不同集雨种植方式对干旱区紫花苜蓿种植的影响

在甘肃省定西半干旱黄土丘陵区采用完全随机设计,研究不同覆盖材料(普通地膜CMR、生物可降解地膜BMR和土垄SR)和不同沟垄比(60 cm∶30 cm、60 cm∶45 cm和60 cm∶60 cm)对径流效率、土壤贮水量、土壤含水量、紫花苜蓿干草产量和水分利用效率的影响.结果表明：SR、BMR和CMR的平均径流效率分别为32.0%、90.7%和96.4%.在紫花苜蓿生育前期(4-6月),各处理之间土壤贮水量差异不显著;在紫花苜蓿生育后期(7-10月),BMR和CMR的土壤贮水量显著高于SR,SR的土壤贮水量显著高于平作,如在紫花苜蓿孕蕾期,平作、SR、BMR和CMR 0~140 cm土层土壤贮水量分别为223.27、248.56、277.81和284.16 mm.平作、SR、BMR和CMR全生育期实际干草产量分别为4112.1、3397.5、4317.8和4523.8 kg·hm^-2,水分利用效率分别为11.08、10.48、14.56、14.95 kg·mm^-1·hm^-2.在同一覆盖材料下,不同沟垄比对土壤贮水量和水分利用效率的影响不显著.当沟垄比为60 cm∶44 cm时,CMR和BMR处理的实际产量均达到最大.     

半干旱黄土高原沟垄微型集雨产流特征与马铃薯种植技术

对膜垄和土垄的降雨量和径流量进行直线回归分析,结果表明,粘土夯实集雨垄临界产流降雨量为2.83 mm,产流后的平均集水效率为24.6%,地膜覆盖集雨垄临界产流降雨量为0.23 mm,产流后的平均集水效率为91.1%。在沟垄微型集雨种植马铃薯试验中,30 cm垄宽膜垄、45 cm垄宽膜垄、60 cm垄宽膜垄、30 cm垄宽土垄、45 cm垄宽土垄和60 cm垄宽土垄(沟宽均为60 cm)的经济产量分别比传统耕作高173%、168%、119%、28%、24%和18%,水分利用效率分别比传统耕作高3.98、3.74、2.25、1.10、0.93和0.72 kg.mm-1.hm-2。膜垄种植马铃薯经济产量提高119%~173%,土垄种植马铃薯经济产量提高18%~28%。     

半干旱区垄沟集雨系统点尺度土壤水分动态随机模拟

为揭示土壤水分动态对半干旱区垄沟集雨系统水文和生态过程的影响机理,基于Laio土壤水分动态随机模型(Laio模型),利用中国气象局定西干旱气象与生态环境试验基地2012—2013年垄沟集雨燕麦生长季根系层土壤水分观测数据及2000—2015年日降水资料,分析不同覆盖材料(生物可降解膜、普通塑料膜和土壤结皮)和不同沟垄比(30∶60,45∶60和60∶60cm)对生长季燕麦根系层土壤水分动态的影响,研究点尺度土壤水分概率密度函数特征,并对模型涉及参数进行敏感性分析。结果表明:研究区年降水的季节分配极不均匀,主要集中在5—10月份,占总降雨次数的66.6%;年降雨量的85.32%来源于10 mm的降雨,以暴雨为主;近16 a研究区降水量呈缓慢增长趋势。生物可降解膜垄(BMR)、普通地膜垄(CMR)和土垄(SR)临界产流降雨量分别为1.35、0.95 mm和5.31 mm,平均集水效率分别为87.892%、94.203%和27.488%;在燕麦生长季,BMR和CMR的土壤含水量显著大于SR,SR的土壤含水量显著大于传统平作,各处理土壤含水量均服从正态分布;通过Laio模型模拟得到的各处理土壤水分概率密度函数的曲线特征(峰值及其位置、90%置信区间)及数字特征(期望、方差)与观测结果基本一致,CM指数均大于0.5,且可将集雨垄径流量作为单次降水的随机事件处理,说明该模型可应用于垄沟集雨系统土壤水分概率密度函数的模拟,为半干旱区农田水分高效利用管理提供理论依据。     

