覆盖材料和沟垄比对土壤贮水量和燕麦出苗率的影响

试验在中国气象局兰州干旱气象研究所定西干旱气象与生态环境试验基地进行,采用完全随机设计,研究不同覆盖材料(普通地膜、生物可降解地膜和土壤结皮)和不同沟垄比(60∶30cm、60∶45cm和60∶60cm)对燕麦土壤贮水量和出苗率的影响。研究结果表明,普通膜垄、可降解膜垄和土垄的土壤贮水量比平作分别提高8%,13%和15%,土壤贮水量随垄宽增加而增加。普通膜垄、可降解膜垄和土垄燕麦出苗率比平作分别提高8%,28%和33%,燕麦出苗率随垄宽增加而增加。普通膜垄、可降解膜垄和土垄的燕麦出苗期比平作分别提前1.1,3.9和5.2d,燕麦出苗期随垄宽增加而减小。普通覆膜、可降解覆膜和土垄可有效收集地面微降雨和地表径流,提高土壤含水量及贮水量,改善土壤水分状况,缩短燕麦出苗期,提高燕麦的出苗率。     

沟垄集雨对紫花苜蓿和裸燕麦出苗及土壤贮水量的影响

采用沟垄覆膜集雨种植紫花苜蓿和裸燕麦,测定不同沟垄比和不同垄覆盖材料对植物土壤贮水量和出苗数的影响。结果表明,沟中土壤贮水量随沟垄比增加而增加。普通地膜、可降解地膜和自然降水形成的土壤结皮具有减少土壤蒸发的作用,从而提高土壤贮水量。2012年5月7日紫花苜蓿出苗期测定结果显示,普通膜垄、可降解膜垄和土垄种植紫花苜蓿的土壤贮水量比平作分别提高为77,61和38mm。2012年4月27日裸燕麦出苗期测定结果显示,普通膜垄、可降解膜垄和土垄种植裸燕麦的土壤贮水量比平作分别提高102,83和61mm。普通地膜、可降解地膜和土垄处理提高了土壤含水量,从而提高裸燕麦株数;普通膜垄、可降解膜垄和土垄的裸燕麦株数比平作分别提高47,37和11株/m2。但高强度集雨不一定利于紫花苜蓿发芽,平作土壤含水量分布均匀,更有利于紫花苜蓿发芽。     

垄沟集雨覆盖种植对土壤水分特征及红豆草生长特性的影响

为了提高半干旱区土地生产可持续性,选择垄沟集雨覆盖种植红豆草较佳覆盖耕作措施。通过完全随机设计大田试验,以传统平作为对照,研究3种覆盖材料(普通地膜,生物可降解地膜和土壤结皮)和3种沟垄比[(60∶30,60∶45和60∶60(cm∶cm))对土壤水分、红豆草越冬率、株高、分枝数、产量、耗水量和水分利用效率的影响。结果表明:垄沟集雨种植红豆草各处理40~140cm土层深度土壤含水量在红豆草返青前无明显差异,而在红豆草收获后差异较大。红豆草全生育期,与传统平作相比,普通地膜,生物可降解地膜和土壤结皮种植的土壤贮水量(0~200cm)分别提高10.64,9.36和2.09mm,红豆草越冬率分别提高23.6%,18.1%和8.2%,株高分别提高56.6%,47.7%和21.9%;分枝数分别提高30.6%,25.8%和7.8%,净干草产量分别提高184.9%,161.5%和109.3%,作物耗水量分别提高40.5%,30.1%和16.1%,水分利用效率分别提高23.4,22.7和17.8kg/(hm^2·mm)。同一覆盖材料,垄沟集雨种植红豆草的土壤水分、越冬率、株高、分枝数、产量和耗水量均随垄宽增加而增加。由于生物可降解地膜比普通地膜覆盖具有更好的环保效应,生物可降解地膜覆盖垄沟集雨种植可作为半干旱区种植红豆草的最佳途径之一。     

