华北地区冬小麦-夏玉米轮作节水体系周年水分利用特征

【目的】定量研究华北地区冬小麦-夏玉米轮作节水体系的水分周年利用特征。【方法】在大田条件下,通过在小麦季设不灌水（W0）、拔节水（W1）、拔节水+扬花水（W2）和起身水+孕穗水+扬花水+灌浆水（W4）4个水分处理,进行了两个周期的研究。【结果】（1）小麦产量和周年最高产量两年分别在节水灌溉处理W1和W2获得,玉米产量在不同处理间无显著差异。小麦水分利用效率（WUE）与产量的表现相似,玉米WUE显著高于小麦,并随灌水量的增加显著降低;周年WUE则在W0或W1处理最高,而后随灌水量的增加显著降低。（2）W4处理的2 m土体土壤水分含量在各个阶段没有明显变化,其它处理则随小麦生育进程而不断降低（即土壤水分库容不断变大）,且灌水次数越少降幅越大,至小麦收获期达到最低点;到玉米拔节期,由于降雨补充所有处理的土壤含水量趋于一致,相应地,2 m土体接纳汛期降雨分别为178-188 mm（W0）、124-160 mm（W1）、38-93 mm（W2）和-30-21 mm（W4）。（3）随灌水量增加,作物耗水强度和季节蒸散量变大;玉米拔节期后,作物耗水特性与土壤水分变化无差异。（4）降雨致使出现水分的深层渗漏,丰水年和平水年分别为163 mm（W0、W1）、181 mm（W2）、253 mm（W4）和13 mm（W0、W1、W2）、45 mm（W4）,丰水年小麦季W4处理也有54 mm水分深层渗漏。丰水年W0和W1处理实现了127 mm和57 mm对地下水的净回补。【结论】小麦节水栽培显著减少了对地下水的开采,大幅提高了降雨的利用效率,可实现作物对水资源的高效利用和丰水年降雨对地下水的净回补。丰水年W1处理或平水年W2处理有利于水分高效利用与高产的统一,对于华北地区农业的可持续发展具有重要意义。     

秸秆覆盖还田对农田土壤蓄水能力及粮食产量的影响

为了进一步阐明秸秆覆盖还田的重要性,并为石家庄地区推广小麦和玉米秸秆覆盖还田技术提供理论依据,2011年10月～2013年6月（2个小麦-玉米轮作周期）,以不秸秆覆盖还田为对照（CK）,通过田间定位试验研究了秸秆覆盖还田（小麦秸秆还田量为4 500 kg/hm^2左右,玉米秸秆还田量为7 500 kg/hm^2左右）对农田土壤蓄水能力以及玉米和小麦产量的影响。结果表明：秸秆覆盖还田处理的玉米和小麦农田2 m土体储水量均〉其CK,其中,玉米生长期储水量增幅为2.16%～13.62%,小麦生长期储水量增幅为0.95%～4.50%;单位面积穗数、穗粒重、千粒重和产量均≥其CK,其中,玉米增产9.39%,小麦增产11.70%。秸秆覆盖还田能够提高农田土壤的蓄水保墒能力;改善玉米和小麦的产量构成因素,提高粮食产量。     

冀中南小麦/玉米轮作氮素循环及高效利用研究

[目的]为小麦／玉米轮作体系的氮素优化管理提供依据。[方法]在冀中南小麦／玉米轮作体系自然生产条件下,对2。土体氮素循环及盈亏变化进行研究。[结果]小麦／玉米轮作周期氮素变化呈“M”型;氮素纵向移动性较强,深层土壤仍含有较高量氮素。『结论]在当前生产条件下,小麦／玉米轮作氮素循环呈盈余状态,氮肥施用应以减、控为主。     

