“旋松一体”耕作对潮土和砂姜黑土物理性质及作物生长的影响

为改善潮土和砂姜黑土容重大,穿透阻力强,犁底层紧实等结构障碍。研究提出一种“旋松一体”耕作方式,并在山东德州的典型潮土和安徽怀远的典型砂姜黑土进行试验。其中,潮土设置旋耕15 cm、旋松一体30 cm两个处理;砂姜黑土设置旋耕15 cm、深翻30 cm和旋松一体30 cm三个处理,研究旋松一体耕作对两种土壤0 ~ 40 cm土层土壤容重、紧实度、水分动态和小麦玉米根系及产量生长的影响。结果表明:与旋耕相比,旋松一体耕作显著降低了潮土和砂姜黑土容重和穿透阻力,与深翻相比,旋松一体耕作也显著降低了砂姜黑土容重和穿透阻力。旋松一体耕作显著提高了降水后土壤水分下渗速度、下渗量及下渗深度,进而提高潮土深层,砂姜黑土小麦季表层及玉米季深层土壤体积含水量。与旋耕相比,旋松一体耕作分别增加潮土和砂姜黑土小麦产量11.4%和7.1%,玉米产量6.7%和37%（受涝害胁迫）,提高直接经济收益1748和3277元hm?2。旋松一体耕作有效改善了潮土和砂姜黑土物理性质,提高作物产量和经济效益显著,可作为华北平原土壤耕层结构改良的新型耕作模式。     

不同耕作模式对小麦—玉米轮作下潮土养分和作物产量的影响

通过分析裂区设计下的6个处理,即小麦季深耕和旋耕2个主处理×玉米季免耕播种、行间深松和行内深松3个副处理:(1)旋耕+免耕播种(RT—NT);(2)旋耕+行间深松(RT—SBR);(3)旋耕+行内深松(RT—SIR);(4)深耕+免耕播种(DT—NT);(5)深耕+行间深松(DT—SBR);(6)深耕+行内深松(DT—SIR),对土壤养分含量和作物产量影响,筛选适宜于小麦—玉米轮作体系的耕作模式。结果表明,各处理土壤养分含量在小麦、玉米两季中均随土层深度增加而降低。小麦季,旋耕处理0—10cm土层土壤全氮、碱解氮、有效磷含量、硝态氮含量显著高于深耕处理;但深耕增加当季30—40cm土层土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷、硝态氮、铵态氮含量。玉米季,DT—NT处理0—30cm土层有机质含量较RT—NT处理增加40.1%～64.3%。RT—SBR、RT—SIR处理显著提升土壤0—30cm全氮含量,其中RT—SBR处理0—10cm土层全氮含量最高,为1.4g/kg。RT—SIR处理显著增加0—20cm土壤碱解氮含量,较RT—NT显著增加15.0%～25.3%。在0—40cm土层,DT—SBR处理的有效磷含量最高,而RT—SBR处理的速效钾含量最高。DT—SIR处理显著提升20—50cm土层硝态氮和铵态氮含量,其中硝态氮含量为8.5～30.4mg/kg,铵态氮含量为2.6～8.9mg/kg。与小麦季相比,玉米季提升10—20cm土层有机质含量、0—50cm土层的碱解氮、有效磷、速效钾含量以及40—50cm土层的硝态氮、铵态氮含量。DT—SBR和DT—SIR处理穗长、百粒重、收获指数和产量显著高于其他处理,且二者产量较RT—NT处理显著增加6.4%～10.8%。玉米季DT—SIR处理的肥料偏利用率和经济效益最高。综上所述,深耕+行内深松处理有利于增加土壤养分含量,且增产效果较好,在本研究中最优。     

