干旱风沙区苜蓿后茬不同轮作方式对水分利用效率和产量的影响

为了评价宁夏干旱风沙区苜蓿翻耕不同轮作模式对水分恢复及适宜的轮作模式,研究了10a生紫花苜蓿翻耕后不同轮作方式对水分利用效率、产量和经济效益的影响。结果表明:苜蓿草地翻耕后不同轮作方式对土壤水分的恢复有一定效果,不同轮作方式土壤含水量有差异。轮作第1a玉米和高粱的水分利用效率与苜蓿地(CK)相比分别增加了1.14倍和1.09倍;轮作第2a苜蓿-玉米-玉米(ACC)和苜蓿-玉米-高粱(ACS)方式水分利用效率与苜蓿地相比分别增加了0.94倍和0.85倍;产量与苜蓿地相比分别增加了0.86倍和0.79倍;2a轮作结束后,ACS方式产投比高于其他轮作模式,是宁夏干旱风沙区最佳的草田轮作方式。     

黄土高原半干旱偏旱区苜蓿-粮食轮作土壤水分恢复效应

该文测定和分析了黄土高原半干旱偏旱区不同生长年限苜蓿草地以及轮作不同年限粮食作物后0～1000 cm深层土壤水分变化规律.结果表明:随着苜蓿生长年限的延长,苜蓿草地土壤干层厚度逐渐增加,3年生苜蓿草地土壤干层深度达到760 cm,6、7、10年生苜蓿草地土壤干层深度均超过1000 cm,6年生苜蓿地1000～1500 cm土层仍为干燥层,土壤平均湿度为9.68%;采用草粮轮作能明显减小苜蓿草地干层的厚度和范围,0～1000 cm土壤水分较10年生苜蓿草地都有不同程度的恢复,轮作2、6、8、12和18 a粮田平均土壤水分恢复速率25.2 mm/a,年均累积恢复土层厚度123.1 cm,0～300 cm土层水分恢复程度较高,且轮作年限愈长,土壤水分恢复效果越好,轮作18 a粮食作物后0～660 cm土层土壤水分恢复量达到了531.1 mm;苜蓿草地适宜翻耕年限为5～6 a,且6年生苜蓿草地0～1000 cm土壤水分恢复到当地土壤稳定湿度值需要23.8 a,该地区适宜的苜蓿-粮食轮作模式为"5～6年生苜蓿→24年粮食作物".     

半干旱区草粮轮作田土壤水分恢复效应

采用野外实地观测和作物模型模拟相结合的方法,研究了不同轮作模式黄土高原半干旱区长期种植苜蓿地农田土壤水分恢复状况。结果表明：长期连作苜蓿地土壤干燥化进程与不同轮作模式下土壤湿度恢复的进程均表现为前期快后期慢;8～10 m深层土壤湿度恢复困难,6～8年生苜蓿草地翻耕后适宜采用PPW轮作模式（马铃薯→马铃薯→春小麦）以恢复土壤水分,种植16～20 a粮食作物后可以再次种植苜蓿。该研究结果可为黄土高原半干旱区苜蓿草地的土壤水分利用和恢复提供参考。     

不同草粮轮作方式对退化苜蓿草地水分恢复的影响

2003－2005年在黄土高原宁南旱区10年生退化苜蓿草地上进行了连续3 a不同作物组合方式的轮作试验,轮作作物为春小麦、马铃薯和谷子,为研究比较不同轮作方式对退化苜蓿土壤水分的恢复状况和作物产量效益,优化出较为合理的草粮轮作模式。试验结果表明,轮作地0～60 cm土层土壤易受降水和地面蒸发影响,60～120 cm土层土壤水分主要被轮作作物利用,而120～200 cm土层土壤水分相对较为稳定,受降水和地面蒸发影响很小,并随轮作年限的增加,基本上表现出不断恢复趋势。通过草粮轮作可以增加苜蓿地120～200 cm土层土壤水分,且显著高于撂荒地和对照苜蓿地,同时可获得一定作物产量。相对于其他轮作方式而言,马铃薯-马铃薯-春小麦（PPW）轮作处理能够充分利用有限的降水资源,对土壤水分具有较好的恢复作用,其作物总产量和水分利用效率均较高,分别为5214.5 kg/hm2和9.38 kg/(hm2·mm-1),与轮作前苜蓿地相比,120～200 cm土层土壤水分净恢复量为24.73 mm。     

