绿洲农田土壤团聚体组成及有机碳和全氮分布对秸秆还田方式的响应

通过田间定位试验,在甘肃干旱灌区,研究了不同小麦秸秆还田方式(NTSS: 25~30 cm 高茬收割立茬免耕; NTS: 25~30 cm高茬秸秆覆盖免耕; TIS: 25~30 cm 高茬秸秆深翻耕; CT: 传统不留茬深翻耕—对照) 对农田土壤团聚体及有机碳和全氮分布特征的影响,以期为优化试区种植模式与提高农业可持续发展提供依据。结果表明：免耕秸秆还田处理(NTSS、NTS)≥0.25 mm团聚体含量较高,与CT相比,在0~10、10~20、20~30 cm土层分别提高5.4%与12.5%、13.3%与14.1%、11.1%与19.2%,以NTS提高幅度较大。NTSS、NTS提高了0~10、20~30 cm土壤团聚体的平均重量直径,较CT处理分别提高6.7%与11.6%、7.6%与8.1%,以NTS提高效果最明显。NTSS、NTS处理土壤有机碳和全氮含量均高于 CT 处理,在0~10、10~20、20~30 cm土层,有机碳含量分别增大8.1%与13.3%、7.4%与11.4%、7.8%与12.8%;全氮含量分别提高14.6%与17.9%、14.5%与17.9%、16.2%与20.5%,同样,以NTS提高土壤有机碳及全氮程度较大。各级别团聚体中有机碳和全氮含量均随土层深度增加而减小,团聚体中有机碳和全氮含量随团聚体直径减小而增加,NTS处理在各土层各级别团聚体均保持较高的土壤有机碳及全氮含量。因此,前茬小麦25~30 cm秸秆覆盖免耕还田是干旱灌区增强土壤团聚体形成、提高土壤有机碳及全氮含量的适宜栽培措施。     

根间作用与密度协同作用对小麦间作玉米产量及产量构成的影响

密植是间作模式下重要的增产增效技术措施,本研究旨在探讨间作适应密植的产量构成响应机制。2014—2015年连续两年在河西绿洲灌区进行田间试验,设计不隔根、尼龙网隔根(阻断根系交叉,仅有水分养分的交流)和塑料布隔根(完全阻断)3种根间作用方式,及2个玉米种植密度(9.0万株hm~(-2)和10.5万株hm~(-2)),测定地上、地下部互作对小麦间作玉米产量及产量构成因素的影响。与单作相比,地上、地下部完全作用时间作优势提高48.3%,密度增加使其间作优势增加9.7%,地下部互作对间作优势的贡献率为21.0%,增加密度使其贡献率提高5.0%,根系交叉叠加对间作优势产生的补偿效应为9.0%,地下部水养分交流互补效应为11.1%。地上、地下部完全互作下混合籽粒产量相对于单作增幅最大,高、低密度下增幅分别达58.8%~62.2%和36.1%~36.8%;间作中地下部分对小麦组分籽粒产量的贡献率为26.5%~31.5%,其中根系穿叉产生的补偿效应为12.9%~13.2%,地下部水分养分交流互补效应为12.2%~16.0%;地下互作对玉米组分籽粒产量的贡献率为9.7%~22.6%,增加密度使地下互作贡献率提高7.0%~11.0%;密度提高对不隔根和尼龙网隔根产量的贡献率分别18.1%~23.3%和12.5%~21.5%,说明根间完全作用有利于密度正效应的发挥。地下互作对小麦穗数贡献率为5.5%~11.4%,密度对小麦地下部贡献率影响差异不显著,地下互作对玉米穗数的贡献率为12.5%~16.3%,增加密度使地下互作贡献率增加3.6%~14.1%。通径分析进一步表明,不同根间作用及密植效应下间作小麦、玉米主要通过提高单位面积穗数来提高籽粒产量。本研究表明,增加密度可显著增加间作优势和地下部贡献率,地上地下完全互作有利于密植效应充分发挥,可为进一步发掘密植条件下的间作优势机理提供理论依据。     

