减氮覆膜对黄土旱塬小麦产量构成及水肥利用效率的影响

为明确减氮测控定量施肥技术结合地膜覆盖措施对黄土旱塬冬小麦产量构成及水肥利用效率的影响,为旱地冬小麦减施氮肥及提高产量提供理论依据,于2013—2018年在晋南黄土旱塬冬小麦种植区,设置农户施肥种植模式、减氮测控施肥、减氮测控施肥+垄膜沟播和减氮测控施肥+平膜穴播4种处理,分析了在减氮覆膜条件下连续5年冬小麦产量构成情况、土壤水分和氮、磷、钾肥利用效率。结果表明:(1)减氮测控施肥较农户模式在减少氮肥施用量46.9%,平衡施用磷钾肥的情况下,冬小麦年均籽粒产量、生物产量和公顷穗数分别增加4.4%,4.0%和4.3%,氮肥收获指数和偏生产力分别提高4.3%和120.3%,同时促进了冬小麦地上部分对磷素和钾素的吸收量;(2)在减氮测控施肥基础上进行覆膜种植,地膜覆盖使水分利用效率和生育期耗水量分别增加13.8%~23.9%和7.1%~10.1%,氮肥收获指数提高1.7%~3.5%,偏生产力提高21.7%~41.4%,生理效率降低8.7%~16.8%,磷肥和钾肥的偏生产力分别提高22.4%~39.2%和19.3%~37.1%。地膜覆盖良好的水肥调节作用使垄膜沟播和平膜穴播的籽粒产量、生物产量、公顷穗数和千粒重较不覆膜分别增加21.0%,39.2%,18.2%,4.7%和23.5%,40.3%,27.6%,7.0%。因此,为了实现小麦增产和肥料增效,减氮测控定量施肥技术与地膜覆盖措施相结合的种植方式可以在黄土旱塬冬小麦种植区进行推广应用。     

渭北旱塬影响小麦产量的关键降水因子分析

水分是旱塬区作物产量的主要限制因子，不同小麦生产时段的雨量大小和分布对小麦产量的作用存在很大差异，通过双重筛选逐步回归方法，对不同施肥处理小麦产量与生育时段降水分析表明，小麦播前休闲期7、8、9三个月降水在决定来年冬小麦产量方面起关键作用，同时越冬期11月、1月、2月降水对小麦产量也有十分重要的影响，从统计学上认为上述关键期降水决定来年小麦产量，并不否认其它时期降水的重要性，只能认为其它阶段降水一般可以保证需要。     

旱塬冬小麦氮磷肥效及其利用率的变异性研究

多年试验研究结果表明,氮（Ｎ）磷（Ｐ）肥对旱塬冬小麦有显著增产效果,但其随小麦品种、年度波动性很大。Ｎ、Ｐ肥利用率年际间变化很大,且随其用量的增加而降低。１９８４～１９９５年（供试品种“长武－１３１”）Ｎ肥利用率变幅为６．４％～５８．６％,变异系数为４８．７％;Ｐ肥利用率变幅为３．７％～１９．８％,变异系数为３９．５％。１９９６～１９９８年（供试品种“长武－１３４”）肥料用量由４５ｋｇ／ｈｍ＾２增     

