不同降水年型水氮运筹对冬小麦耗水和产量的影响

灌水和施氮是影响农田生态系统粮食生产的2个主要因素,但其增产效应和资源利用效率会受降水年型的影响。该研究基于2011—2014在陕西关中平原进行的3 a冬小麦水氮耦合试验,分析了不同降水年型下水氮管理对土壤含水率、籽粒产量、耗水量(water consumption,ETa)及产量与耗水量关系的影响。结果表明:7—9月总降水量每增加1 mm,小麦播前0~180 cm土壤底墒增加0.47 mm。随着灌水量增加,产量和ETa均增加,但仅在降水较少的2012—2013年增产显著,对水分利用效率(water use efficiency,WUE)的影响不显著;随着施氮量增加,ETa变化不显著,但其增产效果显著,使WUE显著提高,表明施氮增加了作物蒸腾占农田耗水量的比例。根据3 a各处理冬小麦产量和ETa数据,进一步探讨了在一定水分消耗下能达到的最大(边界)产量和WUE,建立了关中平原冬小麦的产量-耗水量边界方程;当ETa超过388 mm时,产量稳定在8 184 kg/hm2,WUE的最大值为2.52 kg/m3。研究可为制订合理的冬小麦水肥管理措施提供科学依据。     

覆膜和施生物炭对青海高原春油菜生长、产量和土壤团聚体的影响

春油菜喜冷凉耐湿润,是青海地区的优势作物,探索其高产栽培技术和理论对于该区食用油和蛋白质供给具有重要意义。2019年通过开展覆膜和施生物炭的试验,监测春油菜干物质积累、养分吸收、产量和土壤团聚体等指标,阐明覆膜和施生物炭在该区的应用效果及作用机制。研究结果表明,春油菜开花期和角果形成期干物质积累迅速,覆膜和施生物炭对总干物质量的增加作用在春油菜初花期最显著,其中覆膜和施生物炭分别比对照高192%和102%。施生物炭和覆膜均显著提高了油菜地上部总吸氮量和总吸钾量,其中施生物炭处理比对照分别高44%和34%,覆膜处理比对照分别高135%和133%。覆膜显著提高了氮素在茎中的分配比例,由对照的0.12提高到0.15。施生物炭和覆膜春油菜产量分别比对照提高9%和34%,主要通过提高单株角果数,尤其是每个分枝的角果数实现增产的。团聚体分析表明,覆膜显著提高了0.25～2 mm的土壤团聚体含量,施生物炭显著提高了大于0.25 mm的水稳性大团聚体含量14.8%,同时团聚体平均重量直径提高23.1%,有利于土壤团聚作用     

青海高原小麦秸秆–毛叶苕子混合腐解特征

  【目的】  研究小麦秸秆、毛叶苕子及二者混合物料在耕层土壤还田后的腐解和养分释放规律,以期为青海高原有机物料还田提供理论依据和技术指导。  【方法】  将毛叶苕子(G)、麦秆(S)和麦秆+毛叶苕子混合(G+S)3种有机物料自然风干后,切成2 cm长,放入尼龙网袋,埋入20 cm深土壤中自然腐解,地表撂荒。在埋入土壤后的第7、14、28、42、72、117、162天取样,测定相关指标。  【结果】  各处理干物质累积腐解率和养分释放率随腐解进程的推进而逐渐升高,升高趋势表现为前期快后期慢,试验结束时均表现为G＞G+S＞S,3种有机物料的累积腐解率分别为81.93% (G)、51.65% (S)、64.17% (G+S),碳素累积释放率分别为85.30% (G)、46.66% (S)、62.77% (G+S),氮素累积释放率分别为88.29% (G)、31.83% (S)、66.78% (G+S),磷素累积释放率分别为71.30% (G)、62.66% (S)、68.24% (G+S),钾素累积释放率分别为98.24% (G)、 94.62% (S)、97.40% (G+S)。各处理的快速腐解期均为0～42天,各养分的快速释放期不同,碳是在0～7天,氮是在0～28天,磷是在0～14天,钾是在0～42天。通过双库指数衰减模型模拟发现,G、S、G+S处理易分解干物质量,分别占总质量的79.25%、53.62%、64.16%,各处理碳、氮、磷和钾的易分解比例均以G处理最高,钾的易分解比例以S处理最高。G+S处理的实测值(OBS)相较于预测值(EXP)提高了干物质量、碳、氮、磷和钾的易分解部分比例,分别提高了1.47%、6.02%、22.77%、5.41%和0.20%,并增加了碳、氮的平均周转天数,降低了磷、钾的平均周转天数。  【结论】  毛叶苕子、麦秆的累积腐解率分别为81.93% (G)、51.65% (S),二者混合后可达64.17%,毛叶苕子中的碳、氮、磷和钾的累积释放率高于麦秆。毛叶苕子中易分解部分的比例为79.25%,且碳、氮、磷和钾在易分解部分中的比例高于麦秆。毛叶苕子与麦秆混合后,调节了易分解部分比例以及其中的碳、氮、磷和钾含量,增加了碳、氮的平均周转天数,降低了磷、钾的平均周转天数,更有利于后茬作物对养分的利用。     

