渭北黄土区农林复合系统光能竞争与生产力

农林复合系统是改善渭北黄土区脆弱生态环境,促进该区域经济发展的重要举措.本文以该区具有代表性的核桃/李子与大豆(秦豆8号)/辣椒(陕椒981)农林复合模式为对象, 研究了复合系统内大豆、辣椒的光合作用、生长和产量等情况.结果表明:不同种植模式下,大豆、辣椒的光合有效辐射、光合速率、生物量及产量均有不同程度的下降,且距树行愈近,影响愈大.叶片水势与大豆、辣椒的光合速率、地上部分生物量以及产量呈不相关或负相关. 而10～20 cm土壤含水量与大豆的生物量和产量,以及辣椒的地上部分生物量呈正相关.大豆、辣椒产量与其光合有效辐射呈显著正相关.说明在农林复合系统中,光能竞争是导致间作大豆、辣椒产量下降的主要原因.     

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.     

不同耕作方式对旱地全膜双垄沟播玉米产量和水分利用的影响

为明确新型耕作技术--立式深旋耕作对西北黄土高原半干旱区土壤水分含量、玉米产量和水分利用效率的影响,采用随机区组设计,于2016和2017年设置立式深旋耕作40 cm （VRT）、深松40 cm （SS）、旋耕15 cm （TT）和免耕（ZT）4种耕作方式,测定0-300 cm土层土壤含水量、地上生物量、叶面积指数（LAI）和SPAD、产量等指标,计算阶段耗水量、水分利用效率（WUE）等。结果表明,VRT在2017年播前0-40 cm土层的土壤贮水量分别较SS、TT、ZT增加了7.7、8.6、6.6 mm,在0-100 cm土层增加了18.2、22.8、20.2 mm,均达到显著差异。VRT显著促进干旱年的花前耗水和平水年的花后耗水,提高玉米地上生物量、LAI和SPAD,其中地上生物量较SS、TT、ZT分别增加了14.7%-18.3%、12.7%-18.8%和22.8%-29.1%。基于较为优势的植株生长,VRT籽粒产量较SS、TT和ZT分别增加了12.0%-13.0%、13.7%-33.6%、24.0%-47.4%。因此,虽然VRT提高了玉米耗水,并与ZT达到显著差异水平,导致收获后土壤贮水量低于其他三种耕作方式,但2017年播前0-100 cm土层土壤贮水量显著高于其他3种耕作处理;尽管0-300 cm土层土壤贮水量较SS、TT和ZT下降了11.4、14.8、20.5 mm,但它们之间无显著差异。以上结果表明,VRT能够同时促进玉米耗水和降水入渗,维持土壤水分平衡,是一种有效的抗旱增墒耕作方法,可在半干旱区玉米生产中推广应用。     

辽西半干旱区农田水肥耦合作用对春小麦产量的影响

最优饱和设计试验建立的春小麦产量回归数学模型表明,水分是影响辽西半干旱区春小麦产量最为重要的因子,但在自然降水条件下,灌水量上、下限分别为４５ｍｍ和３６０ｍｍ时,Ｎ对春小麦产量影响更为敏感,其次为水与Ｐ因子,三因子对小麦产量影响统计分析达显著水平,并且其对小麦产量的影响符合报酬递减率,获得最大利润时,Ｎ、Ｐ和水三因素最佳经济配比模式为施Ｎ量１８６ｋｇ．ｈｍ＾－２,施Ｐ量６３ｋｇ．ｈｍ＾－２,灌水量     

黄土高原半干旱区农田水肥条件对作物生态位适宜度和产量的影响

将生态位理论引进作物生长系统研究中,探讨了作物生态位适宜度的内涵,建立了其数学模型;并依据大田水肥控制实验,对作物生态位适宜度值进行了定量分析。结果表明：在水分梯度上随着土壤水分含量的增加,作物生态位适度值呈上升趋势;适量施肥和播种后地膜覆盖均有增加叶面积指数,提高适宜度值和增加产量的效果。其中水平条件下施低肥、中肥和高肥,比不施肥样区的叶面积指数最大值分别增加了43.5％、80.7％和88.8％;适宜度值分别提高了6.4％、17.9％和23.0％;籽粒产量分别增加了25.0％、69.9％和90.9％。地膜覆盖30d和50d,作物适宜度值上升了13.9％和17.7％,作物产量增加了55.3％和70.3％。作物产量与其适宜度值之间呈现显著的线性相关关系。     

