绿洲灌区免耕一膜两年用玉米密植的水分承载潜力

【目的】针对绿洲灌区资源性缺水严重,传统玉米生产模式地膜用量和耗水量大等问题,探讨通过免耕一膜两年用集成密植技术提高水分利用效率的可行性,以期为构建试区地膜减量玉米高效生产技术提供理论支撑。【方法】2017—2019年,在河西绿洲灌区设置耕作措施（传统覆膜CT,一膜两年用NT）和密度（78 000株/hm²,低;103 500株/hm²,中;129 000株/hm²,高）两因素田间试验,研究不同处理的水分利用特征和产量表现,以耗水量的多少、产量的高低和水分利用效率的大小为依据,探索在2种耕作措施下可以承载作物最大密度的土壤水分,即水分承载潜力,明确免耕一膜两年用对玉米密植的水分承载潜力。【结果】NT较CT土壤播前含水量和贮水量分别提高11.6%—14.0%和19.4%—26.0%,利于玉米密植。NT与CT相比,中、低密度玉米全生育期总耗水量无显著差异,而高密度玉米全生育期总耗水量增加了4.7%;随玉米密度增加,玉米全生育期总耗水量随之增大,但总棵间蒸发量和蒸散比随之下降;NT和CT条件下,高、中密度较低密度玉米全生育期总耗水量分别增加了10.7%、5.2%和7.4%、4.6%,即从耗水量角度讲,NT支撑玉米高密度的水分承载潜力较CT下降。密度相同时,NT和CT玉米籽粒产量差异不显著;NT条件下高、中密度较低密度产量提高了6.1%—19.0%、10.9—25.0%,CT条件下高、中密度产量较低密度提高了4.8%—5.8%、8.8%—8.9%,中密度利于玉米高产,从产量角度讲,NT较CT支撑高密度的水分承载力未下降。相同密度下,NT和CT玉米水分利用效率无差异;密度对玉米水分利用效率影响显著,NT与CT条件下,中密度较高、低密度水分利用效率分别提高9.8%—10.8%、6.3%—17.8%与5.9%—7.1%、4.3%—4.7%,中密度下水分利用效率最大,从水分利用效率角度讲2种模式都不足以承载高密度。【结论】在绿洲灌区,免耕一膜两年用与传统覆膜具有相同的通过增密获得同等籽粒产量和水分利用效率的潜力,但免耕一膜两年用玉米全生育期总耗水量较大;免耕一膜两年用结合103 500株/hm²的密度可作为绿洲灌区地膜减量和玉米高产、水分高效利用技术推广应用。     

地膜玉米免耕轮作春小麦水氮生产力对灌水施氮水平的响应

针对绿洲灌区春小麦生产中水氮消耗量大、连作普遍问题,2015-2018年,在河西走廊甘肃农业大学绿洲试验站进行田间试验,设两种耕作措施(玉米茬免耕一膜两年用,NT;玉米茬传统翻耕,CT)、两种灌水水平(2400m^3·hm^-2,传统水平,I2;1920m^3·hm^-2,传统灌水减量20%,I1)和三种施氮水平(225kg·hm^-2,传统施氮,N3;180kg·hm^-2,减量20%施氮,N2;135kg·hm^-2,减量40%施氮,N1),分析了不同处理下春小麦籽粒产量、灌溉水生产力和氮肥偏生产力特征。结果表明,与CT、I2相比,NT和I1均能提高春小麦的籽粒产量、灌溉水生产力和氮肥偏生产力;与N3相比,N2的氮肥偏生产力提高11.6%~30.4%,籽粒产量和灌溉水生产力在2016、2017年均无显著变化,在2018年分别降低10.7%和10.4%;N1的籽粒产量降低6.1%~23.5%,灌溉水生产力和氮肥偏生产力分别增加6.1%~23.0%和27.6%~56.5%。在所有处理中,NTI1N2和NTI2N3处理的籽粒产量三年中均较高,二者间差异不显著,但NTI1N2处理灌溉水生产力和氮肥偏生产力较NTI2N3处理分别提高7.6%~20.4%和16.5%~30.4%;NTI1N2处理的籽粒产量、灌溉水生产力和氮肥偏生产力较CTI2N3处理分别提高3.8%~22.0%、19.7%~40.8%和29.7%~52.5%。综上所述,在西北绿洲灌区以覆膜玉米为前茬,免耕穴播小麦,配套施氮180kg·hm^-2、生育期灌水1920m^3·hm^-2的种植方式是适用于小麦节约水氮的高效生产模式。     

