海河低平原渠灌区麦田深松的节水增产效应研究

【目的】研究海河低平原渠灌区土壤深松对冬小麦的节水增产效应,以提高冬小麦产量和水分利用效率。【方法】于2011-2012年和2012-2013年冬小麦生长季,以冬小麦品种良星99为材料,大田条件下,通过小麦季设置旋耕（RT）、深松（SRT）和深耕（MRT）3种耕作方式处理,在海河低平原渠灌区进行了2个周期的研究。【结果】（1）深松可提高土壤水分入渗速率。水分入渗速率稳定时,深松处理土壤水分入渗速率为0.05 mm·s^-1,分别是旋耕处理和深耕处理的2.50倍和1.67倍。（2）渠灌条件下,深松有利于水分在土壤中快速下渗,优化水分在深层土壤中的分布,提升深层土壤对灌水的储蓄能力。灌水后48 h,在0-180 cm土层,深松处理土壤水分增量为158.5 mm,旋耕和深耕处理分别为142.5和144.1 mm,分别相当于深松处理的89.9%和90.9%。（3）在冬小麦冬前阶段,深耕处理棵间蒸发量最高,分别是深松和旋耕处理的1.15倍和1.35倍。冬小麦返青后,旋耕处理棵间蒸发量提高,尤其是春季灌水后,旋耕处理日棵间蒸发量上升更快,最高达1.32 mm·d^-1,而深松处理和深耕处理则仅为0.78和0.85 mm·d^-1。深松处理全生育期棵间蒸发量最低,仅为138.17 mm,分别相当于深耕处理和旋耕处理的86.9%和89.7%。（4）冬小麦播种至拔节期,旋耕处理0-100 cm土层含水量高于深松和深耕处理;拔节期至成熟,0-20 cm土层,旋耕处理含水量最高;20-80 cm土层,深松处理含水量最高;80 cm以下土层,3个处理差异不显著。（5）深松处理生育期耗水量为419.1 mm,比旋耕和深耕处理节水约6%;深松处理对灌水和降水的消耗比例分别为41.2%和22.0%,显著高于深耕和旋耕处理。（6）深松处理产量平均为8 550 kg·hm^-2,分别比旋耕和深耕处理提高15.4%和6.9%,其水分利用效率比旋耕和深耕处理分别高22.9%和14.0%。【结论】土壤深松可增加麦田地表水入渗速率,减少灌水和降水的无效蒸发,提高土壤对灌水和降水的储蓄,降低冬小麦耗水量,提高其水分利用效率和灌水生产效率,最终显著提高冬小麦产量,具有较好的节水增产效应。建议在海河低平原渠灌区冬小麦种植中采用深松耕作措施。     

秸秆还田深松旋埋联合耕整机设计与试验

深松作业能有效打破犁底层,提高土壤蓄水保墒能力。秸秆还田是秸秆资源利用最为直接有效的方式,将2种保护性耕作方式结合在一起可大大提高作业效率。为了满足深松和秸秆还田同时作业的需求,设计了集土壤深松、破茬碎土、秸秆旋埋、平地等多功能于一体的深松旋埋联合耕整机。该机主要由自激振动深松装置和秸秆还田旋埋刀辊组成,自激振动深松装置可调节预紧力,不仅可以在一定程度上减少深松耕作阻力,还可以在遇到障碍物时有效保护深松铲,深松铲柄的设计利用了滑切原理,可有效切断秸秆和杂草,防止缠绕和堵塞深松铲,对旋埋刀辊进行了重新布置和优化,提高了工作稳定性和破土能力。田间试验表明深松作业可有效减小旋埋刀辊功率;在拖拉机1挡和2挡速度下深松旋埋组合作业总功率分别为单独深松和单独旋埋2项作业之和的85.0%和82.2%;深松旋埋组合作业下深松和旋埋的平均耕深分别为28.9和17.5 cm,耕深稳定性分别为93.5%和87.4%,秸秆埋覆率为92.0%,耕后地表平整度为1.0 cm,深松旋埋联合作业后的各项性能参数均超过质量评定指标,满足农艺要求。     

