玉米-小麦一年两熟保护性耕作体系试验研究

采用将夏玉米、冬小麦两季作物作为整体来研究适合华北一年两熟地区保护性耕作技术体系，确定了耕作和覆盖两个因素，包括免耕、深松、耙地、翻耕4种耕作方法，以及100%秸秆覆盖，50%秸秆覆盖和0覆盖3种秸秆覆盖水平。筛选设计了8种保护性耕作和2种传统翻耕共10种体系的试验方案。试验中测定了土壤含水量、容重、地温等参数和根系、产量等作物指标。试验结果表明，我国华北地区实施保护性耕作有利于节约用水，提高水分利用效率，增加作物产量。试验得出最适合的两种保护性耕作体系是：玉米-小麦全程免耕100%秸秆覆盖体系、玉米深松100%秸秆覆盖+小麦免耕100%秸秆覆盖体系。     

保护性耕作对黄土高原南部地区小麦产量及土壤理化性质影响

以1992年设置于山西省临汾市尧都区的保护性耕作试验基地为基础,研究了长期保护性耕作对旱地小麦产量、土壤理化性质及剖面水分含量的影响。结果表明,11年免耕覆盖和15年免耕覆盖分别比传统耕作平均增产192%和276%; 丰水年份增产率为52%和117%,而干旱年份增产率高达850%和976%,表现为实施保护性耕作年限越长、越是干旱,保护性耕作的增产效果越显著。保护性耕作能降低土壤容重,增加土壤孔隙度,提高土壤剖面水分含量和土壤贮水量,提高表层010 cm土壤有机质、碱解氮和速效钾含量, 但不利于有效磷含量的提高。11年免耕覆盖和15年免耕覆盖,表层010 cm土壤有效磷含量比传统耕作降低68和63 mg/kg,降低了561%和519%,应注意磷肥的施用。     

北方旱区保护性耕作对农田土壤水分的影响

土壤水分是中国北方旱区农业生产的主要限制因子,研究保护性耕作技术体系下土壤水分的动态变化,明确不同耕作模式下的水分平衡规律,对于选择适宜的保护性耕作技术,提高北方旱区土壤水分的利用效率具有重要的指导意义。该文在2a田间试验的基础上采用DSSAT模型对4个不同保护性耕作处理的土壤体积含水量、水分平衡以及水分利用效率进行了模拟和检验。结果表明干旱年份保护性耕作处理土壤体积含水量较传统耕作高,RMSE误差在0.025～0.063;干旱年份传统耕作土壤储水量减少最多,为144.6mm,降水较多年份减少也最多,为46.1mm;干旱年份水分利用效率1.52～1.78kg/m3,免耕覆盖水分利用效率最高,降水较多年份水分利用效率1.70～1.71kg/m3,各处理间差异并不显著。研究结果为保护性耕作技术对农田土壤水分的影响研究提供了理论依据。     

中国北方保护性耕作条件下深松效应与经济效益研究

保护性耕作技术是适应中国北方农业发展的一种新型耕作技术，它可以通过深松作业来消除因多年免耕出现的土壤变硬问题。目前对保护性耕作条件下深松的效应和经济效益缺乏深入的研究，在玉米深松过程中还出现的伤苗，功耗大和经济效益低等问题。该文试验研究了在中国北方保护性耕作示范基地上，从1993年开始，通过10多年的时间对保护性耕作条件下的深松效应，测定了传统耕作、深松覆盖和免耕覆盖3种不同耕作方式下的土壤容重、含水率，水分利用率和产量等数据，试验结果表明，在保护性耕作条件下，每4年对土壤深松一次可以解决土壤变硬问题，持续保持作物高的水分利用率和产量，并不需要年年深松。相对深松覆盖(年年深松)，4年免耕覆盖＋1年深松的耕作方式能提高25%左右的经济效益。同时，针对玉米深松过程中的问题，提出了玉米免耕播种和深松联合作业的方案，试验表明，玉米免耕播种和深松联合作业能有效解决玉米深松过程中出现的一系列问题，促进玉米生长，提高玉米产量，建议在中国北方玉米产区推广这一联合作业技术。     

多年固定道保护性耕作对土壤结构的影响

为了解决拖拉机作业机组作业时造成的土壤普遍压实,在10a连续固定道保护性耕作试验基础上,研究了固定道保护性耕作对土壤容重、孔隙度、紧实度、水分以及冬小麦产量的影响。试验结果表明,对于作物生长带,固定道保护性耕作可以降低0～20cm土层的容重6.8%,提高0～40cm土层土壤总孔隙度4.6%,降低0～30cm土层土壤紧实度31.5%,提高0～1m土层蓄水能力,在固定道占地20%的情况下,仍能提高冬小麦产量10.8%。因此,固定道保护性耕作是减少土壤压实、改善土壤结构、提高小麦产量的有效耕作方式。     

