中国农业科学 ›› 2021, Vol. 54 ›› Issue (14): 2977-2990.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2021.14.005
收稿日期:
2020-10-07
接受日期:
2020-11-25
出版日期:
2021-07-16
发布日期:
2021-07-26
通讯作者:
李军
作者简介:
郭星宇,E-mail: 基金资助:
GUO XingYu(),WANG Hao,YU Qi,WANG Rui,WANG XiaoLi,LI Jun(
)
Received:
2020-10-07
Accepted:
2020-11-25
Online:
2021-07-16
Published:
2021-07-26
Contact:
Jun LI
摘要:
【目的】探讨不同降水年型下,耕作方式对冬小麦-休闲-春玉米轮作田土壤水分和作物产量的影响,为旱区粮田降雨高效利用与耕作制度创新提供理论支撑。【方法】于2007—2019年在渭北旱塬进行长期定位保护性耕作试验,以传统翻耕(CT)为对照,设置免耕(NT)和深松(ST)2种少耕耕作方式,分析不同降水年型下耕作方式对小麦-玉米轮作田休闲期土壤蓄墒、作物产量和水分利用效率的影响。【结果】(1)降水年型、耕作方式及其互作均显著影响休闲期末期土壤贮水量和休闲期蓄墒率,其中降水年型是休闲末期土壤贮水量和休闲期蓄墒率变化的主导因素。休闲末期0—200 cm土层土壤贮水量(mm)表现为丰水年型(430.6)>欠水年型(405.9)>平水年型(381.5);NT(417.4)>ST(402.3)>CT(398.2);丰水年型NT处理休闲末期0—200 cm土层土壤贮水量最高(438.5),平水年型ST处理最低(370.2);休闲期蓄墒率(%)表现为丰水年型(27.1)>欠水年型(26.6)>平水年型(25.1);NT(27.6)>ST(26.4)>CT(25.8);欠水年型NT处理土壤蓄墒率最高(29.1),平水年型CT处理土壤蓄墒率最低(25.0)。(2)降水年型、耕作方式及其互作均显著影响冬小麦产量和水分利用效率(WUE),其中耕作方式是冬小麦产量(kg∙hm-2)和WUE(kg∙hm-2∙mm-1)变化的主导因素。冬小麦产量表现为丰水年型(4985)>欠水年型(3984);NT(4522)>ST(4468)>CT(4465);丰水年型NT处理产量最高(5033),欠水年型ST处理最低(3957);冬小麦WUE表现为丰水年型(15.4)>欠水年型(14.9);NT(16.2)>ST(15.4)>CT(14.0);丰水年型NT处理WUE最高(16.5),欠水年型CT处理最低(13.9)。(3)降水年型、耕作方式及其互作均显著影响春玉米产量和水分利用效率(WUE),其中降水年型是春玉米产量(kg∙hm-2)和WUE(kg∙hm-2∙mm-1)变化的主导因素。春玉米产量表现为丰水年型(7677)>欠水年型(6999)>平水年型(5887);NT(6900)>ST(6879)>CT(6785);丰水年型ST处理产量最高(8003),平水年型ST处理最低(5723);春玉米WUE表现为丰水年型(18.7)>欠水年型(17.5)>平水年型(14.8);NT(17.8)>ST(17.0)>CT(16.2);丰水年型ST处理WUE最高(19.3),平水年型CT处理最低(13.9)。(4)在冬小麦-休闲-春玉米轮作周期中,耕作方式显著影响作物产量和WUE。其中NT处理多年平均产量和WUE分别较CT处理提高1.6%和9.5%,ST处理多年平均产量和WUE分别较CT处理提高1.2%和3.9%。【结论】综合各降水年型下土壤水分与作物产量得出,保护性耕作可以相对高效地实现保水增产目的,其中以免耕处理蓄水与增产效应最佳。从旱作农田高产高效及长期可持续发展的角度综合考虑,推荐免耕作为黄土高原地区实现蓄水保墒及增产增收目的的耕作方式。
郭星宇,王浩,于琦,王瑞,王小利,李军. 耕作对渭北旱塬小麦-玉米轮作田土壤水分和产量的影响[J]. 中国农业科学, 2021, 54(14): 2977-2990.