不同灌水水平下一膜两年覆盖间作农田 耗水特征及经济效益研究

以河西走廊区主导间作模式玉米|豌豆间作系统为研究对象,在高(7 200 m3·hm-2)、中(6 450 m3·hm-2)、低(5 700 m3·hm-2)3种灌水水平下,研究了一膜两年覆盖、秋免耕春覆膜和传统耕作覆膜对间作群体耗水量和棵间蒸发的影响,以期为间作种植模式的优化耕作措施、地膜再利用、提高水分利用效率等提供理论依据。结果表明,不同灌水水平对间作群体生育期棵间蒸发量存在显著影响,随灌水水平的提高棵间蒸发量增大;但在相同灌水水平下不同覆膜方式间差异不明显,且互作效应不显著;不同处理豌豆收获前、后,间作农田棵间蒸发在玉米带和豌豆带存在显著差异,不同处理收获前、后豌豆带棵间蒸发量平均值较玉米带分别高68.51%和69.30%;豌豆带是造成间作农田系统蒸发耗水大的主要因素,占地60%的玉米带棵间蒸发量只占农田蒸发总量的44.47%,而占地仅为40%的豌豆带蒸发量却占55.53%;玉米间作豌豆农田棵间蒸发主要发生在豌豆收获以后,豌豆收获前的棵间蒸发仅占总蒸发量的26.98%。一膜两年覆盖可显著提高单方水效益,不同灌水处理平均值较秋免耕春覆膜和传统耕作覆膜方式分别提高7.39%和31.33%,且在中等灌水条件下一膜两年覆盖的单方水效益最高,达2.51元·m-3。研究结果表明相同灌水水平下一膜两年覆盖玉米带抑制农田棵间蒸发、减少水分无效损失的效果与传统覆膜方式相当;农田棵间蒸发量、耗水结构(E/ET)与灌水水平间呈正相关关系;在中等灌水水平下一膜两年覆盖可获得较高的经济效益。     

氮肥后移对玉米间作豌豆耗水特性的调控效应

针对水资源不足严重制约干旱灌区间作发展,间作中以氮调水理论研究的薄弱,生产实践中缺乏氮肥运筹同步提高间作产量和水分利用效率的措施等问题。2012-2013年,以河西走廊规模化应用的玉米间作豌豆为研究对象,在总施氮量相同且基肥和孕穗肥分别占10%和50%条件下,设氮肥后移30% (N₁,拔节肥0+花粒肥40%)、氮肥后移15% (N₂,拔节肥15%+花粒肥25%)、传统制度(N₃,拔节肥30%+花粒肥10%) 3个施氮处理,探讨氮肥后移对间作产量和水分利用效率(WUE)的影响,以期为禾豆间作优化施氮制度、提高产量和水分利用效率提供理论依据。结果表明,氮肥后移对玉米间作豌豆总耗水量(ET)影响不显著,但降低了棵间蒸发量(E)和棵间蒸发量占总耗水量的比例(E/ET);与传统施氮处理相比,氮肥后移15%使玉米间作豌豆的E和E/ET降低6%和4%,氮肥后移30%使玉米间作豌豆的E和E/ET均降低2%。在间作系统中,豌豆带、玉米带的棵间蒸发量分别为329 mm、232 mm,表明豌豆带的无效耗水显著高于玉米带。氮肥后移15%间作的混合籽粒产量、WUE较传统施氮间作分别高出6%、5%,氮肥后移30%间作混合籽粒产量、WUE较传统施氮间作分别提高3%、2%。因此,玉米间作豌豆结合氮肥后移15%,即豌豆开花结荚期(玉米拔节期)追施氮肥67.5 kg hm^-2、玉米大喇叭口期追施氮肥225 kg hm^-2、玉米花后15 d追施氮肥112.5 kg hm^-2,可作为绿洲灌区玉米间作豌豆增产和提高WUE的农艺措施之一。     