深松35 cm可改善潮棕壤理化性质并提高小麦和玉米产量

【目的】我国传统耕作深度一般为20 cm，长期不变的翻耕深度降低耕层厚度，增加了犁底层厚度，影响作物的生长。研究小麦—玉米一年两季的种植模式下深松耕作的效果，为大田耕作管理提供技术支持。【方法】田间试验在山东烟台潮棕壤上进行。设计4个耕作处理，分别为常规翻耕20 cm (CK)、深松30 cm、深松35 cm、深松40 cm。小麦播种前进行耕作处理，所有处理均结合耕作一次性基施腐殖酸复合肥 (N–P₂O₅–K₂O=18–10–12) 1125 kg/hm2。玉米免耕，在拔节期追施一次化肥。于小麦、玉米收获期取0—10 cm、10—20 cm、20—30 cm及30—40 cm土层土壤样品，测定土壤速效养分含量与土壤容重，计算三相比，并调查小麦、玉米产量。【结果】与CK相比，深松30 cm、35 cm、40 cm小麦季分别增产10.9%、15.3%和15.5%，玉米季分别增产12.0%、14.9%和9.4%(P < 0.05)；10—40 cm土层土壤容重降低了0.03～0.18 g/cm3。其中，小麦季0—10 cm土层中CK处理土壤容重显著低于各深松处理，深松35 cm处理0—10 cm与10—20 cm土层土壤容重显著高于其他各处理；玉米季0—10 cm与10—20 cm土层土壤容重最低的处理为深松35 cm，且显著低于其他处理。小麦季深松30 cm处理各土层土壤三相比 (R值) 在13.2～15.9之间，总体最小，玉米季则以深松40 cm三相比值总体最小，在6.03～8.81之间。深松处理增加了20—40 cm土层有效养分含量，其中深松35 cm处理的20—40 cm土层有效磷和速效氮含量增加最为明显，分别为0.56～37.4 mg/kg与31.9～77.8 mg/kg；速效钾各土层的增加则以深松30 cm最为显著，为24.3～100 mg/kg；有机质含量以深松40 cm增加量最大，为0.95～0.69 g/kg。【结论】深松耕作可显著降低当季土壤容重，增加当季与下一季作物产量，提高土壤耕层以下20—40 cm土层的养分有效性，综合各机械能耗与耕作效果，以深松35 cm最佳。     

耕作和灌水处理对冬小麦-夏玉米水分利用及产量的影响

为探索华北平原冬小麦-夏玉米复种连作合理耕层构建的技术途径和技术指标,于2015―2016年在河南新乡实施了深松(ST)、深松+秸秆还田(ST+RS)和常规旋耕(RT)3种耕作方式,在不同耕作方式中根据土壤湿润层有效含水量各设置3种灌水控制下限,高灌水控制下限为60%(H)、中灌水控制下限为50%(M)和低灌水控制下限为40%(L),通过对土壤和作物生长指标及产量的测定,分析各处理作物产量和水分利用效率的变化规律。结果表明,ST和ST+RS处理均能降低土壤容重,增加土壤孔隙度、田间持水量和饱和含水量,且以深松+秸秆还田处理效果最佳;与RT相比,ST和ST+RS处理0～40 cm平均土壤容重降低5.0%和6.0%,土壤孔隙度增加6.9%和8.0%,田间持水量增加6.2%和12.8%,饱和含水量增加6.2%和5.7%。耕作方式与灌水处理互作显著增加了冬小麦-夏玉米复种连作周年0～100 cm土层的储水量。ST和ST+RS处理0～100 cm土层储水量较RT分别增加11.0%和15.8%,高水分、中水分处理较低水分处理分别增加18.1%和11.1%。耕作方式对冬小麦、夏玉米产量和水分利用效率(WUE)影响显著,其中,ST和ST+RS处理周年产量较RT分别平均增加9.2%和15.5%,WUE平均提高11.2%和15.3%;灌水处理同样对冬小麦、夏玉米的产量和水分利用效率(WUE)影响显著,产量随灌水控制下限的增加而增加,即高水分中水分低水分,而WUE则以中水分处理最高。因此在该地区土壤和气候条件下,深松秸秆还田辅以适宜灌水控制下限是较为理想的栽培措施,有利于土壤耕层合理构建,并提高水分利用效率和作物产量。     

