中国玉米栽培研究进展与展望

目的探明光氮互作条件下玉米生长发育特征及光合生理机制,为通过合理施肥缓解玉米弱光胁迫提供科学依据。方法采用盆栽试验,研究不同光照强度和氮素水平对玉米生长发育、光合生理及干物质积累的影响。结果中低氮水平下,遮阴处理的玉米生育后期株高较自然光处理有所降低;不同施氮水平灌浆期上部叶、穗位叶和下部叶叶面积也均小于自然光处理,下降幅度分别为13.0%~35.9%、6.1%~28.5%和9.7%~26.4%,生育前期功能叶片叶绿素含量和全生育期净光合速率也有不同程度降低,拔节期叶中可溶性糖含量显著下降11.1%~46.5% (P<0.05);中高氮水平下,遮阴处理玉米总生物量显著降低33.1%~49.7% (P<0.05)。遮阴条件下,低氮处理的不同部位叶片叶面积、净光合速率及根长均高于高氮处理,叶中可溶性糖含量及总生物量也分别较中高氮处理增加19.4%~108.3%和51.1%~85.6%。结论遮阴条件下,玉米生长发育受抑制且低氮处理较中高氮处理更有助于玉米干物质累积。     

不同灌溉方式下养分配置对小麦、玉米产量和水分利用的影响

为了寻求小麦、玉米生产的最佳水肥配置模式,在不同灌溉方式(喷灌、移动喷灌、小白龙)下设置8个不同养分配置[底施N_(34)P_6K_8750 kg/hm~2(T1)、底施N_(34)P_6K_8 750 kg/hm~2+追施纯N 75 kg/hm~2(T2)、底施N_(28)P_(15)K_5750 kg/hm~2(T3)、底施N_(28)P_(15)K_5 750 kg/hm~2+追施纯N 75 kg/hm~2(T4)、底施控释肥600 kg/hm~2(T5)、底施控释肥600 kg/hm~2+追施纯N 75 kg/hm~2(T6)、底施N_(28)P_(15)K_5 375 kg/hm~2+底施控释肥300 kg/hm~2(T7)、底施N_(28)P_(15)K_5 375 kg/hm~2+底施控释肥300 kg/hm~2+追施纯N 75 kg/hm~2(T8)],研究不同灌溉方式下养分配置对小麦、玉米产量及水分利用的影响。结果表明,与小白龙灌溉处理相比,移动喷灌和喷灌处理均可提高小麦株高、穗长、小穗数、穗粒数、千粒质量;喷灌处理小麦、玉米、小麦—玉米周年产量分别增加1.64%～14.04%、1.40%～6.89%、3.94%～10.07%,移动喷灌处理分别增加1.37%～12.88%、6.81%～16.47%、6.71%～11.21%;喷灌处理小麦、玉米、小麦—玉米周年灌水利用率分别提高0.26～2.03、0.19～0.90、0.57～1.27 kg/m~3,移动喷灌处理分别提高0.21～1.96、0.82～2.08、0.91～1.63 kg/m~3。喷灌和移动喷灌条件下,T8处理小麦产量高于其他处理;3种灌溉方式下,玉米及小麦—玉米周年产量均是T8处理高于其他处理。综合考虑,以移动喷灌结合底施N_(28)P_(15)K_5 375 kg/hm~2+底施控释肥300 kg/hm~2+追施纯N 75 kg/hm~2处理节水增产效果最佳。     

不同保墒与土壤结构改良措施对土壤结构及小麦、玉米水分利用的影响

为探明不同保墒与土壤结构改良措施对小麦、玉米水分利用等的作用机理,采用大田试验,研究了秸秆覆盖、地膜覆盖、保水剂及有机肥对小麦—玉米生长、光合生理特征、产量、水分利用效率及土壤结构等。结果表明:地面覆盖和土壤结构改良措施均改善了土壤团粒结构,且促进了土壤有机碳含量的提高。同时,不同措施改善了小麦、玉米不同生育期的光合生理特征,提高了小麦、玉米不同生育期的株高、叶面积及生物量,且成产要素也显著提高,地膜覆盖较其他措施更利于小麦产量的提高,其较普通耕作增产14.7%。对玉米而言,以秸秆覆盖和地膜覆盖处理增产效果较佳,分别较普通耕作增产10.4%和10.3%。对小麦—玉米周年而言,地膜覆盖的总产量和总水分生产效率均最高,分别较普通耕作提高了12.5%和17.1%。相关分析表明,小麦、玉米周年总产量和总水分生产效率与小麦不同生育期的土壤水分、灌浆期叶面积、小麦单产、玉米大喇叭口期的叶面积以及土壤有机碳含量密切相关。     

