绿洲灌区不同施氮水平下玉米绿肥间作模式的水分利用特征

【目的】针对玉米连作对化肥依赖过高、水分利用效率低下等问题,探讨间作绿肥和减施氮肥对玉米农田耗水特征的影响,以期明确间作绿肥生产玉米的水分利用特征,为玉米生产减氮及水分高效利用技术的优化提供理论实践依据。【方法】2018—2019年,在河西绿洲设置田间定位试验,设玉米间作绿肥和单作玉米（M）两种种植模式,减量25%施氮（N1：270 kg·hm^-2）和传统施氮（N2：360 kg·hm^-2）两个施氮水平,绿肥种类包括作箭筈豌豆（V）和油菜（R）,研究不同处理下耗水特性和产量表现。【结果】间作绿肥可保证玉米稳产,在玉米/绿肥带状间作模式中,N1与N2处理的玉米产量差异不显著。间作绿肥和减施氮肥25%处理可提高绿肥刈割期、玉米收获后土壤含水量,以M/VN1处理提高幅度最大,较传统施氮下单作玉米（MN2）分别高17.2%—18.9%、28.6%—31.3%;间作绿肥和减施氮肥25%处理可降低作物在绿肥播前至刈割、绿肥刈割至玉米收获和作物全生育期的耗水量,以M/VN1处理降低幅度最大,较MN2分别降低38.8—48.8、32.9—53.9和80.9—92.7 mm;间作绿肥可提高玉米水分利用效率,以M/V处理最为突出,比M处理高14.9%—15.6%;N1与N2相比,M/R、M/V处理水分利用效率分别提高3.4%—5.2%、5.7%—6.5%,M处理的降低4.0%—5.5%;提高幅度以M/VN1处理最大,较MN2高14.8%—16.8%。玉米间作绿肥、减施氮肥25%处理可有效改善土壤含水量,降低系统耗水,提高玉米水分利用效率,具有较高的水分生产力。【结论】在水资源短缺的河西绿洲灌区,间作绿肥可保证玉米稳产,具有较高的水分供给潜力,其中玉米间作箭筈豌豆集成减量25%施氮处理的综合效果最好。     

隔根对小麦间作玉米产量及土壤水分消耗特征的影响

间作种植模式下,在武威市凉州区研究了隔根对小麦间作玉米土壤水分消耗特征的影响。结果表明:间作能有效地提高产量、棵间蒸发占总耗水量的比重及水分利用效率,分别较单作加权平均值提高46.48%、21.60%、39.54%;而隔根处理却能降低产量、棵间蒸发量占总耗水量的比重、水分利用效率。隔根处理效应为塑料膜隔根大于尼龙网隔根。塑料膜隔根、尼龙网隔根较不隔根产量分别降低22.85%、5.69%;棵间蒸发量占总耗水量的比重分别降低9.10%、3.59%;水分利用效率分别降低17.20%、6.09%。     

玉米/大豆带状复合种植模式下减量施氮对系统产量的影响

2016年在兰州地区不同海拔条件下,研究了玉米/大豆种植模式(玉米单作、大豆单作和玉米/大豆间作)和氮肥水平(不施氮、传统施氮和减量施氮)对作物产量的影响。结果表明,不同种植模式下的传统施氮(CN)和减量施氮(RN)间产量差异不显著。在皋兰、榆中、永登3个试验点,单作玉米在传统施氮(CN)条件下产量较高,分别为13 478.49、12 974.21、11 073.12 kg/hm~2;而间作玉米在减量施氮(RN)条件下产量较高,分别是12 387.02、11 994.41、10 879.27 kg/hm~2;单作大豆和间作大豆均在减量施氮(RN)条件下产量最高;玉米/大豆间作系统的总产量均以减量施氮(RN)条件下最高,分别是14 024.07、13 533.68、12 306.86 kg/hm~2。可见,减量施氮下的玉米/大豆复合种植模式的系统产量并未降低,而氮肥利用效率显著提高,适宜在该区域大面积推广。     

交替灌溉小麦间作玉米干物质的累积与分配规律研究

针对传统间作耗水量大,且灌水与间作作物干物质累积相关关系研究薄弱的问题,在河西绿洲灌区进行田间试验,探究交替灌溉模式下,不同水分处理对小麦间作玉米及其相应单作的产量及干物质分配积累的影响.结果表明:交替灌溉小麦间作玉米LER达到1.30~1.38;净地面积下,间作小麦经济产量较单作小麦提高了21%~33%,间作玉米经济产量较单作玉米提高了38%~42%;小麦收获后,间作玉米干物质积累量比单作玉米平均增加8%;低、中、高灌水平下间作玉米群体生长率分别为单作的49.62%~61.92%、56.04%~65.84%和55.28%~68.98%.在河西绿洲灌区,小麦间作玉米上应用交替灌溉技术与单作相比具有提高间作作物产量和增加干物质积累的作用.     

