黄土区旱地覆盖对小麦养分吸收及水分利用的影响

为寻找适宜黄土区旱地小麦高效栽培的覆盖方式,通过田间试验研究了几个不同覆盖方式对黄土区旱地冬小麦产量、养分吸收以及水分利用效率的影响。结果表明,全年地膜全覆盖方式对提高小麦产量、养分吸收和水分利用效率效果最好,该处理下小麦籽粒产量较不覆盖、夏闲期地膜全覆盖和夏闲期地膜麦草行间覆盖等处理分别增加21.9%、21.2%和20.8%,水分利用效率提高17.54%、13.02%和15.65% ,同时籽粒吸收N、P、K总量较不覆盖增加45.7%、23.5%和21.4%,茎叶吸收N、P、K总量较不覆盖增加56.6%、172.9%和52.1%。夏闲期蓄水以夏闲期地膜麦草行间覆盖的效果最好,分别较不覆盖、夏闲期地膜全覆盖和全年地膜全覆盖等处理增加160.25%、39.3%和16.2%。综合考虑不同覆盖方式对小麦增产、养分吸收以及土壤蓄水保墒效果的影响,全年地膜全覆盖是黄土区旱作小麦较佳的栽培方式。     

返青期断根对秸秆覆盖冬小麦产量及叶片光合特性的影响

为了解返青期断根对黄土高原旱地保护性耕作下小麦产量形成及水分利用的调控作用,在陕西长武县开展旱地秸秆覆盖条件下冬小麦返青期断根试验,分析了返青期断根对冬小麦籽粒产量、地上部生物量、收获指数、产量构成三要素、拔节期群体数量、生育期耗水量、水分利用效率、花后旗叶光合特性及衰老特性的影响。结果表明,返青期断根对冬小麦地上部生物量、穗数、粒重和生育期耗水量没有显著影响。与CK(不断根)相比,返青期断根后冬小麦拔节期总茎数减少了11.9%,开花期叶面积指数、花后旗叶叶绿素含量、光合速率和蒸腾速率提高,分蘖成穗率、穗粒数、籽粒产量、收获指数和水分利用效率分别增加了14.1%、10.5%、8.2%、10.4%、17.5%和20.4%。这说明返青期断根可促进秸秆覆盖条件下冬小麦分蘖成穗,增加花后旗叶光合作用,改善穗部结实特性,提高籽粒产量和水分高效利用。     

不同降水年型下旱地深翻时间和施肥方式对小麦产量及水肥利用率的影响

为提高旱地小麦自然降水和肥料利用效果以实现稳产高产栽培,通过3个不同降水年型田间试验,研究了晋南旱地麦田休闲期深翻时间和氮、磷施用方式对小麦群体、产量及水肥利用率的影响。结果表明,休闲期降水量及其分布、深翻时间和施肥方式共同影响旱地小麦播前0~200 cm土壤蓄水量、产量、水肥利用效率。休闲期丰水年较平水年和枯水年分别增产75.29%和170.39%,播前0~200 cm土壤贮水量分别多42.77 mm 和116.91 mm,水分利用效率分别高2.94和8.77 kg·mm^-1·hm^-2,氮、磷利用效率也较高。8月中上旬深翻蓄水效果较好,可促进小麦植株和籽粒对氮、磷的吸收,增加冬前茎数和穗数,8月中旬深翻较7月中旬深翻增产5.43%~18.15%,播前0~200 cm土壤贮水量增加12.12~18.45 mm,水分利用效率和磷素利用率也较高。与播种前配施氮、磷肥相比,8月中上旬深翻时配施磷肥,播种前施入氮肥,可提高冬前和拔节期茎数、穗数和穗粒数,促进氮、磷积累和转运,从而增产,同时提高收获期0~200 cm土壤贮水量和水分利用率。在当前气候、栽培条件下,晋南丘陵旱地不同降水年型下均以8月中上旬深翻配施磷肥,播种前施入氮肥可提高土壤渗水特性,最大限度纳秋雨蓄墒,增加小麦冬前和拔节期茎数和穗数,提高产量和水肥利用效率。     

