有机肥氮替代化肥氮和土壤改良剂对盐碱地棉花产量和土壤养分的影响

为探讨有机肥氮替代化肥氮对南疆盐碱地棉花产量及土壤养分状况的影响,在南疆漫灌条件下,设置不施肥(CK)、单施化肥(A)和有机肥氮替代15%(B)、30%(C)和45%(D)的化肥氮处理,对棉花产量和土壤肥力的变化进行了田间试验研究。结果表明,不同有机肥氮替代化肥氮处理中,有机肥氮替代15%化肥氮的增产效果明显,尤其是在秸秆还田加施土壤改良剂条件下,有机肥氮替代15%化肥氮较单施化肥增产15.18%。在秸秆还田条件下,有机肥氮替代45%化肥氮的处理中,土壤有效磷和速效钾含量显著高于其他处理;在加施土壤改良剂条件下,土壤有机质和碱解氮含量显著高于其他处理。有机肥替代化肥使土壤盐分含量下降,下降程度随着土壤剖面深度增加而降低。研究结果表明:有机肥氮替代化肥氮,在保持棉花稳产的同时减少了化肥氮的施     

长期秸秆配施化肥对土壤养分及小麦产量、品质的影响

以40年长期定位试验为平台,系统分析了不同施肥处理对暗棕壤土壤碳氮磷含量和小麦产量及品质的影响,为探讨长期施用秸秆条件下土壤肥力演变规律提供理论依据。试验设4个处理,分别为单施化肥(NP)、秸秆配施化肥(S+NP)、秸秆配施1/2化肥(S+1/2NP)、秸秆配施1/4化肥(S+1/4NP),其中秸秆为隔年麦秸还田,用量为3 000 kg/hm~2,化肥N、P用量为N 150 kg/hm~2、P_2O_5 150 kg/hm~2。结果表明:1)与NP处理相比,秸秆配施化肥处理(S+NP)显著增加了0～20 cm土壤有机碳含量和有效磷含量;秸秆还田条件下,S+1/2NP和S+1/4NP处理0～20 cm土壤中碳氮磷含量均低于S+NP处理,而对于20～40、40～60 cm土层养分含量差异表现不一致。2)不同施肥处理对春小麦产量及其构成因素有显著的影响,各施肥处理综合表现为:S+NPNPS+1/2NPS+1/4NP,即以S+NP处理春小麦产量最高;不同施肥处理对春小麦籽粒容重、蛋白质含量、湿面筋含量、吸水率、延伸率和拉伸面积等品质指标影响不显著。综合分析各处理,结果表明:S+NP处理(即在秸秆还田条件下,施用N 150 kg/hm~2、P_2O_5 150 kg/hm~2)相对其他处理,其保障小麦产量和提升(或维持)土壤肥力的效果最佳。     

秸秆还田与氮磷钾化肥配施对直播冬油菜产量及其构成因子的影响

明确化肥施用和秸秆还田对直播冬油菜产量及其构成因子、群体密度以及养分吸收与利用的影响,为油菜轻简化种植提供理论依据和技术支持。试验于2014~2015年在湖北省武汉市开展,以甘蓝型油菜品种华油杂62为材料,设置对照(CK)、施氮磷钾肥(F)、秸秆还田(S)和氮磷钾肥配合秸秆还田(F+S)4个处理。结果显示,4个处理的油菜籽产量分别为32、1 468、102和1 843 kg/hm2,不施肥处理产量极低,施肥和秸秆还田均能显著提高油菜籽产量,且施肥与秸秆还田具有正交互作用。分析产量构成因子可知,化肥施用显著提高收获密度、单株角果数和每角粒数,而秸秆还田显著提高收获密度。单株角果数对产量直接影响最大,在收获密度55万株/hm2范围内,随密度的增大而增加,收获密度和单株角果数与产量相关程度最高。直播油菜群体密度随生育期推进逐渐降低,CK处理密度降幅最大,其次是S处理,F+S和F处理降低最少,最终收获密度F≈F+SSCK。结果还表明,施肥配合秸秆还田显著促进了油菜对养分的吸收积累。施化肥提高了氮磷收获指数,秸秆还田显著降低氮磷钾素收获指数,但可以提高肥料农学利用率。研究结果说明,秸秆还田和氮磷钾肥配施利于构建良好的产量构成因子,保障收获密度,提高直播冬油菜产量,促进油菜养分吸收和利用。     

