旱地玉米全膜双垄沟播技术土壤水分效应研究

采用田间小区试验研究了旱地玉米全膜双垄沟播技术不同覆膜模式的土壤水分效应。结果表明,玉米播前至拔节期,0～20 cm土壤含水量,秋季全覆膜较传统播前半膜平铺提高5.6～6.2个百分点,顶凌全覆膜较播前半膜平铺提高3.9～5.2个百分点,播前全覆膜较播前半膜平铺提高0～4.0个百分点;1 m土壤贮水量,秋季全覆膜较播前半膜平铺增加49.5～51.3 mm,顶凌全覆膜较播前半膜平铺增加33.9～39.6 mm,播前全覆膜较播前半膜平铺增加0～26.9 mm,正是由于秋季全覆膜和顶凌全覆膜前期较高的土壤含水量,从而有效解决了玉米4～5月份因春旱无法播种、出苗的瓶颈。全膜双垄沟播技术大幅度提高了农田降水利用率和玉米水分利用效率,使降水利用率最高达到75.2%、平均降水利用率达到70.1%,使玉米水分利用效率最高达到35.93 kg/(mm.hm2),平均达到33.63 kg/(mm.hm2),在旱作农田降水高效利用方面取得了新进展。     

秸秆量对垄沟二元覆盖夏玉米农田耗水及产量的影响

于2015—2016年通过两年夏玉米大田试验,设置4个秸秆覆盖量水平2 500、5 000、7 500、10 000 kg·hm~(-2)(分别记为M1、M2、M3、M4),以不覆盖秸秆为对照(CK),探索了垄沟二元覆盖下不同秸秆量对土壤水分及夏玉米生育期耗水量、干物质累积量、产量及水分利用效率的影响。结果表明:与CK相比,4个处理均增大了玉米生育期耗水量,2a中各处理夏玉米成熟期平均土壤贮水量较对照分别减少1.93、5.23、9.47 mm和11.54 mm,生育期耗水量分别增大0.51、3.37、8.78 mm和11.01 mm,其中,M2处理的土壤贮水量及生育期耗水量在2016年与对照差异显著(P0.05),M3、M4与对照2 a均差异显著(P0.05);干物质量在苗期覆盖处理小于对照,中后期显著大于对照,2 a平均增加4.67%、16.58%(P0.05)、21.99%(P0.05)和23.36%(P0.05);M3处理2 a平均产量及水分利用效率表现较优,分别较CK增加18.80%(P0.05)、14.80%(P0.05),较M1增加14.13%(P0.05)、10.92%(P0.05),较M2增加8.14%(2016年,P0.05)、5.11%(2016年,P0.05),虽然较M4处理2 a平均减少1.77%、0.26%,但均差异不显著。综合而言,在干旱半干旱地区垄膜沟播条件下,7 500 kg·hm~(-2)为合理的秸秆覆盖量。     

渭北旱塬不同覆盖材料对旱作农田土壤水分及春玉米产量的影响

为了探索半湿润区沟垄覆盖栽培条件下春玉米田的蓄墒效果和增产增收效应,2009—2010年在渭北旱塬采用普通地膜、生物降解膜和液态膜,设置了不同沟垄覆盖栽培模式,连续2a对土壤水分、产量和经济效益进行分析研究。结果表明,在玉米全生育期,普通地膜和生物降解膜能有效改善土壤的水分利用状况。与传统平作(对照)相比,普通地膜和生物降解膜覆盖处理,0~200 cm土壤平均贮水量分别增加了9.2%和8.6%,液态膜覆盖表现不稳定。2 a玉米平均产量普通地膜和生物降解膜分别较对照提高19.23%和17.82%(P<0.05),水分利用效率平均提高21.49%和20.25%;经济效益以普通地膜和生物降解膜最高,2 a平均纯收益分别较对照增收22.09%和20.44%,而液态膜处理的产量、水分利用效率及经济效益与对照均无显著差异。可见,覆盖生物降解膜和普通地膜有良好的蓄水保墒效果,显著增加了作物产量和水分利用效率,因此生物降解膜可以代替普通地膜应用于农业生产。     

双料沟垄组合覆盖对土壤水分时空分布的影响

双料沟垄组合覆盖是适合于黄土丘陵沟壑区旱梯田作物栽培的一种全新覆盖方式。对该措施三种谷子密度的土壤水分时空分布规律进行了系统研究,结果表明,与地膜覆盖和对照相比,组合覆盖具有以下特点：①沟垄水分差异不显著;②时间变化动态滞后于对照,整个生长季土壤含水量均低于对照;③生育期总耗水量大于降水量,土壤水分处于亏缺状态,休闲期土壤储水对生育期耗水贡献很大。并就该项技术的具体应用提出了几点建议。     

