长期免耕对不同土层土壤结构与有机碳分布的影响

为探明长期翻耕与免耕条件下不同土层深度土壤结构稳定性及其有机碳分布特征,在长期定位试验中分层(0~10 cm、10~20 cm、…、90~100 cm)采集免耕和常规耕作处理下混合土样和原状土样进行土壤结构与有机碳的测定,结果表明:(1)随着土层的加深,0.5~2.0 mm和大于2.0 mm粒级团聚体含量表现为逐渐降低的趋势,而其他粒级团聚体含量呈增加趋势。免耕更利于提高大粒级团聚体(0.5 mm)的含量,且土壤结构的稳定性显著提高,其作用深度在50 cm以上。(2)随着土层的加深,土壤总有机碳和活性有机碳均表现为先增加后降低再趋于稳定的趋势。免耕处理在0~80 cm土层的土壤总有机碳和活性有机碳均高于常规耕作处理。(3)随着土层的加深,不同粒级团聚体总有机碳含量呈降低趋势,大粒级团聚体中含有较高的有机碳。免耕更利于0~40 cm土层不同粒级团聚体总有机碳含量的提高。随着土壤团聚体粒级的降低,土壤活性有机碳含量呈降低趋势。与常规耕作相比,除0.053~0.250 mm粒级团聚体外,免耕提高了0~20 cm土层各粒级团聚体中活性有机碳含量。(4)随着土层的加深,各粒级团聚体中有机碳对土壤总有机碳的贡献率表现为先降低后增加再降低的趋势。不同粒级团聚体中,大于2.0 mm和小于0.053 mm粒级团聚体有机碳贡献率在0~100 cm土层均低于其他粒级团聚体。在0~20 cm、30~40 cm和90~100 cm土层,免耕处理各粒级团聚体有机碳累积贡献率均高于常规耕作。     

冬小麦不同生育阶段水分利用对保水剂与氮肥的响应

为探明保水剂和氮肥及其配施后对冬小麦不同生育阶段水分利用的作用机理,通过大田试验,以不施保水剂和氮肥为对照,研究了保水剂(60 kg.hm 2)与氮肥[0、225 kg(N).hm 2、450 kg(N).hm 2]单施及其配施后对冬小麦不同生育阶段的土壤水分、干物质积累及水分利用的作用特征。结果表明:保水剂和氮肥的施用均提高了土壤剖面各层次的含水量及冬小麦干物质积累量、产量和水分利用效率。各处理中以单施450kg(N).hm 2氮肥、单施保水剂及保水剂与450 kg(N).hm 2氮肥配施处理土壤含水量较高。不施保水剂时,随施氮量的增加,冬小麦地上部干物质积累量显著提高。施用保水剂时,氮肥用量过高,干物质积累有所降低。拔节—收获期,保水剂与225 kg(N).hm 2氮肥配施处理冬小麦干物质积累量均较高,且到生育后期效果更明显。在播种—拔节期和孕穗—灌浆期,随氮肥用量的增加水分利用效率提高,且保水剂与氮肥配施处理增加幅度更大。而灌浆—收获期,高氮[450 kg(N).hm 2]和保水剂与225 kg(N).hm 2氮肥配施处理的水分利用效率提高幅度最大,分别较对照增加53.8%和57.8%。而最终产量与水分生产效率以60 kg.hm 2保水剂与225 kg(N).hm 2氮肥配施处理最高。说明氮肥用量适宜时,施用保水剂冬小麦产量和水分利用效率的提高幅度更大。     

小麦-玉米周年水肥一体化增产效应

为探明小麦-玉米周年水肥利用效应,在农业部作物高效用水原阳科学实验站进行小麦-玉米周年水肥一体化研究。试验肥料设置底施、1次追施和2次追施,水分设置1水、2水和3水,每次灌水450 m3/hm2。结果表明:补充灌溉与追肥相结合对小麦、玉米的生长发育具有积极效果,其中小麦穗长增加0.2~0.8 cm,穗粒数增加2~10粒,千粒质量增加2~9 g,成穗数增加9万~57万穗/hm2;玉米穗长增加0.48~1.82 cm,行粒数增加2.0~8.4粒,5穗穗粒质量增加15~374 g,百粒质量增加2.0~13.0 g。同时,补充灌溉和追肥处理较对照小麦增产9.85%~37.93%,与一次性底施肥处理相比,相应补充灌溉+追肥处理增产9.92%~25.66%,以3水2肥效果最好;与1次追肥处理相比,相应2次追肥增产3.95%~6.11%,以2水2肥效果最好。与对照、相应1次性底施肥和1次追肥处理相比,玉米产量分别增加11.05%~46.62%、18.71%~32.03%和2.8%~5.42%;小麦玉米综合产量分别增加10.46%~42.36%、14.37%~28.87%和3.34%~5.75%,与小麦增产趋势一致。小麦玉米综合灌水利用效率较对照增加0.95~5.41 kg/m3,较一次性底施肥0.56~3.81 kg/m3,较1次追肥提高0.35~0.67 kg/m3,均以1水2肥处理最好。因此,节水增产的最佳配置为2水2肥和1水2肥。     