半干旱黄土丘陵区垄沟集雨对紫花苜蓿人工草地土壤水分和产草量的影响

研究了黄土丘陵区垄沟集雨技术对紫花苜蓿(Medicago sativa)人工草地生产力以及土壤水分的影响。垄和沟的宽度均为30或60 cm,且垄上覆膜的处理水分利用效率分别比平作对照显著提高了13%和41%。垄和沟的宽度均为30 cm且垄上覆膜的处理4年的干草产量和平作对照无显著差异,而垄和沟的宽度均为60 cm,且垄上覆膜的处理干草产量比平作对照显著提高了41%,并且使紫花苜蓿草地产草高峰期提早了1~2年。垄和沟的宽度均为30或60 cm,且垄面裸露的两个处理产草量比平作对照有不同程度的降低。紫花苜蓿草地生长的第三年,深度为150 cm左右的土层是降水补充和水分消耗的平衡点。所有处理在紫花苜蓿生长4年后,200~500 cm 深度的土壤水分已经接近萎蔫系数。     

半干旱区垄沟集雨系统点尺度土壤水分动态随机模拟

为揭示土壤水分动态对半干旱区垄沟集雨系统水文和生态过程的影响机理,基于Laio土壤水分动态随机模型(Laio模型),利用中国气象局定西干旱气象与生态环境试验基地2012—2013年垄沟集雨燕麦生长季根系层土壤水分观测数据及2000—2015年日降水资料,分析不同覆盖材料(生物可降解膜、普通塑料膜和土壤结皮)和不同沟垄比(30∶60,45∶60和60∶60cm)对生长季燕麦根系层土壤水分动态的影响,研究点尺度土壤水分概率密度函数特征,并对模型涉及参数进行敏感性分析。结果表明:研究区年降水的季节分配极不均匀,主要集中在5—10月份,占总降雨次数的66.6%;年降雨量的85.32%来源于10 mm的降雨,以暴雨为主;近16年研究区降水量呈缓慢增长趋势。生物可降解膜垄(BMR)、普通地膜垄(CMR)和土垄(SR)临界产流降雨量分别为1.35、0.95 mm和5.31 mm,平均集水效率分别为87.892%、94.203%和27.488%;在燕麦生长季,BMR和CMR的土壤含水量显著大于SR,SR的土壤含水量显著大于传统平作,各处理土壤含水量均服从正态分布;通过Laio模型模拟得到的各处理土壤水分概率密度函数的曲线特征(峰值及其位置、90%置信区间)及数字特征(期望、方差)与观测结果基本一致,CM指数均大于0.5,且可将集雨垄径流量作为单次降水的随机事件处理,说明该模型可应用于垄沟集雨系统土壤水分概率密度函数的模拟,为半干旱区农田水分高效利用管理提供理论依据。     

模拟不同雨量下沟垄集雨种植对春玉米生产力的影响

为了探明沟垄集雨种植适宜的降雨量范围,使沟垄集雨系统更加有效,通过大田模拟降雨试验,研究了不同雨量下沟垄集雨种植对农田水温状况及春玉米个体发育、生物量积累、水分利用效率(WUE)和产量的影响.结果表明,在230～440mm雨量下,与平作处理相比,沟垄集雨种植处理后,沟内土壤10cm处温度增加了0.7～1℃,沟内120cm土壤平均储水量增加了5%～12%,玉米的出苗期提前1～2d,生育期普遍提前,株高、功能叶面积和生物量显著增加 (P＜0.05) .玉米籽粒产量及WUE在230mm雨量下分别增加了82.8%和77.4%,340mm雨量下分别增加了43.4%和43.1%,440mm雨量下分别增加了11.2%和9.5%.沟垄集雨种植春玉米适宜的雨量上限可能在全生育期降雨量440mm以下.     

半干旱黄土丘陵区苜蓿人工草地土壤磷素有效性及对生产力的响应

研究了半干旱黄土丘陵区以垄沟集雨技术建成的紫花苜蓿（Medicago sativa L．）人工草地对土壤磷索的影响。土壤全磷在处理之间和采样期之间均无显著差异。但在各处理土壤中速效磷在试验期间的减少量和苜蓿的干草产量成正比,垄上覆盖薄膜的2个垄沟处理（M30-垄和沟宽度均为30em,M60-垄和沟宽度均为60cm）比平作（CK）的干草产量分别显著提高了10．7％和40．3％,两个未覆盖的垄沟处理（B30-垄和沟宽度均为30cm,B60-垄和沟宽度均为60em）干草产量分别比平作对照下降了14．2％和28．3％。相应地,3a试验期间速效磷的减少量为M60（55．5％）〉M30（51．5％）〉CK（34．6％）〉B30（23．4％）〉B60（17．5％）。并且在3年试验后,所有处理的土壤有机碳和速效磷的比值（C／P比）均比播种前有显著增加,其中M30和M60的C／P比分别达到1165．1和1326．1,显著高于其他处理。试验还发现,在干旱年份土壤有机碳和有效磷显著正相关,而在湿润年份二者为显著负相关。要进一步提高苜蓿人工草地产草量或延长草地高产年限,必须寻找增加土壤有效磷的途径或方法。     

