基于SIRMOD模型的不同耕作栽培方式的水分利用效率评价

利用SIRMOD模型对传统耕作(CONV)、垄作(FRB)、垄作固定道(PRB)、平作固定道(ZT)4种栽培方式下春小麦的水分利用效率进行了评价.结果表明:苗期计划层较浅,需要快速灌溉,PRB模拟灌水速度为3.83m3/s,CONV、FRB、ZT分别比PRB高出42.0%3、1.6%3、5.0%,渠系难以满足其要求,因此发生了深层渗漏,但以PRB渗漏量最少;在第2次灌水中,除PRB外其它3个处理均不能达到模拟灌水要求,均再次发生渗漏;以后几次灌水中再未发生深层渗漏,但灌水均匀度、入渗深度沟灌的都要比平作灌溉的好.PRB与其它3个处理相比,灌水速度要求低,发生的渗漏最少,用水量最少,保水能力强,水分生产效率最高(13.49 kg/mm.hm2).     

不同耕作方式下春小麦棵间土壤蒸发研究

采用微型棵间土壤蒸发皿,测定传统耕作(CK)、常规垄作沟灌(FRB)、固定道保护性耕作(PRB)和固定道平作(ZT)4种耕作模式下棵间土壤蒸发,研究棵间土壤蒸发量与蒸腾之间的关系,蒸发占蒸散的比例及其随叶面积指数(LAI)和表层土壤体积含水量的变化关系。结果表明:固定道耕作无论是平作还是垄作栽培,在拔节后期均比传统耕作和常规垄作沟灌能更好抑制土壤蒸发。与平作栽培相比,沟垄地形对垄床和垄沟棵间土壤蒸发均有促进作用,且垄沟棵间土壤蒸发要大于垄床。春小麦三叶期至拔节期,CK、ZT、FRB和PRB棵间土壤蒸发量占田间耗水量的比值分别为64.96%、53.16%、74.99%和51.99%。拔节后,各处理棵间土壤蒸发占时段耗水量的比值均降到45%以下。抽穗至灌浆初期,各处理棵间土壤蒸发占时段耗水量的比例在24.46%~31.07%。4种耕作模式相对棵间土壤蒸发强度均随表层土壤体积含水量增大而增加,随LAI的增加而显著减小,两者均呈良好的指数函数关系。     

垄作覆盖下小麦、玉米产量、土壤碳素转化及水分研究

研究了旱地小麦、玉米一年两熟制下垄作覆盖对土壤溶解性有机碳和微生物量碳含量、水分及作物产量的影响。在洛阳市农林科学院内防渗精确水分池内,设置垄作覆盖、秸秆覆盖、传统耕作(对照)3个处理,结果表明,(1)垄作覆盖下作物增产显著,小麦较对照增产11.05%,玉米增产32.40%;小麦水分利用效率提高0.36 kg/(mm.hm2),玉米水分利用效率提高2.72kg/(mm.hm2)。(2)垄作覆盖提高了0～200cm土壤含水量,为小麦、玉米生长提供充足的水分。(3)垄作覆盖下0～5cm、5～10cm土层溶解性有机碳含量,小麦田分别较对照增加了39.7mg/kg、27.5mg/kg,玉米田分别较对照增加了52.1%、61.2%。(4)垄作覆盖下微生物量碳含量:小麦田0～5、5～10、10～20cm土层分别较对照增加了120.7mg/kg、158.6mg/kg和132.2mg/kg;耕层微生物量碳平均含量较对照高94.1%;玉米田0～5cm、5～10cm土层分别较对照高167.2mg/kg、78.2mg/kg,10～20cm与对照比差异不明显。垄作覆盖技术既可提高0～200cm土壤含水量和水分利用效率,又可显著提高0～5cm溶解性有机碳和微生物量碳含量,利于小麦、玉米高产稳产。     