增温对西北半干旱区马铃薯产量和品质的影响

过去50年,西北半干旱区干旱化趋势明显加强,对作物生产产生了明显影响。未来50年全球气候继续变暖,直接影响农业生产,必将对粮食安全提出新的挑战。采用红外线辐射器田间增温模拟实验研究表明,随着温度升高马铃薯播种—出苗—现蕾—开花—成熟各生长阶段天数都发生变化。增温0.5—2.5℃,马铃薯播种—出苗、出苗—现蕾阶段分别缩短1—4 d、1—2d,现蕾—开花、开花—熟阶段分别延长1—2 d、1—10 d,马铃薯播种—成熟全生育期延长1—5 d。伴随温度升高,马铃薯全生长期有所延长,特别是盛花期至茎叶枯萎阶段延长明显,这将有利于防止茎叶早衰和淀粉的积累。增温显著减少了每株薯块量、提高了每块薯重,马铃薯产量总体呈现递增趋势,但差异不显著。增温1.5—2.5℃,马铃薯增产1.0%—3.5%。增温0.5—2.0℃,马铃薯干物质含量从22.4%增加到24.5%,淀粉含量从72.1%增加到74.4%,粗蛋白含量从1.82%减少到1.52%,还原糖含量从0.24%减少到0.22%,表明增温有利于马铃薯干物质和淀粉的积累,不利于粗蛋白和还原糖的形成。     

播期对陇中黄土高原半干旱区马铃薯生长发育及产量的影响

在气候变化的背景下,为了探寻陇中黄土高原半干旱区马铃薯的适宜播种期,2010年在甘肃定西进行了马铃薯分期播种试验,并对不同播期条件下马铃薯生长发育及产量形成进行了分析.结果表明:随着播期的推迟,马铃薯全生育期缩短,株高出现明显变化,单株干物质最大积累速率提前;从不同播期来看,5月27日播种的植株高度、叶面积指数、单株干物质积累量和最大积累速率均最大,马铃薯块茎鲜重的增长过程呈“慢-快-慢”S型曲线;块茎鲜重最大积累速率出现的时间随播期的推迟而提前;产量数据的方差和多重比较分析结果表明,播期是影响产量的主要因素,其中5月27日播期的丰产性最好;对各播期不同生育期的气候条件进行比较表明,5月底或6月初是陇中黄土高原半干旱区马铃薯的适宜播种时间.     

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.     

半干旱区膜上覆土穴播对春小麦旗叶光合作用和水分利用的影响

在甘肃定西大田定位试验的基础上,2012—2013年连续2年比较了全膜覆土穴播(PMS)、覆膜穴播(PM)和露地穴播(CK)春小麦旗叶的SPAD值、叶绿素荧光参数、光合气体交换参数以及叶面积指数(LAI)、产量、耗水量和水分利用效率.结果表明: PMS提高了小麦旗叶SPAD值,扬花后显著高于PM,增加了10.0%～21.5%,较CK增加了3.2%～21.6%.PMS的旗叶最大光化学效率(F_v/F_m)、PSⅡ实际光化学效率(Φ_PSⅡ)和光化学猝灭系数高于PM和CK,较PM最高分别提高了6.1%、9.6%和30.9%,并在灌浆期达到显著差异;而PMS的非光化学猝灭系数(q_N)值最低,并在抽穗期与PM达显著差异水平,2012和2013年分别降低了23.8%和15.4%.PMS的气孔导度(g_s)较PM和CK高,在灌浆期与PM达到显著差异,2012和2013年分别提高了17.1%和21.1%;PMS的蒸腾速率(T_r)较PM提高了5.4%～16.7%,光合速率(P_n)增加了11.2%～23.7%,旗叶瞬时水分利用效率(WUE_i)提高了5.6%～7.2%(除2013年抽穗期外),并在2012年扬花期达到显著差异.PMS的LAI高于PM和CK,尤其在季节性干旱的2013年达到显著差异.因此,PMS提高了叶片SPAD值,增强了旗叶对光合能量的同化能力和气体交换强度,使更多的光合能量进入光化学同化方向,降低了热耗散,使P_n增加,提高了旗叶WUE_i,基于较高的光合速率和群体LAI,最终提高小麦产量和水分利用效率.     