关中灌区沟垄集雨种植补灌对冬小麦光合特征、产量及水分利用效率的影响

通过大田试验,研究了沟垄集雨种植结合不同补灌量处理对冬小麦光合器官、光合速率、产量和水分利用效率的影响.结果表明:沟垄宽度各为60 cm时,集雨种植不灌溉(T1)、返青期种植沟补灌375 m3·hm-2(T2)和种植沟补灌750 m3·hm-2(T3)3个处理较平作灌水750 m3·hm-2(畦灌,T4)处理的小麦籽粒产量分别提高2.8％、9.6％和18.9％,收获系数提高2.0％～ 8.5％,旗叶叶绿素含量提高41.9％ ～64.4％,整个生育期内0～ 40 cm土壤含水量增加了0.1％～4.6％;开花期和灌浆期的叶片光合速率分别较T4处理提高了22.3％～ 54.2％和-4.3％～67.2％,农田总水分利用效率较T4处理分别提高17.9％、10.4％和15.4％,比平作不灌水处理(CK)提高69.3％、58.6％和65.7％;降水利用效率较CK提高94.3％ ～ 124.5％;T2、T3处理各生育阶段叶面积均显著高于T4处理,灌溉水利用效率分别比T4处理提高119.1％和18.8％.在灌溉量减少50％的条件下,集雨种植比畦灌处理能维持较高的籽粒产量,显著提高灌溉水利用效率,尤其是在降雨量偏少的年份,可以显著提高小麦水分利用效率.     

微集雨模式与降雨变律对燕麦大田水生态过程的影响

以春燕麦坝莜3号品种为试材,分别于2009年和2010年在甘肃省定西市农业气象站进行大田试验。两个生育期的降雨总量基本一致,其中2009年生长季的降雨变律特征与多年观察值相似,而2010年则表现为"前半期降雨多、后半期降雨少"的变律特征。微集雨技术共含8个不同处理,包括①平地不种植(裸地)、②平地种植和③6个垄沟和覆膜处理组(3种垄沟宽度比(2 ∶ 1、1 ∶ 1和2 ∶ 3)× 2种覆膜方式(垄上覆膜和不覆膜)),测定了各处理组土壤剖面贮水量、耗水量、水分利用效率和产量相关指标。结果表明,垄上覆膜处理组的叶面积指数、水分利用效率和产量显著高于其它处理组,同时提高了雨水转化为土壤水和作物水的转化效率,并促进了生育后期土壤贮水量的迅速回升。就不同垄沟比来说,各参数值在垄沟比为1 ∶ 1的处理组中最高。此外,就两种降雨变律年型而言,"降雨量前倾"的2010年燕麦的水分利用效率、产量和叶面积指数显著高于2009年(P<0.05),且显著提高了0-130 cm剖面土壤贮水量。     

覆膜与沟垄种植模式对旱作马铃薯产量形成及水分运移的影响

研究了覆膜及不同沟垄种植模式对黄土高原西部半干旱区旱作马铃薯产量形成和水分运移的影响.结果表明:平畦覆膜(T2)、全膜双垄沟播(T3)、全膜双垄垄播(T4)、半膜膜侧种植(T5)和半膜沟垄垄播(T6)种植方式的产量分别比传统平畦不覆膜(T1)方式高50.1%、75.9%、86.8%、69.6%和60.6%;水分利用效率(WUE)分别提高47.0%、82.7%、84.0%、75.2%和54.3%,其中,T4、T3产量和WUE增加幅度最大.与传统方式相比,各覆膜及沟垄处理普遍优化了马铃薯各产量构成性状,其中T4和T3最有利于大薯率和中薯率的提高、绿薯率和烂薯率的降低,其单株结薯数和单株薯产量也较高.因此,全膜双垄垄播和全膜双垄沟播为半干旱区马铃薯适宜的抗旱节水高产种植模式.     