带型配置及施氮量对玉米间作豌豆产量和水分利用效率的影响

通过大田试验,研究了施氮水平和带型配置对玉米间作豌豆产量及水分利用效率(WUE)的影响.结果表明:玉米间作豌豆具有显著的间作优势,土地当量比介于1.08～1.55之间,3:4间作模式的产量显著高于2:4间作模式,施氮能够显著提高作物的产量,而中、高施氮处理差异不显著;间作的耗水量比单作高13.66%～18.93%,3:4间作模式在中施氮处理的耗水量显著高于2:4间作模式,玉米对间作复合群体的影响大与豌豆;施氮条件下玉米间作豌豆显著提高了WUE,3:4间作模式在高施氮水平的WUE显著高于2:4间作模式,而中、高施氮处理差异不显著,2:4间作模式中玉米对复合群体的贡献大,3:4间作模式中豌豆对复合群体的贡献大.     

少耕轮作小麦间作玉米的产量表现和水分利用效率

通过田间定位试验,研究少耕轮作和小麦秸秆覆盖方式对小麦间作玉米产量和水分利用效率的影响。结果表明,少耕轮作和留茬覆盖小麦间作玉米具有明显的增产和提高水分利用效率(WUE)的作用。一个轮作周期内,间作轮作中小麦籽粒产量较相应单作轮作提高43.98%～55.55%,玉米籽粒产量较相应单作轮作提高61.03%～69.98%,增产效果显著;间作轮作的耗水量及WUE较相应单作轮作分别增加42.07%～43.94%与11.54%～15.51%。与传统间作相比,少耕轮作留茬覆盖可显著提高产量、水分利用效率和降低间作的耗水量,25cm高等量秸秆覆盖免耕处理较其他间作处理产量与水分利用效率分别提高2.54%～10.97%与4.13%～15.69%,耗水量降低1.54%～4.09%。所以25cm高等量秸秆覆盖免耕处理为本试区减少水分无效损耗、提高WUE的可行模式,是试区内较适宜采取的耕作措施。     

玉米氮素吸收分配规律对不同种植模式的响应

为进一步明确玉米花生宽幅间作稳粮增油模式下玉米的氮素吸收分配规律及其与单作的差异。本试验在玉米单作、玉米花生行比2∶4间作种植模式下,均设置施氮、不施氮两个处理,研究不同种植模式下玉米干物质积累、氮素积累和分配及其对产量和氮素利用效率的影响。试验结果表明,间作模式下可以显著提高净面积干物质积累量、籽粒产量以及氮肥利用效率;施氮处理增加了不同种植模式下玉米干物质积累及氮素积累,进而有效提高了氮素收获指数。在本试验条件下,玉米花生行比2∶4且玉米施纯氮300 kg/hm2是间作玉米获得高产高效的适宜栽培方式。     

间作促进作物磷吸收的氮素调控效应

为探讨通过氮素调控促进间作作物磷吸收利用的效果,阐明间作的氮磷交互作用机理。设置3种种植模式（玉米马铃薯间作、玉米单作和马铃薯单作）、4个施氮水平（N0：不施氮、N1：1/2常规量、N2：常规量、N3：3/2常规量）的田间小区定位试验,研究玉米马铃薯间作对作物磷吸收和利用的影响,并分析磷吸收对施氮量的响应。结果表明：施氮量显著影响间作产量,低氮（N1）水平间作产量优势最大。间作玉米和马铃薯的磷吸收量均随施氮量增加而降低,在N2水平达到最大。在低氮条件下,间作玉米磷吸收量较单作平均提高了42.03%,马铃薯提高了13.46%。随施氮量的增加,玉米马铃薯间作的单位面积磷吸收的优势呈先增加后下降的趋势,在N1水平优势最强。在N1水平中,与单作相比,间作玉米籽粒磷吸收量平均增加86.26%,间作马铃薯块茎磷吸收量平均增加14.28%。因此,在保证作物产量和提高氮磷肥利用率的前提下,合理施入氮肥能够促进间作作物对磷素的吸收与利用。     

