行距比例及密度对绿洲灌区玉米水分利用效率的互作效应

探究是否可以将行距比例和种植密度集成于同一作物生产系统中来提高作物产量,增加水分利用效率。以玉米"五谷568"为研究材料,于2017—2018年进行大田试验,设7∶3(L_1,宽行56 cm∶窄行24 cm),6∶4 (L_2,宽行48 cm∶窄行32 cm),5∶5(L_3,等行距40 cm) 3个行距比例水平,82 500株/hm~2(D_1)、90 000株/hm~2(D_2)、97 500株/hm~2(D_3)、105 000株/hm~2(D_4)、112 500株/hm~2(D_5) 5个种植密度,探讨不同行距比例及密度处理对玉米的耗水特征、产量及水分利用效率的影响。结果表明,L1行距比例可有效降低玉米耗水量,但会增加棵间蒸发,对E/ET影响不显著,其中2017年L_1较L_3能有效降低耗水量11.9%,2018年无显著差异;此外与传统行距比例相比,L_1行距比例具有增产优势,玉米增产5.2%～10.5%,提高水分利用效率6.5%～8.7%。密度间比较,D_3密度较传统密度D_1能有效降低耗水量、棵间蒸发量以及E/ET,对玉米增产及水分利用效率的提高有促进作用;其中D_3密度较传统密度D_1耗水量降低13.3%,2018年差异不显著;棵间蒸发量减小7.1%～7.2%;E/ET减小6.8%～19.2%;玉米增产7.5%～17.1%;水分利用效率提高23.9%～46.2%。2年L_1D_3较传统处理L_3D_1耗水量降低12.8%～30.6%;棵间蒸发量降低8.5%～10.4%;E/ET降低7.3%～7.5%;玉米产量增加7.7%～25.5%;水分利用效率提高36.0%～41.2%。因此,在河西绿洲灌区,7∶3(L_1,宽行56 cm∶窄行24 cm)行距比例结合97 500株/hm~2(D_3)种植密度可有效增加玉米产量,提高玉米水分利用效率。     

绿洲灌区不同密度玉米群体的耗水特性研究

针对水资源不足严重制约绿洲灌区玉米生产,密植对玉米耗水特性影响研究薄弱,以及生产实践中缺乏调控种植密度以同步提高产量和水分利用效率的理论依据等问题,2012—2015年,以先玉335为参试品种,在相同施肥、灌水制度下,设75 000株hm–2(低,D1)、87 000株hm–2(中,D2)、99 000株hm–2(高,D3)3个密度水平,探讨密度对玉米耗水的时间动态、耗水结构以及利用效率的影响,以期为优化密植增产节水技术提供理论依据。结果表明,随密度增大,玉米全生育期总耗水量(ET)增大,大喇叭口期至吐丝期是耗水量增大的主要时期,高、中密度处理与低密度处理相比,全生育期总耗水量4年平均分别高22.8%、14.4%,大喇叭口期至吐丝期平均分别高28.4%、18.2%,其他生育时期不同处理的耗水量差异不显著。增加密度可降低玉米的无效耗水,提高水分利用率,高、中密度处理较低密度处理全生育期的棵间蒸发量(E)4年平均分别减少56.5 mm、27.6 mm,密植降低棵间蒸发量的主要时期在拔节至灌浆期,其中大喇叭口期至吐丝期的日均棵间蒸发量分别减少0.51 mm、0.27 mm;高、中密度与低密度处理相比,全生育期的E/ET分别降低15.8%、6.2%,其中拔节至大喇叭口期减小幅度最大,分别为22.1%、10.7%。与低密度处理相比,高、中密度处理的籽粒产量分别提高了17.9%、14.8%,但高、中密度处理间的产量差异不显著;高、中、低密度处理的水分利用效率(WUE)分别为18.2、19.3和16.8 kg hm–2 mm–1,中密度处理的WUE显著高于低密度处理;与低密度处理相比,高、中密度处理4年平均灌溉水利用效率(IWUE)分别提高了34.5%、19.6%。本研究说明,在传统供水覆膜条件下,进一步增加种植密度是干旱绿洲灌区提高玉米产量和灌溉水利用效率的可行措施。     

