耕作模式对土壤生物活性与养分有效性及冬小麦产量的影响

为探讨长期玉米秸秆还田下不同耕作模式对土壤生化性状及冬小麦产量的影响,从2011年10月至2016年6月连续5个冬小麦生长季进行田间定位试验。设4个耕作处理,分别是连续旋耕秸秆不还田(RT)、连续旋耕秸秆还田(RS)、连续深耕秸秆还田(DS)及前2年旋耕秸秆还田第3年深耕秸秆还田(TS)。与RT相比,连续5年秸秆还田显著提高0~10、10~20和20~30 cm土层土壤有机碳、无机氮、速效磷、速效钾含量;土壤脲酶、蛋白酶、硝酸还原酶和蔗糖酶活性及土壤微生物多样性分别提高23.1%~59.3%、13.2%~40.7%、14.1%~28.8%、10.9%~19.5%和31.9%~42.5%。秸秆还田使各土层变形菌门、硝化螺旋菌门及放线菌门的相对丰度显著提高,而酸杆菌门相对丰度则显著降低。与DS及TS相比,RS显著提高0~10 cm土层土壤养分状况及生物活性,10~30 cm土层则显著降低。连续旋耕至第3年,无论秸秆还田与否,小麦均表现减产;DS与TS处理则表现持续增产,平均年增产3.2%和3.9%。本研究表明在黄淮海东部地区,秸秆还田条件下,2年旋耕后接1年深耕的耕作模式有助于改善耕层土壤质量和提高冬小麦生产力。     

外源6-BA和不同用量氮肥配合对小麦花后叶片功能与荧光特性的调控效应

【目的】探讨外源细胞分裂素（6-BA）和不同用量氮肥对小麦花后光合特性的调控效应,为激素与氮肥配合施用提高小麦光合生产力提供理论依据。【方法】试验选用持绿型品种汶农6号和非持绿型品种济麦20,设置N0（0）、N1（240 kg·hm-2）、N2（360 kg·hm^-2）3个氮肥用量,同时,花后连续3 d叶面喷施25 mg·L^-1 6-苄基腺嘌呤（6-BA）及300 mg·L^-1洛伐他汀（Lovastatin）,用量100 mL·m^-2。开花后每隔7 d取旗叶,测定叶绿素含量、MDA含量、抗氧化酶活性等生理指标,用高效液相色谱法测定4种内源激素含量,利用脉冲调制式荧光仪测定不同处理下旗叶叶绿素荧光诱导的动力学参数。【结果】喷施外源6-BA显著提高两品种小麦旗叶花后不同时期最大光化学效率（Fv/Fm）、实际光化学效率（ΦPSII）、光合电子传递速率（ETR）以及光化学猝灭系数（qP）,而喷施外源洛伐他汀对上述指标产生显著降低作用。喷施外源6-BA使N0、N1、N2处理下济麦20旗叶ΦPSII分别提高12.08%、14.21%、9.43%,汶农6号旗叶ΦPSII分别提高12.44%、14.84%、11.58%;喷施外源6-BA使N0、N1、N2处理下济麦20旗叶ETR分别提高16.57%、25.81%、18.83%,汶农6号旗叶ETR分别提高13.88%、23.58%、22.80%。两品种其他荧光参数指标表现出以下规律,即6-BA与N1配合对小麦旗叶Fv/Fm、ΦPSII、ETR以及qP的提高效应均高于单一喷施6-BA或6-BA与N2配合。同时,品种、氮肥、激素单一效应及激素与氮肥配合对ΦPSII、ETR、qP影响显著,品种、激素单一效应对Fv/Fm影响显著,而激素与不同用量氮肥配合对Fv/Fm无显著影响。叶面喷施细胞分裂素抑制剂洛伐他汀使N0、N1、N2处理下济麦20旗叶ETR分别降低22.71%、12.06%、11.92%,两品种其他荧光参数指标Fv/Fm、ΦPSII、qP均表现出下降趋势,而增施氮肥能够缓解因细胞分裂素合成减少导致的小麦荧光参数的降低。外源喷施6-BA对两品种小麦内源激素含量影响显著。喷施外源6-BA显著提高旗叶玉米素核苷（ZR）含量,生长素（IAA）含量以及N0、N1处理下21-28 d赤霉素（GA3）含量,显著降低脱落酸（ABA）含量,而喷施外源洛伐他汀后,4种内源激素含量变化与以上结果相反。随着施氮量增加,ZR含量、14-28 d IAA含量随之增加,ABA含量总体呈下降趋势,而7-14 d GA3含量在N1处理下最高。同时,品种、氮肥、激素单一效应、激素与氮肥配合对ZR含量影响显著。另外,6-BA与N1配合对小麦叶绿素含量和抗氧化酶活性的提高效应高于单一喷施6-BA或6-BA与N2配合,激素与氮肥配合施用显著影响叶绿素含量和抗氧化酶活性。与不施氮相比,N1与N2处理下,外源洛伐他汀对叶绿素含量和抗氧化酶系活性的降低幅度减小,即增施氮肥能够缓解因细胞分裂素合成减少引起的两品种小麦光合结构的衰老。花后喷施外源6-BA显著影响千粒重和产量（P＜0.01）,对穗数、穗粒数无显著影响,6-BA与氮肥配合显著影响穗数、穗粒数、千粒重以及产量,6-BA与N1配合显著提高产量及其构成因素。【结论】细胞分裂素与氮肥配合能够明显改善小麦的光合性能,6-BA与适量氮肥配合施用对小麦光合性能的提高效应显著高于单一喷施6-BA或6-BA与过量氮肥相配合,光合性能的改善显著提高两品种的产量。     

