3.59%;水分利用效率分别降低17.20%、6.09%。     

少免耕及秸秆还田小麦间作玉米的碳排放与水分利用特征

【目的】利用间作和保护性耕作对土壤碳减排及水分高效利用的潜力,将二者集成于同一系统中以发挥各自的优势并催生彼此间的协同效应,从而建立减排与节水双赢的间作高效种植模式。【方法】以河西绿洲灌区长期规模化种植的小麦间作玉米为研究对象,集成应用保护性耕作的理论与技术,利用带状耕作和秸秆覆盖建立免耕立茬（NTSSI）、免耕秸秆覆盖（NTSI）、少耕秸秆翻压（TISI）和传统收割（CTI）4种处理,并以传统收割单作小麦（SW）和单作玉米（SM）作为对照,系统研究了不同处理土壤呼吸与作物耗水状况。应用土壤呼吸测定系统EGM-4（environmental gas monitor-4,UK,PP system）测定土壤呼吸速率,以此计算不同处理生育期内土壤碳排放总量。用产量与耗水和土壤碳排放量与耗水两种方法计算水分利用效率,客观评价间作系统的水分利用状况。【结果】不同种植模式中,单作玉米土壤呼吸速率最大（1.57 μmol CO₂·m^-2·s^-1）,间作次之（0.83 μmol CO₂·m^-2·s^-1）,单作小麦最小（0.72 μmol CO₂·m^-2·s^-1）;4种秸秆还田方式中,NTSI处理土壤呼吸速率最低,2011与2012年分别较CTI降低了20.4%和11.9%,由此减少碳排放量12.4%。在间作中集成应用带状耕作和秸秆覆盖能有效降低系统耗水总量、增加产量、提高水分利用效率（WUE_GY）,与CTI处理相比,NTSI处理平均减少耗水量达4.1%,增产29.7%,水分利用效率提高15.6%。同时,间作系统的单位耗水碳排放平均降低了5.9%,碳排放效率提高了28.2%。【结论】小麦间作玉米与保护性耕作结合,并集成应用带状耕作及秸秆覆盖技术可使系统的产量、碳排放和耗水得到有效协调,能促进耗水更多转化为作物产量并降低在该转化过程中产生的碳排放,实现碳减排与水分高效利用的协同促进。     

干旱内陆灌区不同秸秆还田方式下春小麦田土壤水分利用特征

【目的】针对水资源短缺严重制约干旱绿洲灌区作物生产,传统翻耕产量不稳定及水分利用效率低下等问题,研究不同秸秆还田方式下春小麦农田土壤水分利用特征,旨在优化耕作措施,提高干旱内陆灌区农田的水分利用率。【方法】2014—2016年,在河西绿洲灌区,通过田间定位试验,研究不同秸秆还田方式（少耕,25—30 cm秸秆高留茬立茬还田（NTSS）;少耕,25—30 cm秸秆高留茬覆盖还田（NTS）;翻耕,25—30 cm 秸秆高留茬还田（TS）;传统翻耕,无秸秆还田（CT））对春小麦田水分利用的时间动态、耗水结构以及利用效率的影响,以期为优化试区春小麦高产高效栽培管理技术提供理论依据。【结果】少耕秸秆还田可降低春小麦田耗水量,与CT相比,NTSS、NTS分别降低3.1%—7.8%与3.7%—7.7%;NTSS、NTS通过减少春小麦生育前期（灌浆期之前）的耗水,增大生育后期（灌浆初期至成熟期）的耗水量,有效协调春小麦前后生育时期需水矛盾,相比NTSS,NTS处理的调控效应更突出。少耕秸秆还田具有抑制土壤蒸发,减小棵间蒸发占总耗水量（E/ET）的比重,提高水分利用有效性的作用,NTSS、NTS较CT棵间蒸发量分别降低9.3%—17.4%、10.8%—23.3%,较TS分别降低4.0%—5.8%与5.6%—11.4%,以NTS降低棵间蒸发量幅度较大,因而NTS较CT处理E/ET降低6.9%—21.3%。秸秆还田具有增产优势,与CT相比,NTSS、NTS、TS分别增产16.6%—24.9%、18.6%—27.3%、10.2%—18.7%,3个秸秆还田处理中,NTSS、NTS较TS分别增产5.2%—5.9%、7.2%—9.5%。因而,秸秆还田处理具体较高的水分利用效率,NTSS、NTS、TS较CT处理水分利用效率分别提高21.1%—28.3%、26.6%—30.6%、13.1%—20.3%,以NTSS、NTS提高比较大,比TS分别提高6.7%—11.9%、8.6%—13.7%。【结论】在水资源短缺的河西绿洲灌区,集成应用少耕与25—30 cm秸秆立茬及覆盖还田技术是实现春小麦高产、稳产、灌溉水高效利用的理想耕作措施。     