施肥和地膜覆盖对黄土旱塬土壤理化性质和冬小麦产量的影响

【目的】研究黄土高原旱作农业区施肥等措施对耕层土壤理化性质和作物农艺性状的影响,为保持土壤适度生产力,选择适合黄土塬区可持续发展的新型增产措施提供理论基础。【方法】通过设在渭北旱塬的多年田间定位试验,选取不施肥空白对照、施氮磷肥、施氮磷钾肥、氮磷肥加生物炭、氮磷肥加生育期地膜半覆盖和氮磷肥加夏闲期地膜半覆盖共6个处理,所有处理均在冬小麦收获后和播种前进行翻耕。分析了不同处理耕层土壤理化性质、冬小麦产量及农艺指标。【结果】与对照相比,施氮磷肥显著提高了耕层土壤饱和导水率,降低耕层土壤紧实度,显著增加冬小麦生育期耗水量,提高水分利用效率和降雨利用效率,显著提高了耕层土壤中有机质、全氮、硝态氮、铵态氮、全磷、有效磷等养分的含量,连续三年提高冬小麦的产量均在一倍左右。与氮磷肥处理相比,增施钾肥处理增加了冬小麦拔节期耕层土壤紧实度,却显著降低了收获期土壤容重、增加了总孔隙度,并显著提高了水分利用效率,在一定程度上增加了耕层土壤全氮、有机质含量,使冬小麦的叶面积指数显著增加,连续三年冬小麦平均产量达4500 kg/hm2;增施生物炭处理耕层土壤容重降至最低为1.16 g/cm3,增加了土壤总孔隙度,导致饱和导水率最大为0.049 cm/min,提高了水分利用效率;耕层土壤中的有机质、全氮、全磷、有效磷的含量有一定增加,冬小麦的产量有所提升;施氮磷肥基础上的生育期地膜半覆盖与夏闲期地膜半覆盖,均显著降低了耕层土壤饱和导水率,增加了土壤紧实度,提高了冬小麦水分利用效率,耕层土壤中有机质、铵态氮、速效钾的含量有所增加,全磷含量降低,土壤pH下降,除去受灾年份,冬小麦平均产量在4700～4800 kg/hm2之间。【结论】与对照相比,长期施用氮磷化肥显著提高冬小麦的产量,却导致土壤pH下降。在施氮磷肥的基础上增施生物炭,可以显著改善土壤物理化学性质,增加冬小麦产量,但其经济投入过高。在施氮磷肥的基础上,增施钾肥与生育期地膜半覆盖,改善了耕层土壤养分状况,有一定的经济效益,是适宜黄土塬区的冬小麦增产措施。     

秸秆覆盖对土壤环境及冬小麦产量状况的影响

在陕西乾县、武功等地设置田间试验。结果表明,夏闲期和冬小麦生长期采用秸秆覆盖,能显著降低土壤蒸发,增加土壤蓄水量,使土壤上层长期保持湿润状态。其中,以覆盖６０００ｋｇ／ｈｍ２秸秆为最好,夏闲末２ｍ土层可比不覆盖多蓄降雨４１．９ｍｍ,冬小麦增产１９．３％。此外,连续多年秸秆覆盖,还可改善土壤结构,培肥地力。     

生物降解地膜对黄土旱塬玉米产量及水分利用效率的影响

研究黄土旱塬不同厚度生物降解地膜对作物产量和水分利用效率的影响,为黄土旱塬区生物降解地膜应用提供参考依据。采用0.006、0.008、0.010 mm 3种厚度的生物降解地膜,以裸地为对照,测定不同处理土壤水分、植株性状、产量和水分利用效率等指标。结果表明,生物降解地膜厚度减薄会显著降低地膜对水分的保蓄能力,覆膜后150 d,0.006 mm生物降解地膜单株叶面积小于裸地,0.008、0.010 mm生物降解地膜单株叶面积较裸地分别增加20.2%、22.2%。覆膜后120 d,0.006、0.008 mm生物降解地膜叶片SPAD值与裸地没有明显差异,0.010 mm生物降解地膜叶片SPAD值较裸地增加4.2%。生物降解地膜厚度对春玉米产量和水分利用效率有显著影响,生物降解地膜越厚,春玉米产量和水分利用效率越高,但0.008、0.010 mm生物降解地膜在产量和水分利用效率上没有显著差异。     

根修剪对黄土旱塬冬小麦群体结构、土壤水分及产量形成的影响

通过田间试验研究了返青期不同程度根修剪处理对冬小麦群体结构、土壤水分及产量形成的影响.结果表明,不同程度根修剪处理均减少了小麦的群体数量,改善了群体结构,从而使得根修剪处理花期时的透光率显著大于对照.根修剪处理还使小麦对土壤水分的消耗显著减少,花期时根修剪处理小区的土壤含水量均显著高于对照.土壤水分的改善促进了小麦的生理活性,使根修剪处理小麦的花期光合速率均显著大于对照.成熟期时小剪根处理对籽粒产量没有显著影响,但由于显著减少了水分消耗,因此,提高了小麦的水分利用效率,大剪根处理虽然提高了小麦水分利用效率,但由于严重影响了成穗数,从而造成产量显著下降.研究表明,在旱地农业生产实践中,如果能采用适当农艺措施以减少冬小麦前期旺长对土壤水分的过度消耗,使更多水分留在花后利用,将对作物产量及水分利用效率的提高非常有利.     

