土壤不同形态碳氮含量和酶活性对培养时间及外源碳投入的响应

在绿色农业科技的推动下,有机物料资源化利用备受青睐,但有机物料种类不同对土壤肥力的提升效果不同,为探究有机物料施用对潮土不同形态碳氮含量及酶活性的动态影响,通过为期1年的培养试验,设置添加10 g/kg的秸秆菌渣(S)、树枝菌渣(B)、小麦秸秆(W)、黑麦草秸秆(R)和蚕豆秸秆(BB),并以空白处理作为对照(CK)。结果表明:与CK相比,有机物料施用显著增加土壤不同形态碳氮含量及酶活性,随培养时间的延长,有机碳及全氮含量呈增加的趋势,增幅分别为25.4%～42.9%和35%～60%,易氧化有机碳和碱解氮含量呈先上升后下降的趋势,最大值分别为2.80,43.26 mg/kg,水溶性有机碳、微生物量碳氮和酶活性则呈下降的趋势,最大值分别为346 mg/kg,293μg/g和23.08μg/g。有机物料施用会增加土壤酶活性提高土壤呼吸速率,通过对3个取样期7种水解酶的分析发现,酶活性表现为:LAPPHOSNAGBGCBAGXYL,即参与氮循环酶活性参与磷循环酶活性参与碳循环酶活性,绿肥秸秆主要增加氮循环酶活性,且以BB处理酶活性最高,菌菇渣主要增加碳循环酶活性,B处理酶活性高于S处理。有机物料施用会影响土壤酶活性,增加不同形态碳氮含量,但增幅因有机物料种类不同而有所差异,且碳氮组分对培养时间的响应不一。总体而言,小麦秸秆和蚕豆秸秆腐殖化系数最高,对不同组分碳氮含量增加效果最优。     

农膜残留对大豆光生理特征及生物量累积的影响

农膜覆盖技术的应用及推广极大地提高了干旱半干旱地区的农业产量,促进了当地农业发展及社会经济效益。然而,由于农膜碎片化程度高、回收难度大、降解周期长,使得残留在土壤中的农膜日益增多,严重威胁着作物生长、土壤健康以及农业可持续发展。尽管农膜残留对土壤质量影响的研究较多,但对于其种类(可降解或不可降解)及残留累积量对作物光生理特征的研究还相对较少。本试验以大豆为研究对象,对比普通聚乙烯(PE)和生物降解(BP)两种农膜(残片大小为0.5～2 cm),研究不同农膜残留累积量(土壤重量的0、0.1%、0.5%、1.0%)下大豆花期及初荚期叶片光合作用光、CO_2响应曲线特征及花期、收获期的植株生物量,探讨塑料类型及残留量对大豆光生理特征及生物量累积的影响。结果表明:PE残留导致大豆叶片光补偿点在花期降低23.96%,而初荚期升高51.38%,说明PE残留导致大豆叶片弱光利用能力在花期提升,但在初荚期被抑制。在初荚期,BP残留使光补偿点降低54.82%,且光饱合点升高58.12%,从而提高了叶片强光适应能力,增大了叶片光能利用范围。同时, PE和BP添加使暗呼吸速率分别增长30.56%和22.28%,从而导致干物质消耗增加。土壤中PE、BP残留量的增加,最大光合力分别降低36.49%和23.56%,表明大豆叶片CO_2利用能力减弱; CO_2补偿点分别降低67.96%和38.91%,从而提高了叶片低浓度CO_2的利用能力,并降低光呼吸速率,从而减少了干物质的消耗。此外,不同农膜及残留量处理下,仅在花期0.1%与0.5%残留量的BP处理中,地下生物量随农膜残留量的增加显著降低,其他各处理间地上及地下生物量无明显变化。光响应及CO_2响应曲线各拟合参数与生物量的Pearson相关性分析结果表明,收获期PE处理下,地上生物量与光补偿点呈显著负相关,而光呼吸速率、CO_2补偿点、初始羧化效率与生物量(地上+地下)的积累有较强相关性。因此,PE农膜残留量增加提高了大豆花期叶片对于弱光的利用能力而减弱初荚期对弱光的利用能力,BP农膜残留量增加则会增强初荚期叶片对弱光的利用,也对大豆叶片适应强光的能力有所提升。     