秸秆还田对小麦-玉米产量及上下茬水分利用效率的影响

通过3 a定位试验,采用实地测产、水分平衡等方法,研究了秸秆还田对冬小麦和夏玉米产量与产量性状,以及土壤储水量、作物耗水量和水分利用效率的影响。结果表明:秸秆还田可降低小麦单位面积穗数、穗粒数以及玉米单位面积穗数,增加小麦千粒重以及玉米穗粒数和千粒重;秸秆还田处理的小麦-玉米周年产量较秸秆不还田处理增加1.1%,其中,小麦季减产3.3%,玉米季增产4.8%;秸秆还田处理的小麦季和玉米季各时期0~200 cm土体储水量均跃秸秆不还田处理,其中,小麦收获期至玉米播种期土壤储水量增加明显,增幅为4.6%;秸秆还田处理有利于减少小麦季和玉米季的作物耗水量,提高周年水分利用效率,但不利于小麦季作物水分利用率的提高。     

水氮运筹对小麦、玉米周年产量及水分利用的影响

在田间试验条件下,采用喷灌带进行灌水,研究不同氮肥基追比(A1:70%基施、30%追施;A2:60%基施、40%追施;小麦季施纯氮240 kg/hm~2,玉米季施纯氮270 kg/hm~2)和不同灌水量(B1:0次;B2:2次;B3:3次;小麦季和玉米季每次的灌水量均为450 m~3/hm~2)对小麦、玉米生长过程中土壤储水量、光合生理特性、产量和水分利用等的影响,以期明确小麦、玉米合理的氮肥追施比例和灌水量。结果表明,随灌水量增加,小麦抽穗期、灌浆期及玉米灌浆期、收获期土壤储水量总体呈增加趋势,小麦收获期土壤储水量呈降低趋势。小麦前期氮肥供应较多更有利于光合速率的提高,而适度干旱更有利于叶片水分利用效率的提高。随着灌水量的增加,小麦产量和水分利用效率均先增加后降低,而生物量和千粒质量均增加。不同处理中,小麦产量、水分利用效率和灌水利用率均以A1B2处理最高,分别为8 207.8 kg/hm~2、26.7 kg/(mm·hm~2)和1.42 kg/m~3。对玉米而言,A2B2处理产量最高,A1B3处理水分利用效率和灌水利用率最高。小麦、玉米的周年耗水量表现为A1A2;A2B2处理小麦、玉米周年产量最高,A1B3处理周年水分利用效率和灌水利用率最高。     

坡耕地新修梯田土壤水分状况研究

通过在2007年、2008年、2009年3年期间对新修梯田土壤水分进行研究,结果表明：新修梯田增墒保水能力较强,0～200 cm的土壤储水量（本次土壤水分测定,选3个样点,样点面积1 m×1 m,土壤储水量按公式W=10×H[土层厚度（cm）×ρ（容重g/cm3）×b（土壤含水量%）计算],干旱年份比坡耕地少1.5 mm,平水年、丰水年比坡耕地多22.7~39.5 mm,不论是（平水年、丰水年、干旱年）阴坡新修梯田储水量均高于阳坡,切土部分高于填土部位。坡耕地修成梯田后,小麦产量比坡耕地增产31%,马铃薯增产57%,每1 mm水分增产粮食0.22 kg。     

不同植物轮作提取深层土壤累积硝态氮的效果

【目的】利用不同植物轮作,通过生物修复耗竭深层土壤剖面的累积硝态氮,从而控制集约化粮田过量施氮造成的硝酸盐淋洗。【方法】通过田间试验,比较小麦-玉米轮作、休闲-玉米、小麦-休闲、紫花苜蓿连作、紫花苜蓿+苇状羊茅间作、黑麦-苋菜轮作、黑麦-高丹草轮作、黑麦-甜高粱轮作对土壤剖面硝态氮累积和淋洗的降低效果。【结果】紫花苜蓿、高丹草、黑麦1-2 m土体根系占0-2 m土体总根系的比例最高;黑麦-苋菜、黑麦-高丹草和黑麦-甜高粱处理具有较高的年吸氮量（330-390 kgN•hm-2）;与小麦-玉米传统轮作相比,夏季休闲增加了土壤硝态氮淋洗。经过1年的田间试验,5个修复植物处理0-1 m、1-2 m的硝态氮累积量分别降低124.3和81.2 kgN•hm-2,其中苋菜、甜高粱、高丹草对深层土壤中硝态氮的消减作用较大;甜高粱、高丹草、苋菜种植下1 m处土壤溶液中硝态氮浓度一直处于最低水平,平均仅8.6 mg•L-1。【结论】在本试验条件下,黑麦-高丹草轮作是一年内提取深层土壤累积硝态氮效果最好的种植模式。     

