长期秸秆还田对旱地玉米产量、效益及水分利用的影响

在我国北方地区的旱作农田,从1992年秋季开始至2011年,进行了连续19年的不同秸秆还田方式的春玉米长期定位试验,研究秸秆不还田（CK）、 长期秸秆覆盖还田（SM）、 秸秆粉碎直接还田（SC）、 秸秆养畜粪肥还田（CM）对玉米籽粒产量、 经济效益和水分利用的影响。结果表明, 1）秸秆还田具有显著的增产增收效果,19年累计增产13.43~24.28 t/hm2,增产幅度11.57%~20.92%,纯效益增加了1283118171 Yuan/hm2; 2）秸秆还田可以减少玉米生育期耗水量、 增加土壤贮水总量、 明显提高水分利用效率,其中秸秆养畜粪肥还田的增产增收效果以及秸秆覆盖还田的保水效果最为明显。不同的降水年型,对玉米产量和水分利用也存在较大影响,正常降水年型玉米产量最高, 偏旱年型玉米水分利用效率最高。丰水年份和偏丰年份应当注意减少降水的无效耗散,秸秆覆盖还田在偏旱年份的增产效果尤为突 出。     

垄作对冬小麦、夏玉米产量和水分利用率的影响

试验于2005-2007年两年度在河南省浚县农业科学研究所试验田进行,设冬小麦、夏玉米一体化垄作和平作（对照）2个处理,重复2个周期。采用水分平衡法,研究了一体化垄作条件下冬小麦和夏玉米的产量和水分利用效率的变化。结果表明：冬小麦、夏玉米一体化垄作后,产量性状明显优于传统平作。垄作全年2季作物较平作增产9112～21688kg/hm2,增产幅度达45%～100%,其中,垄作冬小麦增产2425～5103kg/hm2,增产幅度为27%～59%,接续的夏玉米增产6687～16586kg/hm2,增产幅度达59%～128%;产量构成因素的变化表现为,冬小麦不育小穗数降低,成穗数增加,夏玉米果穗秃尖变短,2季作物的穗粒数和千粒重均增加。垄作节水效果显著,全年2季作物总耗水量降低61%～119%,水分利用效率提高113%～249%,其中垄作冬小麦耗水量降低92%～142%,水分利用效率提高132%～234%,接续的夏玉米耗水量降低37%～95%,水分利用效率提高103%～248%。     

华北平原不同基因型夏玉米水分-产量响应关系

对两个耗水和产量特性不同的夏玉米品种即鲁单981和郑单958,在不同生育阶段进行不同程度的水分胁迫试验,分析了作物耗水量、产量及其性状和阶段水分-产量响应系数(Ky)。结果表明,夏玉米各个生育阶段的水分亏缺对产量的影响不同,开花期的水分亏缺对产量影响最大,而拔节期的最小。品种间水分亏缺对产量的影响也存在差异,开花期最明显,此期两品种产量响应系数分别为1.4和1.2。     

微润灌对作物产量及水分利用效率的影响

为探明微润灌对作物生长及产量的影响,以夏玉米和冬小麦为研究对象,采用完全随机试验设计,对比研究微润灌不同毛管间距布置(20 cm、40 cm、60 cm)、地下滴灌和无灌溉对大田作物产量、水分利用效率和土壤电导率的影响。结果表明:与地下滴灌相比,微润灌用水量约为地下滴灌的1/4~4/5;由于灌水差异较大,作物产量有所降低,夏玉米产量显著下降(P0.05),冬小麦产量下降,但未达显著水平(P0.05);两作物水分利用效率有所提高,但差异不显著(P0.05);灌溉水分利用效率均显著提高(P0.05)。随微润管布置间距的减小,作物产量呈增加趋势,作物水分利用效率与灌溉水分利用效率均呈减小趋势。综合考虑分析,在较为缺水的塿土区微润管最佳布置间距60 cm,此时可不显著降低产量同时提高水分利用效率。此外,微润灌布置间距对土壤电导率的影响较小。采用微润灌与地下滴灌处理时,随土层深增加,作物各生育期土壤电导率无显著差异(P0.05)且变化趋势基本一致,表明微润灌与地下滴灌对土壤的影响具有一致性。微润灌下作物产量与灌浆成熟期10~20 cm土层土壤电导率和10~80 cm土层土壤平均电导率之间相关性显著。因此,采用灌浆成熟期10~20 cm土层土壤电导率或10~80 cm土层土壤平均电导率预估微润灌下的作物产量具有可行性。上述研究可为微润灌技术推广应用提供依据。     

