玉米-大豆带状套作下玉米株型对大豆干物质积累和产量形成的影响

通过田间试验, 以大豆单作为对照,设置登海605/贡选1号(RI₁)、川单418/贡选1号(RI₂)、雅玉13/贡选1号(RI₃)3种玉米 大豆带状套作种植模式,研究了玉米株型对大豆干物质积累和产量的影响.结果表明： RI₂和RI₃处理大豆的积累速率低于RI₁处理,且RI₁处理大豆叶片、茎秆和荚果的干物质积累量分别比RI₂和RI₃处理高17.6%、16.5%、13.7%和34.6%、33.1%、28.4%.带状套作大豆叶片、茎秆的分配比例均以RI₁处理最高、RI₂处理其次、RI₃处理最低,而荚果分配比例的变化趋势与其相反.与RI₂和RI₃处理相比,RI_1处理显著提高了大豆营养器官(叶+茎)干物质向荚果的转运量、转移率及其对荚果的贡献率,RI₁处理大豆的单株荚数、单株粒数、每荚粒数、单株粒质量和产量分别比RI₂和RI₃处理提高了6.8%、11.5%、4.4%、15.9%、15.6%和14.3%、22.2%、6.7%、33.4%、36.8%.带状套作大豆营养器官干物质的积累速率、转运量、转移率和贡献率与产量及产量的构成呈显著正相关,且均以RI_1处理最高,实现了紧凑型玉米对带状套作大豆干物质积累、转运和分配的有效调控,促进了产量的提高.     

减量施氮对玉米-大豆套作体系土壤氮素残留和氮肥损失的影响

通过田间试验,研究了玉米单作、大豆单作、玉米-豆套作3种种植模式和不施氮、减量施氮(180 kg N·hm^-2)、常量施氮(240 kg N·hm^-2)3种施氮水平对玉米和大豆植株氮素吸收、土壤氮素残留和氮肥损失的影响.结果表明: 玉米-豆套作体系下,施氮提高了玉米土壤中残留的NO₃^--N、NH₄⁺-N含量,但在大豆土壤中则降低.与单作相比,玉米套作的土壤氮素残留量增加,氮肥损失量降低,大豆套作的土壤氮素残留量和氮肥损失量均降低.减量施氮处理下,玉米-豆套作系统的氮肥残留率、损失率和氨挥发损失率分别比玉米单作低17.7%、21.5%和0.4%,比大豆单作高2.0%、19.8%和0.1%.与常量施氮相比,减量施氮降低了玉米-豆套作系统的氮肥残留量、残留率、损失量和损失率,同时还降低了由氨挥发所引起的氮肥损失,其中氮肥残留率、损失率和氨挥发损失率分别降低12.0%、15.4%和1.2%.     

猪粪配施化肥对稻-麦轮作系统籽粒产量和氮素利用率的影响

通过大田试验,以水稻(品种‘F优498’)-小麦(品种‘内麦863’)轮作体系为研究对象,根据成都平原稻麦种植体系常规施氮水平,设7个不同猪粪施用处理:对照(CK,无化学氮肥,无猪粪)、常规化肥(T₁,无猪粪)、化肥减量25%+猪粪2500 kg·hm^-2(T₂)、化肥减量50%+猪粪5000 kg·hm^-2(T₃)、猪粪10000 kg·hm^-2(T₄)、猪粪15000 kg·hm^-2(T₅)和猪粪20000 kg·hm^-2(T₆),研究添加猪粪对稻麦干物质、氮素积累及分配特征、籽粒产量和氮素利用率等的影响.结果表明: 猪粪配施化肥对稻麦各生育期干物质积累均有促进作用,稻麦成熟期作物地上部干物质积累量均以高量猪粪施用处理(T₆)最高,但其干物质积累及氮素分配向茎叶富集,且籽粒干物质积累及氮积累分配率显著低于T₂处理;随着配施猪粪用量的增加,稻麦氮肥偏生产力、氮肥农学利用率、籽粒产量均呈现先增加后减少趋势,其中水稻季以T₃处理最优,较常规化肥处理提高11.4%、55.4%、11.4%,小麦季则以T₂处理最优,较常规化肥处理提高14.0%、29.1%、14.0%.本试验条件下,2500～5000 kg·hm^-2猪粪+化肥减量25%～50%处理,有利于促进稻麦干物质积累、氮素向籽粒运移,达到增产及提高氮素利用率的效果,超量施用猪粪(15000～20000 kg·hm^-2)后,土壤氮素供应过量,干物质向经济器官运移受阻,氮素向茎秆富集,贪青晚熟现象严重,稻麦籽粒产量显著下降.     

