海河平原秸秆覆盖和春季灌水对小麦玉米产量和水分利用的影响

针对海河平原水资源短缺和小麦-玉米水分利用现状,通过2013—2015年大田试验,设置春季不灌水、春季不灌水+秸秆覆盖、春季1水、春季1水+秸秆覆盖四个处理,研究了春季灌水和秸秆覆盖对小麦-玉米两熟作物生长、产量和水分利用的影响。结果表明:灌水和秸秆覆盖效应主要体现在小麦拔节到开花期。小麦拔节~开花期,由于灌溉和秸秆覆盖保温保墒作用,两个生长季中,春季1水秸秆覆盖LAI高于1水不覆盖处理,但开花期后这种效应逐渐消失,花后10天和20天覆盖LAI低于不覆盖处理,且差异显著;春季不灌水由于水分胁迫,无论秸秆覆盖与否,LAI差异不显著。2013—2014年,和不覆盖相比,春季0水覆盖产量降低了1.46%,春季1水处理覆盖后降低了2.76%;2015年春季0水覆盖降低了2.78%,春季1水覆盖降低了1.11%。但春季灌溉1水后,与不灌水相比,2014年产量差异显著,2015年差异不显著。随着灌溉水量的增加,土壤耗水量减少,两年中小麦生长季土壤耗水量都表现为春季0水大于春季1水,且差异显著;相同水分条件下不覆盖大于覆盖处理,但差异不显著。不同处理小麦生长季土壤耗水量的差异及玉米生长期间的降水量共同影响了玉米土壤耗水量,覆盖处理的耗水量小于不覆盖处理。从水分利用效率看,小麦、玉米和周年土壤水分利用效率各处理间和年份间都没有显著差异。海河平原水分有限条件下,秸秆覆盖后在小麦需水敏感期限量灌水在保证产量基础上可降低耗水量,因此春季灌溉1水结合秸秆覆盖是实现本区域小麦-玉米种植制度节水的有效措施。     

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%。     

不同施氮水平下小麦/玉米套作群体产量和水氮利用

通过2018—2020年连续两年田间试验,以小麦/玉米套作群体为试验对象,研究N0、N1和N2 3个水平下（施N量分别为小麦0、120 kg·hm^-2和240 kg·hm^-2,玉米0、180 kg·hm^-2和360 kg·hm^-2）小麦/玉米套作群体产量、土地当量比与土壤水分利用的差异。结果表明：小麦/玉米套作具有明显的产量与水分利用优势,与单作相比,套作小麦产量提高21.34%~27.80%（P＜0.05）,产量优势主要来源于边1行与边2行的增产,而套作玉米表现受氮肥供应的调控,在N0与N1水平下套作产量减少3.02%~11.43%,仅在N2水平下高于单作玉米;小麦/玉米套作群体的土地当量比（LER）在1.04~1.16,具有土地利用优势;在相同产量下小麦/玉米套作群体比单作群体的耗水量更少,水分利用效率更高,其中在N1水平下耗水量减少最为明显,两年内平均减少消耗47.30 mm的水分,而水分利用效率比单作系统提高2.77%~6.46%,小麦/玉米套作群体在3个施氮水平下均表现出节水与水分利用优势;套作种植还可以提高小麦和玉米的氮肥农学利用率及小麦的氮肥偏生产力,两年内套作小麦的氮肥偏生产力和氮肥农学利用率最高可达64.17 kg·kg^-1和11.17 kg·kg^-1。因此在半湿润区雨养条件下具有发展小麦/玉米套作种植模式的可行性。     

渭北旱塬不同覆盖措施对小麦产量和水分利用效率的影响

为了揭示渭北旱塬覆盖对小麦产量和和水分利用效率的影响,通过田间试验研究了夏闲期和全年时期结合地膜全覆盖和地膜麦草双元覆盖下小麦产量、养分吸收和水分利用效率的差异。结果表明:全年覆盖和夏闲期覆盖均可提高小麦产量,其中全年地膜全覆盖处理小麦产量最高,达5 383 kg·hm~(-2),较传统耕作不覆盖增产15.4%;全年地膜全覆盖对小麦的农艺性状有显著改善作用,穗粒数和成穗数较传统耕作不覆盖增加16.3%和33.0%;全年地膜全覆盖小麦籽粒N、P、K养分吸收总量较不覆盖分别增加12.3%、21%、21.8%,茎叶N、P、K养分吸收总量较不覆盖分别增加55.1%、36.7%、29.3%;覆盖能显著提高小麦水分利用效率,以全年地膜覆盖处理水分利用效率为最高,较传统不覆盖提高了11.3%。总之,全年地膜全覆盖能够显著提高小麦产量和水分利用效率,改善小麦农艺性状,增加小麦籽粒和茎叶N、P、K养分吸收量。     

