沙地水肥耦合对玉米生长及产量的影响

本试验针对沙地玉米生长设计灌溉定额及施氮量两个因素。灌溉定额分为3个水平,分别为2 925、2 250、1 590 m3/hm2;施氮量分为4个水平,分别为对照处理不施氮0、125、225和325 kg/hm2。低水平的四个施氮量:W3N0、W3N1、W3N2、W3N3,中水的四个施氮量W2N0、W2N1、W2N2、W2N3和高水的四个施氮量W1N0、W1N1、W1N2、W1N3。试验结论:土壤为沙地时,全生育期灌溉水量为2 925 m3/hm2,施氮量225~325 kg/hm2之间的水氮配合比对玉米的株高、茎粗、叶面积的生长最为有利。同一施肥水平下,增加灌水量有利于作物对氮肥的吸收,但灌水量太大,导致土壤养分向下迁移。合适的水肥配合比会使产量最优化,在W2N2处理下,即全生育期玉米灌水量为2250 m3/hm2施氮量为225 kg/hm2时产量最高,水分利用率最大,为本地沙地区节水灌溉适宜的水肥耦合的阈值区域。     

不同施氮方式对向日葵氮肥利用效率的影响

传统撒施肥料方式氮素易于挥发,肥料利用效率不高。【目的】提高河套灌区肥料利用效率。【方法】设置了不施肥(CK1)、仅撒施基肥(CK2)、撒施肥(SF)、穴施肥(XF)和沟施肥(GF)共5个田间试验处理,探索不同施肥方式下土壤硝态氮、铵态氮在不同生育期的变化特征以及不同施肥方式对向日葵产量、水肥利用效率的影响。【结果】不同施氮方式下,土壤中硝态氮和铵态氮量均随土壤深度的增加而降低。撒施处理的硝态氮和铵态氮主要集中在0~20 cm土层,而穴施和沟施处理下的硝态氮和铵态氮主要分布在0~40 cm土层。在施肥后20 d内,穴施和沟施处理下硝态氮和铵态氮量峰值早于撒施处理,其中穴施处理硝态氮和铵态氮量分别在施氮后第10 d和第5 d达到最大值(93.85 mg/kg和47.6 mg/kg);沟施处理硝态氮和铵态氮量均于施氮后第10天达到最大值(103.95 mg/kg和48.4mg/kg),而撒施处理硝态氮和铵态氮量则在第20 d和第10 d达到最大值(78.5 mg/kg和36.9 mg/kg)。穴施和沟施处理植株吸氮量、籽粒吸氮量、氮肥利用率和氮收获指数显著高于撒施处理,其中穴施处理氮收获指数较撒施处理高11.5%,比不施肥和仅施基肥氮收获指数高33.2%和27.2%。穴施处理向日葵产量和增产率明显高于撒施处理,同时,穴施处理和沟施处理的水分利用效率较高,与撒施处理差异显著。【结论】综合氮肥利用率、氮收获指数、氮肥偏生产力和氮肥农学效率等指标,在河套地区采用穴施肥处理有利于提高向日葵产量和氮肥利用效率。     

干旱沙区降解膜覆盖的玉米生长与耗水规律

针对干旱沙区水资源短缺、水分利用效率较低、"白色污染"等问题,在内蒙古乌兰布和沙区开展了2 a的可降解地膜膜下滴灌田间试验.试验设置2种类型的地膜覆盖(可降解地膜和普通地膜)与3个灌溉定额(低水、中水和高水)共6个处理,研究了可降解地膜覆盖下不同灌水处理对干旱沙区玉米生长、产量、土壤含水率、耗水量及水分利用效率WUE的影响.结果表明:可降解地膜覆盖下的玉米生长和产量与普通地膜覆盖的差异不具有统计学意义,抽雄期后耗水量较大,而WUE显著降低;可降解地膜覆盖下灌水量对玉米生长、产量、土壤含水率、耗水量及WUE有显著的影响,灌水量增加会促进玉米生长,延缓后期玉米衰老,增加玉米产量,2 a均为高水处理的产量最大,分别为13 614.97,13 726.68 kg/hm~2,且与中水处理的差异不具有统计学意义;耗水量随灌水量增加呈上升趋势,而WUE随灌水量增加呈抛物线趋势,2 a中水处理的WUE均为最大,平均分别比高水、低水处理的高2.77%,19.56%.     

