凹形圆盘式玉米垄作免耕播种机的设计与试验

针对东北垄作区免耕播种玉米存在的垄台清理效果差,机具堵塞严重,作业效率低等问题,设计了凹形圆盘式玉米垄作免耕播种机,研究了凹形圆盘式垄台清理装置,通过分析其运动特点,确定了其关键结构参数。在玉米秸秆覆盖的垄作地的试验结果显示,凹形圆盘式玉米垄作免耕播种机垄台清理效果好,能够有效防止秸秆堵塞,形成清洁种床。种肥间距为47 mm,均匀性好。土壤扰动量为22%,播种后种带秸秆覆盖率降低了75.9%,有利于提高苗期地温,改善播种质量,可较好满足东北垄作区玉米免耕播种的要求。     

东北地区垄作免耕覆盖模式对土壤理化特性的影响(英文)

为了实现东北垄作区的保护性耕作,针对目前生产上常规垄作与免耕覆盖垄作的保护性耕作模式,就2种不同模式对土壤理化特性的影响,深入东北三省保护性耕作示范区,进行田间实际试验和取样分析。对比结果说明免耕覆盖垄作模式较好地满足了玉米种子发芽的种床环境要求:在5~10 cm耕层温度超过10~12℃;土壤含水量达到13%以上;土壤紧实度上层疏松,下层紧实。并且与常规耕作比较提高了土壤有机质含量(1.43 g/kg)与N、P、K含量(22.32 mg/kg,2.05 mg/kg,3.11 mg/kg)。但是发现由于垄高(9.43~11.5 cm)低于常规垄作(13~18 cm)达到3.57~6.5 cm,而不利于垄作优势的发挥,建议加大东北玉米垄作免耕播种机的创新设计,以解决整机超重,压平垄台,压实垄沟的问题。研究结果可为东北寒地干旱区保护性耕作技术模式的推广应用提供理论依据。     

往复切刀式小麦固定垄免耕播种机

针对西北灌溉农业区固定垄保护性耕作条件下玉米秸秆覆盖地垄作免耕播种小麦存在的机具堵塞、垄形破坏等问题,设计了一种集切茬、播种和修垄于一体的往复切刀式小麦固定垄免耕播种机。该机通过利用动力切刀往复垂直切茬和刀刃型开沟器水平切茬相结合的方式实现秸秆防堵,同时采用圆柱熟地型修垄犁解决垄形修复问题。田间试验表明,该机能有效地解决玉米秸秆堵塞问题,防堵能力强,修垄效果好;播种、施肥平均深度分别为46 mm和91 mm,均匀性好,可较好地满足西北灌溉农业区小麦垄作免耕播种的要求。     

螺旋刀型垄台清理装置的设计与试验

针对现有玉米垄作免耕播种机存在的堵塞,功耗大,播种后种带存有大量秸秆影响播种质量等问题,研究设计了一种与玉米垄作免耕播种机配套使用的螺旋刀型垄台清理装置。在玉米秸秆覆盖垄作地试验结果表明,该装置的土壤扰动量约为18.3%～26%,秸秆覆盖率降低了35%～53%,能够满足免耕播种要求,有利于提高播种质量。相比条带旋耕式垄台清理装置,免耕播种机单位面积耗油量降低了13.8%,能够减少拖拉机的动力消耗。因此螺旋刀型垄台清理装置不仅解决了条带旋耕式垄台清理装置动力消耗大的问题,而且能够创造清洁的种床,对垄作保护性耕作技术的推广具有重要意义。     

东北典型黑土区土壤侵蚀过程顺坡起垄垄沟水力学特征分析

垄沟是垄作长缓坡耕地土壤侵蚀过程的重要汇流路径。明确垄沟的水力学特征,对于模拟东北典型黑土区垄作坡耕地土壤侵蚀过程至关重要。研究采用室内模拟降雨的方法,系统分析不同垄作方式、坡度、雨强等条件下垄沟的主要水力学参数和变量。结果表明:不同垄作方式下,坡面侵蚀量整体为窄垄宽垄无垄,并与坡度和雨强乘积呈线性正相关。水力半径随雨强和坡度的变化曲线呈对数关系;宽垄水力半径比窄垄高8.4%～11.6%,平均为10.0%。在坡度和雨强相同的情况下,宽垄垄沟糙率整体高于窄垄垄沟糙率;且在坡度递增后,宽垄垄沟糙率相较于窄垄垄沟减小幅度更弱。已有土壤侵蚀模型的坡面糙率建议取值低于本区实际观测值,需结合实际情况对其重新率定,其结果可为研究区土壤侵蚀过程模拟提供依据。     