黄土旱塬小麦生产管理专家系统的设计与实现

黄土旱塬小麦生产管理专家系统主要是根据我们的研究结果，并分析总结该领域专家的知识和经验所建立的一人专家系统。该系统在Ｗｉｎｄｏｗｓ（３．１）和 ＳＤＫ（３．１）支持下运用ＭｉｃｒｏｓｏｆｔＣ（６．０）编制而成，采用正向的精确和模糊推理机制，知识库主要由产生式规则构成，包含数学模型和知识模型。该系统要针对当地气候和生产条件，作出灵活的反应，采取相应的优化措施和生产安排，以获得最佳的产量和效益。     

施肥措施对黄土旱塬区小麦产量和土壤有机碳积累的影响

利用中国科学院长武农田生态试验站的长期田间试验（1984～2007年）,研究了小麦产量,耕层有机碳变化,评价了土壤管理和气候因素对土壤有机碳（Soil organic C,SOC）变化的影响。研究涉及6个处理:休闲地（F）、不施肥（CK）、有机肥（M）、氮肥（N）、磷肥（NP）和氮、磷、有机肥（NPM）处理。结果表明,施肥可以显著提高作物产量和SOC积累,CK、M、N、NP、NPM处理平均产量依次为1.5、2.6、2.0、3.3、4.0 t/hm2,2007年F、CK、M、N、NP、NPM处理0—20 cm土层SOC积累量依次为-1.09、0.76、8.59、1.02、3.42和9.5 t/hm2。作物产量与SOC含量呈显著的正相关关系（r=0.80）,有机碳输入量与SOC含量相关性更好（r=0.97）,外源有机碳的输入也是提高SOC的重要措施。施肥措施对作物固碳和SOC影响存在显著（P0.05）差异。土壤固碳速率（Y）与SOC输入量（X）符合线性方程Y=0.231X﹣0.0813（r=0.98）。施肥可以提高黄土高原半干旱地区土壤生产力和SOC的积累,且无机肥和有机肥配施效果最佳。     

玉米整秆带状覆盖量对旱地冬小麦土壤水分利用的影响

为明确西北黄土高原半干旱雨养条件下,玉米整秆带状覆盖适宜的秸秆覆盖量,以露地种植为对照(CK),研究了4种覆盖量(T_1:6 750kg/hm~2,T_2:9 000kg/hm~2,T_3:11 250kg/hm~2,T_4:13 500kg/hm~2)对旱地冬小麦土壤水分和产量的影响。结果表明:4种覆盖量较CK显著增产12.1%~23.3%,提高水分利用效率13.4%~26.8%。产量与单位面积穗数呈显著正相关(r=0.937),整秆带状覆盖较CK可显著(除T_3)提高单位面积穗数10.4%~19.0%,以T_2单位面积穗数最高。全生育期0—200cm土层平均含水量4种覆盖量均显著高于CK,较CK高0.7~1.0个百分点,以T_1土壤水分状况最好。4种覆盖量可显著改善灌浆前0—200cm土壤墒情,但从灌浆期开始0—90cm土壤含水量普遍不如CK。4种覆盖量间,以T_2全生育期0—60cm土壤墒情最好,且其增产和提高水分利用效率效果也最显著。     

黄土旱塬不同氮肥用量下冬小麦干物质累积和氮素吸收利用过程研究

利用旱作长期定位施肥试验研究了不同氮肥用量对冬小麦干物质累积和氮素吸收利用的影响,结果显示,不同处理下干物质累积变化趋势都呈"S"型曲线,且冬小麦各生育期干物质量,随氮肥用量的增加而增大,说明氮肥对促进冬小麦干物质累积作用显著。干物质累积速率均呈现明显的单峰曲线,拔节-灌浆阶段累积速率最大,是干物质累积的重要时期。小麦植株含氮量和氮素累积量都随氮肥用量增加而升高,在冬前-拔节期和开花-灌浆期两个阶段,冬小麦植株氮素累积量较大,累积速率快,是氮素吸收利用的两个关键阶段。     

有机肥的保水培肥效果及对冬小麦产量的影响

黄土高原连续3年的定位试验结果表明:旱地施用有机肥具有明显的培肥作用和蓄水保墒效果;平均每1hm²施有机肥112500kg,土壤有机质、全氮、速效氮、磷、钾含量试验后比试验前分别提高了36.4%、21.7%、49.7%、16.2%和44.2%,0～60cm土壤含水量比对照增加5.5mm;每1mm降水多生产小麦1.83kg,水分利用效率提高22%;小麦增产15.8%.施肥量与产量之间呈显着正相关。     

