旱地玉米覆盖栽培的土壤水热及产量效应

采用单因素随机区组设计,以春玉米沈单16号品种为试验材料,全膜双垄沟播(FMRFC)、沙膜二元覆盖沟种(FSMC)、全沙覆盖平作(SMC)和露地平作(CK)为处理,研究旱地玉米覆盖栽培的土壤水热及产量效应。结果表明:各覆盖处理玉米苗期-抽雄期0~25cm土层的平均地温均有所提高,对0~100cm土层的土壤水分的消耗增大,且都以FMRFC居首,比CK增温3.1~3.3℃、多耗水9.8%。收获后,各覆盖处理0~20cm土层的土壤水分得到了恢复,但20~100cm土层的水分没有恢复到播前状态。覆盖处理显著改善了穗粒数、穗粒重和百粒重等经济性状,增加了玉米产量,提高了作物水分利用效率(WUE),优先次序为FMRFCFSMCSMCCK。FMRFC是半干旱区玉米种植优先选择的覆盖方式,但对0~100cm土层土壤水分消耗较多,对年际水分平衡不利,需深化匹配水分高效调控技术的研究。     

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。     

低山丘陵坡耕地秸秆覆盖轮耕对土壤水热及碳氮库的影响

为了提高坡耕地的秸秆还田效率,探索一种适于坡耕地的基于种植和养地基础上的耕作方式。利用田间小区试验,研究了秸秆覆盖轮耕技术（包括当季秸秆覆盖+休闲、上季秸秆覆盖+旋耕）与常规耕作（秸秆移除后旋耕）对土壤水热变化及碳、氮积累的影响。结果表明：秸秆覆盖可显著提高播种前期20~40 cm土壤含水量,覆盖休闲与覆盖旋耕处理较常规耕作分别提高26.02%和37.49%,同时覆盖旋耕处理降低了20~40 cm土壤容重,较常规耕作和覆盖休闲分别降低6.52%和13.04%;与覆盖旋耕相比,覆盖休闲可降低作物生育前期0~20 cm和20~40 cm土层温度1.57 ℃~1.63 ℃,而土壤含水量提高15.25%~24.41%,为覆盖旋耕区作物出苗和前期生长提供了水分条件;通过秸秆覆盖休闲与覆盖旋耕组合的轮耕技术可提高0~20 cm土层碳氮含量,有机碳和全氮储量较常规耕作平均提高11.36%和20.51%,为今后低山丘陵区坡耕地实施保护性耕作提供了科学依据。     

垄沟集雨种植下不同降解地膜沟覆盖对农田马铃薯产量和土壤水热的影响

为筛选适宜于西北旱作区沟垄集雨系统下马铃薯生长和产量提高的降解地膜类型,于2015—2016年设置两年田间试验,以平作不覆盖为对照(CK),研究生物地膜(DS)、麻纤维地膜(DM)和液态地膜(DY)的降解特征、土壤水热效应及其对马铃薯生长、产量的影响。结果表明,两年试验期内不同类型降解地膜的降解失重率整体表现为DY>DM>DS,DY完全降解,DM和DS两年平均降解失重率达72.3%和38.3%。两年生育期平均土壤蓄水量各处理表现为DS>DM>DY≈CK,DM和DS在生育关键期(播后70 d)有效增加0~160 cm层土壤蓄水量,2015年较CK分别增加29.0%和15.6%,2016年分别增加17.8%和11.6%;而DY与CK无显著差异。与CK相比,DY在播后30~50 d土壤保温效应显著,DM 在播后0~70 d土壤增温效果尤为显著;在播后110 d各处理土壤增温效应差异不显著。土壤水分、温度与马铃薯总产量Pearson相关分析表明,播后30 d土壤水分、温度对马铃薯总产量的形成至关重要,且播后70~90 d土壤水分对总产量的影响高于土壤温度。与CK相比,DM、DS和DY的马铃薯产量2015年分别显著增加20.3%、17.4%和9.2%,2016年分别显著增加18.1%、17.0%和12.2%;DS、DM的水分利用效率2015年分别显著增加24.1%和24.5%,2016年分别显著增加23.1%和15.2%。两年马铃薯纯收益均以DM最高,较CK分别显著增加47.8%和32.4%。综上,沟垄集雨种植下可降解地膜沟覆盖能显著改善旱地土壤水热环境,提高马铃薯产量、水分利用效率和纯收益,以沟覆盖麻纤维地膜处理效果最佳。本研究结果为降解地膜覆盖种植应用于西北旱作区马铃薯农业生产提供了理论依据和技术参考。     