适宜耕作模式提高黄淮海平原冬小麦产量并改善土壤水肥状况

为了探索黄淮海小麦生产适宜的耕作模式,该研究设计长期定位试验（2017年—2022年）对比了简化耕作模式深耕（deep tillage, DT）、轮耕（rotational tillage, RT）和免耕（no-tillage, NT）对冬小麦产量和土壤水肥状况的影响。结果表明：RT处理显著提高了冬小麦苗期0～20 cm土层土壤水分吸收利用情况,冬小麦孕穗期、灌浆期RT处理0～20、>20~40 cm土层土壤含水量显著高于DT、NT处理。RT处理0～20、>20～40 cm土壤全氮、有机质含量和碳氮比含量较DT、NT处理显著提高, 2021—2022年0～20 cm土壤全氮、有机质含量、碳氮比RT处理较DT和NT处理分别显著提高40.45%和31.58%、56.66%和45.34%、11.62%和9.91%。2020—2021年和2021—2022年RT处理冬小麦产量较DT、NT处理分别显著提高20.20%、13.39%和20.35%、18.74%。RT处理显著增加了冬小麦千粒质量,其产量变异系数最低,产量可持续指数最高,说明RT处理有助于增加冬小麦生产力稳定性和可持续性,可以实现黄淮海冬小麦高产稳产。研究可为黄淮海平原冬小麦生产应用一年深耕、两年免耕的轮耕耕作模式提供理论指导与技术支撑。     

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。     

复种模式对豫西褐土团聚体稳定性及其碳、氮分布的影响

  【目的】  长期单一的玉米–小麦复种模式会引起土壤结构破坏、农田生产力下降。探究不同复种模式对农田土壤团聚体稳定性及其碳、氮分布的影响,为维持土壤结构稳定,实现农业可持续发展提供科学依据。  【方法】  定位试验在河南洛阳褐土上进行。设置冬小麦–夏玉米 (T1)、冬小麦–夏花生 (T2)、冬小麦–夏玉米||花生间作 (2行玉米间作4行花生,T3) 3个复种模式处理。试验始于2014年6月,2019年10月夏季作物收获后 (共11茬作物),采集0—20和20—40 cm土层土壤样品,利用湿筛法和干筛法分析土壤团聚体组成、团聚体稳定性、有机碳和全氮在不同粒级团聚体中的含量及分配比例。  【结果】  与T1相比,在0—20 cm土层中,T2和T3处理土壤中 > 0.25 mm粒级的机械性团聚体 (DR_0.25) 占比分别增加了5.9%和9.9%,> 0.25 mm粒级的水稳性团聚体 (WR_0.25) 占比分别增加了50.3%和57.9%,不稳定性团粒指数 (E_LT) 分别较T1减少了33.2%和50.6%,土壤团聚体破坏率 (PAD) 分别较T1减少49.3%和51.4%,土壤团聚体平均质量直径 (MWD) 分别较T1增加36.4%和47.0%,几何平均直径 (GMD) 分别较T1增加100.0%和120.0%。在20—40 cm土层中,T2和T3处理土壤中不稳定性团粒指数 (E_LT) 分别较T1减少了13.2%和18.0%,土壤团聚体破坏率 (PAD) 分别较T1减少21.4%和28.8%,土壤团聚体平均质量直径 (MWD) 分别较T1增加4.8%和6.0%,几何平均直径 (GMD) 分别较T1增加11.5%和7.7%。各粒级的有机碳和全氮含量均以2～0.25 mm粒级最高,且0—20 cm土层的有机碳和全氮含量高于20—40 cm土层。与T1处理相比,T3处理显著提高了0—20 cm土层各粒级土壤全氮的贡献率和 > 0.25 mm粒级土壤有机碳的贡献率,降低了 < 0.25 mm粒级土壤有机碳的贡献率;T2处理显著提高了0—20 cm土层除 >2和<0.053 mm粒级外的土壤全氮的贡献率和 > 0.25 mm粒级土壤有机碳的贡献率,降低了0.25～0.053 mm粒级土壤有机碳的贡献率。与T1处理相比,T2和T3处理提升了0—20和20—40 cm土层土壤总有机碳、全氮、有效磷和速效钾的含量,3个处理的土壤容重和pH无显著差异。  【结论】  冬小麦–夏花生、冬小麦–夏玉米||花生复种模式较传统冬小麦–夏玉米复种模式明显增加了土壤大团聚体含量,增强了团聚体的机械稳定性和水稳定性,还可显著提高土壤团聚体 (特别是 > 0.25 mm粒级团聚体) 的碳、氮含量,提高土壤有效磷和速效钾含量,更有利于豫西褐土区农田土壤肥力保持。且冬小麦–夏玉米||花生复种的效果优于冬小麦–夏花生复种。     

