有机氮替代无机氮对旱作全膜双垄沟播玉米产量和水氮利用效率的影响

为了促进黄土高原西部半干旱区水氮高效利用和农业的可持续性生产,探索适宜的有机氮替代无机氮水平,于2016—2018年在甘肃农业大学旱作农业综合实验站进行了3年的大田试验,设置了6个处理:单施化学氮肥不施有机肥(T₁)、有机肥50%替代化学氮肥(T₂)、有机肥37.5%替代化学氮肥(T₃)、有机肥25%替代化学氮肥(T₄)、有机肥12.5%替代化学氮肥(T₅)和不施氮肥对照(CK),研究了有机氮替代无机氮对全膜双垄沟播玉米种植系统产量、经济效益、水氮利用效率的影响.结果表明: 氮肥施用显著增加了玉米产量和水氮利用效率.在200 kg·hm^-2施氮水平下,有机肥氮替代处理在干旱年份表现出明显的增产增效作用;而在丰水年,有机氮替代无机氮处理籽粒产量、水氮利用效率与对照无显著差异.总体来说,与单施化肥相比,50%和37.5%替代处理籽粒产量分别增加15.6%和18.2%,收获指数分别增加35.1%和27.0%;水分利用效率、降水利用效率、氮肥农学利用效率和偏生产力分别增加17.4%、15.7%、15.6%、155.2%和22.3%、17.7%、18.0%、179.3%.表明在相等的总氮量投入下,50%和37.5%是该地区全膜双垄沟播玉米有机氮替代无机氮的适宜水平,建议在生产中推广应用.     

黄土高原旱塬区土壤贮水量对冬小麦产量的影响

选择黄土高原旱塬区最具代表性的董志塬所在地西峰站冬小麦2 m土层20 a土壤贮水量与产量资料,从大气降水-土壤水-作物循环系统的理论观点出发,研究土壤贮水量对冬小麦产量的影响。结果表明:土壤贮水量减少是旱塬区现代气候暖干化的重要特征,冬小麦生长年度2 m土层土壤贮水量历年平均值为351 mm,总体变化呈下降趋势,每10 a约减少21.4 mm,生长关键阶段的拔节期和孕穗-开花期变化最大,每10 a约减少32.1 mm和54.2 mm;而秋季底墒和返青期变化较平缓,每10 a约减少12.2 mm和7.6 mm,愈往生殖生长阶段干旱出现频率愈大。土壤贮水量突变年与气候产量突变年均发生在1994-1995年。不孕小穗率和千粒重与产量的相关性非常密切,是影响产量的主要要素。不孕小穗率对土壤贮水量的反应尤为敏感,其次是千粒重,最小是穗粒数。不同生育期2 m土壤贮水量与千粒重均呈正相关,其中拔节期与千粒重呈极显著直线相关,每增加10 mm千粒重提高0.8 g,当土壤贮水量在320-500 mm时,千粒重≥30 g,出现频率为80%。土壤贮水量是影响产量最重要的因素,拔节期2 m土壤贮水量与气候产量关系最密切。苗期主要利用浅层土壤水,营养生长中后期至生殖生长阶段主要利用中层和深层土壤水,而且愈往生长后期所利用的土层愈有加深的趋势。在产量形成过程中,不同深度土壤贮水量均起到重要作用,但浅中层(50 cm至1 m)具有突出作用;生殖生长阶段深层(2 m)土壤水向浅中层输送,对产量形成起重要的"补偿作用"。秋季底墒和返青至拔节期土壤贮水量是冬小麦需水和供水矛盾最突出的时期,对产量影响最显著。土壤贮水量对冬小麦产量贡献非常显著,产量年际波动主要受土壤贮水量的影响,气候变干前后的土壤贮水对产量的贡献不同,变干前平均气候产量为 604.4 kg/ hm²,变干后平均气候产量为 -154.2 kg/hm²,下降了758.6 kg/hm²,125.5%。气候变干后,干旱年份出现的频率增大,丰产年型减少20%,而歉收年型增加12%。建立冬小麦前期气候产量预测模式, 应选用浅中层底墒作预测因子; 中期模式应选用浅中层拔节期土壤贮水量作预测因子;綜合最佳模式应选用浅中层底墒和拔节期深层土壤贮水量的复合预测因子。因此,创建旱塬区现代农业发展模式,建立一整套旱作农业生产机制来应对气候暖干化,确保冬小麦安全生产。     