种植密度对河北夏玉米生理成熟后茎秆抗倒能力及产量的影响

河北地区由于受光热资源限制,夏玉米收获时籽粒含水率普遍偏高,成为阻碍机械粒收技术推广应用的重要因素。虽然通过延迟收获可降低籽粒水分,但茎秆倒伏问题将进一步增加粒收难度。基于此,本试验于2019年选择迪卡517(DK517)、京农科728(JNK728)和豫单9953(YD9953)3个适宜机械粒收的品种为材料,以郑单958(ZD958)为对照,2020年新增张单258(ZD258)、张粒178(ZL178)和郑原玉432(ZYY432)3个品种,并设置3个种植密度,分别为6×10⁴(D1)、7.5×10⁴(D2)和9×10⁴株·hm^-2(D3),研究品种间及种植密度对生理成熟期倒伏率、茎秆形态特征、解剖特征、力学特征及产量的影响。结果表明,试验所选品种除了对照ZD958,其他品种均于吐丝后67 d籽粒含水率降至25%以下,达到了GB/T 21962-2008 标准中机械粒收对籽粒含水率的要求,其中YD9953和ZL178在吐丝后67 d的籽粒含水率比吐丝后25 d平均降低了35.1和42.0个百分点。在生理成熟期,相同密度下YD9953、ZL178、ZYY432的总倒伏率显著低于其他品种,其中在D1和D2密度下的总倒伏率均低于5%,符合机械粒收对倒伏率的要求。分析倒伏相关性状发现,株高和穗位高对密度的响应因品种而异;各品种茎秆基部第3节间单位体积干重和抗折力均随密度的增加而降低。D3密度下,ZL178的节间单位体积干重与D1相比,降幅最小(7.9%)。D2密度下,YD9953、ZL178和ZYY432的抗折力比均值分别提高28.7%、21.5%和28.4%;相同密度下ZL178、JNK728、YD9953的维管束数目和木质化程度高于其他品种。相关性分析发现,倒伏率和纤维素含量与抗折力呈显著正相关(R²=0.70、0.51),可作为评定玉米茎秆抗倒伏能力的关键指标。D2密度下ZL178和YD9953的产量与对照ZD958差异不显著但高于其他处理。综合考虑品种脱水特性、产量和站秆期间抗倒伏能力,ZL178和YD9953在密度7.5×10⁴株·hm^-2下能够兼顾高产和抗倒。本研究结果可为河北夏玉米光热资源限制区推广机械粒收提供理论参考。     