旱地小麦保护性耕作增加播前地表处理的研究

针对临汾旱地小麦保护性耕作试验中存在的播种质量不高、缺苗断垄、苗数不足等问题进行了研究。主要采用覆盖深松加地表处理的方法，研究了不同地表处理对土壤墒情、覆盖率、小麦产量和经济效益的影响。结果是：在覆盖量相同的情况下，动土量越小，土壤保墒效果越好；与保护性耕作原工艺相比，增加地表处理后播种质量改善、出苗率提高；增加地表处理可提高0～50 cm土层水分利用率；增加地表处理使小麦单产在保护性耕作基本处理的基础上显著提高，经济效益明显。试验证明，覆盖深松加地表处理是一项旱地小麦增产的有效措施。     

坡耕地保护性耕作冬小麦增产机理的研究

利用长期定位试验在豫西旱区坡耕地上对不同保护性耕作下冬小麦主要生育期的土壤温度、土壤养分、水分动态、干物质积累和小麦产量进行研究。结果表明:深松和免耕覆盖土壤含水量较高,深松与免耕覆盖技术能够提高土壤肥力,越冬期保护性耕作5 cm地温较低,而0~30 cm地温相差不大。深松覆盖在灌浆期土壤日均地温较低,有利于防御干热风对小麦的危害。小麦中后期深松覆盖和免耕干物质积累量较多,能延缓小麦植株衰老。     

保护性耕作对土壤水分和小麦产量的影响

采用3种稻田保护性耕作栽培模式与传统栽培模式的定位试验,对成都平原稻田小麦季的土壤水分及产量进行了研究。结果表明:小麦全生育期,免耕覆盖处理的土壤含水率明显地高于翻耕覆盖处理,而翻耕不覆盖处理最差;小麦分蘖高峰期,覆盖处理的土壤含水率比不覆盖处理高17.7%～75.9%,免耕覆盖处理的土壤含水率比翻耕覆盖处理高12.7%～41.0%;免耕覆盖处理的小麦最高茎蘖数又比翻耕覆盖处理增加23.8%～72.3%,均极显著优于翻耕处理;覆盖处理的小麦产量比不覆盖处理增产6.3%～19.5%,免耕覆盖处理比翻耕覆盖处理增产3.2%～8.0%。稻田保护性耕作有利于提高成都平原区小麦产量。     

不同耕作措施对旱地作物生育期农田耗水结构和水分利用效率的影响

陇中黄土高原旱农区降水有限、水分利用效率低下是导致该区作物生产力水平低而不稳的主要原因。发展保护性耕作是保护水土资源、提高水分利用效率的重要途径。为揭示耕作措施影响水分利用效率的机制,2015—2016年在陇中黄土高原旱农区研究了不同耕作措施对土壤棵间蒸发、农田耗水量、作物蒸腾量、棵间蒸发与蒸散的比例、产量及水分利用效率的影响。试验设置传统耕作(T)、免耕秸秆覆盖(NTS)、免耕(NT)、传统耕作+秸秆翻入(TS)、传统耕作+覆膜(TP)、免耕覆膜(NTP)6个处理,春小麦和豌豆年间轮作。结果表明:(1)春小麦和豌豆全生育期棵间蒸发量NTS、TP、NTP比T显著减少6.52%~50.81%,NTS降低棵间蒸发量的作用主要在小麦开花后和豌豆结荚后,地膜覆盖在各个生育时期基本上都显著减少了棵间蒸发。(2)NTS对全生育期耗水量无显著影响,NTP的耗水量只在小麦地显著高于T。相比T,NTS显著提高了小麦开花-收获和豌豆结荚-收获期间的阶段耗水量及其占总耗水的比例。(3)NTS、TP、NTP均显著提高了春小麦和豌豆的蒸腾量,降低了田间的蒸发占蒸散的比例,降低了水分的无效损耗。(4)各年份春小麦和豌豆的产量NTS、TP、NTP比T提高了7.64%~62.79%,水分利用效率比T提高了0.43%~50.88%。因此,在陇中黄土高原旱农区,免耕秸秆覆盖、地膜覆盖等保护性耕作措施均能提高水分利用效率及小麦和豌豆的产量。免耕秸秆覆盖通过降低作物生长后期棵间蒸发量,提高作物生长后期耗水量,降低蒸发与蒸散的比例,从而提高春小麦和豌豆的水分利用效率及产量。而地膜覆盖处理主要是通过减少全生育期棵间蒸发量,增加作物全生育期蒸腾量,降低蒸发与蒸散的比例,从而实现作物水分高效利用,提高作物产量。     

