秸秆还田后少耕对小麦/玉米间作系统中种间竞争和互补的影响

保护性耕作具有提高作物水分利用效率、减少能耗等优点,但能否将该技术集成应用于间作套种,尚需理论研究和具体实验依据。本研究通过2011至2012年度的田间定位试验,探讨不同耕作和秸秆还田方式对小麦间作玉米作物群体竞争、互补作用及产量的影响。试验设3种秸秆还田处理,分别是小麦带25 cm高茬收割立茬免耕(NTSS)、小麦带25 cm高茬等量秸秆覆盖免耕(NTS)及小麦带高茬等量秸秆还田翻压(TIS),以传统耕作(CT)为对照。秸秆还田后少耕间作的土地当量比高于传统耕作间作,且大于1,说明少耕小麦秸秆还田有利于提高间作优势;少耕秸秆还田降低了共生期小麦相对于玉米的竞争力,以NTS处理对小麦竞争力的影响最大,NTSS、NTS和TIS的小麦全生育期相对竞争力分别降低37%~54%、109%~141%和22%~24%。与单作玉米相比,NTSS、NTS、TIS和CT处理间作玉米的相对生长率分别高54%~59%、66%~71%、61%~63%和71%~78%,其中小麦秸秆还田间作处理中NTS更有利于发挥玉米的恢复效应。间作条件下,3种秸秆还田处理的产量较对照高6%~10%(2011年度)和4%~12%(2012年度),其中NTS增产显著。总体来看,间作群体籽粒产量与小麦相对于玉米全生育期的平均竞争力呈二次相关关系,当该竞争力在0.24~0.27时利于获得间作高产。本研究表明,秸秆还田配合少耕是调控种间竞争力的可行途径,其中小麦等量秸秆(小麦留茬25 cm)还田覆盖是优化小麦玉米竞争力的理想耕作措施。     

绿洲灌区小麦免耕秸秆还田对后作玉米产量性能指标的影响

产量性能是决定作物生长发育和产量形成的关键因素,研究前茬秸秆处理方式对后茬作物产量性能指标的影响,对于建立高效种植制度、优化栽培措施具有重要指导意义。2009—2012年,在甘肃河西绿洲灌区,通过田间定位试验,研究了前茬小麦不同秸秆还田和耕作措施(NTSS:25 cm高茬收割立茬免耕;NTS:25 cm高茬等量秸秆覆盖免耕;TIS:25 cm高茬等量秸秆翻耕;CT:不留茬翻耕对照)对后作玉米产量性能指标的影响,以期为优化试区玉米种植模式提供依据。结果表明,与CT相比,前茬小麦秸秆还田降低了后作玉米大喇叭口期之前的叶面积指数(LAI)与光合势(LAD),但增大了吐丝期之后的LAI与LAD,延缓了衰老,以NTSS、NTS延缓衰老作用突出;NTSS、NTS和TIS处理玉米全生育期的平均叶面积指数(MLAI)比CT分别提高12.8%、19.1%和7.0%,总光合势分别提高12.9%、18.6%和6.8%,免耕秸秆还田(NTSS和NTS)提高MLAI和LAD的效果最好。免耕秸秆还田提高了玉米全生育期的平均净同化率(MNAR),以NTSS提高作用明显,较CT高10.7%;但净同化率(NAR)表现为吐丝期之前增大,吐丝期之后降低。NTSS、NTS提高了后作玉米的籽粒产量,比CT分别高13.0%、15.6%,TIS比CT提高7.9%,NTS增产效应最大。不同秸秆还田及耕作方式下,玉米籽粒产量与MLAI、穗数(EN)、穗粒数(KNE)呈极显著正相关性,与收获指数(HI)呈显著正相关性,但与MNAR无显著相关性。MLAI、EN、KNE增加、HI提高是前茬小麦免耕秸秆还田提高后作玉米产量的主要原因。前茬秸秆免耕还田优化后茬玉米主要产量性能指标的效果最好。因此,前茬小麦25 cm秸秆覆盖免耕还田是绿洲灌区优化后作玉米产量性能指标及获得高产的可行栽培措施。     