干旱地区覆盖方式对土壤养分及马铃薯产量的影响

大田条件下,为研究不同覆盖方式对旱作区马铃薯土壤有机质、养分及产量的影响,试验设置白色半膜垄作(BB)、白色全膜垄作(BQ)、白色半膜垄作+垄沟秸秆覆盖(BJ)、黑色半膜垄作(HB)、黑色全膜垄作(HQ)、黑色半膜垄作+垄沟秸秆覆盖(HJ)、秸秆覆盖垄作(JL)及裸地垄作种植(CK)8个处理.结果表明:不同覆盖方式均能...     

垄作免耕技术对土壤水分和玉米产量的影响

摘要：该文以2006年建立的垄作少免耕定位试验田为研究对象,分析了传统垄作和碎秆全量覆盖垄作少免耕和高留茬垄作少免耕3种耕作方式对土壤水分以及作物产量等的影响,以建立适合玉米垄作体系的垄作播种技术。5 a长期定位试验结果表明,垄作少免耕种植模式能够改善土壤结构,增加土壤蓄水保墒能力,提高土壤水分利用效率;与传统垄作模式相比,碎秆全量覆盖和高留茬覆盖2种垄作少免耕模式的作物产量分别增加了4.1%～10.7%和1.9%～6.4%,土壤水分利用效率分别提高了5.4%～10.2%和4.1%～7.9%,其中碎秆全量覆盖垄作少免耕模式效果最为明显。研究结果可为辽宁省垄作播种模式的开展提供参考。     

生物炭覆盖垄沟集雨种植对集雨垄径流、土壤水热和红豆草产量的影响

为探索半干旱黄土高原区垄沟集雨种植的可持续性,寻求垄沟集雨种植红豆草的适宜生物炭覆盖类型和最佳垄宽,采用随机区组大田试验,以传统平作为对照,研究不同集雨垄覆盖材料[土壤结皮(土垄)、玉米秸秆炭土壤结皮(玉米秸秆垄)和牛粪炭土壤结皮(牛粪炭垄)]和不同垄宽(30 cm、45 cm和60 cm,沟宽均为60cm)对径流系数、土壤水热、红豆草干草产量和水分利用效率的影响。结果表明:土垄、玉米秸秆炭垄和牛粪炭垄的平均径流系数分别为29.7%、26.2%和25.1%。垄沟集雨种植增加根系层土壤含水量和垄上表层土壤温度,缓和沟中表层土壤温度极值,尤其生物炭覆盖垄沟集雨种植。与传统平作相比,土垄、玉米秸秆炭垄和牛粪炭垄的土壤含水量分别增加25.1mm、24.7mm和19.4mm,垄上表层土壤温度分别增加1.4℃、2.0℃和2.0℃。同一覆盖材料下,集雨垄径流系数、土壤贮水量和表层土壤温度均随垄宽增加而增加。与传统平作相比,土垄显著降低实际干草产量,玉米秸秆炭垄和牛粪炭垄显著增加实际干草产量,垄宽30cm、45cm和60 cm土垄的干草产量分别减少6.5%、12.1%和13.8%,玉米秸秆炭垄的干草产量分别增加19.7%、24.4%和22.5%,牛粪炭垄的干草产量分别增加8.0%、8.9%和6.8%。玉米秸秆炭和牛粪炭覆盖种植显著提高水分利用效率。与传统平作相比,玉米秸秆炭垄和牛粪炭垄的水分利用效率分别提高6.8～9.7 kg·hm~(-2)·mm~(-1)和4.4～4.8kg·hm~(-2)·mm~(-1)。玉米秸秆炭垄的实际干草产量和水分利用效率显著高于牛粪炭垄;同一覆盖材料下,不同垄宽对实际干草产量和水分利用效率的影响不显著。线性回归分析表明,当玉米秸秆炭垄宽49 cm (沟宽为60cm)与牛粪炭垄宽为41 cm (沟宽为60 cm)时,红豆草的实际干草产量均达到最大值。因此,在半干旱地区,生物炭覆盖垄沟集雨种植红豆草具有较好的增产效益,尤其秸秆生物炭覆盖种植。     

