基于SIRMOD模型的不同耕作栽培方式的水分利用效率评价

利用SIRMOD模型对传统耕作(CONV)、垄作(FRB)、垄作固定道(PRB)、平作固定道(ZT)4种栽培方式下春小麦的水分利用效率进行了评价.结果表明:苗期计划层较浅,需要快速灌溉,PRB模拟灌水速度为3.83m3/s,CONV、FRB、ZT分别比PRB高出42.0%3、1.6%3、5.0%,渠系难以满足其要求,因此发生了深层渗漏,但以PRB渗漏量最少;在第2次灌水中,除PRB外其它3个处理均不能达到模拟灌水要求,均再次发生渗漏;以后几次灌水中再未发生深层渗漏,但灌水均匀度、入渗深度沟灌的都要比平作灌溉的好.PRB与其它3个处理相比,灌水速度要求低,发生的渗漏最少,用水量最少,保水能力强,水分生产效率最高(13.49 kg/mm.hm2).     

马铃薯与针叶豌豆套种的效果研究

在榆中、民乐、山丹3地对马铃薯套种针叶豌豆模式的效果观察结果表明,马铃薯套种针叶豌豆能显著提高水分利用效率、产量、产值,其中水分利用效率较单种马铃薯高8．35～11．86kg／（hm^2·mm）,较单种针叶豌豆高16．81～21．3kg／（hm^2·mm）;产量较单种马铃薯增产44．3％～55．0％,较单种针叶豌豆增产132．4％～216．8％;产值较单种马铃薯增加10269．0～11870．0元／hm^2,较单种针叶豌豆增加7857．0～11484．3元／hm^2。     

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。     

多年采用不同捡拾方式对地膜残留系数及玉米产量的影响

随着地膜用量和覆盖面积的不断增加,在作物产量提高的同时,田间残膜残留量也随之增加,加剧了农业地膜污染。本论文以连续4年（2011-2014）长期定位试验为依托,探明完全捡拾、常规捡拾及不捡拾3个处理对地膜残留量、残留系数及玉米产量的影响。结果表明：0~10 cm土层地膜残留最多,不捡拾处理残膜量显著高于常规捡拾,完全捡拾与常规捡拾差异不显著;10~20 cm土层地膜残留量其次,不捡拾处理残膜量与常规捡拾差异不显著,完全捡拾则显著少于常规捡拾;20~30 cm土层地膜残留最少,处理间差异不显著;0~30 cm土层,完全捡拾处理下,面积>25 cm²、4~25 cm²中大块残膜片数显著少于常规捡拾和不捡拾处理,而面积<4 cm²残膜片数与常规捡拾和不捡拾差异不显著;2014年玉米收获后,常规捡拾、完全捡拾及不捡拾处理下地膜残留量分别为80.85、52.71 kg·hm^-2及152.65 kg·hm^-2,地膜残留系数分别为8.53%、-9.45%及54.42%;3种捡拾处理对玉米茎粗、穗长、穗粗、穗行数、行粒数及百粒重均有影响,随捡拾度增加,各指标均呈增加趋势;与常规捡拾相比,不捡拾处理下4年平均减产15.08%,完全捡拾处理下平均增产4.70%。综合分析不同捡拾方式对地膜残留量、残留系数及玉米产量的影响,建议在没有适宜的残膜回收机械的情况下,应采用农民常规捡拾方式,但从长远发展来看,须尽快研发推广适宜的残膜回收机械。     