垄作对旱地甘蓝水分利用及产量的影响

通过2 a大田试验,对不同垄作方式下旱地甘蓝土壤水分含量、植株性状、产量以及水分利用效率进行研究。结果表明,各处理条件下,土壤0~40 cm土层土壤含水量变化幅度大于40~160 cm土层,垄作条件下土壤各层含水量变化幅度小于平作方式;3行垄处理的甘蓝产量较平作产量高出4.46%~9.09%,且水分利用效率在2 a试验中均为最高。     

固定道灌溉结合垄面覆盖对土壤水分时空分布和产量的影响

通过定位试验研究了固定道结合垄面不同覆盖处理土壤水分分布以及对产量的影响,结果表明:固定道内的机械压实增加了土壤表层0~15 cm紧实度,对15 cm以下土层影响较小,从而在固定道表层形成了一个隔水层,减少了水分在道内下渗的可能性,增加了水分向垄体侧渗的几率;固定道耕作无覆盖(CT)处理土壤水分含量明显低于固定道耕作结合地膜覆盖(CTP)和固定道结合秸杆覆盖(CTS),表层含水量常低于10%,CT处理和CTP处理灌水后在垄中分别形成约40 cm和20 cm的水分亏缺带,而CTS处理土壤内水分则通过再分布使垄中水分得以补偿;CTS处理灌水后水分在土壤中逐步均一分布,CTP处理和CT处理土壤内较长一段时间表现为垄中含水量低于垄缘;由于不同的覆盖状况以及垄面水分的分布不同导致各处理及同处理行间产量存在差异,各处理产量高低顺序为CTP>CTS>CT,CTP比CT增产19.62%,CTS比CT增产17.82%;CTP处理与CTS处理间产量差异不显著;CT处理中间行产量比次边行和最边行分别低59.72%和28.63%;CTS处理行间产量差异不显著;CTP处理行间产量差异不如CT明显,而且各行产量均高于对应CT处理各行产量。     

绿洲灌区垄作沟灌栽培对土壤物理性状和春小麦产量的影响

于2008-2009年,在甘肃省农业科学院张掖节水农业试验站,研究绿洲灌区春小麦垄作沟灌栽培条件下土壤物理性状的变化及其对春小麦产量的影响.结果表明,垄作沟灌栽培0～40 cm土壤坚实度明显低于平作,0～20 cm土壤体积质量较平作降低2.52％.0～10 cm日均土壤温度较平作提高1.41℃,且随春小麦生长发育进程的推进,增温效应逐渐弱化.垄作沟灌栽培春小麦三叶期0～10 cm土层质量含水量低于平作栽培,挑旗期至成熟期0～120 cm土层质量含水量高于平作栽培.垄作沟灌栽培春小麦产量较平作增产7.27％～34.69％,水分利用效率提高2.37～4.71 kg/(hm2·mm),节水750 m3/hm2.垄作沟灌栽培对土壤坚实度、体积质量、温度和水分的影响是春小麦节水增产的主要原因之一.     

绿洲灌区固定道垄作对春小麦土壤水分变化动态的影响

研究了固定道垄作条件下,春小麦的土壤水分动态变化.结果表明:不同栽培措施下,0~120 cm土层土壤贮水量的变异系数随着土层的加深而减小,其中剧变层(0~30 cm)的土壤贮水量因受降水和灌溉的影响变化剧烈;小麦拔节期固定道垄作0~60 cm土壤贮水量高于其它处理5 mm左右;抽穗到灌浆期,土壤贮水量下降幅度最大,表现出良好的供水性,可节水200 mm左右,水分利用效率较传统提高31.66%.     