陕北半干旱区沟垄覆膜集水模式下糜子边际效应及生理特性

通过连续3年大田定位试验,研究了陕北半干旱区不同沟垄覆膜集水模式下糜子边际效应和生理特性.试验设4种不同的沟垄宽度(带型),垄∶沟分别为40 cm∶40 cm(P₄₀)、60 cm∶60 cm(P₆₀)、80 cm∶80 cm(P₈₀)、100 cm∶100 cm(P₁₀₀),对照为露地平播(NM).结果表明: 随着沟垄宽度的增大,糜子的产量边际效应指数和边际效应增大,边行的增产作用呈上升趋势,最大增产率达207.7%,而中行的增产作用呈下降趋势,增产幅度最低仅为103%.带型60 cm∶60 cm的糜子产量在3年中均为最高.同一处理内,边行对糜子产量的贡献率大于中行,差异达到显著水平.不同带型边行的叶绿素含量、Chl a/Chl b、光合速率均大于中行;沟垄宽度越大,边行的光合能力越强,中行的光合能力越弱.带型60 cm∶60 cm是陕北半干旱区糜子种植的适宜带型.     

施肥和覆膜垄沟种植对旱地小麦产量及水氮利用的影响

通过大田试验研究了施肥和覆膜垄沟种植对旱地冬小麦群体动态、产量构成及水氮利用的影响。结果表明,覆膜垄沟种植和追肥处理可显著提高旱地冬小麦穗数,追肥处理可减少后期无效分蘖;覆膜垄沟种植和追肥处理产量分别比农户模式提高了11.73%和13.91%,穗数和穗粒数是其产量提高的关键因素;覆膜垄沟种植方式可减少土壤水分损耗,水分利用率为11.60 kg · hm^-2 · mm^-1,显著高于其他处理;追肥处理能有效促进小麦生育中后期对氮素的吸收利用,在基施氮量165 kg/hm²上再追肥30 kg/hm²,地上部分吸氮总量增加15.45 kg/hm²,追肥氮的利用率显著高于底肥氮利用率,为51.5%。     

半干旱地区膜垄和土垄的集雨效率和不同集雨时期土壤水分比较

于 2 0 0 2年 4月～ 8月在兰州大学干旱农业生态榆中试验站进行研究 ,在平地上形成沟垄相间的微地形 ,采用 3种沟垄比和两种下垫面材料 ,垄作为径流区 ,沟作为集水区 (沟内不种任何作物 )。采用平均产流率法分析了不同垄型集水面的集水效率 ,结果表明 ,膜垄的平均集水效率为 90 % ,土垄的平均集水效率为 16 .8% ;通过对不同垄型集水面垄中、沟边、沟中的土壤水分进行比较发现 ,对于膜垄在集雨的各个时期沟中的土壤含水量高于垄中 ,沟边的土壤含水量介于沟中和垄中土壤含水量两者之间。如 7月 14日测定 ,沟中、沟边和垄中 0～ 2 0 0 cm土层土壤平均含水量分别为 10 .39%、10 .2 4 %和 9.4 2 % ;对于土垄 ,在集雨前期和集雨中期 ,沟中和沟边的土壤含水量相差不大 ,沟中和沟边的土壤含水量均低于垄中的土壤含水量 ,表现出和膜垄完全不一样的特性 ,如 7月 14日测定 ,沟中、沟边和垄中 0～ 12 0 cm土层土壤平均含水量分别为 8.98%、8.6 8%和 10 .0 3% ,在集雨后期 ,沟边和沟中的土壤含水量大于垄中土壤含水量 ,如 8月 13日测定 ,沟中、沟边和垄中 0～ 12 0 cm土层土壤平均含水量分别为 9.76 % A、9.38% B和 7.94 % C,该试验表明土垄在集雨后期 ,在集雨和土壤水分分配方面表现出和膜垄的相似的特性     