白膜、黑膜全年覆盖下的土壤水、热、盐变化

地膜覆盖因能有效地增温保墒增产而在黄土丘陵区旱作农林生产中广泛应用。为明确不同薄膜覆盖的差异以及连续覆膜条件下的土壤水热盐变化特征,于2015年7月1日—2017年6月30日在陕北米脂进行野外连续覆膜定位观测,试验设裸地(CK)、白色薄膜(WF)与黑色薄膜(BF)3种处理,利用GS3仪器监测0～150cm深度的土壤水分、温度和电导率。结果表明:1)连续覆盖两年后,两种覆膜处理平均土壤含水量为16.9%, CK为13.6%,土壤储水量分别达314.56mm、204.44mm,具体表现为土壤含水量BF在0～15cm高于WF(P0.05),15～30cm低于WF(P0.05); 0～150 cm, WF和BF总储水量差异不显著,与CK差异显著(P0.05);在作物生育期覆膜平均较CK提高储水量60.8 mm。2)膜覆盖下近地面日温差WF大于BF, 0～150 cm,两种覆膜周年土壤平均温度无显著差异,较CK高1.3℃(P0.05);气温较高条件下WF比BF、CK缩短冻融时间分别达8d和24d,WF更有利于土壤解冻和早春土壤增温。3)周年土壤表层盐分高,其中0～30 cm土层电导率为BFWFCK, 30～50 cm土层为WFBFCK,但土壤总体盐分较低,无土壤盐渍化趋势, 50 cm以下3种处理盐分没有差异。综合而言, WF较BF更能提高表层土壤温度, BF较WF更能提高表层土壤水分,覆膜保墒增温,延长作物生长时间。研究成果可为黄土丘陵区旱作农业覆膜应用提供土壤水热盐调控依据,也为果园和林地常年连续覆膜提供参考。     

新疆典型膜下滴灌棉花种植模式的用水效率与效益

膜下滴灌技术因具有显著的节水、保温、抑盐、增产效果,在新疆自治区棉田中已获得大面积推广应用。在目前的大田棉花生产条件下,结合当地的光热、土壤、机械等条件,因地制宜选择合理的膜下滴灌种植模式,对合理调控棉田土壤水盐分布、促进棉花生长与增产、提高劳动生产率和增加棉农收入等具有十分重要的意义。迄今为止,在新疆自治区主要存在3种典型的膜下滴灌棉花种植模式,分别为传统模式、机采模式和超宽膜模式。该文通过开展实地调查取样,基于种植密度、灌溉定额、根区土壤水盐分布、覆膜宽度以及其它影响棉花生产收益的因素,对3种典型膜下滴灌棉花种植模式的水分利用效率与经济效益进行了对比分析。结果表明,由于各种种植模式下不同的种植密度、灌溉定额、根区土壤水盐分布、覆膜宽度等对棉花的耗水与产量产生了较大影响,导致棉花的水分利用效率存在明显差异：超宽膜模式棉花的水分利用效率为1.04 kg/m3,明显高于传统模式的0.98 kg/m3与机采模式的0.89 kg/m3。另外,经济效益受种植模式（影响前期投入与棉花产量）与采棉方式（影响采棉支出与籽棉收购单价）的影响较大：超宽膜模式具有最高的经济效益,其单位面积纯收入达18582元/hm2,稍高于机采模式下的18298元/hm2,传统模式下纯收入最低,仅11725元/hm2。因此,为高效利用农业水资源并增加种棉收益,建议在新疆自治区大力推广超宽膜模式,并对现有采棉机进行适当改进以在超宽膜模式下实现采棉机械化;或适当调整现有机采模式下的滴灌带布置形式（如将其布置在窄行的中央）,但相关的效应仍有待更进一步研究。     