黑土坡耕地几种水土保持措施的蓄水保土效应研究

水土流失是制约我国北方旱区农业发展的主要因素,研究保护性耕作措施的蓄水保土效应,对北方旱区的水土保持工作具有重要的指导意义。通过田间试验对几种不同保护性耕作措施的土壤储水量、水分平衡及水分利用效率进行了研究,综合评价了几种耕作措施的蓄水保土功效。结果表明:横坡免耕、横坡种植、深松区田、垄向区田、深松、免耕储水量分别为常规耕作的112.6%,110.8%,107.0%,104.9%,103.8%,102.5%。横坡耕作和垄向区田能够有效减少坡面径流和土壤侵蚀,起到蓄水保土的作用,并为农作物生长提供有利的土壤水分环境。     

冀北土石山区坡面尺度径流特征及其影响因素

为了揭示区域水土流失规律,以冀北土石山区坡面径流小区定位观测资料为基础,对坡面尺度产流特征与地形因子、降雨因子、植被覆盖、水土保持工程措施等主要影响因素的关系进行分析,拟为该区水土流失防治及生态建设提供科学参考。研究结果表明:坡面径流小区的年径流量随坡度的增加出现先增后减的趋势,坡度临界值在11°00′左右;坡面径流小区的年径流量随坡长的增加而增加;不同坡度和不同坡长条件下,径流量与有效降雨量及平均降雨强度都成正相关,但与有效降雨量的相关系数要大于平均降雨强度的相关系数且在0.01水平上显著,与平均降雨强度的相关系数不显著;坡面径流小区的年径流量随着植被覆盖度的增加而减少,但覆盖度为60%和90%的草地径流小区的年径流量相差甚小,说明在水土保持治理过程中存在着临界植被覆盖度;水平阶、鱼鳞坑、梯田等水土保持工程措施通过改变下垫面状况,可以有效拦蓄径流,从而削弱降雨特征对径流的影响。     

基于空间平滑法的旱作区粮食产量时空变化与影响因素研究

在中国北方水资源约束愈发严峻的情境下,旱作区粮食产量格局及其驱动因素研究具有重要的现实意义。以1995—2015年县域粮食统计数据为基础,结合土地利用栅格数据等资料,应用空间平滑法,对东北及华北平原旱作区粮食产量的空间格局与演化过程进行了研究。在此基础上,分析了不同农业区影响粮食产量的自然及社会经济驱动因素。结果发现:1)近20a东北-华北平原旱作区粮食产量整体稳步提高,高产区范围逐渐扩大,具有明显的空间集聚特征,且华北平原旱作区粮食总产高于东北平原旱作区;2)粮食产量增速以中速增产为主,其次依次为慢速增产、高速增产、绝对减产,且东北平原旱作区粮食增产速率高于华北平原旱作区;3)东北平原旱作区粮食单产整体高于华北平原旱作区,且经过空间平滑处理后粮食单产栅格像元频率分布基本呈高斯分布,与客观规律相契合;而随着时间演替,直方图像元的峰值逐渐右移,且单产栅格呈逐渐分散的趋势,表明耕地生产力水平整体提升的同时差距也随之扩大;4)自然因素中的年均气温与燕山-太行山山麓平原农业区的粮食单产的相关性最高,年降水量及汇流能力与冀鲁豫低洼平原农业区的粮食单产的相关性最高,土壤类型与松嫩-三江平原农业区的粮食单产的相关性最高;5)粮食单产与社会经济因素的分析结果表明,粮食生产由劳动密集型逐渐向技术密集型方向转变,农业机械化的投入对研究区特别是东北平原旱作区的贡献尤为明显,化肥投入对研究区粮食增产始终发挥着巨大作用,而灌溉条件对于华北平原旱作区粮食生产的保障起到重要作用。研究结果可为粮食产量时空格局研究的方法创新方面有所裨益,并对不同农业区保持高产、稳产及耕地保育等方面提供参考。     

