绿洲灌区 冬小麦保护性耕作 试验 研究 进展

1. 绿洲灌区冬小麦保护性耕作试验研究进展 黄高宝 教授 甘肃农业大学 2010年9月 山东•泰山 中国农学会耕作制度分会学会成立30周年纪念暨2010年学术年会

2. 1 2 3 4 主要内容 研究背景、目的及意义 主要研究进展 主要结论 对学科发展的建议

3. 研究背景、目的及意义

4. 研究背景、目的及意义 河西走廊：是历史上以丝绸之路闻名于世的“西部金腰带”，灌溉农业区历史悠久，为我国主要的商品粮基地、经济作物集中产区和重要的高原夏菜基地。以占甘肃省1/5的耕地、1/5的人口，提供了全省2/3以上的商品粮、几乎全部的酿造葡萄和棉花、9/10的甜菜、2/5以上的油料、啤酒大麦和瓜果蔬菜。

5. 研究背景、目的及意义 重要的生态屏障：纵深的河西绿洲农牧交错带及荒漠草原、林地和沙漠湿地(湖泊)，锁住了巴丹吉林、腾格里等大沙漠，使之不能融合和东移，免除中原沙患。 巴丹吉林沙漠 腾格里沙漠

6. 症状 • 沙漠南侵 • 雪线上升 • 沙进人退 成因 • 干旱缺水 • 人类活动 出路 • 农业节水(改变农作制度) 研究背景、目的及意义 重要的生态屏障：纵深的河西绿洲农牧交错带及荒漠草原、林地和沙漠湿地(湖泊)，锁住了巴丹吉林、腾格里等大沙漠，使之不能融合和东移，免除中原沙患。 巴丹吉林沙漠 腾格里沙漠

7. 草原 农田 120 120 120 120 120 戈壁 沙地 80 80 80 80 80 盐壳 40 40 40 40 40 0 0 0 0 0 61 61 63 63 65 65 67 67 69 69 71 71 73 73 75 75 77 77 79 79 81 81 83 83 85 85 87 87 89 89 91 91 93 93 95 95 97 97 99 99 研究背景、目的及意义 表土状况的恶化是历史上大多数地区文明衰落的根本原因 40年的定位观察 5种土地类型40年的强风天数(□)和沙尘暴天数(■)发生的次数关系

8. 研究背景、目的及意义 • 春小麦生产面临的困境： • 传统铧式犁翻耕造成表土细碎 • 冬春季节在西北风吹蚀下极易扬尘 • 灌水高峰期（5、6月份）用水矛盾突出

9. 研究背景、目的及意义 • 春小麦改种冬小麦： • 增加冬春季节地表覆盖 • 采用免耕、秸秆覆盖等保护性耕作措施防止风蚀 • 避开用水高峰期

10. 研究背景、目的及意义 • 拟解决的科学问题： • 春小麦改种冬小麦并采用保护性耕作措施对冬小麦水分利用特征的影响及产量形成机理 • 内陆干旱气候背景下连续免耕结合秸秆覆盖对土壤主要性状的影响 • 冬小麦保护性耕作措施的防治农田土壤风蚀效应 • 冬小麦保护性耕作措施对温室气体排放的影响

11. 田间试验设计 传统耕作（T） 免耕秸秆覆盖（NTS） 深耕（25 cm）灭茬、耙耱整平，不覆盖 免耕，并将秸杆切碎约5 cm覆盖，秸杆还田量为6750 kg·hm-2 免耕立茬（NTSS） 秸秆翻压（TIS） 秸杆切碎约5 cm，耕深翻入土，秸杆还田量为6750 kg·hm-2 免耕，立秆留茬25 cm，秸杆还田量为6750kg·hm-2 免耕不覆盖（NT） 前茬作物收获后，免耕，不覆盖

12. 主要研究进展 保护性耕作对冬小麦产量及水分利用效率的影响 • 与传统耕作相比，免耕秸秆覆盖和免耕立茬分别提高冬小麦产量6.98%～24.32%和15.65%～30.59%。 • 免耕立茬和免耕秸秆覆盖处理显著提高了冬小麦水分利用效率，分别较传统耕作提高7.75%～26.81%和17.15%～24.92%。

13. 主要研究进展 保护性耕作措施对冬小麦产量及其构成因素的影响

14. 主要研究进展 保护性耕作措施对冬小麦水分利用效率的影响

15. 主要研究进展 • 免耕结合秸秆覆盖和立茬措施具有良好的保水抑蒸效果，低温时保温及高温时降温的双重作用使土壤温度的变化幅度减小，有利于幼苗越冬和减小土壤水分的无效蒸发，可以有效提高冬小麦苗的越冬率和分蘖的形成。 0-30cm 30-150cm 不同耕作措施土壤贮水量（2008）

16. 主要研究进展 • 免耕秸秆覆盖及免耕立茬处理冬小麦全生育期平均干物质积累量和积累系数显著高于传统耕作。 不同耕作措施条件下干物质积累系数 注：积累系数=开花后干物质积累量/最高籽粒产量

17. 主要研究进展 • 免耕秸秆覆盖及立茬措施对土壤水温条件的改善影响了与光合作用相关的作物生长因子及生态环境因子，从而影响了冬小麦的光合特性。 不同处理对冬小麦生育时期群体光合势（LAD）的影响×105 (m2·d-1· hm-2)

