华北旱地覆膜春玉米田水温效应及增产限制因子

为探求覆膜栽培春玉米旱作田土壤水温变化特征及其对玉米产量和水分利用效率(WUE)的影响,设计垄作覆膜、垄作裸地、平作覆膜、平作裸地(对照)4个处理的田间试验,对春玉米田各生育时段的土壤温度、土层水分、耗水结构及玉米产量进行了监测.结果表明：自播种到抽雄的生育前期春玉米田覆膜较裸地增温1～3 ℃,土壤积温增加155.2～280.9 ℃;延长生育期约5.9～10.7 d.自播种到成苗期覆膜保水效应显著,WUE较裸地提高81.6%～136.4%.春玉米成苗到拔节期正值该区域稳定干旱期,覆膜处理土壤供水层深达80～100 cm,干旱胁迫使WUE较对照降低17.0%～21.6%,产生奢侈耗水.春玉米小喇叭口期后进入雨季,各处理土体复水,并产生过饱渗漏,最终使收获期土体水分与播期持平,贮水丰富.垄作覆膜较裸地增产9.5%;平作覆膜不利于降水入渗而导致渍水,减产5.0%;垄作裸地与平作裸地差异不显著.以雨季前气象干旱期的土壤枯水与雨季后的土壤库水为特征的春玉米田水分供求时序失衡,限制了春玉米的高产.     

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。     

覆膜方式对一膜两年覆盖旱地玉米籽粒产量、水分利用效率和土壤水分平衡的影响

以挖掘黄土高原半干旱区全膜双垄沟播玉米节本增效技术,探讨一膜两年覆盖系统土壤水分平衡为目标,通过大田定位试验,量化研究了一膜两年覆盖条件下,全膜沟垄作(F₁M)、全膜平作(F₂M)、半膜平作(F₃M)和不覆膜平作(F₄M,对照)玉米的产量、经济收益、水分利用效率和土壤水分平衡.结果表明: 2年全膜沟垄作、平作的生物产量较对照平均增加32.8%和32.9%,籽粒产量增加60.8%和51.7%,水分利用效率和降水利用效率平均增加59.8%、35.9%和87.6%、64.4%.新覆膜全膜沟垄作、平作属于高产高投模式,其总产值较对照增加51.0%、41.2%,产投比较对照降低15.1%和16.2%;一膜两年覆盖全膜沟垄作、平作属于节本增效型生产模式,其总产值较对照增加40.8%和42.2%,产投比增加40.3%和42.2%.在606.5 mm的低降水条件下,一膜两年覆盖全膜沟垄作、平作的总耗水量分别达731.3和746.8 mm,土壤水分亏缺分别达124.8和140.3 mm,较对照增加22.7%和38.0%.一膜两年覆盖使全膜沟垄作、平作休闲期土壤水耗水量较对照降低了28.6%和30.0%,休闲效率较对照增加178.9%、148.3%.这说明全膜沟垄作、平作具有明显的增产和提高水分利用效率的作用,该技术结合一膜两年覆盖技术能实现节本增效,但在推广应用时需考虑低降水条件下的土壤水分亏缺问题.     

丹江口库区覆膜土壤不同土层氮素矿化速率及其影响因素

以丹江口库区五龙池小流域玉米黄棕壤为例,利用原位土壤氮矿化试验,研究覆膜条件下0～10、10～20、20～30 cm土层土壤氮素矿化速率及其影响因素.结果表明: 玉米生长期内,土壤氨化速率随土层加深呈逐渐降低的趋势;土壤硝化速率在苗期、拔节期、抽穗期表现为10～20 cm＞0～10 cm＞20～30 cm,在成熟期随土层加深呈逐渐升高的趋势;土壤氮矿化速率在苗期、拔节期、抽穗期随土层加深呈逐渐降低的趋势,在成熟期随土层加深呈逐渐升高的趋势.与无覆膜相比,覆膜会加快0～10 cm土壤氨化过程,也会提高拔节期、抽穗期和成熟期0～10、10～20 cm土层土壤硝化速率和氮矿化速率,但苗期覆膜土壤硝化速率、氮矿化速率均低于无覆膜土壤.逐步回归分析显示,土壤含水量和全氮含量是0～10 cm土壤氮矿化速率的主要影响因子,土壤温度、含水量、全氮含量是10～20 cm土壤氮矿化速率的主要影响因子,土壤温度是20～30 cm土壤氮矿化速率的主要影响因子.     