不同种植密度下玉米与豌豆间作对群体总产量的影响

于2014和2015年在黄土高原半干旱区全膜覆盖种植技术下,研究了不同种植密度下玉米行内间作豌豆对作物群体总产量的影响.结果表明: 2014年,当玉米株距为40和50 cm时,与不插播相比,在玉米株间插播2株豌豆显著提高了作物群体籽粒总产量;而在株距60 cm情况下,插播豌豆对作物群体总产量无显著影响.2015年,玉米株距40和50 cm情况下,与对应株距的单作玉米相比,在玉米株间插播2株豌豆对群体籽粒总产量无显著影响;但是在玉米株距60 cm的情况下,株间插播2株豌豆使作物群体籽粒总产量显著增加.导致两个试验年份之间玉米行内间作豌豆的产量效应差异的主要原因是生长季降水量在2014年较2015年充沛.综合比较,玉米株距40 cm、株间插播2株豌豆间作形式的籽粒总产量最高.此外,在玉米单作和行内间作中,籽粒总产量均随玉米株距的增大而减小.     

黄土高原阴/阳坡向林草土壤水分随退耕年限的变化特征

研究地点位于半干旱的黄土高原区,在坡向导致的土壤水分差异的基础上,分析该区域撂荒草地和人工林地土壤水分随退耕年限的变化特征,进而以自然草地为参照,分析不同坡向人工林地土壤水分亏缺程度。结果表明:总体上,阴坡土壤水分显著高于阳坡,撂荒草地、自然草地和林地土壤水分在阴/阳坡之间的差异分别为:3.1%、2.6%、1.5%;可见,人工林地降低了由坡向导致的土壤水分的差异。在阴/阳坡上,撂荒草地土壤水分随退耕年限增加皆呈显著增加趋势,并且,总体上,土壤水分的增加程度随年限增加而增大,尤其在深层的土壤水分。而林地土壤水分在阴坡和阳坡皆呈显著降低的趋势;通过对比阴/阳坡不同土层土壤水分随退耕年限变化趋势,阳坡人工林地上层土壤水分(0—1m和1—2m)随年限增加降低程度有所减少,然而,较深层(2—3m和3—4m)土壤水分在后期降低程度更大,而阴坡土壤水分随年限增加的降低程度呈现与阳坡相反的趋势;人工刺槐林地导致的土壤水分亏缺程度(以自然草地土壤水分为参考)随着年限增加呈增加趋势,且随深度增加呈增加趋势,总体上,阳坡人工林地除0—1m土层的土壤水分亏缺程度高于阴坡,其余土层平均土壤水分亏缺程度在前、中、后期皆低于阴坡。     

陇东黄土高原若干轮作技术方案水保效能评价分析

陇东黄土高原若干轮作技术方案水保效能评价分析李锋瑞,高崇岳（兰州大学生物系７３００００）（甘肃草原生态研究所兰州７３００２０）ＳｏｉｌａｎｄＷａｔｅｒＣｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎＥｆｆｉｃｉｅｎｃｉｅｓｏｆｓｅｖｅｒａｌＲｏｔａｔｉｏｎＰａｔｔｅｒｎｓｏ...     