长武旱塬草粮轮作田土壤水分可持续利用模式模拟

采用实地观测和计算机模拟相结合的方法,以长期定位试验数据为基础,通过对不同草粮轮作模式的模拟研究,分析了长武旱塬草粮轮作田的土壤水分恢复效应,以期探索出适合该地区的土壤水分可持续利用的草粮轮作模式。验证结果表明：草粮轮作田0～2 m土层土壤贮水量模拟值和观测值间的相关系数为0.97;0～5 m土层土壤湿度的模拟值和观测值间相关系数在苜蓿草地、冬小麦田和马铃薯田分别为0.94、0.93和0.87,均达到了极显著水平。模拟结果表明：苜蓿翻耕后,种植马铃薯和糜子均有利于土壤水分的恢复。在土壤干燥化程度较严重时,种植冬小麦或者春玉米能够在一定程度上缓解土壤干燥化;在无干燥化或者干燥化程度较轻时,种植冬小麦和春玉米会导致土壤含水率的下降。在长武旱塬,“马铃薯-糜子-春玉米-马铃薯-糜子-冬小麦”的粮食轮作模式有利于苜蓿地土壤水分恢复,持续种植9～12 a后可以再次种植苜蓿。     

陇东黄土高原苜蓿草地土壤水分消耗及水分生态效应（英）

黄土高原地区土壤干化导致林草植被大面积衰退,研究苜蓿草地土壤水分消耗规律对该区农业持续发展及生态环境恢复具有重要的理论意义。该文研究了黄土高原地区不同生长年限苜蓿草地1 000 cm土层土壤水分的变化特征及其对土壤水分生态环境的影响。结果表明：在0～1 000 cm土层,4年、6年生苜蓿草地土壤水分条件最好;12年、18年、26年生苜蓿草地土壤水分条件最差。在黄土高原地区,苜蓿地土壤干层出现的区域及发生的程度不同。4年、6年、8年生苜蓿草地,对土壤水分生态环境不会产生不利影响;12年、18年、26年生苜蓿草地,对土壤水分生态环境产生深刻负面影响。研究表明在陇东黄土高原地区苜蓿生长6 a后,应实施粮草轮作,以恢复土壤水分,持续提高土地生产力水平。     

半干旱区不同作物与苜蓿轮作对土壤水分恢复与肥力消耗的影响

苜蓿-作物轮作是我国西北半干旱区常见的耕作方式。由于苜蓿的强蒸散特征，苜蓿生长多年后常导致土壤水分匮缺，形成土壤干层，对后茬作物的生长产生不利影响。根据当地轮作习惯，苜蓿种植后通常种植一种浅根系的作物草谷子（Setaria itallca Beauv）来恢复土壤水分并获取饲料，但是这种耕种模式对土壤水分恢复的效果如何还不得知，苜蓿草地轮作为农田后的土壤水分恢复过程需要加以明晰。由于苜蓿的生物固氮作用，由农田轮作为苜蓿草地一般不会存在土壤肥力障碍，并会不断提高土壤肥力水平。由苜蓿草地轮作为农田，土壤肥力一般是下降的，但对苜蓿草地轮作为农田后土壤肥力的消耗动态，以及不同作物对土壤肥力消耗有何影响目前还很少了解。本文研究了苜蓿一作物轮作过程中的土壤水分、氮素和有机质的变化，旨在阐明苜蓿草地轮作为农田后的土壤水分恢复和肥力消耗过程，探讨合理的轮作模式。     