施肥和秸秆覆盖对旱地作物水分利用效率的影响

１９９２～１９９５年,在陕西省合阳旱地进行了施肥和秸秆覆盖对冬小麦、春向日葵水分利用效率影响试验。结果表明,在一定的施肥范围内,肥水表现为互促协同效应,作物的水分利用效率随着施肥量的增加而提高,试验条件下,冬小麦水分利用效率增加１４．９％～５７．５％。秸秆覆盖能抑制土壤蒸发,增强作物蒸腾,从而提高作物水分利用效率,在旱地推广合理施肥和秸秆覆盖技术是提高作物产量的有效途径。     

微喷灌对夏玉米产量和水分利用效率的影响

为研究微喷灌对夏玉米产量和水分利用效率(WUE)的影响,本试验在旱棚条件下以郑单958为试验材料,设置2种灌水方式:微喷灌P(灌水定额:38 mm/次)和畦灌Q(灌水定额:75 mm/次),3种灌水次数:1次(W1)、2次(W2)和3次(W3),采用土壤水分测定仪实时监测整个夏玉米生长季多土层(0～200 cm)土壤体积含水量的动态变化。结果表明,在2种灌水模式下,随着灌水次数的增加(总灌水量增加),夏玉米产量呈增加趋势;相同灌水次数下,微喷灌处理的产量均低于畦灌。与QW1相比,PW2灌水量相同、灌水次数较多,产量提高5.0%;与QW2相比,PW3灌水量减少24%、灌水次数增加,产量提高14.3%。与QW1和QW2相比,PW3植株具有较高的穗位叶光合速率和干物质积累量,且增加了粒重和产量。进一步分析微喷灌(PW2)和畦灌(QW2)的耗水特性发现,与QW2相比,PW2叶面积指数、穗位叶蒸腾速率、阶段耗水量、耗水强度、灌水后日蒸散量及对0～100 cm土层水分的消耗均降低,而深层尤其是100 cm以下土壤水分的利用比例增加,进而PW2全生育期总蒸散量降低10.8%,WUE提高10.3%。综...     

覆盖方式对玉米农田土壤水分、作物产量及水分利用效率的影响

为了加深对地面覆盖措施保墒增产机理的认识,通过大田试验,对黄土高原南部旱塬区秸秆和地膜两种覆盖方式下玉米农田土壤水分动态、作物产量形成和水分利用效率进行了分析。结果表明:在试验年份,与不覆盖相比,秸秆覆盖后玉米生育期内土壤储水量提高了5.2%～8.4%(P<0.05),籽粒产量和水分利用效率分别降低了7.8%和3.5%;而地膜覆盖下土壤储水量的差异不显著,但显著提高了产量构成指标,其籽粒产量和水分利用效率分别较对照提高了14.1%和10.6%(P<0.05),显示后者抑制土表蒸发所增加的土壤水分更多地、更有效地被作物根系吸收利用了。从产量形成和水分利用效率角度分析,本地区旱作玉米农田使用地膜覆盖有较好的保墒增产效果。     

不同水分条件下保水剂对冬小麦产量及水分利用效率的影响

试验采用保水剂(B)与灌水水平(W)两因素2×4完全均衡方案和裂区区组设计,研究不同水分条件下保水剂对冬小麦产量及水分利用效率的影响。结果表明,灌水水平在20%~80%条件下,不施保水剂时,灌水量为80%时冬小麦产量达到最大值;施用保水剂时,灌水量为60%时冬小麦产量最高。随着灌水量的增加,土壤水分含量有所提高,施用保水剂后土壤水分显著提高;在冬小麦孕穗期灌水量为田间持水量的60%时,施用保水剂后土壤水分增加1.57倍。低灌水水平和高灌水水平均削弱保水剂对水分生产效率、灌水利用效率和降水利用效率的增加效应。可见,灌水的增产效应与灌水对水分生产效率、灌水利用效率、降水利用效率的提高有着密切关系。在本年度(2011年10月~2012年6月)降水及气候条件下,施用保水剂时,最佳灌水量为田间持水量的60%时冬小麦产量最高。     