不同滴水量对新大豆27号根系生长及其产量的影响

采用管栽方法研究了W1(滴水量7.5kg/管,滴水5次)、W2(滴水量11.0kg/管,滴水5次)、W3(滴水量17.6kg/管,滴水6次)、W4(滴水量21.8kg/管,滴水6次)4种滴水处理对0~100cm土层含水量、新大豆27号根系干重和长度及根活性在0~100cm土层分布、产量和水分利用效率的影响。结果表明,增加滴水量明显提高0~40cm土层土壤含水量下限,减少40~100cm土层贮水消耗量;增加结荚至成熟期根系总干重和根总长,主要是0~40cm土层根系干重和根长增加的结果,并减少80~100cm土层根干重和根长,明显增加根系伤流量和0~40cm土层根系活力;W4处理最大根干重和根长分别比W1处理增加60.29%,65.51%;W4处理比W1处理增产87.72%,W4处理水分利用效率比W1处理提高4.88%。增加滴水量,增加土层湿润深度,提高0~40cm土层含水量,促进花荚期0~40cm土层根系生长和延缓鼓粒期根系衰老是提高产量和水分利用效率的重要原因。     

绿洲灌区固定道垄作对春小麦土壤水分

研究了固定道垄作条件下,春小麦的土壤水分动态变化.结果表明:不同栽培措施下,0～120 cm土层土壤贮水量的变异系数随着土层的加深而减小,其中剧变层(0～30 cm)的土壤贮水量因受降水和灌溉的影响变化剧烈;小麦拔节期固定道垄作0～60 cm土壤贮水量高于其它处理5 mm左右;抽穗到灌浆期,土壤贮水量下降幅度最大,表现出良好的供水性,可节水200 mm左右,水分利用效率较传统提高31.66 %.     

绿洲灌区垄作沟灌栽培对玉米间作豌豆产量及水分利用效率的影响

研究了玉米间作针叶豌豆在垄作栽培和传统平作栽培方式下,对土壤温度、水分、作物产量及水分利用效率的影响。结果表明,垄作栽培5～25 cm土层的日均地温较平作栽培提高0.92℃,随土层的加深,土壤增温效果呈现先增后减的趋势。垄作栽培土壤含水量及储水量高于平作栽培19.1 g/kg和315 m3/hm2。垄作栽培在灌水量比平作减少1200 m3/hm2的条件下,两种作物的混合产量为16895.3 kg/hm2,增产达14.97%;水分利用效率为26.61 kg/（hm2·mm）,节水1268.4 m3/hm2。从增产节水的角度来看,玉米间作针叶豌豆垄作栽培模式明显优于平作栽培模式。     

干旱内陆灌区不同秸秆还田方式下春小麦田土壤水分利用特征

【目的】针对水资源短缺严重制约干旱绿洲灌区作物生产,传统翻耕产量不稳定及水分利用效率低下等问题,研究不同秸秆还田方式下春小麦农田土壤水分利用特征,旨在优化耕作措施,提高干旱内陆灌区农田的水分利用率。【方法】2014—2016年,在河西绿洲灌区,通过田间定位试验,研究不同秸秆还田方式（少耕,25—30 cm秸秆高留茬立茬还田（NTSS）;少耕,25—30 cm秸秆高留茬覆盖还田（NTS）;翻耕,25—30 cm 秸秆高留茬还田（TS）;传统翻耕,无秸秆还田（CT））对春小麦田水分利用的时间动态、耗水结构以及利用效率的影响,以期为优化试区春小麦高产高效栽培管理技术提供理论依据。【结果】少耕秸秆还田可降低春小麦田耗水量,与CT相比,NTSS、NTS分别降低3.1%—7.8%与3.7%—7.7%;NTSS、NTS通过减少春小麦生育前期（灌浆期之前）的耗水,增大生育后期（灌浆初期至成熟期）的耗水量,有效协调春小麦前后生育时期需水矛盾,相比NTSS,NTS处理的调控效应更突出。少耕秸秆还田具有抑制土壤蒸发,减小棵间蒸发占总耗水量（E/ET）的比重,提高水分利用有效性的作用,NTSS、NTS较CT棵间蒸发量分别降低9.3%—17.4%、10.8%—23.3%,较TS分别降低4.0%—5.8%与5.6%—11.4%,以NTS降低棵间蒸发量幅度较大,因而NTS较CT处理E/ET降低6.9%—21.3%。秸秆还田具有增产优势,与CT相比,NTSS、NTS、TS分别增产16.6%—24.9%、18.6%—27.3%、10.2%—18.7%,3个秸秆还田处理中,NTSS、NTS较TS分别增产5.2%—5.9%、7.2%—9.5%。因而,秸秆还田处理具体较高的水分利用效率,NTSS、NTS、TS较CT处理水分利用效率分别提高21.1%—28.3%、26.6%—30.6%、13.1%—20.3%,以NTSS、NTS提高比较大,比TS分别提高6.7%—11.9%、8.6%—13.7%。【结论】在水资源短缺的河西绿洲灌区,集成应用少耕与25—30 cm秸秆立茬及覆盖还田技术是实现春小麦高产、稳产、灌溉水高效利用的理想耕作措施。     