秸秆还田及地膜对间作农田环境效应的影响

合理的种间配置可以提高资源利用效率,降低作物生产的环境风险,达到资源节约及减排增效目的。该研究在绿洲灌区,以小麦间作玉米模式为基础,集成免耕、地膜减投、秸秆还田和节水灌溉技术,探讨复合生产模式的产量、水分利用和碳排放效应,量化其资源减投潜力及循环效率,以期为建立减投、低排放农田复合生产模式提供理论与实践依据。结果表明,间作模式具有明显的增产效应,与传统单作小麦、玉米相比,其籽粒产量分别高162.9%、10.4%,小麦秸秆立茬免耕还田结合一膜两年用(NTSSI2)和小麦秸秆覆盖免耕还田结合一膜两年用(NTSI2)间作生产模式的增产效应显著,比传统间作生产模式(CTI)分别高13.0%、13.8%。NTSSI2、NTSI2模式的水分利用效率较CTI分别高12.6%、14.8%。间作复合生产模式中,集成小麦秸秆免耕还田与地膜两年用覆盖措施可降低系统碳排放、提高光能利用率,与CTI相比,NTSSI2和NTSI2的碳排放分别降低了598 kg/hm2与670 kg/hm2,降幅分别为11.5%与12.9%;光能利用率分别提高了6.5%与7.1%。将25~30 cm小麦秸秆还田及地膜两年用技术应用于间作复合生产模式,秸秆再利用率较CTI提高了29.2%~32.6%,N、P、K循环效率分别提高了7.1%~8.0%、8.1%~9.1%、10.0%~11.5%。秸秆还田及地膜两年用间作生产模式具有明显的资源减投潜力,与地方习惯相比,NTSSI2、NTSI2模式可节水28.6%,减量240 mm;减投N、P肥分别为35.8%、16.0%,减量分别为190、40 kg/hm2;减投地膜38 kg/hm2,减量50%;降低总投入4423元/hm2,降幅为36.1%;提高纯收益10341元/hm2,提高幅度为40.4%。因此,在小麦玉米间作传统复合生产模式基础上,集成应用小麦高茬25~30 cm秸秆覆盖免耕技术和一膜两年覆盖技术是适用于绿洲灌区的资源减投及碳减排农作制模式。     

河西灌区不同耕作与秸秆还田方式对春小麦出苗及产量的影响

出苗率及出苗整齐度在很大程度上决定了作物生长状况和产量丰欠,针对不同耕作措施结合秸秆还田对绿洲灌区小麦出苗及群体动态影响研究薄弱问题,研究不同秸秆还田与耕作方式对小麦出苗与产量的影响,以及二者的相关关系,对于优化耕作措施具有重要指导意义。2014—2015年,在甘肃河西绿洲灌区,通过田间定位试验,研究了不同秸秆还田和耕作措施[少耕25~30 cm高茬收割秸秆立茬还田(NTSS)、少耕25~30 cm高茬收割秸秆覆盖还田(NTS)、翻耕25~30 cm高茬收割秸秆还田(TS)和不留茬翻耕(CT)]对小麦出苗状况及产量、产量构成因素的影响,以期为优化试区小麦栽培技术提供依据。结果显示,与CT相比,NTSS、NTS降低了小麦出苗率以及出苗整齐度,TS则提高了小麦出苗率以及出苗整齐度。NTSS、NTS较CT的分蘖数分别高7.4%~10.5%、14.6%~19.1%,分蘖成穗率分别高13.5%~20.1%、33.0%~34.7%,有效穗数分别高7.5%~9.3%、10.3%~11.2%,穗粒数分别高15.7%~16.1%、18.5%~22.6%,千粒重分别高7.2%~8.9%、13.9%~14.2%,但TS与CT在以上指标间没有显著差异。NTSS、NTS与CT相比较,分别增产16.6%~17.4%、18.6%~21.4%,以NTS增产幅度较大,比TS高10.3%~11.0%。穗数和穗粒数的增加是少耕秸秆还田获得高产的主要原因,出苗率及整齐度对产量影响不显著。同时NTSS和NTS均获得较高的收获指数,提高比例分别为9.4%~10.7%与10.5%~11.1%,说明少耕秸秆还田提高籽粒产量的另一原因是提高了光合产物向籽粒中的转化。本研究表明,少耕秸秆还田是适用于试区小麦高产的理想耕作措施。     

带型对小麦间作玉米产量和种间竞争力的影响

以小麦/玉米间作为对象,设置3种不同带型模式(小麦/玉米行比为6:2、6:3和6:4),研究间作体系中带型改变对种间竞争力和群体产量的影响,旨在为间作高产优化带型提供依据。结果表明:试验采用的3种小麦/玉米间作模式均具有明显的产量优势,各处理的土地当量比(LER)均大于1。间作优势随玉米行数的增加呈增大趋势,6:4(W6M4)模式的LER、时空当量比和土地利用率分别较6:3(W6M3)模式高3.5%、5.2%和4.3%,较6:2(W6M2)模式高3.0%、8.1%和5.2%。增加玉米行数能够显著提高小麦相对玉米的种间竞争力(A_(wm)),6:4间作处理的A_(wm)分别较6:3模式和6:2模式高7.3%和14.1%。复合群体产量与种间竞争力呈显著的线性增长关系。因此,提高间作小麦的竞争力有利于间作群体整体产量的提高,6:4模式获得较高产量的主要原因之一是提高小麦的相对竞争力。     