减量施氮对玉米-大豆套作体系中作物产量及养分吸收利用的影响

通过田间试验研究了种植方式(玉米单作、大豆单作、玉米-大豆套作)和施氮水平(0、180、240 N kg·hm-2)对玉米和大豆产量、养分吸收及氮肥利用的影响.结果表明:与单作相比,玉米-大豆套作体系中玉米籽粒产量、地上部植株N、P、K吸收量及收获指数略有降低,而大豆籽粒产量、地上部植株N、P、K吸收量及收获指数显著提高.玉米-大豆套作系统的套作优势随施氮量的增加而降低,与当地农民常规施氮量(240 kg·hm-2)相比,减量施氮(180kg·hm-2)处理下玉米和大豆产量、经济系数,以及N、P、K吸收量和收获指数、氮肥农学利用率、氮肥吸收利用率显著提高,土壤氮贡献率降低;与不施氮相比,减量施氮降低了玉米带土壤的全N、全P含量,提高了大豆带土壤的全N、全P、全K含量和玉米带土壤的全K含量.减量施氮水平下,玉米-大豆套作系统的周年籽粒总产量、地上部植株N、P、K总吸收量均高于玉米和大豆单作,土地当量比(LER)达2.28;玉米-大豆套作系统的氮肥吸收利用率比玉米单作高20.2%,比大豆单作低30.5%,土壤氮贡献率比玉米和大豆单作分别低20.0%和8.8%.玉米-大豆套作减量一体化施肥有利于提高系统周年作物产量和氮肥利用率.     

不同氮肥喷涂吡啶对夏玉米田氮素利用及土壤N2O排放的影响

为减少土壤N₂O排放,提高作物氮素利用,采用田间试验法研究了不同氮肥用量喷涂一定比例的吡啶(0、180、270、360 kg N·hm^-2)对夏玉米生育期内土壤N₂O排放和氮素表观损失、籽粒产量及氮素利用的影响.结果表明:不同氮肥用量下喷涂吡啶的土壤N₂O排放主要集中在播种-苗期和拔节-抽雄期,基肥和追肥后均会出现显著的土壤N₂O排放通量高峰.随氮肥用量增加,玉米产量不断增加,但270和360 kg N·hm^-2间无显著差异,2种施氮量下的玉米分别净增收5209和5426元·hm^-2.与不施氮肥比,各施氮处理下的玉米籽粒吸氮量提高幅度为109.6%～134.1%.各处理间的氮肥农学效率和氮肥利用率均以氮肥喷涂吡啶270 kg N·hm^-2较大,而土壤氮素表观损失较小.氮肥喷涂吡啶在270 kg N·hm^-2时玉米增产增收,氮肥利用效率较高,土壤N₂O排放和氮素表观损失较少,是一种较为合理的氮肥调控施用技术.     

不同氮肥喷涂吡啶对夏玉米田氮素利用及土壤N2O排放的影响

为减少土壤N₂O排放,提高作物氮素利用,采用田间试验法研究了不同氮肥用量喷涂一定比例的吡啶(0、180、270、360 kg N·hm^-2)对夏玉米生育期内土壤N₂O排放和氮素表观损失、籽粒产量及氮素利用的影响.结果表明:不同氮肥用量下喷涂吡啶的土壤N₂O排放主要集中在播种-苗期和拔节-抽雄期,基肥和追肥后均会出现显著的土壤N₂O排放通量高峰.随氮肥用量增加,玉米产量不断增加,但270和360 kg N·hm^-2间无显著差异,2种施氮量下的玉米分别净增收5209和5426元·hm^-2.与不施氮肥比,各施氮处理下的玉米籽粒吸氮量提高幅度为109.6%～134.1%.各处理间的氮肥农学效率和氮肥利用率均以氮肥喷涂吡啶270 kg N·hm^-2较大,而土壤氮素表观损失较小.氮肥喷涂吡啶在270 kg N·hm^-2时玉米增产增收,氮肥利用效率较高,土壤N₂O排放和氮素表观损失较少,是一种较为合理的氮肥调控施用技术.     

