植物化感作用影响因素的再认识

土壤养分、酶、微生物、本底特性,根茬还田、水分、植物根系、种植体系和种植模式与化感作用的互作关系,表明这些因子可通过对土壤养分有效性、微生物种群结构、土壤酶活性和化感物质浓度的影响而对化感作用产生直接或间接影响,这些可为通过化感作用途径构建高效农田生态系统提供新的思路.     

绿洲灌区玉米产量及水分利用对绿肥还田方式的响应

针对绿洲灌区小麦-玉米长期连作,麦后休闲期长、光热水资源利用效率不高等问题,研究麦后复种绿肥对轮作玉米产量及水分利用效率的影响有重要意义。在石羊河流域,于2017—2019年度通过田间试验研究了麦后复种绿肥的不同还田利用方式(全量翻压、地表覆盖免耕、地上部收获后根茬翻压、地上部收获后免耕和不复种绿肥传统翻耕对照)对后茬玉米产量形成和水分利用特征的影响。两年试验结果表明,绿肥地表覆盖免耕和全量翻压处理玉米籽粒产量平均达14 274.9kg·hm~(-2)和14 687.5kg·hm~(-2),较不复种绿肥翻耕处理(对照)显著提高18.2%和20.4%(P0.05)。绿肥地表覆盖免耕条件下,玉米穗数、穗粒数、百粒重分别较不复种绿肥翻耕处理(对照)平均高5.4%、9.6%、20.8%(P0.05),且较根茬还田处理(翻压、免耕)增幅显著。与此同时,绿肥地表覆盖免耕和全量翻压显著增加玉米叶面积指数、干物质累积量和平均净同化率。绿肥地表覆盖免耕处理水分利用效率平均达24.4kg·hm~(-2)·mm~(-1),较不复种绿肥翻耕处理(对照)显著提高29.9%(P0.05),该处理较不复种绿肥翻耕处理(对照)显著提高玉米播前土壤贮水量26.9%(P0.05),平均达280.7mm,且该条件下玉米全生育期耗水量显著低于其他绿肥还田处理。绿肥根茬还田处理(翻压、免耕)下,玉米平均水分利用效率分别较不复种绿肥翻耕处理显著高16.7%、16.0%(P0.05)。因此,在干旱绿洲灌区,麦后复种绿肥地表覆盖免耕获得玉米高产的同时,实现了水资源的高效利用。     

行距比例及密度对绿洲灌区玉米水分利用效率的互作效应

探究是否可以将行距比例和种植密度集成于同一作物生产系统中来提高作物产量,增加水分利用效率。以玉米"五谷568"为研究材料,于2017—2018年进行大田试验,设7∶3(L_1,宽行56 cm∶窄行24 cm),6∶4 (L_2,宽行48 cm∶窄行32 cm),5∶5(L_3,等行距40 cm) 3个行距比例水平,82 500株/hm~2(D_1)、90 000株/hm~2(D_2)、97 500株/hm~2(D_3)、105 000株/hm~2(D_4)、112 500株/hm~2(D_5) 5个种植密度,探讨不同行距比例及密度处理对玉米的耗水特征、产量及水分利用效率的影响。结果表明,L1行距比例可有效降低玉米耗水量,但会增加棵间蒸发,对E/ET影响不显著,其中2017年L_1较L_3能有效降低耗水量11.9%,2018年无显著差异;此外与传统行距比例相比,L_1行距比例具有增产优势,玉米增产5.2%～10.5%,提高水分利用效率6.5%～8.7%。密度间比较,D_3密度较传统密度D_1能有效降低耗水量、棵间蒸发量以及E/ET,对玉米增产及水分利用效率的提高有促进作用;其中D_3密度较传统密度D_1耗水量降低13.3%,2018年差异不显著;棵间蒸发量减小7.1%～7.2%;E/ET减小6.8%～19.2%;玉米增产7.5%～17.1%;水分利用效率提高23.9%～46.2%。2年L_1D_3较传统处理L_3D_1耗水量降低12.8%～30.6%;棵间蒸发量降低8.5%～10.4%;E/ET降低7.3%～7.5%;玉米产量增加7.7%～25.5%;水分利用效率提高36.0%～41.2%。因此,在河西绿洲灌区,7∶3(L_1,宽行56 cm∶窄行24 cm)行距比例结合97 500株/hm~2(D_3)种植密度可有效增加玉米产量,提高玉米水分利用效率。     