垄沟集雨种植对土壤水热效应及紫花苜蓿产量的影响

为探索和解决半干旱黄土高原区垄沟集雨种植紫花苜蓿的可持续性,采用完全随机设计布置大田试验,以传统平作为对照,研究不同垄覆盖材料(土壤结皮、生物可降解地膜和塑料地膜)和不同沟垄比[沟宽(cm)∶垄宽(cm)分别为60∶30、60∶45和60∶60]对垄沟集雨种植土壤水热效应、紫花苜蓿产量和水分利用效率(WUE)的影响。结果表明,紫花苜蓿连续种植第4和5年,深度0~3.0 m土壤含水量随紫花苜蓿生育期和生育年限增加而降低,排列次序为塑料膜垄>生物可降膜垄>土垄>传统平作,土壤含水量随集雨垄宽度的增加而增加。垄沟集雨连续种植第4和5年紫花苜蓿全生育期各处理表层(0~1.2 m)土壤处于干旱胁迫状态,随生育期和生育年限延伸,干旱胁迫程度加剧,尤其传统平作。不同处理之间沟中土壤温度差异不明显,垄上土壤温度差异明显,随集雨垄宽度增加而增加。与传统平作相比,MCS₃₀、MCS₄₅、MCS₆₀、BF₃₀、BF₄₅、BF₆₀、PF₃₀、PF₄₅和PF₆₀(MCS、BF和PF分别代表土垄、生物可降解膜垄和塑料膜垄,下标分别表示垄宽为30、45和60 cm)的2年垄上平均土壤温度分别增加0.68、0.99、1.49、2.49、3.05、3.44、3.44、4.03和4.29 ℃。垄沟集雨种植具有调温保墒的作用,促进紫花苜蓿生长发育和产量形成,与传统平作相比,MCS₃₀、MCS₄₅、MCS₆₀、BF₃₀、BF₄₅、BF₆₀、PF₃₀、PF₄₅和PF₆₀的2年紫花苜蓿全生育期平均实际干草产量分别增加7.77%、7.30%、2.11%、32.23%、29.95%、22.47%、40.88%、38.44%和28.37%,WUE分别增加17.94、26.16、29.57、17.35、19.47、17.85、20.99、22.66和20.63 kg·hm^-2·mm^-1。多年生深根性豆科牧草紫花苜蓿的根系层土壤干燥化机理需要做进一步研究。     

垄沟集雨覆盖种植对红豆草根系特征和产量的影响

【目的】为选择集雨垄的环境友好型覆盖材料,提高中国西北半干旱地区的降雨利用效率。【方法】通过随机区组大田试验,以传统平作为对照,研究3种材料(土壤结皮、生物可降解地膜和普通地膜)覆盖垄的垄沟集雨种植对土壤水热条件、红豆草根系特征、根瘤特征、干草产量和水分利用效率的影响。【结果】垄沟集雨种植显著改善土壤水热状况,增加红豆草根系和根瘤特征值。土壤结皮覆盖垄沟集雨种植显著提高红豆草水分利用效率,但降低红豆草干草产量;生物降解地膜和普通地膜覆盖垄沟集雨种植显著提高红豆草的干草产量和水分利用效率。与传统平作相比,土壤结皮、生物降解地膜和普通地膜覆盖垄沟集雨种植的土壤贮水量分别提高10.64、9.36和2.09 mm,垄上表层土壤温度分别增加2.0、3.4和4.2℃,红豆草根干重分别提高27%、72%和87%,有效根瘤数分别增加2.1、9.1和12.4个,水分利用效率分别提高11.9、23.3和30.0 kg/(hm²·mm)。土壤结皮覆盖垄沟集雨种植的红豆草干草产量比传统平作降低13%,生物降解地膜和普通地膜覆盖垄沟集雨种植的红豆草干草产量比传统平作分别提高11%和23%。...     

