轮作模式与周期对黄土高原旱地小麦产量、养分吸收和土壤肥力的影响

【目的】粮草轮作、粮豆轮作是黄土高原旱地区常见种植制度,本文利用长期定位试验探索该地区轮作制度和茬口年限对小麦产量、养分吸收和土壤肥力的影响,以期优化旱地作物种植制度。【方法】长期定位试验始于1984年,试验设8个处理:对照(小麦连作,CK),粮草长周期轮作(3组种植方式:2茬小麦→4茬苜蓿→1茬马铃薯→小麦,WAT1;小麦→4茬苜蓿→1茬马铃薯→2茬小麦,WAT2;4茬苜蓿→马铃薯→3茬小麦,WAT3),粮草短周期轮作(2组种植方式:小麦+红豆草→红豆草→小麦,WST1;红豆草→小麦→小麦+红豆草,WST2),粮豆轮作(2组种植方式:小麦+糜子→豌豆→小麦,WPT1;豌豆→小麦→小麦+糜子,WPT2)。小区面积66.69 m2,每个处理重复3次,随机区组排列。小麦收获后采集植物及土壤样品,测定小麦产量、籽粒和秸秆养分含量、土壤肥力性质。【结果】与小麦连作相比,轮作小麦籽粒增产1.47%~29.66%,秸秆增产2.17%~29.77%,粮草轮作增产效果更显著,轮作优势在豆科牧草后第二年最高,第三年减弱。粮草长周期轮作有利于小麦对N、K、Fe、Cu、Zn的吸收,吸收量在苜蓿茬后第三年第二年第一年;粮草短周期轮作可提高小麦对N、K、Fe的吸收量,红豆草茬后第1年吸收量稍高于后第二年;粮豆轮作有利于小麦吸收N、K、Fe、Mn,豌豆茬后第二年吸收量大于第一年。轮作制度和茬口年限对小麦微量元素养分收获指数的影响程度大于大量元素,粮豆轮作有利于N、P、Cu向籽粒转移,3种轮作制度下小麦K收获指数均低于连作小麦,粮草轮作中小麦Fe收获指数低于连作小麦。轮作后,土壤全氮增加11.54%~20.51%,碱解氮提高9.66%~21.56%;粮草短周期轮作对土壤有机质、氮素和速效钾的提升作用突出,但有效磷亏缺23.97%;粮豆轮作对土壤磷素累积和有效化作用明显,其有效磷比小麦连作增加45.52%。【结论】黄土高原旱地区增加小麦产量、改善籽粒矿质营养,实现土壤培肥的较优轮作模式为红豆草(2~4年)→小麦(2年),以4~6年为一个轮作周期,同时注意增施磷肥。     

硫素营养对小麦子粒氨基酸含量的影响

通过在缺硫农田进行2个品种的冬小麦试验,研究不同土壤供硫水平对冬小麦植株养分吸收及小麦子粒氨基酸和面筋含量的影响。结果表明,收获时小麦植株体内氮、硫的累积吸收量都受硫肥施用量的影响,但京冬8号氮、硫累积量随施硫量的变化趋势相反;而北农10号氮、硫累积量随施硫量的变化趋势一致;小麦子粒面筋几乎不受施硫水平的影响。北农10号小麦的17种氨基酸总量因施硫而明显提高,最高可提高1.97个百分点;当施硫量为60kg/hm2时,含硫的蛋氨酸含量比对照(不施硫肥)增加0.5个百分点。不含硫的天门冬氨酸、苏氨酸、丝氨酸、谷氨酸、甘氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸等含量因硫肥的施用而有所提高,但是达到最大含量的硫肥用量差别很大;京冬8号小麦的17种测定氨基酸中,含硫的胱氨酸含量增加百分率幅度最大,达7%～28%。     

黄土高原旱地长期施肥对小麦养分吸收和土壤肥力的影响

通过定位试验研究了长期施肥对小麦子粒、秸杆养分吸收和土壤肥力变化的影响。结果表明,合理施用化肥不但增产幅度大,还在一定程度上增加了小麦N、P、K养分浓度。单施氮、单施磷肥能增加小麦子粒和秸杆的N、P、K吸收量,氮磷肥配施增加效果显著,其子粒吸收N、P、K增加了153.2%、157.1%和162.4%。施有机肥能补充土壤中的N、P、K含量,增加小麦子粒中的养分含量,使品质有大幅度的提高。单施磷肥的土壤有机质、全P、速效P含量增加,土壤全N、速效N含量减少,N素亏缺。氮磷肥配施加剧了土壤K的亏缺。有机肥培肥作用显著,有机肥和氮、磷肥配施的土壤有机质、全N、全P、速效N、速效P和速效K分别增加了69.0%5、7.5%、54.8%、73.1%、830.5%和119.1%。     

