长期施肥对春玉米田土壤呼吸及碳平衡的影响研究

为探讨不同施肥方式下农田碳平衡规律,研究农田排放到大气CO₂的“源”、“汇”特征,依托39 a肥料定位试验测定了秸秆和氮磷肥配施（SNP）、农家肥和氮磷肥配施（MNP）、单施农家肥（M）、氮磷肥配施（NP)、单施氮肥（N）和不施肥（CK）等6种不同施肥方式下西北黄土旱塬春玉米拔节期到成熟期的土壤呼吸。结果表明：长期不同施肥方式能够影响春玉米农田土壤CO₂排放,不同生育时期排放特征不同,呈先升高后下降趋势,即开花期达到排放高峰,SNP、MNP和M的CO₂排放通量分别达到3 650.54、2 980.50 mg·m^-2·h^-1和2 167.61 mg·m^-2·h^-1,与CK相比,分别增加了340.32%、259.51%和161.45%。不同施肥处理间表现为SNP>MNP>M>NP>N>CK。整个测定时期内土壤CO₂平均排放速率表现为SNP>MNP>M>NP>N>CK,土壤呼吸中根系呼吸的贡献率波动在31%~77%之间。6种不同施肥处理农田土壤均表现为大气CO₂排放的“汇”,不同施肥处理农田碳汇强弱不同,表现为SNP>M>MNP>NP>N>CK。     

旱地全膜覆土穴播荞麦田土壤水热及产量效应研究

2015 2017 年在西北黄土高原半干旱区设全膜覆土穴播(FMS)和露地穴播(CK) 2 种种植方式,研究西北黄土高原全膜覆土穴播对旱地荞麦农田土壤水分和温度、产量及水分利用效率的影响,为寻求半干旱区荞麦高产高效的技术途径提供理论依据。结果表明, FMS 较 CK 使荞麦苗期提前 2.0~2.7 d,分枝期提前 2~3 d,现蕾期提前 0~1.7 d,而灌浆期延长 4.7~7.0 d。全膜覆土穴播(FMS)提高平水年(2015)和欠水年(2016)荞麦农田的土壤贮水量,较 CK 增加 16.9mm 和 25.59 mm,提高 2.91%和 5.79%,差异显著(P<0.05),但丰水年(2017)处理间差异不显著。在平水年和丰水年,0~25 cm 土壤平均温度 FMS 较 CK 分别增加 2.27℃和 2.20℃,但是在高温干旱年, FMS 分枝期至灌浆期明显低于 CK,全生育期内 0~25 cm 土壤平均温度 FMS 较 CK 降低。成熟期 FMS 干物质量较 CK 增加 13.46%~137.87%,叶面积指数增加 16.22%~52.55%,株高增加 12.78%~48.91%,单株粒重增加 33.39%~60.90%,籽粒饱满率提高 8.48%~9.14%。3 年全膜覆土穴播荞麦生育期 0~300 cm 土壤耗水量增加 3.89%,但差异不显著,产量增加 7.26%~95.25%,水分利用效率提高 7.59%~87.08%,差异显著(P<0.05),而且越干旱年份增产增效愈加明显。全膜覆土穴播能够提高荞麦播前土壤贮水量,降低高温时段的土壤温度,延长灌浆期,显著提高叶面积指数和生物量,促进荞麦植株发育,使得产量和水分利用效率明显升高。     

我国西北覆膜农田土壤微塑料数量及分布特征

采集甘肃和陕北9个县区27块长期覆膜农田的81份土壤样品,采用密度浮选分离和加热分析法,并结合显微镜扫描统计微塑料数量和面积。结果表明,西北覆膜农田土壤微塑料含量很高,地块之间差异极大,0~30 cm土层微塑料丰度5.8×10²~1.189×10⁴ pieces·kg^-1,平均（5.09±1.21）×10³ pieces·kg^-1,微塑料面积82~4 155 mm²·kg^-1,平均（1.04±0.20）×10³ mm²·kg^-1,微塑料大小平均0.19 mm²·piece^-1,最大7.11 mm²·piece^-1。按微塑料面积大小将其分为5个组,其中0~0.05 mm²·piece^-1和0.05~0.3 mm²·piece^-1组内的微塑料丰度分别占比38.8%和43.6%、面积分别占比8.7%和36.5%,0.3~0.6、0.6~1.0、>1.0 mm²·piece^-1组内的丰度占比分别为10.5%、4.6%和2.5%、面积分别占比22.1%、16.8%和15.9%,即农田微塑料丰度随颗粒变小而增加。随着地膜覆盖年限增加,土壤中小颗粒微塑料丰度和面积所占比例增加,微塑料大小<0.05 mm²·piece^-1的丰度和面积所占比例覆膜28 a较5 a分别提高了44.9%和85.2%,而>0.3 mm²·piece^-1的丰度和面积占比却明显下降。长期覆膜农田土壤微塑料数量大,随覆膜时间增加颗粒变小丰度增加,土壤潜在污染加重。     

