秸秆覆盖农田的小气候特征和增产机理研究

利用2000～2002年的试验资料和2002～2003年的示范推广资料,对秸秆覆盖的农田小气候和增产机理进行分析.结果表明:秸秆覆盖对农田近地层气温、空气湿度和地温均产生明显影响,但对风速的影响不明显;秸秆覆盖可使地表层显热通量增大,潜热通量和土壤热通量减小,从而使土壤蒸发受限;由于覆盖抑制土壤表面蒸发,使土壤水分无效消耗减少,增加前期土壤水分积累,有利于植株后期蒸腾,使水分消耗从物理过程向生理过程转化,从无效消耗向有效消耗转化,从而增加作物产量,提高水分利用效率.秸秆覆盖可使冬小麦增产8.08%～10.71%,水分利用效率提高3.5%～8.4%;夏玉米增产6.08%～11.97%,水分利用效率提高7.8%～14.4%.     

西峰黄土高原作物生长期土壤水分损耗速率分析

利用1989~2005年3~11月每月8日的0~200 cm土壤总含水量资料及降水资料,分析冬小麦生长期土壤水分年际变化特征、特殊年型各层水分分布特点、土壤水分损耗速率以及水分损耗速率的影响因子。结果表明,土壤总含水量年际变化明显,20世纪90年代中后期为相对缺水期;丰水年、缺水年和平水年相同土层土壤含水量始终遵循丰水年≥平水年>缺水年。多年作物生长期内0~200 cm土壤平均耗水速率为1.98 mm/d,最低为1.40 mm/d,最高为2.54 mm/d,最高耗水速率是最低的1.81倍;月水分损耗3~5月逐渐增大,5月为年度最大,其后开始持续减小;气候因子中年降水量对年土壤水分损耗速率的影响最为显著,通过0.001信度检验,达到极显著相关水平,冬小麦生长发育对土壤月耗水速率影响较大。     

秸秆覆盖量对旱作小麦耗水特性及土壤性质的影响

为了解秸秆覆盖量对旱作小麦耗水特性和土壤性质的调控作用,在宁夏南部半干旱区连续两年进行了0(CK),3 000,6 000,9 000 kg·hm~(-2)四种不同秸秆覆盖量处理的栽培试验。结果表明:随着覆盖量的增加,小麦在各个生育阶段的耗水量逐渐减少,3 000,6 000 kg·hm~(-2)和9 000 kg·hm~(-2)覆盖量处理的小麦全生育期的平均耗水量较CK分别减少了12.7%,21.6%和27.5%,秸秆覆盖量与耗水量呈显著负相关(P0.01);进行秸秆覆盖以后,土壤的蓄水保墒能力得到明显提升,3 000,6 000 kg·hm~(-2)和9 000 kg·hm~(-2)覆盖量处理的小麦收获后土壤平均含水量较CK分别增加了13.1%,19.8%和26.1%;小麦的水分利用效率以覆盖量为9 000 kg·hm~(-2)的处理最大,水分利用效率较CK增加了42.4%(P0.01);不同覆盖量处理的小麦平均产量较CK增加了2.9%~16.7%,仅覆盖量为3 000 kg·hm~(-2)的处理较CK差异达到显著水平(P0.01);秸秆覆盖对表层土壤(0~10 cm)的温度变化有明显的调节作用,能够降低地温的日振幅,避免了地温的剧烈变化,能有效缓解地温的激变对作物根部产生的伤害。秸秆覆盖能够改善土壤肥力,提高土壤中碱解氮、速效钾和有机质的含量,而且有利于作物对土壤磷素的吸收。     

秸秆覆盖的农田效应

综合分析已有秸秆覆盖试验研究的成果表明,秸秆覆盖能改善土壤物理性质,增加氮,磷,特别是有机质和速效钾含量,具有蓄水保墒,调节地温和减缓土壤水分,温度波动,降低田间杂草密度,调节土壤ｐＨ值,提高土壤生物活性的作用,对农田防护也重要意义,由于农田覆盖秸秆的综合生态效应,使作物产量得以显著提高。     

不同耕作措施对冬小麦农田土壤水分和温度的影响

在多年田间定位试验的基础上,研究了内陆河绿洲灌区不同耕作措施对冬小麦农田土壤水分和温度的影响.结果表明,冬小麦返青至成熟,0～150 cm土层深度范围内免耕秸秆覆盖处理土壤平均含水量较免耕和传统耕作处理高0.21%和0.23%,免耕对土壤含水量影响不明显;冬小麦收获后,0～150 cm土层深度范围内土壤含水量平均值的高低顺序为:免耕秸秆覆盖＞免耕＞传统耕作.冬小麦返青至成熟期间,无论晴天还是阴天,0～25 cm土层深度范围内免耕秸秆处理土壤温度均低于免耕和传统耕作处理,免耕秸秆覆盖和免耕处理土壤温度平均值较传统耕作分别低2.8℃和2.6℃,免耕秸秆覆盖处理可以稳定土壤温度.相关分析表明,土壤含水量与土壤温度存在显著负相关关系.     