黄土高原不同降水类型区旱作玉米田土壤干燥化效应与土壤水分承载力模拟研究

在模拟精度验证基础上,应用WinEPIC模型模拟研究了黄土高原不同降水类型区1960～2000年期间不同肥力水平下连作春玉米的产量变化和土壤水分效应.模拟结果表明:(1)洛川、延安、寿阳、榆林连作春玉米产量地区间差异显著,其年平均值分别为4.40、3.75、 2.50、 1.75 t/hm2.施肥增产率和水分利用效率地区间差异均显著,均表现为洛川>延安>寿阳>榆林;同一地区水分利用效率随施肥量的增加而提高,不同地区施肥增产率最大值范围不同.(2)0～7m土层逐月土壤有效含水量地区间差异显著,洛川>延安>寿阳>榆林;同一地区内肥力水平越高,春玉米耗水量越大,逐月土壤有效含水量平均值越低.在春玉米生育期内0～7m土层年度土壤有效水分增减量地区间差异显著,洛川<延安<寿阳<榆林;不同肥力处理间的差异在模拟前期为显著,在模拟后期为不显著.(3)所有地区的春玉米在连作期间0～7m土层土壤湿度剖面分布,在经历了土壤湿度逐年降低、土壤干层逐年加厚的干燥化过程后,均出现了稳定的土壤干层.土壤干燥化速度地区间差异显著,洛川<延安<寿阳<榆林;不同肥力处理间随着施肥水平的提高土壤干燥化速度加快.(4)洛川、延安、寿阳、榆林连作春玉米的适宜产量水平分别为5.25～5.54、4.26～4.58、2.34～2.74、1.37～1.62 t/hm2,相应的施肥水平分别为N240(N 240 kg/hm2,P 120 kg/hm2)～N300(N 300 kg/hm2,P 150kg/hm2)、N180(N 180 kg/hm2,P 90kg/hm2)～N240(N 240 kg/hm2,P 120 kg/hm2)、N120(N 120 kg/hm2,P 60kg/hm2)～N180(N 180 kg/hm2,P 90kg/hm2)、N60(N 60 kg/hm2,P 30kg/hm2)～N120(N 120 kg/hm2,P 60kg/hm2).     

黄土丘陵沟壑区不同植被类型土壤有效水和持水能力

以黄土丘陵沟壑区坊塌流域不同植被类型为研究对象,在野外调查的基础上,利用离心机法测定不同植被类型0—10、10—20 cm土层不同吸力下的土壤含水率,并利用Van Gennuchten模型对土壤水分特征曲线进行拟合,对比分析了不同植被类型不同土层土壤水分特征曲线、土壤水分有效性和持水性。结果表明:随着植被恢复的进行,不同植被类型土壤水分特征曲线出现了明显的差异,但是其斜率基本不变且不同植被类型0—10、10—20 cm土层土壤水分特征曲线都呈近似的"S"型;不同植被类型0—10、10—20 cm土层土壤有效水范围分别为22.65%—26.80%、23.97%—28.13%,除白羊草群落和刺槐林外呈现出多年生蒿禾类群落低于灌木群落而高于一年生草本群落的变化趋势;不同植被类型土壤持水能力在0—10 cm土层没有显著性差异,在10—20 cm呈现出多年生蒿禾类群落低于灌木群落而高于一年生草本群落,其中白羊草群落最大,刺槐林最低。刺槐林有效水分和土壤持水能力都较低,建议适当采取间伐并促进其近自然化恢复来实现土壤水分的可持续利用,尽量避免在阳坡缺水地区种植刺槐。对于研究地区土壤水分的可持续利用、植被恢复和科学合理的进行植被配置具有重要意义。     

夏玉米叶片含水率及光合特性对不同强度持续干旱的响应

基于七叶期开始的夏玉米全生育期不同强度的干旱发生发展模拟试验资料,分析了不同强度的干旱发生发展对夏玉米叶片含水率及光合特性的影响。结果表明:夏玉米生育期内叶片含水率随干旱发生发展呈线性下降趋势,并与土壤相对湿度通过0.005水平的显著性检验,可表征玉米的受旱程度。玉米全生育期内叶片的光合速率、蒸腾速率和气孔导度均随干旱的发生发展呈显著下降趋势,且不同强度干旱的影响差异随时间推移而减小;而叶片水分利用效率则随干旱发生发展呈升高趋势,且随着干旱的发展不同强度干旱间的差异呈增加趋势。玉米全生育期内均出现了光合作用由气孔限制向非气孔限制的转换,转换时间分别为46、38、30和35 d,与干旱强度及持续时间呈反比。     

黄土高原丘陵沟壑区典型小流域水土流失治理模式

黄土高原是我国水土流失最为严重的区域,几十年的水土流失治理工作成果显著。当前生态文明建设已是我国国家战略之一,对黄土高原水土流失治理模式现状进行系统总结十分必要。对水土流失治理措施体系和流域土地利用情况系统分析,整理和总结了黄土高原6个典型流域的治理模式,包括治沟造地、防蚀固沙、生态农业发展、三大体系、梯田开发和水资源高效利用等6种模式。对比各治理模式发现,小流域综合治理模式是以环境治理为手段,从而达到改善人类生存和发展空间的终极目的,措施技术体系构建上体现了从坡面到沟道、工程措施植物措施相结合的特征;但不同的生态环境现状和社会经济条件下,治理模式有不同的表现形式。基于小流域水土流失治理模式的相似性和差异性,从自然地理条件和社会经济发展需求两方面探讨了流域水土流失治理模式,提出黄土高原水土流失治理模式形成机制框架,以期对当前黄土高原水土流失治理、黄河流域生态保护与高质量发展提供参考。     

