农业环保型材料覆盖技术研究进展

农业环保型材料覆盖技术可提高旱农区降雨利用效率,并解决地膜覆盖造成的环境污染问题,在国内外备受关注。本文详细综述了环保型材料覆盖技术的研究进展、存在问题,科学评价了环保型覆盖材料的研究现状及应用效果,指出了农业环保型材料覆盖技术今后的研究方向,以期为环保型覆盖材料的研发及其在农业生产中的应用提供理论依据。     

秋耕覆盖对土壤水热肥与马铃薯生长的影响分析

为探明秋耕覆盖措施下农田土壤水热肥特性对旱作马铃薯生长及产量的影响,于2013—2016年在宁南旱区秋作物收获后,通过设置不同耕作覆盖措施,研究马铃薯生育期0~200cm层土壤贮水量、0~25cm耕层土壤温度和0~40cm层土壤养分含量的动态变化,以及对马铃薯生长和产量的影响。结果表明,耕作方式、覆盖措施及二者交互作用可显著影响马铃薯播种期土壤贮水量,免耕秸秆覆盖、深松秸秆覆盖处理保水效果最佳,平均土壤贮水量较翻耕不覆盖处理分别提高14.4%和14.7%;耕作方式、覆盖措施及二者交互作用对马铃薯关键生育期土壤贮水量影响显著,深松秸秆覆盖处理改善土壤水分效果最佳,平均土壤贮水量较翻耕不覆盖处理提高20.7%。在马铃薯播种期,耕作方式、覆盖措施及二者交互作用对耕层土壤温度影响显著,但随着生育期的推进其影响程度减小;同一耕作方式下的平均耕层土壤温度,地膜覆盖处理较不覆盖处理显著提高3.6℃,而秸秆覆盖处理显著降低1.4℃。经过3年秋耕覆盖后,耕作与覆盖交互作用对0~40cm层土壤养分各指标影响均呈极显著水平,在所有处理组合中,免耕秸秆覆盖、深松秸秆覆盖处理的土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾含量较高,而翻耕不覆盖处理最低。同一耕作方式下,地膜覆盖的保温效应对马铃薯生育前期生长有促进作用,但后期高温不利于马铃薯生殖生长;秸秆覆盖在整个生育期具有稳温和降温效应,有利于马铃薯中后期生长。所有处理组合中,深松秸秆覆盖、免耕秸秆覆盖处理下马铃薯总产量和净收益较高,分别较翻耕不覆盖显著增产49.4%和38.3%,净收益分别提高129.1%和103.3%;深松地膜覆盖、深松秸秆覆盖处理对提高商品薯率效果较好,分别较翻耕不覆盖处理显著提高18.4%和16.2%。从经济与环境效益角度考虑,免耕、深松结合秸秆覆盖措施可调控农田土壤水、热及养分环境,实现马铃薯增产增效,在宁南半干旱区马铃薯生产中具有应用推广价值。     

不同耕作模式对旱地小麦旗叶光合特性及产量的影响

通过在宁南旱区连续2年的定位试验,比较了连年免耕(NT)、连年深松(ST)、免耕/深松(NT/ST)、深松/免耕(ST/NT)、传统翻耕(CT)5种耕作模式下冬小麦花后旗叶叶绿素相对含量(SPAD值)、光合特性和叶绿素荧光参数。结果表明,小麦开花至灌浆期,ST、NT/ST、ST/NT和NT的旗叶叶绿素相对含量分别较CT提高32.2%、27.4%、13.5%和11%;旗叶日均光合速率平均分别提高1.6、1.2、0.9和0.6μmol.m-2.s-1(P<0.05);旗叶日均蒸腾速率平均分别提高1.2、0.9、0.7和0.3 mmol.m-2.s-1(P<0.05)。ST和NT/ST处理的叶片瞬时水分用效率较CT显著提高。开花期和灌浆期,与CT相比,其他4种耕作模式均提高了PSⅡ最大光化学效率、PSⅡ潜在活性、实际光化学效率、光化学猝灭系数和非光化学猝灭系数,减少了光抑制程度。NT/ST、ST、ST/NT和NT处理较CT分别增产42.1%、35.3%、30.3%和23.5%,基于产量的水分利用效率分别提高51.3%、37.8%、19.9%和14.6%。免耕、深松及二者轮耕处理可降低旱地土壤水分的无效蒸发消耗,并提高旱地作物的蒸腾效率,以连年深松和免耕/深松处理提高产量和水分利用效率尤为显著。     