沟垄二元覆盖对旱地土壤水分及作物水分利用效率的影响

于2007年9月~2009年6月在渭北旱塬进行了冬小麦沟垄二元覆盖栽培模式的田间试验,研究了沟垄二元覆盖对旱地土壤水分及作物水分利用效率的影响。结果表明:垄覆地膜沟覆秸秆能显著提高产量,较对照(沟垄均不覆盖)产量最高增幅达39.62%(P0.05),垄覆地膜沟覆液膜处理两年平均产量较对照高32.16%,垄覆地膜沟不覆较对照高29.99%。垄覆地膜沟覆秸秆对小麦全生育时期0~40 cm土层的保墒作用明显,能有效提高土壤含水量,抽穗期0~40 cm土层含水量较对照高15.81%,沟覆液膜在小麦生育前期有良好的保水效果,返青期0~40 cm土层含水量较对照高11.01%。沟覆秸秆和沟覆液膜的水分利用效率较对照分别高31.11%(P0.05)和26.20%(P0.05)。     

北方农牧交错带干旱区保护性耕作对土壤水分的影响研究

为了揭示农牧交错地区不同农田耕作方式对其水分环境的影响过程及规律,选择翻耕地和免耕地两种土地耕作类型,分析不同耕作方式下土壤水分的时空变化情况。结果表明:①在作物生长的整个生育期内土壤水分含量有随降雨量周期变化的趋势,无论是何种耕作方式,除生育期降雨外,播前底墒也是土壤供水的重要组成部分;②土壤贮水能力免耕地大于翻耕地;0~80 cm土壤水分的空间剖面自上而下分为两个层次:表层失水层(0~30cm)和中层贮水层(30~80 cm)。③用SPSS统计软件进一步对土壤水分与土层深度的关系进行拟合,结果表明土壤水分与土层深度的关系具有极强的相关性,其关系方程为拟和三次抛物线型。     

秸秆覆盖对旱地玉米休闲田土壤水分状况影响研究

根据大田试验观测资料,研究分析了宁夏南部山区玉米休闲田进行秸秆覆盖处理后对土壤水分特征和土壤水分贮存量的影响。分析3种秸秆覆盖处理对土壤水分的垂直变差系数结果表明:传统无覆盖处理方式的土壤水分随深度的变化波动最为强烈,而整秸秆覆盖处理方式的土壤水分随深度的变化相对最弱;整个休闲期内土壤水分含量均以整秸秆覆盖处理最高,半秸秆覆盖次之,分别比传统无覆盖处理增加2.68%和1.19%,两种秸秆覆盖方式可使0~80cm土层的土壤蓄水能力对降水的敏感度提高;休闲期结束后,整秸秆覆盖处理的土壤水分贮存量(236.80mm)最高,半秸秆覆盖(224.10mm)次之,传统无覆盖(208.45mm)最低。     

秸秆覆盖量对土壤水分利用及春玉米产量的影响

为了探明半干旱区秸秆覆盖栽培中适宜的秸秆覆盖量,在宁南旱区进行了春玉米栽培试验。试验设1.35、0.9、0.45和0万kg/hm24个覆盖量处理,分析了不同覆盖量对土壤水分、玉米产量及水分利用效率的影响。结果表明,4年玉米生育期覆盖量从高到低0～200 cm土层平均土壤贮水量分别较CK(无覆盖)高15.47、10.79 mm和6.26 mm(P<0.05)。试验期间,2009年玉米生育期降雨量最低(为266.1 mm),各处理依次较CK增产13.10%、17.37%和5.40%(P<0.05);2010年玉米生育期降雨量最高(为433.6 mm),各处理依次较CK增产3.91%、7.58%(P<0.05)和1.70%。0.9～1.35万kg/hm2覆盖量增产效果明显,4年平均比CK增产14.23%～12.03%,水分利用效率提高了10.64%～8.87%。宁南旱区,0.9万kg/hm2秸秆覆盖量能更好地蓄水保墒,促进农田土壤水分良性循环,且对提高玉米产量和水分利用效率有显著效果。     

