长期施肥下黄土旱塬黑垆土磷平衡及农学阈值

为研究长期施肥条件下土壤磷平衡和土壤有效磷对磷盈亏的响应,明确土壤有效磷(Olsen-P)的农学阈值及合理磷肥施用量,依托甘肃平凉肥料长期定位试验(始于1979),分析了黄土旱塬黑垆土36 a土壤磷盈亏动态、累积磷盈亏与有效磷的响应关系以及土壤磷残余,通过Mitscherlich方程模拟作物相对产量对土壤有效磷的响应关系,计算黄土旱塬黑垆土小麦和玉米的土壤有效磷农学阈值。结果表明:不施肥(CK)和单施氮肥(N)处理土壤磷始终亏缺,N处理每亏缺磷100 kg·hm~(-2),有效磷含量下降1.05 mg·kg~(-1);施磷处理土壤磷当季盈余4.3～207.9 kg·hm~(-2),累积盈余154.9～7 483.6 kg·hm~(-2),其中有机、无机配施(MNP)处理磷盈余最大;土壤累积磷盈余与土壤有效磷增量呈线性正相关,土壤中每盈余100 kg·hm~(-2)磷,秸秆还田配施化肥(SNP,磷肥隔年施)、氮磷配施(NP)、有机肥(M)和有机、无机配施(MNP)处理土壤有效磷分别增加7.55、2.47、0.28 mg·kg~(-1)和0.46 mg·kg~(-1);黄土旱塬黑垆土农田有效磷的小麦和玉米农学阈值分别为22.05 mg·kg~(-1)和13.96 mg·kg~(-1),MNP处理土壤有效磷含量已高于作物农学阈值,NP和SNP处理土壤有效磷含量达到小麦农学阈值分别需要21 a和24 a,达到玉米农学阈值分别需要2 a和8 a,M处理土壤有效磷含量已高于玉米农学阈值,还需要3 a可达到小麦农学阈值。当磷投入量每年平均达22.9 kg·hm~(-2)时,土壤磷呈持平状态;当磷用量达33 kg·hm~(-2)时,不仅作物产量较高,而且磷肥当季利用率也较高;当磷用量增加到233 kg·hm~(-2)时,作物产量对增加磷投入无响应,土壤磷残余超过90%,大量磷素累积在土壤中,增加了土壤磷素的流失风险。黄土旱塬小麦玉米一年一熟轮作黑垆土农田土壤有效磷农学阈值为13.96 mg·kg~(-1)(玉米)和22.05 mg·kg~(-1)(小麦),秸秆还田可促进旱地农田耕层土壤有效磷含量的增加。     

长期定位施不同氮源有机肥替代部分含氮化肥对陇东旱塬冬小麦产量和水分利用效率的影响

在陇东黄土旱塬覆盖黑垆土大田,利用陇鉴301进行了连续10年的定位试验,观测长期施用不同氮源有机肥(发酵有机肥、农家肥)或小麦秸秆还田各处理对冬小麦产量相关性状和水分利用效率的影响。结果显示,小麦产量和水分利用效率年际间变化较大,与降雨量有直接关系;不同有机氮源替代部分含氮化肥处理对提高冬小麦产量和水分利用效率具有明显作用。在干旱、平水和丰水年型,较不施肥对照分别增产53.1%~103.7%、40.3%~79.3%和73.1%~94.8%,较单施化肥对照分别增产6.6%~41.8%、7.0%~36.8%和-2.9%~9.3%。以发酵有机肥做替代物处理的产量和水分利用效率最高,增产幅度最大,10年平均产量较不施肥和单施化肥对照分别增加88.9%和25.4%,水分利用效率和边际水分利用率也最高,分别为10.8 kg mm~(-1) hm~(-2)和1.03 kg m~(-3);并且产量构成因素和植株生理指标也优于其他处理。因此,发酵有机肥是陇东半湿润偏旱雨养农业区(年降水量约550 mm)冬小麦生产上替代部分含氮化肥的首选有机氮源。     