陇东黄土高原塬区冬小麦干物质增长规律分析

用Logistic生长曲线对陇东黄土高原塬区冬小麦干物质积累进行不同气候年型的模拟分析表明：干物质积累在拔节后到乳熟期呈直线递增趋势。增长速率最快时期在抽穗前后．呈单峰型曲线。在不同的气候年型下干物质累积量与降水量、日照时数、≥0℃积温的关系均达极显著水平，而干物质生长率仅在少雨年与气象要素呈显著关系，其它两种气候年型下相关不显著。     

黄土高原中部冬小麦生长对气候变暖和春季晚霜冻变化的响应

利用位于黄土高原中部的甘肃西峰试验田资料和当地平行气象观测资料,分析了春季气温、终霜冻和冬小麦生长发育对气候变暖的响应特征。结果表明：1981年以来,春季平均气温和平均最低气温分别以1.2℃/10a和1.1℃/10a的速率升高,5月的极端最低气温以1.2℃/10a的速率升高;1997年以来4月极端最低气温波动幅度增大,在气候变暖大背景下2001年和2006年出现了最小值,属于反常年份,冻害严重;终霜日期提前的气候趋势比较明显,速率为3.2d/10a,终霜日地面最低温度表现为波动变化,个别年份出现反常的重霜冻灾害;终霜冻过程的持续日数表现出阶段性增加规律,地面最低温度负积温在反常年份2005-2006年有增强变化;1981年以来冬小麦拔节期以4.5d/10a的速率极显著提前（P〈0.01）,1997年以来提前趋势更加明显,1997-2008年平均拔节期比1981-1996年提前9d。气候持续变暖,冬小麦拔节期提前的速率大于终霜日提前的速率,表明冬小麦春季拔节-孕穗期遭受终霜冻危害的气候风险在增大。     

黄土旱塬区麦田休闲期降水与土壤贮水的变化特征

为提高休闲期降水资源利用效率和确保区域粮食安全,利用1981—2020年陇东黄土高原旱作麦田定位土壤水分和气象观测资料,分析了冬小麦田休闲期间降水与土壤水分的变化特征及其影响因素。结果表明:(1)近40年陇东黄土高原休闲期降水以14 mm/10 a的速率增加,降雨总日数和小雨日数呈减少趋势,中雨、大雨日数呈弱增加趋势;(2)近40年休闲期1 m土层平均以9.5 mm/10 d的速率充水,贮水量平均增加97 mm,21世纪以来贮水量增加明显;(3)休闲期降水与1 m土层贮水增量符合二次函数关系,1 m土层开始贮存水分的降水阈值为175 mm,贮水增量与中、大雨总日数相关性最高,前期降水主要以土壤蒸发消耗为主,后期降水则大部贮存于土壤中;(4)休闲期1 m土层平均贮水效率为0.27,贮水效率随着麦收时的土壤墒情增加而线性递减,当麦收时1 m土层贮水量小于田间持水量的45%～48%时,贮水效率较高,1 m土层水分得到充分补充的降水阈值为388 mm。该研究成果揭示了近40年陇东黄土高原休闲期降水和土壤贮水的转化规律,同时为指导区域水资源高效利用提供科学依据。     

黄土旱塬麦田生态系统物质平衡及评价

根据长武试区 1986～ 1995年的统计资料并结合田间试验 ,对黄土旱塬麦田生态系统的主要物质 (氮、磷、钾 )循环及平衡特征进行了较为系统的分析。结果表明 ,农田中养分的流动量大 ,流通途径少 ,养分循环的开放性大 ,外循环规模大 ,内循环率小 ;系统养分平衡中 N基本保持收支平衡 ,K2 O入不敷出 ,P2 O5 输入大于输出 ;养分输入中 ,人工投入的化肥与有机肥是养分的主要来源 ,输出中 N主要集中于籽粒 ,K2 O主要集中于秸秆 ,P2 O5 主要残留于土壤中。指出在农业生产中 ,应采用秸秆还田以增加钾的投入 ,同时要增加氮肥投入尤其是有机肥的投入 ,而磷应以提高其有效性为主。