北方干旱区降解膜覆盖农田玉米生长和氮素利用模拟及优化

为了明确干旱区降解地膜覆盖下作物生长及氮肥利用特征,在内蒙古河套灌区进行两年的降解膜覆盖农田施肥试验。在降解膜覆盖下设4个施氮水平:0(BN0)、216(BN1:追施氮160)、276(BN2:追施氮220)、336(BN3:追施氮280)kg/hm2,另设高氮塑料地膜覆盖(PN3)与高氮无膜覆盖(NN3)处理作为对照。率定和验证了不同类型地膜覆盖条件的DNDC模型(denitrification-decompositionmodel,脱氮-分解作用模型),模拟并研究了不同类型地膜覆盖及不同施氮量对玉米生长、氮素吸收及利用效率的影响,并基于线性+平台模型优化了施肥模式。结果表明:在灌浆期降解地膜与塑料地膜覆盖下玉米生长无明显差异,干物质累积量2a平均仅降低了2.41%(P>0.05),但比无膜处理分别提高了9.65%(P<0.05);在收获期降解地膜与塑料地膜覆盖处理之间差异增大但仍未达显著水平,仅降低了3.07%(P>0.05),且作物的日吸氮量、产量、氮肥利用率和氮素吸收效率也无显著差异,2 a平均分别仅降低1.09%、3.97%、3.08%和2.22%(P>0.05),但比无膜覆盖处理分别提高了7.04%、13.67%、12.90%和8.90%(P<0.05)。随着施氮量增加干物质累积量的增大趋势趋于平缓甚至出现负值,施氮量为336 kg/hm2(BN3)处理较276 kg/hm2(BN2)处理降低了1.06%,日吸氮量、累积吸氮量和产量仅提高了0.35%、0.78%和0.34%(P>0.05),而比216 kg/hm2(BN1)处理分别提高了6.41%、8.38%、23.58%和35.37%(P<0.05)。通过DNDC模型不同情景模拟及线性+平台模型寻优,得到降解地膜覆盖农田施氮肥252.94 kg/hm2时,继续增加氮肥对产量无明显促进作用,为该地区降解地膜覆盖下较优的施肥模式。     

膜下滴灌玉米番茄间作农田土壤水分分布特征模拟

间作种植和覆膜滴灌是实现高产和节水的重要技术,已被广泛应用,而掌握覆膜滴灌条件下间作种植农田土壤水分分布特征对于提高水分利用效率以及增产增收都具有重要意义。该文通过2a田间试验设置高(T1)、中(T2)、低(T3)3个灌水定额处理,并通过HYDRUS2D模型模拟了间作滴灌农田不同位置土壤水分的差异性、水平水量交换以及土壤水分二维分布特征。结果表明:基于HYDRUS2D构建的间作种植滴灌农田土壤水分模型精度较高,平均相对误差为5.72%～8.14%,决定系数在0.85～0.90,均方根误差在0.017～0.023 cm~3/cm~3。对于3个灌水处理皆表现为0～40 cm土层含水率出现差异,且在0～20 cm土层含水率差异显著,2014年番茄侧和玉米侧土壤含水率在3个灌水处理下的平均土壤含水率分别较裸地高20.17%和17.83%,2015年为16.02%和12.99%。间作滴灌农田土壤水平水量交换强烈,生育期水流主要由作物侧流入裸地侧,其中对于3个灌水处理在番茄侧0～40 cm土层净流入裸地的平均水量是玉米侧的1.3倍,约为60mm/a,并且0～40cm土层由作物侧流入裸地的水量是40～100cm土层的2.5倍。二维土壤水分分布显示,滴灌湿润体与作物根系分布匹配性较好,灌水后1d湿润饱和区主要集中在0～30cm土层,其中T1、T2、T3处理的饱和区面积分别为559.14,288.61和109.78 cm~2。灌水2 d后,低灌水处理(T3)存在较明显的水分亏缺,缺水区面积是充分灌溉(T1)的30倍。研究结果可为间作滴灌农田制定灌溉制度提供参考。     