小麦间作玉米农田耗水特性及产量变化对根系分隔的响应

通过田间试验,研究了小麦间作玉米塑料薄膜隔根(PW//C)、尼龙网隔根(NW//C)、不隔根(W//C)及单作玉米(C)和单作小麦(W)对土壤水分、棵间蒸发和水分利用效率的影响。结果表明,根系分隔显著影响作物的耗水特性,从而显著影响作物产量及水分利用效率的提高。小麦收获前,W//C、NW//C和PW//C处理玉米带土壤水分含量均高于小麦带,分别提高2.38%、3.82%和6.13%;小麦收获后,NW//C和PW//C处理玉米带土壤水分含量却均低于小麦带,分别降低5.41%和16.07%,而W//C处理玉米带和小麦带间水分差异不显著。根系分隔显著增大了间作模式的作物棵间蒸发量,NW//C和PW//C较W//C处理分别显著提高6.71%和20.13%。以单作小麦、单作玉米加权平均为对照,W//C、NW//C和PW//C处理分别显著提高经济产量33.60%、26.93%和24.69%,增大耗水量-0.2%、1.02%和6.69%,显著提高水分利用效率34.93%、26.67%和17.80%。W//C处理较NW//C和PW//C处理分别提高经济产量5.25%和7.14%,降低耗水量1.21%和6.64%,提高水分利用效率6.52%和14.54%。     

前茬小麦秸秆处理方式对河西走廊地膜覆盖玉米农田土壤水热特性的影响

【目的】农田土壤水热特性是决定作物生长发育和资源利用效率的关键因素,研究前茬处理方式对后茬农田土壤水热特性的影响,为试区高效麦玉轮作模式耕作措施的优化提供依据。【方法】在甘肃河西绿洲灌区,通过田间试验,研究前茬小麦秸秆不同处理方式和耕作措施（25 cm高茬收割立茬免耕-NTSS,25 cm高茬等量秸秆覆盖免耕-NTS,25 cm高茬等量秸秆翻压-TIS和传统低茬收割翻耕-CT）对后茬地膜覆盖栽培玉米农田土壤水热特性的影响。【结果】与CT相比,NTSS、NTS可提高后茬地膜覆盖玉米农田0-110 cm土层播种至苗期、拔节至大喇叭口期、吐丝至开花期的平均土壤含水量,分别高5.0%-7.8%、4.4%-5.4%和4.8%-7.1%,NTSS与NTS间的平均土壤含水量差异不显著;灌浆期内,NTS的土壤含水量比CT高4.7%,但NTSS与CT差异不显著,NTS具有保持后茬地膜覆盖玉米全生育期良好土壤水分含量的优势。NTSS、NTS减小了后茬地膜覆盖玉米吐丝期之前的耗水量,增大了吐丝期之后的耗水量,有效协调玉米生育前期与后期需水矛盾,以NTS的效果更突出。NTSS、NTS可有效改善后茬地膜覆盖玉米农田表层0-25 cm土壤的热量条件,NTS调控效应更强,2010年,NTS 8:00时的平均土壤温度比CT高0.76℃;2个试验年度内,NTS 14:00和18:00时的平均土壤温度比CT分别低3.67-3.87℃和1.19-1.30℃,说明前茬小麦秸秆免耕覆盖在昼夜低温期具有保温效应,而高温时具有降温作用。NTSS、NTS降低了后茬地膜覆盖玉米农田土壤积温,其中NTS处理玉米播种至拔节期、拔节至吐丝期、吐丝至灌浆末期的土壤积温比CT分别低67.1-76.2℃、29.3-50.5℃和46.7-75.3℃,降幅大于NTSS。从玉米不同生育时期平均大气-土壤温差可知,NTS在低温季有保持土壤温度的作用,在高温季节有相对降温的作用,是减少气温变化对玉米生长发育过度影响的重要机制。与CT相比,NTSS、NTS、TIS提高了后茬地膜覆盖玉米的籽粒产量,增产幅度为11.3%-17.5%,其中NTS两年籽粒产量最高,分别达到13 470和13 274 kg·hm^-2,较TIS高5.6%-9.0%。【结论】前茬小麦秸秆免耕覆盖（NTS）是绿洲灌区地膜覆盖玉米适宜的前茬处理措施。     