制种玉米种子乳线发育的水氮效应

乳线是判定玉米成熟度的重要指标之一,为明确灌水和施氮对制种玉米种子乳线发育的影响,以‘郑单958’和‘先玉335’制种玉米为研究对象,设置充分灌溉(6 000 m3·hm?2,W6000)、中度胁迫(4 500 m3·hm?2,W4500)、重度胁迫(3 000 m3·hm?2,W3000)3个灌水梯度,不施氮[0 kg(N)·hm?2,N0]、中氮[225 kg(N)·hm?2,N225]、高氮[450 kg(N)·hm?2,N450]3个施氮水平,研究不同水氮应用对制种玉米种子乳线发育进程、籽粒含水量、百粒重、籽粒脱水和灌浆速率的影响。结果表明,不同制种组合在不同水氮条件下种子乳线发育表现出明显差异;不同水氮条件下‘郑单958’乳线发育进程历时18~24 d,较‘先玉335’的33~36 d短;随灌水量增加,‘郑单958’种子乳线发育有延迟趋势,而‘先玉335’种子乳线受灌水量影响不显著;在乳线同一发育阶段,灌水和施氮均对籽粒含水量无显著影响,百粒重均表现为施氮处理显著高于不施氮;不同灌水处理间,‘郑单958’种子在重度胁迫条件下的脱水速率显著高于中度胁迫和充分灌溉,施氮量间无显著差异,‘先玉335’种子脱水速率各灌水量间无显著差异;‘郑单958’种子的灌浆速率各灌水处理间无显著差异,充分灌水条件下,不施氮处理灌浆速率显著高于施氮处理,而‘先玉335’灌浆速率随灌水量增加而增加,同一灌水条件下均是中氮处理高于不施氮和高氮处理;‘郑单958’种子每脱水1%,籽粒百粒重增加幅度在0.37~0.88 g,而‘先玉335’在0.43~1.34 g。因此,‘郑单958’种子乳线发育受灌水影响显著,水分亏缺致使种子脱水加速,乳线进程加快;‘先玉335’种子乳线发育受氮素影响显著,氮素不足和过量均影响种子灌浆,延迟乳线发育。     

陇东旱塬冬小麦不同种植方式对产量及杂草发生的影响

采用裂区试验设计对陇东旱塬冬小麦夏覆膜秋穴播、秋覆膜穴播、露地条播3种不同种植方式及锄草效果进行研究的结果表明,不同种植方式中以夏覆膜秋穴播产量最高,平均折合产量达1 813.8 kg/hm2,其较秋覆膜穴播、露地条播分别增产261.0kg/hm2和728.7 kg/hm2,麦田杂草分别减少5.3株/m2和10.3株/m2,是一种最佳种植方式;同一种植方式下,进行人工锄草的产量和水分利用效率分别较不锄草的提高182.0 kg/hm2和1.20 kg/(mm·hm2),农田耗水量降低16.7 mm.     

覆膜时期和施氮量对陇东旱塬玉米产量和水氮利用效率的影响

目的以抗逆性强的紧凑型玉米品种先玉335为供试作物,研究施氮量、覆膜时期及其互作对陇东旱塬玉米生理指标、产量性状及水氮利用效率的影响,以期为陇东旱塬区玉米高产高效栽培提供理论依据。方法2012年11月至2019年11月,连续设置覆膜时期（春季覆膜和秋季覆膜）和施纯N量（0、75、150、225、300、375、450 kg·hm^-2）两因子的长期定位裂区试验,分析不同处理玉米生理指标、产量性状及水氮利用效率的变化。结果覆膜结合合理施氮可提高玉米光合速率和叶片叶绿素相对含量（SPAD值）,延长叶片持绿期,有效协调源库关系,增加穗粒数和百粒重。年份、施氮量及年份与施氮量互作均极显著影响玉米产量、穗粒数和百粒重,三者均随施氮量增加呈先增加后降低趋势。黄土旱塬玉米产量在施氮量150—450 kg·hm^-2范围内均显著高于75 kg·hm^-2的产量,以施氮量300 kg·hm^-2最高,为15 142.5kg·hm^-2,与施氮量225 kg·hm^-2无显著差异,显著高于施氮75 kg·hm^-2,施氮量进一步增加,增产效应逐渐降低,甚至减产。降雨年型及关键生育期降雨量与产量变化关系密切。尤其是7—9月降水量,特别是7月上旬（玉米抽雄—吐丝期）降雨量及降雨年型对陇东旱塬玉米产量影响较大。年份、覆膜时期、施氮量及年份与施氮量互作也极显著影响水分利用效率,秋覆膜较春覆膜水分利用效率显著增加8.6%。与施氮300 kg·hm^-2相比,施氮225 kg·hm^-2氮肥偏生产力、氮素生理利用效率分别提高28.6%、20.1%,平均氮肥利用率从34.8%提高到35.8%,可实现产量和氮素效率的同步提高。结论覆膜结合施氮150—225 kg·hm^-2可作为陇东旱塬雨养农业区较理想的高产高效栽培模式,干旱年份秋覆膜的增产效应更突出,生产中建议结合气象预测预报的降雨年型选择适宜的施氮量和覆膜时期。     