生物炭覆盖垄沟集雨种植对紫花苜蓿根芽、干草产量和水分利用效率的影响

【目的】探索半干旱区垄沟集雨种植紫花苜蓿根芽数量规律和紫花苜蓿高产栽培技术。 【方法】采用随机区组设计,以平作为对照,研究了不同生物炭覆盖量[0×10⁴（ 土垄）、3×10⁴（ 单倍生物炭垄）和 6×10⁴ kg/hm²（ 双倍生物炭垄）]和不同垄宽（30、45 和 60 cm）对紫花苜蓿农田土壤水分、温度、紫花苜蓿根芽、分枝数、干草产量和水分利用效率的影响,处理为平作（FP）、垄宽 30、45、60 cm 的土垄（MCS₃₀、MCS₄₅、MCS₆₀）、垄宽 30/45/60 cm 的单倍生物炭垄（SMSBA₃₀、SMSBA₄₅、SMSBA₆₀）、垄宽 30、45、60 cm 双倍生物炭垄（DMSBA₃₀、DMSBA₄₅、DMSBA₆₀）。【结果】生物炭覆盖垄沟集雨种植提高垄上表层土壤温度和沟中土壤贮水量,增加紫花苜蓿根芽数（茎枝芽+根颈芽）、分枝数、干草产量和水分利用效率。随着垄宽的增加,土壤贮水量、紫花苜蓿根芽数和分枝数随之增加,紫花苜蓿实际干草产量和水分利用效率随之降低 。 紫花苜蓿茎枝芽数量是根颈芽数量的 2. 2~2. 9 倍 。 与平作相比 , MCS₃₀、MCS₄₅、MCS₆₀、SMSBA₃₀、SMSBA₄₅、SMSBA₆₀、DMSBA₃₀、DMSBA₄₅和 DMSBA₆₀的土壤贮水量分别增加 20. 7、30. 8、41. 7、8. 7、23. 0、35. 7、6. 2、12. 0 和 11. 0 mm,根芽数分别增加了-0. 4、0. 4、 2. 0、1. 2、0. 7、4. 1、0. 4、3. 0 和 4. 6 个/株,分枝数分别增加 8、28、50、48、84、109、45、91 和 71 个/m² ,总干草产量分别增加 3. 34%、-0. 52%、-0. 70%、26. 81%、17. 11%、3. 00%、18. 28%、5. 79% 和 -11. 03%,水分利用效率分别增加 -1. 76、-0. 04、2. 67、5. 77、4. 26、2. 99、4. 66、1. 62、 0. 10 kg/（hm² ·mm）。【结论】垄宽 30 cm 的单倍生物炭垄具有较高紫花苜蓿根芽数量、紫花苜蓿产量和水分利用效率,是半干旱区种植紫花苜蓿的适宜栽培模式。     

地面不同垄沟形式对土壤水分的影响

针对半干旱地区沟垄集雨种植马铃薯沟中水分富集叠加的可行性,将膜垄、土垄与平作的土壤水分进行比较,同时采用圭尔夫入渗仪测定了土壤水分入渗速率。用沟垄集雨种植技术,垄作为集水区,沟作为种植区,采用3种沟垄比和2种下垫面材料为处理,平作为对照,研究不同垄沟表面处理对土壤水分分布及入渗的影响,结果表明:在集雨各时期,膜垄处理之间或土垄处理之间土壤水分相差不显著。集雨前期,由于土垄结皮厚度相对较薄,土垄与平作之间的土壤水分差异不明显;集雨中期,随着土垄结皮增厚,产生径流和减少蒸发,土垄沟中土壤含水量显著大于平作;在集雨后期,随降水减少和作物耗水增大,土垄沟中土壤水分与平作差异不显著。土壤贮水量差异层出现在土壤表层0～40cm,在有差异的土层,表现为膜垄的土壤贮水量高于土垄,土垄的土壤贮水量高于平作,8月13日测定,0～40cm土壤深度,MR60比ER60、MR45比ER45、MR30比ER30分别多贮水26.61、29.91、19.07mm;MR60、MR45、MR30、ER60、ER45、ER30比平作分别多贮水39.85、52.02、35.20、14.24、22.11、16.13mm。当入渗水头相同时,膜垄沟中土壤水分稳定入渗率大于土垄和平作,土垄与平作之间的差异不明显。     