少耕留茬小麦间作玉米的耗水特性

2009—2010年,通过大田试验,在不同灌水梯度下,研究了少耕和秸秆覆盖对小麦间作玉米产量、耗水特性及水分利用效率的影响,旨在为高效节水间作技术体系的构建提供新思路。研究表明：间作处理的土地当量比(LER)为1.46～1.56,间作优势明显;高灌水平与低、中灌水平相比,少耕留茬间作及传统间作中,玉米组分经济产量平均提高44.4%和9.31%,小麦组分经济产量平均提高10.22%和2.36%;少耕留茬显著提高了小麦间作玉米播种前和收获后0～120 cm土层平均贮水量。少耕留茬、间作及灌水量均是影响小麦、玉米耗水量的主导因子,将少耕留茬集成于间作,并结合中灌水处理,为提高小麦、玉米WUE的最优组合。     

不同N、P、K配比对小麦、玉米光合生理及周年水分利用的影响

为探明不同N、P、K配比在等灌水量条件下对小麦、玉米光合生理特征及周年水分利用的机理,采用大田实验,研究了不同N、P、K配比对小麦、玉米光合生理、产量及水分利用等的影响。结果表明:在小麦、玉米关键生育期进行适量灌水并进行追肥,促进了小麦、玉米对水分和养分的吸收,实现水肥同步,改善其光合生理特征,促进节水增产。不同处理均显著提高了小麦和玉米的光合速率和叶片水分利用效率,且均以N3P2K2处理的光合速率和叶片水分利用效率最高(小麦分别为16.59μmol·m~(-2)·s-1和36.07μmol·mmol-1,玉米分别为29.26μmol·m~(-2)·s-1和27.1μmol·mmol-1)。同时,不同N、P、K配比均提高了小麦、玉米的成产要素。最终,以N2P2K2和N3P2K2处理的增产和节水效果最佳,其小麦、玉米单产和二者总产均高于其它处理,其小麦、玉米总产量分别较对照提高了30.3%和26.8%,周年水分利用效率分别较对照提高了30.5%和27.4%。而从经济的角度考虑,本文推荐的N、P、K配比为N2P2K2。     

不同土壤水分处理对夏玉米叶片光合等生理特性的影响

通过对防雨棚下测坑中种植的夏玉米设置不同的土壤水分控制下限指标试验,研究了土壤水分状况对夏玉米生理特性及水分利用效率的影响。结果表明,各生理指标有着明显的日变化特征,不同处理气孔导度(G s)峰值出现的时间早于光合速率(P n)和蒸腾速率(T r),在高水分条件下(T-80,土壤水分控制下限占田间持水量的80%,下同)T r峰值出现的时间滞后于P n,而T-60处理、T-50处理的T r峰值出现的时间早于P n,随着土壤水分胁迫程度的增加,G s、T r、P n的峰值有提前出现的趋势;不同处理细胞液浓度(CSC)的峰值及叶水势(LW P)的低谷均在14∶00左右出现。P n、T r、G s和LW P随土壤含水量的增加而增加,而CSC则下降。叶片水分利用效率LWUE(P n/T r)随光合有效辐射(PAR)的增加而增大,其峰值在10∶00左右出现,T-70处理的LWUE最高,T-50处理的最低。此外,通过对各处理的产量和产量水平水分利用效率(WUE)的分析得出,夏玉米节水高产的适宜土壤水分控制下限指标为田间持水量的70%。     

不同覆膜方式对旱地玉米生长发育、产量和水分利用效率的影响

针对甘肃陇东旱作区年降水量少、季节分布不均,特别是玉米生产春旱严重等问题,以露地平播为对照(CK),研究了双垄面全膜覆盖沟播,双垄面半膜覆盖沟播,宽膜覆盖平播,窄膜覆盖平播,全地面覆盖平播,膜侧播种等6种覆膜种植方式对旱作玉米出苗率、干物质积累量、株高、叶面积指数、生育时期、产量和水分利用效率的影响。结果表明,全膜双垄沟提高了玉米出苗率和出苗速度,提早成熟,整个生育期玉米株高、叶面积指数和干物质积累量始终大于其它处理,显著提高了产量和水分利用效率,是旱作区进一步挖掘降水潜力和高产田创建的有效途径。     

