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.     

稀土微肥氯化镨调控马铃薯生长发育及抗旱的生理机制

为提高马铃薯抗旱性,选择增施适量的稀土微肥氯化镨水溶液,旨在探究氯化镨增强马铃薯抗旱性的生理机制。本试验以马铃薯品种“大西洋”为材料,以土壤质量含水量的32%~35%（Water-CK）、23%~25%（Water-1）和15%~18%（Water-2）为3个水分梯度,分别浇灌0、30、60、90、120 mg·L^-1和150 mg·L^-1 PrCl₃水溶液,测定了苗期叶片叶绿素含量、可溶性糖含量、脯氨酸含量、丙二醛含量、抗氧化酶活性等生理生化指标及成熟期株高、茎粗等生长指标。结果表明：随土壤质量含水量的减少,马铃薯幼苗叶片可溶性糖、脯氨酸、MDA含量、相对电导率及SOD、POD和CAT活性显著上升,Water-2处理下,上述各指标较Water-CK分别升高了33.81%、101.12%、136.28%、46.11%、145.37%、59.84%和63.13%;马铃薯成熟期株高、茎粗、地上及地下部分干重、地上分枝数、单株薯重显著降低,Water-2处理下,上述各指标较Water-CK分别降低了3.91%、12.36%、30.17%、38.05%、30.00%和36.40%。在Water-2处理下,当PrCl₃浓度为90 mg·L^-1时,马铃薯叶片叶绿素、可溶性糖及脯氨酸含量分别较未增施PrCl₃水溶液提高了162.35%、59.59%、154.45%,MDA 含量、O^{—[KG-1][JX*3]·[JX-*3]}₂产生速率及相对电导率分别降低了67.70%、25.29%、37.70%,抗氧化酶（SOD,POD,CAT）活性提高了38.35%、28.08%、66.00%,成熟期马铃薯株高、茎粗、地上及地下部分干重、地上分枝数、单株薯重分别增加了67.87%、21.68%、32.81%、49.05%、187.50%和63.91%。干旱胁迫下增施适量稀土微肥氯化镨可提高幼苗植株细胞内渗透调节物质含量,增强抗氧化酶活性,减少自由基的积累,缓解干旱胁迫对幼苗生长发育造成的损伤,提高植株生产力,增强抗旱性。     

间作模式下小麦联合收获机清选装置CFD-DEM气固耦合仿真与试验验证

为了提高间作模式下小麦联合收获机清选性能,研究旋风分离筒内流场和颗粒的运动状态,探索分离筒的最佳工作参数组合,运用离散元法和计算流体力学耦合的方法分析了气流与颗粒的相互作用,以喂入速度、吸杂压强、筒体高度、下椎体角度为试验因素对清选过程进行了仿真正交试验,对最佳清选参数组合完成了田间试验验证。结果表明:气流在分离筒内形成内、外旋涡,内漩涡的运动使短茎秆进入吸杂管道,籽粒在外旋涡的作用下滑落到集粮盘;仿真试验的最佳参数组合为喂入速度12 m·s^-1吸杂压强-1 800 Pa、筒体高度350 mm、下椎体的角度65°,得到的清洁率和损失率分别为92.18%和1.99%,与田间试验的误差分别为2.947%和7.428%。     

小麦间作玉米农田耗水特性及产量变化对根系分隔的响应

通过田间试验,研究了小麦间作玉米塑料薄膜隔根(PW//C)、尼龙网隔根(NW//C)、不隔根(W//C)及单作玉米(C)和单作小麦(W)对土壤水分、棵间蒸发和水分利用效率的影响。结果表明,根系分隔显著影响作物的耗水特性,从而显著影响作物产量及水分利用效率的提高。小麦收获前,W//C、NW//C和PW//C处理玉米带土壤水分含量均高于小麦带,分别提高2.38%、3.82%和6.13%;小麦收获后,NW//C和PW//C处理玉米带土壤水分含量却均低于小麦带,分别降低5.41%和16.07%,而W//C处理玉米带和小麦带间水分差异不显著。根系分隔显著增大了间作模式的作物棵间蒸发量,NW//C和PW//C较W//C处理分别显著提高6.71%和20.13%。以单作小麦、单作玉米加权平均为对照,W//C、NW//C和PW//C处理分别显著提高经济产量33.60%、26.93%和24.69%,增大耗水量-0.2%、1.02%和6.69%,显著提高水分利用效率34.93%、26.67%和17.80%。W//C处理较NW//C和PW//C处理分别提高经济产量5.25%和7.14%,降低耗水量1.21%和6.64%,提高水分利用效率6.52%和14.54%。     