水肥互作对滴灌玉米氮素吸收、水氮利用效率及产量的影响

优化水、氮供应是实现作物高产与水肥资源高效利用的有效途径.本文研究了田间试验条件下,水(4500、6750、9000 m³·hm^-2)、氮(0、225、330、435、540 kg·hm^-2)互作对高密度(≥105000 株·hm^-2)滴灌玉米干物质积累、氮素吸收及产量的影响.结果表明: 玉米干物质积累与吸氮量均随灌溉和施氮水平的增加明显升高,当施氮量大于435 kg·hm^-2和灌溉量大于9000 m³·hm^-2时则呈减少趋势.完熟期玉米干物质积累对灌水的响应表现为W₆₇₅₀(36359 kg·hm^-2)>W₉₀₀₀(35077 kg·hm^-2)>W₄₅₀₀(33451 kg·hm^-2),施氮对玉米吸氮量的变化表现为N₄₃₅(459.9 kg·hm^-2)>N₅₄₀(458.1 kg·hm^-2)>N₃₃₀(416.3 kg·hm^-2)>N₂₂₅(351.3 kg·hm^-2),N₄₃₅比N₃₃₀、N₂₂₀分别升高9.1%、32.7%,N₅₄₀比N₄₃₅降低0.6%.在施氮量0～435 kg·hm^-2范围内,玉米最大氮素吸收速率随施氮量增加而升高,在施氮量为435 kg·hm^-2时达最大(6.57 kg·hm^-2·d^-1).灌水与施氮均可显著增加玉米产量、穗粒数和穗粒质量,二者有明显的正交互作用,且以氮为主效应.在施氮0～435 kg·hm^-2范围内,氮肥利用率随施氮量的增加而升高,此后反而降低;灌溉水分生产率随施氮量升高而增加,随灌水量增加而明显下降,灌溉定额为4500～6750 m³·hm^-2时,灌溉水分生产率可达2.57～3.80 kg·m^-3.玉米最高产量18072 kg·hm^-2的施氮量为567.0 kg·hm^-2.最佳经济施氮量为427.9～467.7 kg N·hm^-2时,玉米产量在17109～17138 kg·hm^-2,氮素偏生产力和氮肥利用率分别达122 kg N·hm^-2和45.0%.水氮一体化施肥可实现滴灌玉米高产协同水、氮利用效率的共同提高.     

水氮耦合对旱地胡麻产量形成与花后氮素积累转运的影响

为明确旱地胡麻在有限灌水条件下的最佳水氮耦合管理模式,采用完全随机裂区试验设计,以灌水(I₀: 0 m³·hm^-2; I₁₂₀₀: 1200 m³·hm^-2; I₁₈₀₀: 1800 m³·hm^-2)为主区,施氮量(N₀: 0 kg·hm^-2; N₆₀₀: 60 kg·hm^-2; N₁₂₀: 120 kg·hm^-2)为副区,测定胡麻不同生育阶段氮素积累量、花后氮素转运特征、产量和氮肥利用率。结果表明: 不同水氮处理对旱地胡麻不同生育时期各器官氮素吸收、积累及产量的耦合效应不同。不灌水条件下,施氮有利于胡麻花期和成熟期茎秆对氮素的吸收,不同灌水水平下N₁₂₀均抑制了茎秆对氮的吸收;I₁₂₀₀水平下,花期叶片氮含量随施氮量的增加先升高后下降,N₆₀较N₀和N₁₂₀高11.0%和28.9%;I₁₈₀₀水平下,施氮提高了成熟期胡麻叶片中氮含量,N₆₀和N₁₂₀较N₀高39.7%和26.9%。水氮对胡麻阶段氮素积累量影响的耦合效应主要表现在现蕾期以后,同一灌水水平下,N₆₀促进了胡麻现蕾期以后各阶段氮素积累量,而N₁₂₀具有抑制作用。施氮分别提高了I₁₂₀₀和I₁₈₀₀水平下叶片和茎秆氮素转运率和贡献率。灌水1800 m³·hm^-2、施氮60 kg·hm^-2显著增加了胡麻单株有效蒴果数和籽粒产量(6.6%~22.8%),是试验区比较适宜的水氮耦合管理模式。     

