不同保护性耕作措施对旱作农田土壤水分的影响

研究了黄土高原西部旱农区传统耕作措施和五种保护性耕作措施对土壤水分垂直分布、动态变化、作物耗水量、水分利用效率及作物产量的影响。结果表明,不同保护性耕作措施对表层0~10cm土壤水分含量影响较大,免耕秸秆覆盖(NTS)在作物播种期可以显著增加播种期表层土壤含水量。0~200cm土壤剖面贮水量年变化分春夏作物旺盛生长失墒期(5月中旬~7月中旬)、夏秋雨季增墒期(7月中旬~10月下旬)和冬春稳墒期(11月~翌年5月上旬)3个阶段。尽管不同保护性耕作措施对0~200cm剖面贮水量影响不大,但作物耗水量却存在显著差异。免耕秸秆覆盖在增加作物耗水量的同时也提高了作物产量以及水分利用效率。地膜覆盖在有些年份也有利于降水的高效利用和作物产量的提高,但与秸秆覆盖相比不利于土壤肥力的持续提高。而且,如果种植小麦,出苗前若一次性降水较多时地膜覆盖将造成严重板结,影响出苗,进而降低产量和水分利用效率。因此,在黄土高原西部旱农区实施免耕 秸秆覆盖的保护性耕作措施,既有利于作物对有限降水的高效利用,提高作物产量,也可以促进农业可持续发展。     

洛川苹果园土壤水分变化特征

全面掌握洛川果园的土壤水分环境特征,不仅可为苹果的园址选择、砧穗组合和改进土壤水分管理措施提供理论依据,而且对我国苹果产区果园提质增效具有借鉴价值.采用定点土壤水分连续监测法,对洛川苹果园的总体土壤水分环境以及不同生长年限、不同立地类型和乔、矮化果园的土壤水分分异特征进行分析.结果表明： 苹果树根际区 (0～200 cm)土壤水分普遍亏欠,且0～60 cm土层的水分亏欠小于60～200 cm土层;生长季0～60 cm土层贮水量与降水量的变化一致,土壤相对含水量大多<60%,季节性旱象严重;果园剖面土壤含水量变异系数随土壤深度加深而递减;随果园生长年限的增大,土壤剖面贮水量下降;在栽培密度一致的条件下,矮化果园5 m土层土壤含水量均高于乔化果园,而栽培密度大的矮化果园的土壤贮水量低于栽培密度小的乔化果园;塬地成龄果园的土壤水分含量最高,川地次之,台地相对较低.密度对果园土壤水分含量有很大影响,在栽培密度一致的条件下,采用矮化栽培能减少土壤水分消耗,显著提高果园土壤含水量;挖株降低栽培密度是维持苹果园土壤水分平衡、实现可持续发展的有效途径.     

基于液泡膜质子泵的硝态氮再利用研究进展

全面掌握洛川果园的土壤水分环境特征,不仅可为苹果的园址选择、砧穗组合和改进土壤水分管理措施提供理论依据,而且对我国苹果产区果园提质增效具有借鉴价值.采用定点土壤水分连续监测法,对洛川苹果园的总体土壤水分环境以及不同生长年限、不同立地类型和乔、矮化果园的土壤水分分异特征进行分析.结果表明： 苹果树根际区 (0～200 cm)土壤水分普遍亏欠,且0～60 cm土层的水分亏欠小于60～200 cm土层;生长季0～60 cm土层贮水量与降水量的变化一致,土壤相对含水量大多<60%,季节性旱象严重;果园剖面土壤含水量变异系数随土壤深度加深而递减;随果园生长年限的增大,土壤剖面贮水量下降;在栽培密度一致的条件下,矮化果园5 m土层土壤含水量均高于乔化果园,而栽培密度大的矮化果园的土壤贮水量低于栽培密度小的乔化果园;塬地成龄果园的土壤水分含量最高,川地次之,台地相对较低.密度对果园土壤水分含量有很大影响,在栽培密度一致的条件下,采用矮化栽培能减少土壤水分消耗,显著提高果园土壤含水量;挖株降低栽培密度是维持苹果园土壤水分平衡、实现可持续发展的有效途径.     