麦前深松对夏玉米土壤物理性状和生长特性的影响

为探明华北地区深松耕作方式对夏玉米生育期土壤物理性状和水分利用效率的影响,在河南省新乡采用冬小麦播前深松耕作(PS)、传统旋耕(CK)2种耕作方式,对夏玉米各生育期间的土壤粒径组成、容重、土壤紧实度、夏玉米生长发育指标及水分利用效率等进行了研究。结果表明:PS处理下土壤粒径组成无明显变化,全生育期PS较CK处理0—40cm土层土壤容重降低0.63%~3.85%,孔隙度提高0.27%~3.67%;拔节期PS较CK处理20—30,30—40cm土层土壤紧实度显著降低37.76%,22.26%;全生育期PS处理的土壤含水率、夏玉米株高、叶面积指数、干物质积累量均高于CK,产量提高了9.50%,穗长和穗粒重提高了4.18%和6.50%(p0.05),水分利用效率提高5.08%,节水增产效果显著。     

小麦-玉米轮作体系不同旋耕和深耕管理对潮土微生物量碳氮与酶活性的影响

【目的】通过研究黄淮平原潮土区两年不同轮耕模式下土壤微生物量碳氮、酶活性的差异和变化特征,为该地区选择适宜的耕作制度提供理论依据。【方法】2016-2018年采用裂区设计进行田间小麦–玉米轮作系统下的轮耕试验。主处理为小麦季旋耕(RT)和深耕(DT),3个副处理为玉米季免耕(NT)、行间深松(SBR)、行内深松(SIR),共6个处理。2017、2018年玉米收获后,每10 cm一个层次,测定了0-50 cm土层土壤有机质、全氮、速效养分、微生物量碳(SMBC)、微生物量氮(SMBN)和脲酶、蔗糖酶、中性磷酸酶活性。【结果】各处理土壤有机质、全氮、速效养分、SMBC、SMBN及酶活性均随土层深度的增加而降低,40-50cm土层不受耕作方式的影响。小麦季深耕和玉米季深松对表层土壤有机质和全氮影响不明显,但显著提高了深层土壤有机质和全氮含量。小麦季旋耕显著增加了玉米季0-10 cm土层中速效养分含量,而小麦季深耕条件下的DT-SBR和DT-SIR处理则显著增加了20-40 cm土层中的速效养分含量。在0-20 cm土层,小麦季旋耕条件下的RT-NT、RT-SBR和RT-SIR处理的SMBC明显高于小麦季深耕条件下的DT-NT、DT-SBR和DT-SIR处理,但在20-40 cm土层,SMBC和SMBN均表现为小麦季深耕处理显著高于旋耕处理,且以DT-SIR处理SMBC (67.99 mg/kg)和SMBN (45.96 mg/kg)最高。小麦季深耕处理提高了深层(30-40 cm)土壤微生物量氮/全氮值,但降低了表层(0-20 cm)土壤中的微生物熵。玉米季深松处理(RT-SBR、RT-SIR、DT-SBR和DT-SIR)较免耕处理(RT-NT和DT-NT)均提高了土壤酶活性,其中,在0-20 cm土层,RT-SBR和RT-SIR处理土壤脲酶活、蔗糖酶和中性磷酸酶活性较高;而DT-SBR和DT-SIR处理则提高了深层(20-40 cm)土壤中这三种酶的活性。【结论】在本试验期内,小麦季旋耕–玉米季深松处理(RT-SBR和RT-SIR)能明显提高0-10 cm土壤速效养分含量、0-20 cm土壤微生物量碳含量,而小麦季深耕–玉米季深松处理(DT-SBR和DT-SIR)则提升了20-40 cm土层土壤有机质、全氮、速效养分、微生物量碳和氮含量;小麦季深耕处理提高了深层(30-40 cm)微生物量氮/全氮比,但降低了表层(0-20 cm)土壤微生物熵。     

