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。     

绿洲灌区地膜利用方式与灌水量对玉米产量形成的协同效应

通过不同地膜利用方式（NT：前茬玉米覆膜收获后免耕,次年直接播种;RT：秋免耕春覆膜;CT：传统耕作覆膜）和不同灌水水平（I1：全生育期灌水450 mm;I2：495 mm;I3:540 mm）下玉米干物质积累和产量构成的响应规律,揭示地膜利用方式和灌溉量调控玉米产量形成的机制,为覆膜种植玉米集成利用免耕和限量灌溉技术提供理论和实践依据。结果表明,NT和RT覆膜免耕处理降低了玉米吐丝期前干物质积累量和群体生长率,分别较传统耕作覆膜处理平均降低32.4%和45.9%,但吐丝期后使干物质积累量和群体生长率分别提高7.4%和32.6%;灌水减量至495 mm未造成干物质累积量和生长率降低。NT和RT覆膜免耕处理使玉米单位面积穗数和百粒重较传统耕作覆膜处理平均分别提高13.4%和6.6%,进而使3 a平均产量提高5.4%;灌水减量至495 mm并未引起减产。通径分析进一步表明,有限灌水条件下覆膜免耕玉米主要通过增加双穗数和增大百粒重来提高籽粒产量。可见,集地膜覆盖和免耕为一体的覆膜免耕技术是干旱地区玉米生产较为理想的种植技术。     

干旱灌区麦后复种绿肥与施氮水平对小麦光合性能与产量的影响

【目的】探究绿肥还田对不同施氮水平下绿洲灌区小麦产量性能指标的影响,为建立基于绿肥与化学氮肥减量配施的小麦绿色生产模式提供理论指导。【方法】2018—2020年在甘肃省河西绿洲灌区进行裂区试验,主区设置单作小麦(W)和麦后复种毛叶苕子(W-G)2种种植模式;副区为5种施氮水平,分别为不施氮肥(N₀)、55%氮肥(N₁)、70%氮肥(N₂)、85%氮肥(N₃)、100%氮肥(N₄),其中100%氮肥为农户传统春小麦施氮水平180 kg·hm^-2。测定小麦全生育期叶面积指数、光合势、净同化速率以及成熟期籽粒产量及其构成因素,以期为该区优化小麦种植模式和施氮水平提供依据。【结果】麦后复种毛叶苕子(W-G)较单作小麦(W)显著提高小麦全生育期的平均叶面积指数(MLAI)和光合势(LAD),提高幅度分别为9.5%—19.7%和9.7%—21.0%;适量减施氮肥有利于提高小麦MLAI和LAD,以N₃最突出,W-G-N₃处理较...     

麦茬免耕对不同麦玉轮作方式土壤有机碳含量的影响

为探讨耕作及轮作方式对小麦、玉米田土壤有机碳的影响,设小麦/玉米→小麦/玉米→小麦/玉米（T1）、小麦-冬油菜→玉米→小麦（T2）、小麦→玉米→小麦（T3）三种轮作模式,以及小麦免耕留茬（N）和传统耕作（C）两种耕作方式,研究6种模式下西北荒漠绿洲区小麦（W）、玉米（M）农田土壤呼吸、土壤有机碳及有机碳组分变化。结果表明,2016-2018年度,在小麦、玉米关键生育时期,免耕处理（NT1-W、NT1-M、NT2、NT3）的土壤呼吸速率分别较相应传统耕作处理减少了5.51%~37.08%、1.26%~6.44%、5.37%~ 68.63%和 16.74%~71.92%,0~5 cm土层有机碳含量分别增加了-4.23%~12.75%、13.27%~23.92%、 6.78%~ 15.15%和-11.48%~23.74%。在2018年,5~20 cm土层的微生物量碳含量表现为NT1-M > NT2 > NT3 >CT3 >CT1-M > NT1-W > CT2 > CT1-W;NT1-W、NT1-M、NT2、NT3处理的土壤水溶性有机碳含量分别较相应传统耕作处理降低了22.97%、9.14%、13.57%和6.55%。小麦间作玉米免耕处理提高土壤重组有机碳的效果最优, 0~5 cm和5~20 cm土层的重组有机碳分别较CT2、CT3高出19.87%~34.60%、 18.33%~30.38%和16.15%~31.33%、14.63%~33.89%。总之,免耕轮作使土壤呼吸速率、有机碳含量降低,改善了土壤有机碳组分,但不同轮作模式间有差异;本试验条件下,小麦/玉米→小麦/玉米和小麦-冬油菜→玉米更有利于土壤固碳,可以考虑作为重要轮作模式在研究区域进行推广和应用。     