遮荫补灌提高陇东旱塬区小麦对干热风的抗逆适应

利用灌浆期模拟干热风胁迫,并结合遮荫补灌措施,研究干热风对小麦叶片失绿黄化特性、渗透调节物质质量分数和产量构成因子的影响。结果表明,干热风胁迫使灌浆期叶片叶绿素降解转化能力显著增强,叶片失绿黄化程度加重、渗透调节功能失衡,产量下降。遮荫或补灌均能提高小麦旗叶持绿面积、叶绿素质量分数和产量,降低叶片黄化指数、类胡萝卜素质量分数、渗透调节物质质量分数。遮荫灌水在缓解干热风对小麦抗逆伤害方面具有加性效应。因此,遮荫补灌可有效提高小麦在干热风胁迫下的抗逆适应。     

全膜双垄沟不同覆膜时期对玉米土壤水分和产量的影响

针对甘肃省旱作农业区年降水量少、季节分布不均匀、玉米生产中春旱严重的问题,采用田间试验的方法研究了全膜双垄沟4种不同覆膜时期对旱地玉米生育时期、土壤水分变化、水分利用效率、产量及经济效益的影响。结果表明:秋覆膜优于早春顶凌覆膜、玉米播前覆膜和晚春播种时覆膜,即早覆膜优于晚覆膜。全膜双垄沟秋覆膜增加了降水利用率和水分利用效率,降水利用率为70.21%,产量为10039.34kg/hm2,比播前覆膜8036.67kg/hm2增产24.92%,水分利用效率36.01kg/hm2·mm,比播前覆膜27.10kg/hm2·mm提高32.88%。全膜双垄沟秋覆膜可明显减少冬春季土壤水分的无效蒸发,增产效果明显,是旱作区进一步挖掘降水潜力和高产田创建的有效途径。     

地膜源头减量化技术可行路径探讨

为了有效减少地膜投入和减轻地膜残留,本研究分析了国内农用地膜应用现状,归纳了地膜源头减量化技术可行路径。指出地膜覆盖具有“覆膜面积大、应用区域广、覆盖作物多”的特点,地膜残留具有“时限积累性、区域差异性、分布多态性”的特征。认为旧膜重复利用、生物降解地膜替代、秸秆覆盖技术替代、保水剂施用、耕作栽培模式优化等5类技术在地膜减量投用方面具有一定可行性,但需进一步研究总结和配套完善。建议集成减量技术、减量产品和减量模式,构建综合配套应用体系是地膜源头减量化技术路径的发展方向。     

西北春玉米子粒乳线和水分变化与灌浆特性的关系

选择7个不同类型的春玉米品种,通过对灌浆期子粒乳线和含水量、子粒重量的连续测定,明确乳线与子粒水分、子粒水分与授粉后积温的关系,为适宜机械粒收品种筛选提供依据。结果表明,7个参试品种授粉至生理成熟天数、积温需求和百粒重差异明显,灌浆后45 d乳线下移到子粒62.4%～76.2%处,62～70 d乳线先后消失。随着乳线下移子粒含水率呈明显的直线下降趋势,乳线比例可以预测子粒水分和灌浆天数变化,生理成熟后达到低水分粒收要求所需天数在品种间均可相差1倍。参试品种子粒含水率与授粉后积温均符合Logistic Power非线性增长模型。授粉后,7个品种子粒含水率降低到机械收获子粒含水率25%时,各品种所需授粉后积温1 298.6～1 463.2℃·d,平均1 375.7℃·d;达到18%～22%子粒含水率时,所需授粉后积温为1 414.8～1 827.9℃·d。因此,选择生理成熟后脱水快和收获期子粒水分低的品种,延期收获降低水分含量是提高西北春玉米粒收质量的关键。     