辽西坡耕地防蚀技术研究

针对辽西地区风蚀水蚀造成的水土流失及耕层变浅等问题,在当地开展了坡耕地防蚀技术研究,选取坡面径流小区进行试验研究,小区坡度10°,主处理为春灭茬垄沟种、秋留茬垄沟种、秋灭茬垄沟种;副处理为垄台浅中耕(10~15 cm)深松、垄台中耕不深松共6个处理。试验结果显示,通过深松灭茬耕作的处理平均径流量要明显小于不深松灭茬处理,在生长季进行中耕深松后,可实现垄沟和垄台互换,拦截水土效果明显,从而有效降低坡耕地土壤侵蚀强度、减少耕层土壤流失,保持耕层厚度。     

垄作不同土层施肥对小麦生长及氮肥肥效的影响

通过田间小区试验和微区筒15N示踪试验对垄作表层施肥（垄面下l～2cm土层处施肥）、垄作中层施肥（垄面下25cm土层处施肥）、垄作底层施肥（垄面下45cm土层处施肥）和平作表层施肥（常规耕作，1～2cm土层处施肥）的小麦生长发育及氮肥肥效的变化开展了研究。结果表明，在垄作条件下，施肥越深，氮肥利用率越高，即垄作表施（14.52％）＜垄作中施（16.53％）＜垄作底施（20.56％）;与其它处理相比，平作表施（23.78％）的氮肥利用率值最大。地上部生物量及叶面积系数在小麦各生育期通常是平作表施和垄作中施＞垄作表施和垄作底施。     

秸秆还田对土壤有机质和氮素有效性影响及机制研究进展

秸秆还田作为全球有机农业的重要环节, 对维持农田肥力, 减少化肥使用, 提高陆地土壤碳汇能力具有积极作用。秸秆还田主要通过增加土壤有机质和提高氮肥利用率来改善农田生产环境, 获得高农业生产能力。有效的秸秆还田能为土壤中的微生物提供丰富的碳源, 刺激微生物活性, 提高土壤肥力; 同时矿化的秸秆组分能促进土壤氮循环和矿化, 提高氮素有效性。秸秆还田能够促使集约化高氮输入的农田生态系统维持正常的碳氮比例, 减少氮素淋洗损失, 改善土壤结构板结和连作障碍等现象。目前我国农田秸秆还田率不足50%, 与欧美国家高达90%多的秸秆还田率相比, 还具有很大的发展潜力。因此加强我国秸秆还田率能够逐渐改变我国耕地土壤存在的有机质含量和品质下降、氮素损失严重等现象。目前应进一步深入研究秸秆还田对有机质及氮素有效性的影响机制, 并结合长期监测试验, 以及多种秸秆还田技术进行比较研究, 发展适合当地秸秆还田模式, 促进我国农业生态系统的可持续性。     

