培肥模式对陇中旱农区粮饲兼用玉米产量和品质的影响

依托2012年布设在陇中旱农区的田间定位试验,在2014-2015年研究4种土壤培肥模式[无培肥(NA)、猪粪(SM)、秸秆(MS)、猪粪+化肥(SC)]对粮饲兼用玉米纤维素质量分数和积累率,粗蛋白质量分数及产量的影响。结果显示,玉米各生育时期干物质累积量、籽粒和饲草产量均SCSMMSNA。2014年和2015年,与NA比较,SC处理籽粒和饲草产量分别提高67.24%、49.40%和78.69%、55.09%。随着玉米生育进程的推进,粗蛋白质量分数降低,酸性洗涤纤维(ADF)和中性洗涤纤维(NDF)质量分数增加,玉米各生育时期纤维素质量分数及积累率各处理表现为SCSMMSNA,粗蛋白(CP)质量分数表现为SCSMMSNA。可见,猪粪与化肥相结合提高粮饲兼用玉米产量,降低纤维素质量分数,是有利于陇中旱农区粮饲兼用玉米高产优质可持续生产的土壤培肥模式。     

耕作措施和氮肥用量对陇中旱农区粮饲兼用玉米光合特性与水分利用效率的影响

全膜双垄沟播技术使玉米成为陇中旱农区主栽作物之一,但该技术下玉米的高产导致土壤养分和水分耗竭,影响玉米生产的可持续性,依托2012年布设在陇中旱农区的田间定位试验,研究4种耕作方式(CT:传统翻耕,RT:旋耕,SS:深松耕,NT:免耕)和4种施氮水平(N1:不施氮,N2:施纯氮100kg·hm~(-2),N3:施纯氮200kg·hm~(-2),N4:施纯氮300kg·hm~(-2))对粮饲兼用玉米光合特性、干物质积累量、产量及水分利用效率的影响。结果表明:深松耕和免耕显著增强玉米光合性能,且随着施氮量的增加玉米光合性能也增强;各生育时期干物质积累量均表为SSNTRTCT、N4N3N2N1,成熟期时SS较CT显著增加37.4%,N4较其他处理增加15.0%~85.0%;与传统耕作相比,深松耕和免耕可以提高玉米籽粒产量,2014年SS和NT较CT分别增加33.0%、18.8%,2015年分别增加19.7%、11.6%,且深松耕处理生物量显著高于传统耕作;施纯氮300kg·hm~(-2)和200kg·hm~(-2)均可以提高玉米籽粒产量、生物量和水分利用效率,但施纯氮200kg·hm~(-2)与300kg·hm~(-2)无显著差异,施纯氮200kg·hm~(-2)处理下籽粒产量、生物量和水分利用效率较不施肥处理分别增加68.4%、63.5%、52.2%,较施氮100kg·hm~(-2)分别增加40.2%、31.7%、30.5%。因此,在陇中旱农区应用全膜双垄沟播技术种植粮饲兼用玉米,覆膜前深松耕或免耕,施氮200kg·hm~(-2)左右比较适宜,既有利于粮饲兼用玉米籽粒产量、饲料产量的提高,也可以提高水氮利用效率,促进玉米生产的可持续发展。     

耕作措施与施氮量对旱作玉米产量及土壤水氮利用效率的影响

于2018-2019年依托甘肃农业大学旱作综合试验站2012年建立的长期定位试验,研究4种耕作措施[翻耕(T1)、旋耕(T2)、深松耕(T3)与免耕(T4)]和2个施氮水平[基施纯氮200 kg·hm~(-2)(N2)、基施纯氮200 kg·hm~(-2)+拔节期纯氮100 kg·hm~(-2)(N3)]下土壤水分的时空动态、耗水量、产量及水氮资源利用效率。结果表明:在黄土高原半干旱区,200 kg·hm~(-2)施氮水平下,与翻耕和旋耕相比,深松耕与免耕能显著提高玉米花后土壤贮水量和含水量,同时,两个处理的水氮协同利用较好,其在降低耗水12.8%～20.6%的条件下,产量增加11.5%～16.2%,致使水分利用效率提高28.7%～31.9%,300 kg·hm~(-2)施氮水平未起到增产和提高水分利用效率的作用,反而降低氮肥偏生产力。因此,200 kg·hm~(-2)施氮水平和免耕或深松耕是该区全膜双垄沟播玉米稳产高产和高水分利用效率的施氮水平和耕作措施。     