氮肥后移对绿洲灌区玉米干物质积累和产量构成的调控效应

【目的】针对绿洲灌区传统施氮技术下,全膜覆盖玉米生育后期土壤氮肥供应不足、早衰和减产等问题,探讨氮肥后移对玉米干物质积累和产量构成的影响,以期为优化试区氮肥管理提供理论依据。【方法】2012—2015年,于河西绿洲灌区进行大田试验,在总施氮量相同且基肥和大喇叭口期追肥分别占总施氮量20%和40%条件下,设3个施氮处理:氮肥后移20%(拔节肥10%+花粒肥30%,M1)、氮肥后移10%(拔节肥20%+花粒肥20%,M2)和传统施氮(拔节肥30%+花粒肥10%,M3),研究不同氮肥追施制度对玉米干物质积累动态和产量构成的调控效应。【结果】氮肥后移增大了玉米干物质最大增长速率和干物质平均增长速率,提前了干物质最大增长速度出现的天数。在氮肥后移20%施氮制度下,玉米干物质最大增长速率和干物质平均增长速率分别较传统施氮处理提高15.6%和6.6%,玉米干物质最大增长速率出现的天数较传统施氮提前2.9 d。施氮制度对玉米生物产量、籽粒产量、收获指数、有效穗数、穗粒数和千粒重均有显著影响。氮肥后移20%施氮制度下,玉米生物产量较传统施氮处理高6.6%,但氮肥后移10%处理生物产量与传统施氮处理差异不显著;氮肥后移20%和10%处理玉米的籽粒产量分别较传统施氮处理提高14.1%和5.1%;氮肥后移20%施氮处理收获指数较传统施氮处理高7.5%,但氮肥后移10%施氮处理与传统施氮处理差异不显著;氮肥后移20%施氮处理下,玉米有效穗数、穗粒数和千粒重分别较传统施氮处理高8.9%、12.9%、5.8%,但氮肥后移10%处理的千粒重与传统施氮处理差异不显著。通径分析表明,氮肥后移主要通过提高有效穗数,进一步提高穗粒数和千粒重,从而提高产量。说明氮肥后移20%施氮处理通过优化玉米有效穗数、穗粒数和千粒重对产量产生了调控作用。【结论】在河西绿洲灌区,总施氮量450 kg·hm~(-2)时,玉米拔节期追肥45 kg·hm~(-2)、大喇叭口期追肥180 kg·hm~(-2)、花后10 d追肥135 kg·hm~(-2)为该区获得玉米高产的理想施氮制度。     

生物全降解地膜的降解过程及其对玉米生长的影响

生物全降解地膜可以有效解决白色污染问题,试验研究了生物全降解地膜的降解过程及其对玉米生长的影响.结果表明:生物全降解地膜的降解过程由破孔出现开始,然后逐渐变大并出现裂口,到作物收获时,暴露在地表的地膜大量破碎成小块;扫描电子显微镜(SEM)观察表明:田间降解170 d后,生物全降解降解地膜表面开始出现大小不等的孔洞;生物全降解地膜在玉米生长前期保温、保水的效果显著,到中后期增温作用不明显;覆盖生物全降解地膜具有极显著增产效果,与普通地膜之间差异不显著.     

武威绿洲灌区冬小麦田土壤水热特征对耕作措施的响应

通过田间定位试验,研究了内陆河武威绿洲灌区不同耕作措施对冬小麦田土壤水热特性和产量的影响。结果表明:免耕秸秆覆盖(NTS)和免耕立茬(NTSS)处理较免耕秸秆不覆盖(NT)、传统耕作(T)和秸秆翻压(TIS)处理具有显著的保墒作用;冬小麦返青至收获期NTS和NTSS处理对土壤具有"降温作用",且气温越高"降温作用"越大;NTS和NTSS处理有利于提高冬小麦产量、穗粒数和千粒质量,分别较T处理显著提高产量15.65%~16.84%和6.98%~12.75%、穗粒数10.93%~12.34%和3.57%~23.41%、千粒质量7.85%~10.13%和5.57%~6.40%,分别较TIS处理提高产量8.01%~11.29%和2.94%~4.25%、穗粒数1.83%~9.50%和0.95%~13.28%、千粒质量1.77%~7.69%和0.40%~3.23%,分别较NT处理提高产量4.56%~9.23%和0.92%~1.04%。免耕秸杆覆盖和免耕秸杆立茬处理具有保水、降温、增产的作用,是适宜该区冬小麦生产的有效耕作措施。     

