为明确不同水旱轮作模式对川西平原旱作季杂草群落特征的影响,从而为旱作季杂草的高效防控提供理论依据.基于大蒜-水稻(GR)、小麦-水稻(WR)、蚕豆-水稻(BR)、油菜-水稻(RR)和马铃薯-水稻(PR)五种水旱轮作的长期定位试验,在 2022年旱季采用生态学方法探究了不同水旱轮作模式下旱作季农田杂草种类、密度、株高、生物量等杂草群落结构和物种多样性特征.结果表明:(1)五种轮作模式下杂草田间密度表现为WR＞BR＞RR＞GR＞PR,生物量表现为WR＞BR＞GR＞RR＞PR,物种多样性表现为GR＞BR＞RR＞PR＞WR,物种均匀度表现为GR＞PR＞BR＞RR＞WR,群落优势度表现为WR＞PR＞RR＞BR＞GR,表明GR杂草群落稳定性最高,WR杂草群落稳定性最低且优势物种发生危害的程度最高,RR的杂草种类数少且不易发生危害;(2)五种水旱轮作模式杂草群落相似性较高,相似性指数在 0.69-0.84 之间,WR杂草生活型以一年生单子叶杂草为主,其余四种模式以一年生双子叶杂草为主;(3)WR优势杂草种类最少,为禾本科棒头草(Polypogon fugax Nees ex Steud),其重要值为 59.53%;BR优势杂草种类最多,为棒头草、蔊菜(Rorippa indica(L.)Hiern)、毛茛(Ranunculus japonicus Thunb)和通泉草(Mazus japonicus(Thunb.)O.Kuntze);GR优势杂草为苣荬菜(Sonchus wightianus DC)和猪殃殃(Galium spurium L);RR和PR优势杂草均为三种,都包括为棒头草和蔊菜.因此,以确保旱作季杂草能得到有效控制,不同水旱轮作模式应制定不同的杂草防控措施.GR和PR应重点控制以猪殃殃为代表的双子叶杂草,WR应着重控制以棒头草等为代表的单子叶杂草,BR和RR应注重繁殖力强的单双子叶杂草的综合防治.

农田温室气体减排已成为农业绿色发展的重要内容,驱动温室气体氧化亚氮(N2O)产生的氨氧化微生物受到了研究者们的广泛关注.为探究轮作模式对土壤氨氧化微生物群落的影响,基于田间定位试验,研究了夏红小豆-冬小麦、夏绿豆-冬小麦、夏花生-冬小麦、夏大豆-冬小麦和夏玉米-冬小麦5种轮作模式中冬小麦根际和非根际土壤氨氧化古菌(AOA)和氨氧化细菌(AOB)的群落组成和多样性变化特征.结果表明:与夏玉米-冬小麦模式相比,豆禾轮作模式增加了根际土中有机碳和硝态氮含量,以及非根际土中全氮和铵态氮含量.豆禾轮作模式降低了非根际土壤中AOA群落的ACE指数和Chao1指数,并显著降低根际土中AOB群落的ACE指数和Chao1指数(P＜0.05).豆禾轮作显著增加AOA群落中泉古菌门(Crenarchaeota)和AOB群落中变形菌门(Proteobacteria)某些类群的相对丰度(P＜0.05).根际土中豆禾轮作模式与麦玉模式的AOA群落结构发生明显分离,而非根际土中豆禾轮作模式与麦玉模式的AOB群落发生分离(P＜0.05).研究结果表明:豆禾轮作种植改变了 AOA和AOB的群落结构和多样性,土壤pH值和速效氮含量是驱动AOA和AOB群落结构变化的重要因子,且根际与非根际土壤中氨氧化微生物存在生态位分离.

陇中旱农区生产力水平低而不稳,而保护性耕作措施是农业可持续发展的重要途径.本研究依托2001年建立在陇中旱农区的长期不同耕作措施的定位试验,研究了不同耕作措施对土壤水分入渗、蒸发、作物产量和水分利用效率的影响.该试验共设6个处理,分别为传统耕作(T)、免耕秸秆覆盖(NTS)、免耕(NT)、传统耕作+秸秆翻入(TS)、传统耕作+覆膜(TP)、免耕覆膜(NTP),春小麦和豌豆年间轮作.结果表明:与T处理相比,NTS处理的小麦地和豌豆地的土壤容重显著降低,总孔隙度显著增加.保护性耕作措施降低了豌豆地0～5 cm土壤渗吸率,NTS处理渗吸率比T处理降低56.2％.保护性耕作提高了土壤饱和导水率,无论小麦地和豌豆地,NTS均比T处理显著提高了饱和导水率,增幅为52.8％～ 107.1％.保护性耕作显著降低了作物生育期棵间蒸发量,NTP、TIP、NTS比T处理降低了14.4％～ 50.8％,并减弱了雨后土壤蒸发.保护性耕作提高了作物产量和水分利用效率,NTS、TP、NTP的产量比传统耕作提高了9.5％～62.8％,水分利用效率比传统耕作提高了0.4％～50.9％.因此,在陇中旱农区,保护性耕作措施可以提高水分利用效率,增加作物产量.