辽西半干旱区小麦、玉米水肥耦合效应研究

采用312-D最优饱和设计和二次通用旋转组合设计,通过8年连续试验,对辽西半干旱区影响农业生产的水、肥因素的耦合作用进行了田间试验.讨论分析了N、P、水及其耦合作用对作物产量的影响.施N、施P、灌水和覆盖秸秆的合理匹配能够明显提高作物产量,否则,不仅增加成本,而且由于加重作物的水分或养分胁迫,造成减产.根据试验结果进行了生产要素的产量效益分析,提出了该地区小麦、玉米生产的水肥最佳经济配比:小麦为生育期供水120.2mm,N58.5kg·hm^-2,P₂O₅123.0kg·hm^-2;玉米为生育期灌水173.3mm,N256.5kg·hm^-2,P₂O₅85.5kg·hm^-2,覆秸秆8509.5kg·hm^-2.     

膜下滴灌水氮耦合对春玉米产量和水分利用效率的影响

采用二次回归正交设计,在移动旱棚水、肥精量控制条件下研究了土壤湿度和施氮量对春玉米产量、耗水量及水分利用效率的影响。结果表明:水氮耦合作用对玉米产量有显著的影响(P0.05)。产量随着土壤湿度和施氮量的升高呈先增大后减小的趋势。分析产量模型可知,当土壤湿度为田间持水量的65%~70%、施氮量为462 kg·hm-2时,玉米产量可达15142.5 kg·hm-2。玉米不同处理阶段耗水量均表现为生育前期少,中期缓慢增加,到灌浆期迅速增加的趋势。全生育期耗水量和耗水强度均随土壤湿度的升高而增大,土壤湿度是影响耗水量、耗水强度及水分利用效率的主要因素,而施氮量的影响作用较弱。     

施肥对旱地全膜覆盖垄沟种植马铃薯耗水特征及产量的影响

用化肥减量和分期施肥、增施有机肥来替代化肥是提高半干旱区全膜覆盖垄沟种植马铃薯水、肥利用效率的有效途径.在4年大田定位试验基础上,设置传统施肥(F)、化肥减量25%花期追施(DF)、化肥减量50%花期追施并增施有机肥(OF)3种养分管理模式,通过测定马铃薯不同生育期的土壤含水量和产量,计算阶段耗水量和水分利用效率,研究施肥方式对半干旱区马铃薯耗水过程的调控及其对产量和水分利用效率的影响.结果表明: 马铃薯花期的土壤贮水量DF最高,但处理间差异不显著;花后DF和OF的耗水深度较F有明显增加趋势.与F相比,2011—2014年DF花前耗水量显著下降,花后耗水量分别增加了36.2%、23.0%、24.8%和19.0%;OF未显著降低马铃薯花前耗水,但2011、2012年花后耗水量增加了20.7%和16.3%.DF的马铃薯块茎产量在2012—2014年较F平均增加2595.1 kg·hm^-2,水分利用效率(WUE)在2013、2014年分别显著增加14.4%和6.3%,达到显著差异;OF在2011—2014年平均马铃薯块茎产量较F增加了2945 kg·hm^-2,且WUE在2012—2014年显著高于F.DF和OF均能显著调节马铃薯花前花后耗水量,使马铃薯块茎产量、水分利用效率增加,但OF的增加幅度更大.     

