旱地全膜双垄沟播玉米高效用水机制研究

通过田间试验对半干旱区不同栽培方式下玉米土壤水分分布及水分利用效率的研究,探明了全膜双垄沟播玉米农田高效用水的机制。结果表明:全膜双垄沟播栽培不同位置大垄、垄沟、小垄土壤平均含水量在0~60 cm土层内差异显著(P0.05),且垄沟含水量最高,其次为大垄,小垄最低;播种期0~60 cm土层平均体积含水量全膜双垄沟播与露地平作差异显著(P0.05),升高14.19%,且拔节期以前全膜双垄沟播种植土壤贮水量最高,表明全膜双垄沟播栽培有利于玉米的出苗及前期的生长;全膜双垄沟播栽培较半膜平作增产26.76%,水分利用效率较半膜平作提高14.83%。     

西北旱区玉米不同覆膜方式下土壤水热效应数值模拟研究

为了进一步探明西北旱区玉米在不同覆膜方式下土壤水热效应规律以及保温保水性能,采用数值模拟的方法通过ABAQUS软件分别建立了露地平作、全膜平作、单垄覆膜、全膜双垄沟播4种覆膜方式下的土壤模型,并对不同覆膜方式下玉米出苗期土壤热平衡和降雨入渗进行了数值模拟试验。通过热平衡模拟得出,起垄和覆膜改变了土壤剖面温度和热通量分布,增加了表层温度和热传递能力。在40 cm土层范围内全膜平作模式下垄沟内土壤平均温度最高,为24.1℃,其次为全膜双垄沟播模式,但全膜双垄沟播模式下温度变化趋势最为缓慢,稳定性最好。降雨入渗模拟结果表明:降雨结束后全膜双垄沟播模式产生了明显的侧渗现象,垄沟内土壤平均含水率最高,为19%,高于其他3种模式。研究表明在玉米出苗期全膜双垄沟播技术保水和保温性达到最佳。     

垄沟覆盖种植对晚播夏玉米生长和产量的补偿效应

针对晚播对夏玉米生长发育造成的不利影响,采用垄覆膜沟不覆盖（LN）、垄覆膜沟覆秸秆（LJ）和垄沟全覆膜（LM）3种垄沟种植方式,以常规播期平作不覆盖（CK1）和晚播平作不覆盖（CK2）为对照,分析了不同垄沟种植方式对晚播夏玉米农田土壤水分、土壤温度及玉米生长和产量的影响,对比不同垄沟覆盖种植方式对晚播玉米生长的补偿效应。结果表明：垄沟种植显著提升了夏玉米0~25 cm土层土壤温度,促进了晚播夏玉米生长;生育期内多雨导致各处理0~200 cm土层土壤含水率一直在18%（75%田间持水率）或更高水平,覆膜对土壤水分的影响不明显;垄沟种植夏玉米整体生长状态在8月中下旬（抽雄~灌浆阶段）与CK1处理达到相同水平;地上部干物质量在成熟期达到或超过CK1处理水平;低温多雨导致晚播夏玉米生育期延长了8~9 d;垄沟种植处理倒伏率较低,最高值仅为3%,平作处理倒伏严重,CK1和CK2处理倒伏率分别达73.1%和20.1%;CK2处理全生育期各项生长及产量指标均较低,LJ处理前期生长状态差,后期贪长,最终相对CK1处理减产7.9%;LN处理产量9 783.8 kg·hm^-2,与CK1处理持平,LM处理达到最高产量11 101.7 kg·hm^-2,相对CK1处理增产12.2%。综合考虑土壤水热、夏玉米生长、产量等各方面因素,多雨条件下垄沟全覆膜方式对晚播玉米生长达到了最好的补偿效果。     

垄作覆膜对川中丘区土壤物理性状和春玉米产量的影响

采用大田试验,设置垄作覆膜(A1B1)、平作覆膜(A1B2)、垄作不覆膜(A2B1)、平作不覆膜(A2B2)4个处理,研究垄作与覆膜对川中丘区春玉米田土壤物理性状和产量的影响。结果表明:地膜覆盖显著提高了丘陵旱地玉米生育前期耕层土壤水分和温度;垄作栽培显著降低耕层土壤容重,增大土壤总孔隙度和毛管孔隙度;垄作与覆膜措施相结合可有效改善土壤水热状况和物理结构。从玉米穗部性状和产量看,覆膜显著提高玉米穗长、穗粗、穗粒数、百粒重,降低秃尖长,产量较不覆膜处理平均增加20.2%。垄作对玉米穗部性状和产量的影响因覆膜与否而异。覆膜下,垄作较平作显著提高了穗粒数,降低了秃尖长,产量较平作增加7.7%;不覆膜下,垄作则显著降低穗粒数、百粒重,产量较平作降低12.6%。相关分析表明玉米产量与生育前期土壤温度和土壤含水量呈显著正相关关系。垄作覆膜通过提高玉米生育前期土壤温度和含水量,改善了耕层土壤物理性状,最终提高了玉米产量。     