极端年型旱地麦田深松和覆盖播种水分消耗与植株氮素吸收、利用关系的研究

【目的】为明确旱地麦田土壤水分变化与植株氮素吸收利用及产量形成的关系,探索极端年型可采取的耕作蓄水、覆盖播种等应急措施。【方法】2011—2016年于山西运城闻喜县开展大田试验,选取2011—2013、2015—2016 3年降雨量极端年份,在休闲期深松和免耕2个耕作基础上,对全膜覆土穴播、膜际条播、常规条播3类播种方式进行研究,分析极端年型休闲期深松蓄水配套覆盖播种对旱地麦田水分消耗与植株氮素吸收和利用关系的影响。【结果】不同降水年型休闲期深松较免耕,覆盖播种较常规条播,播种—拔节阶段土壤耗水量及其比例降低,拔节—开花和开花—成熟两阶段土壤耗水量及其比例增加,生育期总耗水量增加;各生育阶段吸氮量增加,尤其是拔节—开花阶段吸氮比例;花前各器官氮素运转量及其对籽粒的贡献率增加;深松较免耕显著提高产量16%—30%,覆盖播种较常规条播提高产量13%—28%,同时水分利用效率提高,氮素吸收效率和氮素生产效率显著提高。不同降水年型、深松与否均影响了全膜覆土穴播和膜际条播两播种方式对麦田水分消耗、氮素吸收利用、产量、水分和养分利用效率。丰水年深松条件下,全膜覆土穴播较膜际条播生育期总耗水量增加,拔节—开花阶段吸氮量显著增加,叶片中氮素运转量对籽粒的贡献率显著提高,产量、氮素吸收效率和氮素生产效率显著提高;而欠水年和丰水年在未深松条件下,两覆盖播种间生育期总耗水量差异不显著,膜际条播较全膜覆土穴播花前各器官氮素运转量、茎秆+叶鞘氮素积累量对籽粒的贡献率和花后氮素积累量提高,产量提高、氮素吸收效率也显著提高。此外,丰水年播种—拔节0—120 cm,拔节—开花120—300 cm,开花—成熟180—300 cm土层耗水量与花前各器官氮素运转量和花后氮素积累量相关性达显著或极显著水平;欠水年,播种—拔节0—100 cm,拔节—开花120—240 cm,开花—成熟120—300 cm土层耗水量与花前各器官氮素运转量和花后氮素积累量相关性达显著或极显著水平。【结论】旱地小麦休闲期深松、生育期采用覆盖播种可增加小麦生育期耗水,促进各生育阶段植株对氮素的吸收及运转,从而提高产量、水分和养分效率。休闲期深松条件下,丰水年采用全膜覆土穴播,欠水年采用膜际条播,增产增效明显。     

深旋松耕作法对华北缺水区壤质黏潮土物理性状及作物生长的影响

【目的】针对华北高产农区连年旋耕导致耕层变浅、犁底层变厚变硬、耕层生产能力下降的问题,探讨深旋松耕作法在华北地区作物生产上的可行性。【方法】在河北吴桥地区设置了4种耕作处理,即传统旋耕15 cm、间隔深松耕30 cm、深旋松耕30 cm、深旋松耕50 cm,研究大田条件下不同耕作方法对土壤性质与作物产量的影响。【结果】（1）不同耕作处理对土壤蓄水量的影响较大,深旋松耕处理表现出利于降水入渗、储蓄更多水分的优势,并且越是干旱的时段,表现越突出。在冬小麦返青期深旋松耕处理土壤蓄水量均极显著高于旋耕处理和间隔深松处理,其中深旋松耕50 cm处理的0—50 cm土层土壤蓄水量分别比旋耕处理和间隔深松处理增加11.69 mm和10.56 mm,提高12.21%和10.90%。（2）不同耕作方法对土壤容重影响很大,耕作一年半之后,深旋松耕两个处理在0—30 cm土层容重显著低于深松和旋耕两个处理,其中深旋松耕30 cm在20—30 cm土层容重分别比深松和旋耕低了13.67%和13.99%,深旋松耕50 cm在20—30 cm土层分别比深松和旋耕低了14.20%和14.51%,30—50 cm土层深旋松耕50 cm土层依然显著低于其他处理,其中,40—50 cm土层分别比深松和旋耕低了22.66%和22.80%,深松处理在冬小麦播前略低于旋耕处理,之后的时期则与旋耕处理间几乎没有差异。（3）耕作方式的不同对土壤性质有影响,并进而影响作物群体LAI、干物质积累和灌浆速率以及产量的形成,对冬小麦季影响最为显著,其中冬小麦花期深旋松耕50 cm处理的群体LAI分别比旋耕处理和间隔深松处理提高51.98%和39.22%,干物质积累量分别比旋耕和间隔深松处理提高26.78%和16.92%,冬小麦灌浆30 d时深旋松耕50 cm分别比深松和旋耕的籽粒干重提高10.37%和11.40%。（4）所有耕作处理中,深旋松耕土壤耕作处理的作物产量显著高于深松耕作和旋耕耕作,其中耕作一年半后夏玉米季深旋松耕50 cm处理产量达到了13 822.68 kg•hm-2,深旋松耕30 cm处理产量也达到了13 127.87 kg•hm-2,均显著高于旋耕处理,对比旋耕处理分别增产38.19%、31.24%。【结论】考虑生态经济等因素的综合考虑,深旋松耕30 cm处理为最适合华北缺水区的耕作方法。     