西北干旱灌区不同地膜覆盖利用方式对玉米水分利用的影响

【目的】资源型缺水严重制约干旱灌区的农业生产,传统玉米生产模式地膜投入量大。在极端高温和生态环境污染的挑战日益加剧的情境下,探讨通过免耕地膜重复利用维持较高水分利用的可行性,以期为构建试区地膜减量玉米高效生产技术提供理论支撑。【方法】2017—2018年,在甘肃河西绿洲灌区,设置免耕地膜重复利用（免耕覆膜,NM）、秋免耕春覆膜（少耕覆膜,RM）与传统耕作每年覆盖新膜（传统覆膜,对照,CM）3种地膜覆盖利用方式,研究其对玉米田土壤水分利用的影响,以期为优化试区玉米高产高效栽培管理技术提供理论依据。【结果】NM与RM处理较CM处理提高玉米播种时0—120 cm土层平均土壤重量含水量,分别为7.8%与5.1%,这为玉米播种创造良好的土壤水分环境。玉米播种—拔节期及吐丝—灌浆初期,NM处理较CM处理提高0—120 cm土层平均土壤重量含水量,分别为5.0%与4.7%,弥补了灌浆期玉米植株旺盛生长对土壤水分的大量需求。与CM处理相比,NM处理增加了玉米播种—大喇叭口期的耗水量,降低了玉米吐丝—灌浆初期的耗水量,增大了玉米灌浆初期—收获期的耗水量,有效协调玉米各生育阶段的水分需求关系。虽然NM处理较RM与CM处理提高了玉米吐丝期之前的棵间蒸发量,分别为11.7%与26.0%,提高棵间蒸发量占耗水量的比例（E/ET）,分别为13.4%与19.9%,但是NM处理较RM与CM处理降低了玉米吐丝期之后的棵间蒸发量,分别为9.2%与19.4%,降低E/ET,分别为9.7%与20.7%,说明NM处理有利于增强玉米吐丝期之后土壤水分的有效利用。因而,在地膜减投与免耕措施下,NM处理获得与RM及CM处理相当的籽粒产量与水分利用效率。【结论】在西北干旱灌区,应用免耕地膜重复利用并没有导致玉米产量和水分利用效率的降低,具有稳定产量及水分利用效率的作用,是玉米生产中地膜减投的可行措施。     

氮肥后移及间作对玉米光合特性的耦合效应

【目的】针对绿洲灌区覆膜玉米氮素需求前移,后期脱肥问题,通过探讨氮肥后移对间作玉米光合生理特性及产量的影响,以期揭示间作玉米产量形成的光合机制。【方法】2019—2021年,在河西绿洲灌区以玉米为试验材料,采用裂区试验设计,主因素为种植模式,设玉米间作豌豆和单作玉米2个水平,副因素为3个施氮制度（氮肥后移20%,氮肥后移10%,常规施氮不后移）,研究氮肥后移及间作模式下,玉米的光合生理特性和产量表现。【结果】与常规施氮不后移相比,氮肥后移20%和氮肥后移10%处理下间作玉米籽粒产量分别提高28.5%、13.8%,生物产量分别提高23.8%、12.5%;单作玉米籽粒产量分别提高29.7%、13.3%,生物产量分别提高19.6%、10.3%。相同占地面积下,间作较单作玉米籽粒产量增加33.2%—35.1%,生物产量增加26.8%—31.5%。同时,氮肥后移20%和氮肥后移10%处理较常规施氮不后移提高了间作群体籽粒产量27.2%、12.9%。说明,间作较单作模式可提高玉米产量,且氮肥后移处理较常规施氮促进了间作产量的提高。与单作模式相比较,间作玉米可保持较高的净光合速率、气孔导度和蒸腾速率,较低的胞间CO₂浓度,且氮肥后移处理具有促进作用。氮肥后移20%、氮肥后移10%较常规施氮不后移处理玉米净光合速率分别提高12.8%、6.0%;气孔导度分别提高14.0%、6.9%;蒸腾速率分别提高20.5%、9.5%;胞间CO₂浓度分别降低29.8%、13.1%。间作模式下,氮肥后移20%、氮肥后移10%处理玉米全生育期叶片相对叶绿素含量（SPAD值）较常规施氮不后移处理分别提高7.5%、3.7%。主成分分析结果表明,氮肥后移和间作主要通过提高净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、叶片相对叶绿素含量和降低胞间CO₂浓度来增加玉米产量。【结论】氮肥后移20%（玉米拔节期追肥36 kg·hm^-2+吐丝后15 d追肥108 kg·hm^-2）有利于间作玉米光合特性提高,从而促进玉米增产。     