长期少免耕与氮肥减量对全膜双垄沟播玉米产量及碳排放的调控作用

【目的】明确氮肥减量条件下耕作方式对土壤呼吸、碳排放、作物产量的影响,揭示玉米生长与土壤碳排放的关系。【方法】于2018—2019年依托2012年布设于甘肃农业大学旱作农业综合实验站的耕作方式及氮肥减量长期定位试验。本试验以具有良好集雨抑蒸、增温保墒作用的全膜双垄沟播技术为前提,采取二因素裂区设计,主区为4种耕作方式：翻耕（T1）;旋耕（T2）;深松耕（T3）和免耕（T4）,副区处理为两个施氮水平：氮肥减量（N1：基施氮200 kg·hm^-2）和传统施氮（N2：基施200 kg·hm^-2+拔节期施100 kg·hm^-2）。研究不同处理的玉米生长、土壤呼吸速率特征、碳排放量和土壤有机碳含量的变化,分析碳排放效率 （CEE） 及净生态系统生产力 （NEP）。【结果】（1） 耕作方式及施氮水平显著影响全膜双垄沟播玉米的生长,耕作方式对干物质积累的影响主要在灌浆期和成熟期,免耕处理显著提高了该时期的干物质积累量、生长率和净同化速率,较其他耕作方式籽粒产量提高2%—15%;施氮水平在拔节期—开花期对干物质的影响较大,但同一耕作方式下N1与 N2水平的产量差异不显著。（2）土壤呼吸速率呈先升高后降低的单峰曲线,在大喇叭口期—开花期达到峰值,耕作方式对土壤呼吸、碳排放量及碳排放效率的影响大于施氮水平,免耕处理的土壤呼吸速率较旋耕、翻耕和深松耕分别降低了4.3%、12.9%和24.3%,总碳排放量降低了21.5%、13.4%和31.2%,碳排放效率提高26.5%—55.9%;免耕减施氮肥较其他处理碳排放总量降低489—1 917.5 kg·hm^-2,碳排放效率提高了20.1%—56.2%。（3） 所有处理均表现为大气CO₂的“汇”,但免耕和减施氮肥表现出更强的碳汇效应,与传统翻耕相比,免耕处理0—5 cm土层有机碳含量增加了11.3%（P<0.05）,与传统施氮相比,氮肥减量水平下0—10 cm土层的有机碳含量提高了5.8%（P<0.05）。（4）全膜双垄沟播玉米碳排放效率与干物质积累量、生长率和净同化率呈显著正相关关系,玉米碳排放效率与土壤有机碳含量呈极显著负相关,其原因主要是耕作方式和氮肥减量促进了玉米光合能力,从而捕获更多CO₂,进而提高了玉米固碳能力。【结论】在472—491 mm的年降水条件下,免耕结合氮肥减量（基施氮200 kg·hm^-2）能提高玉米产量、土壤有机碳含量,降低碳排放总量,提高碳排放效率,是陇中黄土高原全膜双垄沟播玉米一项绿色增产技术,建议在生产中使用。     

培肥方式对陇中旱农区玉米光合特性和产量的影响

依托2012年设在陇中旱农区的田间定位试验,设置单施化肥(CF)、有机肥+化肥(SC)、单施有机肥(SM)、单施玉米秸秆(MS)和不施肥对照(NA)5个处理,研究培肥方式对全膜双垄沟播玉米叶绿素含量(SPAD)、光合特性、叶面积指数、干物质积累和产量的影响。结果表明,单施化肥和有机肥化肥配施显著增强了玉米光合作用,4种培肥方式均增加了玉米叶片叶绿素含量和叶面积指数,CF、SC、SM和MS处理较NA分别增加了74.6%和80.0%、64.5%和74.0%、18.9%和28.9%、12.9%和25.8%。在各生育时期,CF和SC处理干物质积累量显著高于NA处理。CF和SC处理显著提高了玉米产量,子粒产量较NA分别增加了148.7%和119.1%,生物产量较NA分别增加了118.4%和105.0%。在陇中旱农区应用全膜双垄沟播技术种植玉米,化肥单施和有机肥配施化肥均可通过增加叶片叶绿素含量和叶面积指数改善光合作用,从而提高玉米产量。要维持玉米产量的可持续提高,有机肥化肥配施更加适宜。     