麦秸还田下翻耕和不同水肥管理措施对稻田理化性质及水稻产量的影响

稻麦轮作系统中,还田麦秸腐解产生的毒害物质会对水稻产生不利影响。为有效减缓秸秆还田带来的负面影响,筛选适宜的耕作和水肥管理措施,通过设置翻耕(FS+PT)、泡田换水(FS+WR,2 d泡田后换水施肥)、延长泡田时间(FS+IP,施肥后泡田7d)、延长泡田时间并推迟施肥(FS+IP+FP,泡田7 d后再施肥)处理的田间小区试验,同时设置不施秸秆和化肥(CK)、单施化肥(F)、单施秸秆(S)以及施秸秆和化肥(FS)处理,比较在施用秸秆和化肥的基础上,翻耕和不同水肥管理措施对稻田理化性质及水稻产量的影响。结果表明:延长泡田时间的两个处理(FS+IP和FS+IP+FP)能有效降低稻田田面水酚酸含量;秸秆还田配合不同水肥管理措施处理稻田田面水氮磷含量明显低于F处理;合理的施用秸秆能有效促进水稻生长发育,特别是FS+PT处理,其水稻有效穗数比秸秆还田FS处理提高19.9%,其次为FS+WR处理,比FS处理提高15.2%。研究表明,翻耕、泡田换水、延长泡田时间等水肥管理措施均能有效减缓麦秸还田对水稻生长带来的负面效应,进而促进植物养分吸收及增加作物产量;考虑环境风险等综合效应,在麦秸还田时采用翻耕和延长泡田时间是较好的稻田田间管理措施。     

秸秆还田配施缓控释肥对土壤养分和作物产量的影响

研究基于一个长期定位的裂区试验,其中两个主区为秸秆还田区和秸秆不还田区,每个主区设7个处理,分别为施用180、375和600 kg ha-1控释肥和相应的化肥以及对照,以冬小麦—夏玉米轮作体系为研究对象,主要研究秸秆还田和控释肥对土壤养分变化以及作物产量的影响。研究结果表明:秸秆还田可以提高土壤有机质和全氮含量,其中有机质含量比不还田区增加了10.65%、全氮含量增加了18.68%;土壤速效磷和速效钾含量分别由不还田区的9.17 mg kg~(-1),152.29 mg kg~(-1)提高到秸秆还田区的10.83 mg kg~(-1)和253.66 mg kg~(-1);施用控释肥处理的有机质含量都高于施用化肥的处理;施用控释肥对土壤全氮、速效磷和速效钾含量影响不大。从2009年到2016年,秸秆还田配合施用控释肥的各处理小麦产量高于秸秆还田配施化肥的处理,也高于秸秆不还田的控释肥处理和化肥处理,增加幅度为1.61%~23.59%。秸秆还田配施控释肥的各处理较化肥处理的玉米产量高,也较秸秆不还田下控释肥处理和不还田配施化肥处理高,增加幅度为2.22%~15.06%。秸秆还田配施180 kg ha~(-1)缓控释肥的小麦和玉米多年平均产量为最高。     