小麦/玉米垄沟套作条件下施肥部位对土壤水氮分布的影响

通过旱棚小车模拟小麦/玉米垄沟套作种植试验,研究了3种不同垄沟部位(垄顶、垄底和沟中)施肥对小麦/玉米生长和产量及土壤水氮分布的影响。结果表明:相同灌水条件下,施肥部位对垄沟套作水分分布影响不显著,但土壤硝态氮的分布差异较大;垄顶施肥和垄底施肥处理下,由于水肥异区,其垄上小麦生长带的硝态氮主要分布在0~30 cm土层,有效地减少了硝态氮向土壤深层淋溶,而后期沟内玉米生长带的水氮处理相同,因此其硝态氮分布差异较小;在相同灌水条件下,垄沟套作可以有效降低水分流失,减少氮肥损失,因此较传统平作更有利于作物生长,提高小麦、玉米的产量,且以垄顶施肥和垄底施肥效果最显著,小麦产量较平作分别增加11.47%、10.81%,玉米产量较平作分别增加18.87%、22.70%。     

全膜垄作栽培对旱作马铃薯产量及土壤水热和酶活性的影响

为了明确全膜垄作对黄土高原旱作马铃薯土壤保水改土效果及产量形成的影响,以"克新1号"为供试材料,研究全膜双垄垄上播(A1)、全膜单垄垄上播(A2)、全膜单垄垄上微沟播(A3)和露地平作(CK)对马铃薯生长、产量、土壤含水量、温度及土壤酶活性的影响。结果表明:全膜垄作可明显地提高马铃薯株高、茎粗、冠幅和叶片叶绿素SPAD值;显著地影响了全生育时期0~40cm土层土壤含水量、0~30cm土层土壤温度、0~60cm土层的土壤蔗糖酶活性和脲酶活性;显著地增加马铃薯产量,降低马铃薯青薯率和烂薯率;同时,全膜垄作处理中以全膜单垄垄上微沟播表现最好,可作为内蒙古黄土高原旱作区节水高产栽培模式。     

沟覆盖材料对垄沟集雨种植土壤水分和玉米根系分布的影响

为寻求半干旱地区垄沟集雨环保沟覆盖材料,探究垄沟集雨种植增产机理,在半干旱黄土高原区通过大田试验,以传统平作为对照,研究不同沟覆盖方式(无覆盖、生物可降解地膜覆盖和秸秆覆盖)对土壤含水量、玉米根干重、根长、根表面积和根体积的影响。结果表明:垄沟集雨种植沟中的土壤含水量、玉米根干重、根长、根表面积和根体积明显大于垄中;与平作相比,无覆盖、生物可降解地膜覆盖和秸秆覆盖耕层沟中作物生育期平均土壤含水量分别增加6.9%、10.6%和9.3%,垄中平均土壤含水量分别降低13.8%、10.9%和5.6%;玉米总根干重(沟中+垄中)分别降低15.9%、6.1%和16.8%,总根长分别增加37.6%、43.7%和34.8%,总根表面积分别增加10.5%、33.6%和15.0%。无覆盖和秸秆覆盖玉米总根体积分别降低34.5%和16.3%,生物可降解地膜覆盖玉米总根体积增加13.2%。与传统平作相比,垄沟集雨种植增加土壤水分、玉米根长和根表面积,降低玉米根干重。在不同沟覆盖方式中,生物可降解地膜覆盖具有较高土壤含水量、根长、根表面积和根体积。     

黄土高原苹果园不同集水阻渗技术调控下土壤水分、矿质氮含量变化

以黄土高原苹果园果树为研究对象,分析不同集水阻渗技术调控下土壤水分、矿质氮含量的变化,探索适宜旱区果园可持续发展的防渗聚水技术。结果表明:起垄覆膜处理(Ⅰ)、防渗层处理(Ⅱ)和起垄覆膜加防渗层处理(Ⅲ)均能增加0～300 cm土层土壤含水量,减少土壤硝态氮含量。处理Ⅲ总体效果最好,能够增加9.60%土壤含水量,减少57.15%土壤硝态氮含量;处理Ⅰ使0～200 cm土层土壤含水量均匀增加7.73%,硝态氮含量均匀减少60.08%;处理Ⅱ能够增加0～40 cm表层土壤7.37%的土壤含水量,减少40～200 cm中层土壤74.38%的硝态氮含量。研究表明,不同集水阻渗技术通过改变水分的时空分布、减少硝铵态氮的淋溶从而提高水肥利用效率,其中起垄覆膜加防渗层处理结合了起垄覆膜与人工防渗层两种技术的优点,能够有效调控土壤水分运动,减少硝态氮深层淋溶,是黄土高原改善土壤水肥状况、增加果园产量、使果业可持续发展的可行技术措施。     