土层置换对土壤物理性质及养分有效性的影响

以辽宁半干旱区旱田为研究对象,将0~20 cm土壤与20~40 cm土壤进行位置转换,探讨土层置换对土壤物理性质及土壤养分含量的影响。研究结果表明:土层置换后,10~30 cm土壤容重较常规耕作分别降低3.62%和5.11%;0~10cm与20~30 cm土壤含水量比常规耕作处理增大2.06%和6.82%;10~30 cm土壤导水率较常规耕作处理增加62.6%和219.2%;10~30 cm土壤碱解氮、速效钾、速效磷含量均高于常规耕作处理;玉米穗数、玉米出籽率、籽粒含水量以及玉米产量比常规耕作处理增加9.76%、4.67%、4.89%和8.56%。综上,应用土层置换技术,能够显著改善旱田土壤物理性状,提高养分有效性,为作物生长提供良好的土壤环境。     

深松深度对砂姜黑土耕层特性、作物产量和水分利用效率的影响

研究深松深度对砂姜黑土耕层特性、作物产量和水分利用效率的影响,可为构建砂姜黑土合理耕层的耕作深度指标提供依据。本研究基于多年定位大田试验,采用大区对比设计,设置4个深松深度(30 cm、40 cm、50 cm、60 cm)处理,以旋耕(RT,平均耕作深度为15 cm)作为对照,研究不同深松深度对土壤紧实度、土壤三相比(R)值、作物根系形态、作物产量和水分利用效率的影响。研究结果表明,深松深度增加能显著降低土壤紧实度,使土壤的三相比(R)更加合理,进而促进作物根系生长。不同深松深度中,深松60 cm处理的土壤紧实度和三相比(R)值与对照相比降幅最大,深松40 cm处理的冬小麦根系生物量最大,深松50 cm处理的夏玉米根系生物量最大。深松不仅增加作物产量,还提高作物水分利用效率。深松30 cm处理的周年作物产量最高,比对照增产12.2%,但与深松40 cm处理差异不显著。深松50 cm处理的周年水分利用效率最高,但与深松30 cm和深松40 cm处理差异不显著。深松30 cm、40 cm和50 cm的周年水分利用效率比对照分别增加9.1%、8.8%和12.7%。因此,砂姜黑土适宜的深松深度为30~40 cm。     

耕作方式和秸秆还田对砂姜黑土碳库及玉米小麦产量的影响

长期秸秆还田免耕覆盖措施导致沿淮区域砂姜黑土耕层变浅、下表层(10～30 cm)容重增加、土壤养分不均衡等问题凸显,限制了小麦-玉米周年生产力的提高。耕作和秸秆还田措施合理的搭配组合是解决这一问题的有效方法。通过8年的小麦-玉米一年两熟田间试验,设置4个处理:1)玉米季免耕-小麦季免耕秸秆不还田(N);2)玉米季深耕-小麦季深耕秸秆不还田(D);3)玉米季秸秆免耕覆盖还田+小麦秸秆免耕覆盖还田(NS);4)玉米季秸秆免耕覆盖还田+小麦季秸秆深耕还田(DS)。通过分析作物收获后不同土壤深度(0～60 cm)总有机碳(TOC)、颗粒态碳(POC)、微生物生物量碳(MBC)、易氧化态碳(KMnO4-C)、可溶性有机碳(DOC)和土壤碳库管理指数(CPMI),并结合小麦-玉米的周年产量变化,以期获得培肥砂姜黑土的最佳模式。研究结果表明:1)相对于长期免耕措施(N),DS处理能够提高0～30 cm土层TOC、POC、MBC、KMnO4-C等组分含量和CPMI;而NS措施仅提高土壤表层(0～10 cm)TOC、活性有机碳组分含量和CPMI;2)DS处理显著提升了小麦-玉米的周年生产力,其麦玉的周年产量均值分别比N、D和NS处理高出14.7%、12.9%和8.5%;3)MBC和KMnO4-C对于耕作和秸秆还田措施都是较为敏感指示因子。总的来说,玉米季小麦秸秆覆盖还田+小麦季玉米秸秆深耕还田(DS)是改善沿淮地区砂姜黑土土壤碳库、提高小麦-玉米周年产量的一种有效农田管理模式。     

