垄沟耕作条件下液膜覆盖对土壤水热状况及玉米生长的影响

[目的]研究垄沟耕作和液膜覆盖集成技术在旱地作物中的应用效果,为旱田高产高效种植方式的选用提供理论支撑。[方法]应用田间小区试验的方式,进行不同耕作方式下的液态地膜、塑料地膜覆盖及不覆膜种植玉米对比试验。[结果]和不覆膜种植相比,垄沟耕作条件下,覆盖种植显著增加了0—40cm土层含水量,提高了5cm,10cm深土壤温度;覆盖种植较好地促进了玉米前期生长,显著增加了玉米产量,提高了水分利用效率(WUE)(p0.05)。随着覆膜时间的延长,液膜、塑膜覆盖的集水保温效果逐渐减弱。液膜覆盖种植的蓄水保温及增产效果低于塑膜覆盖,但显著优于不覆膜种植。试验前期,降水较少,垄沟耕作的集雨效果不明显,但有明显的增温效应。[结论]与塑膜覆盖种植可能会造成"白色污染"问题相比较,垄沟耕作条件下液膜覆盖是一种较为理想的旱作覆盖栽培技术。     

旱地玉米秸秆地膜二元覆盖的土壤水热效应研究

为了研究不同覆盖方式对旱地农田土壤水温变化规律和降水高效利用的影响,以探求旱地玉米最佳覆盖种植方式,于2013—2015年在山西省寿阳县连续定点定位设置秸秆地膜二元覆盖(MS)、宽膜覆盖(FM)、窄膜覆盖(NM))3个不同覆盖种植方式,以传统露地平作为对照(CK),研究不同覆盖种植模式对旱地玉米土壤温度、水分和产量的影响。结果表明:(1)二元覆盖昼夜温差比宽膜覆盖、窄膜覆盖和露地变化幅度小,二元覆盖昼夜相差8.8℃;在播后25~35天,15cm土层的土壤温度由19.1℃上升到26.5℃,呈现微弱的增温效应。(2)玉米整个生育期秸秆地膜二元覆盖处理(MS)0—160cm土壤贮水量较CK增加68mm;3年平均含水量显示,MS、FM和NM比CK分别提高4.5%,0.4%和1.2%。(3)秸秆地膜二元覆盖(MS)处理,比露地增产17.4%,水分利用效率提高24.8%。因此,秸秆地膜二元覆盖能综合改善田间温度、水分因子,提高了玉米产量和水分利用效率,是山西省旱地玉米最佳的覆盖方式。     

干旱区大田玉米膜下滴灌土壤水热效应研究

土壤水热状况是影响干旱区作物产量的主要因素,围绕膜下滴灌土壤水热运移情况,以河套灌区玉米为研究对象,开展了2年的田间试验,研究了膜下滴灌条件下不同覆膜耕作方式对土壤水热运移规律的影响。试验设垄作全膜(LQ)、垄作半膜(LB)、平作全膜(PQ)和平作半膜(PB)4个处理,采用烘干法测定0—120cm土壤含水量,ECH2O-5TE探头测定0—120cm土壤温度。试验结果表明:在苗期,0—20cm土层LQ土壤含水率较LB、PQ和PB分别提高了14.4%,23.8%和26.9%;拔节期,0—40cm土层LQ含水率较LB提高了32.6%,PQ较PB提高了5.8%;抽雄期0—60cm土层垄作土壤含水率明显高于平作,而60—120cm土壤含水率差异不明显;成熟期0—80cm土层LQ土壤含水率较LB、PQ和PB分别提高了18.1%,11.2%和21.5%。分析0—70cm土层平均土壤温度发现,LQ的温度明显高于半膜覆盖的处理,2014年和2015年LQ土壤温度较LB分别增加0.44,1.16℃,较PQ分别增加0.93,0.22℃,较PB分别增加1.22,1.37℃。2年的试验验证了不同覆膜耕作方式下,随土层深度的增加,土壤温度变化趋于平缓。垄作全膜可以提高土壤温度,增大土壤含水率,有效防止垄体土壤温度的散失,为作物生长提供良好的水热状态,促进作物增产。     

蒸发条件下土壤水盐热运移的实验研究

土壤水盐热的耦合运移研究是土壤水盐运移理论研究的重要组成部分.在模拟蒸发条件下,通过室内土柱实验,对土壤水盐热的迁移做了初步研究.结果表明:地下水位的高低直接影响土壤剖面盐分和水分分布;本实验一直处于稳定蒸发状态,今后需进一步研究不同蒸发条件下土壤水盐热的运移规律.     

