长期保护性耕作对黄土高原旱地土壤水分及作物叶水势的影响

通过长期定位试验研究了黄土高原西部旱农区,传统耕作方式和5种保护性耕作措施对豌豆-小麦(P→W)和小麦-豌豆(W→P)轮作序列的耕层土壤水分和作物叶水势的影响。结果表明,与传统耕作(T)处理相比,保护性耕作都能不同程度地提高0—30 cm土层土壤含水量,增幅为3.29%—28.67%,其中免耕+秸秆覆盖(NTS)处理的土壤含水量在整个生育期内均为最高。豌豆和春小麦在不同生育期,叶水势的日变化趋势大致相同,均为清晨6:00最高,然后随着时间的推移而下降,大约在12:00—14:00之间达到最低,随后逐渐回升。春小麦各处理在拔节期和抽穗期的叶水势相对较高,孕穗期和开花期次之,灌浆期最低;叶片相对含水量在拔节期和抽穗期最高,开花期次之,灌浆期最低。豌豆各处理的叶水势均在出苗期和孕蕾期达到了最大值,分枝和开花期结荚期次之,灌浆成熟期相对较低;叶片相对含水量均随生育期的进程而呈下降趋势。整个生育期春小麦和豌豆各处理10:00的叶水势与0—30 cm平均土壤含水量之间显著相关,当土壤水分含量较低时,春小麦和豌豆叶水势与耕层土壤含水量的相关性达极显著水平。与传统耕作(T)相比,免耕+秸秆覆盖(NTS)、免耕+地膜覆盖(NTP)、免耕(NT)、传统耕作+秸秆还田(TS)、地膜覆盖(TP)5种保护性耕作措施能不同程度的提高作物叶水势、叶片相对含水量和作物产量,其中免耕+秸秆覆盖(NTS)的优势最明显。     

不同耕作措施对黄土高原旱地土壤呼吸的影响

在甘肃省定西市李家堡镇设置不同耕作措施试验,对春小麦、豌豆双序列轮作下的土壤呼吸及其对应时间的冠层温度、土壤水分进行了测定.结果表明：春小麦和豌豆在整个生育期内的土壤呼吸都表现出不同的变化趋势,春小麦地土壤呼吸在拔节前期、灌浆期和收后分别达到高峰期;豌豆地土壤呼吸在五叶期、吐丝期、开花结荚期和收后分别达到高峰期.免耕秸秆覆盖处理和传统耕作处理下春小麦地土壤呼吸日变化明显,免耕秸秆覆盖处理明显低于传统耕作处理;而豌豆地土壤呼吸日变化不明显.春小麦和豌豆冠层温度均与土壤呼吸呈显著线性相关,春小麦孕穗期相关性最高,灌浆期次之;豌豆开花结荚期相关性最高,分枝期次之.土壤含水量与土壤呼吸间存在极显著的凸型抛物线型相关,保护性耕作下的相关性都高于传统耕作,其中免耕秸秆覆盖处理的春小麦地和豌豆地土壤含水量与土壤呼吸的相关性在各层次土壤中均为最高,10～30 cm土壤含水量对春小麦地土壤呼吸的影响最大,5～10 cm土壤含水量对豌豆地土壤呼吸的影响最大.与传统耕作相比,免耕秸秆覆盖、免耕、传统耕作秸秆还田、传统耕作结合地膜覆盖、免耕结合地膜覆盖5种保护性耕作措施都能不同程度地降低土壤呼吸,其中免耕秸秆覆盖优势最明显.     