不同覆盖种植模式对马铃薯土壤温度、水分及产量的影响

以陇薯6号为试验材料,研究了不同覆盖种植模式对甘肃定西马铃薯田土壤温度、水分和产量的影响,并对其经济效益进行分析比较。结果表明,全地面覆盖双垄垄作侧播和全地面覆盖垄上微沟穴播处理在马铃薯整个生育期0~30 cm平均土壤温度较CK增加2.2℃和2.5℃,秸秆带状覆盖处理平均土壤温度较CK降低了1.0℃。覆膜垄沟集雨和秸秆带状覆盖技术都能明显改善土壤水分状况,在马铃薯生长前期集雨保墒效果尤为明显,出苗期全地面覆盖双垄垄作侧播、全地面覆盖垄上微沟穴播、秸秆带状覆盖在0~100 cm平均土壤含水量分别较CK提高2.6%和2.2%和1.6%。各处理马铃薯土壤温度和含水量垂直变化随着土壤深度的增加而减弱。全地面覆盖双垄垄作侧播、全地面覆盖垄上微沟穴播和秸秆带状覆盖增产效果明显,产量分别较CK增加33.6%、28.6%和23.2%。全地面覆盖双垄垄作侧播纯收益最高,秸秆带状覆盖次之,纯收益较CK分别增加7 201.56元·hm~(-2)和5996.04元·hm~(-2)。因此,黑膜全覆盖双垄垄作侧播技术在改善土壤水温效应的同时能显著增产增收,是定西地区马铃薯种植的高效栽培模式。     

冀西北旱坡地南瓜田间沟垄集雨种植模式研究

在怀安县前所堡旱作示范区以南瓜为试材,采用窄土垄沟、宽土垄沟、窄膜垄沟、宽膜垄沟4种不同沟垄处理方式,常规平作为对照,研究不同的沟垄措施对南瓜地土壤水分含量、水分利用及产量的影响.结果表明:沟垄栽培可使水分聚集于种植沟中较小有效栽培面积中,改善土壤水分分布状况,不同处理间效应大小依次为:宽膜垄沟＞窄膜垄沟＞宽土垄沟＞窄土垄沟＞平作,且覆膜效应大于垄的宽窄效应;沟垄处理对土壤水分在表层影响大,在较深土层影响小.沟垄处理均可提高水分利用效率,其中土垄与平作差异不明显,而膜垄水分利用率宽膜垄沟(40.85 kg·hm-2·mm-1)、窄膜垄沟(39.03 kg·hm-2·mm-1)均显著高于平作(30.27 kg· hm-2· mm-1)(P＜0.05),宽垄比窄垄水分利用率高,但差异不显著.不同沟垄处理对南瓜的产量影响较大,产量增加4.23％～32.39％,增产效益176.2～1 210.4元·hm-2,两膜垄组南瓜产量与对照平作差异显著(P＜0.01),尤以宽膜垄沟增产效益为最高.综上所述,宽膜垄沟的栽培方式对南瓜水分利用和增产增效作用显著,是目前坡耕旱地南瓜生产中较为理想的田间沟垄微型集雨种植模式.     