绿洲灌区小麦间作玉米种植密度优化效应研究

为明确间作系统的密度效应,通过大田试验,研究了密度对小麦间作玉米产量的影响,并对密度与间作作物产量的相关关系进行了分析。结果表明,不同密度下,间作各处理的LER均大于1,表明间作具有提高土地利用效率的作用。密度与间作组分产量呈现二次曲线相关关系,且在本试验设置的密度下(小麦密度在675~900万株·hm-2、玉米密度在7.5~9万株·hm-2范围内),小麦产量随着小麦密度的增加而增加,玉米产量随着玉米密度的增加先增后降,密度为8.25万株·hm-2时可获得最大产量。小麦产量与穗数呈显著正相关关系,玉米产量与穗长、穗行数、行粒数呈显著正相关关系,因此,增加小麦密度是增加间作产量的有效途径。     

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.     

覆膜免耕对玉米间作豌豆农田土壤有机碳和氮的影响

借助2013年在河西绿洲灌区建立的不同耕作措施长期定位试验,通过探究耕作措施与种植模式对土壤有机碳和氮的变化特征,以期为构建试验区农田高效生产技术提供理论依据。试验设置耕作方式和种植模式两个因素,包括传统覆膜耕作（CT）和覆膜免耕（NT）2种耕作方式;单作玉米（M）、玉米间作豌豆（M/P）、单作豌豆（P）3种种植模式,共6个处理;通过分析不同种植模式下0~20 cm、20~40 cm土层土壤有机碳、全氮、硝态氮、铵态氮和C/N,明确覆膜免耕对禾豆间作农田土壤碳氮的影响。结果表明：与传统覆膜耕作相比,覆膜免耕显著增加0~20 cm土层土壤有机碳、全氮、硝态氮和铵态氮含量,2 a平均分别增加4.8%、  5.3%、11.1%、17.8%,同时也增加20~40 cm土壤的有机碳、硝态氮和铵态氮含量,但对全氮含量影响不显著。在覆膜免耕措施下,玉米间作豌豆较单作玉米显著提高0~20 cm土层土壤有机碳、全氮、硝态氮和铵态氮含量,分别提高4.6%、7.0%、14.5%和21.6%,而20~40 cm土层中仅土壤全氮含量无显著差异。覆膜免耕较传统覆膜耕作降低0~20 cm土层的C/N,而种植模式之间土壤C/N表现为玉米间作豌豆小于单作玉米。相对于其他处理,覆膜免耕玉米间作豌豆体系能有效提高土壤有机碳、全氮及其组分。因此,在河西绿洲灌区玉米间作豌豆体系中,覆膜免耕玉米间作豌豆为该区域高效、可持续种植模式。     

