耕作的数值模型及其应用

种子发芽与出苗主要受土壤水分与温度的影响。在研究非均质土壤起伏不平的地表与大气间水分能量交换过程的数值分析方法的基础上,发展了耕作对土壤水分与温度影响的基于有限元分析方法的数值模型。作为应用研究,讨论了不同的耕作方式如镇压,少耕与沟种垄作对土壤水分、温度的影响,并介绍了模型用于陕北的沟种设计。本项研究为农业生态学提供了一种基于模型－模拟－优化的定量分析方法。     

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.     

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。     

隔沟交替灌溉条件下玉米根系形态性状及结构分布

为揭示根系对土壤环境的适应机制,研究了隔沟交替灌溉条件下玉米根系形态性状及结构分布。以垄位和坡位的玉米根系为研究对象,利用Minirhizotrons法研究了根系（活/死根）的长度、直径、体积、表面积、根尖数和径级变化及其与土壤水分、土温和水分利用效率（WUE）的相关关系。结果表明,对于活根,在坡位非灌水区域复水后根系平均直径减小,而根系日均生长速率、单位面积土壤根系体积密度、根尖数和表面积均增大,并随灌水区域土壤水分的消退逐渐减小;对于死根,在坡位非灌水区域复水后根系日均死亡速率、根系体积密度、根尖数和表面积变化均减小,其中根系死亡速率和死根直径随土壤水分的消退逐渐降低,而死根体积密度、根尖数和表面积分布随土壤水分降低呈增大趋势;在垄位,根系形态分布趋势与坡位一致,除根系直径与与坡位比较接近外,其他根系形态值均小于坡位。将根系分成4个径级区间分析根系的形态特征,结果表明在根系长度和体积密度分布中以2.5－4.5 mm径级的根系所占比例最大,在根尖数和根系表面积分布中以0.0－2.5 mm径级的根系为主。通过显著性相关分析,死根直径、体积密度、活根表面积等根系形态与土壤含水率、土壤温度和WUE间均存在显著或极显著的正相关关系,部分根系形态指标（如根系的生长速率、活根体积密度）只与坡位土壤含水量、土壤温度具有明显的相关性,表明隔沟交替灌溉对坡位根系形态的调控作用比垄位显著。     

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.     

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     

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.     

旱地全膜双垄沟播玉米的土壤水热效应及其对产量的影响

以春玉米品种沈单16号为试验材料,研究半干旱区（年均降雨量415 mm）旱地不同覆盖种植方式的土壤水热效应及其对玉米产量的影响.结果表明： 与裸地平作（CK）相比,全膜双垄沟播（PMF）、全沙覆盖平作（SM）在玉米抽雄前均能提高0～25 cm土层平均地温,其中PMF增温最高;随种植年限增加,各处理对土壤水分的耗散深度增加,种植第1年对20～120 cm土层的水分耗散最多,种植第2年对120～200 cm土层的水分耗散最多,其中PMF耗水量最高.PMF的穗粒数、穗粒重和百粒重最高,SM次之,CK最低;与SM和CK相比,2009和2010年PMF平均穗粒数分别增加13.5%和114.2%,平均穗粒重分别增加29.8%和321.1%,平均百粒重分别增加14.4%和95.4%;PMF和SM的产量分别比CK高333.1%和240.2%,水分利用效率（WUE）分别提高290.6%和227.6%.PMF玉米连续种植两年后,120～200 cm土层土壤水分消耗达72 mm,显著高于SM（45 mm）和CK(40 mm).由于PMF能提高苗期-抽雄期地温,促进作物前期生长,提高玉米对土壤水的利用,从而使穗粒数、百粒重等增加,表现出较高的产量和水分利用效率,但该模式对1 m以下土壤水分消耗较多,对保持水分年际平衡不利.     

Emergence of seedlings of sugar beet (Beta vulgaris L.) as affected by the size,roughness and position of aggregates in the seedbed

Laboratory and field experiments were carried out to quantify the effects of the size and roughness of aggregates placed in the seedling path of sugar beet, in order to help in decision making for soil tillage and sowing operations. Graded aggregates (10, 15, 20, 30, 40, 50, 60 and 70 mm longest axis) were either laid on the soil surface or included in the soil over the seeds. The percent emergence decreased exponentially with aggregate size over 10 mm when the aggregates were included in the seedbed. The result was the same with aggregates laid on the soil surface, but for aggregates over 30 mm (mass>10 g). Aggregates on the soil surface could be lifted by the seedlings until their weight exceeded the seedling emergence force. Larger aggregates or aggregates in the soil layer could not be moved. Seedlings which did not emerge remained blocked in small cavities in the aggregate surface. No seedlings were blocked under smooth aggregates or glass beads. The experimental results fits with a model giving the probability to meet a hole according the distance covered and the diameter and density of holes. The results obtained under controlled conditions were similar to those obtained in field experiments for a wide range of aggregate sizes. These results will be incorporated into a computerised seedbed generator to simulate the effects of seedbed structure on seedling emergence.     

覆盖模式对旱作农田土壤微生物多样性及群落结构的影响

土壤微生物是表征土壤质量的敏感指标,采用Illumina HiSep技术分析不同覆盖方式对半湿润易旱区农田土壤微生物群落结构及多样性的影响,以期从微生物的角度评价农田不同覆盖措施对土壤质量的影响。设3种覆盖模式：平作塑料薄膜覆盖（P）、平作秸秆覆盖（S）和垄膜沟播覆盖（R）,以平作不覆盖为对照（CK）,研究不同覆盖模式下土壤微生物群落变化,分析各土壤理化因子与微生物群落之间的关系。研究结果表明各覆盖处理显著改变了土壤微生物的群落结构和多样性。所有土壤样品中,细菌群落的优势菌门是变形菌门（Proteobacteria）、酸杆菌门（Acidobacteria）、放线菌门（Actinobacteria）,丰度分别为29.69%、28.28%和20.76%,CK处理下较高的土壤pH和低NO₃-N含量抑制了土壤中酸杆菌门（Acidobacteria）的生长繁殖,而放线菌门（Actinobacteria）相对丰度为所有处理中最高。真菌群落的优势菌门是子囊菌门（Ascomycota）、担子菌门（Basidiomycota）,丰度分别为59.65%和20.96%,S处理下过低的土壤温度抑制了担子菌门（Basidiomycota）生长和繁殖,其相对丰度为所有处理中最低。与CK相比,P和R处理显著提高土壤细菌的多样性和丰富度;S和R处理下土壤真菌多样性和丰富度显著增加,而P处理的土壤真菌多样性和丰富度均无显著差异。斯皮尔曼相关分析表明土壤细菌多样性主要受土壤含水量（SM）和硝态氮含量（NO₃-N）影响,而土壤真菌多样性主要受土壤温度（ST）、全氮（TN）和硝态氮含量（NO₃-N）影响;RDA分析表明微生物群落结构的变化主要受SM、ST、NO₃-N和TN含量的影响。总的来说,R处理下土壤细菌和真菌的多样性和丰富度较CK处理显著提高,该处理下土壤中担子菌门（Basidiomycota）和球囊菌（Glomeromycota）相对丰度为所有处理中最高,两者分别形成的外生菌根和从生菌根不但促进了根部养分的吸收,而且提高了作物的抗逆性,且结果证明该处理的作物产量为最高,因此在半湿润旱作区推荐采用垄膜沟播覆盖种植方式。