黄土高原半干旱区马铃薯保护性耕作技术的筛选

针对黄土高原半干旱水资源短缺,水土流失严重,马铃薯播种面积大,但生产技术落后,缺乏对以收获地下块茎为主的具有良好水保功能保护性耕作技术的理论研究。本文通过大田试验,以传统耕种为对照比较研究了6种保护性耕作措施对马铃薯产量和水分利用效率的影响,结果表明,在黄土高原半干旱区,对于收获地下块茎的马铃薯,垄上覆膜沟内草膜双覆盖摆种、垄上覆膜沟内覆草浅播摆种和垄上覆膜沟内覆草摆种三种保护性耕作技术是可行的,三种技术的采用使各自的产量和水分利用效率较传统耕种分别提高30.0%、22.0%、17.2%和44.2%、27.4%、22.1%,且不降低马铃薯商品品质。     

黄土高原丘陵沟壑区高产高水分利用效率玉米品种筛选

针对黄土高原丘陵沟壑区全膜双垄沟播玉米种植体系中高产高水分利用效率品种相对缺乏的问题,通过大田试验比较研究了先玉335(V1)、郑单958(V2)、金穗1203(V3)、五谷704(V4)、潞玉36(V5)、农华106(V6)、龙生1号(V7)、联创808(V8)和迪卡517(V9))的产量、产量构成和水分利用效率。结果表明:品种先玉335、五谷704、龙生1号、联创808和迪卡517具有较佳的籽粒产量和水分利用效率,百粒重增加是产量增加的主要原因。研究结果对全膜双垄沟播玉米品种选择具有参考价值。     

培肥模式对旱作全膜双垄沟播玉米生长及土壤呼吸的影响

针对旱作全膜双垄沟播玉米培肥模式单一及碳排放理论薄弱的问题,依托大田试验研究了不施氮肥对照(CK)和等氮(纯N 200 kg·hm^-2)条件下3个不同氮源(单施化肥,N;商品有机肥配施化肥, NM;单施有机肥, M)对玉米生长、产量、土壤呼吸速率及碳排放量的影响。结果表明:土壤呼吸速率随玉米生育时期的推进呈先增大后减小的趋势,开花期是土壤呼吸的峰值期,土壤呼吸速率达5.38μmol·m^-2·s^-1;土壤碳排放总量与玉米干物质积累、生长速率、叶面积指数及净同化率均呈极显著正相关关系;玉米产量、碳排放量和碳排放效率在商品有机肥配施化肥和单施化肥处理间无显著差异,分别较对照增加了121.2%、41.9%、54.5%和151.4%、31.9%、92.9%。说明商品有机肥配施化肥在增加了碳排量的同时增加了玉米的产量,进而提高了碳排放效率。     

氮肥运筹对旱作覆膜玉米产量及固碳减排效应研究

在黄土高原雨养农业区,依托布设于2012年的定位试验研究氮肥运筹对全膜双垄沟播玉米固碳效应和NH3挥发的影响。采用裂区设计,主处理施氮水平:不施氮对照(N0)、低施氮100 kg·hm-2(N1)、中施氮200kg·hm-2(N2)和高施氮300 kg·hm-2(N3);副处理为施肥时期及比例:设基肥∶拔节肥=1∶2(T1)和基肥∶拔节肥∶大喇叭口肥=1∶1∶1(T2)。结果表明:将200 kg·hm-2氮肥以基肥∶拔节肥=1∶2的比例施用能显著提高全膜双垄沟播玉米的籽粒产量和生物产量,分别较对照增加197%和131%,氮肥偏生产力和氮肥农学效率较高施氮水平分别降低48%和47%。氨挥发排放主要集中在追肥后的一周,穴施追肥后,NH3挥发速率迅速升高,1～4 d内达到峰值,随后逐渐降低至对照水平,且施氮水平越高排放峰值越大。高、中、低施氮水平的NH3挥发量较不施氮对照分别增加6.5、5.9、5.4倍;T1处理较T2处理显著降低了37%;N3T2的NH3挥发量最多,较其他处理显著增多了13%～47%。NH3挥发损失率变幅在13%～60%,随施氮水平增加而降低,高、中施氮水平较低施氮水平降低了59.6%和44.6%;与T2相比,T1处理NH3挥发损失率显著降低了40.4%,增加施氮水平和追肥次数潜在增加NH3挥发损失。综上所述,在黄土高原雨养农业区种植全膜双垄沟播玉米时,能提高玉米籽粒产量和土壤固碳减排能力的适宜施肥制度为:施纯氮200 kg·hm-2,全部氮肥按基肥∶拔节肥=1∶2的比例施用。     