研究江汉平原豆麦(大豆/小麦)和稻麦(水稻/小麦)轮作系统中冬小麦生长规律对氮肥运筹模式的响应,可为缩小两种轮作模式下的小麦产量差异提供理论依据.试验设置传统施肥(70％底肥,30％越冬期追肥)和优化施肥(1/3底肥,1/3越冬期追肥,1/3拔节期追肥)2个处理,并以不施氮处理为对照,分析了豆麦和稻麦轮作系统中冬小麦的生长规律、产量及产量构成因素、肥料利用率和施肥效益等.结果 表明:施氮和轮作模式均对小麦产量有显著影响,优化施肥产量显著高于传统施肥,两者产量差异在豆麦轮作系统下为920kg·hm-2,在稻麦轮作系统下为2195 kg·hm-2.相同轮作模式下,传统施肥冬季、春季群体茎蘖数高于优化施肥,而优化施肥在整个生育期干物质总积累量较传统施肥高5％～31％(豆麦)和14％ ～28％(稻麦).传统施肥下豆茬小麦产量较高的原因是穗数、成穗率、群体干物质积累量等均高于稻茬小麦;优化施肥下稻茬小麦产量较豆茬小麦增加幅度更大,表明优化氮肥模式可缩小豆麦与稻麦轮作中小麦的产量差异.两种轮作模式中小麦花后粒重分别呈现“慢-快-中”(豆麦)和“中-快-慢”(稻麦)的增加趋势;氮肥农学效率、小麦季纯收益等指标均以稻麦轮作优化施肥处理最高.综上,在江汉平原地区,稻麦轮作优化施肥处理下小麦群体结构合理,干物质积累量较高,产量和施肥效益增加显著,是江汉平原地区兼顾产量与施肥效益的最佳模式.

为探明周年不同施肥组合对麦后复播大豆生长特性及产量的影响,筛选出小麦复播大豆高产的周年施肥组合,本试验采用裂区试验设计,主区为小麦季施肥,设置4个处理,分别为CK(无肥)、A(氮肥)、B(有机肥)、C(有机肥+氮肥),副区为大豆季施肥,在主区A、B、C三个处理的基础上设置不追施氮肥和追施氮肥150 kg·hm-2两个施氮水平.结果 表明:周年不同施肥组合下复播大豆的SAPD值、叶面积指数(LAI)、叶片蒸腾速率(E)、气孔导度(Gs)、净光合速率(Pn)均为麦季混施有机肥和氮肥、豆季不施氮肥的C1处理表现最佳,而胞间CO2浓度(Ci)C1处理浓度最低,该处理的LAI在苗后40～ 60 d与其他处理存在显著差异,其各项光合指标在花期和荚期也与其他处理存在显著差异(P＜0.05);C1处理表现出于物质积累总持续时间最短,但最大生长速率出现的时间较早,增大干物质积累的平均速率最大,干物质快速积累生长特征值最高,最终C1处理分别比仅麦季单施氮肥和单施有机肥处理产量高18.71％和11.25％.本试验麦豆两熟农田应采用麦季混施有机肥22500kg·hm-2和氮肥375 kg·hm-2、豆季不施氮肥的周年施肥组合有利于大豆增产和氮肥减量.

评估不同轮作模式的生态可持续性和作物生产力,可为调整优化种植结构提供理论依据.设置7个不同轮作作物和周期茬口处理,采用实时荧光定量PCR技术测定不同轮作茬口的土壤细菌群落丰度,采用16SrRNA基因扩增子高通量测序技术分析土壤细菌群落多样性与物种组成,并测定土壤速效养分状况和后茬小麦产量.结果表明:与夏玉米茬口相比,不同轮作周期夏花生或夏大豆茬口处理降低了土壤有机碳、无机氮和速效钾含量,显著增加了土壤有效磷含量.不同轮作周期夏花生或夏大豆茬口处理的土壤细菌16SrRNA基因拷贝数显著降低,而群落丰富度和多样性有所增加.不同轮作作物显著改变了 土壤细菌群落结构和物种组成.与夏玉米茬口相比,不同轮作周期夏大豆茬口显著增加了后茬冬小麦籽粒千粒重和产量.综上,不同轮作周期夏花生或夏大豆茬口有利于增加土壤有效磷含量和细菌群落多样性,显著改变土壤细菌群落结构,其中,夏大豆茬口对后茬冬小麦产量形成具有积极作用.

为探究气候变化背景下,小麦-大豆轮作体系中小麦季施用硝化抑制剂对大豆土壤无机氮、N2O排放及相关酶活性的后效作用,在控制气室内设置了不同的大气CO2浓度(400和600μmol/mol)和气温(环境温度T和T+2℃),在此基础上测定了小麦季添加硝化抑制剂时大豆土壤的硝态氮和铵态氮的含量、土壤硝化-反硝化相关酶活性以及N2O排放量.结果表明,小麦季添加硝化抑制剂配合麦秸还田,使大豆土壤的硝态氮和铵态氮均有所增加,但是对土壤硝化-反硝化酶的活性影响较小.升温(ET)使大豆土壤硝态氮含量显著增加,而铵态氮含量显著降低;大气CO2浓度增加(EC)或同时升高气温和CO2浓度(ECT),土壤硝态氮和铵态氮的含量均有所增加,但与环境高温和CO2浓度(CK)下的无机氮含量差异不显著.不同环境条件下的土壤硝化-反硝化酶的活性没有明显规律.在ET和ECT条件下,大豆生长季N2O排放总量均显著高于CK处理,且添加硝化抑制剂使N2O排放量降低.EC与CK条件下的N2O排放量差异较小,但在CK条件下,硝化抑制剂处理的N2O排放量显著高于普通尿素处理.综上所述,在气温和CO2浓度升高背景下,硝化抑制剂的合理施用有利于大豆土壤有效氮的增加,但是温度升高(ET和ECT)使N2O排放量增加,在此条件下添加硝化抑制剂可以减少N2O的排放,单独升高CO2浓度(EC)时,N2O排放的变化不明显.本研究可为未来气候变化背景下的小麦-大豆轮作施肥管理及农田N2O减排提供理论支持.