底墒和磷肥对旱地小麦籽粒灌浆特性及产量的影响

为分析黄土高原旱地小麦灌浆过程与水分消耗的关系,及其产量对底墒和磷肥的响应情况,在山西省南部设3个播前0～100cm土壤底墒水平W1(248mm)、W2(233mm)、W3(205mm)和两个施磷量P1(75kg·hm~(-2))、P2(180 kg·hm~(-2)),调查不同处理下小麦总耗水、土壤水消耗、各生育阶段耗水、产量及其构成因素、灌浆过程的变化。结果表明,随着底墒水平提高小麦返青—拔节和拔节—开花阶段耗水、生育期总耗水、土壤水消耗及其占总耗水比例、产量、穗数、千粒重显著增加,且较W3,W1和W2产量分别显著高14.89%和8.66%。随磷肥增加播种—拔节耗水显著减少,而拔节—开花耗水、产量、千粒重显著增加。底墒和磷肥互作对小麦总耗水、土壤水消耗、播种—返青阶段耗水、拔节—成熟阶段耗水、千粒重有显著影响。通过小麦灌浆方程得,快增期持续时间随底墒的增加而增加、渐增期和快增期持续时间随磷肥的增加而增加、缓增期籽粒增加量及持续时间变异系数达25%。通过小麦水(磷)肥方程得,当0～100 cm底墒为253 mm时获得高产,且同底墒下产量随磷肥增加而提高。可见,旱地小麦拔节—开花阶段耗水对底墒和磷肥敏感,灌浆过程中的快增期持续时间对底墒和磷肥响应较好,缓增期变异对籽粒粒重影响较大。     

南四湖过水区不同施肥模式下农田养分径流特征的初步研究

以南四湖过水区农田为研究对象,在麦玉轮作夏玉米季内设置地表径流水收集装置,探索减少养分径流损失、提高湖区水质的有效施肥模式。结果表明,有机物料覆盖和与土壤混合可有效降低地表水径流量,泥沙径流损失量与径流水量无直接关系;试验区降水的分布和强度特点使农田径流水无机态氮、总氮、可溶性磷和总磷浓度在玉米不同生育阶段内无显著规律,但其浓度在不同处理间受施肥量、品种及类型的影响差异显著;无机氮径流损失以硝态氮（NO3--N）形式为主（NO3--N占无机氮径流总量的82.9%～90.8%）;可溶性磷和颗粒磷基本各占流失总磷一半的比例,地表径流水NO3--N浓度对水质产生潜在威胁;玉米生育季内农民习惯施肥处理总氮径流损失量可达11.89kg/hm2,氮磷钾平衡施用、控释氮肥应用、有机肥替代部分化肥以及秸秆还田等处理径流水无机氮和总氮损失量（率）以及磷素地表径流量均显著低于农民习惯施肥（FP）。在保证玉米产量前提下（四个处理较FP分别增产7.7%、5.9%、3.6%和1.5%）,为降低养分随地表径流造成的水质污染,上述施肥模式均可在沿南四湖区农田使用,其中控释氮肥的应用综合效果较好。     

小麦秸秆长度、覆盖量对坡面产流产沙的影响

为定量研究小麦秸秆覆盖对坡面产沙产流过程及减水减沙效益的影响,采用室内人工模拟降雨试验,研究在降雨强度为90 mm/h时,不同秸秆长度和秸秆覆盖量下的坡面产流产沙特征和产流产沙过程规律,结果表明:(1)在相同秸秆长度下,随秸秆覆盖量增加,产流量产沙量极显著减少(p0.01)。相同覆盖量水平下随秸秆长度增加,产流量显著增加(p0.05),在4.5 t/hm~2覆盖量下产沙量极显著增加(p0.01)。(2)秸秆覆盖坡面的初始产流时间较裸露坡面延迟6.23倍,产流量平均下降19.5%,产沙量下降31.6%。覆盖措施通过保护土壤的结构有效抑制了细沟侵蚀过程向切沟侵蚀发展。产流产沙过程受秸秆长度和覆盖量的交互作用影响,交互效应对产流过程的影响更突出。(3)随覆盖量增加,减水减沙效益极显著增加(p0.01);随长度增加,减水减沙效益分别减少为17.26%,27.97%。不同覆盖条件下的坡面产流量、产沙量和减水、减沙效益均与秸秆长度、秸秆覆盖量呈二元线性关系。(4)在当前试验条件下,当秸秆长度为3～5 cm,覆盖量为4.5 t/hm~2时达到最优减水减沙效益。     