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。     

根间作用及供水水平对玉米豌豆间作中豌豆结瘤特性的影响

以玉米间作豌豆为研究对象,在隔根和不同灌水水平下,研究了根间作用和水分对间作豌豆根瘤数及根瘤重的影响,分析了根瘤数和根瘤重与豌豆产量的相关关系,以期为干旱条件下提高间作豆科的结瘤固氮能力提供理论依据。结果表明:1)与玉米间作不利于豌豆根瘤的形成,单作豌豆根瘤数较未隔根、部分隔根和完全隔根间作豌豆的根瘤数分别高16.0%-17.8%、26.2%-59.5%和37.9%-69.9%,根瘤重分别高26.9%-49.9%、129.2%-155.2%和170.6%-136.9%。2)间作群体内,充分的根间作用有利于增加豌豆的根瘤数和根瘤重,未隔根与完全隔根间作豌豆相比,其根瘤数和根瘤重分别高18.8%-45.6%和58.6%-124.9%。3)增加灌水有利于增加豌豆的根瘤数和根瘤重,但间作加剧了干旱对豌豆结瘤数的不利影响。4)间作具有显著提高豌豆产量的优势,未隔根、部分隔根和完全隔根间作豌豆的产量较单作豌豆分别提高了22.6%-30.8%、19.0%-24.5%和6.6%-14.0%,灌水量越大、根间作用越充分,间作豌豆增产越高。5)间作豌豆的产量与根瘤数、根瘤重呈显著的二次曲线相关,保持适量根瘤数是获取间作豌豆高产的可行途径之一。     

根间作用与密度协同作用对小麦间作玉米产量及产量构成的影响

密植是间作模式下重要的增产增效技术措施,本研究旨在探讨间作适应密植的产量构成响应机制。2014—2015年连续两年在河西绿洲灌区进行田间试验,设计不隔根、尼龙网隔根(阻断根系交叉,仅有水分养分的交流)和塑料布隔根(完全阻断)3种根间作用方式,及2个玉米种植密度(9.0万株hm~(-2)和10.5万株hm~(-2)),测定地上、地下部互作对小麦间作玉米产量及产量构成因素的影响。与单作相比,地上、地下部完全作用时间作优势提高48.3%,密度增加使其间作优势增加9.7%,地下部互作对间作优势的贡献率为21.0%,增加密度使其贡献率提高5.0%,根系交叉叠加对间作优势产生的补偿效应为9.0%,地下部水养分交流互补效应为11.1%。地上、地下部完全互作下混合籽粒产量相对于单作增幅最大,高、低密度下增幅分别达58.8%~62.2%和36.1%~36.8%;间作中地下部分对小麦组分籽粒产量的贡献率为26.5%~31.5%,其中根系穿叉产生的补偿效应为12.9%~13.2%,地下部水分养分交流互补效应为12.2%~16.0%;地下互作对玉米组分籽粒产量的贡献率为9.7%~22.6%,增加密度使地下互作贡献率提高7.0%~11.0%;密度提高对不隔根和尼龙网隔根产量的贡献率分别18.1%~23.3%和12.5%~21.5%,说明根间完全作用有利于密度正效应的发挥。地下互作对小麦穗数贡献率为5.5%~11.4%,密度对小麦地下部贡献率影响差异不显著,地下互作对玉米穗数的贡献率为12.5%~16.3%,增加密度使地下互作贡献率增加3.6%~14.1%。通径分析进一步表明,不同根间作用及密植效应下间作小麦、玉米主要通过提高单位面积穗数来提高籽粒产量。本研究表明,增加密度可显著增加间作优势和地下部贡献率,地上地下完全互作有利于密植效应充分发挥,可为进一步发掘密植条件下的间作优势机理提供理论依据。