少耕秸秆覆盖对小麦间作玉米产量和水分利用的影响

通过田间试验,探讨了小麦少耕留茬条件下,3个供水处理对小麦间作玉米的产量及水分利用效率的影响。结果表明,留茬处理对小麦/玉米间作产量影响不显著,供水处理显著影响间作产量;留茬少耕条件下,中、高供水处理较低供水处理间作产量分别高27.24%、29.90%,未留茬条件下,中、高供水处理较低灌水处理产量分别高29.74%、35.56%。同等供水条件下,高留茬少耕处理较未留茬处理收获后土壤含水量在低、中、高供水水平下分别高4.79%、10.95%、4.28%。留茬处理对间作耗水量影响不显著,但在同种留茬方式下,间作耗水量随供水水平的提高而显著增大,高供水留茬少耕处理较中、低供水处理耗水量分别高7.73%、16.37%,未留茬高供水处理耗水量较中、低供水处理分别高9.10%、16.18%。留茬处理对间作作物水分利用效率(WUE)无显著影响,相同留茬不同供水处理的WUE在中、高供水水平之间无显著差异,而中、高供水高留茬少耕处理WUE较低供水处理分别高17.80%、11.63%,未留茬处理时中、高供水处理WUE分别较低供水间作高21.83%、16.68%。     

河西绿洲灌区减量灌溉下绿肥对小麦光合源及产量的补偿效应

  【目的】  资源性缺水严重制约河西绿洲灌区小麦生长,针对小麦种植模式单一,水资源投入量大、利用效率不高等问题,研究限量供水条件下不同处理对小麦光合源及产量的补偿效应,对该区小麦节水种植模式的构建具有重要意义。  【方法】  河西绿洲灌区麦后复种箭筈豌豆(Vicia sativa L.)的田间定位试验始于2017年,供试小麦品种为‘宁春4号’,箭筈豌豆品种为‘兰箭2号’。试验采用裂区设计,设置传统灌水(540 mm,I₃)、减量50 mm灌水(490 mm,I₂)、减量100 mm灌水(440 mm,I₁) 3个灌水水平和小麦收获后复种并翻压绿肥(WG)、复种但不翻压绿肥(WGr)、休闲(WF) 3种绿肥处理方式。2020―2021年,调查了绿肥小麦光合源(叶面积指数、光合势)和产量补偿效应。  【结果】  从全生育期平均值来看,与2020和2021年I₃处理的小麦叶面积指数(LAI)、光合势(LAD)相比,I₁处理小麦LAI分别显著降低了6.26%和5.84%,LAD分别下降了6.21%和5.87%;I₂处理小麦LAI分别降低3.55%和2.85%,LAD分别下降3.17%和3.13% (P<0.05);与传统灌水休闲对照(WFI₃)相比,WGI₂的LAI提高了2.31%和3.69%,LAD分别提高了3.07%和4.03%,WGrI₂无显著差异,绿肥翻压显示出对I₂处理下小麦LAI、LAD的补偿效果。与2020和2021年I₃相比,I₁处理小麦干物质累积量分别平均显著降低了16.31%和15.19%,籽粒产量分别平均降低了14.00%和12.98%;I₂处理小麦干物质累积量分别平均降低6.20%和6.58%,籽粒产量分别平均降低1.78%和4.05%;WGI₂小麦干物质累积量较WFI₃分别提高了4.84%和5.30%,籽粒产量分别提高了5.89%和6.01%,显示出绿肥翻压对I₂下小麦干物质累积和产量的显著补偿效应;而WGrI₂产量的补偿效应不明显,且2021年绿肥翻压对I₂下光合源、干物质累积量的补偿效应优于2020年。WG对产量的补偿主要归因于对小麦LAI、LAD的同步补偿。  【结论】  在河西绿洲灌区,复种并翻压绿肥能够获得与常规灌溉量相近的小麦叶面积和光合势以及产量,即可以补偿减少50 mm灌水量对次年小麦造成的负效应,因此,可作为该区实现小麦节水生产的生态技术模式。     

