全膜覆土栽培对作物的水温效应

为揭示全膜覆土栽培对作物的增产机理,在大田条件下分析了全膜覆土、传统地膜覆盖及露地栽培春小麦的土壤温度、土壤含水量、灌浆速率,以及两茬春小麦和一茬马铃薯的产量、水分利用效率和经济效益的差异。结果表明,与露地栽培相比,全膜覆土显著提高了春小麦生长前期耕层地温,降低了生长后期地表温度,同时起到保水和充分利用土壤深层水分的作用。全膜覆土春小麦的籽粒灌浆速率峰值出现时间和灌浆持续时间均比露地和地膜覆盖小麦分别推后3和6 d,平均灌浆速率分别提高0.65%和6.15%。全膜覆土栽培技术可连续提高三茬作物的产量及水分利用效率,使其总纯收益比露地和地膜覆盖处理分别增加26.07%和10.76%。     

近20年来甘肃省黄土高原区粮食产量的影响因素及未来粮食需求分析

基于甘肃省黄土高原区所辖36个县域的统计数据,研究了1991-2012年间粮食产量及结构的变化特征,以及单产和种植结构对粮食总产的影响,在此基础上预测分析了2030年区域粮食需求和生产能力,并提出粮食产量提高以满足消费需求的途径。结果显示：1991年来甘肃省黄土高原区粮食总产、单产及播种面积整体呈波动增长趋势,粮食总产量增加主要来自于单产的提高,单产提高的主要贡献来自于地膜覆盖技术的应用和玉米、马铃薯播种面积的扩大。预测2030年甘肃省黄土高原区粮食需求达到935.76万t,而生产能力仅为645.48万t,粮食自给率为69.0%。要解决未来区域粮食需求不足的问题,地膜覆盖面积必须要扩大到122万hm2,占粮食总播种面积的79.9%,地膜使用量增加3.1万t,单产年均提高1.76%,才能实现区域粮食自给的目标。     

旱地全膜覆土穴播对春小麦耗水、产量和土壤水分平衡的影响

【目的】干旱、降水供需错位和春季低温是制约西北黄土高原丘陵沟壑区春小麦生产的主要因子,如何最大限度保蓄自然降水、实现水分的跨季节利用,则是该区春小麦产量稳定提高的根本途径。本文在大田定位观测的基础上,揭示全膜覆土穴播对西北黄土高原旱作春小麦季节性耗水特征、产量、水分利用效率和休闲期土壤水分补给的影响,并评判其年际土壤水分平衡效应。【方法】试验于2011-2013年在西北黄土高原半干旱区的甘肃省农业科学院定西试验站进行 （104°36′ E,35°35′ N）,以春小麦陇春27号为试验材料,设全膜覆土穴播（FMS）、地膜覆盖穴播（FM）和露地穴播（CK）3个处理,测定春小麦不同生育时期的土壤含水量、生物量、产量和产量构成因子,计算休闲效率、耗水量、水分利用效率、收获指数等指标。【结果】2011和2012年3个处理的春小麦耗水量无显著差异,但2013年FMS耗水量显著高于CK。FMS和FM可增加春小麦苗期到孕穗期耗水,且此阶段的耗水量在干旱年份分别较CK增加27.2%和9.6%,在丰水年份分别较CK增加52.2%和44.6%。虽然FMS和FM在各生育期的耗水量无显著差异,但FMS在丰水年（2012年和2013年）的耗水量较FM有增加趋势,且这一效果在2013年尤为明显。FMS和FM在休闲期可补充0-80 cm土层土壤水分25.4和18.3 mm,比CK分别低2.2和9.3 mm;补充80-200 cm土层土壤水分78.0和71.0 mm,比CK分别高30.0和23.1 mm;与2011年播前相比,种植3年春小麦后0-200 cm土层的土壤贮水量FMS增加了23.8 mm、FM增加了22.5 mm、CK增加了12.4 mm。FMS的休闲效率为30.5%-52.6%,比CK高12.8%-109.5%,比FM高4.5%-40.9%。FMS的穗粒数、千粒重等产量构成因子均显著高于CK（P＜0.05）;收获指数为0.4-0.5,比CK高32.5%。FMS的产量为1 750-3 180 kg·hm^-2,水分利用效率为5.5-11.5 kg·hm^-2·mm-1,分别比CK增加40%-220%、27%-239%,而且干旱年份的增加幅度更高。在干旱的2011年,FMS处理的产量较FM增加26.2%,水分利用效率提高28.2%;在丰水的2013年,FMS处理的产量较FM增加20.9%,水分利用效率提高14.8%,两年均达到显著差异水平,表明FMS较FM具有更明显的丰水年份增产、干旱年份适应干旱胁迫的潜力,能够实现该区春小麦生产稳产高产的目标。【结论】西北黄土高原半干旱区FMS种植模式有效提高了春小麦播前和生长前期的土壤贮水量,并使春小麦苗期-孕穗期的作物耗水量显著升高,增加春小麦穗粒数,扩大籽粒产量库容和促进灌浆,显著提高春小麦产量和水分利用效率;并在休闲期完全补充春小麦生育期消耗的0-200 cm土壤水分,保持春小麦田的土壤水分年际平衡。     