耕作方式对豫南雨养区土壤微环境及冬小麦产量的影响

针对豫南雨养农业区降水基本满足作物生长需求但年内和年际间分配不均、土壤耕性差的生态实际,为解决小麦播种期和冬春干旱以及改善耕层水、肥、气、热等因子提供理论依据。于2007—2015年,在豫南雨养农业区进行了连续9a的大田定位试验,研究了不同耕作模式对小麦生长季土壤水分、容重、温度及冬小麦产量的影响。试验共设置6个处理:T1(传统翻耕)、T2(不覆盖/不深松+覆盖/免耕)、T3(覆盖/不深松+不覆盖/免耕)、T4(不覆盖/深松+不覆盖/免耕)、T5(覆盖/深松+覆盖/免耕)以及T6(不覆盖/不深松+还田/旋耕)。结果表明,(覆盖/深松+覆盖/免耕)T5可以有效提高小麦播种期0~40cm土层的含水量,为麦播提供较好的水分基础,不同耕作方式处理对冬小麦越冬期和返青期土壤日平均温度影响较小,不足以对冬小麦发育进程产生影响。(覆盖/深松+覆盖/免耕)T5能够有效降低耕层0~20cm和0~40cm的土壤容重。覆盖/深松+覆盖/免耕处理的前3a,冬小麦产量较对照有所降低,从第4年开始较对照增产,2011—2015年增产幅度分别为2.02%、2.83%、10.93%、5.88%、1.97%。以上结果表明,通过T5(覆盖/深松+覆盖/免耕)的简耕覆盖技术可以有效利用降水资源、培肥地力,提高产量,具有节本增效的作用。     

陕北黄土丘陵区山地苹果园的土壤水分动态研究

掌握土壤水分特征是实现果园科学管理、有限雨水资源合理高效利用、保证果树高产优质的关键。以陕北米脂山地6年生红富士苹果园为研究对象,于2015年4月—2016年6月采用FDR、中子水分仪和烘干法相结合的土壤水分监测方法,分析了山地苹果园的土壤水分总体特征、单株不同位点的水分动态以及不同旱作措施(秸秆覆盖、起垄覆膜垄沟集雨、有机肥覆盖)的土壤水分环境效应。结果表明:陕北山地果园时段干旱严重,最严重的为苹果树新梢生长和幼果发育期;春季土壤干旱程度取决于上年入冬前土壤储水量高低。果园0~60 cm土层(根系分布集中层)水分随降雨量而变化,表现为较一致的季节变化特征;土壤水分的变化滞后于降雨变化,且降雨对土壤水分的影响随土层加深而减弱,100 cm深土层受降雨影响减弱,土壤剖面200 cm以下土层土壤含水量保持相对稳定。6年生山地苹果园土壤已经出现干化现象,且在90~300 cm存在明显的低湿层,土壤体积含水量常年处在12%以下。苹果树单株尺度范围内,土壤含水量随距树干距离增加单调递增;土壤水分的平均值处在距树干105 cm处;沿行向距树干不同距离位点的土壤含水量显著高于沿株向距树干等距离位点的含水量(P0.05)。秸秆覆盖、起垄覆膜垄沟集雨和有机肥覆盖措施相较于空白对照(不覆盖、不灌溉)均能有效改善土壤水分环境,缓解果树生育期内水分供需矛盾,其中起垄覆膜垄沟集雨措施的保墒效果最佳,建议陕北黄土丘陵区山地雨养苹果园采用起垄覆膜垄沟集雨的保墒措施。     

不同施肥处理土壤覆膜后秸秆碳对土壤有机碳的贡献

基于公主岭黑土长期定位试验站,利用13C标记的玉米秸秆进行田间原位培养试验,分析不同施肥处理土壤覆膜后秸秆碳在土壤的转化及其对土壤总有机碳(SOC)的贡献,以期为东北黑土区土壤培肥和碳的固存提供依据。结果表明:裸地土壤添加秸秆后不施肥(CK)与单施化肥(NPK)处理SOC的δ13C值显著高于有机肥配施化肥(MNPK)处理(P<0.05);覆膜土壤添加秸秆第360天SOC的δ13C值为-18.27‰^-17.19‰,且各施肥处理间差异不显著(P>0.05)。覆膜条件下土壤有机碳中秸秆碳(13CSOC)含量显著高于(P<0.05)裸地,尤其在第60天覆膜处理是裸地处理的1~3倍,说明覆膜改善了土壤的水热条件,促进了秸秆碳在土壤中的积累。裸地条件下CK、NPK和MNPK处理秸秆碳对土壤有机碳的贡献率平均分别为1.28%,1.32%和0.46%;覆膜条件下分别为0.81%,1.51%和0.97%。由上可以看出,无机氮、磷和钾养分的供应有利于秸秆碳在土壤的积累,对土壤有机碳库固定起着正反馈作用。     