夏玉米生育后期“一水两用”技术对玉米产量以及冬小麦播种前土壤储水量的影响

为了探索冀中南地区冬小麦-夏玉米节水生产新途径,试验设"一水两用"技术(玉米生育后期浇水同时达到玉米增产和小麦足墒播种的目的)的浇水时间分别为9月10日和20日,以玉米生育后期不浇水为对照,研究了不同浇水时间对玉米产量以及下茬小麦播种前0~20 cm耕层含水量和0~200 cm土层储水量的影响。结果表明:与对照相比,9月10日和20日浇水对玉米穗粒数影响不大,但均能提高千粒重和产量,增产率分别为6.35%和4.44%;0~20 cm耕层含水量平均提高4.00%和7.43%,0~200 cm土层储水量平均提高2.38%和4.49%。"一水两用"技术不同浇水时间对玉米增产以及提高土壤储水量的效果不同,应根据不同的主目标选择不同的浇水时间:以提高夏玉米产量为主目标时,宜在9月10日前后夏玉米灌浆活跃期前浇水;以提高小麦播前土壤储水量和耕层含水量为主目标时,宜在9月20日后浇水。     

底墒差异对压砂地西瓜耗水规律的影响

通过田间试验研究了播前灌水营造底墒差异对压砂地土壤水分动态变化、西瓜耗水规律、西瓜产量和水分利用效率的影响。结果表明：播前灌水造墒处理不同程度提高了1 m土层土壤水分含量,但灌水定额过大（70 m³·667m^-2和55 m³·667m^-2）会引起水分深层渗漏;西瓜生育前期耗水量随着播前灌水量降低而降低;西瓜需水高峰期,当1 m土层底墒在222～270 mm范围内,耗水量随1 m土层底墒增加而降低;底墒差异还会影响收获期1 m土层土壤水分含量;综合西瓜产量和水分利用效率,在试验区域内,当西瓜生育期降雨量在85 mm左右,1 m土层土壤储水量在250 mm就可保证西瓜正常生长。另外,压砂地夏季休闲措施提高了土壤水分含量,1 m土层土壤储水量增加了2.7 mm,为下一季作物提供了良好的土壤水分条件。     

不同施肥制度的川中丘陵区小麦-玉米轮作田N2O排放特征

[目的]研究不同施肥制度对川中丘陵区紫色土小麦-玉米轮作系统氧化亚氮(N2O)排放的影响及排放特征。[方法]设6个处理,即有机肥(OM)、氮磷钾肥(NPK)、氮肥(N)、氮磷钾肥配施秸秆(RSDNPK)、氮磷钾肥配施有机肥(OMNPK)和不施肥(CK)。采用静态箱/气相色谱法对不同施肥制度下小麦-玉米轮作系统N2O排放进行定位观测,分析该系统N2O排放特征、6种施肥制度对N2O排放的影响及环境因子与N2O排放之间的关系。[结果]川中丘陵区紫色土小麦-玉米轮作系统N2O排放总量为0.73～4.51 kg/hm2,大小顺序为OM处理OMNPK处理N处理NPK处理RSDNPK处理CK,与不施肥相比,N2O排放量分别增加了517.8%、369.9%、275.3%、238.4%和212.3%,各处理间差异在0.05水平显著。在同等施肥条件下,氮磷钾肥配施秸秆可有效地控制N2O的排放。[结论]小麦季、休闲期和玉米季对整个轮作周期N2O排放总量的贡献分别为30%、10%和60%;肥料施用是川中丘陵区紫色土小麦-玉米轮作系统N2O排放量增加的主要驱动因子;土壤温度和水分是影响小麦季和休闲期土壤N2O排放的主要因素;降雨是影响玉米季土壤N2O排放的重要影响因素;土壤含水量偏低是川中丘陵区紫色土小麦季和休闲期出现N2O吸收现象的主要原因;若控制川中丘陵区紫色土WFPS50%或80%,则可抑制土壤N2O排放。     