重茬豌豆幼苗对接种复合根瘤菌的生理响应

重茬障碍严重威胁农业生产,在豆科作物种植过程中表现尤为突出。本研究以‘定豌8号’和‘陇豌6号’为供试材料,以豌豆根瘤菌‘ACCC15657、ACCC15735’和苜蓿根瘤菌‘Da99’为微生物材料,通过盆栽重茬种植,分析接种不同根瘤菌对豌豆苗的地上部生物量,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)活性,脯氨酸(Pro)、可溶性糖(SS)和丙二醛(MDA)含量的影响。结果表明:在重茬种植的‘陇豌6号’幼苗中,较不接菌重茬对照,接种单一根瘤菌‘ACCC15735’ MDA含量显著降低,接种复合2种菌‘ACCC15657+ACCC15735’地上部生物量、SOD、POD及CAT活性和Pro含量显著提高,接种复合3种菌‘Da99+ACCC15657+ACCC15735’可溶性糖含量显著提高。在重茬种植的‘定豌8号’幼苗中,较不接菌重茬对照,接种复合2种菌‘ACCC15657+ACCC15735’POD活性与MDA含量显著降低,SOD活性与Pro含量显著增加,接种复合3种菌‘Da99+ACCC15657+ACCC15735’地上部生物量、可溶性糖含量和CAT活性显著提高。隶属函数综合分析表明:接种根瘤菌的各处理隶属函数平均值均高于重茬对照。在‘定豌8号’幼苗中,接种复合3种菌‘Da99+ACCC15657+ACCC15735’的隶属函数平均值最大,抗重茬能力最强。在‘陇豌6号’幼苗中,接种复合2种菌‘ACCC15657+ACCC15735’的隶属函数平均值最大。因此,接种根瘤菌可有效提高豌豆幼苗对重茬障碍的抵抗力,且接种复合菌较单一菌效应更强。     

地上地下互作强度对小麦间作玉米光合特性的影响

针对地上、地下互作对间作群体光合特性影响研究相对薄弱,生产实践中缺乏间作系统精确调控的相关理论依据等问题,本研究于2015—2017年,以小麦间作玉米为对象,通过设塑料布隔根(P,无根间作用)、尼龙网隔根(N,部分根间作用)和不隔根(完全根间作用) 3种根系分隔方式,以及低(M1, 45,000株hm~(–2))、高(M2,52,500株hm~(–2))2个玉米密度,系统分析了地上地下互作强度对间作作物群体光合特性的影响。结果表明,地上地下完全互作可显著增加间作群体的光合势,提高间作玉米的净光合速率,增大间作群体全生育时期的净同化率。与低密度相比,增大玉米密度使间作群体全生育期光合势平均提高12.4%;与尼龙网隔根和塑料布隔根相比,不隔根处理光合势提高了10.3%和29.0%。增大密度使间作玉米净光合速率比低密度平均提高11.2%;不隔根间作玉米生育期净光合速率较尼龙网隔根和塑料布隔根平均提高4.7%和7.7%。玉米密度对间作系统净同化率影响不显著;不隔根处理全生育时期净同化率比尼龙网隔根和塑料布隔根平均提高11.5%和14.8%,生育后期,间作群体的光合势与产量极显著正相关。因此,地上地下协同影响作物群体光合势及间作组分作物的净光合速率,从而影响间作群体的净同化率,可通过增加密度和根间互作来促进协同作用,增加间作系统产出。     

不同隔根方式下间作小麦玉米的竞争力及产量响应

通过田间试验研究了尼龙网隔根和塑料薄膜隔根对小麦间作玉米竞争优势的影响,并对间作作物竞争力与复合群体产量间的关系进行了量化分析。结果表明:小麦玉米间作群体中,小麦相对于玉米的竞争力呈先增后降趋势;隔根可降低小麦相对于玉米的竞争优势,未隔根间作处理比塑料膜隔根和尼龙网隔根间作处理的小麦竞争优势分别提高20.5%和4.9%。不隔根、塑料膜隔根和尼龙网隔根小麦间作玉米的土地当量比分别是1.46、1.20和1.39,间作群体的产量与小麦相对于玉米的竞争力呈二次曲线相关关系。适度提高小麦的竞争优势、特别是小麦开花期的竞争优势有利于间作群体整体产量的提高。