辽西半干旱区玉米与花生间作对土地生产力和水分利用效率的影响

【目的】通过对不同行比玉米与花生间作模式中作物产量、土地生产能力及水分利用效率的比较分析,探讨间作模式提高土地生产能力和水分利用效率的机理,提出适合于辽西旱作农业区的玉米与花生间作模式。【方法】试验于2015—2016年在农业部阜新农业环境与保育科学观测试验站进行,设置2行玉米4行花生间作(2M:4P)、4行玉米4行花生间作(4M:4P)和玉米单作(S-M)、花生单作(S-P)4种种植模式,通过研究间作复合系统产量、土地当量比、土壤水分分布和水分当量比等指标来分析玉米花生间作对土地生产力和水分利用效率的影响。【结果】受玉米行比设置和资源竞争影响,玉米与花生间作中玉米和花生的产量较相对应单作产量有不同程度降低;在系统整体收益衡量下,2M:4P和4M:4P间作模式的土地当量比(LER)为1.10—1.24、1.12—1.16,表明间作具有优化利用土地的功能,同时,间作系统中花生的偏土地当量比(LER_P)达到0.41—0.57,显示出豆科作物花生弱化了与禾本科作物玉米搭配间作的劣势;间作复合系统土壤含水量呈单作花生间作花生间作玉米单作玉米的分布特征,表明间作玉米可能会吸收花生条带的土壤水分,降低高耗水作物玉米对自身条带土壤水分的过度消耗来改善间作玉米土壤水分利用环境;2M:4P间作模式的水分当量比(WER)为1.12—1.23,4M:4P间作模式的WER为1.16—1.17,两间作模式的WER均大于1,显著提高了农田水分利用效率。【结论】玉米与花生间作能够改善辽西旱作农业区作物土壤水分利用环境,提高农田土地和水分生产力。2M:4P间作模式在降雨较少年份(2015年)具有一定的土地生产力和水分利用效率优势,而4M:4P间作模式在辽西降雨较多年份(2016年)具有一定的土地生产力和水分利用效率优势,并且4M:4P间作模式在2015—2016年不同降雨变化干扰下的年际差异较小,具有稳产增产的抗气候变化干扰能力。综合分析认为,4M:4P间作模式更适合于辽西旱作农业区。     

秸秆还田配施氮肥改善土壤理化性状提高春玉米产量

为了探明秸秆还田配施氮肥耕层构造对春玉米产量及土壤物理性状的影响,2014-2015年在辽宁铁岭设置了秸秆0 kg/hm~2+纯N 0 kg/hm~2(S0F0),秸秆9 000 kg/hm~2+纯N 0 kg/hm~2(SN0),秸秆9 000 kg/hm~2+纯N 112.5 kg/hm~2(SN1),秸秆0 kg/hm~2+纯N 225 kg/hm~2(S0N2)(当地传统种植方式,CK),秸秆9 000 kg/hm~2+纯N 225 kg/hm~2(SN2),秸秆9 000 kg/hm~2+纯N 337.5 kg/hm~2(SN3)6个处理开展了研究。结果表明,秸秆还田配施氮肥耕层构造对春玉米产量、土壤物理性状、根系形态等指标影响显著(P0.05)。全量还田9 000 kg/hm~2和配施纯氮225 kg/hm~2产量最高,比秸秆不还田2 a增产1.10%~11.56%,但产量并未随着施氮量的增加而持续增加;群体生物产量随着施氮量的增加而增加,收获指数在0.46~0.59之间。秸秆还田配施氮肥耕层构造可显著提高土壤含水量,降低土壤容重,调节土壤三相比;秸秆还田配施氮肥耕层构造春玉米根数、根长、根体积、根干质量等根系形态指标均优于秸秆不还田,且随着氮肥施入量的增加,各项指标均表现越好。因此,综合分析认为,秸秆还田量9 000 kg/hm~2和配施氮肥225 kg/hm~2是辽北棕壤区比较理想的耕层构造模式和秸秆还田技术,在该区域农业发展中具有一定的应用价值。     