不同覆盖材料下土壤水温效应对玉米前期生长的影响

本研究旨在比较盆栽与大田试验条件下不同覆盖材料的土壤调温保湿效果,为选择农业环保型覆盖材料提供理论依据。2014和2015年分别设置盆栽试验和大田试验,覆盖塑料地膜(DM)、液体地膜(YM)、麻地膜(MM)及秸秆(JM)等4种材料,以不覆盖处理为对照(CK),分析了不同覆盖材料对土壤水温状况及玉米前期生长的影响。结果表明:麻地膜覆盖对玉米生育前期0~20 cm土层土壤的保水保墒效果最好,秸秆覆盖处理次之,麻地膜覆盖和秸秆覆盖处理玉米出苗至大喇叭口期平均土壤贮水量分别较对照显著提高29.0%和26.6%。覆盖不同材料的调温作用:2014年盆栽试验玉米拔节期各处理升温效果表现为MMDMJMYMCK,大喇叭口期其降温效果表现为MMJMCKDMYM;2015年大田试验玉米拔节期各处理升温效果表现为CKDMMMYMJM,大喇叭口期其降温效果表现为CKDMMMJMYM。麻地膜覆盖处理促进了玉米前期的生长,比不覆盖处理提前10~11 d进入大喇叭口期,玉米株高、茎粗、叶面积及生物量分别较对照显著提高48.3%、27.5%、158.2%和63.5%。     

秸秆覆盖对旱地玉米休闲田土壤水分状况影响研究

根据大田试验观测资料,研究分析了宁夏南部山区玉米休闲田进行秸秆覆盖处理后对土壤水分特征和土壤水分贮存量的影响。分析3种秸秆覆盖处理对土壤水分的垂直变差系数结果表明:传统无覆盖处理方式的土壤水分随深度的变化波动最为强烈,而整秸秆覆盖处理方式的土壤水分随深度的变化相对最弱;整个休闲期内土壤水分含量均以整秸秆覆盖处理最高,半秸秆覆盖次之,分别比传统无覆盖处理增加2.68%和1.19%,两种秸秆覆盖方式可使0~80cm土层的土壤蓄水能力对降水的敏感度提高;休闲期结束后,整秸秆覆盖处理的土壤水分贮存量(236.80mm)最高,半秸秆覆盖(224.10mm)次之,传统无覆盖(208.45mm)最低。     

不同覆盖材料对耕层土壤温度及玉米出苗的影响

在玉米沟垄集雨种植模式下对沟内覆盖普通地膜、生物降解膜、液体地膜及秸秆的耕层土壤温度及玉米出苗状况进行了观测.两年结果表明,普通地膜和生物降解膜覆盖均能显著提高土壤温度,在5～25 cm耕层平均温度比不覆盖分别增加2.51℃～3.77℃和1.30℃～2.19℃,液体地膜覆盖与对照差异很小,增温值为0.13℃～0.56℃,而秸秆覆盖与不覆盖相比有明显的降温作用,其5～25 cm土层温度比对照降低1.25℃～2.19℃.普通地膜和生物降解膜覆盖分别使玉米提前4 d和3 d出苗,秸秆覆盖使出苗期推迟2 d,液体地膜覆盖与对照的出苗期无差异.     

不同秸秆还田量对旱地全膜双垄沟播土壤水分及玉米生长的影响

在通渭半干旱区通过试验研究了不同秸秆还田量对全膜双垄沟播玉米生长形状、土壤水分状况及产量的影响。试验设计了3个还田量梯度,即玉米秸秆按6000 kg·hm－2（低量还田处理）、9000 kg·hm－2（中量还田处理）、12000 kg·hm－2（高量还田处理）整秆还田,不还田处理作为对照。结果表明,在生育前期时,0～200 cm土壤水分呈现出还田量越高土壤含水量越高的趋势,在出苗期最为明显,高、中、低还田量处理较对照土壤含水量分别高出6．07％、1．24％、0．31％,而在抽雄期后,则表现为低量还田处理＞中量还田处理＞不还田处理＞高量还田处理,叶面积大小表现为高量还田处理＞中量还田处理＞低量还田处理＞不还田处理。耗水量表现为低量还田处理＜中量还田处理＜不还田处理＜高量还田处理。产量及水分利用效率以6000 kg·hm－2还田量处理最高,适宜在半干旱旱作区进行推广。     