半干旱区保护性耕作对旱作春小麦光合特性和产量形成的影响

为探究黄土高原半干旱区保护性耕作提高春小麦产量的光合生理机制，依托黄土高原半干旱区2001年建立的不同耕作措施长期定位试验，于2019年研究了传统耕作(T)、传统耕作秸秆翻入(TS)、免耕秸秆不覆盖(NT)、免耕秸秆覆盖(NTS)四种耕作措施对春小麦叶片光合相关性状、干物质积累和产量的影响。结果表明，小麦叶片叶绿素含量和叶面积指数在抽穗期达到峰值，保护性耕作延缓了花后叶片衰老，其中NTS处理的叶片叶绿素含量和叶面积指数在乳熟期均显著高于其他处理；耕作措施对开花期小麦旗叶RuBP羧化酶活性没有影响，但在灌浆期免耕和秸秆还田均提高了RuBP羧化酶活性，其中NTS处理的RuBP羧化酶活性是T处理的1.95倍；秸秆覆盖对小麦旗叶光合速率、蒸腾速率、气孔导度影响显著，NTS处理可有效改善春小麦开花期和灌浆期的光合性能，其中NTS处理的开花期旗叶光合速率、蒸腾速率、气孔导度比T处理分别提高了19.2%、30.7%、23.0%；免耕处理(NT和NTS)下花后干物质积累对籽粒贡献率较耕作处理(T和TS)提高了41.7%，秸秆还田处理(TS和NTS)花后籽粒干物质积累量及花后干物质积累对籽粒产量贡献率较不还田处理(T和NT)分别提高了71.2%和35.7%；NTS处理有效促进了小麦花后干物质积累和转运，显著增加了穗数和千粒重，使产量较T处理提高了18.7%。因此，在黄土高原半干旱区应用免耕秸秆覆盖的保护性耕作措施可促进春小麦旗叶花后光合作用、干物质积累及其向籽粒分配，延缓灌浆后期叶片衰老和叶绿素降解，协调和优化光合性能、光合时间、光合面积之间的关系，从而提高产量。     

氮肥运筹对陇中旱农区玉米光合特性及产量的影响

全膜双垄沟播技术使玉米成为了陇中旱农区主要作物之一,但该技术下玉米的高产出导致土壤养分耗竭,影响玉米生产的可持续性。本研究依托2012年布设在陇中旱农区的田间定位试验,研究4个施氮水平 (N₀:不施肥;N₁:100 kg·hm^-2、N₂:200 kg·hm^-2、N₃:300 kg·hm^-2)和2个施氮时期(T₁: 1/3基肥+1/3拔节期+1/3开花期、T₂: 1/3基肥+2/3拔节期)对玉米光合特性、叶绿素含量、叶面积指数、干物质积累和分配量及产量的影响。结果表明:1) 随着施氮量的增加玉米光合性能也在增强,而N₃和T₂N₂间差异不显著,T₂时期提高玉米光合特性;2) 全生育期内,N₃处理下叶绿素含量较N₂、N₁、N₀分别平均增加50.9%、17.0%、2.7%;叶面积指数也随施氮量的增加而增加,但N₂和N₃间无显著差异;T₂下的叶绿素含量和叶面积指数在生育后期显著高于T₁;3) 干物质积累量和籽粒分配量表现为:N₃>N₂>N₁>N₀,T₂下的干物质积累和籽粒分配量高于T₁;4) 籽粒产量和生物产量均随施氮量的增加而增加,N₂和N₃下的籽粒产量和生物产量显著高于N₀,其中N₃较N₀增加79.2%和68.4%,N₂较N₀增加65.9%和54.1%,T₂下的籽粒产量和生物产量分别较T₁显著增加9.9%和13.5%,而T₂N₂与N₃间无显著差异,因此,在陇中旱农区应用全膜双垄沟播技术种植玉米,施纯氮200 kg·hm^-2左右,按照1/3基肥+2/3拔节期配施,可以增强光合作用,从而提高玉米籽粒产量和饲料产量,促进玉米生产可持续发展。     