添加乳酸菌和葡萄糖对苜蓿青贮品质的影响

初花期收获的苜蓿经过0h、8h和32h的晾晒(干物质含量分别为27.15%、38.45%、50.87%),添加不同含量的乳酸菌 葡萄糖(0、105cfu/g 20g/kg、106cfu/g 15g/kg、107cfu/g 10g/kg)进行青贮,其品质测定结果表明:无添加剂直接青贮时,苜蓿低水分(干物质含量为50.87%)青贮的效果最好,其青贮综合评定为82分;添加乳酸菌 葡萄糖青贮时,3种不同干物质水平中以凋萎苜蓿(干物质含量为38.45%)青贮后青贮料的青贮品质和综合评定最好;苜蓿较低干物质含量(27.15%)条件下,适中的乳酸菌和葡萄糖添加量(106cfu/g 15g/kg)可以得到最好的青贮效果和最高的综合评分;而在干物质含量为38.45%和50.87%条件下,乳酸菌和葡萄糖添加量为107cfu/g 10g/kg时,可以得到较好的青贮效果和最高的综合评分。     

2003年-2009年中国旱地小麦品种蛋白质品质分析

本试验研究近3年来中国不同区域旱地小麦蛋白质品质变化规律,研究结果可为小麦品种改良和食品加工提供理论依据.通过对2003年-2009年我国4个国家区域试验冬、春小麦旱地组的217个区试品种(系)小麦样品的籽粒蛋白质含量、湿面筋含量、沉淀值、稳定时间和最大拉伸阻力进行分析.结果表明:旱地春小麦的蛋白质含量、湿面筋含量、面团稳定时间平均高于旱地冬小麦,3项指标以东北春麦旱地组最高;按照稳定时间、蛋白质含量、湿面筋含量分类,强筋和中筋品种比例分别为12.4％和30.9％,弱筋小麦品种只占0.5％.比较9个品质指标品种间的变异,以面团稳定时间最大、容重最小.稳定时间的变异约为蛋白质和湿面筋含量的10倍以上,而后两者变异程度相近.     

化肥减量配施有机肥对旱地小麦产量、品质和水分利用率的影响

探讨有机肥与化肥配施对旱地小麦产量、品质和水分利用率的影响,为黄土丘陵区旱地麦田有机肥替代化肥比例和减小年际间产量波动提供理论依据.于2017—2019年,定位研究了常量化肥(B)、猪粪替代常量化肥(A1 B1,替代20％;A1 B2,替代30％;A1 B3,替代40％)和羊粪替代常量化肥(A2 B1,替代20％;A2...     

黄土高原沟壑区旱地施肥水平对小麦产量影响的趋势面分析

在陕西省长武县长期定位试验的基础上,研究了黄土高原沟壑区常态降水条件下旱地氮磷不同配比施肥对小麦产量的影响。利用趋势面分析,建立了黄土高原沟壑区旱地小麦产量的趋势面模型,找出该地区得到小麦产量较高的施肥配比,以及产量最大值时施肥配比。结果发现,施氮量178.169 kg/hm²,施磷量198.405 kg/hm²时小麦产量取得最大值(6152.6 kg/hm²)。可利用所得趋势面模型对常态年不同氮磷配比的小麦产量做出预测,为农业生产提供理论依据。     

黄土高原旱地不同施肥对土壤肥力与产量的影响

Long-term fertility experiments have become an important tool for investigating the sustainability of cropping systems. Therefore, a long-term (18-year) fertilization experiment was conducted in Changwu County, Shaanxi Province, China, to ascertain the effect of the long-term application of chemical fertilizers and manure on wheat yield and soil fertility in the Loess Plateau, so as to provide a scientific basis for sustainable land management. The experiment consisted of nine fertilizer treatments with three replicates arranged in a completely randomized design: 1) CK (no fertilizer); 2) N (N 120 kg ha-1); 3) P (P 26.2 kg ha-1); 4) NP (N 120, P 26.2 kg ha-1-2); 5) M (manure 75 t ha-1); 6) NM (N 120 kg ha-1, manure 75 t ha-1); 7) PM (P 26.2 kg ha-1, manure 75 t ha-1); 8) NPM (N 120 , P 26.2 kg ha-1, manure 75 t ha-1); and 9) fallow (no fertilizer, no crop). N fertilizer was applied in the form of urea and P was applied as calcium super phosphate. The results showed that precipitation had a large effect on the response of wheat yield to fertilization. Manure (M), NP, PM, NM, and NPM treatments significantly increased (P < 0.05) average yield. In the NP, PM, NM and NPM treatments, the percentage increases in yield due to fertilization were highest in normal years, and lowest in the drought years. Long-term P application enhanced soil available P markedly, and manure applications contributed more to soil fertility than chemical fertilizers alone. Chemical fertilizers applied together with manure distinctly improved soil fertility. The results also showed that the soil nutrient concentration changed mainly in the 0--60 cm layers and fertilization and planting only slightly affected soil nutrients below the 100 cm layers.     