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。     

免耕和秸秆覆盖对旱作区土壤氮素、水分和春小麦产量的影响

采用随机区组设计进行大田试验,设置传统耕作(CT)、免耕(NT)、传统耕作+秸秆覆盖(TS)、免耕+秸秆覆盖(NTS)4种处理,研究不同处理下旱作区春小麦田的土壤容重、含水量、全氮含量、铵态氮含量、硝态氮含量和小麦产量。结果表明:不同处理实施2 a后,NT和NTS处理的0~10 cm土层土壤容重显著(P<0.05)高于CT和TS处理;TS和NTS处理较CT处理增加了土壤含水量和土壤表层(0~40 cm)全氮含量,就2 a试验平均值而言,TS、NT和NTS处理的土壤含水量较CT处理分别增加8.33%、3.17%和3.82%,TS和NTS处理的土壤全氮含量分别较CT处理显著(P<0.05)增加1.78%和3.48%;但TS、NT和NTS处理的土壤铵态氮和硝态氮含量较CT处理显著(P<0.05)降低。从2 a试验平均值看,与CT处理相比,TS和NTS处理的春小麦产量明显增加,而NT处理的春小麦产量下降。     

耕作对渭北旱塬小麦-玉米轮作田土壤水分和产量的影响

【目的】探讨不同降水年型下,耕作方式对冬小麦-休闲-春玉米轮作田土壤水分和作物产量的影响,为旱区粮田降雨高效利用与耕作制度创新提供理论支撑。【方法】于2007—2019年在渭北旱塬进行长期定位保护性耕作试验,以传统翻耕（CT）为对照,设置免耕（NT）和深松（ST）2种少耕耕作方式,分析不同降水年型下耕作方式对小麦-玉米轮作田休闲期土壤蓄墒、作物产量和水分利用效率的影响。【结果】（1）降水年型、耕作方式及其互作均显著影响休闲期末期土壤贮水量和休闲期蓄墒率,其中降水年型是休闲末期土壤贮水量和休闲期蓄墒率变化的主导因素。休闲末期0—200 cm土层土壤贮水量（mm）表现为丰水年型（430.6）>欠水年型（405.9）>平水年型（381.5）;NT（417.4）>ST（402.3）>CT（398.2）;丰水年型NT处理休闲末期0—200 cm土层土壤贮水量最高（438.5）,平水年型ST处理最低（370.2）;休闲期蓄墒率（%）表现为丰水年型（27.1）>欠水年型（26.6）>平水年型（25.1）;NT（27.6）>ST（26.4）>CT（25.8）;欠水年型NT处理土壤蓄墒率最高（29.1）,平水年型CT处理土壤蓄墒率最低（25.0）。（2）降水年型、耕作方式及其互作均显著影响冬小麦产量和水分利用效率（WUE）,其中耕作方式是冬小麦产量（kg∙hm^-2）和WUE（kg∙hm^-2∙mm^-1）变化的主导因素。冬小麦产量表现为丰水年型（4985）>欠水年型（3984）;NT（4522）>ST（4468）>CT（4465）;丰水年型NT处理产量最高（5033）,欠水年型ST处理最低（3957）;冬小麦WUE表现为丰水年型（15.4）>欠水年型（14.9）;NT（16.2）>ST（15.4）>CT（14.0）;丰水年型NT处理WUE最高（16.5）,欠水年型CT处理最低（13.9）。（3）降水年型、耕作方式及其互作均显著影响春玉米产量和水分利用效率（WUE）,其中降水年型是春玉米产量（kg∙hm^-2）和WUE（kg∙hm^-2∙mm^-1）变化的主导因素。春玉米产量表现为丰水年型（7677）>欠水年型（6999）>平水年型（5887）;NT（6900）>ST（6879）>CT（6785）;丰水年型ST处理产量最高（8003）,平水年型ST处理最低（5723）;春玉米WUE表现为丰水年型（18.7）>欠水年型（17.5）>平水年型（14.8）;NT（17.8）>ST（17.0）>CT（16.2）;丰水年型ST处理WUE最高（19.3）,平水年型CT处理最低（13.9）。（4）在冬小麦-休闲-春玉米轮作周期中,耕作方式显著影响作物产量和WUE。其中NT处理多年平均产量和WUE分别较CT处理提高1.6%和9.5%,ST处理多年平均产量和WUE分别较CT处理提高1.2%和3.9%。【结论】综合各降水年型下土壤水分与作物产量得出,保护性耕作可以相对高效地实现保水增产目的,其中以免耕处理蓄水与增产效应最佳。从旱作农田高产高效及长期可持续发展的角度综合考虑,推荐免耕作为黄土高原地区实现蓄水保墒及增产增收目的的耕作方式。     