耕作方法对黄土高原旱作玉米产量和土壤水温特性的影响

全膜双垄沟播是黄土高原旱作玉米主要生产技术,但此技术的土壤耕作主要依赖传统耕作和旋耕,在形成犁底层的同时造成耕层变浅,影响玉米生长、产量形成以及土壤健康。本文以打破犁底层、改善土壤结构、提高黄土高原旱地玉米(Zea may L.)产量和有限降水资源利用效率为目标,布设大田定位试验,比较研究了深松耕、免耕、旋耕和传统耕作对旱地全膜双垄沟播玉米土壤水分、温度、土壤容重、产量以及水分利用效率的影响。结果表明:全膜双垄覆盖条件下,深松耕和免耕较旋耕和传统翻耕能有效增加0~30 cm土壤贮水量,其0~30 cm土层土壤含水量较翻耕、旋耕分别增加50.0%、43.7%和14.8%、10.3%;深松耕能有效降低5~30cm土层土壤容重,其5~10 cm和10~30 cm土层土壤容重,深松耕较传统耕作分别降低10.9%和12.9%,随着土层的加深,深松耕、免耕的土壤容重呈降低趋势,旋耕和传统翻耕呈增大趋势;深松耕在苗期、拔节—抽雄期较传统翻耕分别具有明显的增温和降温作用,有利于玉米生长和产量提高;2个平水年,深松耕处理的玉米生物产量、籽粒产量和水分利用效率分别较传统翻耕增加6.1%~5.6%、18.6%~28.8%和28.1%~32.9%,具有明显的增产和提高水分利用效率的作用。因此,在黄土高原半干旱区同等降雨条件下,深松耕能有效增加全膜双垄沟播玉米的土壤贮水量,改善土壤结构,协调水温关系,有利于增产和提高水分利用效率,是全膜双垄沟播玉米一项理想的土壤耕作方法。     

耐候地膜对陇中旱农区玉米农田的水热效应及耐候性评价

陇中旱农区水热资源有限,不能满足玉米生长发育需求。全膜双垄沟播技术突破了该区域玉米种植的水热限制,使玉米成为了当地主栽作物,但也带来了严重的残膜污染问题。为了引进耐候易回收地膜,本研究采用田间试验,研究了不同成分PE地膜（T1、T2、T3、T4,其中T1、T2、T3为设计的耐候性地膜,T4为传统PE地膜）和可降解膜(T5)对玉米农田水热状况、玉米光合特性、产量的影响,并评价了各种地膜的耐候性。结果表明：在玉米全生育期,耐候性地膜(T1、T2、T3)与普通地膜(T4)土壤含水率相似,但与降解膜(T5)相比,耐候性地膜T2可提高苗期30~50 cm土层土壤含水率。各种地膜在5、10 cm土层全生育期土壤平均温度基本无显著差异,但降解膜(T5)的全生育期土壤平均温度在15、20、25 cm土层分别较PE膜(T1、T2、T3、T4)降低了0.5~1.4℃、0.3~1.1℃和1.0~2.3℃。拔节期、大喇叭口期、灌浆期PE膜(T1、T2、T3、T4)的玉米叶面积指数均显著大于降解膜(T5),耐候性地膜T1与普通地膜相比可以显著改善玉米大喇叭口期光合特性。PE膜(T1、T2、T3、T4)玉米籽粒产量分别较降解膜(T5)增加了40.41%、45.04%、27.41%和32.80%,生物产量各处理间无显著差异,耐候性地膜(T1、T2、T3)与传统地膜(T4)无显著差异。玉米收获后,耐候性地膜的纵向拉伸负荷显著大于T4,且T1的纵向拉伸负荷、横向拉伸负荷以及纵向断裂标称应变均最大,易回收性高于其他地膜。因此,在陇中旱农区应用耐候地膜T1,与传统PE膜T4具有相似的水热效应,玉米产量也相当,但玉米收获后易于回收,有助于减轻残膜污染问题,但可降解膜由于提温效果有限,会降低玉米产量。     