振动深松机技术经济论证

多年试验表明:保护性耕作具有保水改土、增产增收、改善生态环境的综合效益,尤其在免耕法的基础上增加深松作业,效益更为显著。虽然国内外对土地深松机械也有研究,但现在的一些深松机具质量不过关、性能差,深松深度、机械强度达不到要求,且耕作阻力大。为此,针对这些情况设计并研制了1S-3型振动深松机;通过对试验区实例进行分析、核算和论证,结果表明该机在技术上可行,机具配套合理,经济效益可观,同时社会效益也十分显著,具有推广应用价值。     

旱地立式深旋耕方式下有机肥替代对饲用玉米耗水特性和产量的影响

To elucidate soil water consumption characteristics and provide scientific basis for forage maize, a reasonable fertilization model under vertical rotatory subsoiling was studied on semi-arid lands of Loess Plateau. Three patterns including traditional fertilization (F), 50% replacement of chemical fertilizers using organic fertilizers (FOF), and complete organic fertilization (OF) were designed in 2017 and 2019 in order to investigate their effects on crop evapotranspiartion (ETc), grain yields, and water use efficiency (WUE). The results showed that there was a significant relationship among soil water storage (SWS), ETc, precipitation, and distribution in 0-300 cm layers. During the dry year, compared to F, FOF and OF increased SWS in 0-300 cm at anthesis stage by 11.9% and 11.7%, respectively, significantly consuming SWS in 0-60 cm layers. ETc in 0-300 cm treated with FOF was increased by 1.4% and 10.3%, compared to OF and F, whereas ETc before anthesis was decreased by 13.0% compared to F, but increased by 0.3% compared to OF, while ETc after anthesis was increased by 20.7% and 23.9%. During the wet year of 2018, compared to F, FOF and OF increased ETc before anthesis by 13.5% and 31.6%, while decreased it by 21.9% and 36.1%. During 2019, FOF increased ETc before anthesis by 9.7% and 11.9%, compared to F and OF, while it decreased ETc after anthesis by 8.1% compared to F. Furthermore, each fertilization pattern had significant effects on SWS at each layer across 0-300 soil profile. Regardless of different precipitation years, ETc from 0-300 cm layers of FOF was higher than that of F, but the difference was not significant, and was lower than that of F during the wet years of 2018 and 2019, and it had no significant differences to OF. Compared to F and OF, FOF increased dry matter weight at harvest by 4.1%-10.4% and 2.7%-11.5%, improved grain yields by 3.8%-9.4% and 10.1%-12.0%, increased population biomass yields by 5.6%-8.9% and 3.1%-15.5%, and consequently improved WUE based grain yields by 7.9%-11.1% and 1.5%-14.6%, respectively. In conclusion, 50% substitute of chemical fertilizers by organic ones could optimize soil water characteristics, increase crop effective water consumption, boosts yields and WUE, and it can be an efficient fertilizer management model for the high-yield and high-efficiency of forage maize productions in semi-arid areas of Loess Plateau.     