宁南旱区耕作覆盖对马铃薯产量及土壤水热特征的影响

为探究耕作覆盖对土壤水热及旱作马铃薯产量的影响,连续2年在宁南旱区不同耕作深度结合覆盖模式下开展了研究工作。结果表明: 耕作深度、覆盖材料对马铃薯播种期0～100 cm土层土壤贮水量有极显著影响,而二者交互作用无显著影响;2019年土壤贮水量以深松30 cm覆盖地膜处理最高,2020年以深松40 cm覆盖秸秆处理较高,分别较翻耕15 cm不覆盖处理(对照)显著提高16.9%和33.4%;耕作深度、覆盖材料可显著影响马铃薯关键生育期土壤贮水量;同一耕作深度下土壤贮水量以秸秆、地膜覆盖处理效果较好,同一覆盖材料下以深松30～40 cm处理最佳。覆盖材料、耕作深度与覆盖材料二者交互作用对播种-现蕾期0～25 cm土层土壤有效积温影响显著;同一耕作深度下覆盖地膜处理土壤有效积温平均较不覆盖处理显著增加9.3%,而覆盖秸秆处理较不覆盖处理显著降低18.7%;2019和2020年各处理全生育期土壤有效积温分别以深松30 cm和深松40 cm覆盖地膜处理最高。2019年马铃薯总产量和经济效益以深松30 cm覆盖秸秆处理较高,分别较对照显著提高84.6%和107.9%;2020年以深松40 cm覆盖秸秆处理最佳,分别较对照显著提高81.7%和105.7%。耕作深度、覆盖材料对作物水热利用效率均有显著影响,水分利用效率以深松30～40 cm覆盖秸秆处理较高,而积温利用效率不同耕作深度结合秸秆覆盖各处理均较翻对照显著提高。相关分析表明,块茎形成期的土壤水分和有效积温对马铃薯总产量的形成至关重要,而全生育期土壤水分对总产量的影响高于土壤有效积温。可见,深松30～40 cm覆盖秸秆处理可改善土壤水热状况,实现马铃薯增产增收和水热资源的高效利用,在宁南半干旱区马铃薯生产中有一定的应用推广价值。     

渭北旱塬苹果园不同水肥管理模式下的土壤水分差异

为了探究渭北旱塬苹果园不同水肥管理模式下的土壤水分差异,于2013—2016年在地处渭北旱塬的陕西省白水县田家洼村进行了田间试验,设置了3个不同果园水肥管理方式:农户模式(单施化肥,FM)、现有模式(推荐施肥配合地膜覆盖,EM)、优化模式(有机无机肥配施配合双元覆盖,OM),并对0~300 cm土层土壤水分进行了测定.结果表明:优化模式可以显著提高0~200 cm土层土壤贮水量,0~100 cm土层土壤含水量在干旱季节较农户模式和现有模式分别增加5.6%和15.3%,优化模式200~300 cm土层土壤水分相对亏缺指数低于现有模式,在干旱年份可以提高降雨入渗,降雨入渗达到300 cm,同时优化模式可以提高果园0~300 cm土层土壤降水补充量,稳定土壤水分变化,有效缓解了深层土壤干燥化程度.优化模式4年平均产量较农户模式和现有模式分别提高36.6%和22.5%.综上,优化模式可以通过提高土壤有效含水量,改善浅层和深层水分状况,提升土壤水分利用效率,在提高产量的同时,缓解土壤深层干燥化程度.     

保护性耕作措施对旱地春玉米土壤水分和硝态氮淋溶累积的影响

通过渭北旱塬春玉米15年定位试验,研究6种保护性耕作方式,即传统翻耕(CT)、免耕(NT)、免耕配施生物炭(NB)、免耕秸秆覆盖(NS)、免耕地膜覆盖(NF)和免耕秸秆地膜覆盖(NSF)对土壤水分与硝态氮淋溶的影响,探索适宜于该区可持续发展的农田管理措施.结果表明: 与NT相比,第一次水分补给时期0～100 cm土层,CT处理水分补给量无显著差异,NS、NB、NSF和NF处理显著降低;在100～300 cm土层,NS、NB、NF和NSF处理显著增加了水分补给量,CT显著低于NT处理.第二次水分补给时期,水分补给主要集中在0～100 cm土层,且各处理与NT水分补给量无显著差异.水分消耗时期,各处理与NT处理在0～100 cm土层消耗量无显著差异,NF和NSF在100～300 cm土层水分消耗量显著增加,分别增加了33.9%和59.9%.在0～200 cm土层,与NT相比,CT处理显著增加了硝态氮累积量,是NT的2.2倍,NS、NB、NF和NSF处理显著减少了硝态氮累积量,分别减少了44.6%、61.5%、69.2%和69.8%;而在200～300 cm土层,NS处理显著增加了硝态氮累积量,CT与NT处理无显著差异,NB、NF和NSF处理显著减少.土壤水分运动能显著影响硝态氮在土壤剖面的分布,NB、NF和NSF处理硝态氮主要分布在0～40 cm土层,NS主要分布在0～100 cm和200～300 cm土层,而NT和CT处理硝态氮在整个剖面大量分布,其中NS、NT和CT处理出现两个硝态氮累积峰.不同农田管理措施通过对水分的调控减少硝态氮淋溶,进而提高氮素利用效率,其中免耕基础上秸秆地膜覆盖能有效调控土壤水分运动和减少硝态氮淋溶累积,是旱塬区改善农田水肥状况,增加作物产量的可行措施.     