利用计算机断层扫描技术研究土壤改良措施下土壤孔隙

为探明不同土壤结构改良措施（秸秆覆盖、免耕、有机肥、保水剂）对土壤孔隙特征及分布的影响,采用计算机断层（computed tomography,CT）扫描法定量分析了土壤孔隙的数目、孔隙度及孔隙在土壤剖面上的分布特征。结果表明：不同措施均提高了土壤总孔隙数、大孔隙数及0.13～1.0 mm孔隙数,且其孔隙度也相应提高。同时孔隙成圆率也得到了改善。各处理中以有机肥和免耕处理效果较佳,其次为保水剂和秸秆覆盖,对照最低。此外,不同措施显著提高了土壤的田间持水量和＞0.25 mm 水稳性团聚体含量,降低了土壤容重,且各处理中,仍以有机肥和免耕处理效果最佳,其田间持水量分别较对照提高了15.9%和16.4%,而土壤容重较对照降低了6.8%和8.8%。相关分析表明：田间持水量、容重和＞0.25 mm水稳性团聚体含量与土壤总孔隙度和大孔隙度呈显著或极显著正相关;而土壤容重对于总孔隙度和大孔隙度及孔隙成圆率呈显著负相关。     

耕作方式转变对土壤蓄水保墒影响的RZWQM模型模拟

基于2011—2012年和2013—2014年河南禹州冬小麦长期定位试验,利用传统耕作、免耕和深松处理下土壤水分、地上部生物量和产量对RZWQM(Root zone water quality model)模型进行率定和验证,然后利用率定后的模型模拟传统耕作转变为保护性耕作方式后0~100 cm土层贮水量、耗水量、土壤剖面水分平衡及水分利用效率的动态变化。在模型率定和验证中,土壤分层含水率模拟值和实测值之间的均方根误差(RMSE)分别在0.009~0.025 cm3/cm3和0.005~0.054 cm3/cm3范围内变化。模型模拟结果表明RZWQM模型能够较好地模拟耕作方式转变后土壤分层水分的动态变化,4种不同耕作转变模式(传统耕作分别转变为免耕、免耕+秸秆覆盖、深松、深松+秸秆覆盖)下,传统耕作转变为免耕后产量最高,水分利用效率最大,达19.3 kg/(hm2·mm)。因此,该模拟条件下传统耕作转变为免耕的蓄水保墒效果最好。     

氮肥施用量对砂壤质潮土玉米生长及水分利用效率的影响

为探明氮肥施用量对玉米生长及水分利用的影响,采用田间试验研究了氮肥不同用量[N0（对照）：0 kg/hm2、N1：90 kg/hm2、N2：180 kg/hm2、N3：270 kg/hm2、N4：360 kg/hm2、N5：450 kg/hm2、N6：540 kg/hm2]对玉米不同生育期土壤水分、农艺性状、成产要素、产量及水分利用的影响。结果表明,总体上,施用氮肥尤其是N5处理增加了上层土壤的含水率,并促进了玉米根系下扎深度,使玉米利用了较多的深层土壤水;在不同生育期,以N5和N6处理的形态指标表现最佳;穗长、穗粗、穗行数、行粒数等玉米成产要素以 N5处理最高。随施氮量的增加,玉米产量显著提高,但当氮肥用量高于450 kg/hm2时,玉米产量增幅不明显;水分利用效率呈先增加后降低的趋势,以N5处理最高,其产量（12093．0 kg/hm2）和水分利用效率[24．4 kg/（mm · hm2）]分别较对照增加70．7％和78．1％。综上所述,玉米的最佳施氮量为450 kg/hm2。     

保水剂用量对冬小麦生长及水肥利用的影响

为探明保水剂施用条件下冬小麦生长与水肥利用的特征,采用田间试验,以不施保水剂和氮肥为对照,研究了单施氮肥(T2:225 kg·km^-2)和其与不同用量保水剂配施(T3:N+保水剂30 kg·hm^-2、T4:N+保水剂60 kg·hm^-2、T5:N+保水剂90 kg· hm^-2)处理对冬小麦生长、土壤矿质氮含量以及水肥利用等影响。结果表明:保水剂与氮肥的施用显著提高了小麦各生育期的小麦总群体、株高、叶面积、土壤矿质氮含量及水肥利用率等。各处理中,以T4处理对于总群体数、株高、穗长和穗粒数的提高效果最为显著,而T5处理对于小麦叶面积和千粒重的提高作用明显。随小麦生育期的推进,保水剂处理的根冠比均较对照低,尤其是T3处理。而各生育期土壤矿质氮平均含量表现为T4＞T3＞T5＞T2＞CK。最终小麦产量、氮肥农学效率、氮素生产力和水分利用效率,随保水用量的增加而先增后将,且均匀以T4处理最高,其分别比单施氮肥处理(T2)14.5％、55.9％、34.6％和25.0％。说明各处理中,以T4处理对小麦的生长、增产及水肥利用的效果最佳。     