不同深松方式对玉米产量和水分利用效率的影响

由于我国北方地区长期采用小型机具进行耕作,导致农田耕层变浅、犁底层向上移动,土壤蓄水能力下降。为了明确不同深松方法对作物产量和水分利用效率的影响,提高作物抗旱能力和生产能力,本研究通过3 a定位试验,以春季旋耕为对照（CK）,研究了秋季全方位深松（BS）、秋季连年垄台深松（RS）、初夏连年垄沟中耕深松（FS）和秋夏年际交替间隔深松（AS）4种深松耕作方式的蓄水和增产效应。试验研究结果表明,可以将不同耕作处理土壤容重特征表述为：CK为上虚下实型、BS为均匀疏松型、RS为垄虚沟实型、FS为垄实沟虚型(相对RS)、AS为年际疏松交替型。BS、AS、FS和RS不同年份土壤平均贮水量较CK增幅的变化范围分别是10.9～23.2 mm、10.9～17.2 mm、9.0～15.7 mm和6.0～8.2 mm,尽管AS的容重在年际间存在更替变化,但对年际间土壤平均贮水量影响较小。总体上BS和AS土壤贮水量高于CK和RS,提高10.9～23.2 mm,能够为不同降水年型下玉米稳产提供保障。尤其相对于其他3种深松方式,AS处理3 a研究数据玉米持续保持着高生产能力和水分利用效率,较CK产量提高17.22%～28.65%,水分利用效率提高0.27～0.73 kg·m^-3; 2013年较BS的产量和水分利用效率差异不显著,其他两年分别提高1.00%～5.92%,0.06～0.20 kg·m^-3;较FS产量提高5.59%～13.50%,2014年水分利用效率差异不显著,其他两年提高0.20～0.43 kg·m^-3,因此AS是较为适宜的深松方式。     

节水灌溉对小麦旗叶主要光合参数和水分利用效率的影响

2007～2009年于山东省农业科学院作物研究所旱池,以济麦22为试验材料,研究了不灌水(W0)、拔节水60 mm(W1)、拔节水60 mm+开花水60 mm(W2)和越冬水60 mm+拔节水60 mm+开花水60 mm(W3)4个灌水处理对小麦旗叶荧光动力学参数、光合速率(Pn)、气孔导度(Cs)、胞间CO2浓度(C...     

北疆“一年两作”冬小麦-复播青贮玉米模式物质生产及资源利用率研究

为建立与农区畜牧业发展相适应的资源高效利用的新型饲料生产体系,满足市场对青贮玉米需求,2011—2012年在新疆天山以北地区对冬小麦-复播青贮玉米、单季冬小麦、单季青贮玉米不同模式的物质积累和生育过程的光、温资源的实际利用效率进行系统测定分析。结果表明,冬小麦-复播青贮玉米双季模式优于传统单季种植冬小麦模式,其全年干物质生产率提高84.8%、周年干物质产能提高87.8%,年总辐射利用效率提高87%,年总有效积温利用率103%。复播青贮玉米干物质生产效比春播率低7.1%,太阳总辐射生产率和温度生产效率复播比春播分别高0.12 g·J^-1和0.7 kg·hm^-2·℃^-1。因此冬小麦-复播青贮玉米具有高产高效特点,为一熟 农区畜牧发展提了一条新型饲料生产种植模式。     