东北雨养区覆膜和种植密度对玉米田间土壤水分和根系生长的影响

为探讨东北雨养区玉米生长状况和田间水分对种植密度和地膜覆盖的响应,2015年在沈阳农业大学水利学院试验场设置了低(67 500株/hm~2)、中(82 500株/hm~2)、高(97 500株/hm~2)3个种植密度水平和覆膜、裸地2种方式的玉米田间试验,根据试验结果分析了土壤水分、玉米根系及其产量变化。结果表明:(1)在0—20cm土层中,整个生育期内,覆膜对于低密度处理的土壤田间含水率影响显著(p0.05),生育前期、中期和末期覆膜比裸地田间含水率分别提高了9.80%,15.93%,12.77%;在20—40cm土层中,生育前期,中密度覆膜种植的玉米田间含水率比裸地高13.83%(p0.05);在40—60cm土层中,覆膜对中密度玉米土壤含水率影响显著(p0.05),生育前期、中期、后期覆膜比裸地处理的土壤含水率分别提高了15.47%,4.11%,8.96%。(2)种植密度对玉米根系的根长、总投影面积、总根体积和根系表面积均有显著影响,随着种植密度的增加,四者均呈减小趋势;在种植密度相同时,覆膜相比裸地提高了玉米根系的根长、总投影面积、根系总体积和根系表面积;中密度时,覆膜对玉米根系的4项指标提高最为显著(p0.05),分别比裸地提高了44%,38%,38%,33%。(3)玉米产量随着种植密度的增加而减小,当密度为67 500株/hm~2时,玉米产量和百粒重均最大,百粒重为36.83g,产量为12 573.69kg/hm~2。结果说明:在水肥条件相同情况下,玉米种植存在一个最优密度,在最优密度内,玉米产量随着密度的增加而增加,超过了最优密度产量呈现减少趋势。研究结果对东北雨养区种植密度和覆盖方式的优化组合提供了理论依据,对提高雨水利用效率和玉米产量也具有参考意义。     

生物降解膜促进冬油菜养分吸收减少土壤硝态氮累积

针对普通地膜覆盖导致的农田环境污染和土地退化问题,通过2 a田间试验,从土壤有机质含量、硝态氮累积与分布、作物养分吸收和籽粒产量等层面出发,进行了普通地膜覆盖(PM)、生物降解地膜覆盖(JM)和露地(CK)栽培冬油菜的对比研究。结果表明,播种后60和150 d,JM处理的土壤有机质含量、土壤硝态氮的累积和分布与PM处理无显著差异;播种后240 d,JM处理的土壤有机质含量显著大于PM处理,土壤硝态氮的累积量显著小于PM处理,且PM处理土壤硝态氮的淋洗下移峰值更大。PM和JM处理冬油菜的产量及地上部各器官的氮、磷、钾吸收量均显著大于CK,且PM和JM无显著差异。与PM处理相比,JM处理在播种后240 d时土壤有机质质量分数提高7.0%,土壤硝态氮累积量减少34.1%。可见,PM处理在冬油菜生育后期过分消耗地力,且残留在土壤中的硝态氮含量较高。该研究从土壤营养和作物养分吸收利用方面为生物降解地膜应用于农业生产的可行性提供了理论依据。     

地膜残留量对新疆棉田蒸散及棵间蒸发的影响

为探讨残膜对干旱区农田蒸散耗水特征的影响,在新疆阿克苏典型覆膜滴灌棉田开展2 a小区试验研究,设计0、225、450 kg/hm2共3种不同的地膜残留量,采用水量平衡法,微型棵间蒸发仪法,于主要生育时期测定并计算土壤含水量、蒸散量、棵间蒸发量、作物蒸腾量、棵间蒸发占蒸散的比例。结果表明:随着地膜残留量增加棵间蒸发量、棵间蒸发占蒸散的比例呈增大趋势,而蒸散量及作物蒸腾量则逐渐减小。与无残膜处理相比,225和450 kg/hm2处理全生育期田间无效耗水的棵间蒸发量分别增加了9.27和22.20 mm,棵间蒸发占蒸散的比例增幅分别为2.6%和6.1%,作物蒸腾量降低34.89和55.94 mm。在棉花生育期内,棵间蒸发占蒸散的比例(E/ET)与叶面积指数(leaf area index,LAI)呈幂函数关系,各处理间棵间蒸发占蒸散的比例对叶面积指数的响应差异不同,450 kg/hm2处理蒸发占蒸散的比例随着LAI的增加,曲线下降趋势较明显;无残膜处理棵间蒸发占蒸散的比例与LAI的决定系数最高,均在0.9以上。土壤水分利用率也随残膜量的增加依次降低,当残膜量由0增加到450 kg/hm2时,土壤水分利用率从28.25%降至24.91%,可见,残膜增大了农田的无效耗水,不利于土壤水分的有效利用。研究可为制定缓解或克服残膜危害的应变调控技术提供依据。     