秸秆还田配施化肥对黄褐土氮磷淋失的影响

采用室内模拟装置淋溶土柱的方法,研究了水稻秸秆还田配施化肥对土壤氮磷淋溶迁移的影响。结果表明,土壤淋失液中总氮含量表现为:NS(无秸秆还田+优化施肥)处理SF(秸秆还田+优化施肥)处理SDF(秸秆还田+优化施肥量氮磷钾均减20%)处理CK(无秸秆还田、无施肥)处理;土壤淋失液中可溶性磷和总磷含量均表现为:SF(秸秆还田+优化施肥)处理NS(无秸秆还田+优化施肥)处理SDF(秸秆还田+优化施肥量氮磷钾均减20%)处理CK(无秸秆还田、无施肥)处理,并且呈现出随着时间的延长逐渐下降的趋势;经过淋溶后,表层土壤中全氮含量最高的是SF(秸秆还田+优化施肥)处理,为0.486g/kg,最低的是CK(无秸秆还田、无施肥)处理,为0.440g/kg,全磷含量最高的是NS(无秸秆还田+优化施肥)处理,为0.306g/kg,最低的是CK(无秸秆还田、无施肥)处理,为0.261g/kg;但表层土壤中速效磷含量最高的是SF(秸秆还田+优化施肥)处理,为29.353mg/kg,最低的是CK(无秸秆还田、无施肥)处理,为21.210mg/kg。研究结果表明,化肥施用量减少有利于降低土壤氮磷的淋失,在优化施肥量条件下,黄褐土实行秸秆还田会降低土壤氮素的淋失,但会提高土壤磷素的淋失。     

不同施氮水平下生物碳提高棉花产量及氮肥利用率的作用

【目的】生物碳有很强的固碳能力,同时还可以改善土壤肥力,促进作物生长,提高养分利用效率。因此,本研究探究在不同施氮水平下棉花秸秆和棉花秸秆制备的生物碳还田对棉花产量及氮肥利用率的影响。【方法】采用2因素3水平完全设计田间试验方法。不同碳源处理为:棉花秸秆(ST,12 t/hm2)、棉花秸秆制备的生物碳(BC,4.5 t/hm2)和不施碳对照(CK),棉花秸秆和生物碳为等碳量(C 1.2 t/hm2)施用;3个氮肥用量水平为N:0、300、450 kg/hm2(N0、N300、N450)。在棉花盛蕾期、初花期、盛花期、盛铃期、吐絮期采集植株样品,测定植株干物质重、氮素吸收量,在棉花吐絮期测定棉花产量。【结果】1)施用秸秆和生物碳均能显著增加棉花干物质重,促进棉花植株氮素吸收。在低氮肥水平下(N0),秸秆和生物碳处理间棉花干物质重、氮素吸收量差异不显著;在中氮肥水平下(N300),秸秆和生物碳处理棉花干物质差异不大,但生物碳处理氮素吸收量显著高于秸秆处理;在高氮肥水平下(N450),生物碳处理的棉花干物质重、氮素吸收均要显著高于秸秆处理。2)施用秸秆和生物碳均能显著增加棉花产量。在低氮肥水平下(N0),秸秆和生物碳处理的棉花产量差异不显著;而在中氮肥和高氮肥水平下(N300、N450),生物碳处理的棉花产量均显著高于秸秆处理。3)施用秸秆和生物碳处理的氮肥利用率在中氮肥水平下(N300)分别较对照增加12.2%和26.8%;在高氮肥水平下(N450),施用生物碳处理的棉花氮肥利用率较对照增加18.8%,而秸秆处理与对照差异不显著。【结论】生物碳和氮肥合理配施可以促进棉花生长,提高棉花产量,明显增加氮肥利用率。     

晚稻期间秸秆还田对早稻田CH_4和N_2O排放以及产量的影响

选取湖南双季稻田为研究对象,采用静态箱-气相色谱法对晚稻期间秸秆还田配施减量化肥(DNPK+RS)和施化肥(NPK)处理下后季早稻田(2009年)的CH4和N2O排放通量进行观测。结果表明,在早稻田等量化肥条件下,DNPK+RS比NPK增加早稻田CH4排放的81%,减少N2O排放的53%。早稻产量表明,DNPK+RS显著低于NPK(P<0.05)。晚稻期间以秸秆还田来代替部分化肥,会降低次年早稻的有效穗数和肥料增产效应。DNPK+RS处理的单位产量的全球增温潜势为NPK的2倍。秸秆还田应该重视与化肥的搭配比例,否则会降低水稻产量,同时增加下季早稻的温室效应。     