复种绿肥补偿减量施氮导致的小麦光合效能和产量损失

  【目的】  探讨河西绿洲灌区复种不同绿肥对后茬减量施氮小麦产量性能的补偿效应,为小麦生产中绿肥替代部分化学氮肥提供理论依据。  【方法】  裂区定位试验始于2018年,主区为小麦收获后复种箭筈豌豆混播毛叶苕子 (HCV)、复种箭筈豌豆 (CV)、复种油菜 (R) 和无复种绿肥 (F);副区为3个施氮量,传统施氮量N 180 kg/hm2的100% (N₁₈₀)、80% (N₁₄₄)、60% (N₁₀₈)。在2020和2021年小麦主要生育期,调查叶面积指数 (LAI)、光合势(LAD)、群体生长速率 (CGR) 与净同化率 (NAR)。小麦收获后测产,计算收获指数。  【结果】  与对照 (FN₁₈₀)相比,HCVN₁₄₄处理2020、2021年小麦开花期至灌浆期的LAI提高了17.7%～31.1%,LAD提高了8.4%～9.1%,开花期至成熟期的CGR提高了33.3%～133.0%,开花期至灌浆期的NAR提高了21.2%～25.1%;2021年CVN₁₄₄处理小麦苗期至灌浆期 (除孕穗期) 的LAI提高了10.5%～25.3%,2020和2021年的LAD提高了5.1%和7.3%,开花期至成熟期的CGR提高了55.4%～76.7%,开花期至灌浆期的NAR提高了22.5%～31.2%;2020年RN₁₄₄处理小麦开花期的LAI提高了7.3%,2021年开花期至成熟期的CGR提高了22.0%～91.5%,两年LAD和NAR无显著差异;两年HCVN₁₀₈、CVN₁₀₈处理的LAI、LAD和NAR以及拔节期至成熟期的CGR与FN₁₈₀处理无显著差异;与FN₁₈₀处理相比,RN₁₀₈处理两年的LAI无显著差异,2021年LAD降低了4.9%,孕穗期至开花期的CGR降低了15.0%,苗期至拔节期的NAR降低了20.4%,2020年相关指标无显著差异。与对照 (FN₁₈₀) 相比,2020与2021年HCVN₁₄₄处理小麦籽粒产量分别提高了13.7%和36.1%,CVN₁₄₄处理小麦产量分别提高了9.4%和28.4%;而RN₁₄₄处理小麦产量2020年较FN₁₈₀降低5.0%,2021年二者无显著差异;HCVN₁₀₈、CVN₁₀₈处理的小麦籽粒产量2020年显著降低,2021年降幅不显著,RN₁₀₈处理两年产量均显著低于FN₁₈₀。HCVN₁₄₄和CVN₁₄₄处理2021年的收获指数较FN₁₈₀分别提高了16.9%和14.0%,RN₁₄₄处理两年收获指数无显著差异;两年HCVN₁₀₈、CVN₁₀₈处理的收获指数与FN₁₈₀处理无显著差异,RN₁₀₈处理2021年收获指数降低了6.9%。  【结论】  复种箭筈豌豆混播毛叶苕子或复种箭筈豌豆可增加小麦生育前期和后期的叶面积指数以及总光合势,提高开花期至灌浆期的群体生长速率和净同化率,补偿减氮造成的小麦光合效能损失,提高收获指数,保证小麦稳产甚至提高小麦产量。复种油菜不能补偿减氮带来的小麦产量损失。     

水氮减量对地膜玉米免耕轮作小麦主要光合生理参数的影响

地膜玉米免耕结合水氮减量对小麦稳产增产的作用已经验证,但其形成的光合生理机制研究仍比较薄弱。2018—2020年,采用裂区设计,设置地膜玉米免耕(NT)和传统耕作(CT)两种耕作方式,传统灌水(I2, 2400 m3 hm–2)和传统灌水减量20%(I1, 1920 m3 hm–2) 2个灌水水平和施纯N 225 kg hm–2 (N3)、180 kg hm–2 (N2)和135 kg hm–2 (N1) 3个施氮水平。结果表明,耕作措施、施氮水平对小麦叶面积指数、光合势、SPAD值、光合速率均有显著影响;灌水水平对光合速率影响显著。全生育期平均来看, NT较CT显著提高了小麦叶面积指数、光合势、SPAD值、光合速率,分别提高14.5%～44.1%、 13.2%～16.3%、 7.4%～9.0%、14.5%～24.2%;与I2相比,I1小麦光合速率显著降低了6.5%～13.6%。N1较N3叶面积指数、光合势、SPAD值、光合速率分别显著降低了6.4%～13.6%、7.5%～12.7%、6.0%～10.2%、7.5%～17.5%, N2与N3无显著差异。耕作措施、施氮水平、灌水水平三者均...     

砂龄对砂田土壤微生物区系及理化性状的影响

以不同砂龄(砂田覆盖年限分别为1、6、12、19 a和25 a)的砂田为研究对象,对砂田土壤混合层、根系密集层、淋溶层和钙积层的土壤微生物区系及影响土壤微生物的因素进行研究。结果表明:(1)砂田土壤微生物组成中,以细菌为主,放线菌次之,真菌最少;随土壤剖面深度的增加,土壤微生物总数迅速减少,这主要是由于细菌数量迅速减少所致;受根系分布的影响,根系密集层的微生物数量高于只有少量根系分布的混合层。(2)细菌和放线菌的数量在作物生长期高于作物非生长期,而真菌的数量则相反。(3)细菌和真菌在砂龄约为6~12 a的砂田中最多,随砂田覆盖时间的增加,砂田逐渐老化,数量逐渐减少;而放线菌的数量反之,在砂龄约为6~12 a的砂田中最少,随砂田覆盖时间的增加而增加。(4)砂田土壤微生物数量与土壤水分含量、pH值和覆盖时间有很好的相关性,土壤养分中的全C含量是限制砂田土壤微生物数量的重要因子。     