绿洲灌区小麦免耕秸秆还田对后作玉米产量性能指标的影响

产量性能是决定作物生长发育和产量形成的关键因素,研究前茬秸秆处理方式对后茬作物产量性能指标的影响,对于建立高效种植制度、优化栽培措施具有重要指导意义。2009—2012年,在甘肃河西绿洲灌区,通过田间定位试验,研究了前茬小麦不同秸秆还田和耕作措施(NTSS:25 cm高茬收割立茬免耕;NTS:25 cm高茬等量秸秆覆盖免耕;TIS:25 cm高茬等量秸秆翻耕;CT:不留茬翻耕对照)对后作玉米产量性能指标的影响,以期为优化试区玉米种植模式提供依据。结果表明,与CT相比,前茬小麦秸秆还田降低了后作玉米大喇叭口期之前的叶面积指数(LAI)与光合势(LAD),但增大了吐丝期之后的LAI与LAD,延缓了衰老,以NTSS、NTS延缓衰老作用突出;NTSS、NTS和TIS处理玉米全生育期的平均叶面积指数(MLAI)比CT分别提高12.8%、19.1%和7.0%,总光合势分别提高12.9%、18.6%和6.8%,免耕秸秆还田(NTSS和NTS)提高MLAI和LAD的效果最好。免耕秸秆还田提高了玉米全生育期的平均净同化率(MNAR),以NTSS提高作用明显,较CT高10.7%;但净同化率(NAR)表现为吐丝期之前增大,吐丝期之后降低。NTSS、NTS提高了后作玉米的籽粒产量,比CT分别高13.0%、15.6%,TIS比CT提高7.9%,NTS增产效应最大。不同秸秆还田及耕作方式下,玉米籽粒产量与MLAI、穗数(EN)、穗粒数(KNE)呈极显著正相关性,与收获指数(HI)呈显著正相关性,但与MNAR无显著相关性。MLAI、EN、KNE增加、HI提高是前茬小麦免耕秸秆还田提高后作玉米产量的主要原因。前茬秸秆免耕还田优化后茬玉米主要产量性能指标的效果最好。因此,前茬小麦25 cm秸秆覆盖免耕还田是绿洲灌区优化后作玉米产量性能指标及获得高产的可行栽培措施。     

交替灌溉对西北绿洲区小麦间作玉米水分利用的影响

受水资源不足的严重制约,西北绿洲区以间作套种为主体的多熟种植面积被持续压缩,使单位耕地产出率和光能利用率明显下降,间作节水理论和技术研究亟待开展。交替灌溉技术节水和提高水分利用效率的作用已得到大量验证,但该技术应用到间作中能否产生节水、增效作用,缺乏理论依据。2006—2008年,在甘肃河西走廊干旱荒漠绿洲区进行田间试验,探讨了交替灌溉对小麦间作玉米产量、耗水量和水分利用效率的影响。结果表明,与单作相比,交替灌溉小麦间作玉米可显著提高土地利用效率(LER),LER达到1.22~1.52。交替灌溉与传统灌溉间作相比,LER差异不显著;对间作小麦的产量效应不显著,但使间作玉米的产量提高11.4%~36.4%,混合产量平均提高12.9%。与传统灌溉间作相比,交替灌间作未显著增加作物的耗水量,与单作小麦、单作玉米的加权平均相比高1.2%~19.4%。交替灌溉小麦间作玉米的WUE较单作小麦高12.0%~71.4%、较单作玉米高10.6%~37.8%、较传统灌小麦间作玉米高0.9%~22.5%。在河西绿洲灌区,小麦间作玉米上应用交替灌溉技术具有节水和提高WUE的可行性。     