关中平原冬小麦临界氮稀释曲线和氮营养指数研究

在整理分析关中平原7年氮肥大田试验的基础上,分析比较了不同氮肥处理下冬小麦的氮浓度稀释曲线,并构建了关中平原主栽品种小偃22地上部生物量的临界氮浓度稀释曲线模型。结果表明:不施氮、氮肥不足、氮肥适宜和过量施氮4组处理的平均产量分别为4 263、5 097、6 023、6 203 kg/hm2,氮肥不足处理显著降低了小麦产量,过量施氮与氮肥适宜处理相比产量没有显著差异。植株氮浓度均随生物量增加而降低,较高的施氮量导致较高的植株氮浓度。关中平原冬小麦临界氮浓度与地上部最大生物量符合幂函数关系。利用氮营养指数NNI(植株实际测定的氮浓度与临界氮浓度的比值)和2010—2011年冬小麦季的独立试验资料对建立的临界氮稀释曲线进行检验,结果表明:不施氮、氮肥不足、氮肥适宜和过量施氮4组处理的NNI值分别为0.70、0.89、1.01和1.25;关中平原各试验地土壤肥力差异较大,冬小麦适宜施氮量为75~180 kg/hm2,平均为137 kg/hm2。该研究建立的临界氮稀释模型的准确性较高,所得出的分析结果可靠,可以用于诊断和调控冬小麦氮素营养。     

施肥和混作对青海省绿肥生长、养分吸收和水氮利用的影响

为了协调绿肥养分的供应和分配,优化麦后复种绿肥模式。在青海省开展大田试验研究化肥添加(不施肥F0、施肥F1)和种植方式(单作箭筈豌豆MC、单作油菜MR、混作箭筈豌豆和油菜MCR)对绿肥生物量、水分利用效率、养分吸收、土壤硝态氮残留以及系统表观氮平衡的影响。结果表明:不论施肥与否,绿肥的总生物量、氮磷钾吸收量和水分利用效率均表现为MC>MCR>MR。施肥显著提高了MCR的生物量和水分利用效率,分别提高了65.01%和83.00%;显著提高了MC的钾素吸收量和MCR的氮磷钾吸收量,分别提高了25.97%、79.73%、74.52%和70.96%。各处理的土壤硝态氮残留量在0～60 cm层均随土层深度呈逐渐增加的趋势,施肥下MC、MR和MCR均主要利用了0～20 cm土层土壤硝态氮,MC和MR施肥均会导致硝态氮向下层土壤淋溶。不同种植方式下表观矿化氮表现为MCR>MC>MR,施肥显著提高了MCR生物固氮和作物吸收氮,分别提高了124.6%和79.7%。本研究可为青海省绿肥种植技术提供科学依据和理论参考。     

青藏高原小麦秸秆和箭筈豌豆混合腐解规律和养分释放特征

掌握麦秆、绿肥混合腐解和养分释放规律,对于青藏高原东部农区的地力培育和减肥增效具有重要意义。该研究在田间设置麦秆、箭筈豌豆、低量和高量麦秆与箭筈豌豆混合4个处理,研究有机物料的腐解和养分释放规律。结果表明,各处理下有机物料的腐解呈现前期快后期慢的变化规律,至腐解结束,麦秆、箭筈豌豆、低量和高量麦秆与绿肥混合处理的累积腐解率分别为51.5%、82.2%、78.6%和75.2%,氮素释放率分别为21.3%、81.5%、79.3%和79.0%,磷素释放率分别为60.1%、76.2%、74.2%和82.2%。物料中氮素和钾素释放主要集中在填埋后0～33 d,占总释放量的70%～83%和95%以上。箭筈豌豆磷素释放主要集中于0～33d,麦秆主要在0～97d。双库指数衰减模型可以很好地表征物料腐解过程的干物质量、氮素和磷素的残留过程,方程的决定系数大于0.93。物料混合显著提高了氮素的易分解比例(P0.01),延长了易分解氮素的平均周转周期,低量和高量麦秆与箭筈豌豆混合的氮素易分解比例分别比预测值提高了14%和25%,周转天数延长了5和6 d。高量麦秆与绿肥混合使磷素的易分解比例提高了21%。物料混合显著改善了氮素和磷素的释放特征,其中高量麦秆和绿肥混合提高了氮素和磷素的可利用率,延长了氮素释放周期,更有利于后茬作物的吸收利用。研究结果可为青藏高原东部农区秸秆还田的实施提供理论和技术指导。     