残膜对农田土壤养分含量及微生物特征的影响

【目的】探究残膜对土壤养分含量和生物学特征的影响,明确产生危害的土壤残膜强度限值,为中国残膜污染防治工作提供理论支撑。【方法】于2011—2015年在甘肃张掖设置0（CK）、150 kg·hm^-2（T1）、300 kg·hm^-2（T2）、450 kg·hm^-2（T3）以及600 kg·hm^-2（T4）残膜梯度试验,并测定不同残膜强度下土壤理化性状、微生物量碳氮、微生物群落丰度以及土壤酶活性等关键指标。【结果】残膜对土壤含水量、有机质（SOM）、全氮（TN）、铵态氮（NH₄⁺-N）、硝态氮（NO₃^--N）、有效磷（Olsen-P）的影响较大,随着残膜强度的增加,土壤含水量显著增加（P＜0.05）,而SOM、TN、NO₃^--N以及Olsen-P显著降低（P＜0.05）,NH₄⁺-N则表现出先升高后降低的变化趋势。低残膜强度下,土壤微生物量碳（MBC）和土壤微生物量氮（MBN）含量增加,但高残膜强度（T3和T4）则会显著降低土壤微生物量（MBC和MBN）及微生物群落丰度（吸光值平均变化率、丰富度、Shannon指数、Simpson指数以及McIntosh指数）（P＜0.05）。土壤酶活性随残膜强度的变化趋势同微生物量碳氮含量基本一致,残膜强度为300—450 kg·hm^-2时,土壤中α-葡萄糖苷酶（AG）、β-葡萄糖苷酶（BG）、纤维素酶（CBH）、木聚糖酶（BXYL）以及几丁质酶（NAG）活性普遍较高,残膜强度为600 kg·hm^-2时土壤酶活性显著降低（P＜0.05）。【结论】农田土壤中低量残膜存在下可通过保水作用提高土壤微生物活性及其丰富度,而当残膜强度超过450 kg·hm^-2时,土壤微生物量、微生物群落丰度和土壤酶活性显著降低;同时,长期残膜作用下会降低土壤SOM、TN、NH₄⁺-N、NO₃^--N以及Olsen-P含量,引起土壤养分退化。因此,对于中国地膜残膜污染较严重的地区,应加大残膜防治工作力度,降低残膜引起的土壤退化风险。     

施氮量对河西绿洲灌区垄作春小麦土壤水氮动态及吸收利用的影响

为给河西绿洲灌区春小麦垄作栽培中的合理施氮提供参考依据,设置0、150、300 kg·hm^-2三个施氮水平,研究了施氮量对垄作春小麦土壤水氮动态及吸收利用的影响。结果表明,从垄作春小麦播种到收获,土壤含水量持续降低,各生育时期0～200 cm土壤含水量均随施氮量的增加而降低。施氮量越大,土壤硝态氮累积越多,且在垂直方向上施氮300 kg·hm^-2时土壤硝态氮累积下界面由60 cm土层下移到200 cm深处,施150 kg·hm^-2时土壤硝态氮累积下界面由60 cm土层下移到140 cm深处。随施氮量的增加,产量先增后降,施氮300 kg·hm^-2时氮肥利用率和氮素残留率分别为21.14%和73.84%,而施氮150 kg·hm^-2时分别为25.80%和51.93%,两个施氮处理间氮肥利用率差异不显著（P>0.05）,而氮素残留率差异达到极显著水平（P<0.01）。可见,适量施氮有利于垄作春小麦生长,而过量施氮不仅会导致小麦减产,而且会使大量氮素残留在土壤中,从而加大硝态氮淋溶及污染地下水的危险性。     

