西北内陆区农业生态系统资产负债研究——以甘肃省凉州区为例

本文以甘肃省凉州区为例,分析了其绿洲农业区1949～2005年生态系统可持续发展能力的资产负债动态变化,探究西北内陆区绿洲农业生态系统可持续发展能力,预测其可持续发展程度及未来趋势.结果表明:甘肃省凉州区农业生态系统的资产在1949～1970年为急速下降阶段,由14.14下降至4.93,下降65.13%;1970年以后为缓慢增长阶段,至2005年增长到33.33.负债自1949年以来,一直呈负增长趋势,由-0.91增长至-56.67,负增长了61.27倍.净资产也呈明显的先降后升趋势,1949～1970年,以环境资产占优势,表现为资产盈余,且呈递减趋势,至20世纪70年代初期,净资产接近于0;1970年以后,以负债量占优势,表现为资产赤字,且呈递增趋势,尤其在20世纪80年代后期以后,几乎呈直线上升,但自2000年以后,负债量有所减少.2005年凉州区农业生态系统可持续发展能力资产负债分布表的结果表明,生存、发展、环境、社会和智力5大支持系统的共30项源指标中有10项列入"资产"栏目,17项列入"负债"栏目,凉州区净资产为-23.34.本研究结果表明,凉州区农业生态系统处于不可持续状态,但其生态环境的自然资产库存量已经开始增加,人类再次向可持续发展方向迈进.     

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。     

不同供水水平下间甲酚和间作对小麦、蚕豆耗水特性及产量的影响

通过盆栽试验,研究了3个供水水平(田间持水量的45%、60%和75%)和间甲酚对小麦间作蚕豆耗水量及产量的影响。结果表明:间作总耗水量较相应单作总耗水量的加权平均低12.87%～31.56%,间甲酚对不同作物全生育期总耗水量的作用不显著,但供水和种植模式与作物总耗水量间的相关性极显著。间甲酚对小麦、蚕豆的产量均具有负效应,提高供水量可弱化间甲酚对小麦产量的负效应,但不同供水水平下间甲酚对蚕豆经济产量的化感作用差异不显著。间作生物产量和经济产量较相应单作的加权平均分别高15.3%～37.41%和5.98%～31.27%,间作同时具有弱化间甲酚对蚕豆化感负效应的作用。     

水氮耦合及种植密度对绿洲灌区玉米光合作用和 干物质积累特征的调控效应

目的 针对土壤水分、氮肥供应不足以及玉米早衰、种植密度不合理等严重制约绿洲灌区玉米的生产问题,通过研究不同水氮配比及种植密度对玉米光合作用、干物质积累特征和产量的影响,以期为该区玉米高产、稳产提供技术支撑。方法 2016—2017年,于河西绿洲灌区进行大田试验,以先玉335为参试品种,采用裂裂区设计,灌水水平（W₁：4 050 m ³·hm ^-2,W₂：3 720 m ³·hm ^-2）做主区,施氮水平（不施氮N₀：0,低施氮N₁：300 kg·hm ^-2,高施氮N₂：450 kg·hm ^-2）为裂区,种植密度（低密度D₁：75 000株/hm ²,中密度D₂：97 500株/hm ²,高密度D₃：120 000 株/hm ²）为裂裂区,测定光合速率、干物质积累量和产量等指标。 结果 施氮量、种植密度对玉米全生育期净光合速率、干物质最大增长速率及其出现天数、干物质积累量、产量、WUE和氮肥利用率有显著影响。水肥耦合可增强玉米密植条件下的光合作用,提高干物质最大增长速率,提前干物质最大增长速率出现的天数,增大干物质积累量和产量。在减量20%灌水和高施氮水平下,中密度处理的全生育期净光合速率较低密度和高密度分别提高17.31%和11.43%;高密度和中密度处理的干物质最大增长速率及最大增长速率出现天数较低密度处理分别提高21.07%、7.52%和提前6.7 d、4.1 d;高密度处理的干物质积累量较中密度、低密度分别提高4.27%和10.59%,中密度处理的产量、水分利用效率和氮肥利用率较低密度、高密度处理分别提高24.2%、11.4%、29.9%和29.2%、18.4%、13.8%。在减量20%灌水条件下,中密度高施氮处理的全生育期净光合速率、干物质积累量和产量分别较中施氮、不施氮分别提高7.34%、11.63%、14.63%和49.54%、44.53%、69.03%;高密度高施氮处理的干物质最大增长速率及最大增长速率出现天数较中施氮、不施氮分别提高19.07%、54.35%和提前3.9 d、6.8 d;同等密度高施氮处理的氮肥利用率较低施氮处理提高24.5%。综上,减量20%灌水与高施氮耦合主要通过提高密植玉米的光合作用和干物质积累速率,延长干物质积累的持续时间,提高WUE和氮肥利用率,从而对干物质积累量和产量产生调控作用。结论 在绿洲灌区,采用水肥耦合（生育期减量20%灌水（3 720 m ³·hm ^-2）、施氮量450 kg·hm ^-2、中密度97 500株/hm ²）的最优栽培模式,可为进一步发掘密植条件下玉米高产、高效栽培提供技术指导。     