年内轮耕对小麦—玉米两熟农田土壤水稳性团聚体碳、氮分布的影响

在华北平原小麦—玉米两熟区,设置6种年内轮耕模式,即小麦季免耕玉米季免耕(WZ-MZ)、小麦季免耕玉米季深松(WZ-MS)、小麦季深松玉米季免耕(WS-MZ)、小麦季深松玉米季深松(WS-MS)、小麦季翻耕玉米季免耕(WC-MZ)、小麦季翻耕玉米季深松(WC-MS),探讨年内轮耕模式对土壤水稳性团聚体碳、氮分布的影响。结果表明,MS的年内轮耕模式比MZ有利于0~40 cm土层微团聚体聚成更大粒级的团聚体和保护大团聚体免受破坏;无论玉米季免耕还是深松条件下,与WZ、WC相比,WS能提高10~40cm土层0.25 mm粒级的大团聚体含量;WZ和WS比WC能显著提高土壤表层有机碳及全氮,使更多的碳、氮在土壤表层聚集;MS比MZ能降低0~10 cm和提高10~40 cm土层团聚体中有机碳及全氮含量;WZ能显著提高土壤0~10 cm土壤团聚体中C/N;无论小麦季采用哪种耕作方式,MS比MZ能降低0~10 cm和提高10~40 cm土层团聚体中C/N。     

渭北旱塬小麦玉米轮作区不同耕作方式 对土壤水分和作物产量的影响

【目的】陕西渭北旱塬属于暖温带半湿润易旱气候区,干旱对旱地农作物生产威胁严重,降水短缺及其季节分布不均制约着旱地冬小麦和春玉米生长发育,是导致作物产量低而不稳的主要因素。论文旨在探索渭北旱塬冬小麦-春玉米轮作区在不同轮耕措施下土壤蓄水保墒效果和作物增产增收效应。【方法】于2007-2013年在陕西合阳实施了免耕/深松、深松/翻耕、翻耕/免耕、连续翻耕等不同耕作处理田间定位试验,测定休闲期和作物生育期土壤水分及作物收获期土壤理化性状,分析各耕作处理作物产量和水分利用效率的变化规律。【结果】（1）3种耕作处理均能降低土壤容重,提高土壤孔隙度,增加田间持水量和土壤有机质,且以免耕/深松轮耕处理效果最佳,与连续翻耕相比,免耕/深松轮耕处理平均土壤容重较连续翻耕处理降低3.6%,平均土壤孔隙度、田间持水量和土壤有机质含量较连续翻耕处理分别增加4.4%、11.6%和6.9%。（2）在6个试验年度的3个休闲期间,平均土壤蓄墒率：免耕/深松＞翻耕/免耕＞深松/翻耕＞连续翻耕,免耕/深松、深松/翻耕和翻耕/免耕处理平均土壤蓄墒率较连续翻耕处理分别增加22.4个百分点、4.4个百分点和4.9个百分点,增墒效果显著;免耕/深松、深松/翻耕和翻耕/免耕处理0-200 cm土层平均土壤蓄水量较连续翻耕处理分别高18.2、1.3和11.8 mm。（3）在冬小麦生长期,免耕/深松、深松/翻耕和翻耕/免耕处理0-200 cm土层平均土壤蓄水量较连续翻耕处理分别增加13.2、1.7和14.6 mm;在春玉米生长期,免耕/深松和深松/翻耕处理0-200 cm土层平均土壤蓄水量较连续翻耕处理分别增加17.8和15.1 mm,深松/翻耕处理低于连续翻耕处理5.0 mm。（4）在冬小麦生产年度,免耕/深松、深松/翻耕和翻耕/免耕处理平均产量较连续翻耕处理分别增产8.1%、8.9%和4.9%,水分利用效率平均提高14.3%、13.8%和10.2%;在春玉米生产年度,免耕/深松和深松/翻耕处理平均产量较连续翻耕处理分别增产10.2%和6.4%,水分利用效率平均提高4.6%和8.2%,翻耕/免耕与连续翻耕处理平均产量接近,水分利用效率接近。【结论】综合可知,3种轮耕模式中,与连续翻耕处理相比,深松/翻耕轮耕模式土壤水分状况较差,但其作物产量和水分利用效率较高;翻耕/免耕轮耕模式土壤水分状况较好,但其作物产量和水分利用效率较差;而免耕/深松轮耕模式对于改善土壤耕层物理结构、提高土壤蓄水保墒效果和作物增产效应最佳,为渭北旱塬区麦玉轮作田较适宜的休闲轮耕模式。     

