旱地玉米秸秆地膜二元覆盖的土壤水热效应研究

为了研究不同覆盖方式对旱地农田土壤水温变化规律和降水高效利用的影响,以探求旱地玉米最佳覆盖种植方式,于2013—2015年在山西省寿阳县连续定点定位设置秸秆地膜二元覆盖(MS)、宽膜覆盖(FM)、窄膜覆盖(NM))3个不同覆盖种植方式,以传统露地平作为对照(CK),研究不同覆盖种植模式对旱地玉米土壤温度、水分和产量的影响。结果表明:(1)二元覆盖昼夜温差比宽膜覆盖、窄膜覆盖和露地变化幅度小,二元覆盖昼夜相差8.8℃;在播后25~35天,15cm土层的土壤温度由19.1℃上升到26.5℃,呈现微弱的增温效应。(2)玉米整个生育期秸秆地膜二元覆盖处理(MS)0—160cm土壤贮水量较CK增加68mm;3年平均含水量显示,MS、FM和NM比CK分别提高4.5%,0.4%和1.2%。(3)秸秆地膜二元覆盖(MS)处理,比露地增产17.4%,水分利用效率提高24.8%。因此,秸秆地膜二元覆盖能综合改善田间温度、水分因子,提高了玉米产量和水分利用效率,是山西省旱地玉米最佳的覆盖方式。     

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。     

垄作覆膜种植对夏玉米生长和土壤水分动态的影响

旨在探索垄作覆膜对夏玉米动态生长过程、作物产量和水分利用效率及土壤水分运移规律的影响。试验设置垄作覆膜(RM)和平作不覆膜(NM)处理,在试验数据分析的基础上,采用Logistic方程及其修正方程分别拟合株高和叶面积指数生长动态,结合数值模型HYDRUS-2D模拟典型降雨过程的土壤水分动态。结果表明:Logistic方程拟合下,垄作覆膜与平作未覆膜处理夏玉米株高最大增长速率及其出现时间分别为5.1,5.2cm/d和播种后39,41天(3年均值),同时垄作覆膜夏玉米叶面积指数最大增长率较平作未覆膜提高了14.6%,增长速率最大值出现时间提前了2天;垄作覆膜夏玉米穗长、穗粒数、百粒重、产量及水分利用效率较平作未覆膜分别增加了7.8%,15.4%,1.3%,6.0%和3.1%(3年均值)。HYDRUS-2D模型对典型降雨后土壤剖面水分变化的模拟结果表明,垄作覆膜能增加降雨入渗,增大0—20cm土层和0—200cm剖面平均含水量。垄作覆膜种植具有增产保墒效应,但其增产效应与生育期气象条件有关,生育季降雨过多或过少都会影响其增产效应。     