水稻秸秆与地膜二元覆盖旱作栽培效应研究

我国覆膜稻栽培研究始于１９９６年,但迄今都为地膜单元覆盖,水稻秸秆＋地膜二元覆盖旱作栽培效应的研究结果表明,秸秆＋地膜二元覆盖旱作稻田土壤变温幅度降低,水分散失减少,结构改善,养分积累增加;水稻无效分蘖减少,生育转变提前,灌浆结实期延长,穗大粒多,千粒重高,增产效果显著,稻谷产量较地膜覆盖,秸秆覆盖,露地旱作栽培分别增产１０．３％,８．９％,２３．２％。     

不同覆盖方式对新复垦区土壤水热及春玉米产量的影响

随着城市化进程的加速发展,我国净耕地面积持续减少,合理开发利用潜在土地资源,对于保障我国粮食安全具有重要意义。为了探讨不同覆盖耕作方式对新复垦区土壤水热及作物生长的影响,通过2018年和2019年连续两年田间试验,研究了传统耕作(CK)、地膜覆盖(FM)、秸秆深埋(BS)和秸秆深埋+地膜覆盖(F+S) 4种处理对土壤水分、温度和春玉米生长及产量的影响。结果表明:2018年,F+S、BS、FM处理玉米生育期内0～20cm及20～40 cm土层平均土壤含水率分别较CK增加24.4%、16.5%、12.6%及9.1%、3.2%、3.7%。2018年玉米苗期, 0～100 cm土壤蓄水量表现为FMF+SCKBS,明显表现为有覆膜处理(F+S和FM)的土壤蓄水量高于不覆膜处理(BS和CK)。2019年玉米苗期,土壤蓄水量则表现为F+SBSFMCK。与CK相比,春玉米全生育期不同覆盖耕作处理条件下各土层(5～25 cm)土壤温度均有所提高,具体表现为F+SFMBSCK,各处理土壤温度随土层深度表现为降低趋势。以表层5 cm土壤温度增幅最大,覆盖耕作处理的增温效应在全生育期表现为前期明显而后期弱化。各处理株高变化趋势一致,在播种后70d左右达到峰值,随后出现小幅度下降并最终保持稳定。试验期,株高和叶面积均表现为地表有覆膜的处理高于未覆膜处理(P0.05)。2018年, F+S、BS和FM处理玉米产量均显著高于CK(P0.05),2018年和2019年,各处理产量分别较CK增加17.0%、13.5%、6.6%和30.5%、23.9%、3.8%。产量构成逐步回归分析结果表明,穗长对产量的影响最大,产量与穗行数和百粒重呈正相关关系。秸秆深埋+地膜覆盖处理(F+S)可以综合发挥二者优势,有效调节土壤水热状况,改善土壤环境,促进作物生长发育,从而获得较高的产量,可作为新复垦区春玉米适宜的种植管理方式。     

冻融期积雪覆盖下土壤水热交互效应

为了研究季节性冻土区土壤水热时空分异特征,揭示冻融过程中的水热相互作用机理及其复杂性。在松嫩平原黑土区,以野外实测试验数据为基础,分别建立裸地、自然降雪、积雪压实和积雪加厚覆盖处理条件下20 cm土层土壤含水率和温度的耦合模型,并通过对比模型的预测效果研究土壤水热变化的复杂程度,采用差异性分析和基于小波变换的分形理论方法定量研究含水率与温度序列的变异波动性和分维指标,进而验证不同覆盖处理条件对于土壤水热空间变异复杂性的影响。结果表明:冻结期,积雪阻碍了环境因素对于土壤水热迁移过程的影响,土壤含水率和温度的耦合效果较好,并且预测值与实测值能够较好的吻合,裸地、自然降雪、积雪压实、积雪加厚处理条件下的相对误差分别为0.42%、0.31%、0.13%和0.06%,随着积雪厚度的增加和密度的增大,含水率和温度的差异性减弱,复杂程度逐渐降低;融化期,积雪覆盖区的融雪水入渗抑制了土壤温度稳定提升,含水率出现骤然升高的现象,自然降雪、积雪压实、积雪加厚条件下的含水率变化分别为14.31%、15.90%和16.91%,土壤温度变化范围分别为-5.9~5.3、-3.6~6.9和-3.1~3.8℃,二者的互作效应减弱,并且随着积雪覆盖量的增加,土壤的水热时空迁移复杂程度逐渐增强。同时,采用基于小波变换的分形理论研究土壤含水率和温度的时间序列复杂性精度较高、结果可靠。该研究对于揭示冻土区土壤水热迁移动态规律,准确预测春播期土壤温度和墒情,合理高效地利用松嫩平原的土壤水资源具有重要的理论价值和现实意义。     