小麦-玉米周年水肥一体化增产效应

为探明小麦-玉米周年水肥利用效应,在农业部作物高效用水原阳科学实验站进行小麦-玉米周年水肥一体化研究。试验肥料设置底施、1次追施和2次追施,水分设置1水、2水和3水,每次灌水450 m3/hm2。结果表明:补充灌溉与追肥相结合对小麦、玉米的生长发育具有积极效果,其中小麦穗长增加0.2~0.8 cm,穗粒数增加2~10粒,千粒质量增加2~9 g,成穗数增加9万~57万穗/hm2;玉米穗长增加0.48~1.82 cm,行粒数增加2.0~8.4粒,5穗穗粒质量增加15~374 g,百粒质量增加2.0~13.0 g。同时,补充灌溉和追肥处理较对照小麦增产9.85%~37.93%,与一次性底施肥处理相比,相应补充灌溉+追肥处理增产9.92%~25.66%,以3水2肥效果最好;与1次追肥处理相比,相应2次追肥增产3.95%~6.11%,以2水2肥效果最好。与对照、相应1次性底施肥和1次追肥处理相比,玉米产量分别增加11.05%~46.62%、18.71%~32.03%和2.8%~5.42%;小麦玉米综合产量分别增加10.46%~42.36%、14.37%~28.87%和3.34%~5.75%,与小麦增产趋势一致。小麦玉米综合灌水利用效率较对照增加0.95~5.41 kg/m3,较一次性底施肥0.56~3.81 kg/m3,较1次追肥提高0.35~0.67 kg/m3,均以1水2肥处理最好。因此,节水增产的最佳配置为2水2肥和1水2肥。     

子午岭植被恢复过程中土壤团聚体有机碳含量的变化

土壤有机碳是土壤团聚体形成的重要胶结剂之一，土壤团聚体分布影响有机碳含量及其稳定性。对子午岭植被恢复过程中团聚体有机碳含量变化的研究结果显示：相对于农田，植被恢复可增加土壤各个粒径团聚体有机碳含量．同时增加不同层次土壤团聚体有机碳含量。就粒径而言，虽然各个植被下〈0．25mm土壤团聚体有机碳含量最低，植被类型变化对土壤团聚体有机碳含量影响最大的是〈0．25mm粒径，辽东栎林地〈0．25mm土壤团聚体有机碳含量是农田〈0．25mm团聚体有机碳含量的3倍；其次，植被类型对〉5mm团聚体有机碳含量影响较大，辽东栎、早期森林、灌丛、草地和弃耕地土壤〉5mm团聚体有机碳含量比农田土壤〉5ram团聚体有机碳含量高149％，209％，104％，62％，10％。说明植被演替可增加土壤团聚体有机碳含量，但首先是增加较大粒径团聚体的有机碳含量；随着植被的进一步演替，小粒径团聚体有机碳含量也相应的增加，这部分有机碳是稳定的，说明植被恢复增强了土壤的碳汇功能。     

长期保护性耕作对冬小麦氮素积累和转运的影响

基于长期定位耕作试验(2006—2016年),探讨长期传统翻耕、免耕和深松耕作对冬小麦关键生育期0~100 cm土层土壤含水率的影响,分析长期免耕和深松耕作下冬小麦植株氮素积累和转运的特性。试验结果表明:长期免耕和深松耕作较传统翻耕均不同程度提高了0~100 cm土层土壤含水率,但在较干旱年份,不同生育期免耕蓄水保墒效果优于深松耕作。从冬小麦扬花期到成熟期,无论何种耕作方式氮素在茎和叶中的分配比例逐渐减小,在穗中的分配比例逐渐增大。扬花期,与传统翻耕相比,连续2 a免耕分别提高茎、叶和穗的平均氮素积累量44.3%、80.5%和70.9%,而连续2 a深松耕作未呈现显著变化;成熟期,连续2 a免耕和深松耕作较传统翻耕均显著降低了茎的平均氮素积累量,增加了籽粒的平均氮素积累量(P0.05),且免耕优于深松耕作。此外,与传统耕作相比,免耕显著提高冬小麦植株营养器官氮素转运量、转移率和营养器官对籽粒的贡献率(P0.05),而深松耕作仅在较干旱年份未明显提高冬小麦植株营养器官转运量和对籽粒的贡献率。综上,长期深松耕作并不能持续促进冬小麦植株氮素积累与转运,对于干旱少雨年份免耕优于深松耕作。     