玉米免耕留膜可减少后茬轮作春小麦水氮用量

【目的】河西绿洲灌区玉米普遍采用地膜覆盖措施,其收获后地膜的完整率仍高达70%。研究后茬小麦继续利用该地膜条件下相适应的水氮耦合管理,以期最大化发挥农资的效益,提高小麦产量和氮肥利用率。【方法】2016—2017年度,在甘肃河西绿洲灌区玉米–小麦轮作田进行三因素裂区田间试验。选择头茬玉米进行免耕 (NT) 和传统耕作 (CT) 的田块,在后茬小麦播种时,保留免耕玉米的覆盖地膜,免耕进行小麦播种,而在传统耕作玉米地块,清理残膜,粉碎后翻入土壤中。在两种耕作处理方式下,设传统灌水减量20% (1920 m3/hm2,I1) 和传统灌水量2400 m3/hm2 (I2) 两个灌溉处理,传统施氮减量40% (135 kg/hm2,N1)、传统施氮减量20% (180 kg/hm2,N2) 与传统施氮225 kg/hm2 (N3) 三个施氮水平,组成12个处理。从春小麦出苗20 d后,每15 d采集植株样,测定各器官含氮量,计算营养器官的氮素转运量、转运率、营养器官氮素转运对籽粒贡献率及氮素收获指数。【结果】与传统耕作相比,免耕留膜各处理显著提高了春小麦地上部氮素累积量,两年提高10.9%～14.2%。灌水减量20%+施氮减量20%处理提高了春小麦地上部氮素累积量,较传统耕作、灌水与施氮处理提高4.3%～6.1%。免耕较传统耕作提高了春小麦叶、茎营养器官氮素向穗部的转运量、转运率及对籽粒的贡献率,以免耕同步集成减量20%灌水+减量20%施氮 (NTI1N2) 处理提高幅度较大,较灌水减量20%+施氮减量40% (CTI1N3) 处理叶、茎氮素向穗部的转运量分别提高31.9%～45.7%与54.5%～61.5%,转运率分别提高15.5%～16.3%与20.8%～23.1%,对籽粒的贡献率分别提高13.3%～29.0%与26.4%～36.7%。NTI1N2处理可获得较高籽粒产量与氮素收获指数,较CTI2N3处理分别提高15.2%～22.0%与7.6%～10.0%。【结论】在玉米–小麦轮作体系下,前茬免耕玉米覆盖的地膜对后茬小麦生长依然有显著效果。而且,此时减少20%的常规灌水量和常规施氮量,可以获得更高的产量和氮肥利用率。因此,在河西绿洲灌区小麦–玉米轮作体系中,应推广玉米收获后采用免耕,并在后茬小麦继续使用覆盖的地膜,同时减少20%的灌水量和氮肥施用量。     

长期翻压绿肥河西绿洲灌区小麦的化肥减施潜力

【目的】研究长期翻压绿肥条件下减施化肥对小麦产量稳定性以及地力贡献的影响,为甘肃省河西绿洲灌区高效施肥和可持续发展提供理论依据。【方法】2009—2020年在河西绿洲灌区开展了12年的定位试验,供试作物为春小麦。试验处理包括不施肥对照(CK)、100%化肥(CF)以及翻压绿肥后化肥分别减量0%、10%、20%、30%、40%、100%。根据历年小麦产量,计算累积增产率、产量可持续性指数和变异系数;构建一元灰色线性模型,计算不同施肥长期趋势产量;计算累积土壤地力贡献率以及不同处理累积肥料贡献率。【结果】随着试验年限延长,除减施100%化肥处理外,各翻压绿肥处理肥料对小麦产量的累积贡献率均呈现增加的趋势,且处理间肥料对产量的贡献率无显著差异,2020年均达到60%左右。不施肥处理(CK)土壤地力对小麦产量的累积贡献率不断下降,从2009年的57.41%下降至2020年的34.24%。翻压绿肥基础上化肥减量40%以内,小麦12年平均产量高于100%化肥处理(CF)。一元灰色线性模型显示化肥减量40%以内,小麦产量变异系数随着化肥减施量的升高而不断升高,产量可持续指数则不断下降。化肥减量40%...     