不同播种方案下补灌对冬小麦水分利用和产量的影响

为明确不同的群体结构下冬小麦的合理补灌水时间和数量,于2018-2019年冬小麦生长季,通过裂裂区试验,以品种为主区,选用大穗型品种山农23和中多穗型品种山农29;以播种方案(播期+种植密度)为副区,设10月5日播种+基本苗120×10~4株·hm~(-2)(适期精播,A1)和10月12日播种+基本苗240×10~4株·hm~(-2)(晚播增密,A2)两个水平;以补灌方案为副副区,设拔节期和开花期补灌使0～20 cm土层土壤相对含水率达100%田间持水率(W1)和拔节期补灌使0～40 cm土层土壤相对含水率达100%田间持水率(W2)两个水平,分析了拔节期和开花期补灌对不同播期和种植密度下冬小麦水分利用和籽粒产量的影响。结果表明,在A1条件下,与W2处理相比,W1处理显著降低了小麦对土壤贮水的消耗,增加了对补灌水的利用,提高了自群体总茎蘖数量达到最大值至开花期的分蘖消亡速率,增加了成熟期群体干物质积累量,显著提高穗粒数、千粒重、水分利用效率和灌水生产效率;在A2条件下,与W2处理相比,W1处理提高了拔节至开花期间的分蘖消亡速率、成熟期群体干物质积累量、穗粒数、籽粒产量和灌水生产效率,显著增加小麦对土壤贮水的消耗量和农田耗水量。上述结果说明,拔节期和开花期补灌使麦田0～20 cm土层土壤相对含水率达100%田间持水率,提高了两种播种方案下大穗型和中多穗型小麦品种的穗粒数、千粒重和灌水生产效率,尤其提高了适期精播小麦的水分利用效率和晚播增密小麦的籽粒产量,是调控不同群体结构下冬小麦实现高产和高水分利用效率的最优补灌方案。     

休闲期覆膜与施氮量对旱地小麦水氮利用效率和籽粒产量的影响

为探寻旱地小麦休闲期覆盖下的适宜施氮量,在旱地小麦休闲期覆盖与不覆盖条件下,分别设置75、150和225kg·hm-2三个施氮量,分析了休闲期覆盖配施氮肥对旱地小麦水氮利用效率和籽粒产量的影响。结果表明,休闲期覆盖显著提高播种至孕穗期0~300cm土壤蓄水量,其中播种期土壤水分增加70~81mm,其蓄水保墒效果可延续至孕穗期,进而提高了小麦产量和水分利用效率。休闲期覆盖促进了小麦植株对氮素的吸收和积累,增加了植株花前氮素转运量、花后氮素积累量以及籽粒氮素积累量,提高了氮素收获指数和氮素生产效率。休闲期覆盖配施氮素150kg·hm-2时,蓄水、增产和水分高效利用、氮素积累与转运的效果最好。     

播期对秸秆带状覆盖下冬小麦干物质积累、产量及水分利用效率的影响

为明确半干旱雨养区玉米秸秆带状覆盖条件下播种时间对小麦产量和水分利用效率可能带来的影响,在甘肃省通渭县常河镇甘肃农业大学旱作小麦试验基地设7个播期处理,分别为9月14日(T1)、9月19日(T2)、9月24日(T3)、9月29日(T4)、10月4日(T5)、10月9日(T6),以9月24日露地种植为对照(CK),研究了播期对冬小麦生育期、干物质积累及产量等性状的影响。结果表明,T2处理的产量和WUE最高,穗粒数和千粒重也显著高于其他处理。推迟播期缩短了冬小麦全生育其天数,各生育阶段天数抽穗前大于抽穗后;播期对植株干物质积累的影响表现为营养生长期大于生殖生长期,花前干物质向籽粒的转运量及其对籽粒的贡献率随播期推迟呈增加的趋势。综合来看,在半干旱雨养区玉米秸秆带状覆盖条件下9月19日是冬小麦最佳播期。     