灌溉对粮饲兼用玉米根系分布及产量影响

通过大田试验,在灌溉量2700m3/hm2、3600m3/hm2、4500m3/hm2条件下,对粮饲兼用玉米根系分布特征及产量影响进行了研究。结果表明:1)3600m3/hm2的灌溉量在0～40cm土层的土壤含水率较充分灌溉显著提高4.78%～19.3%;2)各灌溉条件下,根系随生育进程不断向下发展,随灌溉量的减少,根系有向深层发展的趋势;3)3600m3/hm2的灌溉条件下,粮饲兼用玉米籽粒产量较充分灌溉显著提高11.3%;4)秸秆产量在充分灌溉条件下较高,尤其在抽雄至乳熟期达到最高。     

阴山北麓农牧交错带不同沟垄宽度集雨技术对马铃薯的影响

为研究和解决阴山北麓农牧交错带地区降水资源不足、雨养农业产量不稳的问题,于2011~2012年在内蒙古武川县进行了不同垄宽和沟宽的集雨措施栽培马铃薯的试验,测定了沟垄集雨处理下土壤水分状况、马铃薯生长、产量和水分利用效率。结果表明:沟垄集雨技术提高了种植区土壤水分,增幅16.1%~26.0%。马铃薯生育期内的叶面积指数和单株干物重均高于对照处理。沟垄集雨处理的商品薯率较平作高5.0~30.5%,商品薯产量高于平作,垄宽1.0m沟宽1.0m集雨处理商品薯产量平作增产52.0%~81.0%。较平作相比,集雨处理提高了马铃薯水分利用效率。沟垄集雨技术对阴山北麓农牧交错带地区雨养农业规避干旱气候风险以实现马铃薯稳产具有重要的应用价值。     

Effects of different ridge-furrow mulching systems on yield and water use efficiency of summer maize in the Loess Plateau of China

Ridge-furrow film mulching has been proven to be an effective water-saving and yield-improving planting pattern in arid and semi-arid regions. Drought is the main factor limiting the local agricultural production in the Loess Plateau of China. In this study, we tried to select a suitable ridge-furrow mulching system to improve this situation. A two-year field experiment of summer maize (Zea mays L.) during the growing seasons of 2017 and 2018 was conducted to systematically analyze the effects of flat planting with no film mulching (CK), ridge-furrow with ridges mulching and furrows bare (RFM), and double ridges and furrows full mulching (DRFFM) on soil temperature, soil water storage (SWS), root growth, aboveground dry matter, water use efficiency (WUE), and grain yield. Both RFM and DRFFM significantly increased soil temperature in ridges, while soil temperature in furrows for RFM and DRFFM was similar to that for CK. The largest SWS was observed in DRFFM, followed by RFM and CK, with significant differences among them. SWS was lower in ridges than in furrows for RFM. DRFFM treatment kept soil water in ridges, resulting in higher SWS in ridges than in furrows after a period of no water input. Across the two growing seasons, compared with CK, RFM increased root mass by 10.2% and 19.3% at the jointing and filling stages, respectively, and DRFFM increased root mass by 7.9% at the jointing stage but decreased root mass by 6.0% at the filling stage. Over the two growing seasons, root length at the jointing and filling stages was respectively increased by 75.4% and 58.7% in DRFFM, and 20.6% and 30.2% in RFM. Relative to the jointing stage, the increased proportions of root mass and length at the filling stage were respectively 42.8% and 94.9% in DRFFM, 63.2% and 115.1% in CK, and 76.7% and 132.1% in RFM, over the two growing seasons, showing that DRFFM slowed down root growth while RFM promoted root growth at the later growth stages. DRFFM treatment increased root mass and root length in ridges and decreased them in 0-30 cm soil layer, while RFM increased them in 0-30 cm soil layer. Compared with CK, DRFFM decreased aboveground dry matter while RFM increased it. Evapotranspiration was reduced by 9.8% and 7.1% in DRFFM and RFM, respectively, across the two growing seasons. Grain yield was decreased by 14.3% in DRFFM and increased by 13.6% in RFM compared with CK over the two growing seasons. WUE in CK was non-significantly 6.8% higher than that in DRFFM and significantly 22.5% lower than that in RFM across the two growing seasons. Thus, RFM planting pattern is recommended as a viable water-saving option for summer maize in the Loess Plateau of China.     