生物炭施加打结垄沟集雨对土壤水分动态和紫花苜蓿生长特征的影响

【目的】探究生物炭施加垄沟集雨种植模式对土壤水分时空动态和紫花苜蓿生长特征的影响。【方法】采用裂区试验设计,主区模式为施加生物炭和不施加,副区耕作措施为打结垄、开敞垄和平作,探究不同生物炭施加模式和不同垄沟集雨耕作措施的影响效应。【结果】施加生物炭明显提高了土壤总贮水量和空间水分含量,促进紫花苜蓿生长、提高紫花苜蓿产量和品质;打结垄显著增加土壤贮水量,促进紫花苜蓿生长,提高产量。与不施加生物炭相比较,施加生物炭的 0~200 cm 土层土壤贮水量、 平均土壤含水量、干草产量、株高、分枝数、根颈粗、粗蛋白含量、酸性洗涤纤维含量和中性洗涤纤维含量分别增加 39. 38 mm、15. 46%、95 kg/hm² 、25. 19%、5. 80%、29. 24%、9. 3%、12. 3% 和 3. 4%。与平作相比,打结垄的 0~200 cm 土层平均土壤贮水量、平均紫花苜蓿干草产量、平均株高、分枝数和根颈粗、平均粗蛋白、酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维含量分别增加 69. 09 mm、332 kg/hm² 、24. 0%、21. 0%、 14. 2%、17. 7%、7. 7% 和 4. 0%;开敞垄的分别增加 26. 16 mm、267 kg/hm² 、16. 8%、10. 2%、10. 1%、 14. 2%、7. 3% 和 3. 4%。【结论】生物炭施加坡地打结垄沟集雨模式是雨养农业区紫花苜蓿种植的有效模式,也是雨养农业可持续种植饲草作物的推荐模式,该模式为我国西北黄土高原地区栽培饲草作物提供科学指导和理论依据。     

覆盖材料对垄沟集雨种植高粱生长特性及土壤水分、温度的影响

为了提高旱作雨养农业区降水资源利用率,改善作物水分有效性,在半干旱黄土高原丘陵区通过大田试验,以传统垄沟集雨种植沟无覆盖为对照,研究了不同沟覆盖材料(生物可降解地膜覆盖、生物可降解液体地膜覆盖和秸秆覆盖)对土壤水分、土壤温度、高粱产量和水分利用效率等的影响。结果表明,在高粱全生育期,与无覆盖相比,生物可降解地膜覆盖、生物可降解液体地膜覆盖和秸秆覆盖的平均土壤贮水量分别增加20.7,11.7和28.9mm,土壤含水量分别提高5.7%,0.9%和8.7%;生物可降解地膜覆盖和生物可降解液体地膜覆盖的沟中平均土壤温度分别增加1.3和0.5℃,秸秆覆盖的沟中平均土壤温度降低0.3℃;生物可降解地膜覆盖、生物可降解液体地膜覆盖和秸秆覆盖的高粱地上生物量分别提高31%,4%和7%,籽粒产量分别提高36%,15%和23%,WUE分别提高36.0%,15.0%和24.8%。与无覆盖相比,生物可降解地膜覆盖和秸秆覆盖具有较高土壤水分、地上生物量、籽粒产量和水分利用效率。生物可降解液体地膜覆盖效果不明显。     