覆膜、沟垄作对旱作农田玉米产量和水分利用的叠加效应

为了揭示黄土高原半干旱区玉米(Zea mays L.)种植中覆膜、沟垄作的增产作用和水分利用特征, 布设大田定位试验, 包括全覆膜沟垄作、全覆膜平作、半覆膜平作和不覆膜平作4个处理。结果发现, 连续3个平水年中, 全膜沟垄作集成了全覆膜与沟垄作的优点, 产生明显的叠加效应, 较半膜平作分别增产2282.9、2460.2和2765.5 kg hm^-2, 增产率为32.3%、49.8%和46.5%。其中, 全覆膜的贡献分别为59.3%、90.3%和20.9%, 沟垄作的贡献分别为40.7%、9.7%和79.1%。叠加效应中全覆膜与沟垄作对产量的贡献呈此消彼长态势, 连作前两年, 全覆膜的作用大于沟垄作, 连作第3年, 沟垄作的作用大于全覆膜。玉米的水分利用效率, 全膜沟垄作较半膜平作的增幅为10.6%~25.2%。在同等降水条件下, 全覆膜沟垄作、全覆膜平作处理播前土壤贮水量较不覆膜平作增幅分别达6.3%~15.1%和3.5%~11.5%。收获期土壤贮水量明显低于不覆膜平作, 降幅达6.0%~12.9%和4.7%~7.5%。随着连作年限的增长, 土壤贮水量呈递减趋势, 连作第2、第3年收获期全覆膜沟垄作、全覆膜平作较连作开始土壤贮水量分别降低37.1%、44.0%和35.5%、40.9%, 连作第2年全覆膜沟垄作在50~200 cm出现干燥化现象, 第3年各处理30~200 cm土层均出现干燥化现象。综上所述, 全覆膜沟垄作具有明显的增产和提高水分利用效率的作用, 但其较高的产量以高耗水为代价, 在连续低降水条件下, 3年玉米连作会导致土壤干燥化, 存在生态安全风险。     

绿洲灌区不同密度玉米群体的耗水特性研究

针对水资源不足严重制约绿洲灌区玉米生产,密植对玉米耗水特性影响研究薄弱,以及生产实践中缺乏调控种植密度以同步提高产量和水分利用效率的理论依据等问题,2012—2015年,以先玉335为参试品种,在相同施肥、灌水制度下,设75 000株hm–2(低,D1)、87 000株hm–2(中,D2)、99 000株hm–2(高,D3)3个密度水平,探讨密度对玉米耗水的时间动态、耗水结构以及利用效率的影响,以期为优化密植增产节水技术提供理论依据。结果表明,随密度增大,玉米全生育期总耗水量(ET)增大,大喇叭口期至吐丝期是耗水量增大的主要时期,高、中密度处理与低密度处理相比,全生育期总耗水量4年平均分别高22.8%、14.4%,大喇叭口期至吐丝期平均分别高28.4%、18.2%,其他生育时期不同处理的耗水量差异不显著。增加密度可降低玉米的无效耗水,提高水分利用率,高、中密度处理较低密度处理全生育期的棵间蒸发量(E)4年平均分别减少56.5 mm、27.6 mm,密植降低棵间蒸发量的主要时期在拔节至灌浆期,其中大喇叭口期至吐丝期的日均棵间蒸发量分别减少0.51 mm、0.27 mm;高、中密度与低密度处理相比,全生育期的E/ET分别降低15.8%、6.2%,其中拔节至大喇叭口期减小幅度最大,分别为22.1%、10.7%。与低密度处理相比,高、中密度处理的籽粒产量分别提高了17.9%、14.8%,但高、中密度处理间的产量差异不显著;高、中、低密度处理的水分利用效率(WUE)分别为18.2、19.3和16.8 kg hm–2 mm–1,中密度处理的WUE显著高于低密度处理;与低密度处理相比,高、中密度处理4年平均灌溉水利用效率(IWUE)分别提高了34.5%、19.6%。本研究说明,在传统供水覆膜条件下,进一步增加种植密度是干旱绿洲灌区提高玉米产量和灌溉水利用效率的可行措施。     