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。     

旱地苹果园秸秆覆盖效应分析

旱地苹果园大多因缺水缺肥而严重影响苹果的产量和品质，充分利用秸秆资源进行果园秸秆覆盖，是解决水源，肥源缺乏，建立高产，优质，高效苹果园的有铲途径，试验研究资料表明，秸秆覆盖具有减少少土壤蒸发，提高土壤水分，调节地温，培肥地力，防止杂草，降低管理费用，壮树增产提质的作用，值得旱地苹果园大力推广。     

夏玉米地秸秆覆盖的节水调温效应

初夏高温少雨,常影响夏玉米适时播种和苗期生长。试验表明,夏玉米地小麦秸秆覆盖有显著的节水保墒和调温效果,可减少初夏不利气象条件的影响,是一项就地取材,投资小,见效快,一举多得的节水高产技术,宜在河南中北部和华北地区推广。     

秸秆与地膜覆盖条件下旱作玉米田土壤氮组分生长季动态

研究不同覆盖措施下农田土壤全氮及其活性和半活性组分在作物生长季的动态变化,有助于深入理解农田土壤氮循环过程。基于黄土高原8年春玉米覆盖定位试验,系统分析了土壤全氮、矿质氮、微生物量氮、潜在可矿化氮以及颗粒有机氮在玉米不同生育期的动态特征。试验包括全生育期9 000kg/hm2秸秆覆盖、全生育期地膜覆盖和不覆盖对照3个处理。结果表明:(1)除硝态氮和铵态氮在苗期上升外,秸秆和地膜覆盖下土壤全氮及其组分含量在春玉米生育期基本呈苗期下降、拔节期上升、大喇叭口—抽雄期下降、灌浆和收获期回升的变化趋势;(2)与对照相比,秸秆覆盖提高了大多数生育时期0—40cm土层全氮和硝态氮含量及0—20cm土层铵态氮含量,提高各生育时期0—40cm土层微生物量氮、潜在可矿化氮以及颗粒有机氮含量;(3)地膜覆盖较对照提高大多数生育时期0—40cm土层硝态氮和0—20cm土层铵态氮含量,降低作物生育后期0—20cm土层全氮和0—40cm土层颗粒有机氮含量,降低大多数时期0—40cm土层微生物量氮和10—20cm土层潜在可矿化氮含量;(4)除了地膜覆盖下20—40cm土层颗粒有机氮相对含量在作物不同生育期差异不显著外,秸秆和地膜覆盖下0—40cm土层微生物量氮、潜在可矿化氮、颗粒有机氮对土壤全氮的动态均有重要贡献。总之,黄土高原的春玉米田秸秆覆盖具有明显的提升土壤全氮及其组分含量的作用,有助于培肥地力和土壤固氮;地膜覆盖则降低了作物生育后期土壤全氮及其组分含量,同时显著提高了土壤硝态氮水平,导致农田土壤氮素淋溶风险提高。     

垄膜沟秸秆种植方式对夏玉米水热效应的影响

针对黄土高原半干旱区降水短缺且时空分配不均,严重地制约了半干旱区农业发展的现状,通过研究垄膜沟秸秆种植方式下夏玉米水热效应,揭示其保水调温和作物增产的机理。试验于2014—2015年在陕西杨凌设置了露地处理(CK)与垄膜沟秸秆处理(RMFS)田间试验。结果表明:垄膜沟覆秸秆种植方式可以提高表层土壤含水量;土壤温度主要表现出"高温低调,低温高调"的现象;缩短作物生育历时及调节作物耗水量以改善水分的供需平衡,显著地提高土壤水分利用效率和积温利用效率,2a土壤水分利用效率和积温利用效率分别提高了39.85%,43.34%。垄上覆膜沟内覆秸秆处理通过改善土壤水热交互状态,提升作物产量,是一种适宜有效的覆盖集雨措施。     