半干旱区全膜覆盖垄沟种植马铃薯/蚕豆间作的产量和水分效应

间套作是提高农田资源利用效率和缓解连作障碍的有效措施,但就旱作全膜覆盖马铃薯豆科作物间作的增产机制及其效应,目前缺乏系统研究认识。试验于2011-2014年在西北黄土高原半干旱区的甘肃省农业科学院定西试验站进行 (104°36' E,35°35' N),以新大坪和临蚕131为试验材料,设马铃薯单作、蚕豆单作和薯蚕间作3个处理,记载生育期、测定年际土壤含水量,作物产量,计算作物生育期耗水量、水分利用效率、资源竞争力、土地当量比等参数,揭示西北黄土高原旱作区马铃薯间作蚕豆对作物生育期、产量、耗水特征和水分利用效率的影响,以评价区域马铃薯/蚕豆间作的产量和水分效应。结果表明,马铃薯/蚕豆间作的共生期长达100 d以上,共生期耗水占全生育期耗水总量的42.5%~58.3%,是马铃薯单作总耗水量的68.2%~86.3%;间作显著提高了作物耗水量,并使马铃薯花后耗水量显著降低。尽管间作后使产量较马铃薯单作在2011和2014年下降18.1%~31.2%,并使不同降水年型的作物水分利用效率显著下降,但使2012年的作物产量提高了10.6%,而且4年土地当量比达1.3~1.5,蚕豆对于马铃薯的资源竞争力为0.31~1.15。所以半干旱区全膜覆盖马铃薯垄沟间作种植具有显著提高土地生产效率的潜力,但需要通过科学搭配作物组合才能实现增产增效、改善农田环境的目的。     

半干旱区冬小麦全膜微垄沟播栽培技术规程

从范围、术语和定义、目标产量、生产管理措施、播前准备、起垄覆膜、播种、田间管理、病虫害防治、适时收获、清除残膜等方面规范了半干旱区冬小麦全膜覆盖微垄沟播栽培技术。     

增施有机肥对全膜覆土穴播春小麦水分利用和产量的影响

为探究增施有机肥对全膜覆土穴播春小麦水分利用和产量的影响,于2016-2017年在甘肃陇中半干旱区设置田间定位试验,研究全膜覆土平作穴播(PMS)、全膜覆土平作穴播+有机肥(PMO)和裸地平作穴播(CK)3个处理下春小麦田的土壤水分、作物产量及水分利用效率。结果表明,在全生育期,PMO处理0～300 cm土壤贮水量分别较PMS和CK处理高1.30%～13.55%和6.95%～15.39%,SPAD值分别高1.61%～4.33%和6.43%～13.95%,单株生物量分别增加4.98%～16.11%和117.13%～200.00%;与CK相比,PMO和PMS处理均能显著提高春小麦的穗数、穗粒数、千粒重、籽粒产量和水分利用效率,PMO处理提高的幅度更大;PMO处理的籽粒产量分别较PMS和CK处理提高9.11%和53.74%,水分利用效率分别较PMS和CK处理提高26.50%和59.22%。     

甘肃半干旱区季节性干旱分布特征研究

根据甘肃省兰州市、白银市、定西市、临夏市、平凉市和庆阳市1981 — 2010年共30 a的气象站数据,依据各季节各站点累积降水量平均值划分干旱等级,分析了甘肃半干旱区季节性干旱的分布特征。结果表明,特大干旱、严重干旱、轻度干旱、中度干旱在甘肃半干旱区春季、夏季和秋季均有发生,其中春季以严重干旱和中度干旱为主,夏季以中度干旱和轻度干旱为主,秋季以中度干旱和轻度干旱为主。     