干旱半干旱地区双垄地布覆盖对土壤水分的影响

为探明一种可替代覆盖材料的可行性,在甘肃省定西市安定区开展了为期1 a的监测试验,试验设防草地布加地膜覆垄(MB)、防草地布覆垄(DB)和裸地起垄(CK)3种处理,利用土壤水分、水势传感器分别对沟内地表下5、15 cm的土壤含水率、水势进行监测,结果表明:(1)表层5 cm土壤水分日变化呈复杂波形,受不同覆垄处理和季节性天气变化的影响显著;(2)0～20 cm土层的水分年变化主要受降雨、露水和蒸发强度的影响,表现为春冬干、夏秋湿的特点,在11月至翌年2月期间MB和DB覆垄处理土壤水分净损失量要高于CK裸地垄,而在作物生育期内(5—9月)覆垄处理土壤储水净增量为DB最大(36.35 mm)、MB次之(30.73 mm)、CK最小(16.30 mm);(3)MB和DB覆垄能明显加快雨露叠加,增加土壤水储存,而CK处理下叠加效应弱,且深层土壤对降雨不敏感,具有滞后性,但随着连续降雨的发生,表层土壤储水量加大,这种滞后性明显减弱;(4) 0～20 cm土层土壤储水量日变化幅度为夏季最大(平均1.20 mm·d~(-1)),春季次之(1.03 mm·d~(-1)),秋季最小(0.79 mm·d~(-1)),全年水分净收获总量为DB最大(24.9 mm)、MB略低(21.5 mm)、CK最小(11.4 mm)。整体而言,只用地布覆垄具有最好的集水效果,这种防草地布可多年使用,无地膜碎片化污染问题,但在无降雨时期,垄沟内因土壤水分高,其蒸发强度略高于裸地处理。     

半干旱区不同秋覆膜方式对土壤水分及春玉米光合特性的影响

为了提高旱作农区降雨利用效率,并解决春旱问题,在西北半干旱地区设置了秋季地膜全覆盖(PA)和秋季沟垄集雨半膜覆盖(RH)两种覆膜方式,以裸地不覆盖(CK)为对照,对土壤水分、春玉米功能叶片的光合参数、荧光参数和籽粒产量进行了研究。结果表明:与对照(CK)相比,不同秋覆膜方式显著增加了春玉米播前0~100 cm土壤储水量,2013年春旱严重,PA和RH处理分别提高了26.15%和13.40%;2014年春季有雨雪,两种覆膜方式分别提高了10.44%和11.20%。不同秋覆膜处理的春玉米净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、最大荧光(Fm)、最大光化学量子产量(Fv/Fm)、PSII的潜在活性(Fv/F_0)和光化学猝灭系数(q P)较对照有不同程度提高,且2014年增幅高于2013年。2013年PA和RH处理的籽粒产量较CK分别提高了40.98%和25.83%,水分利用效率增加了29.70%和22.87%;2014年两个处理春玉米籽粒产量分别提高了74.60%和48.64%,水分利用效率增加了64.87%和47.08%。试验表明,不同秋覆膜方式在西北半干旱地区均可提高春玉米叶片的光合性能,并显著提高春玉米籽粒产量及水分利用效率,在偏旱的年份效果尤为明显,且秋季地膜全覆盖优于秋季沟垄集雨半膜覆盖,是西北半干旱区春玉米一种高效的栽培模式。     

Effects of mulch and planting methods on Medicago ruthenica seed yield and soil physical-chemical properties

Medicago ruthenica (L.) Trautv., a wild grass species, is commonly grown as a forage crop in arid and semi-arid areas of China. Herein, we explored mulch patterns and planting methods for optimizing M. ruthenica seed production in the loess plateau of the Gansu Province, China from 2017 to 2019. The experiments comprised of six treatments including (1) flat ground without mulch (F0, control); (2) flat ground with a transparent white 0.008 mm thick plastic film mulch (FP); (3) flat ground with 4500 kg/hm² straw mulch (FS); (4) furrow with 10 cm ridges (R0); (5) furrow with plastic film mulch (RP); and (6) furrow with straw mulch (RS). Results showed that the harvested seed yield of M. ruthenica was the highest under RP treatment, followed by FP and FS treatments. Soil moisture content from mid-May to mid-August in 2017 was the highest under RP and FP treatments, followed by RS and FS treatments. In 2018, soil moisture content was the highest under RS and FS treatments. In 2017 and 2018, soil temperature was the highest under FP and RP treatments, followed by F0 and R0 treatments. Total and available nitrogen, phosphorus, and potassium contents were the highest under RS and FS treatments, followed by RP and FP treatments. Comprehensive analysis result showed that surface mulch improved soil microenvironment and increased seed yield of M. ruthenica. Straw mulch also effectively recycled excess crop straw, thereby encouraging the sustainable development of agriculture in this area. In conclusion, FS treatment was considered the best mode for M. ruthenica seed production in this area.     