黄土塬区冬小麦产量及水分利用效率对播前底墒变化与生育期差别供水的响应

【目的】通过黄土塬区播前底墒变化和生育期差别供水(降水+补充灌溉)对冬小麦产量、耗水量以及水分利用效率影响的田间试验,揭示该区域农田有限水资源高效利用的调控机制,明确现有措施下冬小麦旱作生产潜力可实现水平。【方法】划设田间试验小区,在夏闲期通过覆盖保水与生物耗水措施形成底墒差异的基础上,设计如下试验:(1)由不同底墒+生育期降水形成4个冬小麦全生育期无补灌处理,以分析冬小麦产量及水分利用效率对播前底墒变化的响应。其2 m土层底墒变化范围为350—550 mm。(2)相同底墒下不同生育期灌一水处理:在平均底墒约为500 mm下分别在拔节期、孕穗期和灌浆期补充灌溉40 mm,探讨冬小麦不同生育期对等量灌溉的响应差别。(3)高底墒542.3 mm与571.6 mm下分别进行灌2水与4水处理,形成冬小麦全生育期比较充分的供水条件,研究冬小麦在低水分胁迫下产量提升的可能程度及其水分利用效率特征。【结果】(1)在黄土塬区降水季节分布特征下,播前底墒对冬小麦产量具有决定性作用,产量随底墒线性增加。在做好夏闲期蓄水保墒的基础上,旱作冬小麦产量可达到充分供水情况下能够取得产量的88%—90%水平。(2)与2 m土层底墒为500 mm且生育期无补充灌溉的处理比较,供水增加同为40 mm时,表现为底墒增加处理的产量提高了11.8%,次之是在拔节期与孕穗期分别补灌的处理,但三者间产量无显著差异;播前底墒较高并在拔节期及孕穗期补充灌溉的处理冬小麦产量达到试验年份较高水平,且作物水分利用效率(WUE)也得到提高。(3)冬小麦产量与耗水量表现为Logistic曲线关系,随着耗水量的增大,产量提升速率表现为先快后慢,边际水分利用效率(MWUE)则持续降低,而WUE表现为上升、达到峰值和下降三个阶段,且WUE到达其最高值的耗水量小于产量到达其最高值的耗水量。【结论】黄土塬区气候条件下,播前底墒差别与生育期差别供水对冬小麦产量均有影响,由底墒或不同生育时期分别增加等量供水在总供水水平相同时其增产效应基本一致;采用Logistic曲线模型可以较好地模拟冬小麦产量与耗水量之间的关系,揭示产量、耗水量及WUE间的内在联系。     

施氮量和花后控水对小麦水分生产效率及产量的影响

在防雨池栽条件下,采用施纯氮10kg/667m2、15kg/667m2、20kg/667m2(分别用N1、N2、N3表示)和40%~50%、60%~70%、80%~90%(分别用W1、W2、W3表示)3种土壤含水量进行处理,研究了氮肥和花后土壤含水量对小麦水分生产效率和产量的影响。结果表明:在同一施氮量条件下,表现为花后土壤含水量过高(80%~90%)或过低(40%~50%)导致穗粒数减少,千粒重降低,最终使产量降低。水分生产效率,则随着土壤含水量的增加而降低。在同一土壤含水量下,表现为增加施氮量有利于提高穗粒数,但过多(20kg/667m2)或过少(10kg/667m2)施氮均不利于穗粒数和千粒重的提高,而导致减产。而对于水分生产效率,表现为增加施氮量提高水分生产效率,而施氮量过高(20kg/667m2)造成小麦贪青晚熟,导致水分生产效率下降。因此,小麦生产中可以通过施用氮肥和控制花后土壤水分含量技术,调控小麦水分生产效率和产量,实现高产高效。     