玉米农田土壤碳排放及碳平衡对地膜覆盖方式及种植行距的响应

【目的】分析干旱绿洲灌区玉米农田土壤碳排放特征及碳平衡对地膜覆盖方式及种植行距的响应,为评价区域典型农作制模式及其关键栽培技术的生态效益提供参考依据。【方法】田间试验于2013—2014年在甘肃河西绿洲灌区进行,共设4个处理:全膜覆盖等行距(50 cm)、全膜覆盖宽窄行(40 cm+80 cm)、半膜覆盖等行距(50 cm)和半膜覆盖宽窄行(40 cm+80 cm)。分析土壤呼吸速率季节变化特征及土壤碳排放量。计算土壤碳排放效率(CEE),并采用净生态系统生产力(NEP)评估农田碳平衡及其强度。【结果】土壤呼吸速率随玉米生育进程呈典型的单峰曲线。全膜覆盖均显著提高了玉米全生育期农田土壤碳排量,且玉米根呼吸碳排放量的贡献率在18.8%—77.2%,平均为49.1%。半膜覆盖宽窄行碳排放效率最高,达到2.65 kg·kg~(-1),分别较全膜覆盖等行距和全膜覆盖宽窄行处理高37.3%和26.2%。4种玉米种植模式中,半膜宽窄行模式净生态系统生产力最高,达到7 446.2kg C·hm~(-2),显著高于其他3种植模式。【结论】4种种植模式均表现为大气CO2的汇,半膜覆盖宽窄行种植模式碳排放量最低的同时碳汇效应最强。     

氮肥后移满足绿洲灌区全膜覆盖玉米的氮素需求

【目的】 在水热资源有限区,地膜覆盖使得玉米对氮素的需求前移,容易造成后期脱肥。本研究在河西绿洲灌区通过田间试验,探讨氮肥后移对全膜覆盖玉米产量、氮素积累特征和氮肥利用率的影响,以期为优化地膜覆盖栽培玉米的施氮制度提供理论依据。 【方法】 试验为单因素试验,在施氮量450 kg/hm2水平下,基肥和大喇叭口期追肥分别占总施氮量的20%和40%,其余40%的氮追施时期和比例分为3个处理:N1 (拔节肥10% + 花粒肥30%),N2(拔节肥20% + 花粒肥20%),N3 (传统方式,拔节肥30% + 花粒肥10%),此外,还设定了不施氮肥空白对照。调查了玉米氮素积累动态及氮素利用状况。 【结果】 氮肥后移对玉米生育前期植株氮素的积累影响不显著,但能显著提高生育后期的氮素积累量。与N3相比,N1处理玉米植株氮素积累量在成熟期提高10.0%,籽粒吸氮量提高44.6%;氮肥后移对玉米籽粒产量和收获指数均有显著影响,N1处理籽粒产量较N3提高15.8%,收获指数提高12.2%,N2处理的籽粒产量与收获指数与N3处理差异不显著。N1处理的玉米氮素收获指数较N3处理提高31.0%,氮肥利用率 (NUE)、氮肥农学效率 (NAE) 和氮肥生理利用率 (NPE) 分别提高15.1%、79.4%和55.7%,N2处理与N3处理间则无显著差异。 【结论】 在总施氮量为450 kg/hm2的水平下,玉米拔节期追施45 kg/hm2、大喇叭口期追施180 kg/hm2、花后10 d追施135 kg/hm2氮肥,可有效提高地膜覆盖玉米的氮素供需吻合度,增加玉米生育后期氮素积累量,提高产量、氮素收获指数和氮肥利用率,是河西绿洲灌区实现玉米增产和提高氮肥利用率的一项有效措施。      

绿洲灌区密植对氮肥减量玉米产量的补偿潜力

【目的】针对绿洲灌区玉米生产氮肥用量过高的问题,探究通过密植补偿氮肥减量对玉米产量负效应的可行性。【方法】2019—2021年,以施氮水平为主区,设地方习惯施氮(N₂,360 kg·hm^-2)、减量25%施氮(N₁,270 kg·hm^-2)两个水平;以种植密度为副区,设传统(M₁,7.8万株/hm²)、中(M₂,10.4万株/hm²,增密33%)、高(M₃,12.9万株/hm²,增密66%)3个密度水平,进行裂区试验,重点研究氮肥减量条件下增密对玉米产量及其构成因素的影响。【结果】(1)氮肥减量导致玉米籽粒产量、生物产量分别降低4.0%、4.9%。减氮条件下,中密度可以产生籽粒产量补偿效应,N₁M₂较对照N₂M₁提高4.1%;高密度处理N₁M₃