黄土高原土壤干层水分恢复与作物产量响应

通过大田试验研究了黄土高原苜蓿草地土壤干层水分恢复状况，及恢复过程中不同作物的产量响应。试验设5个处理，苜蓿→草谷子→春小麦→马铃薯→豌豆（WPPe）；苜蓿→草谷子→玉米→玉米→春小麦（CCW）；苜蓿→草谷子→马铃薯→春小麦→玉米（PWC）；苜蓿→草谷子→休闲→豌豆→马铃薯（FPeP）；常规耕作农田（CS）。结果表明，如用苜蓿翻耕后农田土壤含水量与凋萎湿度时土壤含水量的比值表示土壤干层水分恢复程度，比值在正常降雨情况下增加而在降雨量少时下降，但如用苜蓿翻耕后农田土壤含水量与常规农田土壤含水量的比值表示土壤干层水分恢复程度，比值持续增长不受降雨量的影响。经过4年时间WPPe、CCW、PWC、FPeP的0～5m土层的土壤含水量由2001年4月仅有常规农田的63．66％上升到2004年9月的90．51％、89．83％、92．17％、96．72％。苜蓿翻耕后的农田作物产量与常规农田中的作物产量没有明显差别，而水分利用效率显著高于常规农田中的作物产量。以秋收作物马铃薯和玉米较适合苜蓿一作物轮作。     

黄土高原地区苜蓿生产力动态及其土壤水分消耗规律

为了解不同生长年限苜蓿生产力及土壤水分的变化特征，该文系统研究了黄土高原地区3年、4年、6年、8年、12年、18年及26年生紫花苜蓿生产力动态及土壤水分的消耗规律。结果表明：不同生长年限苜蓿鲜草产量存在极显著差异。苜蓿草地土壤水分呈现规律性的变化：随土层深度的增加，土壤含水率增加，300cm土层以下，土壤含水率变化趋势平缓。苜蓿生长超过18年，上层土壤水分开始恢复，但深层土壤通体干化，水分难以恢复。苜蓿水分利用效率随生长年限的延长而降低。研究表明在黄土高原半湿润区紫花苜蓿适宜的生长年限为8年，第6年为苜蓿的生长高峰期。     

黄土高原区多年生苜蓿地土壤干层恢复的适宜后茬筛选

采用大田试验方法研究换茬种植、休闲对9年生苜蓿地土壤水分的恢复作用及产量效应。结果表明:连续种植9年的苜蓿地0-300cm土层整体出现干燥化现象,随着苜蓿生长季的延长和土层加深,干燥化现象加剧,连续2个丰水年,降雨对连续生长11年苜蓿地30-50cm表现出恢复作用,对80-140cm表现出加剧作用,0-30cm和140-300cm缓解作用。在雨养条件下换茬种植玉米、谷子、休闲3种处理的水分恢复效果最好,马铃薯与春小麦次之,要使0-300cm土层土壤水分得到完全恢复,换茬种植玉米、谷子、马铃薯、春小麦分别需要净恢复土壤水分3.85,13.55,16.50,20.40mm,休闲需16.17mm;生长9年苜蓿地挖除苜蓿休闲1年后采用全膜双垄沟播技术种植玉米既能恢复土壤水分又能提高毫米水产能。从土壤水分恢复和提高生产力两方面综合分析,玉米是试验区多年生苜蓿地土壤水分恢复适宜后茬。     

旱作麦田保护性耕作蓄水保墒和增产增收效应

为了揭示渭北旱塬连作麦田不同保护性耕作措施下土壤蓄水保墒效果和冬小麦增产增收效应。于2007－2009年通过田间试验研究了渭北旱塬夏闲期免耕、深松和翻耕等3种耕作方式对麦田夏闲期蓄水保墒效果,以及3种耕作处理与平衡施肥、常规施肥和低肥等3种施肥处理组合对冬小麦生育期土壤水分动态、产量和经济效益的影响。免耕和深松较翻耕保墒作用好,夏闲期免耕、深松较翻耕0～300 cm土层3 a平均土壤含水率分别增加了0.6和0.5个百分点,平均贮水量分别增加了24.2和21.5 mm;生育期内平衡施肥免耕、深松较翻耕处理0～200 cm土层2 a平均土壤贮水量分别增加了17.7和14.4 mm;以平衡施肥深松处理产量最高,2 a平均产量高达5033.1 kg/hm2,较平衡施肥翻耕和平衡施肥免耕分别增产5.5%和6.3%;以平衡施肥免耕经济效益最高,2 a平均纯收益高达5 553.7元/hm2,较平衡施肥深松和平衡施肥翻耕分别增收3.3%和9.2%。综合考虑各处理土壤蓄水保墒效果和小麦增产增收效应,平衡施肥深松处理是渭北旱塬连作麦田较佳的耕作和施肥处理组合。     