绿洲农田土壤团聚体组成及有机碳和全氮分布对秸秆还田方式的响应

通过田间定位试验，在甘肃干旱灌区，研究了不同小麦秸秆还田方式(NTSS: 25~30 cm 高茬收割立茬免耕; NTS: 25~30 cm高茬秸秆覆盖免耕; TIS: 25~30 cm 高茬秸秆深翻耕; CT: 传统不留茬深翻耕—对照) 对农田土壤团聚体及有机碳和全氮分布特征的影响，以期为优化试区种植模式与提高农业可持续发展提供依据。结果表明：免耕秸秆还田处理(NTSS、NTS)≥0.25 mm团聚体含量较高，与CT相比，在0~10、10~20、20~30 cm土层分别提高5.4%与12.5%、13.3%与14.1%、11.1%与19.2%，以NTS提高幅度较大。NTSS、NTS提高了0~10、20~30 cm土壤团聚体的平均重量直径，较CT处理分别提高6.7%与11.6%、7.6%与8.1%，以NTS提高效果最明显。NTSS、NTS处理土壤有机碳和全氮含量均高于 CT 处理，在0~10、10~20、20~30 cm土层，有机碳含量分别增大8.1%与13.3%、7.4%与11.4%、7.8%与12.8%；全氮含量分别提高14.6%与17.9%、14.5%与17.9%、16.2%与20.5%，同样，以NTS提高土壤有机碳及全氮程度较大。各级别团聚体中有机碳和全氮含量均随土层深度增加而减小，团聚体中有机碳和全氮含量随团聚体直径减小而增加，NTS处理在各土层各级别团聚体均保持较高的土壤有机碳及全氮含量。因此，前茬小麦25~30 cm秸秆覆盖免耕还田是干旱灌区增强土壤团聚体形成、提高土壤有机碳及全氮含量的适宜栽培措施。     

干旱灌区小麦间作玉米麦后复种绿肥的可持续性分析

【目的】针对干旱灌区传统生产模式的资源利用率和产投比低等问题,研究小麦间作玉米集成麦后复种绿肥的光能利用率、灌溉水生产力及经济效益表现,结合试区常规种植模式,评价不同种植模式的可持续性,对于干旱灌区农业生产的节本增收有重要指导意义。【方法】2018—2020年,在河西绿洲灌区设置田间定位试验,研究了不同种植模式（春小麦间作玉米小麦收后复种绿肥（W-G//M）、春小麦间作玉米（W//M）、春小麦复种绿肥（W-G）、单作玉米（M）、单作春小麦（W））对生产系统叶日积、籽粒产量、光能利用率、灌溉水生产力以及经济效益的影响,综合以上相关指标,对各种植模式的可持续性进行评价。【结果】随着试验年度的延长,春小麦收后复种绿肥能显著提高主栽作物全生育期的总叶日积。W-G//M较W//M的叶日积提高了7.7%—7.8%。间作较单作以及麦后复种绿肥模式均能提高主栽作物籽粒产量,但同时也提高了生产成本的投入。2018和2019年,W-G//M处理和W//M处理的混合籽粒产量无显著差异,而2020年,W-G//M处理较W//M处理的籽粒产量提高了8.7%。W-G//M处理较M、W-G和W处理的纯收益分别提高16.7%—26.5%、78.5%—132.2%和35.9%—78.8%。2018年,W-G//M较W//M处理的纯收益降低了7.2%,但是2019和2020年,二者的纯收益无显著差异,且产投比也具有相似的趋势。复种绿肥能显著提高作物光能利用率,W-G//M处理较W//M处理的光能利用率提高了7.2%—14.1%;W-G处理较W处理的光能利用率提高了23.5%—52.1%。W-G处理较W处理的灌溉水生产力显著降低,降低了48.6%—54.3%（灌溉水利用效率）和30.9%—39.8%（单方灌溉水经济效益）,而W-G//M处理和W//M处理的灌溉水生产力无显著差异。综合3年试验结果,W-G//M处理较其余4个处理的可持续性显著提高。【结论】在干旱绿洲灌区,间作以及麦后复种绿肥能提高主栽作物籽粒产量和经济效益,且灌溉水生产力和光能利用率也随之提高,进而使得该模式的可持续性提高,因此,春小麦间作玉米结合小麦收后复种绿肥技术可作为提高资源利用以及农民收益的可持续种植模式。     