耕作和秸秆还田对土壤团聚体有机碳及其作物产量的影响

通过3年的田间定位试验,研究不同耕作方式、秸秆还田对土壤团聚体、有机碳含量和作物产量的影响。试验共设置6个处理:翻耕+化肥(T1)、翻耕+秸秆还田+化肥(T2)、旋耕+化肥(T3)、旋耕+秸秆还田+化肥(T4)、免耕+化肥(T5)、免耕+秸秆还田+化肥(T6)。结果表明:与翻耕相比,0—20cm土层免耕处理大团聚体(2mm)含量增加35.79%,中粒度团聚体(2~0.25mm)含量增加30.81%,微团聚体(0.25~0.106mm)含量增加25.80%。免耕+秸秆还田的T6处理土壤团聚体中有机碳含量最高,大团聚体(A1)、中粒度团聚体(A2)和微团聚体(M1)中分别比"翻耕+化肥"的T1处理高25.04%,28.55%,18.12%。传统耕作作物产量高于保护性耕作,"翻耕+化肥"的T1处理在2013,2014,2015年的水稻当量产量分别比"免耕+化肥"的T5处理高12.30%,13.22%,15.20%。免耕和秸秆还田等保护性耕作方式提高了土壤团聚体含量,增加了土壤固碳,但一定程度上影响了水稻和小麦幼苗生长,降低了作物产量。     

秸秆还田配施化肥对土壤温度、根际微生物及酶活性的影响

以单施秸秆为对照,研究秸秆还田配施不同比例化肥对土壤温度、土壤根际微生物和酶活性的影响。结果表明:(1)在水稻不同生育期,与对照相比秸秆还田配施化肥各处理在8:00和20:00均提高了土壤温度,而在14:00降低了土壤温度。从地温日较差分析可知,秸秆还田配施化肥处理的整日地温变化幅度低于对照,且差异显著。此外随着土层深度的增加,秸秆还田配施化肥处理与对照间的差距逐渐减少,调温作用逐渐减弱。(2)秸秆还田配施化肥各处理能够增加根际土壤总细菌、放线菌、真菌、氨氧化细菌、好气性自生固氮菌、亚硝酸细菌、磷细菌和好气性纤维素分解菌的数量,但普遍区组间差异不显著。除了秸秆还田配施低量NP处理(SNP1,秸秆3 000 kg hm-2+N 150 kg hm-2+P2O575 kg hm-2)以外,秸秆还田配施化肥各处理的过氧化氢酶、脲酶、转化酶活性均高于对照,但区组间均未达到显著差异。因此,秸秆还田配施化肥能合理调节土壤温度,显著提高土壤微生物的数量与活性,有利于土壤生态环境的改善,其中秸秆还田配施NPK处理(SNPK1,秸秆3 000 kg hm-2+N 150 kg hm-2+P2O575 kg hm-2+K2O 37.5 kg hm-2;SNPK2,秸秆3 000 kg hm-2+N 225 kg hm-2+P2O5112.5 kg hm-2+K2O 56.3 kg hm-2)效果最为显著。     

Effects of naturally and microbially decomposed cotton stalks on cotton seedling growth

Cotton stalk directly returning to cotton field has impeded the cotton growth to a large extent in Xinjiang province, China. The allelopathic effects of products from naturally and microbially decomposed cotton stalks on the cotton seedling growth were studied. The results showed that when the seedlings were treated with the 30-day microbially decomposed cotton stalks, they displayed better growth and physiological characteristics than those treated with the products of 30-day naturally decomposed cotton stalks. When treated with the microbially decomposed cotton stalks at a low concentration of 5 g kg^?1, the seedling dry weight and plant height even increased significantly compared to the untreated control (P < 0.05). The gas chromatography–mass spectrometry analysis showed that two compounds, dibutyl phthalate (DBP) and diisobutyl phthalate (DIBP), were detected with higher concentrations in the naturally decomposed cotton stalk extracts, which strongly inhibited the cotton seedling growth in bioassay, suggesting the two compounds might be the responsible allelochemicals inducing autotoxicity to cotton growth.     