不同覆膜栽培对玉米土壤水分温度及产量的影响

采用烘干称重法和地温计法测定了环县川旱地不同覆膜与露地栽培方式下全生育期内0~80 cm土层的土壤含水量和0~40 cm土层的土壤温度,成熟期随机测量不同处理方式下的株高、株重、茎粗、穗粗、穗行数、行粒数、穗粒数、千粒重和单株叶面积等指标,计算经济产量和生物产量,分析不同覆膜与露地栽培对玉米土壤水热环境和产量的调控机制。结果表明,全膜双垄沟播栽培较全膜平铺穴播、半膜平铺穴播、半膜覆盖垄播和露地平播栽培,全生育期0~80 cm土壤水分分别提高了0.3%、1.0%、1.6%和2.4%,0~40 cm土壤温度分别提高了0.3℃、1.2℃、1.6℃和2.2℃,生育期分别缩短了0、3、5 d和13 d,生物产量分别提高了679.5、2 740.5、3 376.5 kg·hm-2和4 861.5 kg·hm-2,经济产量分别提高了424.5、1 729.5、2 032.5 kg·hm-2和2 971.5 kg·hm-2。因此,在相应的旱作农业区大力推广全膜双垄沟播栽培技术,能大幅提高玉米产量,有利于保障国家粮食安全。     

干旱年份全膜双垄沟播覆盖模式对玉米水分和温度的影响

通过田间试验,比较分析干旱年份全膜双垄沟播(T1)、平铺覆膜(T2)以及露地平作(不覆膜,CK)3种种植方式玉米不同生育期土壤含水率和温度的变化,探求全膜双垄沟播技术对旱区玉米田土壤水分和温度的影响。结果表明:(1)从0~200 cm土层平均含水率看,全生育期以T1处理的平均值最高,比T2和CK高0.3和0.5个百分点;处理间0~200 cm土层含水率以出苗~7叶期差异最大,T1比T2和CK高0.7和3.2个百分点,以吐丝期差异最小,T1比T2和CK高0.4和0.0个百分点,乳熟~成熟期T1比T2高0.4个百分点、比CK低0.5个百分点。(2)从全生育期浅层土壤(0~40 cm)各层平均含水率看,T1比T2和CK高0.5和0.9个百分点,以20~40 cm差异最大,T1比T2和CK分别高0.5和1.3个百分点,40~80 cm土层,T1比T2和CK分别高0.4和0.5个百分点,80~200 cm土层,T1高出T2 0.5而低于CK 0.4个百分点。(3)全生育期0~40 cm土层温度平均值看,T1比T2和CK高0.7℃和2.5℃,其中以苗期差异最大,T1比T2和CK分别高0.8℃和4.9℃,吐丝期差异最小,T1比T2和CK分别高0.8℃和0.7℃。说明全膜双垄沟播技术能明显改善土壤温、湿度状况,是旱区玉米的高效栽培模式。     

覆盖及玉米根系对半干旱黄土区土壤拮抗性放线菌生态分布的影响

采用常规分离培养和琼脂块拮抗性测定法,研究了西北旱作农业区不同覆盖条件和根系对玉米田土壤中拮抗性放线菌分布的影响。结果表明:(1)玉米田土壤拮抗性放线菌比率随覆盖方式而异。在GA培养基上,休闲和覆膜模式高于常规对照,覆草和补灌条件下较低;在SDSA培养基上,覆盖(覆膜和覆草)和休闲模式高于常规对照。(2)玉米根系生长和分泌物对拮抗性放线菌比率有显著影响。覆膜处理中,玉米根系可使抗细菌、抗真菌拮抗菌比率较根外分别降低59.7%、45.2%;覆草处理中,玉米根系可使抗细菌及抗真菌拮抗菌比率较根外分别提高84.5%及106.4%;种植玉米后,拮抗菌比率低于休闲土壤。(3)多重比较结果显示,玉米根系对拮抗性放线菌比率的影响大于栽培模式的影响。     

灌水方式对轻度盐化土壤玉米生长及土壤水分的影响

以盆栽玉米为研究对象研究了直接浇灌、滴灌、微润灌等3种灌水方式下玉米的生长、叶绿素含量和光合速率、蒸腾速率等生理生态指标及土壤水分垂直分布的特征,结果表明:灌水方式对玉米生理生态指标有较大影响,苗期滴灌玉米生长较快,拔节前期,微润灌条件下玉米生长最为迅速,滴灌次之,直接浇灌生长最慢;滴灌条件下叶绿素含量最高,拔节期需水旺季时微润灌叶绿素含量最低.三种灌水方式对玉米光合速率的影响为:微润灌＜滴灌＜直接浇灌.土壤水分特征表明:微润灌稳定后土壤水分主要分布在10～ 30 cm土层,滴灌主要分布在10～ 40 cm土层;苗期、拔节期灌水后取样测定的土壤含水率表明,作物根系层内微润灌与滴灌均大于直接浇灌时的土壤含水率.     