种植方式对宁夏银北灌区盐碱地土壤水热盐及玉米生长的影响

为寻求宁夏银北灌区盐碱地春玉米适宜的栽培方式,以传统平播(TF)为对照,用田间小区试验的方法研究了秸秆覆盖+平播(FS)、半膜平播(FP)、起垄沟播(RF)、垄膜沟播(PRF)等不同种植方式(处理)对平罗县盐碱地土壤水热盐及玉米生长的影响。结果表明:与对照(TF)相比,在玉米拔节初期,PRF处理10～25 cm土层日平均温度提高1.53℃,5 cm深处中午时段的土温降低,5～25 cm土层早晨和傍晚两时段温度上升,土壤温度日变化变得平缓;PRF处理土壤含水率提高,耕层土壤盐分含量下降效果明显,0～20 cm土层和20～40 cm土层土壤含水率分别提高了2.63%和3.68%,全盐含量分别降低了29.22%和50.55%;PRF处理出苗后第80 d玉米株高增加了99.67 cm,茎粗增加了0.72 cm;玉米籽粒产量较对照提高了56.18%,为各处理中最高。总之,垄膜沟播玉米种植方式能够改善宁夏银北灌区盐碱地土壤水、热、盐环境,提高玉米产量,是当地盐碱地玉米生产的适宜种植方式。     

不同灌溉制度下河套灌区玉米膜下滴灌水热盐运移规律

为探明干旱地区膜下滴灌玉米土壤水热盐效应及秋浇洗盐灌溉的效果,该文根据2014—2015年进行的田间试验,分析膜下滴灌不同灌溉制度下生育期土壤水分盐分剖面分布特性、土壤温度变化及对玉米产量品质的影响和非生育期洗盐灌溉(秋浇)效果。结果表明,不同滴灌制度下土壤剖面水分、盐分剖面分布极不均匀,盐分均由膜内向膜外地表裸露区定向迁移,趋于膜外地表积累。膜下滴灌土壤温度受气温、玉米叶面积指数、灌水及土壤含水率共同作用。灌水后各处理土壤温度均剧烈下降,2~3 d后恢复,玉米营养生长阶段控制灌水下限为-30 k Pa最有利于土壤温度积累。玉米生育期各处理膜内0~40 cm不积盐,控制灌水下限为-10 k Pa可有效淋滤0~100 cm土壤盐分,而其他处理对0~100 cm土层盐分的影响差异性短期内不明显,需对不同处理长期膜下滴灌的盐分进一步观测。非生育期洗盐灌溉效果显著,秋浇灌黄河水180 mm后,次年春播前0~100 cm土壤盐分平均下降10.86%~26.14%,剖面分布较均匀。河套灌区膜下滴灌土壤盐分调控建议为生育期滴灌灌溉制度和非生育期洗盐灌溉双重调控。玉米生育期灌水下限建议控制为-30 k Pa,非生育期洗盐灌溉由于河套灌区冻融影响及特殊的水文地质条件,膜下滴灌盐分累积到何种程度洗盐灌溉及具体合理的洗盐灌溉制度还需进一步深入研究。     

渭北旱塬膜上灌小麦研究初报

在大田试验的基础上,分析了膜上灌小麦的水量平衡,土壤剖面水分分布特征,产量水平以及生理指标的日变化,研究结构表明在渭北旱塬区应用膜上灌技术台以减小土壤分无效蒸发,改变土壤剖面水分分布特征,增加土壤水分贮量,调节作物生长微环境,从而提高作物产量,宜大力推广应用。     