不同矿化度微咸水灌溉冬小麦对下季作物产量和周年土壤盐分平衡的影响

冬小麦夏玉米一年两熟是环渤海低平原主要粮食作物种植模式,该区淡水资源匮乏,但浅层微咸水相对丰富,在降水较少的冬小麦生长季,适当利用微咸水代替淡水灌溉对维持冬小麦稳产高产有重要作用。冬小麦季实施微咸水灌溉后土壤盐分累积如何影响下季作物夏玉米生长以及对土壤周年盐分平衡影响,是微咸水能否长期安全利用的关键。为探究上述问题,于2015—2019年连续4年在环渤海低平原中国科学院南皮生态农业试验站进行冬小麦季不同矿化度微咸水灌溉定点试验,共设置含盐量为1 g·L~(-1)淡水(F)、3 g·L~(-1)微咸水(S3)、4 g·L~(-1)微咸水(S4)、5 g·L~(-1)微咸水(S5) 4个梯度,在拔节期灌水1次,灌水量均为70 mm;另以生育期不灌水作为对照(旱作, CK)。结果表明,不同矿化度微咸水灌溉处理间冬小麦产量没有显著差异,但平均比CK显著增产31.6%。同时,冬小麦生长季微咸水灌溉均增加了收获时1 m以上土层的含盐量,并随灌溉水含盐量增加而增加;对1 m以下土层含盐量影响不明显。夏玉米播种时灌溉70 mm淡水不仅解决了土壤墒情不足问题,并可使0～20 cm土层盐分控制在1 g·kg~(-1)以下,保证夏玉米出苗和群体建立,对夏玉米产量没有显著影响。经过夏季降雨的淋洗, S3、S4和S5处理0～40cm土层含盐量降低幅度超过30%,深层土壤含盐量变化不明显,1m以上土层可以实现周年盐分平衡。本研究表明冬小麦-夏玉米一年两季种植,冬小麦耐盐能力较强的特征使其生育期可以通过不大于5g·L~(-1)的微咸水灌溉维持稳产,在保证夏玉米出苗水进行灌溉的条件下,夏玉米季通过雨季降水淋盐维持0～1m主要根层土壤不发生明显积盐过程,可实现长期微咸水灌溉下土壤和作物安全。     

黄土高原旱地冬小麦/夏玉米轮作体系土壤的氮素平衡

在黄土高原南部旱地,通过田间小区试验研究了传统施肥方式下冬小麦/夏玉米轮作体系中土壤的氮素平衡。结果表明:土壤残留矿质态氮(Nmin)对作物产量和施用氮肥效果有重要影响,前季作物残留土壤Nmin可以促进后季作物生长,使氮肥增产效应不明显;冬小麦生长季节施氮240.kg/hm2可以增加产量和作物吸氮量,但其氮肥利用率只有39.7%,大部分以Nmin残留于0200cm土壤中或以其他途径损失;由于冬小麦季节残留肥料氮的后效,使夏玉米生长季节的氮肥利用率很低,施氮120和240.kg/hm2的氮肥利用率分别只有22.4%和3.9%,而在0200cm土层残留率则达到51.1%和87.2%;经过冬小麦、夏玉米一个轮作周期后,施氮量为240、360和480.kg/hm2时作物的氮肥利用率平均为52.2%4、2.2%和28.0%,而相应的土壤残留率平均为12.4%、25.3%和49.8%,表观损失率平均为35.4%、32.5%和22.2%。表明在土壤残留Nmin较高的条件下,夏玉米生长季节施氮量较低时盈余氮素以表观损失为主,施氮量高时大部分氮素残留于土壤剖面。     