水氮耦合对地膜玉米免耕轮作小麦干物质积累及产量的影响

前茬地膜玉米免耕种植后茬小麦水氮高效利用生产技术是绿洲灌区作物高效生产的新型农田管理技术。为构建该区地膜减量和水氮高效生产技术, 2015—2017年通过3年田间试验, 研究两种耕作方式、2种灌水水平和3个施氮量组合对小麦干物质积累和产量及产量构成的协同效应, 其中耕作方式为覆膜玉米茬免耕直播(NT)和玉米茬传统耕作(CT), 灌水量为传统灌水(I2)和传统灌水减量20% (I1), 施氮量为纯N 225 kg hm ^-2 (N3)、180 kg hm ^-2 (N2)和135 kg hm ^-2 (N1)。结果表明, 耕作方式、灌水水平、施氮量对小麦群体生长速率、干物质积累量均有显著影响。与CT相比, NT显著增大全生育期生长速率, 提高22.0%~28.0%, NT促进小麦地上干物质积累, 提高6.4%~7.4%, 收获期生物产量提高5.4%~15.1%。免耕低灌(NTI1)较传统耕作高灌(CTI2)的生长速率增大7.7%~13.4%, 干物质积累量提高3.1%~5.9%, 收获期生物产量提高8.7%~10.5%。免耕低灌中施氮(NTI1N2)较传统耕作高灌中、高施氮(CTI2N2、CTI2N3) 生长速率分别增大6.9%~20.5%与4.1%~14.0%, 收获期生物产量分别提高7.8%~9.7%与4.8%~10.2%。NT比CT增产10.1%~10.4%, NTI1较CTI2、CTI1分别增产13.0%~14.8%与9.4%~10.1%, NTI1N2比CTI2N2、CTI2N3分别增产3.7%~9.8%与15.2%~22.0%。从产量构成因素分析, NTI1N2提高了单位面积成穗数、穗粒数和千粒重, NTI1N2处理组合更有利于穗数、千粒重的增加。通径分析进一步证明, NTI1N2增产的主要原因是增加了单位面积穗数和千粒重。因此, 在施氮量为180 kg hm ^-2的基础上, 玉米茬地膜再利用免耕技术组装减少20%灌溉量(1920 m ³ hm ^-2)轮作小麦模式是河西灌区小麦高效生产的可行措施。     

地膜玉米免耕轮作小麦的减水减氮效应

针对长期连作作物生产力低下等突出问题,研究前茬地膜覆盖作物免耕留膜,轮作后茬作物的生产效应,对于优化栽培模式,建立甘肃河西绿洲灌区作物生产的节本增效技术具有重要意义。2016—2017年,通过田间定位试验,研究了前茬地膜覆盖玉米茬口两种耕作方式(免耕留膜,NT;传统耕作,CT)、两种灌水水平(传统灌水,2400 m~3·hm~(-2),I2;传统灌水减量20%,1920 m~3·hm~(-2),I1)和3个施氮水平(传统施氮,225 kg·hm~(-2),N3;传统施氮减量20%,180 kg·hm~(-2),N2;传统施氮减量40%,135 kg·hm~(-2),N1)对轮作小麦产量、光能与灌溉水利用及经济效益的影响,以期为优化试区小麦的栽培技术提供理论依据。研究结果表明,前茬玉米免耕留膜较传统耕作小麦全生育期总叶日积提高21.6%～26.1%(P0.05),特别是小麦灌浆至成熟期提高41.3%～45.2%(P0.05),具有延缓衰老的作用。小麦灌浆至成熟期,免耕留膜集成减量20%水氮供应(NTI1N2)处理比传统耕作和水氮供应(CTI2N3)提高叶日积34.8%～50.7%。免耕留膜较传统耕作提高籽粒产量、光能利用率和灌溉水利用效率分别为10.1%～10.4%、5.6%～12.3%和10.1%～10.3%(P0.05);NTI1N2较CTI2N3处理小麦增产15.2%～22.0%、光能利用率提高8.1%～18.5%、灌溉水利用效率提高44.0%～52.5%(P0.05)。免耕留膜结合减量水氮供应可降低生产成本,提高纯收益和产投比,NTI1N2较CTI2N3处理纯收益和产投比分别提高22.9%～23.9%和34.8%～35.1%,单方水效益提高53.6%～68.9%(P0.05)。因此,前茬地膜覆盖玉米免耕留膜配套减量20%灌水(1920 m~3·hm~(-2))与施氮(180 kg·hm~(-2))可作为甘肃河西绿洲灌区发展节本增效小麦生产的关键技术。