氮肥后移及间作对玉米光合特性的耦合效应

【目的】针对绿洲灌区覆膜玉米氮素需求前移,后期脱肥问题,通过探讨氮肥后移对间作玉米光合生理特性及产量的影响,以期揭示间作玉米产量形成的光合机制。【方法】2019—2021年,在河西绿洲灌区以玉米为试验材料,采用裂区试验设计,主因素为种植模式,设玉米间作豌豆和单作玉米2个水平,副因素为3个施氮制度（氮肥后移20%,氮肥后移10%,常规施氮不后移）,研究氮肥后移及间作模式下,玉米的光合生理特性和产量表现。【结果】与常规施氮不后移相比,氮肥后移20%和氮肥后移10%处理下间作玉米籽粒产量分别提高28.5%、13.8%,生物产量分别提高23.8%、12.5%;单作玉米籽粒产量分别提高29.7%、13.3%,生物产量分别提高19.6%、10.3%。相同占地面积下,间作较单作玉米籽粒产量增加33.2%—35.1%,生物产量增加26.8%—31.5%。同时,氮肥后移20%和氮肥后移10%处理较常规施氮不后移提高了间作群体籽粒产量27.2%、12.9%。说明,间作较单作模式可提高玉米产量,且氮肥后移处理较常规施氮促进了间作产量的提高。与单作模式相比较,间作玉米可保持较高的净光合速率、气孔导度和蒸腾速率,较低的胞间CO₂浓度,且氮肥后移处理具有促进作用。氮肥后移20%、氮肥后移10%较常规施氮不后移处理玉米净光合速率分别提高12.8%、6.0%;气孔导度分别提高14.0%、6.9%;蒸腾速率分别提高20.5%、9.5%;胞间CO₂浓度分别降低29.8%、13.1%。间作模式下,氮肥后移20%、氮肥后移10%处理玉米全生育期叶片相对叶绿素含量（SPAD值）较常规施氮不后移处理分别提高7.5%、3.7%。主成分分析结果表明,氮肥后移和间作主要通过提高净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、叶片相对叶绿素含量和降低胞间CO₂浓度来增加玉米产量。【结论】氮肥后移20%（玉米拔节期追肥36 kg·hm^-2+吐丝后15 d追肥108 kg·hm^-2）有利于间作玉米光合特性提高,从而促进玉米增产。     

棉花甜瓜间作棵间蒸发及水分利用效率研究

为了建立高效节水的间作种植模式,通过大田试验研究了不同土壤水分水平下棉花间作甜瓜的棵间蒸发特性和水分利用效率。结果表明,高土壤水分处理的日均棵间蒸发量和总棵间蒸发量都明显大于其他处理;随着土壤含水量的提高,总耗水量明显增加;作物的日均棵间蒸发量与0~30 cm的土壤含水量呈正相关关系;棉花甜瓜间作全生育期的棵间蒸发量、耗水量随土壤水分的提高而增加,但WUE随土壤含水量的增加而降低。总的来看,保持土壤含水量为田间持水量的65% (IM)可以在不影响总体产量和经济效益的情况下,减少无效蒸发,提高水分利用效率。     

少耕秸秆覆盖对小麦间作玉米棵间蒸发的影响研究

在河西绿洲灌区,通过大田试验,研究了前茬小麦25cm高茬收割免耕(T0S1)、25cm高等量秸秆覆盖免耕(T0S2)、25cm高等量秸秆翻压(TS3)和低茬收割翻耕(TS0)对后茬小麦、玉米的单作和间作群体耗水量和棵间蒸发的影响,以期为通过优化小麦间作玉米的秸秆管理、提高水分利用率提供理论依据。结果表明,秸秆覆盖可降低作物群体的总棵间蒸发量,与未覆盖处理相比,秸秆覆盖小麦间作玉米的棵间总蒸发量降低了4.7%~8.9%,单作小麦棵间总蒸发量降低了4.8%~11.2%。间作群体的棵间蒸发主要发生在小麦收获前,约占总蒸发量的70%,秸秆覆盖处理在小麦收获前使棵间蒸发降低了5.2%~10.8%。间作中,小麦带棵间蒸发量较玉米带高16.6%~19.8%;秸秆覆盖处理与未覆盖处理相比较小麦带棵间蒸发量降低了5.4%~10.0%,玉米带棵间蒸发量降低了3.9%~6.1%。秸秆覆盖处理的E/ET相比于无覆盖处理小麦间作玉米群体降低了2.9%~5.2%,单作小麦群体降低了2.1%~9.0%,小麦秸秆覆盖可减少水分的无效损失,提高水分利用率。     