PAM施用方式对土壤水热及玉米生长的影响

为了探寻PAM在玉米生产中的最佳施用方式,在河套灌区玉米播种时,以不施PAM为对照,研究PAM沟施、混施、撒施、穴施对土壤水分、土壤温度和玉米生长的影响。结果表明:1)在玉米生长的不同时期,PAM都可提高土壤水分,特别是在干旱的玉米抽雄吐丝期、灌浆期具有显著作用;2)PAM可延缓玉米幼苗期、三叶期的土壤温度回升,抑制玉米幼苗生长;3)从玉米拔节期开始,PAM可促进玉米生长,在玉米抽雄吐丝期、灌浆期效果最为显著;4)PAM沟施、混施、撒施、穴施的玉米产量分别较对照提高30.6%、39.3%、40.2%和31.7%,水分利用效率分别提高18.97%、25.43%、29.69%和20.46%,水分产出率分别提高31.36%、40.71%、42.15%和32.32%;5)在河套灌区,PAM撒施是玉米播种时相对适宜的施用方法。     

花生膜上灌节水增产机理研究

针对土质砂、土层薄和肥力低的条件，在花生地膜覆盖栽培基础上，进行了花生膜上灌试验研究，取得了明显的节水增产效果。与常规的垅沟灌比，节水２７．３％，水分生产率提高７６．９％，提高土地利用率１６．７％，增产３４％～６８．５％。对其节水增产机理在文中作了探讨。     

灌溉定额对膜孔灌玉米土壤水氮分布和产量的影响

通过膜孔灌测坑试验,研究了灌溉定额对玉米生育期土壤水氮分布及产量的影响。结果表明,不同灌溉定额的土壤含水率在土壤表层随生育期的变化很大,随着土层深度的增加,变化幅度减小。对比同一深度处各生育期中的土壤含水率,灌溉定额1575 m3hm-2的处理在0~60 cm土层差异显著;灌溉定额2100 m3hm-2的处理在0~50 cm土层含水量差异较大;灌溉定额2625 m3hm-2的土壤含水率分布较均匀。不同灌溉定额的土壤硝态氮在0~60 cm土层均随着生育期推进而减小,60 cm以下随生育期推进而增加。灌溉定额对收获后表层土壤硝态氮含量影响不明显,对下层土壤硝态氮含量影响较大;灌溉定额大的处理土壤下层的硝态氮含量增加较多,易对地下水造成影响。试验条件下,玉米生育期中灌溉定额2100 m3hm-2的产量和水分生产效率均最高。     

土壤容重对膜孔灌水氮分布和运移转化的影响

为揭示土壤容重对膜孔灌条件下土壤水分分布特征和氮素运移转化的影响,通过土壤容重室内试验,利用非线性回归法对试验资料进行分析,研究提出了湿润体内土壤含水率及其变化量和变化率、土壤硝态氮及其转化量和转化率、土壤铵态氮及其转化量和转化率与土壤容重和运移转化时间的经验公式。结果表明：经验公式的相关系数均大于0.8200,标准误差很小,且通过0.05的显著性检验,可以反映膜孔灌条件下不同土壤容重的土壤水分分布特征和氮素运移转化规律。该研究为提高膜孔灌水氮利用效率提供参考。     

覆黑地膜对旱作玉米根区土壤温湿度和光合特性的影响

明确雨养旱地地膜覆盖春玉米高产与水分高效利用的土壤环境条件,及其对玉米光合特性的作用,对延缓玉米衰老、提高玉米光合能力和促进玉米增产具有重要意义。以陕单609为材料,2012和2013年开展黑色地膜覆盖、白色地膜覆盖和裸地栽培试验,研究黑色地膜对玉米根区土壤水温环境、玉米叶片光合特性、产量和水分利用效率的影响。结果表明,黑色地膜较普通白色地膜和裸地栽培,能显著改善玉米根区土壤温湿条件,提高玉米叶片光合能力。黑色地膜覆盖下,玉米叶片衰老时间明显推迟,衰老速度显著下降,成熟期叶片叶绿素含量较普通白色地膜提高11.7%(P0.05),较裸地提高45.5%(P0.05)。与普通白色地膜和裸地栽培相比,黑色地膜覆盖提高了吐丝后玉米叶片光合速率、蒸腾速率、叶片水分利用效率、PSII电子传递速率、量子产量(灌浆期除外)和光化学猝灭系数。黑色地膜覆盖下玉米千粒质量、产量和水分利用效率显著增加,千粒质量较普通白色地膜和裸地栽培分别增加5.0%和14.9%(P0.05);产量分别提高10.4%和22.1%(P0.05);水分利用效率分别提高10.4%和25.3%(P0.05)。在雨养旱作地区,玉米采用黑色地膜覆盖具有延缓后期叶片衰老和促进增产的效果。     

