不同秸秆还田和耕作方式对夏玉米农田土壤呼吸及微生物活性的影响

采用基质诱导呼吸法和CO2释放量法,研究了冬小麦季长期不同耕作方式(常规翻耕、免耕和深松)和秸秆处理(秸秆还田和无秸秆还田)对夏玉米田土壤呼吸及微生物活性的影响.结果表明:秸秆还田和保护性耕作主要在O～ 10 cm土层起作用.秸秆还田能明显提高土壤微生物生物量碳和微生物活性,降低呼吸熵,在苗期和开花期提高土壤呼吸,而在灌浆期、腊熟期和收获期降低土壤呼吸;在相同秸秆处理条件下,深松和免耕比常规翻耕能显著降低土壤呼吸和呼吸熵,提高微生物生物量碳和微生物活性.整个生育期,秸秆还田结合保护性耕作能显著提高微生物生物量碳和微生物活性,降低呼吸熵,与常规翻耕无秸秆还田相比,深松秸秆还田和免耕秸秆还田0～10 cm土层微生物生物量碳平均提高了95.8％和74.3％,微生物活性提高了97.1％和74.2％.     

玉米花生间作对玉米光合特性及产量形成的影响

为了进一步揭示玉米花生间作体系中玉米间作产量优势的光合机理,于2010—2011年在河南科技大学试验农场研究了间作玉米功能叶的光-光响应曲线和光-CO2响应曲线特点、荧光参数、叶绿素含量与构成、干物质积累及灌浆速率。结果表明:间作提高了玉米功能叶片的叶绿素含量,改变了叶绿素构成,显著提高了净光合速率,延缓衰老;间作提高了玉米光补偿点、光饱和点、光饱和时的最大净光合速率、表观量子效率和羧化效率,显著降低了CO2补偿点;PSⅡ的实际光化学效率、PSⅡ的最大光化学效率和光化学猝灭系数变化不明显。间作明显提高玉米生育后期单株干物质,主要在于促进了籽粒的生长,显著提高玉米产量,偏土地当量(PLER-M)高于其所占面积比例的106.6%—120.3%,表现出明显的间作产量优势。这说明间作玉米产量间作优势主要来源于其生育后期净光合速率的提高,促进光合物质向籽粒的分配,净光合速率的提高是通过羧化效率和表观量子效率的提高,增强CO2的固定能力实现的,而非是光能传递、转化效率的提高。     

保护性耕作条件下小麦田甲烷吸收及影响因素

采用静态箱-气相色谱法对保护性耕作和常规耕作小麦田的CH₄排放进行了原位测量,同时测量了土壤温度、水分、无机氮等相关影响因子,以研究保护性耕作农田CH₄排放通量及相关因素的影响.结果表明：保护性耕作及常规耕作麦田CH₄的排放具有明显的季节性变化规律,且变化趋势一致;保护性耕作与常规耕作各处理的CH₄平均吸收通量、季节吸收量差异显著（P<0.05）.在小麦生长季内,各处理农田均表现为CH₄的吸收汇.各处理CH₄季节吸收通量表现为：常规耕作无秸秆还田>常规耕作秸秆还田>深松秸秆还田>耙耕秸秆还田>旋耕秸秆还田>免耕秸秆还田,与常规耕作相比,保护性耕作CH₄吸收通量减少.保护性耕作CH₄吸收通量与温度呈正相关,与水分呈负相关,常规耕作CH₄吸收通量与两因子相关不显著;各处理CH₄吸收通量与NH₄⁺-N含量呈显著负相关.     