一膜覆二年和灌水量对玉米间作豌豆水分利用效率的影响

【目的】解决干旱灌区大面积实行传统覆膜对土壤环境造成污染和灌量过大对水资源造成浪费的问题.【方法】本研究于2016年在甘肃省河西走廊开展田间试验,研究了一膜两年用(M_1)、传统耕作覆膜(M_2)两种覆膜方式与低(I_1:450mm)、中(I_2:495mm)和高(I_3:540mm)3个灌水量组合对玉米间作豌豆水分利用效率的影响,以期为该区地膜减投、节水间作种植模式提供科学依据.【结果】覆膜方式对玉米间作豌豆的总耗水量影响不显著,但增大灌溉量作物总耗水量显著增大.覆膜方式和灌水量均对棵间蒸发量影响显著,且互作效应显著.M_1在低、中、高灌水量下棵间蒸发量较M_2减小了22.8%,20.6%,18.1%,棵间蒸发量随灌水量的增大显著增大.覆膜方式和灌水量均对蒸散比(E/ET)影响显著,且交互作用对E/ET有显著影响.与M_2相比,M_1显著降低了低、中、高灌水量下E/ET,降低幅度为22.0%,16.7%,15.5%,随着灌水量的增加E/ET增大.覆膜方式对籽粒产量、生物产量影响不显著,灌水量对其影响显著.M_1I_2获得较高的籽粒产量和生物产量,分别达14 580.1kg/hm~2和31 227.6kg/hm~2,一膜覆两年中灌水量下WUE较高,达到18.8kg/(hm~2·mm).【结论】一膜两年用中灌水量可作为干旱灌区减少污染,提高资源利用效率的种植模式之一.     

鹰咀豆根系分泌物的分离鉴定及典型分泌物苯甲醛的化感效应

运用CH2Cl2提取水培35 d鹰咀豆的根系分泌物,并通过气相色谱和质谱联用技术(GC-MS)进行分离鉴定,对典型分泌物苯甲醛的生物学效应通过发芽试验进行了测试.结果表明,鹰咀豆的根分泌物主要包括有机酸、酚、烃类、酯、酮类、醇、酰胺、苯、醛和噻唑等;苯甲醛是一种他感作用强于自毒作用的化感物质,对2种幼苗组成的复合系统的负效应小于对单作系统的负效应.     

南疆地区田间配置对枣棉间作耗水特性的调控效应

为探明农果间作水分高效利用机理,提出适合南疆地区最优的农果间作模式,在大田试验条件下对枣棉间作系统进行研究,以种植模式（枣棉间作和枣、棉单作）和田间配置（棉花种植行数分别为2、4、6行;棉花株距分别为10 cm和12.5 cm）为参试因子,共9个处理,田间随机排列,共27个小区,小区面积为3 m×10 m。测定了各处理的耗水特征、产量、水分利用效率（WUE）和水分当量比（WER）等指标。结果表明：种植模式显著影响复合群体的耗水特性,枣棉间作耗水量较单作加权平均增加9.5%,棵间蒸发量降低11.4 mm,蒸散比降低13.5%。棉花种植行数显著影响复合群体的耗水特性,间作6行棉花较间作2行棉花耗水量增加9.1%~13.9%;间作6行棉花分别较间作4行和2行棉花提高土壤贮水消耗量35.2 mm和66.3 mm,棵间蒸发量分别降低24.2 mm和33.7 mm,蒸散比分别降低16.0%和22.2%;棉花株距变化仅对土壤贮水消耗量有显著影响,I3处理（间作棉花4行）土壤贮水消耗量较I4（间作棉花2行）高24.4 mm,I1（株距10 cm）较I2(株距12.5 cm)高14.7 mm。枣棉间作群体对40~60 cm土层土壤贮水消耗量最高,20~40 cm土层次之,80~100 cm土层最低;单作枣树对土壤深层水分利用较多,单作棉花则主要消耗浅层土壤中的水分,枣棉间作能够较好地利用土壤各层的水分。就土壤贮水利用而言,增加棉花行数或减小株距有助于促进40~80 cm土层土壤贮水的利用。不同枣棉间作处理的WER都大于1,说明枣棉间作较单作提高了农田WUE。间作棉花种植行数为4行、株距为12.5 cm时,枣棉间作综合效益最优,产量为7 460 kg·hm^-2,WUE为11.37 kg·mm^-1·hm^-2,WER为1.34。