非灌溉条件下播前深松对冬小麦水分利用和产量的影响

为了解华北地区深松土壤的蓄水保墒节水和增产效果,在中国农业大学吴桥实验站,对播前深松+旋耕(S)和旋耕(N)两种耕作方式下非灌溉冬小麦田的土壤容重和水分及小麦根条数、干物质生产和水分利用进行了评价。结果表明,与N处理相比,S处理下0~35cm土层的容重显著降低,越冬期、返青期、拔节期、开花期和成熟期的土壤蓄水量分别提高35.8、34.2、23、80和41.3mm,越冬期和拔节期根数显著增加,花前干物质积累量、生物产量和籽粒产量分别增加28.1%、16.3%和23.2%,花后干物质积累量变化不明显,同时耗水量降低28.7mm,籽粒产量-水分利用效率提高39.3%。因此,冬小麦播前深松在降水量稀少的华北地区应该大力推广。     

施肥深度对半干旱区冬小麦生物学性状及产量的影响

为给旱地作物合理施肥提供理论依据,以旱地小麦品种长武134为试验材料,采用隔离式上下两层土培装置,模拟黄土高原半干旱区“上干下湿”的土壤水分环境,研究了中度和重度水分胁迫下施肥深度对冬小麦生物学性状及产量的影响。结果表明,两种水分胁迫下施肥深度对冬小麦生物学性状、产量及其构成的影响不同。相同水分胁迫处理下,株高表现为上层施肥处理＞下层施肥处理＞未施肥处理;叶面积表现为下层施肥处理＞上层施肥处理＞未施肥处理;上、下层施肥处理间地上部生物量和籽粒产量差异不明显,但均显著高于未施肥处理;穗数增加是施肥增产的主要原因。上层和下层施肥分别提高和降低了根冠比,但不影响收获指数。说明水分胁迫条件下施肥可促进小麦植株生长和产量提高,不同性状对施肥深度的反应不同。     

不同渗灌覆膜方式对冬小麦水分利用效率及产量的影响

为探讨小麦节水高产栽培技术,以济麦20和鲁麦21号为材料,在露天不封底瓷管和防雨棚封底瓷管两种栽培条件下,研究不同渗灌覆膜处理对冬小麦水分利用效率及产量的影响.结果表明,渗灌和地膜覆盖均可显著提高冬小麦产量和水分利用效率,但提高幅度因品种和渗灌深度不同而异.在露天条件下,较之地表灌溉不覆膜,20 cm渗灌加地膜覆盖处理可使籽粒产量提高13.67%～11.18%、水分利用效率提高14.59%～12.08%;在防雨棚条件下,籽粒产量提高20.16%,水分利用效率提高22.57%,40 cm渗灌籽粒产量略高于20 cm渗灌,但差异不显著.露天栽培条件下不同处理平均水分利用效率高达2.6063 kg·m-3 ·m-2,而防雨棚条件下仅为1.3482 kg·m-3 ·m-2,相对提高93.31%,籽粒产量提高102.90%,生物产量提高77.41%,收获指数提高13.99%,而总耗水量仅增加22.48 mm.试验结果说明深层土壤水对产量和水分利用效率具有重要作用,在不同试验条件下的研究结果具有较大差异.     

黄土旱塬施肥对土壤水分和冬小麦产量的影响

为给旱地农业水肥管理以及科学施肥提供参考依据,通过对长期定位试验条件下不同施肥处理的土壤水分和小麦产量变化进行研究,探讨了黄土高原旱地施肥对土壤水分及冬小麦产量的影响。结果表明,施肥对土壤剖面含水量有较大影响,各处理0~20 cm土层土壤水分含量较播前下降了4个百分点左右,20~60 cm土层剖面水分急剧下降。长期施有机肥和肥料配施均可使冬小麦加强对深层土壤水分的吸收利用,致使土壤总储水量下降,下降幅度最大的是氮肥与有机肥配施(NM)、氮磷与有机肥配施(NPM)、有机肥单施(M)和磷肥与有机肥配施(PM),较对照分别下降了28%、24%、21%和20%。施肥对小麦产量影响极显著,单施有机肥或肥料配施可使冬小麦产量增产75%以上,其中氮磷配施(NP)、有机肥单施(M)和磷有机肥配施(PM)三处理增产在90%以上。磷肥与有机肥配施(PM)水分利用效率最高,较对照提高了106.6%。     

