河北平原麦玉两熟轮耕模式对土壤特性及作物产量的影响

于2016-2017年冬小麦-夏玉米一年两熟生长季,设小麦季深松+玉米季免耕（S-N）、小麦季旋耕+玉米季深松（R-S）和小麦季深松+玉米季深松（S-S）处理,以常规耕作方式小麦季旋耕+玉米季免耕（R-N）为对照,在河北平原中部南和县对不同轮耕模式下土壤理化性状、微生物特性、水热状况、产量及水分利用效率进行研究。结果表明,对比小麦播种前,R-S和S-S处理土壤非毛管孔隙度均有显著上升,0~15和15~30cm土层分别平均提高15.2%和18.0%;R-N处理0~15和15~30cm土层非毛管孔隙度比小麦播前分别下降11.3%和7.3%。单季或两季深松可显著提高农田土壤碱性磷酸酶、多酚氧化酶、过氧化氢酶和脲酶活性,其中R-S和S-S处理提高最明显。单季深松或两季深松均可显著提高微生物生物量碳和活跃微生物量,0~30cm土层分别平均提高6.3%和20.6%。两季深松土壤呼吸平均提高12.4%,且呼吸速率变幅增大。深松可增大土壤周年温度变幅,提高水分利用效率,两季深松可显著提高周年作物产量达8.62%。深松可改善土壤物理性状,提高作物产量,提高土壤关键酶活性和呼吸速率,扩大土壤温度日变幅,优化土壤微生物环境。     

条带深松对不同密度玉米群体根系空间分布的调节效应

为探究条带深松耕作(SS)对密植玉米群体根系空间分布与容纳量的调节效应,本试验设置3个种植密度(低密：4.50万株 hm^-2、中密：6.75万株 hm^-2、高密：9.00万株 hm^-2),以土壤免耕(NT)为对照,利用小立方原位根土取样器,通过“3D monolith”根系空间取样方法,比较研究玉米个体与群体根系的空间分布对种植密度与土壤耕作方式的响应。结果表明,单株根长受种植密度影响显著,在0~50 cm土层中(每10 cm为一土层),高密种植的单株根长较低密种植减少110.31、43.18、15.73、10.49和17.45 m;在高密种植条件下,与土壤免耕比,条带深松耕作增加20~30 cm、30~40 cm、40~50 cm土层中的单株根长13.32%、19.80%、47.20%;单株根干重与单株根长的变化一致。种植密度对群体总根长的影响不显著,却显著影响群体根系的空间分布。与低密种植比,高密种植的植株中心根长密度在0~10 cm、10~20 cm土层中分别降低3.82 cm cm^-3、0.62 cm cm^-3,但植株之间的根长密度在0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm、30~40 cm土层中分别增加1.13 cm cm^-3、0.18 cm cm^-3、0.06 cm cm^-3、0.05 cm cm^-3;在高密种植条件下对土壤进行条带深松耕作,与土壤免耕比,植株中心的根长密度在0~10 cm土层中降低16.10%,在10~20 cm、20~30 cm土层中却分别增加47.45%和13.37%,植株之间的根长密度在20~30 cm、30~40 cm、40~50 cm土层中分别增加50.26%、30.72%和106.15%;条带深松耕作显著提高密植玉米群体下层根系的容纳量。高密条件下条带深松耕作增加了群体根干重、深层根系量、植株间根系分布及根表面积,进而增加了地上部群体叶面积指数及地上部干重,最终促进产量显著提高。说明密植群体通过条带深松耕作改善了群体的根系空间分布,减弱了上层根系的拥挤,通过增加深层土壤根系量及植株之间根系量增加了群体根系容纳量,发挥了密植群体根系功能,实现了密植群体的高产。     