河北低平原区冬小麦夏玉米产量提升的理论与技术研究

作为渤海粮仓主要增粮区的河北东部低平原中低产农田,冬小麦夏玉米的产量主要受制于土壤肥力水平低、淡水资源短缺和气候异常造成产量的大幅波动。通过选择适宜的品种、播期与收获期的合理搭配、优化的种植方式和配套的耕作与田间管理技术,提高作物生育期内对地上光热资源和地下水肥资源的利用潜力和效率,平抑气候变化带来不利影响,有着巨大的增产空间。该研究通过田间小区试验,结合示范区试验示范,研究了冬小麦与夏玉米生育期的优化、夏玉米种植方式调整、夏玉米深松播种、夏玉米增施钾肥与冬小麦增施磷肥及有机肥等措施对冬小麦、夏玉米产量的影响。主要研究结果如下:冬小麦适期晚播(不迟于10月15日),同时适当增加播量,不影响生育期群体构建和产量水平。早熟品种‘小偃81’提早进入灌浆期,受后期干热风的危害小,在不降低品质的同时粒重与产量稳定。夏玉米提早播10 d(6月10日与6月20日相比)平均增产17.2%,晚收获8 d(10月2日与9月24日相比)粒重增加19.5%。根据冬小麦和夏玉米的品种特性,合理搭配生育期,在实现冬小麦稳产提质的同时,使充分发挥夏玉米的产量潜力成为可能。改变夏玉米的种植方式,适当增加种植密度,明显地改善和提高了夏玉米产量,更为适宜的种植方式是40 cm与80 cm大小行种植和38 cm等行距种植,不适宜的是20 cm与100 cm大小行种植,更为适宜的种植方式下产量提高15%以上。长期旋耕机械压实了犁底层,通过夏玉米深松播种种植,产量提高达31.3%,后茬小麦增产5.6%,但连续深松没有明显的增产效果。夏玉米播种时增施钾肥产量提高2.6%。冬小麦增施磷肥产量提高7.4%,增施有机底肥增产6.8%,增施有机底肥和施磷肥产量提高8.8%,但无明显的累加效果。因此,通过适宜的品种选择与适期的生育期搭配、种植方式调整、适时深松打破犁底层的耕作措施、速效肥与有机肥合理施用等栽培和管理技术,可实现冬小麦夏玉米产量的逐步提高和稳定,充分利用玉米生长季丰富且集中的降水与光热资源,挖掘夏玉米产量,稳夏增秋的粮食增产模式更符合该地区未来发展需求。     

基于水分供需关系的冬小麦夏玉米节水灌溉模式研究

节水灌溉是解决水资源短缺问题的重要途径之一。在长期田间试验的基础上, 运用Hydrus-1D模型对研究区冬小麦 夏玉米轮作条件下的田间水分运移过程进行了模拟分析, 探讨适宜的节水灌溉模式。结果表明, 表征土壤水分实测值与模拟值精度关系的Nash-Suttcliff效率系数Ens为0.652~0.903, 均大于0.5, 模型效果良好; 在灌水量为520 mm的传统灌溉模式下, 1.6 m土层深层土壤水分无效渗漏量为189 mm, 占地表总入渗补给水量的22.3%, 土壤水分无效渗漏大, 且与降雨和灌溉关系密切; 根据作物水分供需状况及土壤水分状况得出夏玉米、冬小麦季的灌溉量分别为50 mm、320 mm, 比传统灌溉模式共节水100 mm。改进后的灌溉模式对于土壤水分渗漏具有良好的控制作用, 土壤水分渗漏峰值明显降低, 根据作物供需与土壤水分状况提出的节水灌溉模式能减少土壤水分渗漏, 提高灌溉水利用效率。     