渭北旱地夏闲期秸秆还田和种植绿肥对土壤水分、养分和冬小麦产量的影响

研究渭北旱地秸秆和绿肥还田土壤水分、养分的变化,对黄土高原旱区作物高产稳产有重要意义。以夏季裸地休闲为对照,研究免耕小麦秸秆还田和种植豆科绿肥及二者混合对渭北旱地冬小麦产量,播前、开花期和收获后土壤水分、硝态氮、铵态氮、有效磷和速效钾数量的影响。试验结果表明,秸秆还田和种植绿肥对冬小麦籽粒产量和生物量无影响;夏闲期种植绿肥和秸秆＋绿肥处理使播前和开花期60—160cm土壤贮水减少;种植绿肥处理表层0-20cm土壤硝态氮在播前显著增加10．7kg·hm-2,收获期增加18．4kg·hm-2;开花期种植绿肥土壤有效磷提高43．4kg·hm-2,收获期有效磷数量仍较对照高24．4kg·hm-2;秸秆还田和种植绿肥对土壤铵态氮和速效钾没有显著影响。可见,一年秸秆还田和种植绿肥对冬小麦产量没有产生显著影响,种植绿肥降低了土壤贮水,但提高了表层土壤硝态氮和有效磷数量,不同栽培方式对土壤铵态氮和速效钾含量没有影响。     

模拟降雨条件下秸秆编织地表覆盖物对土壤侵蚀和小麦产量的影响

通过自制土壤冲蚀槽,并进行人工模拟降雨试验,研究了稻秆编织地表覆盖物对坡地土壤侵蚀和小麦产量的影响。结果表明:在坡度为27°,每次降雨强度为0.5~0.8mm/m in,小麦整个生育期降雨量为672mm条件下,与无覆盖等高种植和顺坡种植相比,应用秸秆编织地表覆盖物分别减少地表径流量28.36%~44.49%和25.26%~36.74%;分别减少土壤侵蚀55.66%~85.44%和12.13%~47.43%;增加小麦产量36.08%和27.95%。     

耕作方式对旱地麦田土壤蓄水变化特征及小麦产量的影响

为探讨不同耕作方式对山西晋南旱地土壤蓄水变化特征及小麦产量的影响,以“晋麦92号”为试验材料,连续2年研究休闲期免耕+常规条播、休闲期免耕+探墒沟播、休闲期深松+常规条播和休闲期深翻+常规条播4种耕作模式对麦田土壤蓄水量及变化特征、小麦产量和水分利用效率的影响。结果表明:休闲期免耕条件下,沟播较常规条播更有利于提高100-200 cm土层蓄水量。沟播对旱地小麦产量的增加效果不明显或略有降低,2个年份水分利用效率分别降低3.6%和9.3%。休闲期深松和深翻比免耕均能提高旱地小麦播前和返青期0-200 cm土壤蓄水量,以深翻效果最佳,这种增加作用主要集中在0-100 cm土层。小麦产量在2个年度均表现为休闲期深翻+常规条播处理最高(较休闲期免耕+常规条播处理增产44.6%和147.2%)。产量增加与地上部干物重和穗粒数呈显著正相关。深松和深翻使2个年度水分利用效率分别增加12.7%和46.74%,53.70%和94.91%,且在较干旱年份(2018—2019年)增加效果越明显。可见,休闲期连续2年深松和深翻均能提高土壤蓄水量,提高旱地小麦产量和水分利用效率。免耕条件下,沟播对小麦产量影响因年份不同而异,仍需进一步探讨。     

休闲期耕作方式和施用保水剂对旱地小麦产量及水分利用率的影响

为探讨提高旱地麦田休闲期土壤蓄水保水能力、保证旱地小麦稳产高产的有效途径,本研究采用双因素裂区试验,主区为耕作方式(深松、深翻和旋耕),副区为保水剂施用量(0、45、90 kg·hm^-2),研究了耕作方式和施用保水剂对土壤含水量、土壤养分、旱地小麦产量和水分利用率的影响,并分析了土壤含水量、生育期耗水量与旱地小麦产量及其构成因素和水分利用率之间的相关关系。结果表明,与休闲期旋耕相比,休闲期深松提高了播前20~160 cm土层的土壤含水量,休闲期深翻提高了播前0~20 cm和60~140 cm土层的土壤含水量,加速了收获期20~200 cm土层的水分利用;并通过增加穗数和穗粒数使旱地小麦产量分别提高了12.63%和6.88%,显著提高了水分利用率和降水利用率,20~40 cm土层有机质、碱解氮、速效磷含量总体提高。休闲期耕作,配施保水剂45 kg·hm^-2显著提高了旱地小麦休闲期蓄水保水能力、水分利用率和产量。休闲期深松增产效果和提高水分利用率效果优于休闲期深翻。旱地小麦产量和降水利用率与播前60~120 cm土层含水量呈正相关。本研究结果为晋南旱地小麦优化耕作方式和保水剂施用量提高产量和水分利用率提供了理论依据,对旱地小麦稳产高产、减小年际间产量波动具有重要意义。