小麦玉米畦垄间作空间格局及节水机理

通过微型蒸渗器结合TDR土壤水分测定仪及作物生理生态指标常规方法测定小麦玉米畦垄间作不同空间格局条件下小麦玉米群体产量效应、耗水规律、水分利用效率及干物质积累分配规律,并结合气象数据比较不同间作模式的优越性,分析不同间作方式及灌溉措施对产量、生长动态、灌溉水及降水利用的影响。研究结果表明:小麦玉米畦垄间作模式利用畦灌与垄作沟灌的特点,将畦灌小麦与垄作沟灌玉米相结合形成新型间作模式,在适宜的间作格局(即处理W7M)下,小麦-玉米的群体产量较传统间作提高1.16%,节水9.85%,经济效益较传统间作、小麦单作、玉米单作分别提高1.23%、43.46%和8.17%。与传统间作相比,畦垄间作在相同灌水量水平下,能有效降低棵间无效蒸发损失,提高作物产量和水分利用效率,是一种经济可行的节水方法。     

少免耕及秸秆还田小麦间作玉米的碳排放与水分利用特征

【目的】利用间作和保护性耕作对土壤碳减排及水分高效利用的潜力,将二者集成于同一系统中以发挥各自的优势并催生彼此间的协同效应,从而建立减排与节水双赢的间作高效种植模式。【方法】以河西绿洲灌区长期规模化种植的小麦间作玉米为研究对象,集成应用保护性耕作的理论与技术,利用带状耕作和秸秆覆盖建立免耕立茬（NTSSI）、免耕秸秆覆盖（NTSI）、少耕秸秆翻压（TISI）和传统收割（CTI）4种处理,并以传统收割单作小麦（SW）和单作玉米（SM）作为对照,系统研究了不同处理土壤呼吸与作物耗水状况。应用土壤呼吸测定系统EGM-4（environmental gas monitor-4,UK,PP system）测定土壤呼吸速率,以此计算不同处理生育期内土壤碳排放总量。用产量与耗水和土壤碳排放量与耗水两种方法计算水分利用效率,客观评价间作系统的水分利用状况。【结果】不同种植模式中,单作玉米土壤呼吸速率最大（1.57 μmol CO₂·m^-2·s^-1）,间作次之（0.83 μmol CO₂·m^-2·s^-1）,单作小麦最小（0.72 μmol CO₂·m^-2·s^-1）;4种秸秆还田方式中,NTSI处理土壤呼吸速率最低,2011与2012年分别较CTI降低了20.4%和11.9%,由此减少碳排放量12.4%。在间作中集成应用带状耕作和秸秆覆盖能有效降低系统耗水总量、增加产量、提高水分利用效率（WUE_GY）,与CTI处理相比,NTSI处理平均减少耗水量达4.1%,增产29.7%,水分利用效率提高15.6%。同时,间作系统的单位耗水碳排放平均降低了5.9%,碳排放效率提高了28.2%。【结论】小麦间作玉米与保护性耕作结合,并集成应用带状耕作及秸秆覆盖技术可使系统的产量、碳排放和耗水得到有效协调,能促进耗水更多转化为作物产量并降低在该转化过程中产生的碳排放,实现碳减排与水分高效利用的协同促进。     

葡萄小麦间作对果园土壤水肥状况及物理性状的影响

[目的]为进一步推广葡萄(Vitis)小麦(Triticum aestivum L.)间作提供科学依据。[方法]以8年美人指葡萄、郑麦366为试材,比较葡萄小麦间作与葡萄单作不同种植方式对果园土壤水肥状况及物理性状的影响。[结果]与葡萄单作比较,葡萄小麦间作0～20、20～40 cm土层有机质含量均有不同程度提高。4月份与8月份比较,葡萄小麦间作的速效氮、速效钾比葡萄单作降低的幅度大,葡萄单作的速效氮含量基本没有变化,速效钾含量降低了20.8 mg/kg。与葡萄单作相比,4月上旬葡萄小麦间作土壤含水量平均降低3.53个百分点,0～20、20～40 cm土层田间持水量分别提高了1.32～3.61、1.20～1.57个百分点。[结论]该研究可为制定葡萄优质丰产技术措施、培育优质果园土壤和科学合理集约化利用耕地提供依据。     