北京都市农业种植制度的发展方向——春玉米-熟制

选择合理的种植制度,可使北京市种植业既能克服水资源限制,又能更好地发挥农业抑制扬尘的生态服务功能,兼顾农民兼业增收的要求,从而满足北京市种植业发展的需要。本文采用文献研究、试验和调研相结合的方法,对北京市种植制度调整的必要性和不同种植制度的效益进行探讨。对春玉米-熟制和冬小麦-夏玉米两熟制多种效益的比较表明,春玉米-熟制虽比冬小麦-夏玉米两熟制经济效益略低,但具有较好的环境效益、较低的水资源消耗,且有利于农民兼业增收,是更符合北京市都市农业发展要求的种植制度。     

施肥和降水年型对旱地玉米产量及水分利用的影响

在我国北方半湿润偏旱区的山西省寿阳县旱农试验区,经过长达10年的定位试验结果表明,施肥可使水分利用效率明显提高,是不施肥处理的2.25倍;旱地玉米产量和水分利用效率,同时受生育期降水量和播前土壤贮水量两个因素的影响.干旱年份,玉米产量的提高更依赖于土壤水分、养分的协调供应,施肥的增产效果受到土壤水分亏缺的限制,合理施肥、培肥土壤、保蓄水分,可增强旱地玉米抵御干旱的能力;丰水年份和正常年份,肥料的增产作用得到充分发挥,丰水年份应注意蓄水保墒.     

品种和播期对华北春玉米产量及水分利用效率的影响

华北平原冬小麦夏玉米一年两作种植制度主要受水资源的约束,发展休耕轮作是实现该区域农业可持续发展的途径之一。春玉米高效生产是提升休耕轮作产能的关键因素,如何利用品种特性进行播期调整以适应区域生产特点提高产量是该区春玉米生产中面临的主要问题。为此,于2016年5—9月在中国科学院南皮生态农业试验站以5个玉米品种(‘华农887’、‘胡新338’、‘郑单958’、‘华农866’和‘联创1号’)为材料,比较分析了3个播期(5月1日、5月15日和5月30日)下春玉米生育时期、产量及产量要素、耗水和水分利用效率的变化情况,并结合气象因子分析探讨了春玉米产量及其构成要素与环境因子的关系。结果表明:随着播期推迟,不同春玉米品种的生育期总天数均呈显著减少趋势(P0.05),生育期总天数的减少主要是播种到抽雄天数减少所致。不同春玉米品种的生育期总天数也存在较大差异,在各播期处理下均相差5~7 d。在产量方面,5月1日和5月15日播种的5个玉米品种间平均产量没有显著差异,5月30日播种的平均产量显著高于前2个播期,其产量提升主要是百粒重增加所致。随着播期的推迟,春玉米的耗水量变化不大,水分利用效率呈增加趋势,这主要与降水的分布有关。通过气象因子分析,不同播期下百粒重与抽雄前后的积温和降水呈显著相关(P0.05)。综合产量、耗水和水分利用效率分析,在该区域推荐5月30日左右为春玉米的适宜播种日期,‘华农866’和‘华农887’是适宜该区生产的潜力品种。     

