覆盖免耕在休闲期的节水和生育期的调温效应

对免耕覆盖、秸秆还田和常规耕作在休闲期的节水效果研究表明:在夏季休闲期,免耕覆盖比常规耕作多贮水30.62mm,比秸秆还田多23.91mm;在冬季储水灌溉期间,可将储水定额从2100m3/hm2减少到600和975m3/hm2。对春小麦生育期土壤表层,5、10、15、20和25cm处温度变化观测发现:免耕覆盖土壤温度在气温较低的8:00可以提高土壤表层温度,在气温较高的14:00可以减缓土壤温度的升高,而在19:00气温降低时可以减缓土壤温度的降低,使土壤温度一直保持在一个稳定的状态,这有利于调节农田小气候,创造作物良好的生长环境。     

留茬覆盖储水灌溉对豌豆出苗及水分利用效率的影响

在河西内陆河流域,覆盖免耕(NTS)、秸秆还田(CTS)和常规耕作(CTB)结合不同储水定额对豌豆所作的研究表明:在作物休闲期,覆盖免耕可以有效的增加土壤的蓄水和保墒能力,较常规耕作和秸秆还田的蒸发率分别降低8·18%和7·33%;土壤蒸发率随储水定额的增加呈现增大趋势,说明增大储水定额将增大无效蒸发,浪费宝贵的水资源。但覆盖免耕和秸秆还田也会导致土壤的热传导性能降低,对太阳的反射强度增加,使春播时地温偏低,出苗困难,苗密度较常规耕作分别降低25·88万株·hm-2和18·87万株·hm-2。对水分利用效率(WUE)的研究表明,在出苗密度降低的情况下,3种耕作方式之间的水分利用效率差异并不显著,说明在作物生长中后期,覆盖免耕和秸秆还田的经济产量增加潜力大于常规耕作。在储水定额>1350m3·hm-2时,水分利用效率将显著降低。     

绿洲灌区留茬覆盖免耕储水灌溉在休闲期的节水效应

在河西绿洲灌区进行了休闲期秸秆覆盖免耕储水灌溉的节水效应试验研究.结果表明,在休闲期,NTS(覆盖免耕)可以有效地提高土壤的雨水蓄集和减少土壤的蒸发,具有明显的保墒作用;日均蒸发量和蒸发率随着储水定额的增大而增大.NTS的蒸发率比CTS(秸秆还田)和CTB(常规耕作)分别减小22.58%和40.86%,其日均蒸发量比CTS和CTB分别减少38.53%和51.45%(P<0.01);储水定额750 m3/hm2的蒸发率比1 200、1 6502、100 m3/hm2储水定额分别减小了14.11%2、6.12%和41.13%;储水定额为750 m3/hm2的日均蒸发量比1 200 m3/hm21、650 m3/hm2和2 100 m3/hm2分别减少了32.83%、49.76%和65.04%(P<0.01);且储水定额为750 m3/hm2的条件下NTS的日均蒸发量比CTS和CTB的分别减少了71.43%和77.78%.所以,在NTS条件下适宜的储水定额为750 m3/hm2.     

覆盖免耕储水灌溉对豌豆的腾发量和土壤水分效应的影响

覆盖免耕可以降低春季豌豆(Pisum sativum)的土壤水分腾发量,且其腾发量比常规耕作和秸秆还田分别减小了29.32%和19.33%.全生育期覆盖免耕可以降低田间水分损耗,提高水分利用率.作物生长的后期,秸秆覆盖有抑制行间蒸发的作用,主要发生在土层0~30 cm,而在30~80 cm抑制蒸发的作用不明显.覆盖免耕对提高作物产量没有明显作用.覆盖免耕水分利用率比常规耕作和秸秆还田分别提高了11.21%和2.93%.覆盖免耕条件下冬季储水最佳定额为975 m3/hm2.     