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%。     

不同耕作方式对陇中旱农区春小麦和豌豆根系空间分布及产量的影响

依托陇中旱农区长期的保护性耕作定位试验,对不同耕作方式下春小麦和豌豆根系空间分布特征及作物产量进行研究,以探索耕作措施影响作物产量的机制.结果表明: 随着生育期的推进,春小麦和豌豆的总根长、根表面积呈先增后减的趋势,开花期达到最大;春小麦根系苗期以0～10 cm最多,花期、成熟期10～30 cm最多;而豌豆根系苗期和成熟期均以0～10 cm最多,花期10～30 cm最多.免耕秸秆覆盖和免耕覆膜增加了根长和根表面积,春小麦和豌豆各生育时期的根长较传统耕作增加了35.9%～92.6%,根表面积增加了43.2%～162.4%.免耕秸秆覆盖和免耕覆膜优化了春小麦和豌豆根系分布,与传统耕作相比,增加了春小麦和豌豆苗期0～10 cm土层根长和根表面积分布比例,花期和成熟期深层次根系分布也显著增加,免耕秸秆覆盖在开花期30～80 cm土层根长和根表面积的分布比例分别比传统耕作提高了3.3%和9.7%.春小麦各生育期的总根长、根表面积与产量呈显著正相关,豌豆各生育期的总根长与豌豆产量呈极显著正相关.免耕秸秆覆盖和免耕覆膜较传统耕作春小麦和豌豆产量增加23.4%～38.7%,水分利用效率提高了13.7%～28.5%.在陇中旱农区,免耕秸秆覆盖和免耕覆膜可以增加作物根长和根表面积,优化了根系在土壤中的空间分布,增强作物根层吸收能力,从而提高作物产量和水分高效利用.     

短期干旱对水稻叶水势、光合作用及干物质分配的影响

采用盆栽水分试验,研究了不同生育期短期干旱处理对水稻叶水势、光合作用和干物质分配的影响．结果表明,干旱胁迫后,水稻叶水势低于对照,午后叶水势回升缓慢。凌晨叶水势随土壤含水量的降低而降低,表现为阈值反应。叶片净光合速率与凌晨叶水势密切相关,低于凌晨叶水势临界值,水稻叶片净光合速率急剧下降在水稻抽穗期和灌浆期叶片净光合速率显著下降的凌晨叶水势临界值为-1.04和-1．13MPa,对应的土壤含水量阈值分别为饱和含水量的61.0％和50．9％,土壤水势分别为-0．133和-0．240MPa干旱胁迫下单叶净光合速率的日变化规律表现为：胁迫较轻时,单叶净光合速率在正午附近出现低谷;胁迫严重时,净光合速率全天低于对照,且不及对照的一半。短期干旱后,水稻叶、根、穗的分配指数均降低,茎鞘的分配指数升高。本研究可为水稻节水灌溉管理和水分限制下水稻的生长模拟提供生理基础和理论依据。     

外界因子对杏树叶水势调控的研究

杏树(Prunus armeniaca L.)叶水势的日变化主要受控于一天中水汽压饱和亏(VPD)(或相对湿度)、大气温度和光照强度的变化。光照强度决定了一天中叶水势最低值的大小。在日进程中,随着水汽压饱和亏的逐渐增大和气温的逐渐升高,叶水势逐渐下降。当 VPD 和气温达到一定值时,叶水势达到一天中的最低值。此后,叶水势保持稳定,直到 VPD 和气温述到一天中的最大值后,叶水势最低值结束,并开始回升。在生长季节前期,每日叶水势最低值出现时的 VPD 值为4—7 mbar,后期为12—15 mbar,而气温始终是19℃左右。在其他条件相同时,叶水势的大小与叶片在树冠和枝条中所处位置无关。地膜覆盖和灌水虽可显著提高土壤水势,但对叶水势影响不大。     

保护性耕作对陇中旱作农田水分特征的影响

陇中旱农区生产力水平低而不稳,而保护性耕作措施是农业可持续发展的重要途径.本研究依托2001年建立在陇中旱农区的长期不同耕作措施的定位试验,研究了不同耕作措施对土壤水分入渗、蒸发、作物产量和水分利用效率的影响.该试验共设6个处理,分别为传统耕作(T)、免耕秸秆覆盖(NTS)、免耕(NT)、传统耕作+秸秆翻入(TS)、传统耕作+覆膜(TP)、免耕覆膜(NTP),春小麦和豌豆年间轮作.结果表明:与T处理相比, NTS处理的小麦地和豌豆地的土壤容重显著降低,总孔隙度显著增加.保护性耕作措施降低了豌豆地0～5 cm土壤渗吸率,NTS处理渗吸率比T处理降低56.2%.保护性耕作提高了土壤饱和导水率,无论小麦地和豌豆地,NTS均比T处理显著提高了饱和导水率,增幅为52.8%～107.1%.保护性耕作显著降低了作物生育期棵间蒸发量,NTP、TP、NTS比T处理降低了14.4%～50.8%,并减弱了雨后土壤蒸发.保护性耕作提高了作物产量和水分利用效率,NTS、TP、NTP的产量比传统耕作提高了9.5%～62.8%,水分利用效率比传统耕作提高了0.4%～50.9%.因此,在陇中旱农区,保护性耕作措施可以提高水分利用效率,增加作物产量.     