有机肥替代化肥对陇中旱区玉米生长及农田碳排放的影响

  【目的】  为降低陇中旱农区化肥氮用量且确保该区玉米持续绿色高产,开展了有机肥替代化肥对玉米生长、农田碳排放影响及机理的研究。  【方法】  试验采用单因素随机区组设计,在等氮 (N 200 kg/hm2) 条件下,设5个有机肥氮替代化肥氮比例处理:0 (T1)、50.0% (T2)、37.5% (T3)、25.0% (T4)、12.5% (T5),同时设置一个不施肥处理 (T6)。在玉米拔节期、大喇叭口期、灌浆期、成熟期,取样测定玉米叶面积指数和干物质量,成熟期测产,并测定不同土层土壤pH、有机碳和全氮含量。在玉米播种后至收获,每隔15天测定一次CO₂通量。  【结果】  玉米叶面积指数、干物质积累量、生长率及籽粒产量表现为T1≈T5≈T3>T4>T2>T6。收获后,T3处理土壤pH与T1处理在0—5、5—10、10—30 cm土层差异均不显著。土壤有机质含量在0—5 cm土层中最高,T3较T1、T4、T5处理分别显著提高34.5%、9.9%、38.8%;5—10 cm土层内,T3处理的有机质含量与单施化肥T1处理差异不显著,T2、T3、T4处理间有机质含量差异不显著;10—30 cm土层T3较T1显著提高土壤有机质含量31.4%,较T5处理显著提高26.1%。全氮含量在5—10 cm土层中最高,T3较T1处理显著降低23.6%,各有机肥替代化肥比例处理间差异不显著。与T6处理相比,所有施肥处理均增加了玉米全生育期的总碳排放量,而在所有施肥处理中,T1、T3与T5碳排放总量较低且相互之间无显著差异。所有施肥处理较不施肥处理(T6)均提高了净生态系统生产力(NEP)和土壤碳平衡(SCB),T3处理2019和2020年2年平均SCB高于其他所有处理,玉米农田均为大气CO₂的“汇”,T3表现出最强碳汇效应。相关性分析结果表明,土壤碳排放与土壤有机质含量(r=0.56*)、土壤温度(r=0.93**)呈显著或极显著正相关;与土壤pH呈极显著负相关(r= –0.77**);叶面积指数(r=0.75**)、干物质(r=0.75**)、籽粒产量(r=0.93**)与土壤碳平衡呈极显著正相关;土壤理化指标中全氮 (r=0.72**)、温度(r=0.84**)与碳平衡间呈极显著正相关。  【结论】  在丰水年,陇中旱农区在施纯N 200 kg/hm2的水平下,37.5%左右有机肥替代化肥比例较单施化肥可使玉米稳产,改善土壤pH、提高土壤肥力,土壤CO₂排放总量较单施化肥处理没有显著增加,为陇中旱农区全膜双垄沟播玉米有机肥替代化肥的适宜比例。     

不同比例有机肥替代化肥对玉米生长及水分利用效率的影响

为了探索黄土高原半干旱区全膜双垄沟播玉米适宜的有机氮替代无机氮水平,于2018—2019年通过大田试验研究了单施化肥(F100M0)、有机肥50%替代(F50M50)、有机肥37.5%替代(F62.5M37.5)、有机肥25%替代(F75M25)以及有机肥12.5%替代(F87.5M12.5)化肥和不施肥(CK)对玉米耗水特性、籽粒产量及水分利用效率的影响。结果表明：两个丰水年,玉米耗水差异主要表现在播种期50~110 cm土层和成熟期10~30 cm土层;与对照相比,F62.5M37.5和F87.5M12.5处理的籽粒产量和生物产量分别较对照增加100.6%、122.0%和132.7%、156.8%,水分利用效率和降水利用效率分别增加了73.1%、165.1%和93.6%、179.8%,水分利用效率和降水利用效率增加的原因主要是F62.5M37.5和F87.5M12.5处理协调了籽粒产量与耗水量之间的关系,使玉米水分利用效率和降水利用效率较对照分别增加。所有处理中,F87.5M12.5处理表现出与单施化肥相当的经济效益。因此,在200 kg·hm^-2施氮水平下,适度降低有机肥替代比例能提高玉米的水分利用效率和经济效益,本研究推荐有机肥替代化肥的水平为12.5%~37.5%。     

长期保护性耕作对黄土高原旱地土壤物理质量的影响

本研究通过设置在陇中黄土高原半干旱区的小麦→豌豆和豌豆→小麦轮作系统的长期定位试验,探讨了不同耕作方式对耕层土壤物理质量的影响。6种耕作方式包括:传统耕作(T)、免耕(NT)、传统耕作秸秆还田(TS)、免耕秸秆覆盖(NTS)、传统耕作地膜覆盖(TP)和免耕地膜覆盖(NTP)。结果表明,不同耕作方式下耕层土壤容重、孔隙度、坚实度和饱和含水量差异显著,团粒结构、有效水分、水分利用率和饱和导水率差异极显著,耕作方式对土壤温度和田间持水量的影响不明显。通过加乘法则和加权综合法2种模型评价了不同耕作方式下土壤物理质量,P→W(豌豆→小麦)轮作序列下表现为NTS>NTP>NT>TS>T(TP)>TP(T),W→P(小麦→豌豆)轮作序列下表现为NTS>NTP>TS>NT>TP>T,说明免耕的基础上进行秸秆覆盖,有助于形成良好的土壤结构,提高土壤入渗,减少土壤侵蚀,促进土壤物理质量提高。     

半干旱区不同起垄方式对苜蓿地土壤质量的影响评价

利用多元统计方法综合评价半干旱区不同起垄方式对苜蓿地土壤质量影响的结果表明,传统平作,垄面覆膜的宽、窄垄处理,裸露的宽、窄垄沟处理的土壤质量综合指标值分别为0．261、0．737、0．608、0．342和0．335。说明垄上覆膜宽垄处理的土壤质量最好,其次是垄上覆膜窄垄处理和两含裸露处理,土壤质量最差的是传统平作。这与生产力结果不完全相同,说明单纯追求生产力会给土壤质量带来不利影响。垄上覆膜宽垄是黄土高原半干旱区人工苗蓿地建设的理想模式,它不仅产量高而且相比之下土壤质量也最高。