不同覆盖方式对中度盐渍土壤的改良增产效应研究

地膜与秸秆覆盖是干旱半干旱地区防治土壤次生盐渍化,提高土壤水分利用效率的重要措施。为探索不同地面覆盖方式在盐渍土壤的应用效应及机理,在内蒙古河套灌区中度含盐土壤进行田间试验,试验共设7个处理:玉米粉碎秸秆覆盖量9 000 kg·hm-2(F0.9)、玉米粉碎秸秆覆盖量6 000 kg·hm-2(F0.6)、玉米整秆覆盖(YZ)、葵花整秆覆盖(KZ)、新地膜覆盖(DM)、地膜二次使用免耕(MG)、未覆盖(CK),研究不同地面覆盖方式对中度盐渍化向日葵农田的土壤水盐运动、向日葵产量和种植经济效益等影响,分析不同覆盖措施的改良增产效应。结果表明:在0~5 cm土层,处理F0.9、YZ、DM的含盐量收获后较播前降低,土壤表层脱盐,而MG、F0.6、KZ、CK土壤表层积盐。0~20 cm土层,土壤含盐量收获后与播前相比,处理F0.9、DM土壤耕层脱盐,而F0.6、YZ、MG、KZ、CK在土壤耕层积盐。各覆盖处理主要影响0~20 cm的土壤含盐量,随着土壤深度的增加,覆盖层因素对土壤含盐量的影响趋于一致。耕层土壤含盐量相比较,F0.9的含盐量最低,抑盐效果最好,DM与F0.6抑盐效果相近,不同秸秆覆盖处理间,F0.9、F0.6强于YZ、KZ,地膜覆盖之间,DM强于MG。在0~5 cm土层及0~20 cm土层,DM的生育期平均土壤含水率高于秸秆覆盖处理,粉碎秸秆覆盖(F0.9、F0.6)的生育期平均土壤含水率高于整秆秸秆覆盖(YZ、KZ)。处理DM、F0.9较CK显著提高了向日葵生育期内0~100 cm土壤储水量均值,F0.9、DM处理显著降低了0~100 cm土壤储水量变异系数,在生育期内保持了较稳定的土壤墒情。各覆盖处理均较CK显著增产,各处理产量效应是:DMF0.9YZF0.6MGKZCK。覆盖措施通过改善农田小环境提高了作物水分利用效率,DM、F0.9、YZ处理的作物水分利用效率显著高于其他处理。处理DM、MG、YZ、F0.9、F0.6的产投比显著高于CK,增收效果明显,DM和MG的纯收入及产投比显著高于秸秆覆盖处理。对于中度盐渍化耕地,新地膜覆盖DM是最有效的覆盖方式,秸秆覆盖处理中,F0.9为最优覆盖方式,与其他覆盖处理相比较,KZ处理的保墒、抑盐、增产等效果较差,因此向日葵秸秆不适合用作地面覆盖材料。结果可为覆盖技术在内蒙古河套灌区农业生产中的应用提供理论与技术支持。     

覆膜和露地旱作春玉米生长与蒸散动态比较

利用土壤水分传感器、微型蒸渗仪与涡度相关系统,连续监测覆膜和露地春玉米田土壤水分、蒸发和农田蒸散,分析春玉米田蒸散与土壤蒸发变化规律,探讨了覆膜玉米高产节水增效的机理。结果表明:与露地相比,覆膜的表层土壤温度和体积含水率分别提高4.9%和19.5%。覆膜、露地处理玉米出苗率分别为99.0%和80.0%,其差异为显著水平,覆膜提早春玉米各生育阶段平均为7d,全生育期缩短11d。生育前期、中期,覆膜的叶面积指数、株高和地上、地下干物质均显著高于露地的,播种一个月后差异最大,分别高110.2%、13.5%、42.9%和12.7%。玉米拔节期前(6月前)和8月后至玉米成熟,覆膜的农田蒸散量分别比露地的低6.8%和0.4%,但6-8月覆膜的比露地的高5.1%。全生育期覆膜的农田蒸散量为376.2mm,降低了6.0%,且土壤蒸发降低了57.7%。最终单株平均果穗质量、生物量差异不显著。但是,由于覆膜显著提高了出苗率从而增加了单位面积生物产量和经济产量,增幅分别为23.7%和15.3%。同时,覆膜作物水分利用效率提高了22.6%,达到31.3kg/(hm2·mm)。可见,覆膜能显著降低土壤蒸发和农田总蒸散量;保水增温促出苗,提前玉米各生育期;生育中期日蒸散量和干物质积累速率较高;最终显著提高单位面积生物产量和经济产量以及作物水分利用效率。     

土壤中可溶性有机氮含量及其影响因素研究

研究了农田和日光温室2个生态系统土壤中可溶性有机氮(SON)的含量及施肥和栽培模式对其含量的影响。结果表明,农田和日光温室土壤中SON的含量平均分别为39.19 mg kg-1和320.16 mg kg-1,分别占可溶性总氮(TSN)的80%和73%,说明SON是土壤氮素中不可忽视的氮素组分。不同栽培模式对土壤中SON的含量及其占TSN的比例的影响因生育时期的不同而异。覆草显著增加了小麦拔节期0~5 cm土层土壤中SON的含量,覆膜各土层SON含量均较常规模式有所提高;开花期覆草和覆膜模式土壤中TSN和SON含量较拔节期的显著下降。施用无机氮肥对土壤中SON的含量无显著影响。     

麦草与地膜覆盖对玉米田间生态环境及产量的影响

通过田间试验研究了麦草与地膜覆盖栽培措施对玉米田间生态环境及产量的影响。结果表明,麦草与地膜二元覆盖可降低作物冠层温度1～2℃,显著减少玉米田间土壤水分蒸发,对土壤具有一定的保温作用,并能明显提高玉米产量和水分利用效率。     