氮肥用量及有机无机肥配比对陇中旱农区玉米光合特性及产量的影响

  【目的】  甘肃省气候干旱，土壤肥力不高，玉米生产对化肥氮素的依赖性高。研究该地区适宜的氮肥投入量及有机无机肥比例，为该地区玉米生产可持续高产提供理论和技术依据。  【方法】  2016—2018年，在甘肃省定西市安定区李家堡镇的甘肃农业大学旱作农业综合实验站，以玉米品种先玉335为试材，进行了3年田间试验。共设9个氮素投入量和有机无机肥配比处理，T1处理为不施氮肥；T2～T6处理的施氮量均为200 kg/hm2，其中商品有机肥氮的替代比例依次为50.0%、37.5%、25.0%、12.5%、0%；T7处理的施氮量和商品有机肥氮替代比例分别为N 225 kg/hm2和22.2%，T8处理分别为N 250 kg/hm2和40.0%，T9处理分别为N 275 kg/hm2和54.5%。于拔节期、开花期和灌浆期测定玉米光合指标和干物质积累量，收获后测定产量及产量构成。  【结果】  相同施氮量下提高有机氮比例，玉米叶绿素含量和叶面积指数没有同步增加，光合效率没有明显增加。提高氮肥总施用量可显著提高叶面积指数和光合效率，增加玉米干物质积累量。相同施氮量下，有机无机肥配施处理 (T2～T5) 在开花期光合效率低于单施化肥处理 (T6)，但灌浆期干物质积累量与单施化肥处理 (T6) 差异不显著；成熟期有机氮替代比例为12.5%的T5处理干物质积累量较50.0%有机氮替代比例 (T2) 显著增加48.5%。相同施氮量下，增加有机氮比例提高了成熟期干物质向籽粒的分配率，以40.0%有机氮替代比例 (T8) 和50.0%有机氮替代比例 (T2) 的处理籽粒干物质分配率相对较高，其值分别为56.9%、56.0%，但40.0%有机氮替代比例 (T8) 的玉米产量低于单施化肥 (T6) 。在丰水年，增加施氮量 (T7、T8和T9处理) 不能显著增加玉米生物产量和籽粒产量，在等氮量 (200 kg/hm2) 投入条件下，增加有机肥比例降低了生物产量，但没有显著降低籽粒产量；在干旱年份，有机氮替代比例为37.5% (T3) 和50.0% (T2) 的处理玉米籽粒产量较单施化肥处理 (T6) 分别增加了16.9%和14.5%，提高了氮肥偏生产力和氮肥农学利用效率。  【结论】  陇中旱农区应用全膜双垄沟播技术种植玉米，投入总氮200 kg/hm2较为适宜，增加有机氮施用比例至50%左右，可以保持现有产量不降低，且增加玉米对氮素的总吸收量，有利于减少氮素在土壤中的残留，能够协调玉米全生育期内的土壤氮素供给，优化叶面积、叶绿素和光合作用在玉米产量形成中的关系，促进光合产物和氮素向籽粒转运，进而提高玉米氮素利用效率和籽粒产量。     

种植密度与施氮量对陇中旱农区玉米产量及光合特性的影响

在陇中旱农区,依托2012年布设的田间定位试验研究了种植密度与施氮量对全膜双垄沟播玉米光合特性、产量及产量构成要素的影响。采用裂区设计,主处理为种植密度:4.5(D₁)、5.25(D₂)、6(D₃)、6.75万株·hm^-2(D₄);副处理为施氮水平:施纯氮200(N₂)和300 kg·hm^-2 (N₃)。结果表明:1)随着玉米种植密度和施氮量的增加,玉米的叶面积指数增加,但叶片的叶绿素含量减小;2)施氮量对玉米的光合作用影响不显著,但玉米光合作用随种植密度增加而减弱;3)D₂N₂处理下的玉米产量最高,D₂的籽粒产量和生物产量较D₁分别增加了15.2%和14.5%,N₂的籽粒产量和生物产量较N₃增加了10.9%和4.8%。4)玉米籽粒产量与穗数、穗粒数显著正相关,与百粒重无显著相关关系。因此,在陇中旱农区应用全膜双垄沟播技术种植玉米,密度为5.25万株·hm^-2,施纯氮200 kg·hm^-2左右时,叶片光合作用关系协调,有利于穗数和穗粒数的增加,从而提高玉米籽粒产量。     

耕作措施对陇中麦豆轮作系统土壤真菌群落的影响

为探究耕作措施对陇中旱农区麦豆轮作系统土壤真菌多样性的影响,依托2001年布设在陇中旱农区的田间定位试验,应用高通量测序技术比较传统耕作(T)与3种保护性耕作[免耕(NT)、传统耕作+秸秆还田(TS)和免耕+秸秆覆盖(NTS)]对麦豆轮作体系真菌群落结构的影响。结果表明:1)子囊菌门(52.74%)、担子菌门(14.10%)为陇中旱农区麦豆轮作系统土壤真菌的主要优势种群,免耕秸秆覆盖处理下担子菌门丰度较传统耕作增加15.01%,免耕处理子囊菌门、担子菌门丰度较传统耕作分别提高3.67%、1.86%。2)保护性耕作措施能不同程度提高0～30 cm土层土壤真菌丰富度与多样性指数,其中以免耕秸秆覆盖效果最明显,但各处理间差异不显著;较传统耕作,0～30 cm土层土壤真菌特有OTU数量NTNTSTST,同时较传统耕作,免耕秸秆覆盖处理土壤真菌OTU数量提高8.07%,免耕处理提高12.41%。因此,在陇中旱农区推广以免耕秸秆覆盖为主的保护性耕作措施有利于提高土壤真菌群落丰富度和多样性。