不同种植模式对土壤氮素转化及酶活性的影响

采用两年大田试验,研究了小麦-大豆（A₁）、小麦-甘薯（A₂）、玉米（A₃）、小麦/玉米/大豆（A₄）和小麦/玉米/甘薯（A₅）5种种植模式下,小麦/玉米/大豆套作体系的土壤酶活性变化特征及其对土壤氮素转化的影响.结果表明：与A₁、A₂、A₃和A₅相比,A₄提高了各作物在开花期（或吐丝期）和成熟期的土壤总氮含量及脲酶和蛋白酶活性,处理间表现为套作＞单作、大豆茬口＞甘薯茬口、边行＞中行;降低了小麦、玉米土壤的NO₃^--N、NH₄⁺-N含量及小麦土壤的硝酸还原酶活性.玉米土壤的硝酸还原酶活性在玉米、大豆共生前的拔节期为单作＞套作,在玉米、大豆共生后的吐丝期和成熟期为套作＞单作、大豆茬口＞甘薯茬口;大豆土壤的NO₃^--N、NH₄⁺-N含量及硝酸还原酶活性在分枝期为单作＞套作,在开花期和成熟期为套作＞单作、大豆茬口＞甘薯茬口、中行＞边行.     

宽幅播种下基本苗密度对小麦旗叶光合特性及叶片和根系衰老的影响

为明确宽幅精播条件下小麦高产高效的适宜基本苗密度,于2018—2019年和2019—2020年在山东兖州大田试验条件下设置4种基本苗密度处理:90×10⁴株·hm^-2(D₁)、180×10⁴株·hm^-2(D₂)、270×10⁴株·hm^-2(山东高产田常用基本苗密度,D₃)、360×10⁴株·hm^-2(D₄),研究基本苗密度对小麦光合特性、衰老特性以及籽粒产量和水分利用效率的影响。结果表明: 与D₁、D₄处理相比,D₂处理显著改善了灌浆期间小麦旗叶光合特性,提高了旗叶和根系超氧化物歧化酶(SOD)活性、可溶性蛋白质含量,降低了旗叶和根系丙二醛(MDA)含量,延缓了旗叶和根系衰老;与D₁、D₃、D₄处理相比,D₂处理显著提高了0~40 cm土层小麦根长、根表面积和根体积。2018—2019年和2019—2020年,与D₁、D₃、D₄处理相比,D₂处理的籽粒产量分别提高11.8%、2.5%、6.4%和22.7%、5.7%、17.1%,水分利用效率分别提高9.2%、8.8%、14.2%和21.1%、6.2%、21.5%。综上,基本苗密度为180×10⁴ 株·hm^-2的D₂处理通过提高小麦灌浆期旗叶光合特性,改善小麦根系形态,延缓了植株衰老,籽粒产量和水分利用效率最高,是山东宽幅播种高产麦田的最优处理。     