轮耕对渭北旱塬麦田土壤有机质和全氮含量的影响

【目的】研究由秸秆覆盖免耕、秸秆覆盖深松和秸秆还田翻耕组成的不同保护性轮耕模式对渭北旱塬连作麦田土壤肥力的影响。【方法】2007-2014年在陕西合阳实施夏闲期免耕/深松轮耕（NT/ST）、深松/翻耕轮耕（ST/CT）、翻耕/免耕轮耕（CT/NT）、连续免耕（NT/NT）和连续翻耕（CT/CT） 5种不同耕作模式定位试验,测定并分析2011-2014年小麦收获后不同耕作处理下土壤有机质和全氮变化规律及产量差异。【结果】与连续翻耕相比,连续免耕有利于表层土壤有机质和全氮积累,而免耕、深松和翻耕组成的3种轮耕处理更有利于提高20-40和40-60 cm土层土壤有机质和全氮含量,其中随着耕作年限延长,连续免耕处理下土壤养分逐渐表现出“上层富集,下层贫化”的现象;而免耕/深松轮耕更有利于耕层及耕层以下土壤养分均匀分布。随着轮耕年限增加,各耕作处理0-60 cm土层土壤有机质含量和总量均呈现出整体增加趋势,其中以免耕/深松处理增加趋势比较明显。与2007年相比,免耕/深松、深松/翻耕和翻耕/免耕3种轮耕处理的0-60 cm土层年平均有机质含量增加速率分别为4.53%、3.02%和2.26%,2014年土壤有机质总量分别增加了4.07、2.68和1.65 kg·m^-3。轮耕7年后,免耕/深松、深松/翻耕和翻耕/免耕轮耕处理较连续翻耕处理0-60 cm土层土壤有机质含量分别显著增加25.3%、15.2%和10.2%,有机质总量分别增加31.57%、21.45%和13.94%,其中免耕/深松处理较连续免耕有机质含量增加9.20%,总量增加3.84%。在2011-2014年期间,与连续翻耕相比,连续免耕和3种轮耕处理0-60 cm土层土壤全氮含量及总量均有不同程度增加。其中2014年免耕/深松、深松/翻耕和翻耕/免耕轮耕处理较连续翻耕处理0-60 cm土层土壤全氮含量分别增加17.3%、8.0%和6.4%,氮总量分别显著增加了0.21、0.13和0.09 kg·m^-3,其中,免耕/深松处理较连续免耕全氮含量增加了3.02%,总量减少了2.26%。2011-2014年冬小麦平均产量表现为深松/翻耕＞免耕/深松＞连续翻耕＞翻耕/免耕＞连续免耕,其中深松/翻耕和免耕/深松处理冬小麦平均产量接近,分别较连续翻耕处理显著增产10.36%和9.80%,较连续免耕处理显著增产17.84%和17.24%;翻耕/免耕较连续翻耕处理减产1.59%,较连续免耕处理增产5.08%,但差异不显著。不同保护性轮耕措施下,各土层土壤有机质含量与全氮含量间呈显著正相关;0-20 cm土层有机质含量与轮耕年限呈显著线性相关。【结论】3种轮耕模式较连续翻耕有利于提高0-60 cm土壤有机质和全氮总量,且较连续免耕有利于土壤养分含量在耕层及耕层以下土层均匀分布,其中以免耕/深松轮耕处理效果最优,且增产效应较佳,为渭北旱塬连作麦田较适宜的休闲轮耕模式。     