周年耕作方式对砂姜黑土农田土壤养分及作物产量的影响

为探明适宜于砂姜黑土农田的周年耕作方式, 提升砂姜黑土农田地力及作物产量, 在冬小麦?夏玉米一年两熟种植制度下, 设置多年定位夏玉米季?冬小麦季免耕?旋耕(对照)、免耕?深耕、深松?旋耕、深松?免耕、免耕?免耕5种周年耕作方式田间试验, 在定位处理的第4个周年研究耕作方式对砂姜黑土农田土壤有机碳含量、土壤养分及其对作物产量的影响。结果表明, 在秸秆全量还田条件下, 与试验开始前相比, 各处理0~20 cm土层土壤有机碳、全氮、速效钾含量均有所增加。与对照相比, 其他处理均增加周年内0~20 cm土层土壤有机碳和全氮含量。免耕?深耕、深松?旋耕、免耕?免耕处理显著增加周年内0~20 cm土层土壤有效磷含量, 而深松?免耕处理显著增加冬小麦开花期和收获期0~20 cm土层土壤有效磷含量, 整个周年内对照在20~40 cm土层土壤的有效磷含量均最低。深松?免耕处理增加周年内0~20 cm土层土壤速效钾含量, 而深松?免耕、免耕?免耕处理20~40 cm土层土壤速效钾含量在夏玉米苗期、大口期、开花期和灌浆期显著高于对照处理。深松?旋耕和深松?免耕处理显著增加夏玉米?冬小麦周年籽粒产量, 增幅分别为7.67%和10.21%。综上所述, 在秸秆全量还田基础上, 深松?旋耕和深松?免耕能够改善土壤有机碳和养分状况, 显著提高周年作物产量, 可作为黄淮区砂姜黑土农田相对适宜的周年耕作方式。     

耕作方式对松嫩平原半干旱区土壤养分含量和玉米产量的影响

针对松嫩平原半干旱区玉米栽培长期采用单一土壤耕作制度存在的问题,研究了6种耕作方式对土壤养分含量和玉米产量的影响。结果表明:免耕处理0~10cm土层土壤碱解氮含量、速效磷含量和速效钾含量较对照垄作分别提高6.27%、14.50%、5.89%。旋耕垄作+深松、旋耕平作+深松、免耕+深松处理均有利于提高10~20cm土层土壤平均养分含量。以旋耕平作+深松、旋耕垄作+深松处理表现最优,其中土壤碱解氮含量分别较对照提高11.78%、11.13%,速效磷含量分别提高15.48%、13.26%,速效钾含量分别提高7.38%、6.31%。在6种耕作处理中,旋耕平作+深松处理玉米产量最高,较对照增产9.80%。综合可知,旋耕平作+深松土壤养分含量和玉米增产效果较好,为松嫩平原半干旱区玉米田土壤较适宜的耕作方式。     

夏玉米行间机械化深松效果初探

夏玉米玉米 5叶期行间进行机械化深松表明 ,间隔 12 0cm深松比间隔 6 0cm深松增加株高、茎粗、根层数、茎节数、展开叶数、叶面积指数 ,降低穗位高。从深松深度看 ,拔节期深松对植株的生长有一定的抑制效应 ,尤其是深松 2 0cm ,株高降低 ,茎节数、展开叶、可见叶数及叶面积指数均比对照降低。间隔 12 0cm深松 30cm处理可以提高叶面积指数 ,增加株高、茎节数、茎粗和降低植株的穗位高度 ,土壤蓄水保墒效果较好 ,产量和水分利用效率最高分别比对照提高 8 86 %、 6 5 9%。     

不同耕作方式对土壤水分蓄持能力的影响

为了改善北京地区农田土壤结构,提高土壤蓄水保墒能力,提升农田生产能力,增加作物产量,本项目自2009年开始在北京市延庆县保护性耕作试验田开展农田深松效果研究,对比分析了免耕和免耕+深松2种技术模式对土壤容重、含水率、水分入渗率的影响。结果表明,与免耕处理相比,免耕+深松技术模式0~30 cm图土层内,土壤容重降低了约3.4%,稳定入渗率提高了62.5%,在0~100 cm土层内平均质量含水量增加5.9%,因此深松可提高土壤蓄水保墒能力,有助于农作物的生长。     