不同覆盖措施对烤烟生理特性及经济性状的影响

试验研究了4种不同覆盖措施下植烟土壤地温、烤烟叶绿素含量、酶活性和丙二醛含量的变异。结果表明:整个生育期覆盖秸秆处理土壤5cm和10cm处地温低于覆盖地膜处理;与全生育期覆膜、全生育期垄上覆盖秸秆和旺长期揭膜培土3种处理相比,旺长期揭膜培土后垄上覆盖秸秆处理具有前期地温较高、中后期地温较低的特点,且该处理烟叶叶绿素含量、硝酸还原酶(NR)和过氧化物酶(POD)活性较高,而丙二醛(MDA)含量较低,其烤后烟叶的产量、均价、产值和上等烟比例等经济性状也均高于其他处理。     

秸秆还田与氮肥运筹对土壤水碳氮耦合及作物产量的影响

探究全覆膜双垄沟播栽培下玉米秸秆还田与氮肥运筹对土壤水、碳、氮及作物产量的影响,为内蒙古黄土高原秸秆还田氮肥合理施用和节氮、高效秸秆还田技术研发提供科学依据。对比分析了氮肥习惯施用(FN)、氮肥习惯施用配合秸秆还田(FNS)、氮肥高量施用配合秸秆还田(HNS)、氮肥后肥前移施用(RN)、氮肥后肥前移施用配合秸秆还田(RNS)5种不同耕作措施对玉米农田土壤水分、土壤碳氮、酶活性、微生物量及玉米籽粒产量的影响,并通过相关分析和通径分析进一步揭示土壤理化性质和生物学性质变化规律及其耦合效应,明确秸秆还田玉米田不同氮肥运筹方式下土壤水碳氮演变特征。结果表明,与不还田相比,秸秆还田可显著提高0～100 cm土层土壤水分含量,且玉米秸秆还田与全膜垄沟栽培结合后(FNS、HNS、RNS),二者的协同效应较单一地膜覆盖(FN、RN)增强了土壤纳雨增墒能力,为秸秆的正常腐解提供了适宜水热环境；秸秆还田下不同氮肥运筹处理较对照FN均可显著提高土壤有机质和全氮含量,其中以氮肥后肥前移施用配合秸秆还田和氮肥高量施用配合秸秆还田提升效果最显著,土壤过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶和碱性磷酸酶活性以及微生物量碳、氮明显增加,表现为0～20 cm土层大于20～40 cm土层,秸秆不还田氮肥习惯施用和氮肥后肥前移施用无显著性差异；土壤微生物量碳、氮与土壤酶活性和土壤碳氮呈显著或极显著正相关关系,且土壤微生物量碳、氮对土壤有机质、蔗糖酶、全氮和过氧化氢酶变化较敏感,对土壤性质变化具有一定指示作用。在产量方面,还田处理FNS、HNS、RNS较对照FN分别提高5.30%、10.93%、11.41%,且氮肥的常量投入即可获得较高的氮肥偏生产力。综合土壤因子、玉米产量和氮素利用率来看,秸秆还田条件下可通过调整氮肥的后肥前移平衡土壤碳氮收支,实现节本增产增效,同时提高氮肥利用率,是内蒙古黄土高原地区一种节氮、稳产、增效秸秆还田技术模式。     

补充灌溉、氮素营养与秸秆覆盖对冬小麦生长及产量的影响研究

大田试验研究补充灌水、施N肥与秸秆覆盖对冬小麦根系和地上部生长、产量及其构成因子的影响结果表明 ,施N肥对冬小麦生长发育和产量的效应最明显 ,单独覆盖秸秆或补充灌水基本无效甚至出现副作用。施用N肥和秸秆覆盖可促进冬小麦根系发育和地上部生物量累积。肥料供应充足时覆盖秸秆对冬小麦根系的作用与水分状况有关 ,土壤水分胁迫下秸秆覆盖效果不明显 ,此时施用N肥甚至出现一定负效应。水分充足与否 ,施N肥和秸秆覆盖均对冬小麦产量的形成有一定协同效应 ,补充灌溉与施用N肥和秸秆覆盖配合处理小麦产量最高。     