旱地全膜覆土穴播对春小麦耗水、产量和土壤水分平衡的影响

【目的】干旱、降水供需错位和春季低温是制约西北黄土高原丘陵沟壑区春小麦生产的主要因子,如何最大限度保蓄自然降水、实现水分的跨季节利用,则是该区春小麦产量稳定提高的根本途径。本文在大田定位观测的基础上,揭示全膜覆土穴播对西北黄土高原旱作春小麦季节性耗水特征、产量、水分利用效率和休闲期土壤水分补给的影响,并评判其年际土壤水分平衡效应。【方法】试验于2011-2013年在西北黄土高原半干旱区的甘肃省农业科学院定西试验站进行 （104°36′ E,35°35′ N）,以春小麦陇春27号为试验材料,设全膜覆土穴播（FMS）、地膜覆盖穴播（FM）和露地穴播（CK）3个处理,测定春小麦不同生育时期的土壤含水量、生物量、产量和产量构成因子,计算休闲效率、耗水量、水分利用效率、收获指数等指标。【结果】2011和2012年3个处理的春小麦耗水量无显著差异,但2013年FMS耗水量显著高于CK。FMS和FM可增加春小麦苗期到孕穗期耗水,且此阶段的耗水量在干旱年份分别较CK增加27.2%和9.6%,在丰水年份分别较CK增加52.2%和44.6%。虽然FMS和FM在各生育期的耗水量无显著差异,但FMS在丰水年（2012年和2013年）的耗水量较FM有增加趋势,且这一效果在2013年尤为明显。FMS和FM在休闲期可补充0-80 cm土层土壤水分25.4和18.3 mm,比CK分别低2.2和9.3 mm;补充80-200 cm土层土壤水分78.0和71.0 mm,比CK分别高30.0和23.1 mm;与2011年播前相比,种植3年春小麦后0-200 cm土层的土壤贮水量FMS增加了23.8 mm、FM增加了22.5 mm、CK增加了12.4 mm。FMS的休闲效率为30.5%-52.6%,比CK高12.8%-109.5%,比FM高4.5%-40.9%。FMS的穗粒数、千粒重等产量构成因子均显著高于CK（P＜0.05）;收获指数为0.4-0.5,比CK高32.5%。FMS的产量为1 750-3 180 kg·hm^-2,水分利用效率为5.5-11.5 kg·hm^-2·mm-1,分别比CK增加40%-220%、27%-239%,而且干旱年份的增加幅度更高。在干旱的2011年,FMS处理的产量较FM增加26.2%,水分利用效率提高28.2%;在丰水的2013年,FMS处理的产量较FM增加20.9%,水分利用效率提高14.8%,两年均达到显著差异水平,表明FMS较FM具有更明显的丰水年份增产、干旱年份适应干旱胁迫的潜力,能够实现该区春小麦生产稳产高产的目标。【结论】西北黄土高原半干旱区FMS种植模式有效提高了春小麦播前和生长前期的土壤贮水量,并使春小麦苗期-孕穗期的作物耗水量显著升高,增加春小麦穗粒数,扩大籽粒产量库容和促进灌浆,显著提高春小麦产量和水分利用效率;并在休闲期完全补充春小麦生育期消耗的0-200 cm土壤水分,保持春小麦田的土壤水分年际平衡。     