可降解地膜的降解性能及对土壤温度、水分和玉米生长的影响

针对生产中使用普通农用塑料地膜导致农田土壤污染的现状,进行了不同厚度可降解(光、生物降解)地膜、普通地膜和露地栽培玉米对比试验,探讨可降解地膜的降解性能及对土壤水分、温度和玉米生长的影响。结果表明,0.005mm厚可降解地膜的降解速度及强度均优于0.008mm厚膜,二者在覆膜后90d分别达降解5级、4级水平,地膜质量损失率达55.48%、39.99%。两种可降解地膜对土壤水分、温度和玉米生长的影响与普通地膜相当,均使0～20、>20～40cm土壤水分含量、地表及地下10cm土壤温度明显高于露地对照,使玉米出苗率提高,生育进程加快,株高、叶面积和地上部干物质积累量增加;其中0.008mm厚膜覆盖玉米效果优于0.005mm厚膜。研究认为,以可降解地膜替代普通地膜应用于农业生产具有可行性。     

滴灌夏玉米土壤水分与蒸散量SIMDualKc模型估算

为研究西北半干旱地区作物蒸腾和土壤蒸发规律,以及土壤蒸发量占蒸散量的比例(简称蒸发占比),开展2 a夏玉米滴灌控水试验,设置正常灌水(W1)、适度水分亏缺(W2)和中度水分亏缺(W3)3个灌水水平.采用W2实测土壤水分数据对SIMDualKc模型进行参数率定,并采用W1和W3实测土壤水分数据对模型进行验证;进一步基于SIMDualKc模型对不同水分供应的土壤水分胁迫系数、土壤蒸发量、植株蒸腾和蒸散量进行定量模拟分析.结果表明,SIMDualKc模型可以较好地模拟西北半干旱区滴灌夏玉米不同水分供应条件下的土壤水分动态变化过程,实测值与模型预测值有较好的一致性(R2＞0.88,RMSE＜5％);夏玉米生长期,模型能较好地估算不同水分供应的土壤水分胁迫系数、土壤蒸发量和植株蒸腾.土壤蒸发主要集中在生育前期,而生育中期较低,后期略微升高.植物蒸腾主要集中在快速生长期和生长中期,整个生育期呈先增大后减小的趋势.蒸散量随着土壤蒸发和植物蒸腾的变化而变化,前期主要受土壤蒸发的影响,快速生长期、生长中期和后期主要受植物蒸腾的影响.Wl～W3处理土壤蒸发量为78.1～100.2 mm,植株蒸腾为221.8～293.3 mm,蒸散量为299.3～383.0 mm,蒸发占比为24.1％～28.7％.研究可为西北半干旱地区制定合理的夏玉米滴灌制度和灌溉决策提供理论依据.     

覆膜抑制土壤呼吸提高旱作春玉米产量

为从农田碳通量角度揭示地膜覆盖种植方式的增产增效机理,于2011年在山西寿阳旱作农业野外试验站对覆膜和露地春玉米田,进行了表层土壤温湿度、土壤呼吸和净碳交换规律及作物生长发育规律的研究和分析。结果表明:与露地处理相比较,覆膜处理全生育期表层土壤含水率提高了18.7%,前期可平均提高表层土壤温度1.67℃。覆膜和露地处理土壤呼吸变化规律总体一致,但前者的温度敏感系数Q10比后者低,且中后期前者排放的碳仅为后者的61.7%,说明采用覆盖地膜种植方式有利于农田土壤碳管理。前期和中期覆膜处理绿叶面积指数比露地处理平均高0.81 m2/m2,后期覆膜处理衰老较快,收获时比露地处理低1.00 m2/m2;露地处理在前期和中期日均净碳通量平均比覆膜处理大0.04 mg/(m2·s),而后期仅小0.02 mg/(m2·s),这是造成2处理最终生物产量和经济产量差异的根本原因。在地上干物质积累和地下干物质积累方面,覆膜处理始终比露地处理高,收获时差值分别为269.7和38.6 g/m2。露地处理每公顷少收春玉米籽粒1 348 kg。由此可见,覆膜种植可提高表层土壤温湿度,促进作物生长发育,抑制土壤呼吸,促进碳积累,增加农民收入的同时更有利于土壤碳管理。     