不同覆盖措施对塿土碳氮及水分的影响

通过田间试验,研究了陕西关中塿土区地膜覆盖和秸秆覆盖对表层土壤有机碳、全氮和微生物量碳氮,以及0~200 cm土壤剖面水分及硝态氮分布的影响。结果表明:与不覆盖(NM)相比,白色全膜覆盖(WF)、黑色全膜覆盖(BF)和秸秆覆盖(SM)的表层土壤有机碳分别降低了19.8%、26.3%和20.9%,土壤全氮也分别降低了4.8%、9.6%和10.6%。与NM相比,覆盖处理(WF、BF和SM)可以提高表层(0~20 cm)土壤硝态氮的含量,增加0~40 cm土层的硝态氮累积量(BF的差异不显著),降低40~120 cm土层的硝态氮累积量,但120~200 cm土层的硝态氮累积量差异不显著。SM和BF显著降低0~200 cm土层的硝态氮总累积量,而WF没有显著差异。与NM相比,地膜覆盖(WF和BF)和秸秆覆盖(SM)均可以提高表层0~40 cm土壤水分含量和储水量,但SM的效果低于地膜覆盖;WF可以降低深层土壤水分含量和储水量,而SM和BF与NM无显著差异。0~200 cm土层的总储水量,SM显著高于NM,而地膜覆盖则与NM无显著差异。各覆盖处理均显著降低了表层土壤微生物碳(MBC)和微生物氮(MBN)的含量,与NM相比,MBC分别降低了27.4%、55.4%和66.5%,MBN分别降低了4.6%、4.8%和6.8%。地膜覆盖(WF和BF)和秸秆覆盖(SM)均能够加速土壤有机碳的矿化分解,降低土壤微生物,减少土壤硝态氮的深层淋溶,其对塿土碳氮和水分的长期影响值得进一步研究关注。     

旱地谷子渗水地膜覆盖栽培的土壤水温效应及其生长发育研究

为了给旱地谷子渗水地膜覆盖栽培技术的推广应用提供参考,在年降雨量400 mm的甘肃中部半干旱地区研究了旱地谷子渗水地膜覆盖种植的土壤水分、地温效应及对其生长发育的影响。试验设露地、普通地膜覆盖、渗水地膜覆盖3个处理,采用单因素随机区组设计,在谷子出苗期、抽穗期、成熟期分别测定各处理耕层含水量、温度,收获后记产。结果表明:渗水地膜的渗水作用使其比普通地膜能接纳更多的雨水(在抽穗期,渗水地膜下0~20、20~40、40~60 cm耕层的含水量分别为8.1%、10.3%、12.7%,而普通地膜为8.1%、9.3%、12.6%,在成熟期,渗水地膜覆盖0~20、20~40、40~60 cm耕层的含水量分别为7.4%、9.6%、10.7%,而普通地膜为5.8%、6.3%、9.1%,均是T1T2);渗水地膜和普通地膜都具有提高地温的作用,而且渗水地膜在温度较低时提高地温的效果更优于普通地膜(在谷子成熟期,当温度低于15℃时,T1T2),在温度较高时渗水地膜的微气孔张开,具有调温作用,使得在气温较高时渗水地膜覆盖下的地温明显低于普通地膜覆盖下的地温(在出苗期的12∶00和18∶00普通地膜下温度超过30℃时,T2、T1之间的差值明显增大);渗水地膜覆盖处理较普通地膜相比,具有改善谷子农艺性状的作用,且使谷子增产6.75%。     

垄沟覆膜集雨系统膜垄保墒增温对马铃薯产量的影响

大田试验,观测半干旱黄土高原地区垄沟覆膜集雨系统中覆膜垄的增温保墒作用对马铃薯产量的影响.试验设4个处理,P30:30 cm宽垄覆膜,60 cm宽沟;P45:45 cm宽垄覆膜,60 cm宽沟;P60:60 cm宽垄覆膜,60cm宽沟;P0:裸地平作.结果表明,覆于垄上的地膜有提高垄下土壤温度和保持垄下土壤湿度的作用,集于沟中的部分降雨会渗透到垄下,形成降雨在沟中和垄下的分布.由于部分根系在膜垄下生长,从而使马铃薯受到地膜覆盖的增温保墒作用,生长迅速.P20、P45、P60的产量、水分利用效率显著高于裸地平作,而耗水量显著低于裸地平作.     

辽西半干旱区秋后覆膜保墒对翌年春玉米生长发育的影响

针对辽西半干旱地区春旱严重、降雨资源年内分布不均的气候特点,在秋收后、霜冻之前进行灭茬覆膜处理,试验对旱地雨水资源跨时间调节。翌年春季土壤含水量、玉米生长状况及产量的试验结果表明,秋覆膜处理的耕层土壤含水量比未覆膜处理高出60%,播种15d后玉米出苗率达到85%,抽穗期玉米株高比未覆膜处理高33cm、径粗增加0.42cm,秋收时玉米穗重比未覆膜处理提高了49.62%。研究表明,春墒秋保、跨时间调控农田水分状况是北方干旱半干旱地区有效的农业节水措施。