黄土塬区不同土地利用方式土壤水分消耗与补给变化特征

对黄土塬区不同土地利用方式下2012年3—10月7龄果园(挂果初期)、17龄果园(盛果期)、小麦地、玉米地土壤水文状况进行分析,结果显示,0—600 cm试验土层7龄果园土壤贮水量最高,其次为玉米地、小麦地,17龄果园最低,且不同土地利用方式下贮水量随着降水量的变化而上下波动,但其变化滞后于降水。不同土地利用方式均表现为随土壤深度增加土壤含水量变异程度减弱的特征,且其土壤剖面的水分含量变化存在季节变异。农田和7龄果园中不存在土壤干燥化现象,而17龄果园土壤剖面存在较厚的干燥化土层,其分布深度为320—600 cm。不同的土地利用方式的土壤水分的消耗和补充深度有较大差异,17龄果园消耗深度为500 cm,补充深度为200 cm;7龄果园、玉米地和小麦地消耗深度分别为200、300 cm和300 cm,且补充深度均超过了测定的土壤深度,大于600 cm。     

保护性耕作条件下旱地农田麦-豆双序列轮作体系的水分动态及产量效应

保护性耕作(conservationtillage)能够减少水土流失、提高耕地产量,是一类具有生态保护意义的持续性农业耕作形式。2002年至2004年在定西旱地农业地区进行了保护性耕作条件下旱地农田春小麦豌豆双序列轮作土壤水分动态及产量效应的试验研究,结果表明:保护性耕作能够显著改善0～200cm土层土壤贮水量及含水量,随着降水量的增多土壤对降水的保蓄能力增强。在降水较少年份免耕秸秆覆盖的这种作用表现突出,而在降水充沛的年份免耕地膜覆盖则更具优势。耕层土壤水分因受降水等因素的影响而变化剧烈,耕层以下土壤水分变幅相对较小。播种期、五叶期及收获期土壤具有较高含水量,而开花期土壤含水量则较低。在两种轮作体系中,播种期春小麦和豌豆免耕秸秆覆盖处理0～50cm土层含水量分别较常规耕作增加28%、26%和11%、23%,降水生产效率较常规耕作提高了17.79%～26.81%。在春小麦豌豆轮作体系中免耕秸秆覆盖处理的作物产量(春小麦 豌豆)及水分利用效率分别为3420kghm2和8.11kg(hm2·mm),较常规耕作分别提高26.81%和25.39%。     

不同地表覆盖方式对苹果园土壤性状及果树生长和产量的影响

以黄土高原9年生红富士果园生态系统为对象,研究不同地表覆盖模式（清耕、生草覆盖、地膜覆盖、秸秆覆盖和砂石覆盖）对果园土壤性状及果树生长和产量的影响.结果表明：生草覆盖土壤水分剖面分异最低,砂石覆盖土壤水分剖面分异最高;砂石覆盖提高了根层水分含量,有利于果树对水分的利用.不同地表覆盖模式土壤热量状况变化显著,处理间差异明显,极端最高温度下降,但地膜覆盖处理夏季地温超过果树根系生长的上限温度,对果树根系生长和生理功能发挥不利.除地膜覆盖外,其他地表覆盖模式均能提高土壤CO₂释放速率,其中生草覆盖的效果最为显著.不同地表覆盖模式对果树枝条类型比例及产量影响较大,砂石覆盖处理的中短枝比例和果实产量最高;生草覆盖处理的果实产量最低.因子分析结果表明,对于黄土高原沟壑区盛果期果园,砂石覆盖处理是较为适宜的地表覆盖模式.     