山地果园集雨-壤中防渗对水分入渗、分布和利用率的影响

集雨-壤中防渗技术是在起垄覆膜垄沟覆草技术的基础上提出的一项新技术.为了探讨集雨-壤中防渗技术在陕北黄土丘陵区山地果园的应用效果,在米脂县党塔苹果科技示范基地山地红富士苹果园布设对照(CK)、黄绵土夯实防渗(L_1)、红黏土防渗(R_1)、红黏土夯实防渗(R_2)4种处理,测定了不同防渗层类型的土壤容重、稳渗率以及不同处理的土壤水分、果实品质、产量和水分利用率.结果表明:红黏土夯实防渗层防渗效果最好,其土壤容重(1.61g·cm^-3)最高,持水量最低,稳定入渗率(0.02 mm·min^-1)最小,采用Kostiakov经验公式方程能很好地模拟不同防渗处理水分入渗特征.在整个苹果生长季节,不同防渗处理均能提高集雨沟下0~60 cm土层的土壤含水量,其中,R_2的含水量始终最高,在旱季可以达到苹果树生长发育适宜的含水量标准;壤中防渗处理60 cm土层以下20~30 cm范围内存在一个明显的"低湿层",但低湿层至200 cm土层的土壤含水量变化趋势较为稳定,较CK略有增加;集雨-壤中防渗处理能够提高果实产量和水分利用率、改善品质.其中,R_2处理的产量比CK提高了19.2%,优果率提高了26.5%,水分利用效率提高了24.5%.建议陕北黄土丘陵区山地苹果生产中大力推广集雨-壤中防渗技术.     

Availability and contributions of soil phosphorus to forage production of seeded alfalfa in semiarid Loess Plateau

The availability of soil phosphorus was studied in response to the forage production of seeded alfalfa (Medicago sativa L.), established by the ridge and furrow water-harvesting technique in the semiarid Loess Plateau of China. The following 5 treatments were set up in this study: (1) conventional cultivation in a flat plot without mulch (CK); (2) plastic mulched ridge with 30 cm width of ridge and furrow (M30); (3) plastic mulched ridge with 60 cm width of ridge and furrow (M60); (4) bare ridge with 30 cm width of ridge and furrow (B30); (5) bare ridge with 60 cm width of ridge and furrow (B60). The forage yield, evapotranspiration (ET), soil organic carbon (SOC), total phosphorus, available phosphorus and the ratio of soil organic C to available P (C/P) were measured in the experiment. Results showed that the positive correlation occurred between the decrease in soil available P and the total forage yield of alfalfa after three-year alfalfa stand. M30 and M60 were higher than those of conventional flat cultivation (CK) by 10.7% and 40.3%, respectively, whereas the yield of two bare treatments (B30 and B60) was lower than that of CK by 14.2% and 28.3%, respectively. After a 3-year alfalfa stand, the trend of the decrease in soil available P was in the order of M60 (55.5%) > M30 (51.5%) > CK (34.6%) > B30 (23.4%) > B60 (17.5%). Moreover, after 3-year alfalfa growth, the C/P ratio increased significantly in all of the treatments by comparing with that before sowing. The C/P ratios of M30 (1165.1) and M60 (1326.1) were significantly higher than those of the other treatments. More interesting finding was that the increase in SOC in dry years promoted the accumulation of soil available P. However, in wet years, the increase of SOC limited the accumulation of soil available P. Therefore, to further increase the forage yield of alfalfa, the effective technique must be developed to increase the soil available P.     

垄作与覆膜对川中丘陵春玉米根系分布及产量的影响

通过设置田间试验,研究种植方式(垄作垄播、平作、垄作沟播)与覆膜措施对川中丘陵春玉米根系分布和玉米产量的影响.结果表明: 垄作与覆膜对玉米根系形态影响显著,覆膜显著提高了玉米根长、根表面积和根体积,拔节期覆膜较不覆膜处理分别提高了42.3%、50.0%和57.4%.覆膜提高了各土层和各水平各层次根质量,扩大了根系在土壤垂直和水平方向上的分布,提高了拔节期20～40 cm土层和水平方向上宽行0～20 cm根系比例.种植方式对根系生长和分布的影响因覆膜而异,覆膜下垄作垄播显著提高了各土层根质量和20～40 cm土层根量分配比例,同时提高了水平方向上各层次根量和宽行根系分配比例,总根质量表现为:垄作垄播>平作>垄作沟播;不覆膜下垄作沟播显著提高了窄行0～40 cm根量,吐丝期总根质量表现为:垄作沟播>垄作垄播>平作.从玉米穗部性状和产量看,覆膜降低了玉米秃尖长,提高了穗长、穗粒数、千粒重和产量,覆膜下产量表现为:垄作垄播＞平作＞垄作沟播;不覆膜下则表现为:垄作沟播＞平作＞垄作垄播.覆膜下垄作垄播促进了根系特别是深层根质量的增加,同时增加了深层根系和水平20～40 cm根系比例,这是其增产的重要原因;而不覆膜下垄作沟播有利于根系生长,从而提高产量.