绿洲生态条件下春小麦蒸发蒸腾特征及其影响因子

 在河西走廊临泽绿洲北部试验区,对春小麦进行3种水分处理并同时观测了全生育期内的蒸发蒸腾(ET)及环境中各生态因子和植物生理指标。结果表明：当年全生育期内,春小麦ET在充分供水条件下为593mm;在中等供水条件下为365mm;在少量供水条件下为280mm。其日蒸散量分别为5.5mm,3.4mm和2.8mm。讨论了影响ET和植物蒸腾的各植物生理指标和环境因子,发现在植物诸指标与蒸腾相关程度的顺序为：叶片水势、气孔导度和叶温(充分供水)及叶片水势、叶温和气孔导度(水分胁迫)。在环境诸因子中与ET的相关程度顺序是：有效光合辐射、净辐射、20cm土温、大气饱和水汽压差,15cm土温、气温、10cm土温、土壤表面温度及5cm土温。     

9种针阔叶幼树的蒸腾速率、叶水势与环境因子关系的研究

应用QK-1气孔仪和压力室测定了樟子松、青杨等9种针阔叶幼树的蒸腾速率与其叶水势及与环境因子的关系。采用多元线性回归和逐步回归对观测值的统计分析结果表明:在土壤供水良好的条件下,其蒸腾速率主要受气象因子的影响,与其叶水势的相关性不显著。控水试验结果表明:在水分胁迫条件下其蒸腾速率与其叶水势和土壤含水量的相关性最显著。     

树锦鸡儿、柠条锦鸡儿、小叶锦鸡儿和鹰嘴豆干旱适应能力比较

对1年生豆科作物鹰嘴豆Rupali品种和Almaz品种以及多年生植物树锦鸡儿、柠条锦鸡儿和小叶锦鸡儿叶相对含水量和叶水势对逐渐干旱胁迫的响应进行了分析,比较了两类植物的干旱适应能力。结果表明鹰嘴豆叶相对含水量随叶水势的下降线性下降,树锦鸡儿、柠条锦鸡儿和小叶锦鸡儿叶相对含水量在叶水势分别下降到-2.4MPa、-2.5MPa和-1.5 MPa之前没有下降,之后随水势的下降线性下降。树锦鸡儿、柠条锦鸡儿和小叶锦鸡儿这种叶相对含水量下降的滞后性表明该类植物叶具有较硬而弹性较差的细胞壁,使得植物在干旱胁迫下叶具有良好的保水能力。鹰嘴豆叶具有的最低水势为-4.5MPa,对应的土壤相对含水量为14％,锦鸡儿植物叶具有的最低水势可达-6.7MPa,对应的土壤相对含水量为6％,说明锦鸡儿植物比鹰嘴豆具有更好的干旱适应能力,这种能力可能取决于锦鸡儿植物体内大量渗透调节物质的累积。     

覆盖对西北旱地春小麦旗叶光合特性和水分利用的调控

2015—2016年在西北黄土高原半干旱区进行大田定位试验,以‘陇春35号’为试验材料,设全膜覆土穴播(PMS)、全砂覆盖穴播(SM)和露地穴播(CK)3个处理,分析旗叶光合特性、春小麦耗水特性和产量构成因子之间的关系.结果表明: PMS和SM 在0～300 cm土层的土壤贮水量在灌浆前分别较CK提高47.8和31.6 mm,灌浆期均较CK降低15.6 mm.PMS和SM提高春小麦挑旗-抽穗期和扬花-灌浆期的土壤耗水.PMS和SM的叶面积指数分别较CK提高59.0%～73.7%和40.1%～52.7%,叶片SPAD值分别较CK提高3.5%～28.4%和2.9%～23.9%.PMS的光合速率和气孔导度在春小麦挑旗、抽穗、扬花期分别较CK提高23.5%、33.0%、17.7%和32.6%、76.4%、66.9%,灌浆期分别较CK降低26.2%和16.4%;PMS和SM的气孔限制值在抽穗、扬花、灌浆期分别较CK降低14.6%、23.9%、22.3%和25.7%、29.8%、17.4%.叶片瞬时水分利用效率PMS在挑旗期较CK提高57.8%,扬花期降低11.2%.PMS的表观量子效率在抽穗、扬花期分别较SM和CK增加22.6%、18.7%和26.8%、14.3%.PMS和SM春小麦的株高和产量构成因子均显著高于CK,且在干旱年份增幅较大;PMS的产量较CK和SM分别提高36.2%和8.7%,水分利用效率分别提高9.4%和3.4%.因此,PMS和SM提高了小麦灌浆前土壤贮水,加剧了挑旗到抽穗和扬花到灌浆期的耗水,提高了小麦叶片SPAD值和叶面积指数,增强了小麦灌浆前旗叶光合功能,促进 “库”的建成和同化物的转运,实现增产和水分高效利用.PMS在丰水年份的增产潜力和干旱年份的适应能力比SM更强.     