不同保墒耕作方法在旱地上的保墒效果及增产效应

采用田间试验研究了留茬少耕秸秆全程覆盖、免耕补充灌溉和传统保墒耕作 3种方法对旱地土壤水分及小麦产量的影响。结果表明 ,留茬少耕秸秆覆盖增加了夏闲期农田的蓄水量 ,为旱地小麦播种出苗提供了水分保证。小麦收获时的土壤水分含量 ,0～ 60 cm的土壤有效蓄水量传统保墒方法为 6.4mm,免耕补充灌水的为 6.7mm,留茬少耕秸秆全程覆盖方法为 1 5 .3 mm,留茬少耕秸秆全程覆盖方法的蓄水量多 ;60～ 1 0 0 cm的土壤有效蓄水量传统保墒方法为 3 0 .9mm,免耕补充灌水为 2 0 .3 mm,留茬少耕秸秆全程覆盖方法为 3 3 .5 mm,也是留茬少耕秸秆全程覆盖方法的蓄水量多。留茬少耕秸秆全程覆盖比传统耕作保墒技术增产 6.7%～ 5 4.8%。留茬少耕秸秆覆盖技术 ,提高了小麦播种时的底墒、灌浆时的土壤水含量 ,是一种有效的蓄水保墒、提高旱地小麦产量的方法     

河西灌区休闲期秸秆覆盖对储水灌溉的影响

甘肃河西灌区休闲期采用秸秆覆盖(NTS)的免耕技术对储水灌溉产生了明显的节水和经济效益。直接节约毛水量2400m3/hm2,纯收益免耕覆盖(NTS)比常规耕作(CTB)和秸秆还田(CTS)分别提高1623.7和1367.4元/hm2。适宜的储水定额是900m3/hm2。     

不同保墒耕作方法在旱地上的保墒效果及增产效应

采用田间试验研究了留茬少耕秸秆全程覆盖、免耕补充灌溉和传统保墒耕作3种方法对旱地土壤水分及小麦产量的影响。结果表明,留茬少耕秸秆覆盖增加了夏闲期农田的蓄水量,为旱地小麦播种出苗提供了水分保证。小麦收获时的土壤水分含量,0～60cm的土壤有效蓄水量传统保墒方法为6.4mm,免耕补充灌水的为6.7mm,留茬少耕秸秆全程覆盖方法为15.3mm,留茬少耕秸秆全程覆盖方法的蓄水量多;60～100cm的土壤有效蓄水量传统保墒方法为30.9mm,免耕补充灌水为20.3mm,留茬少耕秸秆全程覆盖方法为33.5mm,也是留茬少耕秸秆全程覆盖方法的蓄水量多。留茬少耕秸秆全程覆盖比传统耕作保墒技术增产6.7%～54.8%。留茬少耕秸秆覆盖技术,提高了小麦播种时的底墒、灌浆时的土壤水含量,是一种有效的蓄水保墒、提高旱地小麦产量的方法。     

留茬覆盖免耕对河西走廊灌区春玉米田土壤容重和硬度的影响

在20 cm留茬压倒(NPS20)、40 cm留茬压倒(NPS40)、40 cm立秆留茬(NS40)、20 cm立秆留茬(NS20)和传统耕作(CT)5个处理的基础上增加5 400 m3/hm2灌溉量(I1)、3 600 m3/hm2灌溉量(I2)两种灌溉量,共设计了10个处理,研究了小麦不同留茬高度、不同留茬方式以及不同灌水量对春玉米田土壤容重和土壤硬度的影响。结果表明,留茬覆盖免耕处理有助于休闲期土壤表层疏松,留茬覆盖免耕处理0-5 cm层的平均土壤容重较CT降低2.04%;苗区适当的留茬覆盖量能减小土壤容重,增加土壤稳定性;增大灌水量提高了土壤容重,降低了土壤的通透性能;土壤耕作可以显著减小耕层土壤的抗楔入性,而免耕则使耕层土壤的抗楔入性增大。     