土壤初始含水率对膜孔灌湿润体特征的影响

为了研究膜孔灌中土壤初始含水率对湿润体特征及累积入渗量的影响,首先通过室内试验验证HYDRUS模拟西安粉壤土膜孔灌湿润体形状以及含水率分布的可靠性,然后基于HYDRUS模型模拟在不同初始含水率条件下膜孔灌湿润体的变化过程。结果表明:基于HYDRUS模型模拟的累积入渗量和湿润锋运移距离与室内试验结果的R~2均接近1,标准偏差绝对值均小于10%,拟合良好,表明HYDRUS模型模拟入渗过程的可靠性。膜孔灌湿润锋形状可采用椭圆方程表示。当初始含水率较小(不大于0.1 cm~3/cm~3)时,湿润体半径的含水率分布可采用椭圆方程表示;从膜孔中心到湿润锋表面,随着初始含水率的增大,湿润体内的含水率梯度减小,湿润体半径的含水率分布曲线由椭圆曲线逐渐转变为平缓曲线。基于湿润体含水率分布规律建立了考虑初始含水率的累积入渗量模型,累积入渗量与湿润体半径的三次方呈正比,湿润体半径可表示为湿润锋水平运移距离和垂向运移距离的几何平均值;对于不同的膜孔半径(1～5cm),模型计算累积入渗量与HYDRUS模拟值的R~2为0.99,标准偏差绝对值小于10%;对于粉土、粉壤土和壤土,当初始体积含水率不大于0.25 cm~3/cm~3算累积入渗量与HYDRUS模拟值的R~2为0.99,标准偏差绝对值小于10%,结果表明该模型对不同土壤质地和膜孔半径的适用性良好;该模型在计算作物灌水需求量方面优于Kostiacov模型等传统的经验模型。该研究揭示了不同初始含水率下的膜孔灌湿润体特征,并建立了累积入渗量模型,可为膜孔灌灌溉水量的计算提供参考依据。     

可降解地膜对土壤、温度水分及玉米生长发育的影响

针对普通地膜覆盖导致的农田土壤污染现象,进行了可降解地膜、普通地膜覆盖及露地栽培玉米对比试验,探讨可降解地膜对土壤温度、土壤水分、玉米生长发育、产量及相关农艺性状的影响。结果表明,与露地栽培相比,可降解地膜覆盖能明显提高玉米播种后2个月的地表和地下10 cm的土壤温度,增加玉米播种至大喇叭口期0～20 cm、>20～40 cm的土壤水分含量,使玉米生育进程加快,出苗率和拔节期节根层数及条数增加,玉米不同生育时期株高、叶面积及地上部干物质积累量增加,玉米穗粒数增加9.6%,千粒质量增加20.9%,产量增加35.1%。可降解地膜和普通地膜间差异不显著。研究认为,以可降解地膜替代普通地膜应用于农业生产是可行的。     

Plastic film mulching on soil water and maize (Zea mays L.) yield in a ridge cultivation system on Loess Plateau of China