渭北旱塬麦田保护性轮耕方式的产量和土壤水分效应长周期模拟研究

【目的】渭北旱塬是中国北方典型雨养旱作农区,干旱缺水是当地粮食生产主要限制因素,降水偏少且季节分布不均,制约着旱地冬小麦生长及发育,导致其产量低而不稳。研究旨在探索长周期下渭北旱塬连作冬小麦区在不同轮耕措施下麦田的土壤蓄水保墒和作物增产效应。【方法】在模拟精度验证基础上,应用WinEPIC模型长周期定量模拟研究了1980-2009年渭北旱塬连作麦田连续翻耕、免耕/深松轮耕、翻耕/深松轮耕、免耕/免耕/深松轮耕和免耕/翻耕/深松轮耕不同保护性轮耕方式下冬小麦产量和土壤水分效应。【结果】在30年模拟研究期间,随着降水量的逐年趋势性减少,不同轮耕方式下渭北旱塬冬小麦产量、年度耗水量以及水分利用效率均呈现波动性下降趋势;免耕/深松、翻耕/深松、免耕/免耕/深松和免耕/翻耕/深松轮耕处理产量较连续翻耕处理分别高14.4%、12.2%、2.4%和3.2%,以免耕/深松轮耕处理产量最高,30年平均值为3.53 t×hm^-2;免耕/深松、翻耕/深松、免耕/免耕/深松和免耕/翻耕/深松轮耕处理水分利用效率较连续翻耕处理分别高6.36%、6.13%、6.40%和6.41%,以免耕/免耕/深松轮耕和免耕/翻耕/深松轮耕处理水分利用效率最好,30年平均值为8.68 kg×hm^-2×mm^-1;与连续翻耕处理相比,干旱年型免耕/深松、翻耕/深松、免耕/免耕/深松耕和免耕/翻耕/深松轮耕处理耗水量明显增加,平水年型和丰水年型各耕作处理间耗水量差异不显著,以免耕/深松轮耕处理麦田耗水量高于其他轮耕方式。冬小麦田0-3 m土层土壤有效含水量呈现季节性波动降低趋势;与连续翻耕处理相比,免耕/深松轮耕、翻耕/深松轮耕、免耕/免耕/深松轮耕和免耕/翻耕/深松轮耕处理麦田土壤有效含水量分别高28.7%、27.2%、26.8%和26.7%;免耕/深松轮耕处理蓄水保墒效果最好,0-3 m土层土壤有效含水量平均为107.1 mm,翻耕/深松轮耕和免耕/翻耕/深松轮耕次之,连续翻耕最差。麦田0-1 m土层土壤湿度随季节降水而上下波动性变化,在降水较多或者较为干旱的年份1-1.5 m土层土壤湿度也会发生变化,1.5-3 m土层土壤湿度较为稳定,不同轮耕处理间差异不大;免耕/深松轮耕土层土壤湿度较其他耕作处理稍高。【结论】与连续翻耕处理相比,翻耕/深松产量和土壤蓄水保墒效果较好,但水分利用效率稍低。免耕/免耕/深松和免耕/翻耕/深松轮耕处理水分利用效率和土壤蓄水保墒效果较好,但产量较低。综合考虑麦田产量和水分利用效率以及土壤蓄水保墒效果,在长期连作冬小麦田,免耕/深松轮耕处理为渭北旱塬麦田最适宜保护性轮耕模式。