耕作与施肥对旱地玉米田土壤耗水量和水分利用效率的影响

为探究保护性耕作与施肥对渭北旱地春玉米田土壤耗水量和水分利用效率的影响,达到高效生产的目的。于2013—2015年在渭北旱塬实施了春玉米耕作与施肥田间试验,共设置6种耕作与施肥处理:翻耕+低肥(A1)、免耕+高肥(A2)、深松+平衡施肥(A3)、翻耕+无肥(B1)、免耕+无肥(B2)和深松+无肥(B3),测定了春玉米休闲期与生育时期0~200 cm土层土壤蓄水量和收获时籽粒产量。结果表明:1)保护性耕作能显著提高旱地玉米田土壤蓄水保墒能力。与传统翻耕处理B1相比,休闲期,B2和B3播前土壤蓄水量分别提高23.39 mm和27.73 mm(P0.05);耕作处理区,B2和B3全生育期土壤蓄水量平均提高13.41 mm和15.70 mm;耕作施肥处理区,A2、A3土壤蓄水量较A1分别提高13.15 mm、19.54 mm。2)平衡施肥能有效提高玉米全生育期平均土壤蓄水量,与不施肥处理相比,全生育期土壤蓄水量平均提高6.79 mm(P0.05)。3)保护性耕作与施肥能提高玉米籽粒产量与水分利用效率。耕作无肥处理区,与B1比较,B3处理产量提高212~576 kg×hm~(-2),水分利用效率提高0.83~2.21 kg×hm~(-2)×mm~(-1);耕作施肥处理区,A3产量与水分利用效率提高最为显著,产量较A1提高659~1 495 kg×hm~(-2),水分利用效率提高0.65~3.82 kg×hm~(-2)×mm~(-1)(P0.05)。3种施肥方式下以氮、磷、钾平衡施肥产量与水分利用效率提高幅度最大。4)对耗水量与产量进行相关性分析发现,抽雄—灌浆生育阶段土壤耗水量与产量呈显著正相关,保护性耕作提高玉米生长初期土壤蓄水保墒能力,提高春玉米抽雄—灌浆期土壤水分,增加作物生长关键时期对水分的利用效率,利于玉米籽粒产量的提高。因此在渭北旱地春玉米田,深松与平衡施肥组合能提高春玉米产量与水分利用效率,是该地区玉米高效生产较为适宜的种植模式。     

华北典型区域土壤耕作方式对土壤特性和作物产量的影响

华北平原是我国重要的小麦玉米种植区,长期土壤旋耕免耕和秸秆全量还田带来耕层变浅、犁底层变厚和上移、土壤养分表聚等现象,通过耕作方式改变,解决上述问题对维持区域粮食生产有重要意义。试验以冬小麦-夏玉米轮作系统为研究对象,分别在代表华北平原高产区的栾城试验区和代表中低产区的南皮试验区进行,设置冬小麦播种前进行土壤深耕、深松、窄深松3种处理,以生产上常用的旋耕为对照。所有处理夏玉米季均采用土壤免耕播种,测定项目包括土壤容重、作物根系、作物产量和水分利用效率。结果表明,不同耕作方式对土壤特性和作物产量的影响具有区域差异。南皮试验区土壤深耕(松)显著地(P0.05)提高了作物产量,深耕、深松和窄深松处理的冬小麦产量比旋耕分别增加16.5%、19.3%和13.1%,夏玉米产量分别增加17.3%、16.2%和21.9%,周年产量分别增加16.9%、17.6%和17.8%;深耕、深松和窄深松处理间作物产量差异不显著。栾城试验区冬小麦、夏玉米产量和周年产量各处理之间差异不显著。土壤深耕、深松、窄深松和旋耕均能降低0～20 cm土层土壤紧实度和土壤容重。冬小麦播种后,与土壤耕作前比较,土壤深耕、深松和旋耕处理土壤紧实度南皮试验区分别平均降低71.6%和68.2%,栾城试验区分别降低88.8%和?7.7%,常用的旋耕模式在栾城试区没有降低土壤紧实度。小麦收获时不同耕作方式0～40cm土层的土壤容重均低于土壤耕作前的土壤容重,至夏玉米收获时不同耕作处理的土壤容重与耕作前基本一致,不同耕作处理对土壤容重的影响差异不显著。在南皮试验区, 3种耕作方式与旋耕相比,均显著提高了冬小麦和夏玉米水分利用效率;在栾城试验区,各处理冬小麦和夏玉米水分利用效率差异不显著。本研究结果显示在华北平原高产区连续实施土壤旋耕模式没有影响作物产量,而在中低产区实施土壤深耕或者深松模式更利于作物产量提高。     