施氮量对旱地全膜双垄沟播玉米田土壤硝态氮、产量和氮肥利用率的影响

针对黄土高原半干旱区春玉米全膜双垄沟播栽培中施肥不科学和氮肥利用率低的问题,研究不同施氮量对春玉米产量、土壤硝态氮及氮肥利用率的影响。采用2011—2012年两年田间定位试验,设置0、135、180、225、270 kg·hm~(-2)和360 kg·hm~(-2)六个施氮量,探讨不同施氮水平对作物和环境的影响。结果表明,随施氮量的增加,玉米产量先增加后降低。2011年施氮量180 kg·hm~(-2)时玉米子粒产量达到最大,为4 922.22 kg·hm~(-2),显著高于N135,与N225、N270差异不显著;2012年施氮量225 kg·hm~(-2)时,玉米子粒产量达到最大,为10 267.06 kg·hm~(-2),与对照及其它施氮处理差异不显著。硝态氮累积量在200 cm土层中随氮素投入量的增加而显著增加,随种植年限的增加各处理间差异增大。2011年N180、N225、N270、N360处理间硝态氮累积量差异均不显著,但显著高于N135处理;2012年各施氮处理间硝态氮累积量差异相互显著,N360累积量高达615.50 kg·hm~(-2)。玉米氮肥吸收利用率随着施氮量的增加呈先增加后降低趋势,施氮量为180 kg·hm~(-2)时,氮肥吸收利用率达到25.13%。适宜的施氮量能提高玉米产量及氮肥利用率,并且200 cm土层内硝态氮累积量较低,对环境的潜在危害较小。     

垄作沟灌栽培技术的研究进展

综述了河西走廊绿洲灌区垄作沟灌栽培技术对土壤和作物的影响及节水效益,指出在垄作沟灌技术主要技术参数、垄作沟灌条件下作物生理反应、垄作沟灌技术条件下的水肥耦合模式、垄作沟灌对土壤养分损失的影响等方面还需深入研究。     

亏缺灌溉对石羊河流域主要作物产量和耗水量的影响

采用固定灌溉次数和时间、调整不同生育期灌水定额的方法,研究了亏缺灌溉对石羊河流域春小麦、春玉米、制种油葵、色素辣椒和小麦/玉米等5种作物的产量和耗水量的影响。结果表明,对春小麦、制种油葵和色素辣椒进行亏缺灌溉时,可以在少量减产(4.1%~10.1%)的情况下,分别减少耗水量118.9 mm6、6.4 mm和142.3 mm,提高水分利用率27.4%、15.9%和24.7%,提高灌水效益24.7%、22.6%和36.4%。对春玉米和小麦/玉米带田进行亏缺灌溉时,分别减少耗水量121.9 mm和207 mm,提高水分利用率-6.6%和0.2%,提高灌水效益21.7%和28%,但会造成大幅减产,与充分灌溉相比,产量分别减少30%和20%。     

高密度栽培条件下灌水量对河西灌区玉米群体质量及水分利用效率的影响

提高种植密度是玉米产量持续增长的重要措施,探讨高密度栽培下的合理灌溉定额对保障玉米高产及水资源可持续利用具有重要意义。2023年4 — 10月在河西灌区张掖节水农业试验站开展田间试验,研究高密度栽培条件下不同灌水量(270.0、390.0、510.0、630.0 mm)对玉米群体质量、产量和水分利用效率的影响。结果表明,随着灌水量的增加,玉米的干物质量、产量呈增加趋势,高灌水量(630.0 mm)下的干物质量和产量均最高,中等灌水量(510.0 mm)下干物质量、产量分别高达32 013.36、16 000.31 kg/hm2,仅比高灌水量处理分别低2.89%、3.13%,而在390.0、270.0 mm灌水量下显著降低。各处理的光合势、生长速率随生育进程的推进先增加后降低,其中吐丝期后20 d达到最大,且随灌水量增加而增大;吐丝期后20 d至灌浆中期,510.0、390.0 mm灌水量下的光合势下降幅度为0.38%、2.40%,生长速率下降幅度为26.16%、30.19%,均低于高灌水量处理和低灌水量(270.0 mm)处理。玉米水分利用效率随灌水量、耗水量增加先上升后下降,390.0、510.0 mm灌水量处理下水分利用效率分别为26.21、25.14 kg/(hm2·mm),差异不显著;而产量最高的高灌水量处理及耗水量最低的低灌水量处理仅为22.77、23.98 kg/(hm2·mm),均低于390.0、510.0 mm灌水量处理。综合考虑玉米产量与水分利用效率等指标,在种植密度为11.70万株/hm2 条件下,510.0 mm为玉米生育期适宜灌水量,可实现增产节水目标。