施用生物炭对华北平原冬小麦土壤水分和籽粒产量的影响

为探究施用生物炭对华北平原农田土壤水分和冬小麦籽粒产量的影响,于2014—2017年在中国农业大学吴桥实验站设置施用生物炭7 200(BH)、3 600(BM)、1 800(BL)和0kg/hm~2(CK)4个处理。结果表明:与CK处理相比,BH、BM和BL处理3年平均增产分别为1.84%、7.28%和5.03%,并且降低了耗水量,水分利用效率分别提高5.96%～14.86%、9.42%～19.18%和5.96%～13.50%。同时施用生物炭增加了土壤含水量,与CK处理相比,土壤上层0～60cm BM处理增幅最大;中层60～120cm和下层120～200cm均为BL处理增幅最大(P0.05)。综上所述,施用生物炭可以增加土壤含水量和籽粒产量。统计分析表明,当施炭量分别为3 389～3 882和3 500～4 357kg/hm~2,0～60cm土层土壤含水量和籽粒产量均最高,且0～60cm土层土壤含水量与籽粒产量间存在显著的正相关关系(P0.05)。因此,施用生物炭可以增加土壤含水量,降低水分消耗,提高冬小麦籽粒产量和水分利用效率,在本试验条件下以施用3 000～4 500kg/hm~2为宜。     

遮光和渍水对小麦幼苗形态和生长的影响

为了解遮光、渍水及其互作对小麦幼苗形态及生长性状的影响,以长江中下游不同年代小麦品种扬麦1号(20世纪70年代)、扬麦158(20世纪90年代)和扬辐麦4号(21世纪正在应用)为材料,通过盆栽试验研究了遮光、渍水后小麦幼苗主茎叶龄、单株茎蘖数、单株次生根数、苗高、叶面积、干物重、比叶重和根冠比的变化。结果表明,遮光处理显著延缓幼苗叶龄,抑制分蘖的发生,而渍水处理影响不显著;遮光和渍水处理均显著降低单株次生根数、叶面积、比叶重及地上部和根干重,遮光影响程度重于渍水,遮光和渍水同时处理仅对比叶重、地上部和根干重、根冠比表现出一定的累加效应。处理结束后经20d恢复,仅不遮光+渍水处理下叶龄、苗高和比叶重基本恢复到正常生长水平;不遮光+渍水处理下单株次生根数及各处理下根干重表现出恢复趋势。不同品种间幼苗形态和生长性状表现出显著的差异。扬辐麦4号和扬麦158单株次生根数和比叶重均显著高于扬麦1号。不同处理下扬辐麦4号幼苗形态和生长性状相比正常生长幼苗的变化幅度总体上小于其他品种,表现出较好的苗期抗渍及抗弱光能力。     

施用生物炭对冬小麦光合潜力和籽粒产量的影响

为探究生物炭对冬小麦光合潜力和籽粒产量的影响,在中国农业大学吴桥实验站设置了施用生物炭7200kg·hm^-2(BH)、3600kg·hm^-2(BM)、1800kg·hm^-2(BL)和不施生物炭(BO)4个处理,测定分析了冬小麦开花期和灌浆期旗叶净光合速率、气孔导度和蒸腾速率日变化、光响应曲线及籽粒产量。结果表明,不同施炭水平下冬小麦开花期和灌浆期旗叶净光合速率、气孔导度和蒸腾速率日变化均呈双峰曲线趋势,有明显的光合“午休”现象,而施用生物炭可以减弱光合“午休”。冬小麦叶片胞间CO2浓度的日变化呈现先降后升的趋势,呈广口“V”型。随着光照强度的增加,在开花期,净光合速率、气孔导度和蒸腾速率光响应曲线呈现逐渐上升趋势,而灌浆期的响应曲线在光照强度1600~2000μmol·m^-2·s^-1时呈现逐渐下降趋势,就不同处理而言,开花期和灌浆期各指标均表现为BH和BM处理大于BL和BO处理;模拟得到的灌浆期最大净光合速率以BM处理最大,分别比BH、BL和BO处理高2.50%、6.20%和8.88%。与BO处理相比,BH、BM和BL处理的籽粒产量分别增加了4.14%、5.97%和1.49%,其中BH和BM处理增产显著(P<0.05)。综上所述,施用生物炭可以减弱冬小麦开花期和灌浆期的光合“午休”,增强光合性能和潜力,提高籽粒产量。在本试验条件下生物炭以年施用量3600kg·hm^-2效果最好。     

耕作方式及秸秆还田对华北平原土壤全氮及其组分的影响

为明确耕作方式对农田土壤全氮及其组分的影响,该文于中国农业大学吴桥实验站展开研究。田间试验布置于2008年,设置翻耕秸秆不还田(PT),翻耕秸秆还田(PTS),免耕秸秆还田(NTS)和旋耕秸秆还田(RTS)4个处理。于2015年冬小麦收获后取样,测定分析了土壤全氮、颗粒氮、矿物结合态氮含量以及土壤全氮储量。研究结果表明,0~5和5~10 cm土层的土壤全氮含量NTS和RTS显著高于PTS,但10~20和20~30 cm土层显著降低(P0.05)。0~50 cm土层的土壤全氮储量秸秆还田各处理间差异不显著,但NTS和PTS较PT分别提高了7.78%和11.09%(P0.05)。在土壤全氮及其组分中,土壤颗粒氮对耕作方式表现出最高的敏感性。0~5 cm土层的土壤颗粒氮含量及其在土壤全氮中的占比NTS和RTS均高于PTS,但在20~30 cm土层均低于PTS(P0.05)。与PT相比,PTS仅提高了0~20 cm土层的土壤全氮和颗粒氮含量,而土壤矿物结合态氮含量没有显著差异,NTS和RTS则同步提高了0~10 cm土层的土壤全氮、颗粒氮及矿物结合态氮含量(P0.05)。综上所述,免耕和旋耕提高了土壤全氮及其组分在表层土壤中的分布,翻耕则在较深土层更具优势,但翻耕阻碍了耕层土壤矿物结合态氮的积累,增加了氮素损失风险。     