休闲期耕作对旱地小麦籽粒蛋白质形成及其相关酶活性的影响

为给旱地小麦高产优质栽培提供理论依据,通过大田试验研究了旱地小麦休闲期不同时间深翻、深松对0～300 cm土壤蓄水量、小麦籽粒蛋白质形成及其与氮代谢相关酶活性关系的影响.结果表明,休闲期深翻或深松均可提高旱地小麦播前0～300 cm土壤蓄水量,且欠水年效果明显,以前茬小麦收获后45 d深翻效果较好.休闲期耕作均显著提高了小麦蛋白质产量.耕作时间对籽粒蛋白质含量的影响因降雨年型不同而异,欠水年的休闲期耕作均显著降低了籽粒蛋白质含量;丰水年在麦收后15d耕作显著降低了籽粒蛋白质含量,而麦收后45 d耕作则显著提高了籽粒蛋白质含量,尤其显著提高了醇溶蛋白和麦谷蛋白含量,从而改善了品质.此外,丰水年麦收后45 d耕作可提高花后旗叶和籽粒谷氨酰胺合成酶(GS)活性、旗叶和籽粒谷氨酸合成酶(GOGAT)活性,降低花后旗叶和籽粒谷氨酸脱氢酶(GDH)活性;籽粒蛋白质的累积在麦收后15d耕作条件下与籽粒GDH活性关系密切,而麦收后45 d耕作条件下与旗叶GS和GOGAT活性相关性较大.总之,旱地小麦休闲期耕作在不同降雨年型下均可起到良好的蓄水保墒作用,且欠水年效果较明显;耕作时间对土壤水分、小麦氮代谢酶活性、籽粒蛋白质及其组分含量具有较大的调控效应,休闲期雨后耕作有利于籽粒蛋白质形成,且深翻效果较好.     

Simulated long-term effects of different soil management regimes on the water balance in the Loess Plateau, China

A soil management regime that improves water use efficiency (WUE) is urgently required to increase the sustainability of the winter wheat-summer fallow system in the Loess Plateau, China. However, the long-term partitioning of the water balance must be understood in order to evaluate the viability of possible soil management regimes. Therefore, an ecosystem model (CoupModel) was used to explore the effects on components of the water balance of five types of soil management regimes: conventional practice, wheat straw mulching, incorporation of high organic matter contents, compaction, and use of a harvested fallow crop. Three variants of the fallow crop approach were also considered, in which the crop was harvested 15, 30 and 45 days before sowing the wheat (designated Fallow-15d, Fallow-30d and Fallow-45d, respectively). Simulations were used to identify the relative magnitude of soil evaporation, wheat transpiration and deep percolation and to elucidate the temporal variability in these components for a selected location using climate records spanning 45 years. However, the soil management regime significantly influenced the magnitude of every component of the water balance (in terms of minimum, maximum and mean values) over the long periods considered. Consequently, wheat yield and WUE differed significantly among the simulated treatments. Mulching led to significantly lower soil evaporation, higher transpiration, and more frequent and extensive deep percolation than other regimes, thereby improving fallow efficiency (percentage of rainfall stored in the soil during the fallow period at the end of the fallow period), wheat yields and WUE. In contrast, soil compaction gave the opposite results, leading to the most unfavourable partitioning of the water balance reflected in the lowest wheat yield and WUE values of all the regimes. In 90% of the years no deep percolation occurred in the soil compaction simulations. Use of a fallow crop with optimal harvest timing (Fallow-30d) improved partitioning of the water balance (decreased soil evaporation) and did not significantly reduce wheat yield compared with conventional practice. High organic matter contents in the soil also had a positive influence on the water balance and improved wheat yield and WUE relative to conventional practice. Therefore, mulching appears to be the best management practice for the winter wheat-summer fallow system in the Loess Plateau, according to the simulations. Increasing soil organic matter may be the best option if mulching cannot be implemented. The ideal time for harvesting a fallow crop for use as green manure or fodder appears to be ca. 30 days before sowing the winter wheat.     