旱地土壤中残留肥料氮的动向及作物有效性

氮素是作物生长最重要的必需元素之一。合理施用氮肥能促进作物生长并提高产量,但是,过多施用氮肥则抑制作物生长并导致大量的肥料氮残留在土壤中,这部分氮素不但会引起土壤养分不平衡,而且为生态环境带来潜在威胁,因此,研究残留氮的动向及作物有效性可为合理施用化肥氮、高效利用土壤残留氮素和减少残留氮素的损失提供依据。应用~(15)N示踪技术,通过4年定位试验,研究了黄土高原南部旱地冬小麦/夏玉米轮作过程中土壤残留肥料氮的变化及作物吸收利用。在冬小麦和夏玉米轮作的第一个周期,为了制造高肥料氮残留背景,于冬小麦播种前向微区施入240 kg hm~(-2)的~(15)N标记氮素;在夏玉米拔节期,为了研究氮肥施入对残留肥料氮的影响,设置0和120 kg hm~(-2)两个氮水平,以普通尿素施入微区。在第2至第4个轮作周期内,为了分析残留肥料氮的动向及其对作物的有效性,微区内不施任何肥料。结果发现,冬小麦播种前施用的~(15)N标记氮肥于收获期在0~200 cm土壤剖面中均有残留,但大部分累积在0~40 cm土层中,累积总量达到200.9 kg hm~(-2),占当季施入量的83.7%。在随后的夏玉米生长季残留的肥料氮迅速减少,之后随生长季的后移缓慢减少,然后保持相对稳定。经过4年的冬小麦/夏玉米轮作,0~300 cm土壤剖面仍残留大量的~(15)N肥料,后季不追施氮肥和追施氮肥处理的残留量分别为47.1 kg hm~(-2)和54.0 kg hm~(-2)。可见,有一部分肥料氮被固定在土壤有机质中。作物对残留氮的回收量逐年减少,且因后季追施氮肥与否而异,4年中作物对肥料氮的总利用率不追施氮肥和追施氮肥处理的分别为46.9%和50.4%,其中在第1个轮作周期中,小麦和玉米的总利用率分别41.6%和42.0%,后3年利用率分别仅有5.3%和8.4%;4年中残留~(15)N的损失率分别达38.1%和29.7%,其损失主要发生在第1个轮作周期的夏玉米生长季节。说明,在旱地土壤上,氮肥的残留是不可避免的,残留肥料氮的有效性较低,只有少量被作物逐年吸收,一部分以有机形态残留在土壤剖面中,另一部分发生了无效损失。后季追施氮肥可促进作物对土壤残留肥料氮的吸收且增加肥料氮在土壤中的保留,减少残留肥料氮的无效损失,但是以自身的大量损失为代价的。     

施氮量对滴灌冬小麦–夏玉米周年产量及氮素利用效率的影响

  【目的】  当前华北平原冬小麦–夏玉米生产中,存在氮肥投入量大、氮肥利用效率低等问题,在滴灌水肥一体化条件下研究施氮量对冬小麦–夏玉米周年产量、氮素利用效率和土壤全氮含量、硝态氮残留的影响,以期为该地区小麦–玉米节肥、高产高效的栽培模式提供理论依据。  【方法】  于2018—2020年在青岛农业大学胶州现代农业示范园开展小麦、玉米滴灌施肥田间试验。设冬小麦/夏玉米生长季不施氮(N0)和施氮 150/150 kg/hm2 (N1)、210/225 kg/hm2 (N2) 和270/300 kg/hm2 (N3) 4个水平,以传统施肥方式和常规施氮量240/240 kg/hm2为对照(CK)。分析冬小麦和夏玉米产量、氮素吸收量和土壤氮素残留量。  【结果】  N2处理冬小麦、夏玉米产量最高,与N3处理无显著差异,但显著高于N0、N1和CK处理;N3处理冬小麦、夏玉米的干物质积累量、氮素吸收量最高,与N2处理差异较小,而显著高于N0、N1和CK处理。冬小麦、夏玉米氮肥偏生产力随着施氮量的提高而降低;冬小麦季氮素利用效率随着施氮量的提高而降低;夏玉米季,N2、N1和N0处理的氮素利用效率显著高于N3和CK处理,且N0、N1和N2处理间无显著差异;冬小麦、夏玉米氮肥农学利用率均随着施氮量的提高而降低,N2施氮水平下,氮素利用效率和氮肥农学利用率均表现较优。随着施氮量的增加,0—100 cm土层土壤全氮含量和硝态氮含量呈增加的趋势,全氮积累主要集中在0—40 cm土层,N3、N2和CK处理0—100 cm土层土壤全氮含量与N0和N1处理之间的差异随着轮作年数的增加而逐渐增大,N2处理较N3和CK处理有效抑制了硝态氮在表层土壤的积累和向深层土壤的迁移,降低了硝态氮淋失风险。  【结论】  冬小麦季施氮210 kg/hm2和夏玉米季施氮225 kg/hm2 (N2)可实现周年作物增产高效,提高氮素利用效率,显著降低硝态氮向深层土壤迁移,降低硝态氮淋失风险,是滴灌水肥一体化下华北平原麦玉周年轮作适宜的施氮量。