间套复合群体水分高效利用机理研究进展

综述了间套复合群体水分利用的特征及其机理,展望了未来间套作研究的重点领域。间套复合群体总耗水量与单作耗水量的加权平均差异极小,但水分利用效率可较单作提高18％～99％,间套作有利于创造适宜作物生长发育的土壤水分环境。复合群体水分高效利用的主要原因包括：不同作物水分需求时空生态位差异、提水作用、特殊的冠层结构、高效的光合产物转移特点、提高蒸腾量占腾发总量的比例。未来研究重点领域包括：间套作物根系时空分布与水分间的互作作用,配对作物生化互作与水分利用效率的关系,根系提水作用的诱导和利用,基于地面改进的间套作水分高效利用技术和分根交替灌溉技术研究。     

黄土高原半干旱区不同覆膜连作玉米产量的水分承载时限研究

【目的】以黄土高原半干旱区有限降水持续高效利用为目标,研究不同覆膜方式下连作玉米（Zea May L.）的产量表现和水分利用特征,揭示其增产机理,明确不同覆膜方式下有利于土壤水分持续高效利用的连作年限,为试区高产、水分高效持续利用型玉米连作技术提供理论依据。【方法】以田间定位试验为基础,量化连作玉米农田土壤水分的年际平衡关系、产量稳定性;以持续高产和收获期不发生土壤干燥化为依据,确定适用于不同覆膜方式的玉米连作年限。【结果】3年试验结果表明,全膜双垄沟播具有良好的保墒、提高土壤水分有效性,利于协调关键生育时期土壤-作物的水分供需关系,提高产量和水分利用效率的作用。与半膜平作处理相比,全膜双垄沟播玉米的籽粒产量、水分利用效率分别提高了41.8%和33.4%,生物产量、单位耗水的干物质累积量、总产值、净产值、毫米水产值和产投比分别提高了21.8%、12.3%、31.2%、27.8%、21.1%和-3.2%;与露地栽培处理相比生物产量、单位耗水的干物质累积量、总产值、净产值、毫米水产值和产投比分别提高了24.9%、39.1%、225.5%、1 423.9%、212.4%和93.5%。地膜覆盖增大了玉米全生育时期的耗水量,全膜双垄沟播、全膜平作和半膜平作耗水量较露地栽培增幅分别为15.5%-29.2%、10.0%-20.8%和4.2%-12.6%。单季较高的耗水量导致3种覆盖处理在连作第二年收获期土壤贮水量较连作开始期分别降低了37.3%、33.5%和30.9%,第三年降低了29.6%、27.5%和23.9%,造成土壤水分亏缺;随着连作年限的延长,土壤水分亏缺累计,出现土壤干化现象,引起产量波动,不利于土壤水分的持续利用。【结论】黄土高原半干旱区,在同等降雨条件下,全膜双垄沟播具有明显的增产增效和提高水分利用效率的作用,是理想的玉米种植模式;当年降雨量在320 mm左右时,全膜双垄沟播玉米连作不宜超过2年,全膜平作、半膜平作玉米的连作时间不宜超过3年。     

绿洲灌区典型间作模式的产量和光能利用效率

为寻求河西绿洲灌区低耗水、高光效、高产多熟种植模式,在限量灌水条件下,通过大田试验对该区主要种植模式的产量和光能利用率进行了量化分析.结果表明:4种间作模式土地当量比均大于1,排序为玉米/豌豆>玉米/油菜>小麦/玉米>小麦/大豆;在同等可比面积上,小麦、玉米、豌豆和油菜在间作模式下均较单作表现出显著增产效应,但在不同模式下增产效应不同,小麦在小麦/玉米和小麦/大豆2种间作模式下产量分别提高49.14%、51.50%,玉米在玉米/油菜、玉米/豌豆和小麦/玉米3种间作模式中产量分别提高20.88%、53.48%、70.34%.各间作模式下的光能利用率为玉米/豌豆>玉米/油菜>玉米/小麦>小麦/大豆.玉米/豌豆间作模式可作为目前河西绿洲灌区低耗水、高光效型种植模式之一.