不同土层氮肥配施方式对夏玉米生长发育及氮肥利用的影响

为明确不同土层氮肥配施方式对夏玉米生长发育及氮素利用的影响,利用改进的玉米深松分层可调施肥精播机,通过设置不同肥料类型、不同土层施肥深度和比例,研究深松分层施肥技术对铁茬播种模式下夏玉米植株叶面积指数、干物质积累、产量和氮肥利用效率的影响。结果表明:在相同施氮量的条件下,使用免耕深松分层施肥技术的玉米叶面积指数、干物质积累量、产量及氮肥利用效率均显著高于传统"一炮轰"施肥技术;产量和氮肥偏生产力均增加了5.5%~7.9%。不同免耕深松分层施肥方式中,大喇叭口期追施尿素的施肥方式均较一次性施用控释肥方式获得了较高的产量、干物质积累量和氮肥偏生产力,但差异未达显著水平;其中,以免耕深松分别在8 cm和12 cm深度,按照3:7比例施入复合肥作为基肥,配合大喇叭口期追施尿素的施肥方式获得最高产量和氮肥偏生产力,产量均较传统施肥方式增加了7.9%。因此,免耕深松分层施肥技术在夏玉米免耕铁茬播种区可以达到节本增效的目的,对提高玉米产量和氮肥利用具有重要意义。     

深松免耕种植对上壤环境及玉米产量的影响

针对山西旱作玉米田,采用行间深松免耕作业,研究了玉米深松免耕种植土壤容重、土壤水分等的量化指标及其对玉米产量的影响。试验结果表明,采用玉米深松免耕种植模式可以改善土壤结构,提高土壤蓄水能力,促进玉米生长与产量提高。0~60cm土壤容重深松免耕比旋耕平作分别降低了5.45%(2008年)、3.47%(2009年);生育期平均蓄水量深松免耕比旋耕平作分别增多5.43%(2008年)、5.88%(2009年);玉米穗数、穗粒数和百粒重优于对照;先玉335产量深松免耕比旋耕平作分别提高6.15%(2008年)、8.77%(2009年),富友9号产量深松免耕比旋耕平作提高7.05%(2009年)。试验结果表明,深松免耕种植是适合旱作地区推广的一种保护性耕作模式。     

夏玉米行间机械化深松技术效果初步研究

夏玉米玉米5叶期行间进行机械化深松表明,间隔120cm深松比间隔60cm深松增加株高、茎粗、根层数、茎节数、展开叶数、叶面积指数,降低穗位高。从深松深度看,拔节期深松对植株的生长有一定的抑制效应,尤其是深松20cm,株高降低,茎节数、展开叶、可见叶数及叶面积指数均比对照降低。间隔120cm深松30cm处理可以提高叶面积指数,增加株高、茎节数、茎粗和降低植株的穗位高度,土壤蓄水保墒效果较好,产量和水分利用效率最高分别比对照提高8.86%、6.59%。     

深松免耕种植对土壤环境及玉米产量的影响

针对山西旱作玉米田,采用行间深松免耕作业,研究了玉米深松免耕种植土壤容重、土壤水分等的量化指标及其对玉米产量的影响。试验结果表明,采用玉米深松免耕种植模式可以改善土壤结构,提高土壤蓄水能力,促进玉米生长与产量提高。0⁶0cm土壤容重深松免耕比旋耕平作分别降低了5.45%(2008年)、3.47%(2009年);生育期平均蓄水量深松免耕比旋耕平作分别增多5.43%(2008年)、5.88%(2009年);玉米穗数、穗粒数和百粒重优于对照;先玉335产量深松免耕比旋耕平作分别提高6.15%(2008年)、8.77%(2009年),富友9号产量深松免耕比旋耕平作提高7.05%(2009年)。试验结果表明,深松免耕种植是适合旱作地区推广的一种保护性耕作模式。     