贵州坡耕地三种种植模式的水土保持效果对比研究

通过研究紫花苜蓿—玉米间作、作物分带轮作和玉米单作3种种植模式下地表覆盖度和表层土壤含水量月变化,年均土壤和养分流失量以及产量等,比较不同模式的水土保持效果。结果表明:紫花苜蓿—玉米间作与分带轮作模式可保持坡耕地全年覆盖,并在整个雨季保持较高的覆盖度。紫花苜蓿根系发达,增加了0—20cm耕层土壤中的根量,增强了土壤的渗透能力,保护了生物多样性,可减少地表径流39.3%,减少土壤侵蚀59.3%;分带轮作可减少地表径流10.4%,减少土壤侵蚀21.3%;两种模式都提高了雨季前和雨季耕层土壤中的水分,减少了水土流失引起的有机质流失29.9%～52.4%,全N流失26.7%～54.9,全钾流失27.3%～70.9%,缓效钾流失21.4%～58.9%,提高玉米产量33.0%～35.9%;紫花苜蓿—玉米间作还可收获紫花苜蓿干草13 664kg/hm2,复合产量是农民习惯的4.1倍;分带轮作可收获大豆、红薯、油菜等,复合产量为12 492kg/hm2,是农民习惯的2.7倍。     

种植制度和施肥对半干旱区土壤中锰形态及有效性的影响

Manganese(Mn) deficiencies are common in soils on the Loess Plateau of China. This research provided essential information on improving Mn availability in semiarid soils through agricultural practices. Twelve cropping system and fertilization treatments were designed in a 28-year experiment. The cropping systems included long-term fallow, continuous winter wheat cropping, pea(1 year)-winter wheat(2 years)-millet(1 year) rotation(crop-legume rotation) cropping, and continuous alfalfa cropping. The fertilizer treatments under the cropping systems included no-fertilizer control(CK), application of P fertilizer(P), application of N and P fertilizers(NP), and application of N and P fertilizers and manure(NPM), but the NP treatment was excluded in the continuous alfalfa cropping system. Available Mn and Mn fractions of soil samples(0–20 and 20–40 cm depths) were measured and further analyzed quantitatively using path analyses. Results showed that the crop-legume rotation and continuous alfalfa cropping systems significantly increased available Mn compared with the fallow soil. Compared with the no-fertilizer control, manure application increased available Mn in soil of the continuous wheat cropping system. Across all treatments, the averaged content of mineral-, oxide-, carbonateand organic matter-bound and exchangeable Mn accounted for 42.08%, 38.59%, 10.05%, 4.59%, and 0.09% of the total Mn in soil,respectively. Cropping significantly increased exchangeable Mn in soil and the highest increase was 185.7% in the continuous wheat cropping system at 0–20 cm depth, compared with the fallow soil. Fertilization generally increased exchangeable and carbonate-bound Mn in soil. Carbonate-bound Mn was the main and direct source of available Mn in soil, followed by exchangeable and organic matterbound Mn. These results indicated that crop-legume rotation cropping, continuous alfalfa cropping and application of manure, have the potential to promote Mn availability in soils of rainfed farmlands.     