小麦玉米间作和氮肥对作物耗水特性及水分利用的影响

通过大田试验,在半湿润区雨养条件下研究小麦玉米间作种植与单作种植在两个氮肥水平下的阶段耗水量、土面蒸发特征及水分利用效率,探究间作系统中各组成作物的耗水特性以及氮肥对水分利用的调节作用。研究结果表明,间作种植模式可增加小麦耗水量、全生育期土面蒸发量与土面蒸发量占耗水量的比例(E/ET),而降低玉米耗水量。在同一种植模式下,施氮处理增加作物耗水量,同时降低全生育期土面蒸发量与土面蒸发量占耗水量的比例,说明施氮能适当地增加土壤水分的有效性。与单作相比,间作使小麦在施氮时产量、水分利用效率分别提高33.20%与12.15%,在不施氮时较单作小麦产量、水分利用效率分别提高26.97%与23.81%;玉米间作与单作种植对产量的差异不显著,但显著提高水分利用效率,在施氮时和不施氮情况下分别提高8.37%和10.06%。在同一种植模式下,施氮处理同时增加小麦和玉米的产量与水分利用效率。因此,可在半湿润区适当发展施氮处理的间作种植模式,以提高作物的水分利用效率和达到作物高产。     

小麦玉米畦垄间作空间格局及节水机理

通过微型蒸渗器结合TDR土壤水分测定仪及作物生理生态指标常规方法测定小麦玉米畦垄间作不同空间格局条件下小麦玉米群体产量效应、耗水规律、水分利用效率及干物质积累分配规律,并结合气象数据比较不同间作模式的优越性,分析不同间作方式及灌溉措施对产量、生长动态、灌溉水及降水利用的影响。研究结果表明:小麦玉米畦垄间作模式利用畦灌与垄作沟灌的特点,将畦灌小麦与垄作沟灌玉米相结合形成新型间作模式,在适宜的间作格局(即处理W7M)下,小麦-玉米的群体产量较传统间作提高1.16%,节水9.85%,经济效益较传统间作、小麦单作、玉米单作分别提高1.23%、43.46%和8.17%。与传统间作相比,畦垄间作在相同灌水量水平下,能有效降低棵间无效蒸发损失,提高作物产量和水分利用效率,是一种经济可行的节水方法。     

棉花甜瓜间作棵间蒸发及水分利用效率研究

为了建立高效节水的间作种植模式,通过大田试验研究了不同土壤水分水平下棉花间作甜瓜的棵间蒸发特性和水分利用效率。结果表明,高土壤水分处理的日均棵间蒸发量和总棵间蒸发量都明显大于其他处理;随着土壤含水量的提高,总耗水量明显增加;作物的日均棵间蒸发量与0~30 cm的土壤含水量呈正相关关系;棉花甜瓜间作全生育期的棵间蒸发量、耗水量随土壤水分的提高而增加,但WUE随土壤含水量的增加而降低。总的来看,保持土壤含水量为田间持水量的65% (IM)可以在不影响总体产量和经济效益的情况下,减少无效蒸发,提高水分利用效率。     

秸秆覆盖及播量对旱地冬小麦耗水特性及产量的影响

为探讨秸秆带状覆盖下种植密度对旱地冬小麦耗水特性和籽粒产量的影响，以露地平作为对照，秸秆带状覆盖下分窄幅条播和宽幅条播2种种植模式，不同带幅下分别设播量处理3个（270 kg/hm²、324 kg/hm²、405 kg/hm²），结果表明， 秸秆带状覆盖处理均可显著增加0~200 cm土层的土壤贮水消耗量,较露地增加36.2个百分点。秸秆带状覆盖下，不同带幅种植下贮水消耗量均随播量增加而增加。与露地种植相比，秸秆覆盖处理均降低冬小麦返青前耗水比例，增加拔节至成熟阶段的耗水量，更加有利于冬小麦灌浆阶段对水分高效利用。秸秆带状覆盖下，拔节至开花阶段耗水量随播量增加逐渐增大，开花至成熟阶段耗水量随播量增加逐渐减少。秸秆覆盖处理冬小麦的产量均高于CK，差异达到显著水平，增幅达24.4个百分点。秸秆覆盖下，窄幅、宽幅种植均以270 kg/hm²播量处理最高，分别较其他播量处理增产2.9%~10.0%、23.5%~23.6%；窄幅较宽幅种植平均增产11.9%。秸秆覆盖窄幅、宽幅条播下，水分利用效率均以270 kg/hm²播量处理最高，分别比其他播量处理高4.1%~12.0%、25.0%~26.4%；窄幅较宽幅种植平均增加12.8%。     