测墒补灌深度对济麦22冠层光截获和荧光特性及籽粒产量的影响

测墒补灌是近年开发的一种小麦节水栽培新技术,水分管理的土层深度是该技术的关键因素之一。本研究以济麦22为试验品种,于2013—2014和2014—2015年度在山东兖州进行大田试验,设置4个测墒补灌土层深度,补灌至目标土层拔节期相对含水量70%和开花期相对含水量75%,以定量灌溉(拔节期和开花期各灌水60 mm)和全生育期不灌水处理为对照,通过测定花后0~30 d灌浆阶段小麦冠层光截获特性、群体光合速率、旗叶荧光特性,以及最终籽粒产量和水分利用效率,以明确测墒补灌达到增产的光合基础及最佳土层。当补灌土层为0~20 cm时,灌水量为50.1~51.2 mm,小麦叶面积指数、冠层光合有效辐射截获量、冠层光截获率和群体光合速率,以及旗叶实际光化学效率(ΦPSII)和最大光化学效率(Fv/Fm)在各灌水处理中最低;补灌土层为0~40 cm时,灌水量为73.1~93.1 mm,上述前4项指标比补灌深度20 cm时依次提高6.0%~42.4%、8.5%~27.9%、6.7%~14.5%、11.0%~14.6%,同时旗叶ΦPSII和Fv/Fm亦显著提高;补灌深度加大至60 cm(灌水量87.5~105.4 cm)和80 cm(灌水量101.8~115.0 cm)时,这些指标无显著增加。与光合特性相关指标一致,籽粒产量也表现为补灌深度大于40 cm的3个处理间无显著差异,且与定量灌溉对照无显著差异,但都显著高于补灌深度20 cm处理。在本试验条件下,对0~40 cm土层实施测墒补灌,较定量灌溉减少用水26.9~46.9 mm,水分利用效率提高16.2%~16.7%,灌溉效益增加34.0%~68.1%,说明在类似生态条件下,中穗型小麦品种济麦22测墒补灌节水栽培技术的目标土层为0~40 cm。     

基于磷肥施用深度的夏玉米根层调控提高土壤氮素吸收利用

良好的根系构型能够促进作物高效获取土壤养分。基于磷肥施用深度的根层调控技术可以优化夏玉米根系的时空分布并促进其与土壤水分、养分供应的空间匹配性,为通过玉米根系挖潜实现节肥增效提供理论与技术支撑。本试验以不施磷肥处理为对照(CK),设置距离地表-5 cm (P5)、-10 cm (P10)、-15 cm (P15)和-20 cm (P20)深度施用磷肥处理,分析各处理对夏玉米根系分布、植株生长及产量形成、氮素吸收、积累与转运的影响。结果表明,磷肥适当深施显著促进夏玉米根系生长,根干重、根长密度、根系表面积和根体积均显著增加,整体表现为P15P10P20P5CK。随着磷肥施用深度的增加,深层玉米根系显著增加。P15和P20处理根干重所占比重,在20～40cm土层分别为12.3%和12.1%;在40～60 cm土层分别为6.7%和6.9%。根系分布深度的增加促进了对土壤氮素的吸收,深施磷肥处理各土层中尤其是20cm以下土层土壤氮素含量显著降低。根系分布的优化同时促进了植株氮素积累与转运, P15处理较P5处理氮素吸收效率、氮积累量、转运量及氮肥偏生产力2年平均分别提高14.5 kg kg–1、19.2%、48.9%和6.4kgkg–1,籽粒产量2年平均增产16.4%。在本试验条件下,磷肥集中施用在-15cm处理,能显著促进夏玉米深层土壤根系的生长,扩大根系养分利用空间,增加根系对深层土壤氮素的吸收,促进植株氮素积累及转运,提高其生产力,最终提高产量。     

耕作深度对烤烟生长、养分吸收及产量、质量的影响

通过田间试验研究了移栽前不同耕作深度(20、30和40 cm)对烟株农艺性状、根系发育及分布、干物质累积和养分吸收以及烟叶产量、产值和品质的影响。结果表明,不同耕作深度处理烟株前期生长无明显差异,但到打顶时烟株根系发育和分布则有显著差异。在0~10 cm土层内, 根系数量及根干重均随耕作深度增加而下降;而10~20 cm、20~30 cm两土层内根系数量及干重与耕作深度间的关系则与0~10 cm相反,20 cm处理与其余两处理间差异显著,耕作深度为40 cm处理明显有更多的根系。各处理烟株烟叶叶面积系数及最大叶面积、整株干物质累积和氮磷钾养分吸收均随耕作深度增加而增大, 且这种趋势随生育期发展而愈加明显。烤后烟叶产量、产值以耕作深度为40 cm处理最高, 30 cm处理次之, 20 cm处理最低, 前者与后两者间有显著差异;而评吸质量以耕作深度为30 cm处理各部位和40 cm处理上部叶相对更好。综合考虑, 建议烤烟生产中土壤耕作深度以30~40 cm为宜。     