玉米地膜复合覆盖栽培技术

地膜覆盖栽培是有效保持寒旱区土壤水热条件、促进作物生产的措施之一。为解决长期覆盖普通地膜造成的土壤地膜残留污染及生物降解地膜破裂,且成本高的问题,通过多年试验研究,从地膜选择、肥料配比、绿色地膜复合覆盖技术、田间管理、地膜回收、秸秆与生物降解地膜还田等方面总结了寒旱区玉米普通地膜与生物降解膜覆盖栽培技术。     

长期施肥下黄土旱塬黑垆土供氮能力的变化

【目的】本研究以36年长期定位试验为依托,分析了不同施肥处理对黄土旱塬区黑垆土全氮、碱解氮、微生物氮以及硝态氮和铵态氮的影响,以期为黄土旱塬区耕地质量的提高和农业可持续发展提供理论依据。【方法】田间试验始于1979年,设6个施肥处理,即不施肥(CK);单施氮肥(N);氮磷配合(NP);秸秆还田加氮磷肥(SNP);单施农家肥(M);农家肥加氮磷(MNP),试验基本为4年冬小麦-2年春玉米的一年一熟轮作制。于每年作物收获后以20 cm为间隔分层采集各处理0-100 cm土层土壤样品测定其土壤全氮、碱解氮、微生物氮以及硝态氮和铵态氮含量。【结果】长期施用有机肥能够明显提高旱塬区农田耕层土壤氮的总贮量,M和MNP处理的耕层土壤全氮含量较试验开始时提高了34.0%和42.7%;长期施有机肥能提高土壤中氮素养分的供应能力,SNP、M和MNP处理耕层土壤碱解氮含量比CK分别提高27.1%、34.2%和65.0%,比N处理提高了28.5%、35.7%和66.8%,比NP提高19.8%、26.5%和55.5%;长期施有机肥能够显著增加土壤有效氮的活性库,SNP、M和MNP处理的耕层土壤微生物氮比CK分别提高了217.0%、147.6%、120.2%;SNP、M和MNP处理能够有效减少土壤剖面中硝酸盐淋溶和深层累积,长期不施肥和单施化肥0-20 cm耕层NO_3~--N含量显著减少,相对MNP减少了58.3%~61.7%,长期单施氮肥土壤剖面深层硝态氮累积量最大在80-100 cm处硝态氮量达到23.98 kg/hm2,是NP处理的近7倍、MNP处理的51倍,长期施用有机肥和秸秆还田大幅度提高了0-20 cm耕层土壤硝态氮含量,降低了NO_3~--N向深层的转移,80-100 cm土层NO_3~--N含量不足0.5 mg/kg;长期单施氮肥0-100 cm剖面各层NO_4~--N含量均高于其它处理。【结论】长期施用农家肥、农家肥与氮磷肥配施、秸秆还田与氮磷肥配施既能增加旱地农田耕层土壤氮库,又能提高土壤中氮素养分的有效性和供应能力、扩大土壤有效氮的活性库,同时又可减少NO_3~--N向土壤深层的淋移和累积,使土壤中更多的NO_3~--N保留在耕层,耕层土壤矿质氮的蓄保能力增强,提高肥料利用率高,是黄土旱塬耕地质量提高和农业可持续发展的科学施肥方式。     

耕作方式与长期定位施肥对雨养农田冬小麦产量的调控效应

为了明确西北黄土高原半湿润偏旱区耕作方式与长期定位施肥对冬小麦产量的调控效应,以设在半湿润偏旱区连续12年的耕作与肥料长期定位试验为平台,采用裂区设计,以传统耕作和免耕耕作为主处理,不施肥(CK)、单施无机氮肥(N)、单施无机磷肥(P)、单施有机肥(M)、无机氮磷肥配施(NP)、有机无机肥配施(NMP)为副处理,栽培制度为1年春玉米-3年冬小麦轮作,研究耕作及施肥措施对冬小麦产量的影响及其在生产年型间的变化关系。结果表明,不同年型及耕作方式均以有机无机配施冬小麦产量最高,有机肥单施高于化肥单施,磷肥单施高于氮肥单施。耕作方式间表现为传统耕作高于免耕耕作,年型间表现为丰水年>平水年>干旱年,耕作和施肥方式的增产效果以干旱年最好,平水年和丰水年差异不显著。有机无机配施与传统耕作结合优化了冬小麦冠层温度、叶绿素相对含量等生理指标,提高了光合速率、气孔导度及蒸腾速率,因而改善了有效穗、穗粒数和千粒重等产量性状而使冬小麦增产。在550 mm左右降水量的陇东旱塬雨养农业区,无论何种耕作方式及生产年型,长期采用有机无机或无机氮磷肥配施均表现出持续提高冬小麦产量的良好作用。因此,有机无机配施结合传统耕作是提高陇东半湿润偏旱区冬小麦产量的最佳耕作栽培模式。