施用有机肥和秸秆还田对旱地玉-麦二熟体系作物产量、品质和化肥效率的影响

为探明施用商品有机肥和秸秆还田对旱地夏玉米-冬小麦二熟体系作物产量、品质和肥料利用效率的影响,于2015—2020年度设置不施肥+秸秆不还田（CK）、施氮磷肥+秸秆不还田（NP）、施氮磷肥+秸秆不还田+商品有机肥（NPO）和施氮磷肥+秸秆还田（NPS）4个处理进行田间试验,测定并分析作物产量、氮磷肥农学效率、籽粒养分含量、蛋白质含量以及冬小麦籽粒中蛋白质组分含量。结果表明：（1）与NP和NPO处理相比,NPS处理夏玉米5 a平均产量分别显著提高21.33%和20.77%,周年产量分别显著提高9.99%和13.43%,但3个施肥处理间小麦产量差异不显著。（2）施用商品有机肥和秸秆还田对夏玉米、冬小麦的籽粒品质均有显著影响。与NP处理相比,NPO处理冬小麦籽粒各蛋白质组分含量提高5.69%~8.28%;NPS处理冬小麦籽粒氮含量、钾含量和各蛋白质组分含量分别提高4.68%、3.96%和7.75%~11.38%。相较于NPO处理,NPS处理冬小麦籽粒钾含量、谷蛋白含量、贮藏蛋白含量和谷醇比分别显著提高14.41%、9.86%、5.39%和9.65%,夏玉米籽粒蛋白质含量、产量和籽粒氮、籽粒磷含量以及周年蛋白质产量分别显著提高6.45%、28.89%、6.40%、23.08%和10.43%。（3）相较于NP和NPO处理,NPS处理夏玉米氮肥的农学效率分别提高118.35%和113.25%,周年氮、磷肥农学效率分别提高42.83%和64.36%、42.86%和64.27%,但3个施肥处理间冬小麦氮肥、磷肥农学效率5 a均值无显著差异。综合来看,长期施用商品有机肥和秸秆还田可改善冬小麦籽粒中的蛋白质组分特性,秸秆还田还能增加夏玉米籽粒钾含量和冬小麦籽粒蛋白质含量和蛋白质产量,秸秆还田较施用商品有机肥更利于提高旱地玉-麦二熟区作物产量、品质和肥料利用效率。综上所述,施氮磷肥+秸秆还田的管理模式更适宜在旱地玉-麦二熟区进行推广。     

Optimizing water and nitrogen inputs for winter wheat cropping system on the Loess Plateau,China

Optimal use of water and fertilizers can enhance winter wheat yield and increase the efficiencies of water and fertilizer usage in dryland agricultural systems.In order to optimize water and nitrogen(N)management for winter wheat,we conducted field experiments from 2006 to 2008 at the Changwu Agro-ecological Experimental Station of the Chinese Academy of Sciences on the Loess Plateau,China.Regression models of wheat yield and evapotranspiration(ET)were established in this study to evaluate the water and fertilizer coupling effects and to determine the optimal coupling domain.The results showed that there was a positive effect of water and N fertilizer on crop yield,and optimal irrigation and N inputs can significantly increase the yield of winter wheat.In the drought year(2006–2007),the maximum yield(Ymax)of winter wheat was 9.211 t/hm2for the treatment with 324 mm irrigation and 310 kg/hm2N input,and the highest water use efficiency(WUE)of 16.335 kg/(hm2 mm)was achieved with198 mm irrigation and 274 kg/hm2N input.While in the normal year(2007–2008),the maximum winter wheat yield of 10.715 t/hm2was achieved by applying 318 mm irrigation and 291 kg/hm2N,and the highest WUE was 18.69kg/(hm2 mm)with 107 mm irrigation and 256 kg/hm2N input.Crop yield and ET response to irrigation and N inputs followed a quadratic and a line function,respectively.The optimal coupling domain was determined using the elasticity index(EI)and its expression in the water-N dimensions,and was represented by an ellipse,such that the global maximum WUE(WUEmax)and Ymax values corresponded to the left and right end points of the long axis,respectively.Considering the aim to get the greatest profit in practice,the optimal coupling domain was represented by the lower half of the ellipse,with the Ymax and WUEmax on the two end points of the long axis.Overall,we found that the total amount of irrigation for winter wheat should not exceed 324 mm.In addition,our optimal coupling domain visually reflects the optimal range of water and N inputs for the maximum winter wheat yield on the Loess Plateau,and it may also provide a useful reference for identifying appropriate water and N inputs in agricultural applications.     

氮肥类型对夏玉米及后作冬小麦产量与水、氮利用的影响

研究了华北平原夏玉米季施用不同类型氮肥对当季与后作冬小麦及周年产量与水、氮利用的影响,结果表明:(1)随施氮量增大,夏玉米产量、耗水量与水分利用效率(WUE)增大,氮肥利用率(NUE)降低。夏玉米WUE与NUE受到氮肥类型的影响,WUE以复合肥处理较大,NUE以包膜尿素和复合肥较高,且存在较明显的基因型差异,WUE以郑单958较大,NUE以农大108较大;(2)夏玉米季施氮使冬小麦氮生理效率降低,氮肥效率增大,并显著影响冬小麦产量和WUE,但因夏玉米季品种、氮肥类型与施氮量不同而表现有差异。夏玉米季氮肥后效明显,但氮肥类型间差异显著,一般以尿素处理及包膜尿素与复合肥高N处理较大;(3)夏玉米—冬小麦轮作制度下,两季总产量、总氮素累积量、总耗水量及水、氮利用效率明显受到夏玉米季氮肥类型与施氮量的影响,且受到夏玉米基因型的影响。     