施氮量对不同品质类型小麦子粒蛋白质组分含量及加工品质的影响

选用强筋小麦济麦20、中筋小麦泰山23和弱筋小麦宁麦9号,利用反相高效液湘色谱（RP-HPLC）方法测定了施氮量对不同品质类型小麦子粒蛋白质组分含量和高分子量谷蛋白亚基（HMW-GS）、低分子量谷蛋白亚基（LMW-GS）含量的影响,并分析其与子粒加工品质的关系。结果表明,随施氮量增加,强筋小麦济麦20和中筋小麦泰山23的子粒蛋白质含量及各组分含量均呈先增加后降低的趋势,施氮量为N 240 kg/hm2时,蛋白质各组分含量较高,加工品质较好; 过量施氮抑制了HMW-GS合成,这是过量施氮导致强筋和中筋小麦子粒蛋白质品质变劣的原因之一。随施氮量增加,弱筋小麦宁麦9号子粒的蛋白质各组分含量显著增加,加工品质变劣。增施氮肥,3个品种的谷蛋白和醇溶蛋白含量的增加幅度显著高于清蛋白+球蛋白含量,这是施氮改善强筋和中筋小麦子粒加工品质的主要原因。济麦20和泰山23两品种的总蛋白质含量及醇溶蛋白含量无显著差异,但强筋小麦济麦20的谷蛋白含量、贮藏蛋白、HMW-GS、LMW-GS、谷蛋白大聚合体（GMP）含量及谷蛋白与醇溶蛋白含量的比值（Glu/Gli）和HMW-GS与LMW-GS含量的比值（HMW/LMW）高于中筋小麦泰山23,这是强筋小麦济麦20加工品质形成及其面团形成时间和稳定时间显著高于泰山23的重要原因。     

旱作地区长期小麦连作和苜蓿连作土壤剖面的矿质氮研究

对不同施肥条件下23年小麦连作地和苜蓿连作地土壤矿质氮分布和累积进行研究,探讨种植浅根系和深根系植物对硝态氮淋溶的影响。结果表明,不施肥(CK)和单施磷(P)肥,小麦和苜蓿连作地土壤硝态氮主要集中在0—60 cm土层,0—60 cm土层以下硝态氮含量变化稳定并小于2 mg/kg。氮肥、磷肥和有机肥配施(NPM)时,小麦连作地土壤硝态氮累积在20—100 cm和140—320 cm土层,年累积速率可达42.12 kg/(hm2.a);苜蓿连作土壤硝态氮主要集中在0—60 cm土层,仅在200—300 cm土层出现轻微累积,年累积速率仅为1.01 kg/(hm2.a)。在不施肥和单施磷肥下,种植小麦或苜蓿对土壤硝态氮残留量影响不显著,而氮、磷和有机肥配施时,小麦连作地土壤硝态氮残留量迅速增加,并与不施肥、单施磷肥处理有显著差异;苜蓿连作地土壤硝态氮残留量虽有少量增加,但与不施肥、单施磷肥处理无显著差异。不施肥、单施磷肥和氮、磷和有机肥配施,小麦连作、苜蓿连作地土壤剖面铵态氮含量主要在10—20 mg/kg之间波动,在土壤剖面无明显的累积现象,铵态氮残留量受施肥和作物种类的影响不显著。     

黄土高原旱地不同种植模式土壤碳特征评价

增强农田土壤碳固持能力、增加碳贮量是减少温室效应气体排放,提高土壤生产力的重要措施。利用黄土高原23 a的定位试验,分层采集休闲、苜蓿连作、玉米连作、小麦连作、豌豆-小麦-小麦-糜子（豆禾）及玉米-小麦-小麦-糜子（禾谷）轮作条件下0～40 cm土层的土样,研究了作物种类和种植模式对土壤不同形态碳的影响。结果表明：与休闲相比,不同作物长期连作或轮作显著提高0～40 cm土层各种形态碳的质量分数,总碳提高35%～74%,有机碳提高47%～139%,无机碳提高20%～26%,轻质有机碳提高的幅度最大,是休闲的     