不同深松方式对玉米产量和水分利用效率的影响

由于我国北方地区长期采用小型机具进行耕作，导致农田耕层变浅、犁底层向上移动，土壤蓄水能力下降。为了明确不同深松方法对作物产量和水分利用效率的影响，提高作物抗旱能力和生产能力,本研究通过3 a定位试验，以春季旋耕为对照（CK），研究了秋季全方位深松（BS）、秋季连年垄台深松（RS）、初夏连年垄沟中耕深松（FS）和秋夏年际交替间隔深松（AS）4种深松耕作方式的蓄水和增产效应。试验研究结果表明，可以将不同耕作处理土壤容重特征表述为：CK为上虚下实型、BS为均匀疏松型、RS为垄虚沟实型、FS为垄实沟虚型(相对RS)、AS为年际疏松交替型。BS、AS、FS和RS不同年份土壤平均贮水量较CK增幅的变化范围分别是10.9～23.2 mm、10.9～17.2 mm、9.0～15.7 mm和6.0～8.2 mm，尽管AS的容重在年际间存在更替变化，但对年际间土壤平均贮水量影响较小。总体上BS和AS土壤贮水量高于CK和RS，提高10.9～23.2 mm，能够为不同降水年型下玉米稳产提供保障。尤其相对于其他3种深松方式，AS处理3 a研究数据玉米持续保持着高生产能力和水分利用效率，较CK产量提高17.22%～28.65%，水分利用效率提高0.27～0.73 kg·m^-3； 2013年较BS的产量和水分利用效率差异不显著，其他两年分别提高1.00%～5.92%，0.06～0.20 kg·m^-3；较FS产量提高5.59%～13.50%，2014年水分利用效率差异不显著，其他两年提高0.20～0.43 kg·m^-3，因此AS是较为适宜的深松方式。     

不同覆盖方式对辽西旱地玉米土壤温度和产量的影响

在大田试验条件下,研究了不同覆盖方式对辽西地区土壤温度和玉米产量的影响。结果表明,不同覆盖处理均可以不同程度的增加旱地玉米土壤温度,渗水地膜覆盖、普通地膜覆盖分别比常规种植（CK）高出5.4%、13.07%。其中,普通地膜的增温幅度最大,整个生育期内不同处理的土壤温度在10 cm和20 cm土层变化趋势基本一致;不同覆盖方式均能增加玉米产量,其中以渗水地膜覆盖增产效果最为明显,比常规种植增产219.19 kg/667m2,增产幅度达32.66%。说明渗水地膜覆盖方式是辽西地区提高土壤温度和玉米产量的最佳覆盖方式。     

SIMETAW模型在辽西北地区的验证与应用

 【目的】验证美国加州大学开发的作物蒸散量－SIMETAW（simulation of evapotranspiration of applied water）模型在中国辽西北地区应用的有效性。【方法】利用辽西北地区的作物、土壤和气候数据运行模型,将当地主要作物蒸散量的模型模拟值与田间实测值进行对比分析;同时,在模型验证的基础上模拟分析当地主要作物生育期内蒸散量和所需灌水量的多年平均情况。【结果】主要作物生育时期内模型模拟的蒸散强度曲线和实测曲线变化趋势基本一致,蒸散总量模拟值和实测值比较接近,相对误差均在10％之内。利用模型模拟当地玉米、大豆和谷子生育期内蒸散量多年平均值分别为514.15、449.64和389.12 mm,所需灌水量分别为208.4、220.93和116.17 mm。【结论】SIMETAW模型在辽西北地区对玉米、大豆和谷子蒸散量的模拟比较准确,模型有效,可以进一步应用该模型开展作物的水分管理研究和指导灌溉。     

垄膜沟种技术对辽西旱地春玉米土壤水分及产量的影响

在辽西风沙半干旱雨养农业区采用垄膜沟种技术,可有效提高自然降水利用率,达到保水增墒、减少无效蒸发,提高玉米产量的作用。试验结果表明,垄膜沟种技术种植的春玉米全生育期内在同等降雨条件下土壤含水量比常规地膜覆盖增加0.75个百分点,比裸地增加3.32个百分点。春玉米单株总叶面积比常规地膜覆盖和裸地种植分别增加了881.70 cm²和714.39 cm²,为春玉米增产提供了物质保障。垄膜沟种技术可提高玉米经济性状指标,增加产量,试验单产达11 847.39 kg/hm²,较裸地种植增加了2 681.62 kg/hm²,增产29.14%;比常规地膜覆盖种植增加了484.37 kg/hm²,增产4.25%。     

苗期水分胁迫对大豆器官平衡和产量的影响

在盆栽条件下,研究了苗期水分胁迫对大豆器官平衡和产量的影响.结果表明:在苗期不同强度水分胁迫下,不同时期大豆各器官的物质分配比例不同.中度水分胁迫下收获期的器官平衡为:籽粒根荚皮叶片茎秆叶柄,两个品系辽51064和辽51095的叶片分别占16.31%、15.28%,籽粒分别占25.83%、28.92%,叶柄分别占6.27%、4.85%,说明大豆苗期适度水分胁迫可以改变大豆的"源.库"关系.中度水分胁迫下,辽51095生物产量和经济产量的相关系数最大(0.9956).就产量而言,正常供水与中度水分胁迫的差异并不显著,与重度水分胁迫则差异显著.     