关中西部小麦秸秆覆盖免耕播种生态效应

为探索旱地有效的蓄水保墒途经,在陕西省宝鸡市农科所试验农场进行秸秆覆盖免耕播种试验研究。结果表明,冬小麦在夏闲期和生长期进行留茬覆盖,能显著增加土壤贮水量,尤其可使土壤上层长期保持湿润状态,同时留茬覆盖还能提高土壤肥力。休闲期蓄水量由391.9 mm提高到468.7 mm;土壤表层微生物细菌、真菌、放线菌数量分别比对照增加41.3%、104.5%、13.0%;免耕播种产量7 351.5 kg/hm2,传统耕作产量6 739.5 kg/hm2,增产9.1%。该技术能有效保蓄农田土壤水分,增产较明显,可在关中西部及同类地区使用。     

冷凉风沙区机械化保护性耕作技术体系试验研究

根据冷凉风沙区农业生产的特点 ,针对推广应用机械化保护性耕作要解决的关键问题 ,试验研究了不同机械化保护性耕作技术体系在提高产量、防治风沙等方面的效果。试验结果表明 ,北方冷凉风沙区实行免耕留茬机械化保护性耕作 ,耕作层贮水量比传统对照高 5 0 %～ 6 7% ,达到 76 80m3 ·hm-2 ,满足春小麦 30 0 0kg·hm-2 产量的水分需求。机械化免耕留茬保护性耕作抗风蚀能力比传统对照高 33 1%～ 4 8 3%。每hm2 增效达 112 0元左右。实践证明 :实行“机械化收获留高茬→休闲→播前喷施除草剂或浅松机械除草→免耕施肥播种→机收”的机械化保护性耕作工艺体系适合北方冷凉风沙地区     

海河低平原渠灌区麦田深松的节水增产效应研究

【目的】研究海河低平原渠灌区土壤深松对冬小麦的节水增产效应,以提高冬小麦产量和水分利用效率。【方法】于2011-2012年和2012-2013年冬小麦生长季,以冬小麦品种良星99为材料,大田条件下,通过小麦季设置旋耕（RT）、深松（SRT）和深耕（MRT）3种耕作方式处理,在海河低平原渠灌区进行了2个周期的研究。【结果】（1）深松可提高土壤水分入渗速率。水分入渗速率稳定时,深松处理土壤水分入渗速率为0.05 mm·s^-1,分别是旋耕处理和深耕处理的2.50倍和1.67倍。（2）渠灌条件下,深松有利于水分在土壤中快速下渗,优化水分在深层土壤中的分布,提升深层土壤对灌水的储蓄能力。灌水后48 h,在0-180 cm土层,深松处理土壤水分增量为158.5 mm,旋耕和深耕处理分别为142.5和144.1 mm,分别相当于深松处理的89.9%和90.9%。（3）在冬小麦冬前阶段,深耕处理棵间蒸发量最高,分别是深松和旋耕处理的1.15倍和1.35倍。冬小麦返青后,旋耕处理棵间蒸发量提高,尤其是春季灌水后,旋耕处理日棵间蒸发量上升更快,最高达1.32 mm·d^-1,而深松处理和深耕处理则仅为0.78和0.85 mm·d^-1。深松处理全生育期棵间蒸发量最低,仅为138.17 mm,分别相当于深耕处理和旋耕处理的86.9%和89.7%。（4）冬小麦播种至拔节期,旋耕处理0-100 cm土层含水量高于深松和深耕处理;拔节期至成熟,0-20 cm土层,旋耕处理含水量最高;20-80 cm土层,深松处理含水量最高;80 cm以下土层,3个处理差异不显著。（5）深松处理生育期耗水量为419.1 mm,比旋耕和深耕处理节水约6%;深松处理对灌水和降水的消耗比例分别为41.2%和22.0%,显著高于深耕和旋耕处理。（6）深松处理产量平均为8 550 kg·hm^-2,分别比旋耕和深耕处理提高15.4%和6.9%,其水分利用效率比旋耕和深耕处理分别高22.9%和14.0%。【结论】土壤深松可增加麦田地表水入渗速率,减少灌水和降水的无效蒸发,提高土壤对灌水和降水的储蓄,降低冬小麦耗水量,提高其水分利用效率和灌水生产效率,最终显著提高冬小麦产量,具有较好的节水增产效应。建议在海河低平原渠灌区冬小麦种植中采用深松耕作措施。     