半干旱区夏闲期不同耕作方式对土壤水分及小麦水分利用效率的影响

在宁南旱平地进行了夏闲期深松、免耕及传统翻耕(对照)对土壤水分及后作冬小麦水分利用效率影响的研究结果表明,夏闲期深松和传统翻耕能有效地蓄雨保墒,提高旱平地冬小麦播前的土壤贮水量,深松和翻耕土壤蓄墒率极显著高于免耕处理,深松处理较翻耕高0.79%;夏闲期末深松处理0～200 cm土壤贮水量(310.78 mm)分别较免耕、传统翻耕高8.23 mm、1.61 mm.深松和免耕较传统翻耕显著改善了冬小麦苗期的土壤水分状况,对越冬期0～60 cm耕层土壤水分状况的改善有利于冬小麦的越冬.苗期0～200 cm土壤贮水量深松、免耕分别较传统翻耕(351.05 mm)高35.9 mm、28.8mm,不同的耕作处理对后作冬小麦苗期的土壤水分影响差异主要在80 cm以上土层.冬小麦返青期降雨主要使0～80 cm土层土壤贮水量有所增加,处理间的差异减小.夏闲期深松处理能有效地增加对降雨的蓄保能力,提高旱地冬小麦播前及整个生长阶段0～200 cm的土壤贮水量.不同耕作方式的冬小麦产量以夏闲期翻耕处理最高(3 475.9 kg/hm2),与深松处理(3 322.0 kg/hm2)无显著差异,免耕显著低于其它2种耕作处理;水分利用效率以翻耕最高[14.12 kg/(hm2·mm)],深松次之[13.62 kg/(hm2·mm)],免耕处理显著低于前二者[10.64 kg/(hm2·mm)].     

宁南旱区坡地等高条带轮种对谷子产量及光合特性的影响

研究了宁南旱区坡耕地不同条带种植对谷子的产量、水分利用效率及旗叶光合特性的影响.结果表明:带状休闲轮种能增加谷子产量,提高其水分利用效率.条带种植处理Ⅰ、Ⅱ产量分别高出对照50.74、123.33 kg/hm2,差异极显著,水分生产效率分别比对照高0.1、0.79 kg·hm-2·mm-1;条带休闲轮种可显著提高谷子叶片光合速率(Pn)和瞬时水分利用效率(WUEP),灌浆期条带种植处理Ⅰ、Ⅱ的Pn分别高出对照1.320、1.794 μmol·m-2·s-1,WUEP比对照分别高1.31、1.03 μmol·mmol-1.休闲轮种有利于增强谷子干物质积累能力,提高其群体水分利用效率.干物质积累量处理Ⅰ、Ⅱ拔节期显著高于对照,抽穗期、灌浆期和成熟期极显著高于对照.条带种植处理Ⅰ、Ⅱ主要生育期谷子群体水分利用效率(WUED)均显著高于对照.     