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。     

春玉米覆膜垄作沟灌条件下土壤水热效应及对产量的影响

为探究河套灌区玉米覆膜垄作沟灌种植模式下土壤温度与含水率的变化规律、两者响应关系及对玉米产量的影响,以灌区玉米常规覆膜宽度(70cm)及当地常见农用宽膜(110cm)进行对比研究。结果表明:土壤温度变化主要受外界因素和含水率的影响,两种覆膜条件下土壤温度具有相同的日变化规律,且深层较表层土壤具有明显的滞后效应;玉米生育前期宽膜具有更好的保温效果,且表层5,10cm处地温变化具有显著或极显著性差异;全生育期内110cm较70cm膜具有明显的保墒效果,5—25cm土壤平均含水率高5.06%,6.83%,3.89%,5.28%和3.44%;各时刻不同土层与温度可以拟合为对数函数,但早晚相关性较差,说明此时段地温变化的机制更为复杂;玉米生育后期5cm处土壤平均含水率与土壤温度呈现反比关系,20cm处呈现正比关系,且低水分条件下土壤温度变幅更大;生育期内玉米生长性状及产量指标也达到显著性水平,且110cm较70cm膜平均产量高14.86%;研究成果可为灌区玉米覆膜垄作沟灌模式下适宜地膜宽度的选择提供科学依据。     

地布-地膜覆盖对渭北旱塬区土壤水分的影响

[目的]研究地布—地膜覆盖法的保湿效果及其耐久性,为渭北旱塬地区节水农业技术的进一步发展提供科学依据。[方法]针对地膜易风化,耐用性差,使用寿命短,残膜碎片对环境危害较大,而防草编织地布强度高,耐风化,但保水性差等优缺点,采用地布—地膜相结合(地膜在下,地布在上)的覆盖方式,开展为期1a的浅层土壤水分动态原位监测试验。[结果](1)无论地布—地膜覆盖区还是裸地区,其土壤含水量随深度的增加呈现出高—低—高的变化趋势。(2)地布—地膜覆盖区地面以下15,30,50cm土层的土壤水分比不覆膜处理区日平均提高11.2%,8.0%,5.3%。(3)有限的降雨对裸地土壤含水率的影响主要反映在表层15cm深度范围内,对覆盖条件下土壤含水率的影响则扩展到30cm深度。(4)试验期内,地布性能保存完好,地膜除了边缘外露处部分风化外,地布覆盖部分基本保持试验初期的完好状态。[结论]地布—地膜覆盖方式不但具有良好的保水防草效果,同时有效延长了地膜的使用寿命。     

秸秆和地膜覆盖对黄土高原旱作小麦田土壤团聚体氮组分的影响

利用田间定位试验研究旱作农田不同覆盖措施对土壤团聚体氮组分的影响。基于黄土高原8年冬小麦覆盖定位试验,试验设置生育期秸秆覆盖(SM)、生育期地膜覆盖(PM)和无覆盖对照(CK)3个处理。采用干筛法测定团聚体分布特征及不同粒径团聚体中全氮(STN)、微生物量氮(MBN)和潜在可矿化氮(PNM)含量。结果表明:(1)与CK处理相比,2种覆盖处理均未在各粒径团聚体全氮含量有显著变化,但SM处理相较于PM处理提高了0—10 cm土层的1.00～0.25 mm粒径团聚体STN含量(12.88%,P0.05)。(2)与CK处理相比,SM处理在0—10 cm土层中2.00,2.00～1.00,0.25 mm粒径团聚体MBN含量分别提高18.67%,24.05%,20.08%(P0.05),且各粒径团聚体PNM含量分别提高35.13%,30.03%,42.88%(P0.05);SM处理在10—20 cm土层中2.00 mm粒径团聚体MBN含量提高23.02%(P0.05),分别提高2.00,2.00～1.00,0.25 mm粒径团聚体PNM含量28.59%,31.31%,32.48%(P0.05)。(3)PM处理较CK处理提高0—10 cm土层中0.25 mm粒径团聚体PNM含量(32.34%,P0.05)。(4)微团聚体(0.25 mm)氮组分含量均高于大团聚(0.25 mm)氮组分含量,但大团聚体氮组分贡献率为81.88%～87.66%。可见,SM处理可提高土壤表层大团聚体氮组分的贡献率,使更多的氮素储存在大团聚体中,而PM处理对团聚体氮素贡献率的影响作用较小。总体而言,与CK和PM处理相比,SM处理可提高总土壤氮组分含量,提高微团聚体和大团聚体氮组分含量,使更多的氮储存在大团聚体中,促进土壤氮素周转。     