高产栽培条件下种植密度对不同类型玉米品种根系时空分布动态的影响

以平展大穗型品种鲁单981 (LD981)和紧凑中穗型品种鲁单818 (LD818),比较研究了不同种植密度下根系时空分布动态,以期为玉米品种的选育和高产栽培提供理论依据。结果表明, 随生育进程,2个品种的根系总体积、总表面积、活跃吸收面积与总干重均呈先升后降趋势,多为开花期至乳熟期达最大。随种植密度递增,LD981和LD818的根层数与数量、总体积、总表面积、活跃吸收面积以及水平与垂直方向各分布区域的干重均呈递减趋势,LD981的递减速率明显大于LD818。生育期内,不同种植密度下LD981和LD818的根系干重水平方向0~6 cm、6~12 cm和12~18 cm分布表现为高密度区、中密度区和低密度区; 垂直方向0~20 cm、20~40 cm、40~60 cm和60~80 cm土层分别表现为高密度层、中密度层、低密度层和稀密度层; LD981水平方向0~6 cm范围根系干重所占比例比LD818的低2.96%,6~18 cm则高14.33%,垂直方向0~40 cm土层根系干重所占比例前者比后者高3.71%,40~80 cm土层则低35.97%。本研究说明不同类型玉米品种对根系伸展空间方向和大小的要求存在差异,平展大穗型品种LD981单株根量多,吸收能力强,根系分布较浅,对种植密度递增导致的水平方向空间受限制的反应更为敏感,宜适当增大株距稀植; 紧凑中穗型品种LD818单株根系呈现“横向紧缩,纵向延伸”的特点,更能适应随着种植密度递增导致的水平方向空间受限制的“拥挤”,宜适当减小株距密植。     

水分调控对冬小麦根系与叶片生理特性及产量和品质的影响

采用管栽试验研究了水分调控技术对冬小麦根系和叶片生理特性的调控效应,结合田间试验的产量和品质表现进行综合分析。结果表明,各处理根系主要分布在0～40 cm范围内,约占总根量的50%;在底墒条件充足的情况下,不浇越冬水,适期控水有利于根系的下扎,1水和2水处理灌浆期根系的增加主要表现在100～200 cm土层;在小麦生育期控越冬水、浇灌浆水可以提高根系活力,灌浆水的投入使100～200 cm土层根系在灌浆期仍然保持较高活力,同时提高了旗叶光合速率,保持了旗叶和倒二叶的绿叶面积,有利于小麦籽粒质量增加。因此,通过适期调控水分供应,重视拔节水和灌浆水的投入,不仅利于小麦良好群体结构的形成、促进籽粒产量的提高,还可以有效节约水资源,同时产生较好的产量效应和生态效益。对于强筋小麦来说,减少灌水次数,还可以提高籽粒品质。     

膜侧施肥对旱地小麦产量、籽粒蛋白质含量和水分利用效率的影响

覆膜栽培能提高旱地小麦产量,但降低了籽粒蛋白质含量,优化施肥是解决这一问题的有效措施之一。2013年9月至2016年9月,在黄土高原中部典型旱地进行田间定位试验,比较传统平作(不覆盖+均匀施肥)、垄覆沟播(垄上覆膜+垄间沟播+均匀施肥)和膜侧施肥(垄上覆膜+垄间沟播+播种行侧膜下定位施肥)栽培模式下,0~40 cm土层硝态氮含量和0~200 cm土壤水分,以及膜侧施肥对小麦氮素吸收利用、产量、籽粒蛋白质含量和水分利用的影响。与传统平作相比,在偏旱的2013—2014和2015—2016年度,垄覆沟播的小麦产量分别提高9.5%和6.3%,籽粒蛋白质含量降低7.1%和9.9%,水分利用效率提高5.8%和8.7%,而膜侧施肥的小麦产量提高18.8%和22.8%,籽粒蛋白质含量无显著变化,水分利用效率提高13.2%和19.6%;在偏湿润的2014—2015年度,垄覆沟播和膜侧施肥对小麦产量无影响,但膜侧施肥的籽粒蛋白质含量和水分利用效率分别提高6.0%和17.0%。与垄覆沟播相比,膜侧施肥在偏湿润年份使生长季内100~200 cm土壤水分消耗显著减少,而在偏旱年份使夏休闲季土壤蓄水显著增加,开花和收获期0~40 cm土壤硝态氮、根系全氮以及开花期茎叶全氮含量升高,促进了小麦营养器官氮素吸收、积累及其向籽粒的转运,提高了旱地小麦产量,籽粒蛋白质含量和水分利用效率。在偏干旱的2013—2014和2015—2016年度,膜侧施肥较垄覆沟播产量分别提高8.4%和15.5%,籽粒蛋白质含量提高9.9%和8.7%,水分利用效率提高7.0%和10.0%;在偏湿润的2014—2015年度,两处理产量无显著差异,但膜侧施肥的籽粒蛋白质含量提高6.0%。因此,膜侧施肥可维持旱地小麦生育后期的土壤氮供应,提高小麦产量、籽粒蛋白质含量和水分利用效率,增加下季播前深层土壤贮水,是适宜于旱区推广的小麦栽培模式。     