覆膜年限及灌水方法对河套灌区农膜残留的影响

为阐明内蒙古河套灌区农膜残留现状及覆膜年限、灌水方法对农膜残留的影响,该文采用查阅资料、问卷调研及田间取样等相结合的方法,分析了内蒙古河套灌区及典型研究区地膜覆盖现状,并在典型研究区考虑了覆膜年限(覆膜2、5、10、20 a)、灌水方法(膜下滴灌和地面灌溉覆膜)和作物种类(玉米和葵花)3个因子,探索其对农膜残留强度、破碎率、残膜分布及残膜碎片大小的影响。结果表明:内蒙古河套灌区2005—2014年地膜使用量和覆膜面积均呈跨越式增长,分别增长了125.81%和147.62%;而典型研究区更是增长了240%和265.81%,然而单位面积覆膜量却下降了8.82%和7.08%。不同覆膜年限和灌水方法显著影响农膜残留强度和破碎率(P0.05),其中覆膜5、10、20 a后的残留强度平均比覆膜2 a分别增长了80.14%、163.70%、273.64%,破碎率平均比覆膜2 a分别增长了20.97%、38.14%、60.20%;膜下滴灌与地面灌溉覆膜相比残留强度平均提高了42.92%,破碎率平均提高了20.01%。农膜残留主要集中在土壤0~10 cm土层内,占64.89%;典型研究区面积为0~4和4~20 cm2的残膜分别占残膜总片数的31.06%和27.81%,且随着覆膜年限增加,下层残膜片数占总残膜片数的比例逐渐增加,其中覆膜20 a农田与覆膜2 a农田相比0~10 cm土层残膜占总残膜片数由71.47%降低为54.61%,10~20 cm土层由23.37%升高为32.24%,而不同灌水方式对残膜在土壤中的分布影响不大。随着覆膜年限的增加土壤中不同面积残膜比例差异越显著且小面积残膜比例增加,覆膜2~20 a后,面积为20 cm2以下的残膜数量分别是面积为20 cm2以上的1.43~1.59倍(P0.05)。研究结果可为农膜残留防治提供参考。     