麦套春棉对环境因子和棉株生长发育影响的研究

麦套春棉和纯作春棉覆膜栽培与纯怍春棉露地栽培比较结果表明，三者在不同深度的土壤温度、棉苗冠层光照强度、地面蒸发量、田间湿度和生育期、单株性状及经济性状等方面均有较大差别。麦棉共生期是影响棉苗生长直至中、后期发育的主要时期，热量是影响棉苗生长发育的首要环境因子。     

机采籽棉残膜分离机籽棉带出机理仿真

为了实现籽棉残膜分离过程中,减少棉花带出的损失。该文通过计算和试验方法分别得到了籽棉和破碎的地膜(简称残膜)悬浮速度2.6、0.8 m/s。运用Fluent数值模拟方法,分离室入口处风速分别设定为3.5、4.0、4.5、5.0 m/s时,对关键分离区域的速度分布进行了数值仿真。结果表明:入口速度为4.0 m/s时,分布在0.8～2.6 m/s范围内速度值所占的比例分别为85%～86%,籽棉最不容易被带出。然后利用试验方法对仿真结果进行了验证,结果表明:模拟值与实测值差异较小。该研究为籽棉残膜分离机的优化设计提供了参考。     

面向采摘机器人的棉花激光定位算法

为了定位棉株上的棉花,设计了1个激光测距试验装置,利用计算机图像处理技术和模式识别理论结合棉花的农学特性测量了单朵棉花的三维坐标。以0.004 m为X、Y轴的采样间距,获取传感器至棉株表面点云的距离图像;以传感器至棉花上表面的最长距离0.9 m为阈值对棉株距离图像进行二值化处理,去除地面背景;以棉枝的宽度0.01~0.02 m为结构元素尺寸,对二值图进行形态学开运算,去除棉枝,提取棉花区域。用欧氏距离计算像素之间的相似度,用Cophenetic相关系数选择质心距离为类间距离,以呈45°夹角棉枝的最小纵向间距0.17 m为阈值,对棉花距离图像进行层次聚类,分割粘连重叠的棉花,求取单朵棉花的三维坐标。结果表明,单朵棉花的识别率达96.67%,激光测距与手工测量结果之间的相关系数为0.9934。该研究为采摘机器人运动轨迹的规划提供了依据。     

控释含缩节胺氯化钾对棉花叶片生理及土壤钾素形态的影响

钾素是棉花必需的元素，缩节胺是控制棉株旺盛生长的重要调节剂，为减少钾素和缩节胺施用次数，实现两者在同一时空条件下的一体化调控，研究一次性施用控释含缩节胺氯化钾(CRKMC)对棉花叶片生理及土壤钾素形态的影响。试验设置空白对照、氯化钾、控释氯化钾、控释含缩节胺氯化钾、减量 20%的控释含缩节胺氯化钾处理。结果表明:CRKMC较 KCl处理显著提高盛花期叶绿素 b和可溶性蛋白含量，增强过氧化物酶和超氧化物歧化酶活性，减少丙二醛产生量，但不同类型钾肥对叶绿素 a无显著影响；棉花生育期内，土壤水溶性钾呈下降趋势，速效钾和交换性钾呈动态波动变化，自盛花期以后，CRKMC处理各形态钾素较 KCl显著增加；等量施钾条件下，CRKMC较 KCl处理皮棉增加13.31%，钾素农学利用率提高 2.19 kg·kg -1，减少 20%钾素用量的CRKMC皮棉仍较 KCl增加 9.20%。因此，在棉花上一次基施 CRKMC可改善叶片生理特征，延缓叶片衰老，合理调节不同形态钾素供应，利于实现棉花轻简化和高产化栽培。     