玉/豆和玉/薯模式下氮肥运筹对玉米氮素利用和土壤硝态氮残留的影响

过量施用氮肥造成的环境问题日益严重,氮肥合理使用已成为人们研究的热点.本文研究了西南玉米两种主要套作模式下氮肥运筹对玉米氮素利用和土壤硝态氮残留的影响.结果表明：连续分带轮作种植玉/豆模式后,玉米收获期植株中的氮素积累较玉/薯模式平均提高了6.1%,氮收获指数增加了5.4%,最终使氮肥利用效率提高4.3%,氮素同化量提高了15.1%,氮肥偏生产力提高了22.6%;玉米收获后硝态氮淋溶损失减少,60～120 cm土层中硝态氮残留玉/豆模式较玉/薯模式降低了10.3%,而0～60 cm土层中平均提高了12.9%,有利于培肥地力,两年产量平均较玉/薯模式高1249 kg·hm^-2,增产22%;增加施氮量提高了植株氮素积累,降低了氮肥利用率,显著提高了表层土壤中硝态氮的累积,60～100 cm土层中硝态氮的累积量在0～270 kg·hm^-2处理间差异不显著,继续增加施氮量会显著增加土壤硝态氮的淋溶;氮肥后移显著提高了土壤0～60 cm土层硝态氮的积累.两种模式下施氮量和底追比对玉米氮素吸收和硝态氮残留的影响结果不一致,玉/豆模式以施氮180～270 kg·hm^-2、按底肥∶拔节肥∶穗肥=3∶2∶5的施肥方式有利于提高玉米植株后期氮素积累、氮收获指数和氮肥利用效率,减少了氮肥损失,两年最高产量平均可达7757 kg·hm^-2;而玉/薯模式在180 kg·hm^-2、按底肥∶穗肥=5∶5的施肥方式下,氮素积累利用及产量均优于其他处理,两年平均产量为6572 kg·hm^-2,可实现两种模式下玉米高产、高效、安全的氮肥管理体系.
     

种植密度对玉米-大豆间作群体产量和经济产值的影响

采用二次饱和D最优设计,研究了种植密度对玉米 大豆间作群体产量和经济产值的影响,并建立了以玉米和大豆密度为变量,以间作群体籽粒产量、干物质积累和经济产值为目标函数的二元二次数学模型.模型解析表明： 种植密度对玉米 大豆间作群体籽粒产量、干物质积累和经济产值影响显著,玉米密度对群体各指标的影响大于大豆密度.在低密度水平下,群体籽粒产量、干物质积累和经济产值均随密度的增加而增加.群体籽粒产量达到8101.31 kg·hm^-2,最优措施组合为：玉米密度72023株·hm^-2+大豆密度99924株·hm^-2;群体干物质积累达到15282.45 kg·hm^-2,最优措施组合为：玉米密度75000株·hm^-2+大豆密度93372株·hm^-2;群体经济产值达到23494.50元·hm^-2,最优措施组合为：玉米密度73758株·hm^-2+大豆密度87597株·hm^-2.通过计算机模拟得出,在本试验条件下,玉米-大豆间作群体籽粒产量≥7500kg·hm^-2、干物质积累≥14250 kg·hm^-2、经济产值≥22500元·hm^-2的最佳密度组合为：玉米种植密度58554～71547株·hm^-2,大豆种植密度82217～100303株·hm^-2.     

不同氮水平下作物养分吸收与利用

玉米与马铃薯间作是重要的间作种植模式,具有较突出的资源利用和产量优势,但养分吸收和利用对作物产量优势的贡献及这种贡献对施氮量的响应机制尚不清楚.本研究采用玉米单作、马铃薯单作和玉米与马铃薯间作3种种植模式,分别设置N₀(0 kg·hm^-2)、N₁(125 kg·hm^-2)、N₂(250 kg·hm^-2)和N₃(375 kg·hm^-2)4个氮水平,通过2年田间小区试验,研究不同氮水平下间作产量优势的营养基础.结果表明: 随着施氮量的增加,氮、磷、钾的单作加权平均吸收量逐渐增加,间作则先增加后减少.间作在N₁水平时具最高的养分吸收优势,分别较单作加权平均值增加氮吸收14.9%、磷吸收38.6%、钾吸收27.8%;间作在N₀和N₃时具有更高的养分利用效率,较单作可提高氮利用效率3.5%～14.3%、磷利用效率3.5%～18.5%、钾利用效率10.6%～31.6%.N₀和N₁时玉米与马铃薯间作具有显著产量优势,其营养基础在N₀时主要是提高了作物养分利用效率,而N₁时则是促进养分吸收的结果.充分发挥间作促进养分吸收对玉米与马铃薯间作产量优势的贡献,需要合理控制氮肥的投入.     