玉米/大豆间作条件下的作物根系生长及水分吸收

通过田间试验研究了玉米/大豆条带间作群体的根系分布及土壤水分吸收规律.结果表明：水分充足条件下,土壤剖面内玉米和大豆根系的分布模式近似于三角形;玉米根系水平分布范围较大,侧向伸展长度约为58 cm,16～22 cm土层的玉米根系侧向伸展最远,玉米根系不仅分布于间作条带行间,而且生长到大豆条带的行间;大豆根系水平分布于相对有限的区域内,侧向伸展长度约为26 cm.作物根质量密度随着距作物行（玉米或大豆）距离的增加而减少,玉米行和边行大豆根质量密度的90%分布于0～30 cm土层.距玉米行10 cm处玉米的根质量密度高于大豆,距玉米行20 cm处大豆的根质量密度大于玉米,两种作物根质量密度的85%都分布于0～30 cm土层内.间作条带内水分变化主要集中在0～30 cm土层,水分变化量依次为：玉米区域>大豆区域>条带行间.表明在水分充足条件下,间作作物优先在自己的区域吸水,根系混合区吸水滞后发生.     

玉米雄性不育系及其同型可育系根系的时空变化

采用土柱栽培试验,比较了玉米细胞质雄性不育系（CMS）及其同型可育系根系特性的差异.结果表明：CMS的地上部分物质积累能力较强,其籽粒产量显著高于可育系（P<0.05）;其根系干质量相对较高,根冠比变化趋势与根系干质量类似.CMS在0～20 cm和20～40 cm土层平均根量高于其可育系,在40～80 cm土层优势更为明显.CMS在0～20 cm和20～40 cm土层的平均根系活力显著高于其可育系（P<0.05）;0～20 cm和20～40 cm土层根系的SOD活性和可溶性蛋白含量与可育系差异不显著, 40～80 cm土层显著高于其可育系（P<0.05）;在生育后期,CMS的根系活力、SOD活性和可溶性蛋白含量优势更明显.表明玉米不育植株具有深层根量多、生育后期根系活性高的特点,从而使其根系功能期延长,植株衰老进程减缓.这可能是雄性不育玉米增产的重要原因之一.     

冬小麦种植模式对水分利用效率的影响

在同一种植密度下,设3种种植模式,包括25 cm等行距平作、"20+40"大小行平作和"20+40"沟播。研究了冬小麦沟播和平作种植对产量及水分利用效率的影响。结果表明,"20+40"沟播产量显著高于平作;叶片相对含水量(RWC)、水势(Ψw)和叶片水平水分利用效率随生育进程的推进呈整体下降趋势,其中,沟播处理RWC、Ψw和叶片水平水分利用效率的平均值均显著高于等行距和"20+40"平作处理;另外,"20+40"沟播还能明显提高冬小麦田土壤贮水量,减少总耗水量,从而提高水分利用效率。灌水增加了冬小麦产量和叶片相对含水量等各水分指标,降低了水分利用效率,减小了各种植模式间差异。"20+40"沟播在灌水135 mm条件下既保障产量又较等行距节水25%。由此表明,冬小麦"20+40"沟播可改善叶片水分状况,提高水分利用效率,增加作物产量。     

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.     

根区交替控制灌溉条件下玉米根系吸水规律

为了阐明根区交替控制灌溉(CRDAI)条件下玉米根系吸水规律,通过田间试验,在沟灌垄植模式下采用根区交替控制灌溉研究玉米根区不同点位(沟位、坡位和垄位)的根长密度(RLD)及根系吸水动态。研究表明,根区土壤水分的干湿交替引起玉米RLD的空间动态变化,在垄位两侧不对称分布,并存在层间差异;土壤水分和RLD是根区交替控制灌溉下根系吸水速率的主要限制因素。在同一土层,根系吸水贡献率以垄位最大,沟位最低;玉米营养生长阶段,10—30 cm土层的根系吸水速率最大;玉米生殖生长阶段,20—70 cm为根系吸水速率最大的土层,根系吸水贡献率为43.21%—55.48%。研究阐明了交替控制灌溉下根系吸水与土壤水分、RLD间相互作用的动态规律,对控制灌溉下水分调控机理研究具有理论意义。     

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.     