覆膜和生物炭对马铃薯干物质量积累与分配动态的影响

缺水和土壤肥力低下是限制青藏高原东部农业区马铃薯产量提升的关键因素,采用田间试验,研究覆膜和施用生物炭对马铃薯干物质量积累与分配的影响,进一步揭示覆膜和生物炭对马铃薯生长和产量的作用机理。结果表明马铃薯生长的高峰期分别为块茎形成期和淀粉积累期。Logistic方程能较好地模拟马铃薯总干物质量和块茎干物质量的累积过程,块茎进入快速生长期的时间比植株晚200 GDD（Growing Degree Day）。覆膜在播后75 d显著促进植株生长,分别使植株和块茎的快速生长期延长420和196 GDD;生物炭在播后130 d显著促进植株生长,分别使快速生长期延长449和336 GDD,覆膜和施生物炭的交互作用不显著。马铃薯根系和叶片分配指数随播后时间呈幂函数递减,且根系的下降速率明显大于叶片。播后62 d,生物炭和覆膜的根系分配指数分别是对照的1.5和0.79倍,在块茎膨大期以前,生物炭提高根系分配指数,覆膜则降低根系分配指数。覆膜和生物炭分别提高马铃薯产量49.2%和28.0%,且覆膜的增产幅度明显大于生物炭。此外,生物炭使马铃薯蛋白质和淀粉含量分别降低13.3%和4.9%。综合来看,覆膜仍然是该地区马铃薯增产提质的首选措施。该研究为生物炭的应用和马铃薯的高产栽培提供科学依据。     

基于Morris和EFAST的CERES-Wheat模型敏感性分析

依据在陕西杨凌获得的冬小麦试验资料,用Morris法和EFAST(extended Fourier amplitude sensitivity test)法分析了CERES-Wheat模型输出变量中小麦开花期、成熟期、产量、地上生物量对品种和生长参数的敏感性,并分析比较了两种方法的一致性。结果表明,光周期影响因子(P1D)、出苗-穗分化期积温(P1)、穗分化-挑旗期积温(P2)和春化影响因子(VEFF)均对开花期和成熟期较敏感,灌浆期积温(P5)对成熟期有较大影响;挑旗前、后的光能利用率(PARUE,PARU2)、P1D、P1和P2均对产量和生物量有较大影响;最适条件下标准籽粒质量(G2)和开花期单位地上生物量的籽粒数(G1)对冬小麦产量有较大影响,第一标准叶的比叶面积(SLAS)对地上生物量有较大影响。Morris法和EFAST法得到的参数敏感性结果具有较高的相关性,表明计算工作量较小的Morris法较适于筛选模型敏感参数。     

不同秸秆生物炭对土壤水分入渗和蒸发的影响

探究不同秸秆生物炭对土壤入渗和蒸发的影响,对于秸秆废弃物的资源化利用和水土资源高效利用具有重要意义。选取3种秸秆(油菜、藜麦和马铃薯)为原料制备生物炭,采用室内土柱模拟方法,探究不同材料生物炭对土壤湿润过程、累积入渗量和蒸发过程的影响。结果表明:不同材料生物炭下的土壤入渗和蒸发过程存在显著差异。马铃薯杆炭显著促进了湿润锋的运移,而藜麦杆和油菜杆炭在中后期减缓了湿润锋的运移速度。添加生物炭处理均提高了土壤早期的入渗速率,降低了土壤后期的稳定入渗速率,其中马铃薯杆炭表现最好,促进了早期入渗,而且后期入渗降低少,在入渗55 min时,马铃薯杆炭累积入渗67.8 mm,比对照提高41.8%。在模拟施炭土壤的入渗过程方面,Kostiakov模型表现最优。施炭对于前期土壤蒸发无显著影响,但显著提高了后期的土壤蒸发量。蒸发30天后,马铃薯杆、油菜杆和藜麦杆炭累积蒸发量分别比CK高5.2%,9.2%和10.2%。马铃薯杆生物炭能显著提高土壤的入渗能力。研究结果为青海省东部农区选择合适的生物炭种类提供了科学依据。