Plastic film mulching has commonly been used for adaptation to water scarcity and for increasing agricultural productivity on the semiarid Loess Plateau of China. However, the effect of plastic film mulching on cropland soil water and thermal regimes on the semiarid Loess Plateau of China is not well understood. This study simultaneously monitored the dynamics of the soil water content and the soil temperature with high resolution in a ridge cultivation system with plastic film mulching (RS) and a flat cultivation system without plastic film mulching (FS) during the maize (Zea mays L.)-growing season. We found that, in general, the soil temperature and soil water content were significantly different among the ridge under RS (RS-ridge), the furrow under RS (RS-furrow) and FS throughout the maize-growing season (P < 0.05). Plastic film mulching increased the near-surface soil temperature by approximately 1°C throughout the study period. RS significantly increased the soil water content during the dry period (May to June), especially within the middle soil layer (30–60 cm), compared to FS. The lowest monthly average soil water content was found at a depth of 30–60 cm layer in FS during the dry period (May and June). The water depletion was found within deeper (100–160 cm) soil layers in May but the water storage in the same layer of FS in June increased although it was the dry period, which differed from RS. The RS practices showed a longer period of water supply from the deeper soil layer (100–160 cm) in May and June for meeting maize water demands during the early growing stage rather than in only May for FS. During June (dry period), the water storage at a depth of 0–60 cm was greater in RS than in FS, and the reverse was true at a depth of 60–160 cm. The results indicate that the dry soil layer at a depth of 30–60 cm formed during June in FS likely reduced water movement from deeper layers to the topsoil layer, and hence constrained the availability of surface soil water for meeting maize water requirements during the early growing stage (dry period). Our study suggests that RS tends to significantly increase surface soil water availability by restraining the formation of a dry soil layer during the early maize-growth stage primarily under dry conditions, and thus enhances maize productivity in the semiarid Loess Plateau of China.     

柠条秸秆和地膜覆盖对土壤水分和玉米产量的影响

为了探讨北方农牧交错带不同保墒措施下旱地玉米的土壤水分特征及其对产量的影响,以甘农118为试验材料,监测了单膜(SFP)、双膜(DFP)、柠条秸秆沟埋(CPDP)和裸地(CK)4种不同处理下0~100 cm土壤水分季节变化、垂直变化及年际变化,测定了玉米产量和水分利用效率。结果表明:SFP和DFP处理明显改善0~40 cm土层土壤体积含水率,较CK处理保墒效果提高35.65%~47.91%,但随着玉米生育期的推进,由于玉米生长耗水和土壤蒸发作用,建植后土壤体积含水率均接近或低于萎蔫系数(7.20%)。连续2 a种植玉米4种处理土壤贮水量均有不同程度的减少,CPDP和CK处理土壤贮水量分别减少了68.42和68.07 mm,其次为SFP(53.49 mm),DFP减少最小(48.98 mm),说明研究区内玉米生长需要消耗大量土壤水分。SFP和DFP能够增加玉米对降雨和土壤水的利用,不同年份产量水分利用效率较CK处理分别提高12.55%~35.71%和25.11%~54.70%。SFP和DFP耗水量、产量和水分利用效率均无显著差异(P0.05),因此建议在研究区种植玉米时可以采取SFP措施,而CPDP耗水量较高、产量和水分利用效率相对较低,不宜采取此种保墒措施。     

地膜残留量对新疆棉田蒸散及棵间蒸发的影响

为探讨残膜对干旱区农田蒸散耗水特征的影响,在新疆阿克苏典型覆膜滴灌棉田开展2 a小区试验研究,设计0、225、450 kg/hm2共3种不同的地膜残留量,采用水量平衡法,微型棵间蒸发仪法,于主要生育时期测定并计算土壤含水量、蒸散量、棵间蒸发量、作物蒸腾量、棵间蒸发占蒸散的比例。结果表明:随着地膜残留量增加棵间蒸发量、棵间蒸发占蒸散的比例呈增大趋势,而蒸散量及作物蒸腾量则逐渐减小。与无残膜处理相比,225和450 kg/hm2处理全生育期田间无效耗水的棵间蒸发量分别增加了9.27和22.20 mm,棵间蒸发占蒸散的比例增幅分别为2.6%和6.1%,作物蒸腾量降低34.89和55.94 mm。在棉花生育期内,棵间蒸发占蒸散的比例(E/ET)与叶面积指数(leaf area index,LAI)呈幂函数关系,各处理间棵间蒸发占蒸散的比例对叶面积指数的响应差异不同,450 kg/hm2处理蒸发占蒸散的比例随着LAI的增加,曲线下降趋势较明显;无残膜处理棵间蒸发占蒸散的比例与LAI的决定系数最高,均在0.9以上。土壤水分利用率也随残膜量的增加依次降低,当残膜量由0增加到450 kg/hm2时,土壤水分利用率从28.25%降至24.91%,可见,残膜增大了农田的无效耗水,不利于土壤水分的有效利用。研究可为制定缓解或克服残膜危害的应变调控技术提供依据。