耕作方式与秸秆还田对冬小麦-夏玉米耗水特性和水分利用效率的影响

【目的】黄淮海地区是中国粮食主产区之一,但农业生产中旱涝频繁发生,同时还存在土壤紧实、耕层变浅和土壤蓄水保墒能力低等问题,严重影响了该区的粮食生产。耕作方式和秸秆还田作为农业生产中两项重要的技术措施,对改善土壤结构、提高土壤蓄水能力和水分利用效率有显著作用。本文旨在探索耕作方式、秸秆还田以及二者交互对冬小麦-夏玉米耗水特性和水分利用效率的影响,为优化黄淮海地区的土壤耕作方式提供依据。【方法】采用土壤耕作方式与秸秆还田相结合的方法,设置常规耕作＋秸秆还田、常规耕作＋无秸秆还田、深耕＋秸秆还田、深耕＋无秸秆还田、深松＋秸秆还田、深松＋无秸秆还田6个处理,研究耕作方式与秸秆还田对冬小麦-夏玉米一年两熟农田耗水量、耗水模系数、土壤贮水消耗量、株间蒸发量、籽粒产量和水分利用效率的影响,分析不同耕作方式、秸秆还田以及二者交互对冬小麦-夏玉米耗水特性和水分利用效率的影响。【结果】耕作方式、秸秆还田对土壤容重、农田耗水量、土壤贮水消耗量、株间蒸发量、籽粒产量和水分利用效率均存在显著或极显著影响。与常规耕作相比,深耕和深松主要降低了20-40 cm土层的土壤容重,增加了冬小麦、夏玉米和周年总农田耗水量,提高了0-100 cm土层的土壤贮水消耗量,同时降低了休闲期无效农田耗水量。此外,深耕和深松还降低了夏玉米的株间蒸发量,但深耕显著增加了冬小麦的株间蒸发量,深松则相反。秸秆还田也可以降低土壤容重,提高土壤贮水消耗量,增加冬小麦农田耗水量,降低夏玉米和休闲期农田耗水量,增加冬小麦的株间蒸发量,降低夏玉米的株间蒸发量。与常规耕作相比,深耕和深松处理的周年作物产量分别提高了10.7%和9.8%,周年水分利用效率分别提高了8.8%和6.3%。秸秆还田处理的周年作物产量和水分利用效率分别比秸秆不还田处理提高了6.3%和7.6%。耕作方式与秸秆还田对冬小麦-夏玉米的耗水特性、籽粒产量和水分利用效率存在显著交互作用。与常规耕作＋无秸秆还田处理相比,深耕＋秸秆还田和深松＋秸秆还田处理的周年农田耗水量分别提高3.3%和2.4%,冬小麦-夏玉米的农田耗水量分别提高了4.2%和3.3%,休闲期的农田耗水量分别降低了7.0%和9.9%,周年作物产量分别提高了18.0%和19.3%,水分利用效率分别提高了15.9%和15.1%。【结论】在几种耕作模式中,深耕＋秸秆还田、深松＋秸秆还田的周年作物产量和水分利用效率最高,且二者无显著性差异,表明深耕或深松结合秸秆还田有利于作物产量和水分利用效率的提高。因此,在本试验条件下,在秸秆还田的基础上深松或深耕是黄淮海地区适宜的耕作方式。     

玉米间作花葵水分高效利用模式初探

针对西北绿洲灌区传统间作耗水量大、单方水效益不高等问题,通过大田试验,探讨不同覆盖方式和播量对玉米间作花葵复合群体的产值、玉米产量和水分生产效益的影响,以期为干旱区间作高效水分利用提供新思路。研究结果表明,玉米间作花葵可在不增加耗水量的情况下提高单位土地面积产值。花葵地膜覆盖方式显著提高花葵切花数但显著降低花葵商品率,地膜覆盖及播量对花葵水分生产效益(WPE)影响不显著。与单作玉米相比,玉米间作花葵可显著提高水分生产效益(WPE),WPE达到12.34~13.28元/m,较玉米单作提高50.3%~61.8%。覆盖条件下花葵高播量间作玉米模式总经济效益最高达到83 337元/hm²。     

陇东旱塬玉米根际供水效益及小麦套种玉米增产机理

1991～1995年对陇东旱地冬小麦套种玉米的增产效果,土壤水分利用,组合耗水量及玉米根际补偿供水效应等研究结果表明:①旱地小麦玉米套种具有增产增收和资源高效利用的优势,土地当量比、收益当量比、光能利用率、降水生产效率分别达1.215、1.199、0.205%、8.69kg/mm·hm²;②边行优势是小麦玉米套种增产的关键,但小麦对土壤水分的竞争利用是玉米带土壤水分不足的主要原因.小麦玉米套种组合耗水量明显小于玉米、小麦单作的累加值,水分缺额为110.2～153.8mm;③玉米根际补偿供水具有明显的增产效果,但供水效应在不同降水年型之间差异较大.