18. 主要研究进展 不同耕作措施对冬小麦根系生长的影响 • 免耕不仅显著促进了冬小麦根系在表层（0～10cm）土壤的生长，呈现“表聚”特征，而且也促进了深层（30～70cm）土壤根系的生长。 • 翻耕处理（T,TIS）促进了冬小麦生育前期(开花期前)根系在10～30cm土层的分布，而免耕处理（NT,NTSS,NTS）却在生育后期表现出明显优势。

19. 主要研究进展 保护性耕作对冬小麦根干重动态分布的影响 (2008)(g/m2) 免耕处理根系的分布，有效增大了对土壤水分和养分的吸收范围，为作物产量的提高奠定了物质基础。

20. 主要研究进展 不同耕作措施对耕层土壤有机质与碱解氮的影响 • 免耕处理显著提高0～20 cm土层有机质。 • 免耕结合秸秆覆盖能增强耕层（0-30cm）土壤供氮能力。

21. 主要研究进展 不同耕作措施对冬小麦0～30 cm土层有机质的影响 (g.kg-1) 免耕处理（NT、NTS、NTSS）有利于土壤耕层0-20cm土层范围内有机碳的积累。

22. 主要研究进展 不同耕作措施对冬小麦0～30 cm土层碱解氮的影响 (mg.kg-1) 免耕结合秸秆覆盖能增强耕层（0-30cm）土壤供氮能力。

23. 主要研究进展 不同耕作措施对土壤容重与紧实度的影响 • 免耕处理耕层（0～30 cm）土壤容重较稳定，而翻耕处理则变化明显。 不同耕作措施耕层（0～30 cm）土壤容重的动态变化

24. 主要研究进展 不同耕作措施对冬小麦农田土壤风蚀的影响 • 春小麦改种冬小麦并采用免耕秸秆覆盖耕作措施较春小麦传统耕作降低了风蚀量； • 由于秸秆和残茬的作用，显著提高了发生风蚀的临界风速； • 冬小麦免耕秸秆还田显著提高了冬春季节地表覆盖度；

25. 整流段 动力段 扩散段 实验段 多路风速扩线仪，用于测定距离土样表明不同高度的风速 风洞实验段 土样（在田间试验中采取） 体积:30×20×10cm  室内风洞试验布置图（中科院寒区旱区环境与工程研究所风沙环境风洞）

26. 主要研究进展 冬小麦免耕处理(NTS、NT)处理较春小麦传统耕作显著改变了地表气流特征，从而减小土壤风蚀发生的可能性。 (春小麦) ◆ 不同处理风速廓线

27. 主要研究进展 不同耕作措施起动风速

28. 主要研究进展 不同耕作措施地表覆盖度的动态变化 免耕秸秆覆盖地表覆盖保持在0.6以上，特别是冬春季节显著高于其它处理

29. 主要研究进展 不同耕作措施在不同风速下的土壤风蚀量 河西灌区4月份最大风速超过10m/s，大风日数达7天，春小麦改种冬小麦并采用免耕秸秆覆盖较春小麦传统耕作可明显降低风蚀量。

30. 主要研究进展 不同处理在不同风速下的土壤风蚀速率g m-2 mm-1 • 立茬的防风蚀效果明显好于留茬压倒 • 风蚀速率最大是传统耕作，最小是40cm 立茬免耕 • 当吹蚀风速低于20 ms-1时，保护性耕作防风蚀效果明显 • 立茬的防风蚀效果明显好于留茬压倒 • 风蚀速率最大是传统耕作，最小是40cm 立茬免耕 • 当吹蚀风速低于20 ms-1时，保护性耕作防风蚀效果明显

31. 主要研究进展 不同耕作措施对冬小麦农田CO2、 N2O排放量的影响 • 相对于传统耕作（T）处理，免耕（NT、NTS、NTSS）处理均能够降低CO2排放量，其中，以免耕（NT）处理效果最为明显。 • 相对于传统耕作（T）处理,秸秆翻压（TIS）、免耕（NT）、免耕秸秆覆盖（NTS）和免耕立茬（NTSS）均提高了N2O排放通量。

32. 静态箱 气体收集 气相色谱

33. 主要研究进展 不同耕作措施土壤CO2排放量的动态变化

34. 主要研究进展 不同耕作措施土壤N2O排放量的动态变化

35. 主要结论 • 河西春麦区扩种冬小麦，在不降低农田生产功能的同时增强了生态功能，但黄矮病的防治是难点； • 以保护性耕作为代表的农业措施应该成为防治沙尘暴的重要途径之一； • 秸秆还田可强化农田生态系统内循环机制，是发展循环农业的重要途径之一。

36. 宏观农业理论 决策驱动型 调查考察观察 分析论证 决策应用 提升学科 基础理论 技术驱动型 技术社会对比 技术效应分析 验证主要技术 对学科发展的建议 • 要进一步走向国际化(SCI文章) • 改善学科研究途径，强化学科基础理论研究 • 研发产品重技术，提高技术“硬度” • 以cropping system为核心，拓展学科领域和功能空间 生产功能 生态功能 经济功能

37. 敬请各位专家批评指正