长兴县合溪水库集水区不同土地利用方式下径流氮流失特征研究

从合溪水库集水区合理利用土地资源和保护水库水体质量的角度出发,在集水区选择旱地、水旱轮作地、林地、休闲地、苗木地五种不同土地利用方式,利用田间试验方法研究不同土地利用方式下的径流氮流失特征。结果表明:在自然降雨条件下,五种土地利用方式下土壤氮素流失量和流失浓度表现出明显差异,地表径流液态总氮的流失大小顺序为水旱轮作地(156.92 kg·hm~(-2)·a~(-1))旱地(114.24 kg·hm~(-2)·a~(-1))苗木地(35.61 kg·hm~(-2)·a~(-1))休闲地(3.99 kg·hm~(-2)·a~(-1))林地(1.59 kg·hm~(-2)·a~(-1)),人为耕种强度较大的水旱轮作地和旱地氮流失量较大,而耕种强度较小的休闲地和林地氮流失量较小,说明选择耕种强度较小的土地利用方式可有效削减合溪水库集水区径流氮素流失及其对合溪水库水质的潜在影响。结果还表明:不同试验区径流氮素流失的首要形态均为颗粒态氮,其次为硝态氮,最后为铵态氮;旱地、水旱轮作地、林地、休闲地、苗木地径流年均流失的颗粒态氮占总氮的比例分别是61.67%、61.42%、75.56%、65.09%和69.11%,年均流失的硝态氮占总氮的比例分别是26.21%、28.56%、16.35%、21.30%和23.20%,年均流失的铵态氮占总氮的比例分别是8.90%、7.87%、6.92%、11.78%和4.83%,意味着合溪水库集水区氮素的流失关键在于土壤表层的侵蚀,可见减少土壤表层的侵蚀是控制合溪水库集水区氮素流失和减少其对合溪水库水质负面影响的关键。     