测墒补灌与氮肥运筹对小麦品种水分利用的影响

为探明不同小麦品种对水分条件的响应,以矮抗58和周麦18为材料,在通许县开展了壤质潮土测墒灌溉与氮肥运筹配合对小麦水分利用的影响研究。结果表明,小麦分蘖-返青期(11月15日-2月15日)耗水比例较低,其中重度胁迫和充分灌溉处理矮抗58高于周麦18,轻度胁迫处理则低于周麦18;返青-抽穗期(2月15日-4月15日)耗水明显增加,矮抗58高于周麦18;抽穗-成熟期(4月15日-6月10日)品种间差别较小。矮抗58总体耗水量较周麦18略高,轻度胁迫有利于降低耗水量,其中矮抗58轻度胁迫处理与充分灌溉处理相比耗水量减少18.89~104.45 mm,周麦18则减少10.57~53.22 mm,但周麦18拔节+灌浆和返青-拔节+扬花2次追肥两处理分别增加11.26,30.45 mm。矮抗58的水分利用效率,除了重度胁迫返青-拔节+扬花2次追肥处理和充分灌溉不追肥处理外,均高于周麦18,重度胁迫时提高0.49~3.08 kg/(mm·hm~2),充分灌溉时提高0.23~2.82 kg/(mm·hm~2),轻度胁迫时提高1.26~3.27kg/(mm·hm~2)。矮抗58以扬花-灌浆1次追肥和拔节期+灌浆期2次追肥效果较好;周麦18则以返青-拔节+扬花2次追肥和返青-拔节1次追肥效果较好。说明不同小麦品种间控水时间和施肥时间有一定的差异。     

不同生育时期追施氮肥与补灌结合对小麦生长发育及产量的影响

以矮抗58和周麦18为材料,研究了不同生育时期追施氮肥与补灌结合对小麦生长发育和产量的影响。氮肥追施设置不追肥、1次追肥(返青—拔节、扬花—灌浆)和2次追肥(返青+灌浆、拔节+灌浆、返青—拔节+扬花)6种方式,水分设置重度胁迫(田间持水量的50%~55%)、轻度胁迫(田间持水量的65%~75%)和充分灌溉(田间持水量的75%~85%)。结果表明,氮肥追施和补灌对小麦株高、穗长、小穗数、穗粒数有显著的正效应,轻度胁迫和充分灌溉(矮抗58)、重度胁迫(周麦18)使不孕穗数明显减少,千粒质量明显增加。周麦18和矮抗58产量均表现为轻度胁迫充分灌溉重度胁迫。其中重度胁迫时,与不追肥相比,周麦18增产0.78%~9.39%,矮抗58增产7.06%~11.15%;充分灌水时,周麦18较不追肥增产1.76%~6.25%,矮抗58增产1.01%~13.44%;轻度胁迫时,周麦18较不追肥增产0.53%~4.14%,矮抗58增产6.01%~12.94%。周麦18充分灌溉和轻度胁迫较重度胁迫分别增产6.83%~13.33%、12.24%~19.74%,轻度胁迫较充分灌溉增产4.13%~9.41%。矮抗58充分灌溉和轻度胁迫较重度胁迫分别增产5.54%~14.18%和11.29%~15.56%,轻度胁迫较充分灌溉增产-0.75%~6.70%。周麦18以返青—拔节+扬花2次追肥和返青—拔节1次追肥增产效果较好;矮抗58则以扬花—灌浆1次追肥和拔节+灌浆2次追肥增产效果较好。说明不同小麦品种间控水时间和施肥时间有一定的差异。     

水肥运筹对冬小麦光合特性、产量及水分利用的影响

为探明水肥运筹对冬小麦产量及水分利用的影响,采用田间试验,研究了不同氮肥追施比例( N0：一次性底施,N1：底施40%+拔节期30%+灌浆期30%,N2：底施60%+拔节期20%+灌浆期20%,N3：底施70%+拔节期30%)与灌水量(W0：0 m3/(次·hm2),W1：225 m3/(次·hm2),W2：450 m3/(次·hm2))相结合对土壤水分,冬小麦光合特性、产量及水分利用的影响。结果表明,不同水氮运筹方式改善了小麦的光合特性,促进了小麦生长、产量及水分利用的提高。在小麦需水旺盛的灌浆期,各处理间的剖面土壤水分含量差异最为显著,其中以W2 N3处理较高。在所有处理中, W2 N2处理净光合速率最高,W1N2和W2N2处理叶片水分利用效率均较高;W2N2处理产量和水分生产效率最高,分别较对照(W0N0)提高33.5%、23.8%。综上,水肥运筹模式以W2N2处理最优。