棉蚜、棉铃虫及其捕食性天敌时空生态位的研究

通过对棉蚜、棉铃虫及其6种捕食性天敌的时间生态位、空间生态位及时空二维生态位的研究,分析了棉蚜、棉铃虫对时间资源利用及其在群落中地位,评价了天敌之间相互关系和各种天敌对棉蚜、棉铃虫的跟随效应及控制作用。利用可变平均法对二维生态位重叠值的系统聚类分析结果表明,天敌的自然控制作用难以达到控制害虫的效果,必须协调应用多种措施综合防治。     

作物茬口对连作棉田土壤环境及棉花产量的影响

于2007－2008年在连作8 a的棉田上进行不同作物轮作倒茬田间试验,以研究不同茬口对连作棉田土壤养分、土壤微生物区系以及棉花产量的影响,从而筛选出适宜棉田轮作倒茬的最佳作物茬口。研究结果表明：不同作物茬口的土壤有机质、速效养分含量及棉花产量均高于连作棉田,其中加工番茄茬口对土壤的速效磷含量增加最为显著,小麦、玉米茬口对土壤速效钾含量增加显著;各作物茬口土壤微生物总量均比连作棉田有明显的增加,表现为细菌和放线菌数量增加真菌减少;草木樨、番茄茬口土壤氨化细菌、硝化细菌生理群也明显增加。不同作物茬口的棉花产量表现为加工番茄→棉花＞草木樨→棉花＞小麦→棉花＞玉米→棉花＞棉花→棉花;加工番茄、玉米、小麦可作为连作棉田的良好前茬。     

不同机采棉种植模式和种植密度对棉田土壤水热效应及产量的影响

新疆机采棉生产中农机农艺的不融合是导致棉花纤维品质下降和采净率低的主要原因，优化机采棉株行距配置是实现农机农艺融合的重要途径。该研究于2018－2019年进行了"矮密早"（1膜6行，66+10 cm宽窄行）、"宽早优"（1膜3行，76 cm等行距）2种种植模式和13.5、18.0和22.5万株/hm2三个种植密度的定位试验，监测棉花全生育期的土壤温度和土壤水分动态变化，结合棉花产量分析农田水分利用效率，综合评价不同机采棉种植模式的生产适应性。结果表明，不同种植模式和密度影响土壤温度，但不存在互作效应。不同处理下耕层土壤温度变化规律一致，随着气温升高土壤温度逐渐增加，棉花封垄郁闭后，土壤温度迅速下降并波动。在生育前期（5月－6月），不同种植模式和密度下耕层土壤温度无显著性差异，而"宽早优"模式提高了花期和铃期的土壤温度，比"矮密早"模式平均高1.7 ℃。"宽早优"模式的全生育期耕层土壤积温较"矮密早"模式显著提高8.3%～9.9%（P<0.05），主要提升了花铃期的土壤积温（35.1～88.8 ℃）；从全生育期耗水量来看，"宽早优"模式的耗水量低于"矮密早"模式，降低0.8～6.7mm；提高种植密度会降低耕层土壤积温，增加棉田耗水量。"宽早优"模式提高了棉花籽棉产量和水分利用效率，其中2019年较"矮密早"模式分别显著提高17.5%和18.8%（P<0.05）。"宽早优"模式可以改善棉花生长的土壤水热条件，实现产量和水分利用效率的大幅提高，是更为优化的机采棉种植模式，适合大面积推广。     

统收式采棉机载籽棉预处理装置的优化试验

为寻求统收式采棉机载籽棉预处理装置结构与工作参数的最优组合,对其进行了参数优化试验。采用正交试验以及Box-Behnken响应面试验方法,以行进速度、辊筒线速度、排杂间距为影响因素,以籽棉含杂率、清杂损失率为评价指标,对影响该机采收性能的结构与工作参数进行优化试验研究。结果表明:当行进速度为1.3 km/h,辊筒线速度为9.83 m/s,排杂间距为13.23 mm时,优化后籽棉含杂率5.56%,清杂损失率0.84%。棉花纤维检测显示,机采籽棉纤维各项指标等级与手采棉持平,满足生产需求,验证了该装置的合理性与实用性。该研究可为机载籽棉预处理装置的进一步发展提供理论依据,同时为统收式采棉机的推广与发展奠定基础。