长期免耕对不同土层土壤结构与有机碳分布的影响

为探明长期翻耕与免耕条件下不同土层深度土壤结构稳定性及其有机碳分布特征,在长期定位试验中分层(0~10 cm、10~20 cm、…、90~100 cm)采集免耕和常规耕作处理下混合土样和原状土样进行土壤结构与有机碳的测定,结果表明:(1)随着土层的加深,0.5~2.0 mm和大于2.0 mm粒级团聚体含量表现为逐渐降低的趋势,而其他粒级团聚体含量呈增加趋势。免耕更利于提高大粒级团聚体(0.5 mm)的含量,且土壤结构的稳定性显著提高,其作用深度在50 cm以上。(2)随着土层的加深,土壤总有机碳和活性有机碳均表现为先增加后降低再趋于稳定的趋势。免耕处理在0~80 cm土层的土壤总有机碳和活性有机碳均高于常规耕作处理。(3)随着土层的加深,不同粒级团聚体总有机碳含量呈降低趋势,大粒级团聚体中含有较高的有机碳。免耕更利于0~40 cm土层不同粒级团聚体总有机碳含量的提高。随着土壤团聚体粒级的降低,土壤活性有机碳含量呈降低趋势。与常规耕作相比,除0.053~0.250 mm粒级团聚体外,免耕提高了0~20 cm土层各粒级团聚体中活性有机碳含量。(4)随着土层的加深,各粒级团聚体中有机碳对土壤总有机碳的贡献率表现为先降低后增加再降低的趋势。不同粒级团聚体中,大于2.0 mm和小于0.053 mm粒级团聚体有机碳贡献率在0~100 cm土层均低于其他粒级团聚体。在0~20 cm、30~40 cm和90~100 cm土层,免耕处理各粒级团聚体有机碳累积贡献率均高于常规耕作。     

保水剂用量对冬小麦生长及水肥利用的影响

为探明保水剂施用条件下冬小麦生长与水肥利用的特征,采用田间试验,以不施保水剂和氮肥为对照,研究了单施氮肥(T2:225 kg·km^-2)和其与不同用量保水剂配施(T3:N+保水剂30 kg·hm^-2、T4:N+保水剂60 kg·hm^-2、T5:N+保水剂90 kg· hm^-2)处理对冬小麦生长、土壤矿质氮含量以及水肥利用等影响。结果表明:保水剂与氮肥的施用显著提高了小麦各生育期的小麦总群体、株高、叶面积、土壤矿质氮含量及水肥利用率等。各处理中,以T4处理对于总群体数、株高、穗长和穗粒数的提高效果最为显著,而T5处理对于小麦叶面积和千粒重的提高作用明显。随小麦生育期的推进,保水剂处理的根冠比均较对照低,尤其是T3处理。而各生育期土壤矿质氮平均含量表现为T4＞T3＞T5＞T2＞CK。最终小麦产量、氮肥农学效率、氮素生产力和水分利用效率,随保水用量的增加而先增后将,且均匀以T4处理最高,其分别比单施氮肥处理(T2)14.5％、55.9％、34.6％和25.0％。说明各处理中,以T4处理对小麦的生长、增产及水肥利用的效果最佳。     

水氮运筹对小麦、玉米周年产量及水分利用的影响

在田间试验条件下,采用喷灌带进行灌水,研究不同氮肥基追比(A1:70%基施、30%追施;A2:60%基施、40%追施;小麦季施纯氮240 kg/hm~2,玉米季施纯氮270 kg/hm~2)和不同灌水量(B1:0次;B2:2次;B3:3次;小麦季和玉米季每次的灌水量均为450 m~3/hm~2)对小麦、玉米生长过程中土壤储水量、光合生理特性、产量和水分利用等的影响,以期明确小麦、玉米合理的氮肥追施比例和灌水量。结果表明,随灌水量增加,小麦抽穗期、灌浆期及玉米灌浆期、收获期土壤储水量总体呈增加趋势,小麦收获期土壤储水量呈降低趋势。小麦前期氮肥供应较多更有利于光合速率的提高,而适度干旱更有利于叶片水分利用效率的提高。随着灌水量的增加,小麦产量和水分利用效率均先增加后降低,而生物量和千粒质量均增加。不同处理中,小麦产量、水分利用效率和灌水利用率均以A1B2处理最高,分别为8 207.8 kg/hm~2、26.7 kg/(mm·hm~2)和1.42 kg/m~3。对玉米而言,A2B2处理产量最高,A1B3处理水分利用效率和灌水利用率最高。小麦、玉米的周年耗水量表现为A1A2;A2B2处理小麦、玉米周年产量最高,A1B3处理周年水分利用效率和灌水利用率最高。     

宁南半干旱山区雨水资源潜力研究

根据宁南半干旱山区固原上黄试区土地利用现状和相关雨水集蓄资料,计算了试区雨水资源潜力,并对雨水资源开发利用潜力进行了初步分析。结果表明：(1)试区雨水资源最大理论潜力为3211420m^3,就地利用、异地利用和叠加利用三种利用方式的理论潜力比例分别为28．73％、15．83％和55．44％。(2)试区雨水资源可实现潜力量为3086185m^3,占试区雨水资源理论潜力的96．07％。(3)目前试区雨水资源现实潜力为需水总量为1872302m^3,占可实现供水量的60．67％。从试区雨水资源的可实现潜力来看,还有较大的开发利用潜力,应适当地扩大雨水资源利用规模和经济效益。