Effects of tillage systems on wheat and weed water relationships over time when growing together,in semiarid conditions

Water availability directly influences interactions and competition between weeds and crops. This article is based on the idea that relative water content (RWC) indicates the water uptake within plants and that it is possible to explain the water relationships between plants that are growing together. A field experiment carried out for 3 years (2013–2014, 2014–2015 and 2015–2016) compared the short-term effects of years and tillage systems on wheat grain yield, weed density, wheat-RWC, weed-RWC and soil water content (SWC), at tillering and flowering stages in a winter wheat monoculture system. The three tillage treatments were conventional tillage (CT), minimum tillage (MT) and no-tillage (NT). Wheat grain yield was low all years of study, because of low interannual rainfall, and we did not observe differences between tillage systems. Weed density was also affected by year and not by tillage systems. Lowest winter rainfall (73.4 mm from Nov to Feb) in the last year of the study (2015–2016), decreased the weed density in all tillage systems. Despite the rainfall variability over the 3 years of study, the NT system presented higher weed density (73 plants/m²) than MT and CT systems (39.83 and 46.33 plants/m²). We also observed a higher number of weed species for the NT system, facilitated by a high soil water storage in this system. The wheat-RWC, at tillering stage, varied with years and tillage systems; we found that high winter rainfall (2013–2014) led to higher values in CT (64.5%) compared with MT (52.9%) and NT plots (52.9%). Weed-RWC values did not vary and SWC was greater in NT than in CT and MT. At flowering stage, the year (2015–2016) with highest spring rainfall favoured higher wheat-RWC in NT (56.9%) compared with CT (48.3%). However, the lowest spring rainfall coincided with the lowest weed-RWC, (18% in NT plots) and SWC was always higher in NT soils. The results showed that climatic conditions affected the water competence dynamics between weeds and wheat in different ways. Seemingly, weeds can tolerate a lack of water availability until crop tillering stage independently of tillage system; however, the competition for water was not a problem as crops overcame the high weed density by flowering stage.     

全膜微垄沟穴播对春小麦土壤水热环境的影响及其光合和产量效应

减弱春季寒旱生境限制是提高甘肃中东部旱地春小麦产量的关键要素之一。本研究于2016—2018年在甘肃中部半干旱旱作区开展大田试验,以‘陇春35号’为供试品种,设置全膜微垄沟穴播(PRF)、全膜覆土穴播(PMS)和露地穴播(CK)3个处理,测定春小麦不同生育期0～300 cm土层的土壤含水量、0～25 cm土壤温度、叶片生物量、叶片叶绿素(SPAD)、光合速率、蒸腾速率和作物产量,从土壤水热-冠层发育-产量角度揭示PRF处理对土壤水热环境、水分利用效率(WUE)和产量的影响。结果表明: 与CK相比,PRF和PMS处理0～25 cm土层的土壤温度在苗期分别提高2.8和2.5 ℃,灌浆-成熟期分别降低1.4和0.9 ℃;0～300 cm土壤贮水量在播前-苗期分别增加59.7和41.8 mm;0～300 cm耗水量在苗期-灌浆期分别提高46.1和39.8 mm。与PMS处理相比,PRF处理的小麦苗期温度提高0.3 ℃,灌浆-成熟期降低0.5 ℃;播前-苗期0～300 cm土壤贮水量增加18.0 mm,拔节-成熟期耗水量提高13.0 mm。基于对土壤水热条件的优化,PRF和PMS处理的叶片生物量、SPAD值、苗期-灌浆期叶片净光合速率、蒸腾速率均显著高于CK,且PRF处理均显著高于PMS处理。PRF处理比PMS处理和CK分别增产9.1%和36.5%,WUE分别提高5.9%和30.8%。因此,PRF处理能提高苗期地温,降低灌浆-成熟期地温,促进春小麦苗期-灌浆期的耗水,提高了春小麦叶片SPAD值和生物量,增强春小麦苗期-灌浆期旗叶的光合功能,从而实现增产和水分高效利用,而且这一优势在欠水年份(2016和2017年)更加明显。     