施磷量与施磷深度对玉米-大豆套作系统磷素利用率及磷流失风险的影响

为充分发挥间套作种植体系磷素高效利用优势、降低土壤磷素流失,采用田间试验分析了3种施磷(P_2O_5)水平(CP:168 kg·hm^-2;RP_1:135 kg·hm^-2;RP_2:101 kg·hm^-2)与3个施磷深度(D_1:集中施在距离地面5 cm处;D_2:集中施在距离地面15 cm处;D_3:于距离地面5、15 cm处各施一半)处理下玉米-大豆套作系统作物地上部生物量、籽粒产量、植株吸磷量、土壤全磷与速效磷含量、磷吸附-解吸特征,以期为优化西南玉米-大豆套作系统磷素管理提供理论依据.结果表明:与对照不施磷处理(P_0)相比,各施磷处理显著增加了作物地上部生物量、籽粒产量、植株吸磷量、土壤全磷和速效磷含量.相同施肥深度下,处理RP_1与CP相比,作物籽粒产量差异不显著,但显著提高了植株地上部吸磷量,因此RP_1处理的磷素表观利用率显著高于CP处理.相同施磷量下,不同施磷深度间比较,作物地上部生物量、籽粒产量、植株吸磷量、土壤全磷和速效磷含量均以D_2处理最高.依据土壤磷的吸附-解吸特征参数可知,当施磷深度为D_2、施磷量为RP_1时,土壤对磷的固持能力最强,在降低磷素流失上表现出较强优势.因此,玉米-大豆套作系统中适当减少磷肥施用量和加大磷肥施用深度在保证作物产量的同时,有利于提高磷素利用率,减少土壤磷流失.     

减量施氮对玉米-大豆套作系统下作物氮素吸收和利用效率的影响

为探索玉米-大豆套作系统中作物对N素吸收的差异特性,揭示减量施N对玉米-大豆套作系统的N高效利用机理。利用15N同位素示踪技术,结合小区套微区多年定位试验,研究了玉米单作(MM)、大豆单作(SS)、玉米-大豆套作(IMS)及不施N(NN)、减量施N(RN:180 kg N/hm2)、常量施N(CN:240 kg N/hm2)下玉米、大豆的生物量、吸N量、N肥利用率及土壤N素含量变化。结果表明,与MM(SS)相比,IMS下玉米茎叶及籽粒的生物量、吸N量降低,15N%丰度及15N吸收量增加,大豆籽粒及植株的生物量、吸N量及15N吸收量显著提高;IMS下玉米、大豆植株的N肥利用率、土壤N贡献率、土壤15N%丰度降低,15N回收率显著增加。施N与不施N相比,显著提高了单、套作下玉米、大豆植株的生物量、吸N量、15N丰度及15N吸收量;RN与CN相比,IMS下,RN的玉米、大豆植株总吸N量提高13.4%和12.4%,N肥利用率提高213.0%和117.5%,土壤总N含量提高12.2%和11.6%,土壤N贡献率降低12.0%和11.2%,玉米植株15N吸收量与15N回收率提高14.4%和52.5%,大豆的则降低57.1%和42.8%,单作与套作的变化规律一致。玉米-大豆套作系统中作物对N素吸收存在数量及形态差异,减量施N有利于玉米-大豆套作系统对N肥的高效吸收与利用,实现作物持续增产与土壤培肥。     

一级生产水平下冬小麦、夏玉米的生产模拟

通过模拟计算得到一级生产水平下冬小麦和夏玉米的累积干物质动态曲线.两年的计算结果和实测值都比较吻合.研究表明,在黄淮海平原,可以把亩产吨粮作为冬小麦夏玉米一年两茬平作粮田达到一级生产水平的指标.若用中熟夏玉米套作代替早熟夏玉米平作,籽粒的年产量可增加一成.通过对不同叶面积指数下干物质产量的模拟计算,得到一年两茬平作的干物质产量最大可达46t·hm^-2,籽粒产量19.1t·hm^-2.