玉米秸秆还田方式和氮肥处理对土壤理化性质及冬小麦产量的影响

为了探讨玉米秸秆还田条件下不同耕作方式及施氮量对土壤耕性及冬小麦产量的影响,于2012年10月至2015年6月连续3个小麦生长季进行了田间定位试验。设3种耕作方式,分别为连续3年旋耕秸秆不还田、连续3年旋耕秸秆还田和前2年旋耕秸秆还田第3年深耕秸秆还田,每种耕作方式下均设4个施氮水平,施氮量依次为165、225、300和360 kg hm?2。与旋耕相比,深耕促进还田玉米秸秆的腐解,且增施氮肥能提高秸秆腐解速度,从而提高耕层土壤的有机质含量。秸秆不还田条件下,连续旋耕降低了0~30 cm土层的有机质含量,结果土壤容重增大,孔隙度降低,且增施氮肥不利于土壤物理性状的改善;秸秆还田条件下,连续旋耕提高了0~10 cm土层有机质含量,土壤容重随之减小,孔隙度增加;秸秆还田条件下,连续2年旋耕1年深耕比连续旋耕增加了10~30 cm土层有机质含量,显著降低了0~20 cm土层容重,增加了0~20 cm土层的总孔隙度和10~30 cm土层的毛管孔隙度。连续3年旋耕造成冬小麦减产,尤其是秸秆不还田处理,第3年产量较第1年下降5.0%~8.7%;旋耕秸秆还田较旋耕不还田平均增产7.3%~8.9%,但在第3年产量下滑;而旋耕还田后适时深耕还田比连续旋耕还田平均增加有效穗数14.5%,增加穗粒数5.7%,产量平均提高7.6%。在玉米秸秆还田条件下,增施氮肥有助于改善土壤理化性质,但225、300和360 kg hm?2氮肥水平的产量无显著差异。本研究结果表明,山东省小麦高产高效栽培技术宜采取秸秆还田、2年旋耕1年深耕、配施纯氮225 kg hm?2的种植模式。     

微喷灌对夏玉米产量和水分利用效率的影响

为研究微喷灌对夏玉米产量和水分利用效率(WUE)的影响,本试验在旱棚条件下以郑单958为试验材料,设置2种灌水方式:微喷灌P(灌水定额:38 mm/次)和畦灌Q(灌水定额:75 mm/次),3种灌水次数:1次(W1)、2次(W2)和3次(W3),采用土壤水分测定仪实时监测整个夏玉米生长季多土层(0~200 cm)土壤体积含水量的动态变化。结果表明,在2种灌水模式下,随着灌水次数的增加(总灌水量增加),夏玉米产量呈增加趋势;相同灌水次数下,微喷灌处理的产量均低于畦灌。与QW1相比,PW2灌水量相同、灌水次数较多,产量提高5.0%;与QW2相比,PW3灌水量减少24%、灌水次数增加,产量提高14.3%。与QW1和QW2相比,PW3植株具有较高的穗位叶光合速率和干物质积累量,且增加了粒重和产量。进一步分析微喷灌(PW2)和畦灌(QW2)的耗水特性发现,与QW2相比,PW2叶面积指数、穗位叶蒸腾速率、阶段耗水量、耗水强度、灌水后日蒸散量及对0~100 cm土层水分的消耗均降低,而深层尤其是100 cm以下土壤水分的利用比例增加,进而PW2全生育期总蒸散量降低10.8%,WUE提高10.3%。综上所述,在华北地区夏玉米足墒播种前提下,采用微喷灌控水方式,灌水定额38 mm、灌水2~3次,可在保障产量的前提下,提高WUE。本研究对华北缺水地区压采地下水,实现节本增效具有重要的理论指导意义。     