不同灌水水平下少耕地膜覆盖对玉米农田土壤温度和水分利用效率的影响

以大田玉米为研究对象,在少耕地膜覆盖和不同灌水水平下,研究了一膜两年用地膜覆盖、秋免耕春覆膜和传统耕作覆膜对玉米农田土壤温度和水分利用效率(WUE)的影响。结果表明:与传统耕作覆膜和秋免耕春覆膜两种新膜覆盖处理相比,一膜两年用处理在玉米播种到拔节期的增温效果显著低于新膜覆盖,农田0~25 cm土壤平均温度较传统覆膜处理低13.35%,而对玉米拔节期到成熟期的土壤温度无明显影响,且农田0~25 cm土层土壤积温差异也不显著,相同覆膜方式下不同灌水水平间有显著差异,随着灌水水平的降低土壤积温增加;一膜两年用地膜覆盖方式下玉米籽粒产量和WUE与两种新膜覆盖方式相当,中灌水水平下WUE最高,达到17.89kg·mm-1,且在低灌水水平下获得籽粒产量显著高于传统覆膜处理,一膜两年用覆盖、灌溉定额5 700 m3·hm-2较传统耕作覆膜、灌水定额5 700 m3hm-2处理的玉米产量高出16.39%。说明,一膜两年用地膜覆盖在玉米播种到拔节期的增温效应低于新膜覆盖,但并不影响籽粒产量的形成,且在存在水分胁迫的低灌水水平下一膜两年用覆盖模式可减缓干旱胁迫,提高作物籽粒产量,是适于西北绿洲灌区的具有较好经济效益和生态效益的覆膜农田管理新技术。     

干旱区微生物肥料替代部分化肥对玉米生长及土壤微生物的影响

通过在甘肃河西绿洲灌区大田试验,利用微生物肥料替代部分化肥,研究其对玉米生长及土壤微生物的影响。结果表明:和对照相比(不施肥),85%化肥+菌肥显著提高玉米在收获期的农艺性状和产量构成,使株高、地上生物量、百粒重、穗重分别达到358.32cm、1019.63g、39.68g、369.50g;使玉米的经济产量提高21.6%;使土壤微生物生物量碳、氮含量分别提高了40%、18.5%;同时该处理显著提高了土壤中细菌和放线菌数量,分别达到2.6×10~6cfu/g和1.4×10~6cfu/g。微生物肥料替代15%化肥对玉米的生长及土壤影响与当地最佳施肥水平无显著差异,即利用微生物肥料替代15%部分化肥是可行的,同时可以改善土壤微生物环境。     

西北干旱灌区不同地膜覆盖利用方式对玉米水分利用的影响

【目的】资源型缺水严重制约干旱灌区的农业生产,传统玉米生产模式地膜投入量大。在极端高温和生态环境污染的挑战日益加剧的情境下,探讨通过免耕地膜重复利用维持较高水分利用的可行性,以期为构建试区地膜减量玉米高效生产技术提供理论支撑。【方法】2017—2018年,在甘肃河西绿洲灌区,设置免耕地膜重复利用(免耕覆膜,NM)、秋免耕春覆膜(少耕覆膜,RM)与传统耕作每年覆盖新膜(传统覆膜,对照,CM)3种地膜覆盖利用方式,研究其对玉米田土壤水分利用的影响,以期为优化试区玉米高产高效栽培管理技术提供理论依据。【结果】NM与RM处理较CM处理提高玉米播种时0—120 cm土层平均土壤重量含水量,分别为7.8%与5.1%,这为玉米播种创造良好的土壤水分环境。玉米播种—拔节期及吐丝—灌浆初期,NM处理较CM处理提高0—120 cm土层平均土壤重量含水量,分别为5.0%与4.7%,弥补了灌浆期玉米植株旺盛生长对土壤水分的大量需求。与CM处理相比,NM处理增加了玉米播种—大喇叭口期的耗水量,降低了玉米吐丝—灌浆初期的耗水量,增大了玉米灌浆初期—收获期的耗水量,有效协调玉米各生育阶段的水分需求关系。虽然NM处理...     

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。