生产力调控对翌年苹果园土壤水分和苹果叶片光合特性的影响

以盛果期‘长枝富士’为试验材料, 以生产力调控翌年苹果(Malus pumila)树坐果期为主要观测期, 对不同生产力水平下果园土壤水分状况及苹果叶片光合特性进行了研究。结果表明: 在生产力调控范围内, 土壤剖面各个层次土壤含水量均随着生产力水平的减小而增加, 其中在60 cm处达到最大增量, 为31.02%; 而在600 cm范围内土壤贮水量最大能够提高15.41%。随着生产力水平的降低, “光合午休”现象减弱, 净光合速率(P_n)增加, 最大增幅为25.71%, 下午时段的蒸腾速率(T_r)下降迅速, 水分利用效率(WUE)最大提高34.12%。通过相关分析表明, 土壤贮水量(WSC)与P_n、T_r、WUE之间均达到显著相关, 其相关系数分别为: 0.973^**、-0.543^*和0.992^**。土壤贮水量(x)与水分利用效率(y)之间符合y = 0.002 3x - 1.480 6, R²= 0.984 4^**的回归模型。通过生产力调控可以改善土壤水分状况和果树光合能力, 提高WUE。     

陇东旱塬苹果根系分布规律及生理特性对地表覆盖的响应

为探明陇东旱塬区不同覆盖物对苹果园土壤理化性状、根系分布及根系生理活性的影响,以14年生苹果树为试材,采用土壤剖面分层取样法,调查根系空间分布,并对根系生物量、根长、表面积等进行分析,测定根系活力、抗氧化酶类、活性氧代谢等相关生理指标,同时测定不同深度土层土壤容重、孔隙度等.结果表明: 覆草可有效增大土壤含水量、孔隙度、有机质含量,增幅分别为2.7%～11.6%、3.2%～27.7%、5.1%～36.0%,但土壤容重降低,为清耕(CK)的88.7%～96.4%.CK根系主要分布在距树干30～120 cm范围内的0～60 cm深土层中;覆草、覆膜处理主要分布在距树干0～150 cm、0～60 cm水平范围内的0～100 cm深土层中,以20～40 cm根系最为密集;覆膜处理细根总量仅为CK的96.4%,根系水平分布范围较CK有所减小,0～60 cm内细根占根系总量的51.6%.不同覆盖处理显著增强0～80 cm土层根系活力及抗氧化酶活性,其中覆草处理根系活力为CK的111.3%～136.7%.综合分析根系生长分布与生理活性、土壤理化性状等,认为覆草处理是陇东旱塬区苹果园较为适宜的地表覆盖方式.     

覆盖方式对旱地冬小麦土壤水分的影响

在黄土高原半干旱雨养条件下,研究了不同覆盖方式(夏季覆膜,T₁;秋季覆膜,T₂;小麦碎秆覆盖,T₃;小麦整秆覆盖,T₄;夏季覆膜+麦秆还田,T₅;旧膜二茬利用,T₆;无覆盖对照,CK)对旱地冬小麦土壤水分的影响.结果表明: T₆在各时期、各土层土壤含水量普遍高于CK,其他5个覆盖处理可明显改善开花前0～90 cm土壤墒情,但开花后0～90 cm土层以及全生育期90～200 cm土层含水量普遍低于CK.全生育期0～200 cm土层平均含水量T₆显著高于CK,两者差值为0.9%,其余处理均低于CK.0～200 cm土层平均含水量秸秆覆盖处理高于覆膜处理,旧膜二茬利用高于新覆膜.覆膜处理单位面积籽粒产量较CK提高20.3%～29.0%,秸秆覆盖处理较CK提高5.0%～16.7%,冬小麦产量与生育期耗水量呈显著正相关(r=0.77^*).     

不同覆盖物对烤烟根温及生长和生理特性的影响

分别以大棚膜、稻草+大棚膜、普通膜、稻草、稻草+遮阳网和遮阳网为覆盖材料,研究覆盖物对烤烟根温以及生长和生理特性的影响.结果表明,各覆盖处理22 d对5和15 cm土壤总积温的影响明显不同,5 cm土壤总积温最高为大棚膜处理（424.75 ℃）,最低为稻草+遮阳网处理（378.75 ℃）,22 d 的15 cm土壤总积温最高为大棚膜处理（396.75 ℃）,最低为遮阳网处理（368.31 ℃）.随着土壤总积温的升高,烟株地上部和地下部干重都呈增长趋势,光合作用增强,根系活力提高;揭膜后第10天烟株根系干重有所增加,普通地膜处理的根系生物量增加最多,稻草+遮阳网处理最少.     