不同耕作措施的温室气体排放日变化及最佳观测时间

在连续6 a耕作模式的基础上,利用静态箱-气相色谱法对常规耕作与免耕条件下小麦生育后期麦田CO2、CH4、N2O通量日变化进行了连续48 h观测,并确定1 d中最佳的观测时间。结果表明,常规耕作与免耕条件下小麦生育后期麦田CO2、CH4、N2O通量具有显著的日变化特征,常规耕作处理和免耕处理土壤表现为CH4的吸收汇、CO2、N2O的排放源。CH4日均吸收通量:常规耕作无秸秆还田处理(AC)>常规耕作秸秆还田处理(PC)>免耕(PZ);CO2日均排放通量:常规耕作秸秆还田处理(PC)>常规耕作无秸秆还田处理(AC)>免耕(PZ);N2O日均排放通量:常规耕作秸秆还田处理(PC)>常规耕作无秸秆还田处理(AC)>免耕(PZ)。相关性分析表明,常规耕作及免耕条件下CO2、CH4、N2O通量日变化与地表温度和5 cm地温呈极显著(P<0.01)或显著(P<0.05)的正相关关系,温度是决定温室气体日变化的主要决定因素。通过矫正系数和回归分析表明,在小麦生育后期(4—6月),CO2的最佳观测时间段在8:00—10:00,CH4为8:00—10:00,N2O为8:00—12:00。     

耕作措施对冬小麦田杂草生物多样性及产量的影响

在连续5a秸秆全量还田的免耕、旋耕、耙耕、深松和常规耕作试验地中,设置了除草和不除草处理,研究了其对杂草总密度、优势杂草种类、生物多样性指数和冬小麦产量的影响,并分析了杂草与小麦间的竞争关系。结果表明,麦田杂草主要有7种,分别是麦蒿(Descuminia sophia (L.) Webb ex Prantl)、荠菜(Capsella bursa-pastoris (L.) Medik)、燕麦(Avena sativa L.)、田旋花(Convolvulus arvensis L.)、刺儿菜(Cirsium setosum (Willd.) Bieb.)、繁缕(Stellaria media (L.) Vill.)、麦家公(Lithospermum arvense L.)。在未除草条件下,免耕、深松的杂草总密度显著提高;而在除草条件下,杂草密度显著下降。免耕、深松、常规耕作在未除草条件下,优势杂草种类为麦蒿、荠菜,旋耕、耙耕条件下的优势杂草为麦蒿;而除草后各处理的优势杂草均只有麦蒿。耙耕、常规耕作措施在未除草条件下杂草群落具有较高的物种丰富度和均匀度。无论哪种耕作措施,除草能提高冬小麦产量,其中以深松耕作结合除草处理的小麦产量最高。在小麦抽穗期,未除草处理杂草株高接近或高于小麦株高,会造成杂草与小麦间的光竞争,对小麦的生长状况有显著影响,从而导致小麦产量降低。     

土壤耕作及秸秆还田对夏玉米田杂草生物多样性的影响

于2008年夏玉米(Zea mays)生长期间,在连续5a秸秆全量还田的免耕、旋耕、耙耕、深松和常规耕作试验地中,研究了杂草总密度、优势杂草种类、生物多样性指数、杂草生物量和夏玉米产量。调查共记录杂草种类13种,秸秆全量还田时,免耕显著提高杂草的总密度;无秸秆还田时,常规耕作的杂草密度高于免耕、旋耕、耙耕和深松。秸秆全量还田后,免耕和深松条件下,杂草优势种为马唐和旱稗,旋耕和耙耕条件下为马唐、旱稗和牛筋草;常规耕作条件下,优势杂草为马唐、苘麻、旱稗和香附子。无秸秆还田条件下,免耕和常规耕作增加了杂草优势种的数量。秸秆全量还田后,免耕、耙耕和深松等耕作措施导致杂草群落的物种丰富度及均匀度均较高。无论哪种耕作条件,5a连续秸秆还田能够显著提高夏玉米籽粒产量和生物学产量,其中尤以常规耕作秸秆全量还田处理产量最高,且田间杂草的生物学产量与夏玉米的生物学产量呈显著负相关关系。     

玉米-花生间作对作物产量和光合作用光响应的影响

研究了玉米-花生间作对玉米、花生经济产量及功能叶片光合作用光响应的影响.结果表明：间作体系总体表现出明显的产量优势,2004和2005年分别为2 896和2 894 kg·hm^-2,土地利用率提高了14%～17%;玉米-花生间作提高了玉米功能叶片的光饱和点、光补偿点和强光时的光合速率,降低了花生功能叶片的光补偿点和光饱和点,但提高了花生表观量子效率和弱光时的光合速率.表明间作提高了玉米对强光和花生对弱光的利用能力,从而使间作体系表现出明显的产量优势.     