根层铺多孔膜对土壤水分的影响

在根系土壤不同深度铺设不同开孔度薄膜的条件下,以黑麦草为试材,通过盆栽试验研究了根层铺多孔膜对土壤水分的影响。结果表明：根层铺多孔膜改变了根系层土壤水分分布,铺设深度为15 cm时,土壤含水量随深度的增加先增大后减小,铺设深度为20 cm时,土壤含水量呈“3”形分布,同一铺设深度不同开孔度的土壤水分分布较为相似,且土壤含水量最大值出现在覆膜深度以下5 cm处;当土壤含水量降至灌溉下限时,根层铺多孔膜各处理表层（0～5 cm）及膜上土壤平均含水量较裸土处理分别减小了37.6%～51.1%和26.2%～37.0%,膜下土壤平均含水量较裸土处理增大了7.7%～25.0%;在观测时段内,根层铺多孔膜各处理中,除铺设深度15 cm、开孔度30%的处理0～30 cm深度土壤储水量变化值大于裸土处理15.2%外,其他处理均小于裸土处理,其中铺设深度15 cm、开孔度50%的处理较裸土处理减小了23.0%,表明根层铺多孔膜技术具有较好的节水效果。     

土壤含水量对夏玉米蒸发蒸腾量和光合性能的影响

采用盆栽控水试验,研究了5种土壤水分条件（分别为土壤田间持水量的50%、60%、70%、80%、90%,记为T1~T5）对夏玉米蒸发蒸腾量（ET）及抽雄期光合性能的影响。结果表明：土壤含水量对夏玉米生长过程中的ET、株高、叶面积和光合性能均有显著影响。与T1处理相比较,T2~T5水分处理下的夏玉米主要生育期内ET依次增加了23.66%、39.17%、43.33%和49.84%,呈线性增大的趋势;在夏玉米耗水强度最旺盛的抽雄期,与T1处理相比较,T2~T5处理下的蒸腾速率（T_r）分别增长了63.74%、75.65%、78.83%和81.77%,气孔导度（G_s）分别增长了71.97%、82.63%、83.91%和84.87%,二者均随着土壤含水量的增大呈指数函数变化,但土壤含水量超过田间持水量的70%后增幅显著减小;光合速率（P_n）分别增长了47.51%、60.65%、57.51%和55.87%,P_n、株高、叶面积随着土壤含水量的增大呈现抛物线形变化趋势,即先增加后减小的规律,在T3和T4处理水平下达到最大值,依次为28.14 μmol·m^-2·s^-1（T3）、256.5 cm（T4）、628.6 cm²（T3）。从提高夏玉米光合效率和水分生产效率、减少无效蒸发蒸腾耗水的角度考虑, 夏玉米抽雄期的土壤含水量控制在田间持水率的80%左右为宜。     

宁南旱区沟垄集雨结合补灌对土壤水分利用及冬小麦产量的影响

为探明沟垄集雨结合不同时期补灌措施的集雨保墒效果,2013-2015年在宁南半干旱区设置不同补灌模式(全生育期不灌溉、前期(拔节期)补灌、后期(抽穗期)补灌、前后期均补灌)结合补灌方式(集雨补灌和传统畦灌),研究集雨补灌措施对土壤水分、冬小麦产量及水分利用效率的影响。结果表明:沟垄集雨补灌模式可有效改善0~200 cm土层土壤贮水量,尤其对0~40 cm土层提高较为明显。在2013-2014年(枯水年)灌水量减半的情况下,前期补灌和全生育期不灌溉处理的小麦产量均高于相对应的畦灌处理,分别提高了2.6%和6.2%,其余处理和对应的畦灌处理相比无增产效应;在4种补灌模式下,集雨补灌处理的水分利用效率、灌溉水利用效率均显著高于对应的畦灌处理,其中前期补灌最为显著,分别提高8.5%和105.1%。2014-2015年(丰水年),除集雨前后期均补灌处理外,前期补灌、后期补灌和全程不灌溉处理的产量均高于对应的畦灌处理,分别提高4.5%、7.4%(p0.05)和4.9%;在四种补灌模式下,除集雨前后期均补灌和不灌溉处理的水分利用效率与对应的畦灌处理相差不大外,其余各补灌处理的水分利用效率和灌溉水利用效率均显著高于相对应的畦灌处理,最大增幅分别为3.8%和114.7%。可见,沟垄集雨结合适量补灌措施可显著提高冬小麦产量和水分利用效率。