地表覆盖对温室黄瓜生长及生理特性的影响

研究了地表覆盖秸秆、地膜和秸秆加膜对日光温室嫁接和非嫁接黄瓜生长与生理特性的影响.结果表明,地表覆盖可有效促进植株生长,嫁接黄瓜覆盖秸秆加膜、地膜与秸秆的株高和茎粗依次比对照增加91、71、57 cm和0127、0.086、0.111 cm,非嫁接黄瓜增幅较小;地表覆盖可增强光合作用,嫁接黄瓜覆盖秸秆加膜、地膜、秸秆的净光合速率分别比对照增加2.63、2.08与1.36 μmol·m^-2·s^-1,非嫁接黄瓜增幅较小;嫁接黄瓜覆盖秸秆加膜和秸秆的叶绿素含量比对照增加1.8%和3.15%,而覆盖地膜的叶绿素含量降低了3.8%,非嫁接黄瓜的叶绿素含量变幅较小;嫁接黄瓜覆盖秸秆加膜、地膜、秸秆的根系活力比对照提高0.98、0.48和0.8 mg TTC·g^-1FW,同一处理的非嫁接黄瓜根系活力增幅较小;地表覆盖可增加单株干物重,提高早期产量和总产量,嫁接黄瓜覆盖秸秆加膜、地膜与秸秆的单株产量比非嫁接黄瓜分别增加16%、5.3%和3.4%.     

耕作和覆盖对黄土高原果园土壤水分和温度的影响

研究了几种不同耕作方式（免耕、旋耕和翻耕）和覆盖措施（覆草、生草和覆膜）对黄土高原果园土壤水分和温度的影响.结果表明：5月不同耕作方式下0～1 m土层土壤水分差异极显著,表现为免耕（14.28%）>旋耕（14.13%）>翻耕（13.57%）,9月差异不明显;不同覆盖措施中,覆草处理的土壤水分最高,且与生草、覆膜、裸地处理间差异极显著;不同耕作方式和覆盖组合处理中以免耕覆草保水效果最好.不同覆盖处理白天土壤平均温度表现为覆膜>裸地>生草>覆草,土壤温度变幅表现为裸地>覆膜>生草>覆草.各覆盖处理的蓄水量与其土壤温度并不都呈负相关,而是由不同覆盖物的保水效果和保温性质共同决定.综上所述,黄土高原果园的保护性耕作体系应以免耕覆草为主.     

基于STICS模型的黄土高原苹果园生态系统服务评估

苹果园在确保最大生产力的同时应适当考虑环境和自然资源,如何权衡其生态系统服务是苹果园可持续发展面临的重要问题之一。利用大田试验和STICS模型相结合的方法研究农业管理措施和气候对黄土高原苹果园生态系统服务的影响,并在此基础上对黄土高原南部半湿润区和北部半干旱区土壤氮可利用性、气候调节、水循环调节和果实生产四种苹果园生态系统服务进行了系统的评估。结果表明:(1)STICS模型均能较好模拟白水和子洲试验果园的产量、单果重、土壤含水量和蒸散发等生态系统服务指标;(2)除固碳与产量、单果重及果树相关指标是协同关系以外,其他生态系统服务之间都是权衡关系;(3)对于各管理措施下的果园平均服务标准值,秸秆覆盖(0.67)>地布覆盖(0.52)>清耕(0.30),充分灌溉(0.56)>轻度亏缺灌溉(0.44)>重度亏缺灌溉(0.30),其中秸秆覆盖和充分灌溉的果园服务概况最佳,地布覆盖和轻度亏缺灌溉的果园服务概况较相似且最平衡;(4)地布覆盖和轻度亏缺灌溉管理措施缓和权衡作用的效果优于其他管理措施。综上所述,STICS模型能够较好的量化果园生态系统服务概况,农业管理措施是果园生态系统服务强有力的驱动因子。     

不同有机物覆盖对冷凉地区苹果园土壤水温环境及速效养分的影响

为了探究不同有机物覆盖对冷凉地区果园土壤理化性质的影响,在‘寒富’苹果园设置了杂草、稻草、玉米秸秆、粉碎枝条4个覆盖处理,对比分析了各处理果园土壤水分、养分等指标的变化.结果表明: 有机物覆盖增加了土壤含水量,以干旱季节最为明显;减缓了春季土壤温度上升速度,不利于果树前期生长,但降低了夏季土壤的最高温,提高了秋冬季土壤的最低温;提高了土壤的pH值,以玉米秸秆覆盖处理最为明显,减轻了土壤酸化,使土壤pH接近中性;不同程度提高了土壤有机质含量,以杂草覆盖处理最为明显.覆盖还增加了土壤碱解氮、速效磷、速效钾含量,但稻草覆盖处理碱解氮含量低于对照.