甘肃省黄土高原旱地冬小麦—玉米轮作制长期定位施肥的增产效果

在黄土高原冬小麦—玉米轮作制中通过连续24年的田间试验,研究了旱地长期定位施肥的增产效果。结果表明,各肥料处理的产量大小及其增产趋势是基本一致的,干旱年和正常年为MNP>SNP>NP>M>N>CK;丰水年为NP>MNP>SNP>M>N>CK。干旱年产量降低顺序为N>NP>CK>M>MNP>SNP;丰水年产量增加顺序是N>CK>NP>M>MNP>SNP。降水对化肥尤其是氮肥的增产效果有明显的影响,而有机肥+化肥处理(SNP、MNP)的产量受降水影响较小。在肥料的增产中,化肥(NP)的平均贡献率56.28%,土粪(M)43.72%。在干旱、正常、丰水年型中,化肥的贡献率依次是53.25%、54.00%、59.93%,土粪为46.75%、46.00%、40.07%;NP处理中,N的贡献率依次为19.48%、34.76%、49.61%,而P(P2O5)的贡献率为80.82%、65.24%、50.39%,尤其是干旱年份P的贡献率高达88.4%～145.6%;秸秆(SNP处理)在丰水年的增产贡献率为31.42%,与土粪在对应年份的贡献率相差不大,但正常和干旱年增产贡献率达到66.46%和83.63%,较土粪处理的贡献率提高20.46%和36.88%。随着施肥年限的延长,长期施用氮肥增产作用下降,而秸秆还田及有机无机配合则有逐年递增趋势。     

黄土高原旱地冬小麦/夏玉米轮作体系土壤的氮素平衡

在黄土高原南部旱地,通过田间小区试验研究了传统施肥方式下冬小麦/夏玉米轮作体系中土壤的氮素平衡。结果表明:土壤残留矿质态氮(Nmin)对作物产量和施用氮肥效果有重要影响,前季作物残留土壤Nmin可以促进后季作物生长,使氮肥增产效应不明显;冬小麦生长季节施氮240.kg/hm2可以增加产量和作物吸氮量,但其氮肥利用率只有39.7%,大部分以Nmin残留于0200cm土壤中或以其他途径损失;由于冬小麦季节残留肥料氮的后效,使夏玉米生长季节的氮肥利用率很低,施氮120和240.kg/hm2的氮肥利用率分别只有22.4%和3.9%,而在0200cm土层残留率则达到51.1%和87.2%;经过冬小麦、夏玉米一个轮作周期后,施氮量为240、360和480.kg/hm2时作物的氮肥利用率平均为52.2%4、2.2%和28.0%,而相应的土壤残留率平均为12.4%、25.3%和49.8%,表观损失率平均为35.4%、32.5%和22.2%。表明在土壤残留Nmin较高的条件下,夏玉米生长季节施氮量较低时盈余氮素以表观损失为主,施氮量高时大部分氮素残留于土壤剖面。     

轮作条件下免耕对黄土高原旱作土壤水分入渗特性的影响

为明确免耕轮作对旱作农田土壤水分入渗时空特征的影响,2005-2010年,在内蒙古清水河县进行了3种轮作模式(燕麦-大豆-玉米,大豆-玉米-燕麦,玉米-燕麦-大豆)下免耕留低茬(NL)、免耕留高茬(NH)、免耕留低茬覆盖(NLS)、免耕留高茬覆盖(NHS)和常规耕作(T)5种耕作方式对土壤水分入渗特性影响的研究。结果表明:免耕、轮作,特别是两者的叠加效应能明显提高土壤入渗能力,其中免耕结合燕麦-大豆-玉米模式对土壤入渗性能的改善作用最好。当0～20cm土壤质量含水率较高(低)时,土壤水分初始入渗率较低(高),而土壤水分稳定入渗率与质量含水率呈相同变化趋势,且随土层加深,土壤水分稳定入渗率整体呈降低趋势。轮作2个周期后NL、NH、NLS和NHS分别较T,土壤初始入渗率降低了18.60%、24.93%、27.31%和29.95%,土壤稳定入渗率提高了22.22%、34.61%、82.05%和104.70%。可见免耕轮作能明显改善土壤水分入渗特性。     