有机肥施用量和耕作方式对旱地土壤水分利用效率及作物生产力的影响

为了探索旱地农业连作春玉米田不同保护性耕作措施下土壤蓄水保墒效果与不同施肥处理组合下春玉米的增产增收效应,在2014—2016年通过大田试验,研究了旱地农田冬闲期免耕、深松和翻耕3种耕作方式对玉米田冬闲期蓄水保墒效果及玉米生育期3种耕作处理与高、中、低有机肥3种施肥处理组合对春玉米生育期土壤水分动态、产量和经济效益的影响。结果表明,免耕和深松与翻耕相比,蓄水效果较好;2个试验年度冬闲期,免耕和深松较翻耕分别高1.3,0.9个百分点。免耕、深松较翻耕处理0—200 cm土层2年土壤平均贮水量分别增加20.8,22.1 mm;玉米生长生育期在高有机肥条件下,免耕、深松较翻耕处理0—200 cm土层土壤平均贮水量分别高44.2,34.6 mm;以高有机肥深松处理产量、WUE和纯收益最高。2年平均产量、WUE和纯收益分别为9 332.40 kg/hm^2,22.01 kg/(hm^2·mm)和5 104.1元/hm^2,高有机肥免耕处理次之,较高有机肥免耕处理增产和增收分别为7.4%和3.9%。综合考虑各处理土壤蓄水保墒效果和玉米增产增收效应,高有机肥深松是旱区连作玉米田最优的耕作和施肥处理组合。     

苜蓿草地与苜蓿-作物轮作系统土壤微生物量与土壤轻组碳氮研究

从2000年10月到2004年4月，通过大田试验研究了半干旱黄土高原地区，苜蓿草地、苜蓿-作物轮作农田以及常规耕作农田中土壤有机碳、土壤全氮、土壤微生物生物量与土壤轻组物质的变化规律。结果表明，土壤轻组有机碳和氮含量苜蓿-作物轮作系统高于苜蓿草地。土壤微生物量碳和氮，以及它们占土壤有机碳和土壤全氮的比苜蓿-作物轮作系统高于常规耕作农田。土壤呼吸商苜蓿-作物轮作系统低于苜蓿草地和常规耕作农田。14年生苜蓿草地土壤微生物含量高，分解腐化植物碎片的能力高，但土壤有机物质利用不经济，3年中土壤全氮含量并无显著增加，这说明该系统较高的物质循环能力仅维持高的土壤肥力，而不能继续提高土壤肥力。苜蓿-作物用地系统不但能克服长时间种植苜蓿造成的物质循环的浪费，而且维持了良好的土壤肥力，促进了土壤氮素的有效利用。     

不同草田轮作模式对土壤养分动态的影响

在宁南旱区10年生苜蓿草地上进行了为期3a的27种不同草田轮作模式试验,研究了土壤有机质、氮、磷的动态变化特征。结果表明,与保持生长的对照苜蓿草地相比,苜蓿草地实行草田轮作后,有机质持续下降,轮作第1,3a的马铃薯,第2a的春小麦对土壤有机质有明显影响,马铃薯连作模式使土壤有机质降幅最大;不同轮作模式的土壤全氮变化有较大差异,谷子和春小麦等禾本科作物单一连作模式对土壤氮素造成偏耗;不同轮作模式碱解氮总体上呈下降趋势,轮作作物产量水平直接影响土壤碱解氮含量的高低。全磷呈先降后升又降趋势。作物轮作能够提高苜蓿草地土壤氮、磷有效性。为了高效、协调和可持续地利用水肥,应选择合理的草田轮作模式。     

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。     

露天煤矿排土场不同植被土壤水分特征及其时间稳定性

选择晋陕蒙接壤区永利煤矿排土场沙打旺草地、紫花苜蓿草地、沙棘林地和原地貌草地土壤水分为对象,研究其蒸散、剖面分布、时间变化等特征,以期揭示土体重构及不同复垦植被模式对土壤水分及其时间稳定性影响。结果表明:排土场3种人工植被条件下土壤平均含水量同原地貌草地相比提高了50.7%~62.3%,另外,沙打旺复垦草地土壤含水量显著低于苜蓿复垦草地和沙棘复垦灌木林地(均降低了7.2%)。沙打旺和苜蓿会导致深层(120—260,120—220 cm)土壤水分亏缺,但有利于20—80 cm的土壤水分的保持;而沙棘易导致浅层(20—80 cm)土壤水分亏缺,但对深层(100—280 cm)土壤水分影响较小。上述结果说明,矿区排土场土体重构过程能够改善排土场土壤的水分条件,并且在进行植被重建的过程中,不同复垦植被对土壤水分的保持与利用形式有所不同,在本研究中,苜蓿和沙棘更有利于缓解土壤水分亏缺。     

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。