覆盖和粮草间作对作物氮素吸收利用和土壤硝态氮累积的影响

为了减少普通地膜和氮肥的投入,实现该地区农业生态良性循环和土壤的可持续利用,在甘肃武威试验站采用完全随机裂区设计,研究了不同种植模式（玉米单作、玉米//毛苕子和玉米//箭筈豌豆）和覆盖方式（普通地膜覆盖、生物可降解地膜覆盖、秸秆覆盖和无覆盖）对玉米和绿肥作物氮素吸收以及土壤硝态氮累积的影响。结果表明：覆盖和间作对作物的氮素吸收利用具有显著促进作用。玉米收获期,与无覆盖相比,普通地膜覆盖、生物可降解地膜覆盖和秸秆覆盖的玉米植株吸氮量分别增加21.46%,11.22%和34.63%,与玉米单作相比,玉米//毛苕子和玉米//箭筈豌豆的玉米吸氮量分别增加6.94%和6.26%。玉米收获期,秸秆覆盖的牧草植株吸氮量较普通地膜覆盖、生物可降解地膜覆盖和无覆盖分别增加46.75%,72.31%和21.76%,间作毛苕子的吸氮量较间作箭筈豌豆增加25.26%。玉米收获期,各处理玉米带、牧草（裸露）带0～140cm土壤硝态氮累积量均低于牧草收获期,无论牧草收获期还是玉米收获期,单作玉米的玉米带、裸露带土壤硝态氮累积量均低于间作玉米。玉米收获期,普通地膜覆盖和生物可降解地膜覆盖的玉米带0~140cm土壤硝态氮累积量较无覆盖分别显著增加32.87%和27.82%,普通地膜覆盖的牧草（裸露）带0～140cm土壤硝态氮累积量较生物可降解地膜覆盖、秸秆覆盖和无覆盖分别增加9.17%、6.07%和35.45%。     

覆膜种植对高寒区土壤水热、养分和苜蓿越冬的影响

为探究覆膜种植对青藏高原高寒区苜蓿（Medicago）越冬的影响,试验以‘甘农1号’杂花苜蓿为材料,在甘肃省武威市天祝高寒地区进行了3种覆盖模式的苜蓿种植试验,以垄沟（Ridge and furrow,RF）为对照,以垄沟覆膜（Film mulching on ridge and furrow,FMRF）和平作地膜（Film mulching parallel to the ground,MPG）为处理组,研究分析苜蓿生长当年的土壤水热及养分状况。结果表明：和RF相比,FMRF和MPG处理下苜蓿越冬率提高了25.76%和23.79%,覆膜下苜蓿越冬率达88%以上;覆膜可提高高寒区苜蓿地土壤温度和水分,和RF相比,MPG增温2.3℃,增温效果最佳,FMRF增加土壤水分6.93%,保墒效果最佳;土壤氮含量和土壤酶活性在土壤水热改善的基础上也得到增加,土壤氮含量和酶活性在0～30 cm各土层均表现为：FMRF>MPG>RF。在天祝高寒区及类似区域采用覆膜处理可以提升土壤温度和水分,促进微生物活动,使土壤酶活性增加,进而促进土壤氮素循环,使苜蓿种植当年的生物量和越冬率得到提高,且FMRF处理效果优于MPG。     

不同覆膜时期对宁南山区土壤水热环境及马铃薯产量的影响

在宁南山区雨养条件下,以马铃薯庄薯3号为试验材料,研究了裸地平种、播前覆膜、早春覆膜、秋覆膜处理下2013-2015年间马铃薯产量及其全生育期土壤温度、土壤贮水量的差异。结果表明:与裸地平种相比,不同覆膜时期下尤其是秋覆膜可增加马铃薯地土壤表层温度,增加幅度可高达1.0 ℃。秋覆膜处理增加了早春时期土壤温度、降低马铃薯苗期土壤日温差。不同覆膜时期尤其是秋覆膜处理下马铃薯苗期土壤贮水量增加41.5 mm,马铃薯块茎膨大期后20~60 cm土层土壤水分消耗增加;且在平水年和欠水年不同覆膜时期对土壤水分的调控作用更为明显。秋覆膜处理下马铃薯产量可达34543 kg/hm²,增产40.8%。土壤水分利用效率达到77.5 kg/(hm²·mm),增加23.5%。相关性分析发现马铃薯产量与早春时期土壤温度、土壤贮水量显著(P<0.05)正相关,与马铃薯播种时期土壤温度显著负相关。综上,秋覆膜可通过提高早春时期土壤温度、土壤贮水量,促进马铃薯块茎膨大期后土壤耗水量来增加马铃薯产量,秋覆膜是本研究区马铃薯获得高产的最佳覆膜时期。     