聚乳酸生物降解地膜对土壤温度及棉花产量的影响

随着地膜残留污染问题的加剧,降解地膜的应用研究越来越受到关注。通过普通塑料地膜与2种不同厚度聚乳酸生物降解地膜的田间对比试验,研究聚乳酸生物降解地膜降解状况及对土壤温度和棉花产量的影响。结果表明:聚乳酸生物降解地膜在覆膜17~22 d后进入诱导期,60 d后逐渐进入破裂期,130 d左右进入崩裂期。在棉花生长苗期,生物降解膜膜内增温缓慢,白天平均土壤温度普通膜分别高于18μm降解膜和15μm降解膜膜0.8℃和6.2℃。但夜间降解膜膜内平均温度较稳定,保温效果好,膜内温度高于普通地膜1℃左右。18μm聚乳酸降解膜与普通膜相比对棉花产量的影响无显著性差异,而15μm聚乳酸降解膜使棉花减产8.9%。研究表明,聚乳酸生物降解地膜厚度选为18μm较为合适,且具有良好的降解性,可满足棉花的生长需要,有望替代普通地膜在农田中推广使用。     

气吸滚筒式垄上三行大豆密植排种器设计与参数优化

针对1.1 m大垄垄上三行密植大豆栽培技术配套播种机不得不采用单行播种单体前后错排使用,导致播种机结构复杂、通过性差等问题,研究设计了一种与垄上三行大豆密植栽培模式配套的气吸滚筒式大豆排种器。通过理论分析初步确定其主要结构参数并建立充种过程力学模型,运用三因素五水平二次正交旋转中心组合试验方法,以真空度、作业速度、型孔孔径为试验因素,以粒距合格指数、重播指数、漏播指数、各行排量一致性变异系数为目标函数,参照国标GB6973-2005《单粒(精密)播种机试验方法》实施参数优化试验。结果表明:当参数组合为型孔孔径4.5 mm、真空度4.7~5.9 k Pa、作业速度低于9.1 km/h时,该排种器的合格指数≥95%、重播指数≤3%、漏播指数≤2%、各行排量一致性变异系数≤6.5%。研究结果为气吸滚筒式三行大豆排种器的开发奠定了基础。     

辽西地区覆膜条件对不同土层土壤氮磷钾累积量的影响

为了探明覆膜技术对辽西半干旱区土壤氮磷钾累积量及其剖面分布状况的影响,本试验以农业部阜新农业环境与耕地保育科学观测实验站为研究平台,设置裸地种植、春季覆膜、秋季覆膜3种处理,通过对土壤剖面各层次全量氮、磷、钾的测定,定量分析辽西半干旱区覆膜条件下土壤全量养分含量及剖面分布差异,结果表明:不同覆膜处理对土壤全量氮、磷、钾累积量影响各不相同。2种覆膜处理可有效提高0～40 cm土层土壤全氮和全磷累积量,与裸地相比,春覆膜与秋覆膜处理可使土壤全氮提高34.4%和21.0%,秋覆膜处理可使全磷累积量提高17.0%。40～60 cm土层,裸地处理全氮、全磷累积量显著高于覆膜处理,其中全氮累积量较春覆膜处理提高65.7%,且为秋覆膜处理的2.16倍;全磷累积则表现为裸地种植比春覆膜和秋覆膜处理分别提高44.2%和39.4%。不同处理间全钾含量差异显著,总体表现为秋覆膜春覆膜裸地。3种处理土壤养分的剖面分布规律也各不相同,覆膜处理土壤全氮和全磷随剖面深度的增加呈逐渐减少的规律,而不覆膜处理则呈现先减少再增加的趋势;不同处理土壤全钾的剖面分布规律相似,即随剖面加深全钾含量均无显著变化,即使是表层土壤也未显示出全钾聚集的特征。