深松蓄水和施磷对旱地小麦产量和水分利用效率的影响

【目的】针对黄土高原旱地小麦干旱缺水、肥料不合理施用的问题,探索旱地小麦休闲期深松蓄水和播前配施磷肥的最佳技术途径。【方法】于2012—2016年连续4年在山西农业大学闻喜旱地小麦试验基地开展试验,主区为休闲期深松与对照2个耕作方式,副区为施磷(P_2O_5)0、75、150、225、300、375 kg·hm~(-2) 6个施磷量处理,以明确年际间休闲期深松和播前配施磷肥对旱地小麦产量和水分利用效率的影响。【结果】夏季休闲利于旱地麦田土壤水分恢复,可提高土壤蓄水效率20%—86%;休闲期深松较对照显著提高播种期3 m内土壤蓄水量24—90 mm;提高穗数1%—18%,提高产量3%—25%,提高2012—2013年水分利用效率4%—20%。施磷肥对土壤水分有一定影响,施磷量在0—225 kg·hm~(-2)范围内,旱地小麦生育期内0—300 cm土壤蓄水量以施磷量150 kg·hm~(-2)最低;施磷(4年定位试验)降低了生育期内0—300 cm土壤蓄水量,各处理间差异以第4年最显著。本试验中施磷肥的第3年和第4年的土壤水分未达平衡,施磷量150 kg·hm~(-2)与未施磷肥间的周年耗水量差异显著,说明长期施磷肥增加了作物对水分的消耗和利用,0—300 cm土壤蓄水量会降低。随施磷量(0—225 kg·hm~(-2))增加,旱地小麦4年平均产量和水分利用效率表现为先增加后降低的变化趋势,并且均以施磷量150 kg·hm~(-2)最高,产量各处理间差异显著,水分利用效率施磷量150 kg·hm~(-2)与未施磷肥处理间差异显著。此外,F测验显示年份对产量和水分利用效率影响最大,增产效果显示休闲期深松的增产效果高于磷肥的增产效果,最终4年定位试验形成的播前0—300 cm底墒414—546 mm配施磷量150 kg·hm~(-2)、底墒556—607 mm配施磷量75 kg·hm~(-2),穗数、产量、水分利用效率均较高。【结论】旱地麦田休闲期深松有利于蓄积休闲期降水,改善底墒;施磷增加了旱地小麦对土壤水分的消耗和利用,降低了生育期土壤水分,增加了周年耗水;休闲期深松每多蓄1 mm水分可增产2—31 kg·hm~(-2),在施磷量0—150 kg·hm~(-2)范围内每多施1 kg·hm~(-2)磷肥可增产2—13 kg·hm~(-2);播前0—300 cm底墒550 mm以下配施磷量150 kg·hm~(-2)、底墒550 mm以上配施磷量75 kg·hm~(-2)均可实现较高的产量和水分利用效率。     

不同水旱轮作模式全生命周期温室效应及经济效益评价

以不同水旱轮作稻田为研究对象,对比分析不同轮作模式温室气体排放特征,挖掘关键影响因素,并将温室效应和成本-收益计量相结合,通过综合评价筛选环境友好、经济效益高的轮作模式。基于大田小区试验,设置休闲-水稻、紫云英-水稻、小麦-水稻、油菜-水稻、青饲小麦-水稻、蚕豆-水稻6种水旱轮作处理,采用静态箱-气相色谱法,于2020年6月—2021年5月进行CH₄和N₂O排放原位监测,通过结构方程模型挖掘影响CH₄和N₂O排放的关键因素,采用全球增温潜势和成本-收益计算方法,评价不同轮作制度的环境和经济效应。结果表明：不同水旱轮作模式CH₄累积排放量为95.6~173.3 kg·hm^-2,排放量与冬茬秸秆还田量和水稻产量有关;N₂O累积排放量为1.5~2.5 kg·hm^-2,受施氮量、冬茬秸秆还田量、水稻产量和土壤有机质含量影响。增加氮肥施用量不仅可增加N₂O排放量,而且会导致土壤有机质含量的降低;冬茬秸秆还田量、水稻产量的变化会导致CH₄和N₂O排放的此消彼长,即秸秆还田量和水稻产量与CH₄排放量呈正相关,而与N₂O排放量呈负相关。青饲小麦-水稻轮作模式的经济效益为10 139元·hm^-2,高于其他轮作模式。对比单位经济效益的温室气体排放量发现,尽管青饲小麦-水稻轮作模式周年N₂O排放量最高、土壤固碳量低,但其单位经济收益的温室气体排放量仍最低（0.41 kg CO₂e·元^-1）;紫云英-水稻轮作分别比油菜、小麦、休闲、蚕豆与水稻的轮作方式低51%、33%、20%和4%。不同水旱轮作方式下的稻田周年温室效应有显著差异,紫云英-水稻轮作的综合温室效应（3.1 t CO₂e·hm^-2）显著低于小麦-水稻轮作（5.4 t CO₂e·hm^-2）。研究表明,与其他轮作模式相比,紫云英-水稻和蚕豆-水稻轮作在保证较高经济收益的同时温室气体排放量相对较低,冬茬秸秆还田量、绿肥还田生物量是环境效应和经济效益协同的重要影响因素。     