覆盖对喷灌夏玉米植株生长和产量的影响

在夏玉米生育期间设75%、65%、55%田间持水量3个灌水控制下限,研究地膜覆盖和不同秸秆覆盖量对喷灌夏玉米生长发育、产量、耗水量及水分利用效率的影响。结果表明,地膜覆盖能明显促进植株的生长,地膜覆盖和秸秆覆盖量大于7 500 kg/hm2处理的增产效果相当,覆盖增产效果均随着土壤水分的降低而增加。地膜覆盖处理耗水量最小,无覆盖的最大;秸秆覆盖处理的耗水量随着覆盖量的增加呈减少趋势,土壤水分越高的处理,覆盖节水量越多。地膜覆盖处理的水分利用效率(WUE)最高,比不覆盖处理提高50%以上;秸秆覆盖处理的WUE随着覆盖量的增加而增加,当覆盖量达到7 500 kg/hm2时,WUE的增加幅度变小。     

土壤水分与覆盖对夏玉米生长及水分利用效率的影响

在防雨棚下的测坑中,采用裂区试验设计,研究土壤高水分(75%田间持水量,下同)、中水分(65%)和低水分(55%)条件下地膜覆盖、秸秆覆盖和不覆盖对夏玉米生长发育、产量性状和水分利用效率的影响。结果表明,在不同土壤水分条件下,地膜覆盖、秸秆覆盖处理的株高和叶面积指数均高于不覆盖的处理;在玉米生长前期地膜覆盖处理的株高和叶面积指数最高,在玉米生长的中后期秸秆覆盖处理的株高和叶面积指数最高。地膜和秸秆覆盖均具有显著的增产作用,与不覆盖相比,平均分别增产8.89%和22.26%。水分利用效率(WUE)随着土壤水分的降低而增加;在相同的土壤水分条件下,秸秆覆盖处理的WUE最高,地膜覆盖的次之,不覆盖的最低;当土壤水分控制下限为田间持水量的65%时,覆盖处理的节水增产效果最好,其中地膜和秸秆覆盖处理产量比不覆盖处理分别增加12.69%和28.47%,WUE分别提高21.78%和34.65%。     

全膜覆土栽培对作物的水温效应

为揭示全膜覆土栽培对作物的增产机理,在大田条件下分析了全膜覆土、传统地膜覆盖及露地栽培春小麦的土壤温度、土壤含水量、灌浆速率,以及两茬春小麦和一茬马铃薯的产量、水分利用效率和经济效益的差异。结果表明,与露地栽培相比,全膜覆土显著提高了春小麦生长前期耕层地温,降低了生长后期地表温度,同时起到保水和充分利用土壤深层水分的作用。全膜覆土春小麦的籽粒灌浆速率峰值出现时间和灌浆持续时间均比露地和地膜覆盖小麦分别推后3和6 d,平均灌浆速率分别提高0.65%和6.15%。全膜覆土栽培技术可连续提高三茬作物的产量及水分利用效率,使其总纯收益比露地和地膜覆盖处理分别增加26.07%和10.76%。     

地膜覆盖对小麦土壤水热状况及灌浆特性的影响

为探索适合旱地小麦新品种普冰151的高产栽培模式,在关中平原西部杨凌地区550mm降水条件下,对覆膜穴播、起垄覆膜沟播和露地条播小麦的土壤水热状况、灌浆特性及产量进行了比较分析。结果表明,地膜小麦的土壤含水量在越冬至拔节期高于露地条播,有利于冬前形成壮苗和早春返青,拔节期之后覆膜穴播小麦田土壤含水量最低(除0～20cm);覆膜于小麦拔节期前增温、保温效果显著,拔节期后地温较对照有所降低;覆膜穴播和起垄覆膜沟播平均灌浆速率比露地条播分别提高11.9%和5.5%,且能延长灌浆持续期;与露地条播相比,覆膜穴播和起垄覆膜沟播分别增产10.8%和4.9%,差异显著。综上所述,覆膜穴播小麦在保墒、保温及增产方面表现最好,起垄覆膜沟播次之;地膜小麦是适宜半湿润易旱地区小麦高产栽培方式。