宁南山区保护性耕作对农田水分状况影响的研究

为研究保护性耕作对宁南山区农田水分状况的影响,在宁夏彭阳县对三种不同保护性耕作措施下玉米农田休耕期及生长期土壤水分、作物生长发育指标进行了实验研究。结果表明:(1)在休耕期,整秸秆覆盖处理的土壤水分贮存量(236.80mm)最高,半秸秆覆盖(224.10mm)次之,传统无覆盖(208.45mm)最低;(2)在生长期,采用秸秆覆盖方式可使春玉米的株高、穗长、生物产量及经济产量等指标得到显著提高,土壤的蓄水保墒性能增强,水分利用效率提高,增产增效明显;与传统方式相比,整秸秆覆盖可使春玉米的产量及水分利用效率分别提高3.5%及16.5%。研究认为,保护性耕作可有效改善玉米田土壤水分状况,促进玉米的生长发育。     

不同覆盖模式下土壤返盐及水盐运移规律

干旱地区地表蒸发引起土壤水分的散失是造成盐分表聚的重要原因之一,土壤表层进行覆盖处理可改变地表结构,从而影响土壤水分蒸发和盐分迁移过程,本研究旨在通过野外田间试验,研究不同覆盖模式下土壤返盐及水盐运移规律。结果表明:土壤表层进行不同覆盖处理均可有效抑制土壤水分蒸发,土壤保水效果为:覆砂+覆膜覆秸秆+覆砂覆砂覆秸秆+覆膜无覆盖(CK);随土层深度的增加,土壤含水率减小的趋势逐渐减缓。不同覆盖处理也可有效抑制土壤盐分表聚,缩小盐分在土壤中迁移的范围;覆盖处理的土壤盐分向上迁移主要发生在0~20 cm范围内,无覆盖处理在0~35 cm范围内,覆盖后可较好地抑制土壤返盐。综合考虑认为砂石覆盖模式是较适合该试验区的覆盖模式。     

秸秆还田对东北黑土水分特征及物理性质的影响

为明确秸秆还田对东北黑土水分特征及物理性质的影响,设置秸秆覆盖还田（FG）、秸秆翻埋还田（FM）和秸秆不还田翻耕(FD)3个处理,测定土壤含水量、水分特征曲线、容重、硬度、土壤三相比及结构稳定性等参数。结果表明：（1）秸秆覆盖还田可显著提高春季耕层（0~30 cm）土壤含水量,较秸秆不还田翻耕处理增幅为11.17%~150.84%;不同处理耕层土壤在水吸力中吸力段土壤含水量变化曲线平滑,秸秆覆盖还田处理具有较高的土壤持水性。（2）秸秆还田能显著提高土壤水分有效性,与秸秆不还田翻耕处理相比,秸秆覆盖还田处理0~10 cm土层土壤田间持水量提高4.85%~11.03%,土壤凋萎系数提高10.85%~18.00%;秸秆翻埋还田处理0~10 cm土层土壤重力水增加9.65%~80.73%。秸秆翻埋还田提升了土壤供水能力,土壤比水容量较秸秆不还田翻耕处理增加4.8%~10.0%。（3）与秸秆不还田翻耕处理相比,秸秆还田降低了收获后土壤紧实度,降低幅度为0.18~0.31 MPa;秸秆覆盖还田增加表层土壤容重,降低土壤孔隙度,促进三相结构趋于合理,显著增加土壤结构稳定性。（4）皮尔森相关分析表明,三相比R值与结构距离（r=0.73^*）、土壤容重（r=0.70^*）相关性显著,在一定范围内三相比R值的增加有利于改善并促进土壤结构稳定。综上可知,东北黑土农田实施秸秆还田是提高春季土壤含水量、增强土壤持水性、提升土壤供水能力、调节土壤紧实性、调控土壤三相比、改善土壤结构和提高土壤宜耕性的有效措施。     