不同环境条件下小麦氮代谢关键酶活性及籽粒品质

研究了两种环境条件下3个不同蛋白含量小麦品种的氮代谢关键酶活性及籽粒品质的差异.结果表明,龙口试验点的小麦旗叶硝酸还原酶(NR)、谷胺酰氨合成酶(GS)和籽粒谷胺酰氨合成酶活性均显著高于泰安试验点,3个品种间的酶活性顺序均为：济麦20＞优麦3号＞PH971942.优质强筋小麦品种的籽粒综合品质性状在龙口试验点的表现优于泰安试验点. 灌浆期环境因素与小麦籽粒品质和酶活性存在显著的相关性,灌浆期间的较高气温、适当干旱和寡照环境有利于提高小麦籽粒品质.龙口试验点的中、强筋小麦品种和泰安试验点的中筋小麦品种蛋白质含量与旗叶NR和GS活性均达显著正相关.小麦品种用途不同,对环境条件的要求不同,适宜的环境条件提高了氮代谢关键酶的活性,利于改善小麦品质.     

施氮水平对不同种植制度下玉米氮利用及产量和品质的影响

研究了不同施氮量对套作和单作条件下春、夏玉米氮利用以及产量和品质的影响. 结果表明,随着施氮量的增加,单作和套作条件下,春、夏玉米吸氮量显著增加,籽粒产量、生物产量和籽粒蛋白质产量也显著增加.由于春、夏玉米需求的养分种类与形态一致,低氮条件时竞争较激烈,春玉米处于优势地位,但其吸氮量仍低于单作.增加施氮量可以缓解这种竞争,利于玉米的高产优质.施氮量由187.5 kg·hm^-2增至375 kg·hm^-2时,春、夏玉米单作时生物产量平均增加1.717 kg·kg^-1 N,而套作时平均增加12.179 kg·kg^-1 N;春、夏玉米单作时蛋白质产量平均增加0.305 kg·kg^-1 N,而套作时平均增加1.829 kg·kg^-1 N;春夏玉米套作的土地当量比由1.59增加到1.91.与单作相比,春夏玉米套作可显著提高玉米产量和改善品质,增施氮肥有利于套作条件下玉米高产优质潜力的充分发挥.     

不同耕作方式和秸秆还田对麦田土壤有机碳含量的影响

通过两个生长季试验,研究了不同耕作方式和秸秆还田及其交互效应对小麦全生育期0～20 cm土壤有机碳含量的影响.结果表明：小麦不同生育时期0～20 cm土层有机碳含量呈明显的动态变化;秸秆还田各处理的有机碳含量都高于无秸秆还田处理;保护性耕作措施土壤有机碳增加量显著高于传统翻耕.除传统翻耕处理外,各处理0～10 cm土层的有机碳含量都高于10～20 cm土层,秸秆还田各处理0～10 cm土层有机碳含量表现为深松(PS)＞旋耕(PR)＞免耕(PZ)＞耙耕(PH)＞传统翻耕(PC),而10～20 cm土层表现为传统翻耕(PC)＞深松(PS)＞旋耕(PR)＞耙耕(PH)＞免耕(PZ),说明保护性耕作措施能提高0～10 cm土层的有机碳含量.多因素方差分析表明：耕作因素、秸秆因素和两者交互效应在不同生育期对0～20 cm土层的有机碳含量都有显著影响.