半干旱地区地膜覆盖对作物产量和氮效率的影响

在年降水量415mm的半干旱地区黄绵土上,以春小麦为供试作物进行大田试验,研究地膜覆盖进程(包括不覆膜、播种后覆膜30d、覆膜60d和全程覆膜)、底墒和施N对作物产量和N效率的影响．结果表明,增加底墒、地膜覆盖和施N均会显著增加作物产量和吸N量(α＜0.01),其影响顺序为N肥＞底墒＞覆膜．覆膜对产量的效应因底、施N和覆膜进程而异．从平均看,在低底墒时,各种覆膜处理产量虽有增加,但与不覆膜处理间的差异并不显著,而在高底墒时,以覆膜60d的产量最高,以不覆膜最低．由于覆膜和底墒影响作物产量和吸N量,因而也影响N效率．在低底墒时,以不覆膜和覆膜30d时N效率最高,而在高低墒时,30d、60d和全程覆膜处理间差异不显著．综合作物产量和N效率,全生育期覆膜并没有多少实际意义．     

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.     

不同覆膜集雨种植方式对旱地玉米叶绿素荧光特性、产量和水分利用效率的影响

于2007-2012年在黄土旱塬采用田间试验,比较了双垄面全膜覆盖沟播、双垄面半膜覆盖沟播、垄盖膜际播种和露地平播下,玉米叶绿素荧光动力学参数、产量和水分利用效率的差异.结果表明： 全膜双垄沟播玉米叶片荧光产量(F_o)、最大荧光(F_m)、PSII最大光化学量子产量(F_v/F_m)、光适应状态下PSⅡ反应中心完全开放时的荧光强度(F)、光适应状态下
PSⅡ反应中心完全关闭时的荧光强度(F_m′)、实际光化学效率(Φ_PSⅡ)、光合电子传递速率(ETR)、叶绿素荧光光化学猝灭(q_P)、非光化学猝灭(q_N)等玉米叶片叶绿素荧光参数日变化值均高于对照(露地平播),1-q_P值低于对照,在13:00时,全膜双垄沟播处理叶绿素荧光参数值与对照差异显著,依次较对照增加5.3%、56.8%、10.7%、36.3%、23.6%、56.7%、64.4%、45.5%、23.6%,1-q_P值较对照低55.6%.无论是在干旱、平水、丰水年份,还是冰雹灾害年份,全膜双垄沟播产量和水分利用效率均最高.2007-2012年6年间全膜双垄沟播平均产量和水分利用效率分别为12650 kg·hm^-2和40.4 kg·mm^-1·hm^-2,分别比对照提高57.8%和61.6%,显著高于双垄面半膜覆盖沟播和垄盖膜际播种.表明全膜双垄沟播显著提高了玉米叶片光能转化效率,提升了旱作区玉米的生产能力,是进一步挖掘降水利用潜力和高产田创建的有效途径.     

秸秆和地膜覆盖对渭北旱作玉米农田土壤氮组分与产量的影响

基于田间定位试验,研究了秸秆和地膜覆盖措施对旱作春玉米田土壤氮组分和作物产量的影响。试验包括无覆盖对照,秸秆覆盖和地膜覆盖3个处理,观测指标包括土壤全氮(STN)、颗粒有机氮(PON)、潜在可矿化氮(PNM)、微生物量氮(MBN)、硝态氮(NO_3~--N)、铵态氮(NH_4~+-N)含量及作物产量。结果表明:试验进行5到7年后,与对照相比,秸秆覆盖处理0—10 cm土层STN、PON、PNM、MBN和NO_3~--N含量3年平均分别提高了13.11%、64.29%、17.51%、16.94%和55.37%,10—20 cm土层STN、PON、MBN和NO_3~--N含量3年平均分别提高了5.93%、33.33%、15.78%和27.57%(P0.05)。而地膜覆盖处理0—10 cm和10—20 cm土层NO_3~--N的含量较对照分别提高了189.14%和135.75%(P0.05),其他氮组分与对照处理差异不显著。秸秆和地膜覆盖处理玉米产量较对照处理3年平均分别提高了6.90%和36.74%(P0.05)。玉米产量与0—20 cm土层NO_3~--N含量和NO_3~--N/STN值呈显著正相关关系。总的来看,秸秆覆盖能显著增加旱地土壤全氮和活性有机氮含量,促进氮素固定,但需注意作物生长后期补充氮肥以满足作物生长需要。而地膜覆盖能显著提高土壤氮素有效性和作物产量,但不利于土壤有机氮的固定,且表层土壤存在潜在氮淋失风险。