密度和施肥对旱地马铃薯干物质积累、产量和水肥利用的影响

协同提高产量和资源利用效率,是旱作马铃薯高产高效的基础。本研究以陇薯10号为材料,于2017-2019年进行大田试验,设置当地农民习惯栽培(CK)、高产高效栽培(YE)和超高产栽培(HY)3种栽培模式,测定旱地马铃薯叶面积指数(LAI)、叶片SPAD值、冠层光合能力、干物质积累转运、块茎产量、水肥利用效率等指标。结果表明,与CK相比,YE和HY均提高了马铃薯LAI和叶片SPAD值,YE在降雨较少的2017年增幅更明显;二者均减慢了马铃薯块茎膨大后的LAI和叶片SPAD降低幅度,使其冠层光合能力在块茎膨大期和淀粉积累期2年平均提高29.9%、34.7%和40.2%、50.5%。基于较高的LAI和冠层光合能力,YE和HY的地上干物质在块茎膨大期较CK 3年平均增加123.05%和118.53%;同时块茎膨大后同化物对块茎的贡献率增加22.56%和19.29%,使马铃薯产量在2017-2019年平均增加47.93%和47.78%,水分利用效率平均增加77.59%和75.85%,均达到显著差异水平。YE和HY使马铃薯商品薯产量显著增加,收益显著提高,在2017-2019年分别较CK新增纯收益7330.3元hm^-2和6024.6元hm^-2。较大的群体冠层和较高的物质生产促进了植株对N、P、K的积累,YE的N、P利用效率较CK分别提高15.21%和17.20%,N、K收获指数分别提高3.85%和7.79%;HY的N利用效率提高12.37%。YE的WUE、N和P利用效率较HY提高2.05%、2.53%和23.41%,新增纯收益1305.7元hm-2。因此,YE减施缓释尿素40%并有机替代、密度60,000株hm^-2,能够提高水分和养分利用效率,维持马铃薯花后较高的冠层光合能力,促进茎叶干物质向块茎转运,实现作物增产和资源高效利用协同发展,是半干旱区黑膜覆盖马铃薯种植推荐的高产高效模式。     

黄土旱塬黑垆土长期肥料试验土壤磷素和磷肥效率的演变特征

依托甘肃平凉定位试验(1979年—),分析长期不同施肥下土壤磷素和磷肥效率的演变特征,为黄土旱塬雨养农田合理施用磷肥提供参考。试验包括6个处理:不施肥(CK)、单施氮肥(N)、氮磷配合(NP)、秸秆还田加氮和隔年施磷(SNP)、单施农家肥(M)和农家肥加氮磷(MNP),种植制度为4年冬小麦-2年春玉米的一年1熟轮作制。结果表明,试验进行38年后,长期无磷投入(CK、N)处理耕层土壤全磷和Olsen-P含量及磷活化系数比试验开始时下降,而施磷处理(NP、SNP、M和MNP)土壤全磷分别增加22.8%、14.0%、38.6%和56.1%,Olsen-P相应提高99.1%、48.4%、206.4%和375.6%,磷活化系数分别是开始时的1.7倍、1.3倍、2.2倍和3.1倍。随试验年限延长,CK处理耕层土壤全磷基本不变;N和SNP耕层土壤全磷呈下降趋势,每年下降速率为1.9 mg·kg~(-1)和2.6 mg·kg~(-1);NP、M和MNP处理呈增加趋势,每年增加速率分别为1.2 mg·kg~(-1)、1.9 mg·kg~(-1)和2.8 mg·kg~(-1)。CK和N处理Olsen-P呈下降趋势,年下降速率分别为0.03 mg·kg~(-1)和0.09 mg·kg~(-1);NP、SNP、M和MNP处理土壤Olsen-P呈增加趋势,年增量分别为0.29 mg·kg~(-1)、0.24 mg·kg~(-1)、0.46 mg·kg~(-1)和0.89 mg·kg~(-1)。作物产量与耕层土壤Olsen-P含量呈极显著正相关(小麦R~2=0.116 9,n=132;玉米R~2=0.332 4,n=54)。施磷处理(NP、SNP、M和MNP)玉米的磷肥回收率、利用率和农学效率大于小麦,而生理效率小麦大于玉米;各处理磷肥效率4个指标的大小顺序均为SNPNPMNPM,玉米磷肥效率的4个指标都随试验年限延长而提高。M较MNP处理P投入减少了14.2%,小麦、玉米磷素效率降低14.3%~69.5%、0.8%~75.5%。总之,有机无机结合是黄土旱塬区培肥地力、提高作物产量和资源利用效率的施肥措施。     

等氮条件下长期施用有机物料氮替代部分无机氮对黑垆土氮素及相关酶活性的影响

为研究长期施用不同有机物料氮替代部分无机氮对黑垆土氮素转化及酶活性的影响,在陇东旱塬上进行了连续12年的大田定位试验,研究了用生物有机肥、农家肥、小麦秸秆替代部分无机氮肥后0~10和10~20 cm土壤不同形态氮素和相关酶活性的变化特征。结果表明:与长期单施化肥相比,长期用3种有机物料氮替代部分无机氮均可提高土壤不同形态氮素含量和相关酶活性,其中施用生物有机肥的处理不同形态氮素含量和酶活性均最高;除硝酸还原酶外,铵态氮、硝态氮和微生物生物量氮含量以及脲酶、荧光素二乙酸酯水解酶活性均为上层土壤高于下层土壤。因此,生物有机肥是陇东旱塬黑垆土农业区替代部分无机氮的首选有机物料。