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表1
2007-2019年冬小麦-春玉米轮作田作物种植概况"
年份 Year | 轮作 Crop rotation | 播种日期 Planting date (Y-M-D) | 收获日期 Harvesting date (Y-M-D) | 品种 Variety |
---|---|---|---|---|
2007-2008 | 冬小麦 Winter wheat | 2007-09-20 | 2008-06-14 | 晋麦 47 Jinmai 47 |
2008-2009 | 休闲1 Fallow 1 | 2008-06-14—2009-04-19 | ||
2009 | 春玉米 Spring maize | 2009-04-19 | 2009-09-21 | 豫玉 22 Yuyu 22 |
2009-2010 | 冬小麦 Winter wheat | 2009-09-25 | 2010-06-22 | 晋麦 47 Jinmai 47 |
2010-2011 | 休闲2 Fallow 2 | 2010-06-22—2011-04-23 | ||
2011 | 春玉米 Spring maize | 2011-04-23 | 2011-09-21 | 豫玉 22 Yuyu 22 |
2011-2012 | 冬小麦 Winter wheat | 2011-09-26 | 2012-06-15 | 晋麦 47 Jinmai 47 |
2012-2013 | 休闲3 Fallow 3 | 2012-06-15—2013-04-24 | ||
2013 | 春玉米 Spring maize | 2013-04-24 | 2013-09-18 | 豫玉 22 Yuyu 22 |
2013-2014 | 冬小麦 Winter wheat | 2013-09-25 | 2014-06-17 | 晋麦 47 Jinmai 47 |
2014-2015 | 休闲4 Fallow 4 | 2014-06-17—2015-04-26 | ||
2015 | 春玉米 Spring maize | 2015-04-26 | 2015-09-20 | 郑单958 Zhengdan 958 |
2015-2016 | 冬小麦 Winter wheat | 2015-09-26 | 2016-06-18 | 长6359 Chang 6359 |
2016-2017 | 休闲5 Fallow 5 | 2016-06-18—2017-04-26 | ||
2017 | 春玉米 Spring maize | 2017-04-26 | 2017-09-18 | 郑单958 Zhengdan 958 |
2017-2018 | 冬小麦 Winter wheat | 2017-10-15 | 2018-06-16 | 长6359 Chang 6359 |
2018-2019 | 休闲6 Fallow 6 | 2018-06-16—2019-05-02 | ||
2019 | 春玉米 Spring maize | 2019-05-02 | 2019-09-26 | 郑单958 Zhengdan 958 |
表2
不同降水年型各耕作处理冬小麦耗水量、产量与水分利用效率"
影响因子 Factor | 耗水量 ET (mm) | 产量 Yield (kg∙hm-2) | 水分利用效率 WUE (kg∙hm-2∙mm-1) | |
---|---|---|---|---|
降水年型 Rainfall type | H | 324.9a | 4985a | 15.4a |
D | 267.9b | 3984b | 14.9a | |
F值检验 F value test | 28130.932** | 311.566** | 4605.515** | |
耕作方式 Tillage practice | NT | 279.3c | 4522a | 16.2a |
ST | 291.0b | 4468b | 15.4a | |
CT | 319.0a | 4465b | 14.0b | |
F值检验 F value test | 164136.138** | 220992.587** | 31408.451** | |
丰水年型 Humid year | NT | 305.0b | 5033a | 16.5a |
ST | 319.1b | 4978a | 15.6a | |
CT | 350.6a | 4944a | 14.1b | |
欠水年型 Dry year | NT | 253.5b | 4011a | 15.8a |
ST | 262.9b | 3957a | 15.1ab | |
CT | 287.4a | 3986a | 13.9b | |
F值检验 F value test | 576.798** | 98.552** | 336.738** |
表3
不同降水年型各耕作处理春玉米耗水量、产量与水分利用效率"
影响因子 Factor | 耗水量 ET (mm) | 产量 Yield (kg∙hm-2) | 水分利用效率 WUE (kg∙hm-2∙mm-1) | |
---|---|---|---|---|
降水年型 Rainfall type | N | 398.6b | 5887c | 14.8c |
H | 411.3a | 7677a | 18.7a | |
D | 401.2b | 6999b | 17.5b | |
F值检验 F value test | 154000.459** | 707.055** | 119754.339** | |
耕作方式 Tillage practice | NT | 387.8b | 6900a | 17.8a |
ST | 403.8ab | 6879a | 17.0a | |
CT | 419.6a | 6785a | 16.2b | |
F值检验 F value test | 2276.719** | 3247.531** | 16076.113** | |
平水年型 Normal year | NT | 388.6b | 6025a | 15.5a |
ST | 380.6b | 5723b | 15.0a | |
CT | 426.7a | 5913a | 13.9b | |
丰水年型 Humid year | NT | 399.6b | 7469b | 18.7ab |
ST | 414.9a | 8003a | 19.3a | |
CT | 419.4a | 7560b | 18.0b | |
欠水年型 Dry year | NT | 375.1b | 7205a | 19.2a |
ST | 416.0a | 6912ab | 16.6b | |
CT | 412.6a | 6881b | 16.7b | |
F值检验 F value test | 401.884** | 426.440** | 4849.037** |
表4
不同冬小麦-休闲-春玉米轮作周期ET、产量与WUE"
处理Treatments | 周期1 Cycle 1 | 周期2 Cycle 2 | 周期3 Cycle 3 | 周期4 Cycle 4 | 周期5 Cycle 5 | 周期6 Cycle 6 | 平均值 Mean | |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
耗水量 ET (mm) | NT | 824.2c | 676.8b | 806.6c | 562.1c | 662.1b | 609.0b | 690.1c |
ST | 856.1b | 700.9a | 826.8b | 622.0a | 658.8b | 678.7a | 723.9b | |
CT | 888.8a | 717.0a | 869.7a | 607.4b | 725.3a | 671.6a | 746.6a | |
产量 Yield (kg∙hm-2) | NT | 13239b | 11113b | 13339a | 14989a | 11022a | 6830a | 11755a |
ST | 13848a | 11754a | 13218a | 14350b | 10652b | 6467c | 11715a | |
CT | 13390b | 11196b | 12958a | 14437b | 10769b | 6673b | 11571b | |
WUE (kg∙hm-2∙mm-1) | NT | 16.1a | 16.4a | 16.0a | 26.7a | 16.6a | 11.2a | 17.2a |
ST | 16.2a | 16.8a | 16.0a | 23.1b | 16.2a | 9.5b | 16.3a | |
CT | 15.1b | 15.6a | 14.9b | 23.8b | 14.8b | 9.9b | 15.7b |
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