辽西半干旱区秋覆膜对土壤水分及玉米水分利用效率的影响

秋覆膜技术是传统地膜覆盖栽培技术的创新和延伸。为了探明秋季覆膜对土壤水分及玉米水分利用效率的影响,2014年在农业部阜新农业环境与耕地保育科学观测实验站,设置常规裸地种植(T1)、传统春覆膜(T2)、秋覆膜(T3)以及秋覆膜配施秸秆(T4)四种处理,研究了不同覆膜处理对土壤蓄水量、水分剖面分布、春玉米产量及水分利用效率的影响。结果表明,两种秋覆膜处理可实现对土壤水分的跨季节调控,播前土壤蓄水量比裸地增加35.44%和23.09%,比春覆膜增加40.79%和27.95%,整个生育期土壤蓄水量较裸地增加30.70%和20.10%,较春覆膜增加37.77%和26.59%。两种秋覆膜处理的剖面土壤水分在各生育时期均较为充足;春覆膜处理土壤含水率随土层深度变化剧烈,下层土壤水分严重缺失。秋覆膜处理可显著增加玉米产量,较裸地和春覆膜处理平均增产13.26%和13.52%,单株粒重增加是秋覆膜提高玉米产量的主要原因。秋覆膜T3处理可充分利用作物生育期降水,与T1、T2、T4处理相比,水分利用效率显著提高8.24%、9.74%和8.83%。     

秸秆还田结合秋覆膜对半干旱区春玉米的影响

2013-2015年在农业部阜新农业环境与耕地保育科学观测实验站,设置秸秆还田(S)和秸秆还田结合秋覆膜（AM+S）两个春玉米种植处理,其中秸秆还田仅在2013年秋季进行,以裸地种植春玉米为对照(CK)。采用EcH2O土壤水温数据采集器实时观测不同处理的土壤水分和温度动态,结合玉米生长特性,研究秸秆还田结合秋覆膜对春玉米生长和水分利用效率的影响。结果表明,AM+S处理极显著增加了0-50cm土层的地积温和土壤体积含水量,增加了春玉米的耗水量,2014年和2015年春玉米播前1m土层分别较CK多贮水83.92mm和92.68mm。但2014年各处理籽粒产量差异不显著,AM+S处理春玉米水分利用效率显著低于CK和S处理;而在2015年,AM+S处理显著促进了玉米干物质积累,增加春玉米产量,春玉米产量和降水利用效率分别达到13560kg·hm-2、58.52kg·hm-2·mm-1,较CK和S处理分别同时提高97.96%和62.83%,籽粒产量水分利用效率(WUE)达到47.09kg·hm-2·mm-1,较CK和S处理处理分别提高90.34%和65.58%。本研究表明,在雨养农田较干旱的年份,采用秸秆一次性还田结合秋季覆膜技术,是解决半干旱区秸秆过剩,提高半干旱地区春玉米翌年产量和农田水分利用效率的较优方案。     

水分胁迫对幼龄仁用杏叶片渗透调节物质及保护酶的影响

为探明风沙半干旱地区仁用杏叶片对水分胁迫的生理响应机制,以二年生仁用杏为试材,采用盆栽方法,设置了正常供水(土壤含水量为田间最大持水量的75%)、轻度水分胁迫(55%)、中度水分胁迫(45%)和重度水分胁迫(30%)4个处理,开展了水分胁迫对幼龄仁用杏叶片渗透调节物质含量及保护酶活性影响的研究。结果表明,水分胁迫不同程度地增加了幼龄仁用杏叶片的可溶性糖、脯氨酸、MDA含量及SOD、POD活性,且增加幅度随着胁迫程度的加重而增大;轻度水分胁迫增加幅度较小,中度和重度水分胁迫增加幅度较大,该结果可为仁用杏栽培管理提供理论依据。