东北黑土区垄向的分布及其对土壤侵蚀的影响

垄作是东北黑土区一种非常普遍而重要的耕作制度,垄作方向(垄向)的分布及其水土保持作用研究,对于了解和改进黑土区的水土保持状况具有非常重要的意义。以典型黑土区东缘的宾县为研究区域,采用分层抽样的方法,提取了168个野外调查单元,通过野外实地调查和室内数据分析,研究了东北黑土区农地的地面坡度分布、垄向分布和垄向坡度分布,在此基础上根据不同坡度条件下的坡度因子公式求出农地的坡度因子和垄向坡度因子,探讨垄向的水土保持作用,得到以下研究成果:黑土区农地平均地面坡度为2.96°;黑土区中占农地75%的坡耕地中,顺坡耕作趋势明显,斜坡耕作非常普遍,随着垄向与等高线之间夹角的增大,坡耕地所占的比例也逐渐增大,垄向角在0°～15°间的坡耕地所占的比例约9.7%,仅为75°～90°间的一半左右;采用垄向坡度后,平均坡度为2.15°,仅为原来地面坡度的72%,坡度明显减小;在目前的垄作情况下,其水土流失量仅为顺坡耕作下的60%。上述研究表明:在东北黑土区,可以通过调整垄作方向而改进目前较严重的水土流失状况。     

低土壤肥力下秸秆还田和施钾对作物产量及土壤钾素平衡的影响

为了研究我国华北平原低肥力土壤条件下秸秆还田和施钾肥对作物产量和钾素平衡的影响,于2008年10月～2011年10月在中国农业科学院高新技术园区国家测土施肥中心实验室试验基地（河北省廊坊市）,通过3年6季的定位试验,比较了施钾与秸秆还田的增产效应、钾素吸收利用和作物土壤系统的钾素平衡状况。结果表明:在氮、磷肥充足的情况下,施用钾肥（NPK）、秸秆还田（NP+St）和秸秆还田配施钾肥（NPK+St）,均有明显的增产效应,表现为NPK+StNPKNP+StNP;不同施钾措施在夏玉米上的增产效果优于冬小麦;同一作物秸秆还田结合施钾肥的增产效果最好,降低了年度间的产量变异系数,在获得高产的同时,年际间产量稳定,有利于稳产;施钾肥和秸秆还田可显著提高小麦和玉米的钾素吸收总量; NPK+St、NPK、NP+St处理的钾素表观平衡系数分别为1.26,0.42,0.92。秸秆还田和施钾肥有利于钾素的收支平衡,减轻作物对土壤钾素的消耗,缓解土壤钾素肥力下降的程度,可维持土壤钾素肥力的稳定。     

低土壤肥力下施钾和秸秆还田对作物产量及土壤钾素平衡的影响

为了研究我国华北平原低肥力土壤条件下秸秆还田和施钾肥对作物产量和钾素平衡的影响,于2008年10月～2011年10月在中国农业科学院高新技术园区国家测土施肥中心实验室试验基地(河北省廊坊市),通过3年6季的定位试验,比较了施钾与秸秆还田的增产效应、钾素吸收利用和作物-土壤系统的钾素平衡状况。结果表明:在氮、磷肥充足的情况下,施用钾肥(NPK)、秸秆还田(NP+St)和秸秆还田配施钾肥(NPK+St),均有明显的增产效应,表现为NPK+St>NPK>NP+St>NP;不同施钾措施在夏玉米上的增产效果优于冬小麦;同一作物秸秆还田结合施钾肥的增产效果最好,降低了年度间的产量变异系数,在获得高产的同时,年际间产量稳定,有利于稳产;施钾肥和秸秆还田可显著提高小麦和玉米的钾素吸收总量;NPK+St、NPK、NP+St处理的钾素表观平衡系数分别为1.26、0.42、0.92。秸秆还田和施钾肥有利于钾素的收支平衡,减轻作物对土壤钾素的消耗,缓解土壤钾素肥力下降的程度,可维持土壤钾素肥力的稳定。