旱地麦田深松蓄水和覆盖播种土壤水分变化与小麦籽粒蛋白质含量的关系

【目的】明确旱地麦田休闲期深松蓄水和覆盖保水的技术效果,有利于探索旱地小麦增产提质的最佳耕作及覆盖播种技术新途径。【方法】于2012—2014年度在山西农业大学闻喜小麦试验基地开展大田试验,以休闲期深松和当地传统耕作为主区,以全膜覆土穴播、膜际条播、常规条播为副区,研究深松和覆盖播种对3 m内土壤水分、小麦籽粒蛋白质含量及其产量的影响。【结果】旱地麦田休闲期深松处理播种至开花期0—300 cm土层蓄水量较免耕处理显著提高,产量提高12%—30%,且籽粒谷蛋白含量、蛋白质产量显著提高。两覆盖播种较常规条播,土壤蓄水量越冬至开花期均显著提高,产量提高6%—24%,籽粒醇溶蛋白、总蛋白含量及蛋白质产量显著提高,清蛋白提高。深松条件下,膜际条播较全膜覆土穴播开花期土壤水分显著降低;免耕条件下,两覆盖处理间各生育时期土壤水分差异不显著。膜际条播较全膜覆土穴播产量提高,在2012—2013深松条件和2013—2014免耕条件下差异显著。深松条件下,膜际条播较全膜覆土穴播籽粒蛋白质组分含量,总蛋白质含量及其产量显著提高。此外,相关性分析表明,开花期0—100、100—200、200—300 cm土层土壤蓄水量通过直接与间接作用对籽粒蛋白质积累的总影响均表现为正向作用,且2012—2013年100—200 cm土层土壤水分对籽粒蛋白质含量的提高贡献最大,2013—2014年200—300 cm土层土壤水分对籽粒蛋白质含量的提高贡献最大。从籽粒蛋白质产量形成的贡献来看,休闲期深松主要通过影响开花期土壤水分影响籽粒蛋白质产量,且深松条件下覆盖播种主要是通过影响孕穗期土壤水分而影响籽粒蛋白质产量,且膜际条播对蛋白质产量的贡献显著大于全膜覆土穴播。【结论】休闲期深松有利于蓄积休闲期降雨,覆盖播种有利于保蓄土壤水分,其效果延续至开花期,而生育中期土壤水分与籽粒蛋白质积累密切相关,休闲期深松配套膜际条播覆盖播种有利于旱地小麦产量和品质协同提高。     

立式深旋松耕对半干旱区饲草玉米水分利用和产量的影响

在半干旱区研究立式深旋松耕的土壤水分和产量效应,为饲草玉米增产增效提供理论依据。2017-2019年在定西市安定区设传统旋耕(TT)、深旋耕(DT)和立式深旋松耕(VRT)3种耕作方式,分析立式深旋松耕对饲草玉米土壤贮水量、花前花后耗水、单株鲜重和干重以及产量和水分利用效率的影响。研究结果表明,与DT和TT相比,VRT能够提高干旱年份对土壤水分的吸收利用,使得花期60~180 cm土层的土壤贮水量降低10.0%和7.6%,180~300 cm土层降低17.6%和18.5%,花前0~300 cm土层的土壤耗水量提高14.6%和13.8%,生育期总耗水量增加6.1%和9.2%,2018和2019年生育期总耗水量分别提高2.0%和7.9%、10.1%和14.9%,收获期单株鲜重增加2.4%~16.2%、干重增加1.0%~7.8%,籽粒产量增加2.4%~38.6%,群体生物量增加3.4%~16.2%。立式深旋松耕改善了土壤环境,提高了土壤耗水量,增加了饲草玉米产量和生物量,尤其在干旱年份增产增效显著,在半干旱区具有明显的抗旱增产作用。     

灭茬深松前置式联合整地机单一作业参数的响应面法优化

研究灭茬深松前置式联合整地机在单一作业时的机组性能。以机组作业速度和耕深为自变量,油耗和牵引力为响应值,利用Box-Behnken试验设计原理,采用2因素5水平响应面分析方法,并利用Design-Expert软件建立数学模型,对各因素及交互作用进行分析,并对单一作业参数进行优化。结合农艺因素,优化结果为:单一深松作业,机组作业速度为3.39km/h,深松深度340mm时,油耗为2.72L/km,牵引力27.65kN;单一旋耕作业,机组作业速度为3.92km/h,旋耕深度152mm时,油耗为3.24L/km,牵引力8.25kN;单一灭茬作业,机组作业速度为3.37km/h,灭茬深度33.41mm时,油耗为1.35L/km,牵引力7.8kN;此时机组达到最佳工作状态。研究结果对于合理使用灭茬深松前置式联合整地机具有一定参考价值。