季节性冻融期覆砂对太谷农田土壤含水率时空变化的影响

研究了冻融期砂层覆盖对剖面土壤含水率的影响。野外试验于2016年11月—2017年3月在山西省太谷均衡实验站进行，主要监测3种地表处理剖面0~100 cm土壤含水率，各处理分别为无覆盖（LD）、0.5~1.5 mm粒径（XS）和1.5~2.0 mm粒径砂层覆盖（CS）。结果表明：冻融期砂层覆盖及土壤水分冻融使得XS和CS处理土壤剖面出现两个水分高值区，即近地表（15.40%~21.79%）和剖面20~40 cm间（15.99%~19.94%）；砂层覆盖对近地表有储水效果，储水效果随土壤深度增加而逐渐减小。覆砂处理对地表处储水效果最佳，平均土壤含水量较LD处理高8.45%~10.94%。覆砂对剖面0~40 cm有明显的储水效果，平均土壤含水率较LD处理高1.56%~1.62%。 40 cm以下3种处理土壤含水率相差较小，平均土壤含水率差值为0.09%~0.40%；砂层覆盖储水效果还与砂层粒径有关，XS处理0~5 cm储水效果优于CS处理，其土壤含水率高于CS处理0.57%~2.39%；地表砂层覆盖可以平抑地表土壤含水率变化，覆砂处理地表土壤含水率变幅较LD处理低约4.42%。     

长期秸秆和地膜覆盖对旱作冬小麦农田土壤碳组分的影响

地表覆盖秸秆和地膜是我国西北旱作农田土壤固碳的重要田间管理措施，但其对土壤碳组分的长期影响尚不明确。基于田间定位试验，设生育期高量秸秆覆盖(9 000 kg·hm^-2,HSM)、生育期低量秸秆覆盖(4 500 kg·hm^-2,LSM)、夏闲期秸秆覆盖(9 000 kg·hm^-2,FSM)、生育期地膜覆盖(PM)和无覆盖对照(CK)共5个处理，研究了秸秆覆盖和地膜覆盖12 a和13 a后旱作冬小麦农田土壤总有机碳(SOC)、颗粒有机碳(POC)、潜在矿化碳(PCM)和微生物量碳(MBC)含量的变化规律。2 a平均结果表明：与CK相比，HSM和LSM处理均显著提高了0～10 cm土层各碳组分含量以及10～20 cm土层SOC、POC、MBC含量，同时还显著提高了0～20 cm土层POC和MBC占SOC的比例；而FSM和PM处理对各土层土壤碳组分含量及其占SOC的比例均无显著影响。土壤碳组分含量相互之间均存在极显著正相关关系。综上可知，长期生育期秸秆覆盖能有效提高旱作冬小麦农田耕层土壤有机碳及其组分含量，且提高覆盖量有助于促进...     

秸秆还田与长期连作棉田土壤水稳性团聚体特征

以棉花长期连作定点试验田为研究对象,研究秸秆还田对长期棉花连作土壤水稳性团聚体及有机碳分布的影响。试验设长期连作5、10、20 a和30 a的秸秆还田小区及长期棉花连作5、10 a和20 a无秸秆还田小区,共计7个处理,每个处理3个重复。结果显示:无秸秆还田条件下,随着连作年限的增加,土壤1~0.25 mm水稳性团聚体含量和团聚体中有机碳含量逐渐降低,0.053 mm水稳性团聚体含量逐渐增加;而秸秆还田可以显著提高长期连作棉田土壤中1~0.25 mm水稳性团聚体含量、团聚体平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)值及团聚体中有机碳含量;秸秆还田条件下随着连作年限的增加,土壤1~0.25 mm水稳性团聚体含量逐渐增加,0.053mm水稳性团聚体含量逐渐降低,且对0~30 cm耕作层土壤影响较大;与无秸秆还田相比,秸秆还田长期连作棉田,随着连作年限的增加,团聚体分形维数(D)逐渐降低,而无秸秆还田分形维数(D)逐渐增加,团聚体分形维数表现为随土层加深而增大,最后在20~30 cm处趋于稳定。说明秸秆还田显著提高长期连作棉田水稳性团聚体的稳定性,对改善土壤结构、提升土壤的肥力具有积极作用,能够缓解长期连作对土壤物理性状产生的不利影响。     

基于HYDRUS-1D的秸秆覆盖条件下黑土区玉米田土壤水盐运移规律

为揭示不同秸秆覆盖量对黑土区玉米田农田土壤水盐运移的影响机制,基于田间试验结果,利用HYDRUS-1D模型对秸秆覆盖下农田土壤水盐运移过程进行模拟,分析不同秸秆覆盖量对土壤水盐动态的影响规律。结果表明：秸秆覆盖可以增强土壤保水性、抑制土壤盐分积累,随秸秆覆盖量增加,秸秆覆盖对土壤水盐运移的作用效果更加明显,在玉米全生育期内秸秆半量覆盖及全量覆盖较裸地40 cm耕层内各土层平均含水率分别提高3.38%~5.78%和5.26%~9.62%、平均电导率分别降低4.61%~8.93%和8.87%~12.41%。基于HYDRUS-1D模型模拟结果可知,土壤含水率模拟值与实测值的决定系数介于0.903~0.940,标准误差介于0.010~0.014 cm³·cm^-3,平均相对误差介于3.46%~4.64%;土壤电导率模拟值与实测值的决定系数介于0.817~0.853,标准误差介于0.091~0.111 mS·cm^-1,平均相对误差介于4.06%~5.46%。误差分析表明HYDRUS-1D模型模拟精度较高,能够用于模拟研究区秸秆覆盖条件下农田土壤水盐运移过程。     