稻草覆盖对坡地红壤培肥及作物增产的效果

研究了坡地红壤连续5年采用稻草覆盖措施对土壤肥力和作物产量的影响。结果表明,“稻草+化肥氮磷”(“Straw+NP”)处理的土壤有机碳和全氮、磷分别比不施肥(CK)的提高42.9%和17.4%、44.2%,有机碳和全氮的增幅约是纯化肥(NPK)处理的2倍。与CK和NPK处理的相比,“Straw+NP”处理能明显提高微生物生物量碳、氮、磷和溶解性有机碳、氮以及Olsen-P含量,差异达到显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)水平。在等养分施用量的条件下,“Straw+NP”处理能显著提高油菜和甘薯的产量。因此,稻草易地覆盖是一种有效培肥坡地红壤和增加作物产量的途径。     

全膜双垄沟双幅覆膜覆土联合作业机设计与试验

为进一步提升全膜双垄沟覆膜种床机械化耕整作业效果与作业效率,基于全膜双垄沟种床双幅覆膜覆土农艺技术栽培模式,设计全膜双垄沟双幅覆膜覆土联合作业机,实现了全膜双垄沟种床构建过程中的旋耕、起垄、施肥、双幅覆膜覆土及镇压的一体化作业。在设定联合作业机传动系统的前提下,对样机关键部件进行设计与选型,确定其旋耕刀组、排肥装置、提土-种床覆土装置的工作参数与功耗,同时解析了刮板式提土装置、水平双向螺旋输土装置作业过程,得到满足双幅覆膜种床各部位覆土的必要条件。应用离散单元法对提土-种床覆土装置"提土-输土-覆土"动态作业过程进行数值模拟,分析了各工作环节输土、覆土特性,对影响覆土作业效果的相关因素进行了探讨。田间试验结果表明,当全膜双垄沟双幅覆膜覆土联合作业机前进速度为1. 10 m/s时,采光面地膜机械破损程度为39. 8 mm/m~2、种床膜边覆土宽度合格率为94. 5%、大垄垄体中心覆土宽度合格率为91. 6%、种床覆土厚度合格率为97. 5%、种床起垄高度合格率为93. 2%,试验指标均符合国家与行业标准要求,试验结果满足设计和实际作业要求,田间试验工况与仿真结果基本一致。     

油菜覆膜打孔穴播机打孔装置设计与试验

为实现油菜等小粒径作物覆膜种植中膜上均匀打孔的功能,针对传统膜上成穴装置结构庞大复杂、工作时易黏土挑种及撕挑地膜等问题,设计了一种法兰式滚轮与螺纹式圆锥型锥钉组合式结构的打孔装置,确定了其主要结构参数范围;构建了打孔装置运动学模型,分析了打孔锥钉关键点的运动轨迹,确定了膜上打孔过程,并基于轨迹方程分析了膜孔尺寸参数;运用ADAMS运动学仿真,采用四因素三水平正交试验方法,以打孔锥钉顶角、打孔锥钉直径、打孔滚轮半径、机组前进速度为试验因素,以膜孔长度、膜孔间距偏差为试验考核指标,进行了打孔装置结构和运动参数的仿真试验。仿真结果表明:影响膜孔长度的因素主次顺序为打孔滚轮半径、打孔锥钉顶角、打孔锥钉直径、机组前进速度;影响膜孔间距偏差的因素主次顺序为打孔滚轮半径、机组前进速度、打孔锥钉顶角、打孔锥钉直径;基于参数优化,获得较优参数组合为:打孔锥钉顶角53°、打孔锥钉直径16 mm、打孔滚轮半径65 mm、机组前进速度4 km/h。以打孔装置较优结构参数组合进行了田间验证试验,结果表明:打孔装置所打膜孔形状较规则,普遍呈类圆形状,膜孔长度均在18 mm以上,膜孔间距较为均匀,与仿真结果基本一致;各行膜孔长度一致性变异系数为4.98%,各行膜孔间距均匀性变异系数为3.44%。结果表明试验参数组合选取合理,打孔装置符合设计要求。