Mn与N、K配施对冬小麦子粒中氨基酸含量的影响

在潮土区采用分设正交区组三因素五水平通用旋转组合设计的田间试验,研究了Mn与N、K配施对冬小麦各项氨基酸指标的作用。结果表明,Mn与N、K配施同小麦子粒中各氨基酸含量的关系模型均达到10%以上的显著水平;氮、钾作用强度较大,锰相对较小;氮量偏低和钾量偏高都可能导致氨基酸含量急剧降低。合理的Mn与N、K配比可以显著提高小麦的营养品质;N、K2O和MnSO4.H2O施用量分别在105.66～194.07、155.55～222.93和60.63～82.72.kg/hm2范围内,小麦各项氨基酸指标均可获得较为合理的数值;其中,氮肥肥效最大,锰肥在氨基酸总量、必需氨基酸等营养品质的肥效上优于钾肥。     

根区水质模型在黄土高原旱区冬小麦氮肥管理中的适用性分析

为利用作物模型模拟寻找田间尺度上合理的氮肥管理措施,该研究利用黄土高原旱区多年冬小麦-春玉米轮作试验(2004-2011)和两年冬小麦施肥试验(2010-2012)对根区水质模型(root zone water quality model-version 2,RZWQM2)进行率定和验证,验证该模型在当地的适用性;并结合当地56 a历史气象数据,利用模型模拟研究旱区冬小麦在不同降水年型下最佳氮肥管理模式。结果表明RZWQM2在不同降水年型下均可以较好地模拟黄土高原旱区作物生长发育、产量指标和土壤水分的动态变化,并且能够较好地模拟不同施肥方式下冬小麦的产量和氮素指标;黄土高原旱区120~150 kg/hm~2(以N计)的底肥基本可以满足不同降雨年型下冬小麦稳产高产的需要;冬小麦单次追肥的最佳追肥时期为返青期至拔节期;在90 kg/hm~2底施氮肥的基础上,丰水年54~72 kg/hm~2的追氮量,平水年36~54 kg/hm~2的追氮量,干旱年18~36 kg/hm~2的追氮量,不但可以满足冬小麦高产的要求,并且维持氮素收获指数在较高水平。     

氮素营养对黄土高原旱地玉米产量、品质及水分利用效率的影响

20022003年在陇东旱塬的甘肃省农科院镇原旱农试验基地秋覆膜玉米地上进行了不同施氮量对旱地玉米产量、品质及水分利用效率影响试验。结果表明,不同年份氮肥用量对不同类型玉米品种产量均有极显著差异,但同一年份不同类型玉米品种或不同年份同一类型玉米品种产量无显著性差异。玉米产量随着施氮量的增加而提高,且每公斤氮肥增产量、水分利用效率(WUE)、光合速率(Pn)等均以中氮(N.180.kg/hm2)时最大。在中等氮肥水平以下,玉米子粒粗脂肪、粗蛋白和淀粉含量随施氮量的增加而提高,同时,歉水年份有利于容重、粗蛋白和淀粉的累积。     

黄土高原旱地长期轮作与施肥土壤微生物量磷的变化

土壤微生物量是土壤中植物有效养分的储备库,在土壤肥力和植物营养中具有重要作用[1].我国北方石灰性土壤微生物量磷为P 12.4～15.5μg/g[2],南方红壤的微生物量磷为P 12.2～31.5μg/g[3].Brookes[4]根据土壤微生物量的周转速率计算英国土壤年周转通量,发现微生物量磷周转足以提供草地所需要的磷素,即使在含量比较低的耕地土壤,微生物量磷也能够提供70%左右作物生长发育所需要的磷.可见,微生物量磷是植物非常重要的磷素营养来源.     

茬口和施氮水平对小麦品质性状及其变异系数的影响

通过在山西省临汾市尧都区建立夏季小麦收获后复播大豆、油葵、玉米和夏季休闲4个茬口,进行不同茬口、施N水平对下季种植的小麦品质性状及其变异系数的研究.结果表明:小麦千粒重、容重、蛋白质含量、沉降值及湿面筋品质性状等各茬口问存在差异,大豆茬口可较好地协调各品质性状.千粒重和容重在休闲茬口中均以高N水平(E、F)较高,而在其他茬口中则以低N水平较高;蛋白质含量、沉降值和湿面筋3个性状在4个茬口中的平均值则以高N水平(E)较高;茬口和施氮水平对各品质性状的变异系数影响分别为沉降值>湿面筋>蛋白质含量、沉降值>蛋白质含量>湿面筋.该项研究为专用小麦标准化生产提供了理论依据.