陇东旱塬地表覆盖方式对苹果生育后期叶片质量及根际土壤微环境的影响

为探明陇东旱塬区不同覆盖方式对苹果生育后期叶片质量、根际生态环境的影响，以16 a生，连续6 a覆盖的盛果期“长富2号”苹果树为试材，设清耕（CK)、覆膜、麦草覆盖、覆黑膜+麦草（膜+草）等4个处理，调查叶片养分、活性氧代谢功能，测定0～100 cm内不同深度土层土壤水分、容重、有机质等，对根际土壤微生物数量及土壤酶活性进行分析。结果表明：麦草覆盖处理可有效提高苹果叶片叶绿素与淀粉含量，增幅分别为CK的2.79%、29.09%；根系集中分布层（20～40 cm）土壤水分、有机质含量增高，分别为CK的102.93%,135.96%；土壤容重仅为CK的96.32%，并有效提高各土层土壤酶活性，特别提高土壤表层（0～20 cm）酶活性，脲酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶、蔗糖酶活性为CK的157.14%、218.5%、118.02%、193.21%，可有效提高土壤中微生物总量,为CK的134.19%，其中细菌与真菌的数量增高，放线菌的数量降低；根系活力与土壤水分、孔隙度、微生物含量及脲酶、蔗糖酶等呈极显著正相关，与土壤容重、过氧化氢酶呈极显著负相关。覆膜与膜+草处理对叶片及土壤环境改善效果较差。综合分析根际土壤理化性状及土壤酶、微生物空间分布特征等，认为麦草覆盖处理是陇东旱塬区苹果园适宜的地表覆盖方式。     

地膜与秸秆双重覆盖对渭北苹果园土壤水分及产量的影响

针对渭北果园土壤干燥化、覆盖条件下夏季土壤高温抑制根系生长的问题,通过将具有高效保水效果的地膜与缓温效应显著的秸秆两种覆盖材料组合,从保墒、调温及对果树产量影响方面综合评价双重覆盖(地膜压长麦秆覆盖、长麦秆压地膜覆盖、地膜压短麦秆覆盖、地膜压玉米秆覆盖)模式。结果表明,地膜压短麦秆覆盖相对于其它处理能提高0~600 cm土壤剖面年平均贮水量(1 529.2 mm)及年平均含水量(25.71%),有利于果树对水分的利用;地膜压短麦秆覆盖在春季和秋季能提高土壤温度,夏季降低土壤温度,具有良好的缓温效应;不同覆盖 处理均能提高果树的产量、单果重和优果率,其中地膜压短麦秆覆盖单株产量(48 kg)和优果率(85%)最高,为最佳覆盖模式。     

不同覆草量苹果园土壤水温效应及对树体生长的影响

将麦草覆盖应用于果园,研究不同覆盖用量22 000 kg·hm-2(T1)、33 000 kg·hm-2(T2)、44 000 kg·hm-2(T3)和清耕(CK)在整个生长期对19年生长富2号苹果园0~100 cm土壤水分、5~25 cm土壤温度、树体生长量及果实品质的影响。结果表明:在旱情较重的4—7月,3种覆草处理的平均含水量随覆草量的增加而增大,其中T2和T3处理极显著(P0.01)高于CK,高出8.98%~27.09%;且3种覆草处理0~20、20~40 cm土层的含水量极显著(P0.01)高于CK,高出9.36%~73.77%;4—8月3种覆草处理的各深度地温低于CK,4—6月份极显著(P0.01)低于CK,低出2.11℃~8.02℃;相反,9—11月份高于CK。覆草处理5~20 cm深度土温日变幅极显著(P0.01)低于CK,低出0.39℃~3.63℃。果实单果重和产量以T2处理最高,3种覆草处理每公顷产量较CK极显著(P0.01)提高,高出10.70%~20.83%;产量水分利用效率覆草处理较CK极显著(P0.01)增高,高出9.87%~20.87%。覆草对树体生长量、枝类比例影响不大。综合各种效应及投入产出比,陇东黄土高原苹果园覆草量以22 000~33 000 kg·hm-2较经济适宜。