沙区降解膜覆盖下滴灌农田水氮交互效应与模型研究

为探索干旱沙区可降解地膜覆盖下滴灌农田水氮交互效应及优化组合方案,提高其水氮利用效率,在内蒙古乌兰布和沙区进行2年可降解膜覆盖下的滴灌田间试验,设置了低水(2016年165 mm、2017年195 mm)、中水(2016年247.5 mm、2017年292.5 mm)和高水(2016年330 mm、2017年390 mm)3个灌溉定额水平及低氮(140 kg/hm~2)、中氮(210 kg/hm~2)和高氮(280 kg/hm~2)3个施氮量水平,并以普通塑料地膜覆盖的3个水分处理作为对照,采用随机完全组合设计,共计12个处理。研究了可降解地膜覆盖下不同水氮供应对干旱沙区玉米产量及水氮利用效率的影响,建立了可降解地膜覆盖下滴灌农田玉米水氮耦合模型,并对组合方案进行了优化。结果表明:与普通塑料地膜覆盖相比,可降解地膜覆盖下水分利用效率(WUE)明显较低,而在水分充足条件下(高水)玉米产量及其构成因素、氮肥偏生产力(PFPN)无显著差异。可降解地膜覆盖下灌水量和施氮量均对玉米的产量及其构成因素、WUE和PFPN有显著影响。灌水量与施氮量存在明显的交互效应,较低的灌溉定额限制了氮素利用,从低水到中水处理2年玉米PFPN和产量平均增长36.87%和37.18%,而从中水到高水其增长仅为5.93%和6.22%;同样较低的施氮量也限制了水分的利用,从低氮到中氮处理2年玉米WUE和产量平均分别增长了7.99%和18.81%,而从中氮到高氮WUE增长为-3.66%,产量仅增长3.35%,而2年最大产量均出现在高水中氮处理,分别为13 875.16、13 805.02 kg/hm~2。在沙区可降解地膜覆盖下滴灌农田中,灌溉定额、施氮量与玉米产量之间符合二元二次回归模型,该模型预测玉米产量与实际产量呈高度相关(2016、2017年R2分别为0.978、0.988),通过主因素分析水氮增产效应的因素,由大到小依次为:灌水量、施氮量,产量随水氮量的增加均呈先增加后减小的趋势。经模型寻优,得出不同目标产量下的水、氮最佳组合方案,本试验高水中氮处理的水氮配比下的产量在13 000~14 000 kg/hm~2目标范围内,且WUE、PFPN较高,可作为干旱沙区可降解地膜覆盖下较为合理的水肥管理模式和技术参考。     

不同地膜覆盖对不同时间尺度地温与玉米产量的影响

针对北方干旱地区白色塑料地膜覆盖导致的农膜残留及作物生长后期地温过高等问题,筛选适合当地的环保型地膜。设置了白色、黑色快速(WO1、BO1)、中速(WO2、BO2)、慢速(WO3、BO3)降解膜,并以白色、黑色塑料地膜(WP、BP)和无膜覆盖(CK)作为对照,共计9个处理,研究不同地膜覆盖地膜破损特征及作物产量效应,并基于红外成像和自动连续传感技术探索不同处理瞬时地表温度、逐时和逐日土壤不同深度温度的变化规律。结果表明:黑色降解膜的破损占比大于白色降解膜,覆膜130 d后黑色降解膜平均破损占比高于白色降解膜8.4%。在瞬时尺度地表温度由大到小顺序为:黑膜处理、白膜处理、无膜处理(CK),且生育期平均温度分别为34.10、32.34、29.12℃(P0.05)。在逐时和逐日尺度,不同颜色地膜覆盖土壤温度由大到小顺序为:白膜处理、黑膜处理、无膜处理;且与白色地膜覆盖相比,在日最高温时刻,黑色地膜覆盖0~15 cm土层土壤温度平均降低1.1℃。在玉米生长初期和末期(5月、9月),黑白地膜覆盖下平均温差达1.13℃(P0.05),而生育中期(6—8月),平均温差为0.45℃(P0.05)。地膜降解速率影响破损占比,从而影响土壤温度的空间变异性和地膜保温效果;慢速降解膜破损小,故保温效果与塑料地膜覆盖相近,在9月0~15 cm土层WP、WO3、WO2与WO1处理(快速降解膜)的温差分别达到3.03、2.70、1.05℃(P0.05),而对应的黑色降解膜覆盖温差分别为3.00、2.57、1.01℃(P0.05)。白色和黑色慢速降解膜覆盖与对应的塑料地膜覆盖相比,产量无显著差异(P0.05),但同颜色不同降解速率的降解膜覆盖下产量呈显著差异(P0.05),不同降解速率的降解膜覆盖产量由大到小顺序为:慢速处理、中速处理、快速处理。可见,黑色地膜处理保温效果好、产量高,且在作物生长后期可降低土壤表层温度;而黑色慢速降解膜与黑色塑料地膜覆盖保温、增产效应相近,且绿色环保,在北方干旱区农业生产中替代白色塑料地膜覆盖具有一定的可行性。     