高大气CO2浓度下遮阴对小麦叶片气孔特性及光合特性的影响

以高大气CO₂浓度和遮阴为处理手段,研究高大气CO₂浓度和遮阴对小麦叶片光合生理的影响。结果表明,与全光照相比,遮阴使小麦叶片的气孔长度增加了22.93%和10.23%,而气孔宽度减小了30.00%和30.22%,气孔面积降低了17.99%和18.11%,周长增加了16.80%和6.85%,气孔密度降低了6.61%和23.78%,气孔指数降低了5.99%和14.23%。与正常大气CO₂浓度相比,高大气CO₂浓度使小麦叶片的气孔面积增加了1.91%和1.95%,使全光照处理的小麦叶片的气孔密度降低了14.33%;使遮阴处理的小麦叶片的气孔密度增加了5.00%。与全光照相比,遮阴使小麦叶片的气孔导度和蒸腾速率降低了56.11%、53.21%和40.57%、49.27%,而光合速率没有得到提高,这可能是小麦叶片对高大气CO₂浓度发生了“光适应”。与正常大气CO₂浓度相比,高大气CO₂浓度降低了小麦叶片的气孔导度。小麦叶片的气孔长度和宽度与光合速率有显著相关性。     

耕作和施肥方式对土壤水分及饲用玉米产量的影响

为探究耕作和施肥方式对西北半干旱区饲用玉米(Zea may L.)土壤水分和产量的影响,以饲用玉米陇饲1号为材料,设置传统旋耕、立式深旋耕2种耕作方式以及单施化肥、有机肥替代化肥2种施肥方式组合,共4个处理,研究不同的耕作和施肥方式对饲用玉米土壤贮水量、花前花后耗水量、单株鲜重和干重以及产量的影响。结果表明,与传统旋耕相比,立式深旋耕能够降低饲用玉米0~300 cm土层土壤贮水量,提高花前耗水量,降低花后耗水量,增加生育期总耗水量,而有机肥替代化肥能够降低立式深旋耕方式下土壤总耗水量;立式深旋耕使成熟期单株干重增加1.3%~10.6%,单株鲜重增加4.9%~21.9%,而且不同程度增加了饲用玉米株高、穗长、穗粗、行粒数、百粒重、双穗率,降低了秃顶长,以上指标的变化均有利于高产试验形成。3年试验中立式深旋耕化肥处理较其他处理的籽粒产量增加1.8%~38.6%,丰水年生物量增加1.2%~15.1%,立式深旋耕有机肥处理较其他处理提高了干旱年生物量4.9%~21.9%、籽粒产量水分利用效率6.3%~34.8%、生物量水分利用效率7.1%~21.5%。综上,立式深旋耕能够改善作物生长土壤环境,有利于饲用玉米对土壤水分的吸收以及干物质量的积累,其组合化肥处理可以增加饲用玉米籽粒产量和丰水年生物量,组合有机肥替代处理可增加干旱年饲用玉米生物量和水分利用效率。本研究为西北半干旱区饲用玉米高产高效可持续生产提供了理论依据。     

化肥与有机肥结合对旱地覆膜春小麦产量形成和土壤碱解氮累积影响

针对黄土高原半干旱地区瘠薄的土壤、较低的氮肥固持率和传统的一次性基施化肥制度造成覆膜小麦生育期内土壤氮供需不平衡,引起早衰和水分生产潜力限制的问题。于2016—2017年,在陇中雨养农业地区进行大田试验,化学肥料氮磷钾肥按照传统施肥量相同基施的情况下,布置全膜覆土(PMS)、全膜覆土+高量有机肥(PMO)、裸地(CK)处理,研究不同处理对小麦干物质积累特征、土壤碱解氮变化和产量形成的影响。结果表明:干物质积累特征方面,PMO较PMS全生育期干物质累积量平均提高11.93%,进一步提高拔节—抽穗和灌浆—成熟阶段干物质量累积速率,干物质累积量最大增长速率及生育期平均增长速率分别提高11.53%和11.42%,快速生长期无显著延长;PMO较PMS和CK处理0—30 cm土层土壤有机质(SOM)含量分别平均提高42.79%和43.73%,0—50 cm土层土壤碱解氮(SAN)含量分别平均提高110.67%和42.80%;PMO较PMS播前至收后0—50 cm土层SAN累积量降低幅度减少111.15%和增加SAN下移趋势;与PMS相比,PMO进一步优化产量构成,显著提高春小麦籽粒产量和生物产量,但显著降低氮素偏生产力和增加收后土壤SAN累积量。因此,化肥和高量有机肥基施可提高半干旱区覆膜小麦干物质累积速率和耕层土壤碱解氮含量,降低扬花后低氮素限制,促进增产,但增加土壤氮素残留量,可以通过合理减施措施加以调控。