The Effects of Prolonged Drought and Nitrogen Fertilizer on Root and Shoot Growth and Water Uptake by Winter Wheat

Winter wheat growing on a silty clay loam soil was protected from rainfall by a mobile shelter for 100 days from tillering to maturity. During this time the crop was either irrigated according to demand or grew on stored soil water. The effects of this high and low water supply, in combination with a high and low N supply, on root and shoot growth and water uptake were studied.
The crop given both N and water yielded 9.7 t/ha of grain (85 % DM), drought reduced this to 7.9 t/ha, low N to 4.3 t/ha and drought and low N to 3.8 t/ha. Yield reductions were mainly due to fewer grains being produced.
Little root growth occurred in the topsoil during the drought but there was compensatory growth in the subsoil provided that N fertilizer was given. The droughted crops rooted to 160 cm, about 20 cm deeper than the irrigated crops, but the amount of root in the deep subsoil was very small, less than 0.1 cm/cm³ ai 140–160 cm, compared with 5–9 cm/cm³ in the topsoil.
The crop demand for water at any given time was partitioned throughout the root system but atmospheric demand was only met whilst the topsoil was wet. The fertilized, droughted crop extracted all of the potentially available water to a depth of 80 cm and a mean rooting density of 1 cm/cm³ was necessary to achieve this. Uptake from below this depth was limited by root growth.
The limiting value of the potential soil water deficit was 170 mm, and weather records showed that this would be exceeded one year in ten, on average. The likelihood of yield reduction due to drought could be reduced on this soil by improving root growth below 80 cm depth, although the chances of achieving this are low as root growth was probably limited by poor soil structure.     

黄土高原杨树人工林的细根生物量与碳储量研究

为了解细根生长、周转及其对土壤碳库的贡献,以太原地区杨树人工林(Populus tomentosa)为研究对象,采用连续取土样法及分解袋法,研究了细根(＜ 2 mm)的垂直分布、季节动态、年生产量及碳储量。结果表明：0~40 cm土层细根生物量为241.8 g/m2,其中活细根生物量为168.0 g/m2,约占细根总生物量的69.5%。细根主要集中于0~10 cm土层,且随土层加深而递减。细根生物量还具有明显的季节变化,最大值出现在8月,最小值出现在4月。细根年分解量为35.3 g/m2,年死亡量为98.2 g/m2。细根年生产量估计为216.6 g/m2,年周转率为1.29次。0~40 cm土层细根总碳储量为97.4 g?C/m2,每年由于细根死亡向土壤碳库输入的碳量约为39.6 g?C/m2。土壤全氮含量和土壤含水量是影响细根垂直分布的主要因素,而细根季节动态与土壤水分及气候特点密切相关。由于本研究区地处黄土高原,土壤水分短缺是导致细根生产量偏低的主要原因,且影响细根周转及其向土壤有机碳库的碳输入。     

不同秋眠级数苜蓿品种吸水规律研究

以地下根系生长、地上生物量和土壤含水量之间的关系为对象,研究了8个不同秋眠级数苜蓿品种的吸水规律。结果表明:休眠和半休眠苜蓿品种的时空变化特征表现出一致性;随着生长年限的增加,土壤含水量呈递减趋势;年刈割3茬,地上生物量与苜蓿耗水量密切相关,呈“V”字型分布;生育期内,分枝期历时最长、耗水最多,开花期耗水速率最快;3年内,苜蓿根系主要分布在60 cm土层,侧根主要发生于0~40 cm层,60 cm层下无侧根发生。根系主要依靠侧根在120 cm土层内吸收土壤水分。