华北平原春绿豆-夏玉米种植模式经济效益和碳足迹评价

华北平原是我国重要的粮食生产基地,长期集约化的冬小麦-夏玉米种植导致氮肥施用过量、地下水超采及碳排放增加等生态环境问题日益突出。因此,调整现有种植结构,构建资源节约型种植制度对缓解该区域生态环境问题具有重要意义。为明确新型春绿豆-夏玉米模式的可行性,本研究基于大田试验和生命周期评价方法(life cycle assessment, LCA),定量评估了春绿豆-夏玉米模式与冬小麦-夏玉米模式的产量、经济效益、碳排放和碳足迹。结果表明,春绿豆-夏玉米模式中绿豆与玉米的产量分别为1 760.1 kg·hm~(-2)和8 775.8 kg·hm~(-2),当量产量(换算为玉米产量)为18 833.4kg·hm~(-2),比冬小麦-夏玉米模式低20.4%(P0.05);周年净收入为27 085$·hm~(-2)(包括每年7 500$·hm~(-2)的冬季休耕补贴),比冬小麦-夏玉米模式高20.2%;周年碳排放为4 642.1 kg(CO2-eq)·hm~(-2),比冬小麦-夏玉米模式低36.1%;单位产值碳足迹为0.17kg(CO_2-eq)·$~(-1),比冬小麦-夏玉米模式低48.5%(P0.01)。综合来看,在华北平原引入春绿豆-夏玉米模式部分替代传统冬小麦-夏玉米模式,能够改善种植结构,同时提高农民收入、降低农业生产系统碳排放和碳足迹。     

氮肥基/追比对华北平原夏玉米生长发育与水、氮利用的影响Ⅰ.夏玉米生长发育与水分利用效率

在较低施N量[180kg(N)/hm2]下,以"郑单958"为材料,研究了N肥不同基/追比例(1∶2、1∶1和2∶1)对华北平原夏玉米生长发育及水分利用效率的影响。结果表明,夏玉米总叶数、株高及产量均因施N而增加,且追N比例越大增幅越大。基施N有利于叶面积扩展,而追施N有利于灌浆期叶面积的维持;籽粒粗蛋白、游离氨基酸含量因施N而提高,且随追N比例增大而增大;淀粉含量以1∶2处理增大,而另两施N处理降低;施N可提高水分利用效率,追N比例较大有利于水分利用效率的提高。可见,对降水主要集中在夏玉米播种至大喇叭口期的华北平原来说,基施N不宜过多,基、追N肥比1∶2最有利于夏玉米农艺性状改善、产量提高、品质改善及水分利用效率提高。     

伤根对春小麦光合特性及水分利用效率的影响研究

盆栽春小麦伤根处理试验结果表明 ,苗期春小麦伤根适度处理可提高叶片光合速率及水分利用效率 ,促进光合产物积累 ,增加春小麦产量。拔节期春小麦伤根处理则抑制春小麦生长 ,降低其产量。     

不同灌水对冬小麦农艺性状与水分利用效率的影响研究

试验研究不同灌水对 10个冬小麦品种农艺性状、产量和水分利用效率的影响结果表明 ,不同冬小麦品种对水分亏缺的响应规律基本相同 ,但品种间有一定差异 ,充分灌水处理冬小麦生物量较大且水分利用效率较低 ,而灌 2水 (拔节～抽穗水 )处理效果较佳 ,其中“6 36 5”抗旱性能和产量潜力最佳 ,水分利用效率也较高。     