不同覆膜处理对土壤水热效应及春玉米产量的影响

为探讨生物地膜在农业生产中的适用性,采用田间试验的方法,设置了普通地膜覆盖、生物地膜覆盖及不覆盖3个处理进行对比研究,对3种覆盖方式下土壤温度、土壤水分变化规律及玉米生产性状指标进行了对比研究。研究结果表明:玉米生育前期,生物地膜保温、保墒效果显著,且与普通地膜处理差异不显著(p0.05),但均显著高于不覆膜处理(p0.05);玉米进入生育中后期阶段,生物地膜降解破损,保温、保墒效果减弱,玉米生育中期3种覆盖方式下各土层土壤平均温度差异性显著(p0.05),生育末期,生物地膜保温保墒效果几乎丧失,土壤水热状况与不覆膜处理无显著性差异,且显著低于普通地膜覆盖(p0.05);生物地膜与普通地膜相比玉米产量及生产性状指标差异不显著(p0.05),但均显著优于不覆膜处理(p0.05),平均较不覆膜增产19.48%和20.41%,水分利用效率高22.18%和22.56%。研究结果可为河套灌区可降解生物地膜在农业生产中的应用提供理论基础。     

降解地膜和渗水地膜覆盖对中国北方主要旱地作物产量和水分利用效率效应的Meta分析

[目的] 明确降解地膜和渗水地膜的最佳适宜区域、适宜作物,以及和普通地膜的效应差异,为降解地膜和渗水地膜的应用提供理论指导。[方法] 通过文献检索,分析整理关于降解地膜和渗水地膜的田间试验研究成果,进行了Meta分析。[结果] 降解地膜覆盖的所有作物产量及水分利用效率均显著高于无覆盖;和普通地膜比,降解地膜覆盖下玉米减产,棉花增产,对其他作物产量无差异;在降雨量小于500 mm时,降解地膜覆盖下作物产量低于普通地膜,而降雨量高于500 mm时产量无显著差异。渗水地膜覆盖下玉米、小麦、谷子和高粱等作物的产量和水分利用效率均显著高于无覆盖;和普通地膜比,渗水地膜覆盖下玉米和谷子产量及水分利用效率高于普通地膜,尤其是谷子增产效果显著。在降雨量小于500 mm的地区,渗水地膜和普通地膜比增产显著,高于500 mm则无差异。降解地膜生育后期的土壤温度低于普通地膜,而渗水地膜在低温下增温效果优于高温,且整个生育期温度更适合作物需求。[结论] 降解地膜在降雨量大于500 mm的短生育期作物上基本可以替代普通地膜,但是在长生育期作物上及降雨量较低地区应用有风险;而渗水地膜应该优先在降雨量低于500 mm地区的短生育期高叶面积指数作物上应用。     

滴灌条件下秸秆覆盖与施肥对夏玉米水肥利用效率的影响

为探索秸秆覆盖与滴灌施肥结合栽培模式下夏玉米水肥利用效率和增产效果,于2014—2015年在北京市大兴区进行无施肥覆盖(T1)、无施肥不覆盖(T2)、中肥覆盖(T3)、中肥不覆盖(T4)、高肥覆盖(T5)和高肥不覆盖(T6)6种试验。结果表明:表层土壤温度和气温具有高度线性相关关系,秸秆覆盖可降低夏玉米生长季土壤温度的增温速率,T1、T3和T5较T2、T4和T6处理的土壤增温速率分别降低23.62%,13.65%和11.47%,全生育期秸秆覆盖较不覆盖日均土壤温度平均降低1.75℃;滴灌条件下秸秆覆盖影响0—60cm土层的水分分布变化,对0—20cm土层土壤含水率保水效果明显,2014年秸秆覆盖较不覆盖土壤含水率平均提高11.73%,2015年平均提高9.56%;秸秆覆盖下E/ET较不覆盖平均减少6.99%,生育期内抽雄—灌浆阶段夏玉米耗水强度最高;2年试验T3获得籽粒产量最高,较T2提高27.62%,较T6提高15.83%,同时水分利用效率和肥料偏生产力表现最优,分别为23.73kg/(hm2·mm)和40.33kg/kg。本研究表明滴灌条件下中肥覆盖对表层土壤具有降低增温速率的效应,起到增产的同时对提高水分利用效率和肥料偏生产力的作用较优。