黄土丘陵沟壑区水平梯田改土培肥增产技术措施体系

黄土丘陵沟壑区水平梯田改土培肥增产技术措施体系刘东海赵廷宁（宁夏西吉县农业局７５６２００）（北京林业大学水土保持学院１０００８３）赵国杰（宁夏西吉县农业技术推广站７５６２００）ＴｅｃｈｎｉｑｕｅｓｏｆＳｏｉｌＩｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔａｎｄＹｉｅｌｄＩｎ...     

半干旱黄土区成熟柠条林地土壤水分利用及平衡特征

选择半干旱黄土区流域尺度不同地形条件下成熟柠条林作为研究对象,并以荒坡草地作为对照,在2009—2011年生长季节对0—210cm土壤含水量进行连续观测,开展了剖面土壤水分变异、动态平衡及影响因素研究。结果显示:土壤水分平均值:30—130cm对照>北坡>东坡>南坡,150—210cm南坡(上、中坡位)>对照>北坡>东坡,南坡和北坡样地上坡位>中坡位>下坡位。土壤水分的季节变化表现为9月﹥8月﹥7月,5、6、10月份最低;不同地形条件下,柠条林地土壤水分极差值和变异系数并没呈现出规律性变化,在垂直尺度上,柠条林地土壤水分极差值和变异系数曲线在0—50cm表现比较活跃,70—210cm则相对稳定;在连续干旱年份土壤储水量并没有连续的降低和亏缺,在第1个欠水年亏缺比较严重,第2个欠水年盈亏量基本平衡,而第3个欠水年则略有盈余。研究认为:小流域尺度下的地形条件差异造成了土壤水分规律性变化,但在特定植被生长发育状态和剖面尺度下,植被因子将会成为土壤水分动态变化的主控因子。柠条林发育至成熟阶段,土壤水分补偿与消减将会保持平衡状态。土壤水分与植被生长的相互关系一方面表现出一定的时间差,另一方面植被对土壤水分也具有一定的适应性。这是因为土壤含水率高促进植物生长,植物生长势增强会进一步加大对土壤水分的消耗,土壤水分含量不足则会抑制植物生长,植物生长势减弱会进一步降低对土壤水分的消耗。     

黄土高原土壤有机碳矿化及其与土壤理化性质的关系

土壤有机碳矿化与陆地生态系统碳循环和全球气候变化密切相关。采集98个共7类黄土高原土样,通过密闭培养法对有机碳矿化动态进行分析,探讨了土壤理化性质对有机碳矿化的影响。结果表明,黄土高原地区主要土壤有机碳在培养初期日均矿化量较高,之后逐渐降低。土壤类型对黄土高原土壤有机碳矿化影响较大,不同土壤有机碳的日均矿化量、累积矿化量和矿化率具有显著或极显著的差异。褐土有机碳总矿化量最高,CO2-C达到0.252g.kg-1,风沙土最低,CO2-C仅为0.095g.kg-1。下层土壤的有机碳矿化量较上层的有所下降,但土层深度对有机碳矿化大体上无明显影响。一级动力学方程能很好模拟黄土高原土壤有机碳矿化特征。供试土壤有机碳矿化潜力(Cp)和矿化速率常数(k)值均较低,分别为0.329-0.116g.kg-1和4.55-8.57×10-5d-1。不同土壤的Cp值变异较大,而k和Cp/SOC值无明显的变异。土壤Cp与土壤总有机碳、全氮、全磷、速效钾、粘粒和粉粒含量均呈极显著的正相关,而与k、pH值和砂粒含量呈显著的负相关。研究结果对黄土高原土壤有机碳循环和土壤碳库研究具有重要的科学价值。     