不同土层测墒补灌对小麦耗水特性和产量的影响

大田条件下,设置5个试验处理,即:小麦拔节期和开花期各灌溉60 mm(W1);拔节期和开花期测定0~20 cm(W2)、0~40 cm(W3)和0~60 cm(W4)土层土壤含水量,并补灌至土壤相对含水量为70%;全生育期不灌溉(W0);以此研究不同土层测墒补灌对小麦耗水特性和产量的影响。结果表明:土壤贮水消耗量为W3W1W2、W4W0,60~140 cm土层贮水消耗量W3处理最高;W3的籽粒产量最高,其水分利用效率高于W0和W4处理。这表明依据0~40 cm土层含水量测墒补灌拔节期和开花期目标相对含水量为70%的W3处理达到节水高产的效果。     

夏玉米后期灌溉对玉米产量及冬小麦播前底墒的影响

[目的]研究冀中南地区小麦-玉米周年种植节水生产新途径。[方法]试验设玉米灌浆后期不浇水,在小麦播前10、20 d浇水3个处理,不浇水处理为对照,研究"一水两用"技术对玉米产量及小麦播前耕层墒情及0~200 cm土层储水效果的影响。[结果]与对照相比,小麦播前10、20 d浇水对玉米穗粒数影响不大,但能明显提高千粒重和产量,增产率分别达5.9%和8.4%;耕层含水量分别平均增加11.0%、6.4%;0~200 cm土壤储水量分别增加771.0、663.5 m~3/hm~2。小麦播前20 d浇水对夏玉米增产效果较好,而小麦播前10 d浇水对提高土壤墒情及增加0~200 cm土壤储水量效果较好,从节约水资源,促进农业可持续发展角度考虑,采用小麦播前10 d浇水技术意义更大。[结论]该研究可为夏玉米灌溉提供参考。     

秸秆生物炭和秸秆对麦玉轮作系统土壤养分及作物产量的影响

为探讨生物炭和秸秆在石灰性潮土区对麦玉轮作系统的影响,采用冬小麦季玉米秸秆还田-夏玉米季小麦秸秆不还田的单季还田模式,按照观测小区内实际平均玉米秸秆干物质量进行倍数施用,设置玉米秸秆0.5(S0.5)、1.0(S1.0)、1.5(S1.5)和2.0倍（S2.0）还田,以及将等量玉米秸秆全部转化为生物炭进行施用（B0.5、B1.0、B1.5、B2.0）,以无生物炭和秸秆的处理为对照（CK）,测定不同处理下的土壤养分及作物产量。结果表明,生物炭和秸秆还田处理对冬小麦、夏玉米两季的土壤全效以及速效养分具有一定的促进作用,整体上在冬小麦季对土壤养分的改善及碳氮比的提升效果优于夏玉米季。在冬小麦季,生物炭和秸秆还田处理的小麦籽粒产量较对照分别显著增加9.04%～21.76%和15.31%～22.96%;在夏玉米季,B0.5、S1.0、S1.5、S2.0处理的玉米籽粒产量较对照分别显著增产10.86%、8.72%、10.89%、12.22%。整体上施用生物炭和秸秆对冬小麦的增产效果高于夏玉米,且以秸秆还田处理的增产效果更优。因此,在鲁西平原石灰性潮土区正常施肥的基础上,在冬小麦季施加0.5倍玉米秸...     

向日葵覆膜保墒栽培技术效益研究

[目的]研究雨养区农业生产中,实现田间雨水的集流和富集叠加利用,提高降雨利用率和保墒率的栽培技术。[方法】在旱地食用向日葵覆膜保墒栽培中,不同时期采用6种覆膜方式,比较出综合效益最佳的覆膜技术。[结果]与常规的播期半膜技术相比,秋季全膜覆盖技术使降雨利用率提高22．13％,水分生产效率提高20．25kg／mm·hm^2,土壤1m内平均含水量提高8．4％,整个生育期1m内土壤贮水量增加143．61m^3,土壤0～25cm平均温度提高1～2℃。[结论]秋季全膜覆盖可以较好的解决土壤水分无效蒸发的问题,有效地改善土壤水分及温度条件,对旱作食用向日葵的栽培可起到良好的增产作用。