深松覆盖模式对宁南地区雨养马铃薯水分利用效率的影响

针对宁南旱区年际降水变率大、马铃薯产量和降水利用率低等问题，连续3a秋作物收获后分别采用深松覆盖秸秆、深松覆盖地膜、深松不覆盖3种深松覆盖模式，以传统翻耕不覆盖为对照，研究不同深松覆盖模式对休闲期和生育期土壤水分、马铃薯干物质累积、产量和水分利用效率的影响。结果表明，深松覆盖模式可改善休闲期土壤水分状况，以深松覆秸秆处理效果最佳，0−200cm层平均土壤含水量较对照显著增加6.41%。与对照相比，深松覆秸秆和深松覆地膜处理下休闲期0−200cm层平均土壤蓄水量和降水补给率分别显著提高49.85%、121.85%和46.82%、83.73%。深松覆盖模式可改善马铃薯生育期0−200cm层土壤含水量，调控不同生育阶段耗水量。深松覆秸秆处理对生育前期（播种后0～60d）60−100cm层土壤保水效果显著，而对照处理该阶段耗水量最高，深松覆地膜处理次之，而深松覆秸秆处理最低；深松覆秸秆处理对生育中期（播种后60～120d）0−60cm（2016年）和140−200cm（2015年）层土壤保水效果较好，而深松覆地膜处理生育中期耗水量最高，深松覆秸秆处理次之，对照处理最低；深松覆秸秆处理对生育后期（播种后120～150d）0−40cm层土壤蓄水效果最佳，其阶段耗水量也最高，深松覆地膜处理次之，对照处理最低。深松覆盖模式下马铃薯地上部和地下部干物质累积量均显著高于对照，生育前期以深松覆地膜处理效果较好，而生育中后期以深松覆秸秆处理具有显著促进作用。深松覆盖模式能显著提高马铃薯产量和水分利用效率，以深松覆秸秆处理最高，平均分别较对照显著提高49.33%、43.80%。可见，休闲期深松覆盖可改善休闲期土壤水分状况，有利于提高生育期土壤水分含量，调控马铃薯阶段耗水量，从而增加马铃薯干物质累积，实现作物的高产和水分高效利用，以深松覆盖秸秆处理效果最佳。     

休闲期耕作覆盖对马铃薯苗期生理生态与产量的影响

为解决马铃薯苗期干旱的问题,针对宁夏南部旱作区季节性干旱特点,在2013—2015年秋作物收获后,通过设置不同耕作覆盖措施,分析休闲期土壤蓄水保墒效应和马铃薯苗期土壤水温变化特征,研究不同耕作覆盖措施对马铃薯苗期生长、生理指标及马铃薯产量的影响。结果表明,同一耕作方式下,地膜和秸秆覆盖处理对改善土壤水温状况、降低马铃薯叶片抗氧化酶活性、促进苗期生长和提高块茎产量均有显著影响,且耕作与覆盖交互作用存在显著差异。在两年休闲末期和马铃薯苗期,同一耕作方式下地膜和秸秆覆盖处理0～200 cm土层平均土壤蓄水量较不覆盖处理分别显著增加5.1%、7.3%和10.5%、9.2%。马铃薯苗期,同一耕作方式下地膜覆盖显著提高0～25 cm土层土壤温度1.9℃,而秸秆覆盖显著降低土壤温度3.4℃。与不覆盖处理相比,地膜和秸秆覆盖处理可获得较低的叶片抗氧化酶活性,能更有效增加苗期出苗率、株高和生物量积累,从而显著提高马铃薯块茎产量。在所有的处理组合中,深松结合秸秆覆盖处理具有较高的平均马铃薯产量和商品薯率,较传统耕作不覆盖处理分别显著提高40.0%和14.9%。因此,考虑宁夏南部旱作区气候和环境条件的可行性,深松结合秸秆覆盖措施有利于马铃薯抗旱保苗和块茎产量的提高,可在该地区应用推广。     

免耕或深松结合秸秆覆盖提升土壤碳氮水含量和马铃薯产量的协同效应

【目的】研究不同耕作方式结合秸秆覆盖措施对土壤有机碳、全氮、水含量及马铃薯产量的影响,以探明耕作结合秸秆覆盖措施的增产机理,为宁南旱作节水农业发展提供技术和理论参考。【方法】于2014—2016年开展田间定位试验,设置6个处理：免耕+秸秆覆盖(NS)、免耕+不覆盖(NN)、深松+秸秆覆盖(SS)、深松+不覆盖(SN)、传统耕作+秸秆覆盖(CS)、传统耕作+不覆盖(CN)。在2016年马铃薯收获期取样测定了0—40cm土层土壤有机碳与全氮含量,播种、现蕾、块茎形成和块茎膨大期测定了0—200 cm土层土壤蓄水量,苗期、现蕾、块茎形成、块茎膨大以及收获期测定了地上部生物量,成熟期调查了产量。【结果】同一耕作措施下,覆盖秸秆较不覆盖能显著提高0—40 cm土层土壤碳、氮含量,提高马铃薯播种期、现蕾期、块茎形成期和块茎膨大期0—200 cm土层土壤蓄水量。以CN处理为对照,0—20 cm土层土壤碳、氮含量的提高幅度以SS处理最高,增幅分别为29.9%和24.7%,20—40 cm土层则以NS处理最高,增幅分别为52.4%和27.4%(P<0.05);播种期土壤蓄水量2014年(干旱年)以...     