河西绿洲灌区膜下滴灌水稻氮素平衡及氮肥投入阈值研究

为确定河西绿洲灌区膜下滴灌条件下基于产量及环境安全的水稻氮肥投入阈值,于2020、2021年在张掖节水农业试验站开展水稻膜下滴灌栽培田间试验,研究不同施氮水平（纯氮0、135、225、315、405 kg·hm^-2）对水稻产量、土壤矿质氮累积及土壤氮素平衡的影响。结果表明,水稻产量与施氮量呈显著的二次抛物线关系,最佳经济效益氮肥用量为222 kg·hm^-2,对应水稻产量为5 684 kg·hm^-2（最高产量的99.7%）。土壤矿质氮累积量与施氮量呈显著的指数相关关系,施氮量为225 kg·hm^-2时,矿质氮累积量为119 kg·hm^-2,与135 kg·hm^-2施氮量处理差异不显著,施氮量达到315 kg·hm^-2时,矿质氮累积量显著增加,并且出现由浅层向深层迁移的趋势;氮表观平衡值与施氮量呈显著线性正相关,土壤氮素达到表观平衡时,对应的施氮量为171 kg·hm^-2。综合考虑产量、矿质氮累积量、土壤氮盈余与施氮量的关系,得出河西绿洲灌区膜下滴灌水稻合理氮肥投入阈值为171~222 kg·hm^-2。该施氮量比最高产量氮肥用量降低10.8%~31.3%,既保证了水稻高产稳产,又有效降低了氮素在土壤中的盈余与淋失风险,为该区域水稻减氮高产高效栽培提供了理论依据。     

垄膜沟灌栽培对制种玉米产量和水分利用效率的影响

对制种玉米在垄膜沟灌和条膜覆盖两种栽培方式下的产量和水分利用效率进行了对比研究,结果表明:垄膜沟灌栽培具有较好的增产、节水、增温效应,与对照条膜栽培相比,5～25 cm土层地温提高0.92℃;在相同的灌溉定额下,制种玉米千粒重增加9.94～46.01 g,穗粒数增加6.10～46.78粒,增产1.63%～40.44%,水分利用效率提高4.17%～34.16%;垄膜沟灌栽培条件下制种玉米适宜灌溉定额为450 mm,与对照相比,节水1 500 m3.hm-2,与当地大田灌溉定额720 mm相比,节水2 700 m3.hm-2,节水效果显著。     

长期不同耕作方式与秸秆还田对稻田镉生物有效性的影响

以湖南省典型双季稻区的土壤-水稻系统为研究对象,通过长期田间连续定位试验,研究不同耕作方式和秸秆还田对土壤-水稻系统镉生物有效性的影响。试验采用随机区组设计,共设4个处理:翻耕+秸秆不还田(CT);翻耕+秸秆还田(CTS);旋耕+秸秆还田(RTS);免耕+秸秆还田(NTS)。结果表明:NTS处理增加了土壤阳离子交换量,降低了粉粒的比例。NTS处理土壤总镉和离子交换态镉含量分别为(0.48±0.01)mg·kg~(-1)和(0.39±0.01)mg·kg~(-1),与CTS和RTS处理均无显著差异,但显著高于CT处理。NTS处理早稻和晚稻糙米总镉含量分别高达(0.30±0.04)mg·kg~(-1)和(0.60±0.07)mg·kg~(-1),超过0.20 mg·kg~(-1)的国家食品安全标准(GB 2762—2017),且显著高于其他处理。水稻糙米中总镉含量和土壤总镉、碳酸盐结合态镉和铁锰氧化物结合态镉含量显著正相关。研究表明,耕作强度越弱土壤中镉的生物有效性越高,秸秆还田相对于不还田处理增加了镉的生物有效性。耕作方式和秸秆还田通过影响土壤镉生物有效性进而影响水稻镉含量,免耕秸秆还田增加了土壤和水稻糙米中的镉,带来了镉超标的安全问题。