不同生育期淋洗对微咸水滴灌玉米农田水盐及产量的影响

为了明确不同淋洗时间对微咸水滴灌农田脱盐和增产的影响,在内蒙古河套灌区进步村节水综合试验站开展了微咸水滴灌试验,分别在拔节期(T1)、抽雄期(T2)、灌浆期(T3)设置1次畦灌淋洗,以及生育期无淋洗(CK)共4个处理,研究不同生育期淋洗对微咸水滴灌农田水盐及作物产量的影响。结果表明:不同生育期淋洗后0—60 cm平均土壤含水率提高了18.9%,且T1、T2和T3处理0—40 cm土壤含水率显著高于CK处理,持续时间分别为12,25,28天;生育期淋洗后土壤储水量和作物耗水量分别平均增加了20.92%和21.52%。生育期淋洗后膜内平均盐分降低了78.0%,拔节期、抽雄期、灌浆期淋洗后盐分分别下降了0.20,0.36,0.44 mS/cm。淋洗后膜内0—60 cm脱盐率平均提高55.01%,60—100 cm脱盐率平均提高125.79%,且淋洗后膜外脱盐率高于膜内,平均高38.90%。拔节期淋洗显著提高产量及其构成因子,产量提高了18.8%,穗长、穗宽和行粒数分别提高6.8%,5.5%,7.0%,收获指数提高了7.8%(P0.05);抽雄期淋洗产量提高了8.1%(P0.05),而灌浆期淋洗对产量无显著影响(P0.05),故在拔节期淋洗土壤作物受盐分胁迫时间较短,增产效应最明显。     

水氮调控对休耕期土壤养分迁移及翌年土壤肥力的影响

为研究河套灌区盐碱农田不同施氮量在冻融作用后对翌年春播前土壤肥力的影响效应,结合翌年土壤肥力状况确定当地适宜的施氮量。采用田间试验的方法,共设置4个施氮水平(高氮N_3:325 kg/hm~2;中氮N_2:225 kg/hm~2;低氮N_1:125 kg/hm~2;不施氮N_0)研究冻融期内水盐时空分布、全氮、碱解氮以及有机质含量的变化规律,并采用主成分分析法对翌年春播前土壤肥力进行综合评价。结果表明:(1)秋浇后,土壤含水率显著高于秋浇前,表层土壤含水率增加,开始冻结时,水分向表层积聚,随着温度降低水分自表层向深层冻结,各处理灌溉水平相同,不同施氮处理之间对土壤含水率的影响不显著,土壤墒情满足作物对水分的需求;秋收后耕层土壤含盐率随生育期内施氮量的增加而增加,施氮量越大土壤含盐率递增。秋浇后大量盐分被淋洗,融化后盐分受到融冻水的下渗和蒸发的共同作用,使得各处理表层含盐率为N_0(0.14%)N_1(0.17%)N_2(0.19%)N_3(0.45%),高氮处理发生土壤次生盐碱化;(2)冻融期内土壤养分主要集中在土壤表层(0—20 cm),土壤中的全氮、碱解氮和有机质含量在冻融期内呈现先增大后减小的变化规律,最大值出现在最大冻深期,说明冻结作用有助于全氮、碱解氮以及有机质的累积;(3)运用主成分分析法对翌年春播前土壤肥力进行综合评价,在PC1和PC2上有机质、有机碳以及全磷有较高的因子负荷,对土壤肥力的贡献率较高。从综合得分情况来看(N_3N_0N_1N_2),高氮处理的土壤肥力低下,中氮处理综合得分最高,土壤肥力情况最佳,根据综合分析推荐该地区玉米生育期内施氮肥量为225 kg/hm~2(基肥20%、拔节期40%和抽雄期40%)左右,有利于翌年春播前土壤培肥,使农业得以持续的发展。