地面覆盖和保水剂对冬小麦生长和降水利用的影响

在河南省西部丘陵旱耕地上,研究了保水剂（0、45、60 kg·hm^-2）、秸秆覆盖（3000和6000 kg·hm^-2）和地膜覆盖（＜0.005 mm）对冬小麦生长发育、土壤水分和降水利用的影响.结果表明：3种措施均能促进冬小麦生长,改善土壤水分和养分状况,提高冬小麦产量和降水利用效率,特别是保水剂与秸秆覆盖、保水剂与地膜覆盖相结合效果更显著.与对照相比,不同措施使冬小麦不同生育期土壤含水量提高0.1%～6.5%,拔节期前地膜覆盖处理保墒效果最佳,拔节期后保水剂处理保墒效果较佳,扬花期和灌浆期墒情最差.不同措施使冬小麦产量比对照提高2.6%～20.1%,并以秸秆覆盖+保水剂处理最佳,增产14.2%～20.1%;其次为地膜+保水剂处理,平均增产11.9%.不同措施降水利用效率存在相同趋势,比对照提高0.4～3.2 kg·mm^-1·hm^-2.表明地面覆盖和保水剂的应用改善了农田土壤水分状况和养分状况,提高了降水利用率,从而促进了冬小麦分蘖,提高了穗粒数和千粒重.     

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.     

保护性耕作对农田土壤水分和冬小麦产量的影响

保护性耕作是提高土壤蓄水保墒能力并增加作物产量的重要农艺措施之一.基于河南省长期定位试验2011-2016年数据,分析不同耕作措施(传统耕作、免耕和深松处理)对土壤水分、作物产量和水分利用效率的影响.结果表明: 2011-2016年免耕和深松耕作处理下冬小麦拔节期平均相对保墒率分别为7.3%和-0.68%,且免耕较传统耕作显著提高了冬小麦拔节期0～60 cm土壤贮水量.与传统耕作相比,免耕提高了冬小麦拔节期、扬花期、灌浆期和成熟期0～100 cm土壤平均含水量,而深松耕作并未明显提高冬小麦拔节期土壤平均含水量.此外,免耕较传统耕作能够显著提高冬小麦产量和水分利用效率,尤其在较干旱年份其增产效果更优.因此,免耕的蓄水保墒及增产效果在较干旱年份明显优于深松耕作.     

Yield and yield components of maize and soil physical properties as affected by tillage practices and organic mulching

Maize (Zea mays L.) is an important grains cereal crop. Lots of farmers using tillage and mulching practices influence the final yield, to maintain up with the growing demand for food, fuel and feed. Field experiments were conducted to investigate the effects of tillage practices (i.e. conventional tillage CT, reduced tillage RT, deep tillage DT) and wheat straw mulching (i.e. no mulch and wheat straw mulch of 4, 8 and 12 Mg ha⁻¹, SM0, SM1, SM2 and SM3 respectively) on the growth, yield and yield components of maize and some of soil physical properties. The results showed that compared with RT, DT and CT decreased soil bulk density, as well as led to increase soil water content. Application of mulch treatments increased soil water content. DT and CT have been associated with greater plant height, yield components, grain and biomass yield than RT treatment. Plant height, yield components, grain and biomass yield as well as soil water content increased following mulching treatments. Mulching treatment of SM2 had the largest positive effects on maize yield. DT and CT that have potential to break the compacted zone in soil leading to a better soil environment and crop yield. The application of wheat straw mulch could be an efficient soil management practice for corn production in arid subtropical climate region.