秸秆还田配施氮肥对土壤性状与水分利用效率的影响

为揭示宁夏扬黄灌区秸秆还田配施氮肥对土壤性状与玉米水分利用效率的影响,在秸秆全量还田(9 000 kg/hm2)条件下,设置4种不同纯氮施用水平:SR+N0(0 kg/hm2)、SR+N1(150 kg/hm2)、SR+N2(300 kg/hm2)和SR+N3(450 kg/hm2),以秸秆不还田施氮量333 kg/hm2为对照(CK),研究秸秆还田配施氮肥对土壤容重、含水率、养分含量、玉米产量及水分利用效率的影响。结果表明,秸秆还田配施氮肥可改善耕层(0～40 cm)土壤容重和孔隙状况,以SR+N2和SR+N3处理效果最优,耕层平均土壤容重分别较CK降低8. 0%和8. 8%,土壤总孔隙度分别较CK提高11. 4%和12. 5%。秸秆还田配施氮肥有利于提高耕层土壤有机碳和全氮含量,随施氮量的增加土壤碳氮比降低,其中以SR+N2和SR+N3处理效果最优。SR+N2处理改善土壤肥力效果最优,其土壤碱解氮、有效磷、速效钾含量分别较CK提高33. 6%、47. 0%、30. 8%。SR+N2处理在玉米生育中后期具有较好的蓄水保墒效应,玉米增产和改善水分利用效率效果最优,两年平均玉米籽粒产量和水分利用效率分别较CK提高33. 9%、26. 2%。通过两年研究发现,在宁夏扬黄灌区,秸秆还田配施氮肥可有效改善土壤物理性质、增加土壤养分含量、调节土壤碳氮比、增强土壤的蓄水保墒能力,从而显著提高玉米籽粒产量和水分利用效率,以秸秆还田配施纯氮300 kg/hm2效果最优。     

渭北旱塬区不同沟垄覆盖模式对春玉米土壤温度、水分及产量的影响

为提高旱作区降水利用率,改善作物的水分有效性,于2007-2010年在陕西合阳县旱农试验站,设置了垄上覆地膜,沟内分别覆普通地膜、生物降解膜、玉米秸秆、液体地膜和沟不覆盖5个不同沟垄覆盖栽培模式。以传统平作为对照,研究了不同沟垄覆盖栽培模式对春玉米田土壤温度、水分及产量的影响,并对其经济效益进行了比较分析。4a结果表明,沟覆普通地膜和沟覆生物降解膜处理玉米苗期5～25cm平均土壤温度分别较对照增高2.4和2.1℃;沟覆玉米秸秆处理较对照降低1.7℃。不同集雨处理均能显著改善玉米前期土壤水分,而后期沟覆玉米秸秆、沟覆液体地膜和和沟不覆盖处理0～200cm土层土壤贮水量与对照无差异,沟覆普通地膜和沟覆生物降解膜处理下层土壤贮水量低于其他处理。沟覆生物降解膜、沟覆普通地膜和沟覆玉米秸秆处理增产效果显著,4a平均产量分别较对照增产35.2%、34.7%和33.6%,平均水分利用效率提高30.6%、30.2%和28.6%。沟覆玉米秸秆处理净收入最高,生物降解膜次之,4a平均净收入分别较对照增加3299和2752元/hm2。因此,垄覆普通地膜沟覆秸秆和垄覆普通地膜沟覆生物降解膜处理在改善土壤水温效应的同时能显著增产增收,是渭北旱塬区春玉米的高效栽培模式。