长期水氮互作下不同年代冬小麦的产量和光合特性

为了解不同水氮互作下不同年代推广冬小麦品种（现代品种冀麦325和20世纪70年代品种冀麦7）籽粒产量及光合特性的变化，于2017-2018年度（丰水年）和2018-2019年度（枯水年）冬小麦生长季，在长期水氮定位试验田进行了灌水量、施氮量和品种三因子裂裂区试验。主区为灌水，设生育期灌拔节水750 m·hm^-2(灌1水)和灌拔节水750 m·hm^-2 +开花水750 m·hm^-2(灌2水)；副区为氮肥，设不施氮(N0)及施氮总量为60(N1)、120(N2)、180(N3)、240(N4)和300 kg·hm^-2(N5)6个水平。结果表明，2017-2018年度，相同灌溉水平下，小麦开花期旗叶光合速率、蒸腾速率随施氮量增加均先增后减，冀麦325旗叶光合速率、蒸腾速率最大值对应的氮肥处理均为N2，冀麦7均为N3；冀麦325的产量随施氮量增加总体均呈逐渐增加的趋势，N2处理产量基本达到稳定值，再多施氮时灌1水有减产趋势，灌2水的产量增加缓慢；冀麦7的产量随施氮量增加均先增后减，灌1水时N2处理产量较高（仅低于N5），灌2水时N2处理产量最大。2018-2019年度，相同灌溉水平下，两个小麦品种籽粒产量随施氮量增加均先增后减，灌1水和灌2水时产量最大值对应的氮肥处理分别为N3和N2。在丰水年，不同年代冬小麦灌1水、灌2水的最佳施氮量均为120 kg·hm^-2；在枯水年，灌1水和灌2水的最佳施氮量分别为180 kg·hm^-2和120 kg·hm^-2。     

全生育期增温对冬小麦物侯期、产量和水分利用效率的影响

为明确太行山山前平原地区冬小麦生长发育、产量形成及水分利用对气候变暖的响应,以冬小麦品种藁优5218为材料,于2017-2018和2018-2019连续两个冬小麦生长季在旱棚内采用开放式增温系统(free air temperature increase,FATI)模拟气候变暖趋势,分析了FATI的增温效果及全生育期增温对冬小麦物候期、茎秆发育、产量及水分利用效率的影响。结果表明,与自然条件(CK)相比,增温后冬小麦穗分化进程加快,整个生育期缩短4~6 d,主要表现为越冬—拔节期的生育进程缩短,而灌浆期的持续时间延长;增温导致冬小麦茎秆基部变细薄,降低节间横截面维管束数目及木质化程度,增加倒伏风险;增温降低了冬小麦产量和水分利用效率(WUE),两个生长季分别减产10.4%和5.3%,WUE分别下降16.1%和12.7%。因此,气候变暖不利于该区域小麦产量和WUE的提高,可通过栽培管理措施或品种改良来使冬小麦生产系统适应增温趋势,实现稳产提效。     

主要农作物多样化轮作制度研究进展及展望

多样化轮作制度是现代农业可持续发展的重要农业技术措施,对提高区域资源利用效率、满足市场多样化需求和推进农业供给侧改革具有重要意义.实施多样化轮作制度在减少化学制品投入、保护生态环境、增加农田生物多样性、减少病虫草害等方面发挥着关键作用.本研究针对当前单一种植制度的发展现状及带来的一系列生态环境问题,提出推行多样化轮作模式的必要性.在介绍轮作制度发展历程的基础上,详细分析了多样化轮作模式的产量效应、生态环境效益、增加生物多样性、覆盖作物效应以及轮作模式的研究方法.同时还提出了多样化轮作制度的未来发展方向,如集成农机农艺配套综合管理技术,发展集约化轮作制度;建立多样化轮作模式综合评价制度,充分发挥轮作综合效应;创新轮作制度研究方法,探究轮作效应内在机制.发展多样化轮作制度已成为世界范围内实现农业健康绿色可持续发展的重要途径.