气候×基因型×水分管理对河北平原冬小麦产量和WUE的影响

冬小麦是华北平原的主要作物,其生长受气候等环境因子和品种、管理措施等因素的共同影响。为了研究气候×基因型×水分管理互作对河北平原冬小麦产量及水分利用效率(WUE)的影响,以‘科农2009’‘藁优2018’和‘师栾02-1’3个该区域主栽冬小麦品种为材料,于2018—2019年沿北纬38°带,选择河北平原冬小麦主产区的4个典型试验站点(衡水、南皮、栾城、南大港)进行了不同水分管理(雨养、灌溉)的大田试验。结果表明:在灌溉条件下,衡水、南皮、栾城和南大港的小麦产量分别为6 316.7kg·hm~(-2)、5 204.1kg·hm~(-2)、4 356.5kg·hm~(-2)和2 597.7 kg·hm~(-2), WUE分别为1.62 kg·m~(-3)、1.72 kg·m~(-3)、1.36 kg·m~(-3)和1.08 kg·m~(-3);在雨养条件下,南皮、栾城、衡水和南大港的小麦产量分别为2 644.4kg·hm~(-2)、2 602.8kg·hm~(-2)、2 422.3kg·hm~(-2)影响1 784.3kg·hm~(-2),WUE分别为1.13kg·m~(-3)、1.10 kg·m~(-3)、1.18 kg·m~(-3)和1.01 kg·m~(-3)。统计分析表明,穗数是影响产量的最主要因素,气候×水分管理互作对产量和WUE均有极显著影响(P0.01),气候×基因型×水分管理互作对WUE有显著影响(P0.05);水分是影响产量和WUE的最重要因素。综合产量、耗水和WUE分析,在降水量偏少的年份,南皮在4个试验站点中冬小麦耗水量较少、WUE最高、产量较高。分蘖能力强的小麦品种是适宜该区域种植的潜力品种类型。     

虚实并存耕层提高春玉米产量和水分利用效率

为了探明耕层构造对春玉米产量及水分利用效率的影响,在农业部阜新农业环境与耕地保育科学观测实验站利用长期定位试验,设置了虚实并存耕层(furrow loose and ridge compaction plough layer,FLRC)、全虚耕层(all loose plough layer,AL)、全实耕层(all compaction plough layer,AC)、以及作为对照(controlled trial,CK)的上虚下实耕层(up loose and down compaction plough layer,ULDC)4种耕层结构,研究了不同耕层构造对春玉米产量及水分利用效率的影响。利用2011和2012年数据分析结果表明,不同耕层构造对春玉米产量影响显著(P0.05),2a平均表现为FLRCALULDCAC,FLRC和AL比CK分别增加16.39%、5.30%,收获指数在0.38~0.44之间。在平水年(2011)和丰水年(2012)虚实并存耕层和全虚耕层均可有效蓄积降水,改善土壤水分状况,明显提高玉米的降水利用效率,2011年FLRC比ULDC提高11.95%(P0.05);2012年FLRC和AL分别比CK提高21.23%(P0.05)和12.43%(P0.05);不同降雨年型和不同耕层结构对作物水分利用效率(water use efficiency,WUE)影响不同,2011年FLRC比CK增加15.68%(P0.05),2012年FLRC比CK增加23.13%(P0.05),2a平均提高18.43%。综合分析认为,虚实并存耕层是提高土地生产力和农田水分利用效率的最优耕层结构。该研究为辽西旱作农业区合理耕层构建、确定适宜的耕作技术和实现作物的高产稳产提供参考。     

单作和间作对玉米和大豆群体辐射利用率 及产量的影响

通过两个生长季(2006～2007年)的大田试验,研究了1:3和2:3两种问作模式及单作种植对玉米和大豆群体辐射截获与利用以及产量的影响.结果表明,单作玉米、单作大豆、1:3间作和2:3间作的消光系数分别为0.45、0.60、0.53和0.52.播后第79 d前,间作和单作玉米的干物质量间差异不显著;此后,1:3同作玉米的干物质量极显著高于单作玉米,1:3和2:3间作模式之间玉米干物质量的差异显著;观测期内,大豆干物质量单作和问作间差异显著.玉米/大豆1:3间作群体的辐射利用率(3.51 g·MS-1)和2:3间作群体的辐射利用率(3.49g·MJ-1)约为单作大豆辐射利用率(1.24g·MJ-1)的2.8倍.但略低于单作玉米(3.56g·MJ-).虽然单作玉米和大豆的籽粒产量均高于间作群体内玉米和大豆的籽粒产量,但间作群体的总产量分别比单作玉米和大豆的产量高约6.0%和320%;间作种植收入比单作玉米高56%～60%.比单作大豆高70%～74%.本研究表明,间作种植能够通过更有效地利用光能来增加作物产量,进而提高农民收入.