嫁接对茄子根系分泌物中肉桂酸和香草醛的调节效应

茄子根系分泌物中普遍存在肉桂酸和香草醛等化感物质.本文采用盆栽试验研究了嫁接对这两种物质的调节效应.结果表明：嫁接降低了茄子根系对这两种物质的分泌,尤其是显著降低了对香草醛的分泌,与自根茄子相比,嫁接使根系分泌的肉桂酸最多降低68.96%,香草醛最多降低100%.在外源肉桂酸和香草醛胁迫下,特别在外源肉桂酸胁迫下,与自根茄子相比,嫁接促进了茄子植株的株高、茎粗,使叶绿素含量增加5.26%～13.12%,降低了根系电导率和MDA含量,提高了根系的SOD活性,明显缓解了肉桂酸的胁迫.     

黄土丘陵区土地利用及环境因子对土壤质量指标变异性的影响

利用统计学方法分析了黄土丘陵区中部700 km2区域土壤质量的变异性、影响因子及影响程度.结果表明:研究区不同土壤质量指标变异性有很大差异.土壤pH、结构系数、粉粒、比重、容重、总孔隙度和毛管孔隙度及过氧化氢酶为弱变异性指标;土壤养分(N、P、K)含量、CaCO3含量、阳离子交换量(CEC)、粘粒、微团聚体平均质量直径(MICMMD)、团聚体平均质量直径(MMD)、水稳性团聚体、呼吸强度、微生物熵、蔗糖酶、磷酸酶、呼吸熵及微生物生物量碳和氮为中等变异性指标;土壤活性有机碳、有效磷、抗冲性、渗透系数及脲酶为强变异性指标.土地利用类型变化对土壤有机质、氮含量、水稳性团聚体、渗透性、微生物生物量碳和氮、磷酸酶、蔗糖酶及呼吸强度等土壤动态质量指标的变异性起主导作用.变异性较小的CaCO3、全磷、全钾、CEC、质地、比重等内在土壤质量指标的变异性主要来源于地形等环境因子的差异.土地利用类型可解释97%的土壤质量指数的变异性,是黄土丘陵区土壤质量变异的主导因子.在黄土丘陵区土壤质量评价中,应当充分考虑土地利用类型和地形等环境因子的差异.     

黄土高原旱作区土壤贮水力和农田耗水量对冬小麦水分利用率的影响

选择黄土高原旱作区8个冬小麦测站2m土层深度多年土壤贮水量与产量资料,从大气降水-土壤水-作物循环系统的理论观点出发,研究了土壤贮水力和农田耗水量对冬小麦水分生产力的影响。该区域是一个贮水和保水性能良好的天然土壤水库,半干旱区、半湿润区、湿润区1m和2m土层内最大贮水力分别为270、299、331mm和561、605、676mm,随湿润度增加而增大;但实际贮水能力只有111、183、269mm和230、370、550mm,相当于半干旱区、半湿润区和湿润区最大贮水力的41%、61%和81%,可达到最适宜贮水量的51%、76%、102%。半干旱区远不能满足冬小麦生长需要,达到严重干旱程度;半湿润区只能勉强维持生存需要,达到轻度干旱,必须采取一套有效保墒耕作抗旱措施。冬小麦全生育期2m土层农田实际耗水量和蒸腾系数分别为304-343mm和330-648,随干旱程度增加而增大。冬小麦全生育期降水量只能满足耗水量的65%-95%,有5%-35%的耗水量是从播前土壤贮水量补给的。冬小麦营养生长阶段浅层耗水量大于生殖阶段,但深层耗水量正好相反。土壤贮水量是该区域冬小麦生产力最重要因素,冬小麦土壤水分籽粒生产力为0.30-1.38kg/mm,平均为0.87kg/mm,生物产量生产力为1.416kg/mm,随干旱程度增大明显递减。旱作区冬小麦水分生产力低而不稳,但潜力很大。必须在肥力、耕作、管理等措施要跟上,水分生产力水平才能提高。     