民勤绿洲区撂荒农耕地抗风蚀效果

通过风洞试验,在5个风速下对民勤绿洲区5种不同撂荒年限农耕地的土壤风蚀速率、0—20cm风沙流结构进行了模拟观测研究。结果表明:农耕地撂荒20年后土壤风蚀速率明显增加,撂荒30,40年土壤风蚀速率是其他处理的2.40～4.97倍。不同撂荒年限土壤风蚀速率均随风速的增大呈指数函数递增,但在撂荒30,40年条件下递增较快。风速为14m/s是民勤绿洲农田土壤风蚀加剧的转折点,当风速>14m/s时,农耕地撂荒20年后的土壤风蚀速率明显高于撂荒20年内。0—20cm内,农耕地撂荒20年内和撂荒20年后输沙率与高度分别呈负线性和负指数关系,农耕地撂荒20年内0—4cm输沙量和输沙量百分比(Q0—4/Q0—20)均低于撂荒30,40年。随着撂荒年限的延长,农田表层不可蚀性颗粒(粒径≥1mm的团聚体及粗砂砾)的含量明显降低,且土壤风蚀速率随不可蚀性颗粒含量的增加呈非线性降低趋势。因此,增强民勤荒漠绿洲区撂荒农耕地抗风蚀能力需适当减少撂荒年限。     

玉米间作豌豆种间竞争互补对少耕密植的响应

通过对种间关系的研究,确定玉米间作豌豆中能否集成少耕和密植效应,对进一步优化间作技术具有理论指导意义。2016—2017年,本研究在河西绿洲灌区,以玉米间作豌豆为研究对象,设传统耕作、少耕两种耕作措施和低、中、高3种玉米密度,研究不同处理对玉米间作豌豆种间竞争力和豌豆收后间作玉米恢复效应的影响,揭示种间关系与间作产量的相关关系。结果表明,不同间作处理的土地当量比均大于1,说明本试验条件下的间作处理均具有增产优势;与传统耕作相比,少耕使玉米间作豌豆产量提高5.79%;少耕条件下,中密度间作产量较低密度、高密度处理显著提高8.37%、9.09%,说明玉米间作豌豆集成少耕和中密度具有进一步增产的优势。少耕结合中密度强化了间作豌豆对玉米的竞争力,较低密度、高密度处理的竞争力分别高36.56%、20.17%,形成间作玉米恢复效应强化的基础;豌豆收获后,少耕间作玉米具有明显的恢复生长效应,较传统耕作高10.30%~47.11%。间作群体的籽粒产量与豌豆相对于玉米全生育期内的平均竞争力呈二次曲线相关关系,当竞争力在0.25时利于间作获得高产。因此,玉米间作豌豆模式中集成少耕和密植技术,通过调控种间关系进一步挖掘间作增产潜力,少耕结合玉米中密度可作为绿洲灌区玉米间作豌豆增产的理想措施。     

绿洲灌区水氮运筹对玉米生长及产量形成的耦合效应

【目的】针对绿洲灌区玉米生产水肥过量严重,灌水、施氮制度混乱等现象,揭示水氮运筹对玉米生长及产量构成的耦合效应,为构建干旱绿洲灌区玉米高产合理水肥制度提供依据.【方法】分别设3个灌水水平:低灌水水平(I_1,430 mm),中灌水水平(I_2,490 mm),高灌水水平(I_3,550 mm),和3个施氮水平:N_(1 )0 kg N/hm~2施氮水平,N_2 360 kg N/hm~2施氮水平,N_3 450 kg N/hm~2,共组成9个处理,通过田间试验研究玉米群体生长率、叶面积指数、干物质运转、光合产物对产量构成及产量的贡献机制.【结果】群体生长率在I_2、I_3处理下较I_1处理提高40.6%～67.8%,而I_2与I_3间差异不显著;N_2、N_3较N_1处理分别高17.4%和10.6%,但N_2与N_3处理间差异不显著.玉米叶面积指数在I_2、I_3处理下全生育期平均值较I_1处理分别提高29.7%和36.0%.I_2、I_3处理玉米籽粒产量分别较I_1处理高9.6%和13.7%,但是I_2、I_3处理间差异不显著;N_2和N_3处理分别较N_1处理高8.4%和10.5%,N_2和N_3处理间差异不显著.过量灌水和施氮会减少干物质向籽粒的运转,I_3处理与I_1、I_2处理比较,干物质运转量分别减少了29.4%和29.6%,对籽粒的贡献率分别降低了38.4%和32.5%;N_3分别较N_1和N_2处理干物质运转量减少了28.5%和17.1%,对籽粒的贡献率分别降低了36.1%和19.0%.综合分析,合理的灌水和施氮量对玉米籽粒产量的形成具有耦合效应,I_2N_2处理处理最终获得与I_3N_3相等的籽粒产量.【结论】灌溉定额490 mm和施氮量360 kg/hm~2处理提高了玉米光合作用对籽粒形成提供的物质补充,促进了生育前期营养器官积累的干物质向籽粒的运转量,最终获得高产,是河西绿洲灌区玉米高产适宜的水氮参数.     

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.     

干旱区玉米专用菌肥对玉米生长特性的影响

利用前期筛选出的优良根际促生菌株,研制玉米专用菌肥,进行大田试验,测定其替代部分化肥对玉米生长特性的影响。结果表明:利用筛选的优良促生菌研制的玉米专用菌肥符合微生物肥料NY227-94标准。菌肥替代15%~30%化肥的玉米叶片数及植物产量与当地高产栽培方式最佳施肥量之间差异不显著。替代15%化肥的玉米生长特性(株高、干物质积累、农艺性状、产量构成因素及经济产量、植物产量等)与当地高产栽培方式最佳施肥量差异不显著,且个别指标有不同程度提高;替代30%化肥除在植物产量与最佳施肥量相比差异不显著外,其他各项指标均有所下降。专用菌肥替代15%~30%化肥,可以减少化肥投入,其直接经济效益分别为416.4和1058.4元·hm~(-2)。     

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。