秸秆覆盖及播量对旱地冬小麦耗水特性及产量的影响

为探讨秸秆带状覆盖下种植密度对旱地冬小麦耗水特性和籽粒产量的影响,以露地平作为对照,秸秆带状覆盖下分窄幅条播和宽幅条播2种种植模式,不同带幅下分别设播量处理3个（270 kg/hm²、324 kg/hm²、405 kg/hm²）,结果表明, 秸秆带状覆盖处理均可显著增加0~200 cm土层的土壤贮水消耗量,较露地增加36.2个百分点。秸秆带状覆盖下,不同带幅种植下贮水消耗量均随播量增加而增加。与露地种植相比,秸秆覆盖处理均降低冬小麦返青前耗水比例,增加拔节至成熟阶段的耗水量,更加有利于冬小麦灌浆阶段对水分高效利用。秸秆带状覆盖下,拔节至开花阶段耗水量随播量增加逐渐增大,开花至成熟阶段耗水量随播量增加逐渐减少。秸秆覆盖处理冬小麦的产量均高于CK,差异达到显著水平,增幅达24.4个百分点。秸秆覆盖下,窄幅、宽幅种植均以270 kg/hm²播量处理最高,分别较其他播量处理增产2.9%~10.0%、23.5%~23.6%;窄幅较宽幅种植平均增产11.9%。秸秆覆盖窄幅、宽幅条播下,水分利用效率均以270 kg/hm²播量处理最高,分别比其他播量处理高4.1%~12.0%、25.0%~26.4%;窄幅较宽幅种植平均增加12.8%。     

免耕和秸秆覆盖对旱作区土壤氮素、水分和春小麦产量的影响

采用随机区组设计进行大田试验,设置传统耕作(CT)、免耕(NT)、传统耕作+秸秆覆盖(TS)、免耕+秸秆覆盖(NTS)4种处理,研究不同处理下旱作区春小麦田的土壤容重、含水量、全氮含量、铵态氮含量、硝态氮含量和小麦产量。结果表明:不同处理实施2 a后,NT和NTS处理的0~10 cm土层土壤容重显著(P<0.05)高于CT和TS处理;TS和NTS处理较CT处理增加了土壤含水量和土壤表层(0~40 cm)全氮含量,就2 a试验平均值而言,TS、NT和NTS处理的土壤含水量较CT处理分别增加8.33%、3.17%和3.82%,TS和NTS处理的土壤全氮含量分别较CT处理显著(P<0.05)增加1.78%和3.48%;但TS、NT和NTS处理的土壤铵态氮和硝态氮含量较CT处理显著(P<0.05)降低。从2 a试验平均值看,与CT处理相比,TS和NTS处理的春小麦产量明显增加,而NT处理的春小麦产量下降。     

麦茬高度对机播夏玉米苗期生长及水分利用的影响

【目的】在冬小麦-夏玉米轮作免耕留茬种植体系内,麦茬高度对土壤蓄水保墒能力、夏玉米出苗及生长发育具有重要影响。本研究在冬小麦-夏玉米轮作地区,探求适宜机播夏玉米苗期生长及高产高效的冬小麦留茬高度,为实现农艺栽培措施和农业机械化的高效、有机结合提供理论依据。【方法】试验于2012-2014年在中国农业大学吴桥实验站进行,以郑单958为试验材料,在大田条件下设3个麦茬高度（15 cm、25 cm、35 cm）,其余部分随机收粉碎覆盖还田,采用机械化精量播种。通过测定夏玉米出苗率、苗期农艺性状、干物质积累、田间耗水量、产量及构成因素和水分利用效率,比较分析小麦不同留茬高度对夏玉米播种出苗质量、苗期生长发育、产量及水分利用效率的影响。【结果】（1）35 cm麦茬处理能够显著降低播种到拔节期农田耗水量和全生育期农田耗水量,显著增加夏玉米出苗率并提高田间株高整齐度。（2）35 cm麦茬能够促进4叶展期株高和叶片的增长,但茎粗变细,差异均达到显著水平（P＜0.05）。（3）35 cm 麦茬处理下玉米拔节期的茎秆变粗,株高、叶面积指数和单株干物质积累均处于最高水平,其中干物重差异显著。（4）与15 cm和25 cm麦茬高度相比,35 cm麦茬处理下玉米的3年平均籽粒产量分别增加了10.59%和5.31%,产量增加主要是由单位面积粒数的增加引起;3年平均水分利用效率分别提高了21.55%和12.64%（P＜0.05）,年际间水分利用效率也具有较大差异,降雨较多的年型,水分利用效率低。【结论】在3个麦茬高度下,35 cm麦茬处理蓄水保墒效果较好,有利于夏玉米苗期生长发育,在增加夏玉米产量和水分利用效率方面效果显著,符合免耕留茬区域农业机械化播种的发展趋势,应用前景广阔。     

保护性耕作对农田土壤风蚀影响的研究

研究在保护性耕作条件下不同的覆盖模式对农田土壤风蚀损失量的防治效果,并确定其最佳覆盖模式.结果表明:保护性耕作与传统耕作相比,地表粗糙度大,表层含水率高,不同的覆盖模式可以不同程度的减小土壤的风蚀损失量,损失量由大到小依次为:传统耕作＞留茬5cm不覆盖＞浅松秸秆覆盖＞留茬5cm条带覆盖＞压实秸秆覆盖＞留茬5cm全覆盖,其中,留茬5cm不覆盖的风蚀量仅次于传统耕作,其风蚀量对比传统耕作降低了30.8％,可见,保护性耕作对减小土壤风蚀量的重要性,留茬5cm全覆盖的抗风蚀效果最佳.