不同耕作方式下雨养冬小麦产量和水分利用

在华北地下水严重超采区发展旱作雨养农业对缓解该地区农业用水压力有重大意义。为筛选适宜在华北地区种植的旱作冬小麦品种,探索配套的耕作技术,在中国农业大学吴桥实验站开展一项为期2a的试验。田间试验采用裂区试验设计,主区为耕作处理,包括旋耕秸秆还田(RTS)和免耕秸秆还田(NTS),副区为8个冬小麦品种。结果表明:不同耕作措施对冬小麦产量有明显影响,RTS处理较NTS提高冬小麦生物产量和经济产量,同时提高拔节期、孕穗期等关键生育时期的叶面积指数。NTS有利于收获指数提高,其中‘烟农19’在NTS下分别达到0.36和0.39;NTS明显降低冬小麦的耗水量,最低值可达到378.21mm。不同冬小麦品种水分利用效率对2种耕作方式响应并不一致,‘农大399’‘烟农19’和‘鲁原502’在RTS下表现较好,而‘鲁麦21’和‘青麦6’则在NTS下表现较好;冬小麦品种间产量差异显著,其中‘农大399’‘烟农19’和‘鲁原502’产量表现相对突出,在不同耕作方式和不同降水年份间表现较为一致,其经济产量分别达到6 036.35、6 369.68和5 902.95kg·hm-2。综上,NTS有利于耗水量的减少,不同品种在不同耕作方式下的水分利用效率表现不一致。因此,在华北半干旱地区,NTS下‘鲁麦21’‘山农29’‘农大399’等品种和RTS下‘济麦22’‘汶农14’和‘青麦6’品种具有较好的水分适应性。     

施用生物炭对华北平原土壤水分和夏玉米生长发育的影响

2014～2017年在中国农业大学吴桥实验站设每年施用生物炭7 200 kg/hm~2(T1)、3 600 kg/hm~2(T2)、1 800 kg/hm~2(T3)和不施生物炭(CK)4个处理,探究施用生物炭对土壤水分和夏玉米生长发育的影响。结果表明,与CK处理相比,T1和T2处理的子粒产量分别降低10.59%～10.80%和6.30%～7.76%(P0.05)。施用生物炭显著降低全生育期的耗水量,提高水分利用效率。与T3和CK处理相比,T1和T2处理显著降低主要生育时期的SPAD值、光合速率、气孔导度和蒸腾速率,花后的叶面积指数也较低,从而降低花后的干物质积累。施用生物炭可以增加土壤含水量,减少夏玉米耗水量,进而提高水分利用效率;中高量的施用降低夏玉米和周年的子粒产量。因此,在华北平原生物炭施用量建议以低量为宜。     

稻茬小麦高产稳产、节本增效栽培模式研究

为探索适宜的稻茬小麦栽培模式,基于本课题组近13年的田间试验数据,分析了播期、基本苗和肥料运筹对稻茬小麦产量及经济效益的影响,进而构建不同高产栽培模式,并比较其高产、稳产、节本增效的能力。结果表明,适播(10月29日~(-1)1月4日)条件下稻茬小麦产量、净效益和产投比均显著高于早播(10月17日~(-1)0月26日)和晚播(11月6日~(-1)1月20日),增幅分别为12%~13%、24%~27%和22%~27%,但不同播期之间的投入差异不显著。在适播条件下基本苗和施氮量、晚播条件下基本苗与产量和净收益均呈抛物线关系。适播基本苗210×10~4~240×10~4株·hm-2和施氮量180~225kg·hm~(-2)、晚播基本苗240×10~4~270×10~4株·hm-2和施氮量240~270kg·hm~(-2)构建的高产模式下产量分别达8.21和7.46t·hm-2,这两种模式均具有高经济效益和低投入特点,在不同年度、地点和品种下稳产性好。     

保护性耕作对土壤有机碳稳定化影响的研究进展

为进一步明确保护性耕作对土壤有机碳固持(Carbon sequestration)的影响,系统分析2000—2018年农田生态系统中,保护性耕作对土壤有机碳稳定化(Stabilization)影响的相关研究文献。结果表明,保护性耕作并不直接影响土壤有机碳本身的稳定性(Stability),而是通过改变土壤物理化学性质及有机碳分子结构(Molecular structure)促进土壤有机碳稳定化,增加土壤固碳。未来研究重点应在阐明保护性耕作条件下外源有机碳的投入(主要源于作物秸秆)与土壤有机碳变化的关系,保护性耕作条件下土壤理化性质对土壤有机碳矿化的影响以及保护性耕作对土壤有机碳分子结构及其对有机碳稳定的影响。