黄土高原半干旱区紫花苜蓿覆膜垄沟和施肥效应研究

本研究设置了露地平播、全地面覆膜平播、半覆盖平播、覆膜垄沟播和土垄沟播5个处理，研究了不同覆膜和垄沟技术对土壤水热状况、紫花苜蓿产量和品质的影响；并在覆膜垄沟处理条件下，参照“3414”施肥试验，研究了不同氮、磷、钾肥料配比对紫花苜蓿产量、品质和土壤肥力的影响。结果表明：覆膜垄沟处理较露地处理在生长前期提高了土壤温度，在返青期、第一次和第二次刈割后提高了0～80 cm土壤含水量，并提高了苜蓿的干草产量、粗蛋白和粗脂肪含量。施肥试验中，P₂K₂N₃处理干草产量最高，为6 366 kg·hm^-2，并提高了土壤肥力；粗蛋白、粗脂肪含量最高的处理分别是P₂K₁N₂、P₂K₂N₃；P₂K₁N₂处理的中性洗涤和酸性洗涤纤维含量最低。综上，覆膜垄沟可以改善土壤水热状况，提高苜蓿的产量和品质；施肥处理P₂K₂N₃，即P₅O₂60 kg·hm^-2，K₂O 45 kg·hm^-2，N 92 kg·hm^-2，综合效果较好，是垄沟覆膜条件下的最佳施肥处理。     

旱地垄沟集雨种植紫花苜蓿最佳沟垄宽比的确定

采用旱地垄沟集雨种植紫花苜蓿(Medicago sativa L.),研究不同沟垄宽比和覆盖方式对苜蓿干草产量、水分利用效率的影响,并通过回归方程确定适宜我国干旱半干旱区种植紫花苜蓿的最佳沟垄比。结果表明:膜垄、土垄处理平均年干草产量分别为5604.87和4844.81 kg·hm^-2,分别较CK提高204.98%和163.63%;膜垄、土垄处理平均水分利用效率分别为34.91和28.47 kg·mm^-1·hm^-2,分别为CK的2.25倍、1.83倍;膜垄的平均年干草产量、平均水分利用效率分别较土垄提高15.69%和22.62%;回归分析表明:当膜垄的最佳沟垄宽比为60 cm:60 cm、土垄的最佳沟垄宽比为60 cm:70 cm时,苜蓿的经济产量可以达到最大,分别为6009.3 kg·hm^-2和5271.5 kg·hm^-2,分别较CK提高226.99%和186.84%,膜垄处理的最大经济产量较土垄处理提高14.00%。因此,在试验地区及其相似地区采用膜垄集雨种植能显著提高苜蓿干草产量及水分利用效率,建议采用垄覆膜集雨种植紫花苜蓿,沟垄宽比为60 cm:60 cm。     

覆膜种植方式对东祁连山区苜蓿草地土壤温度和水分的影响

高寒地区耐寒苜蓿品种和适宜栽培技术的缺乏,严重阻碍着该区域旱作苜蓿和草地畜牧业的发展。于东祁连山甘肃天祝高寒牧区通过设置平膜全覆、垄沟覆膜、垄沟覆膜+覆土和垄沟（不覆膜）4种种植方式,探讨不同种植方式对苜蓿草地土壤温度和水分的影响,旨在为祁连山高寒区苜蓿的高产栽培提供理论依据。结果表明,高寒区平膜全覆种植方式的增温效果最佳,其次为垄沟覆膜、垄沟,垄沟覆膜+覆土最弱。地膜提温主要在苜蓿生长初期（5月）和生长期（6-7月）,主要集中在0~15 cm的浅层土壤。5-9月平膜全覆0~25 cm土层白天平均温度为19.83 ℃,分别比垄沟覆膜、垄沟覆膜+覆土和垄沟处理同期同层高出1.85 ℃、3.04 ℃和2.98 ℃。垄沟覆膜处理下土壤含水量最大,其土壤含水量比平膜全覆、垄沟覆膜+覆土和垄沟处理的土壤含水量高4.3%~14.5%,4.2%~13.8%和14.3%~24.8%。平膜全覆对天祝高寒区苜蓿生长在温度上的贡献最大,而垄沟覆膜在水分上的贡献最大。