黄土丘陵区坡耕地水土流失与土地生产力的关系

在黄土丘陵区坡耕地水土流失特征分析的基础上．对坡耕地水土流失与土地生产力的关系进行了研究。采用不同的试验方法．以单位面积坡耕地生产某种生物产品的数量为土地生产力指标．以生产周期短的农作物为指示植物．具体探讨了地表径流损失和土壤流失分别所造成的土地生产力下降幅度。表土人工堆积处理的径流小区试验结果表明．坡耕地每损失1mm径流．供试作物产量平均下降5．0％～9．7％;小区铲土覆土模拟土壤流失的小区试验结果显示,每减少1cm表土,作物产量下降1．0％～3．1％．每增加1cm表层熟化土．产量增加0．8％～1．7％。在干旱年份．半干旱黄土丘陵区坡耕地由于水土流失导致的作物减产每年平均为21．9％～80．0％．其中径流损失的比重占95．8％～98．2％,而土壤流失仅占1．8％～4．2％。作物品种不同．水土流失对作物产量的影响各异。     

黄土区深层土壤干燥化与土壤水分循环特征

深层土壤干燥化是黄土高原地区植被建设过程中出现的重大生态环境问题。采用人工和天然降雨试验,研究了黄土高原沟壑区荒草地和裸地的土壤水分循环特征,并分析和探讨了深层土壤干燥化的成因。2002年天然降雨量为459.9mm(多年平均降雨量为584.1mm),属干旱年,土壤水分观测期间(2002年6月13日至11月24日)天然和人工降雨试验小区的天然降雨量分别为305.2mm和236.8mm。人工降雨试验主要在2002年6~8月进行,土壤水分观测期间荒草地和裸地的人工降雨量分别为360.7mm和418.5mm。试验结果表明:干旱年,荒草地和裸地土壤储水量处于负补偿,入渗雨量全为蒸发蒸腾作用所消耗。在强烈的蒸发蒸腾作用下,剖面内(0~200cm)土壤水分的整体移动性能较强,最大蒸发蒸腾作用层深度很快形成。荒草地土壤水分循环强度大于裸地,表现为荒草地最大蒸发蒸腾作用层深度较大,两者分别为200cm和180cm。雨季量少且分散的降雨极易为强烈的蒸发蒸腾作用所消耗,深层土壤由于缺乏降雨入渗的补给而逐渐干燥化。丰水年,荒草地和裸地土壤储水量处于正补偿,但入渗雨量的大部分(80%以上)为强烈的蒸发蒸腾作用所消耗。在相同的降雨量条件下,荒草地土壤水分循环强度高于裸地,表现为荒草地降雨入渗补给深度较小。连续降雨有利于土壤水分向深层的运移,从而部分缓减深层土壤的干燥化进程。近50a来黄土高原地区气候变暖和降雨减少可能是土壤干层形成的直接原因,而植被类型选择失当、群落密度过大和生产力过高则会加剧深层土壤的干燥化进程。     

黄土丘陵区生物土壤结皮表面糙度特征及影响因素

地表糙度是影响地表径流和侵蚀过程的重要属性.生物结皮在干旱半干旱区广泛分布,是地表糙度的影响因子之一.本文采用链条法测定了黄土丘陵区不同发育阶段生物结皮表面糙度特征,分析了不同发育阶段生物结皮表面糙度对坡向、土壤含水量和冻融作用的响应及其与各理化性质的相关性,初步探索了生物结皮对地表糙度的影响及其相关因素.结果表明: 生物结皮显著改变地表糙度,随着生物结皮从藻结皮向藓结皮演替,其糙度先降低后增加,生物结皮发育形成10年以后,其表面糙度基本趋于稳定;研究区早期形成的藻结皮表面糙度较裸土降低47.0%,深色藻结皮(藓类盖度<20%)较裸土降低20.4%,混生结皮(藓类盖度为20%～60%)和苔藓结皮(藓类盖度>70%)表面糙度与深色藻结皮基本一致;坡向对发育10年以上的生物结皮表面糙度的影响不显著;土壤含水量影响地表糙度特征.研究区浅色藻结皮表面糙度随水分变化较为剧烈;随着生物结皮发育,深色藻结皮、混生结皮和苔藓结皮表面糙度随水分的变化趋于平缓.冻融增加了生物结皮表面糙度.浅色藻结皮经两次冻融后表面糙度增加29.7%;深色藻结皮、混生结皮和藓结皮表面糙度的影响需经过反复冻融才有所体现.生物结皮表面糙度与藓结皮盖度呈显著正相关(P＜0.1).