氮肥配施生物炭和脲酶抑制剂对夏玉米-冬小麦产量及氮素利用的影响

于2019—2021年采用再裂区设计,设置氮肥、生物炭和脲酶抑制剂3个因素,主处理设5个氮水平：0、75、150、225 kg·hm^-2和300 kg·hm^-2,副处理设2个生物炭水平：0 t·hm^-2和7.5 t·hm^-2,副副处理设2个脲酶抑制剂水平：0%和2%,共20个处理,研究氮肥配施生物炭和脲酶抑制剂对夏玉米-冬小麦轮作体系作物产量和氮肥吸收利用的影响。结果表明,施用生物炭显著提高夏玉米和冬小麦产量、植株氮素吸收量、氮肥表观利用率、氮素收获指数以及夏玉米地上部生物量,较不施生物炭处理分别增加4.4%和2.9%、2.3%和3.0%、25.8%和13.5%、4.9%和6.1%、4.5%;氮肥单独配施生物炭可显著提高夏玉米和冬小麦产量、植株氮素吸收量和氮肥表观利用率,且氮肥和生物炭具有显著的交互效应。施用脲酶抑制剂显著增加夏玉米植株氮素吸收量和氮肥表观利用率,较不施脲酶抑制剂处理分别提高1.5%和3.0%;氮肥单独配施脲酶抑制剂可提高夏玉米植株氮素吸收量和氮肥表观利用率,但氮肥与脲酶抑制剂无显著...     

施用硫肥对关中地区夏玉米硫素吸收及产量的影响

为了解关中地区小麦-玉米轮作条件下玉米硫素吸收及籽粒产量对不同施硫量的响应,于2011年6月-2011年10月进行单因素硫肥大田试验,设置0、37．5、75、112．5 kg S·hm-2和150 kg S·hm-25个施硫水平,研究夏玉米硫素吸收利用效率及干物质积累特征。结果表明：大喇叭口期玉米硫吸收强度最高,达到288．4～378．6 g·hm-2·d-1,施硫可提高玉米硫吸收强度。112．5～150 kg S·hm-2处理显著提高玉米群体干物质积累量;75～112．5 kg S·hm-2处理显著提高玉米籽粒产量,施硫水平达到150 kg S·hm-2时籽粒产量有下降趋势。玉米硫肥偏生产力和农学利用率随施硫量的增加而下降;玉米硫肥吸收利用率均在5％以下。结论：夏玉米对硫肥的响应明显,112．5 kg S·hm-2施硫量是当地夏玉米的适宜施硫量。     

局部灌水方式对冬小麦产量与水分利用的影响

以根系对土壤水分的吸收利用规律、土壤养分在土层中的分布规律和农田土壤蒸发特征为基础,研究局部不同节水高产灌水方式,是解决水肥异位问题和实现“浇作物”的新尝试。2000～2002年连续两年的试验结果表明,测坑内灌溉5水的处理与筒栽灌溉7水的处理有最高的产量和千粒重,适宜的灌水量是30mm。提高作物产量和水分利用效率的灌溉方式应该是灌水集中在作物主要根系分布层,实施高频局部灌溉。     

北方冬小麦品种(系)节水抗旱性研究

本研究选取中国北方不同生态型冬小麦品种(系)进行产量、收获指数、WUE、抗旱指数、冠层温度等指标和一些农艺性状的测定与分析,以评价参试品种的节水抗旱性。随着灌水量的增加,参试品种的产量均有不同程度的增加,由于参试品种对水分的敏感度不同,产量增加幅度也不尽相同。充分灌溉、自然降水与干旱胁迫处理洛旱6号产量均最高,分别为6 316.20 kg·hm~(-2)、2 538.75 kg·hm~(-2)、1 119.75 kg·hm~(-2)。充分灌溉处理周麦24对水分最为敏感,产量较自然降水处理增加44.12%;自然降水处理开麦20对水分最敏感,产量较干旱胁迫处理增加201.47%。通过产量、抗旱指数与灌浆期的冠层温度的相关性研究,发现产量与灌浆期的冠层温度呈极显著的负相关,与灌浆中期的冠层温度相关系数最高为-0.908。抗旱指数与灌浆后期的冠层温度呈极显著的负相关,相关系数-0.453,与灌浆前期和灌浆中期的冠层温度呈显著负相关,相关系数分别为-0.342、-0.366。