覆膜对旱地麦田土壤水分及氮素平衡的影响

通过大田试验研究了平膜穴播和垄膜沟播等覆膜方式对晋南旱地麦田土壤水分、氮素平衡及产量的影响,以期在当地确立一套适宜的科学覆膜方式,为晋南旱塬地区乃至我国旱作小麦的高产优质提供理论依据。结果表明,垄膜沟播和平膜穴播处理的冬小麦增产效果显著,且以平膜穴播处理的效果最优,较测控施肥处理的籽粒产量和生物产量分别提高22.71%和25.45%。经过冬小麦一个生育期对土壤水分的吸收利用,两种覆膜处理的耗水量较不覆膜处理有较大的提高,而其水分利用率略低于不覆膜处理,但差异不显著。两种覆膜处理也能提高麦田的降水生产效率和休闲效率,较不覆膜处理分别提高9.46%—30.16%和9.95%—39.22%。覆膜有利于氮的矿化,并能促进小麦对氮素的吸收利用,同时也可以在一定程度上降低氮素在土壤中的残留,最终有利于小麦增产。     

太阳能消毒对温室土壤环境效应及防治黄瓜根结线虫病效果

采用室内测定与大田试验相结合的方法,研究了太阳能不同消毒方式对温室土壤环境的效应及对温室黄瓜根结线虫病的控制效果.结果表明,垄沟式覆盖地膜处理对温室土壤温度、土壤酶的活性、微生物数量的影响最明显,处理16d,棚室10、20、30、40、50cm深土壤的最高温度依次是59.1、57.7、56.6、48.9、47.6℃,平均每天超过55、50、45℃持续时间分别为7.5、8.5h和16h;土壤温度的升高,有利于提高对根结线虫的杀灭效果.0～20cm土壤脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶分别降低43.3%、18.7%、20.1%和13.1%;土壤真菌、细菌、放线菌数量分别降低96.0%、84.8%、53.9%.垄沟式未覆膜处理对土壤环境的影响次之,平面式未覆膜的影响最小,酶活性降低及土壤微生物数量下降对土壤的活性有一定的负效应.垄沟式覆膜太阳能消毒对温室黄瓜根结线虫控制效果最显著,持效期最长,能有效杀灭温室0～50cm土壤内根结线虫;处理后第1年和第2年对温室黄瓜根结线虫控制效果均达到100%,第3年防效96.7%,第5年仍达72.8%.垄沟式未覆膜控制效果次之;平面式未覆膜控制效果最差,持效期最短.     

微孔地膜覆盖玉米的纳雨通气效应

为提高半干旱地区<10 mm降雨的有效性和改善地膜覆盖土壤环境的通气性,初步研究了微孔地膜覆盖效应.结果表明,微孔地膜覆盖处理具有纳雨补墒功能,可提高膜下土壤的含水量.随着塑膜覆盖度的增加,土壤中CO₂浓度显著增高;孔膜覆盖处理的CO₂浓度都较相应幅宽的普膜低,玉米植株根活力较高.根活力与土壤CO₂浓度呈负相关.孔膜覆盖较普膜覆盖的玉米产量提高8.98%     

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.     

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.     

甘肃旱作大豆全膜双垄种植的土壤水热及产量效应

以晋豆23为材料,在甘肃省农业科学院镇原试验站进行田间试验,研究了全膜双垄沟播(FMRFC)、覆膜沟播(FMFC)、覆膜条播(FMSC)和露地条播(NMSC,CK)4个处理的水热及产量效应.结果表明: 在大豆生育期降水量为246.3 mm(干旱年)和407 mm(丰水年)两种年型下,各覆盖处理0～20 cm土层平均地温在24 h内呈“S”型变化,并随生育进程波动振幅缩小.各覆盖处理使大豆苗期(VE～V3)至鼓粒期(R6)0～20 cm土层平均土壤温度显著提高0.5～2.5 ℃,并使全生育期平均地温提高1.3～1.6 ℃.各覆盖处理分别加速了大豆植株对0～120 cm土层土壤水分的消耗,但使0～200 cm土层的平均含水量和贮水量分别提高了1.2%～1.4%和62.7～70.3 mm.与CK相比,FMRFC和FMFC在旱年增温增湿作用显著,改善了大豆株高、分枝数、单株荚数和百粒重等经济性状,使水分利用效率分别提高47.7%～56.3%和33.3%～35.4%,产量分别提高27.7%～51.1%和10.2%～25.2%,是旱作大豆优选的抗寒抗旱覆盖种植方式.     

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     

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.