旱地土壤肥力培育及旱作节水技术研究
（一）旱地土壤肥力培育及旱作节水技术研究。针对陇东旱地土壤“旱”“薄”两个制约因子开展工作，从培肥（治“薄”）入手，来提高土壤水分的保墒能力和水分的生产效率（治“旱”）。周广业、王宏凯、丁宁平、蒋维新、闫龙翔研究了旱地黑垆土水分动态规律的基础上，围绕旱地土壤水分利用率这一中心环节，开展了以有机无机肥料长期定位试验和秸秆覆盖定位试验为主的24点（次）试验；测定了0～200厘米里土层水分的年、季动态变化，获有效数据4100多个；分析了不同施肥处理土壤结合态腐殖质含量、酸解有机氮的形态组成，土壤磷素形态、酶活性、碳水化合物含量等，获土壤肥力测定数据2800多个。从三个方面探讨了提高土壤水分利用率的途径和措施：
1.培肥地力，以肥调水。增施有机肥、有机无机肥配施可使土壤有机无机复合体中松结态腐殖质组分明显提高，松紧比值增大；碳水化合物组成中六碳糖和五碳糖占有机质增加。说明有机培肥可提高有机质数量，更主要的是土壤腐殖物质得到不断更新，降低了腐殖质的“老化”程度；有机肥培肥使土壤酸水解性氮素组成中有效性较高的铵态氮和氨基酸态氮的含量增加，非酸水解氨含量下降，说明土壤氮素得到更新；施用有机肥，特别是秸秆还田使土壤中Ca2-P.Ca8-P.A1-P和Fe-P含量较不施肥区和化肥区增加幅度较大，而Ca10-P却明显降低，这是秸秆中有机酸和碳水化合物含量较多，活化土壤磷并减缓磷的吸附固定所致。施用有机肥后，土壤活性有机磷和中等活性有机磷含量明显增加，而中稳性和高稳性有机磷有下降趋势；有机培肥使土脲酶、转化酶、蛋白酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶活性较不施肥或化肥处理成倍增加，多酚氧化酶活性下降。显示出有机培肥加速了土壤中碳、氨、磷等营养物质的转化和土壤有机质的腐殖化进程；长期施用有机肥，土壤水稳性团聚体含量较不施肥处理增加90%以上；有机培肥提高了作物产量和冬小麦的水分生产率，降低了作物棵间蒸发散失水量，具有明显的以肥调水作用。
2.秸秆覆盖，蓄水保墒。冬小麦生育期覆盖麦秸3750千克/公顷和7500千克/公顷能有效地隔开地表与大气之间直接的水分交换，减少蒸发消耗水分20毫米以上。覆盖秸秆使土壤温度变幅小，减轻冬季冻害。由于覆盖处理地温低，避免了小麦灌浆期间高温引起的早衰，延长了灌浆时间，增加了产量。玉米生育期覆盖麦秸在伏秋高温干旱时期能保墒土壤有效水分18.1～38.5毫米，是一项仅次于地膜覆盖的节水技术。
利用夏季集中降雨休闲期覆盖麦秸3年，土壤水分测定表明，覆盖处理至秋播时，较裸地处理0～100厘米多蓄水13.2～27.6毫米，0～200厘米多蓄水21.1～41.2毫米。秸秆翻压后，使耕层土壤蓬松，土壤持水容量倍加，水分总梯度下降，蓄水保墒效果一直可持续到收获时。小麦收后测定，覆盖处理较裸地处理0～200厘米多增10.8～32.1毫米有效水。同时，使土壤有机质，全氮、速效磷、速效钾含量都有增加，小麦较未覆盖处理增产12%～45%。
3.适量播种，提高水分利用率。通过两年三点冬小麦播量试验，播量在225千克/公顷时，返青期耕层土壤水分和碱解氮含量都比较高，冬小麦产量不论当茬或回茬田也都最高，即使在严重干旱的1991—1992年度也是如此。
4.示范推广成效。1988—1992年，推广应用增施有机肥、秸秆还田、高茬收割、休闲期覆盖秸秆和精量播种等旱地土壤培肥及旱作节水技术面积2000公倾，开办县级农技中心土肥站人员培训班，编印“旱地土壤培肥技术资料”发放至乡、村，在全区中低产田改造、瘠薄梯田改造等项目及生产实践中累计推广7.5万公顷。示范区土壤有机质提高0.2克/千克，碱解氮增加3～6毫克/千克，有效磷增加1～2毫克/千克，蓄水保墒和节水效果明显，平均每公顷增产小麦225千克。
该项目于1992年获平凉地区农技推广一等奖，1994年获甘肃省农技推广二等奖。
（二）山地梯田集雨节水补灌高效农业技术试验示范。1996—1998年，平凉地区农科所和静宁县水利局联合在静宁县灵芝乡尹岔村、俊峰村、八里乡靳平村和城川乡吴庙村实施此项目：①根据静宁县立地条件，提出轮歇地集流、荒山荒坡铺膜集流、沥青塑料编织布覆盖集流等集流材料选择和集流场建设技术体系，经大量试验和示范，总结出了适合干旱区不同经济条件下多种形式的集雨场建设技术；②试验总结出砂浆塑膜窖、水泥砂浆窖、水泥薄壳蓄水涝池等形式的集水水窖（池）。砂浆固壁膜防渗水窖节资省工、防渗性能好，是黄土高原地区水窖建设技术的创新和发展；③引进日本、美国、以色列等国家的微喷、滴、渗灌设备18种，筛选出适合本地区的微喷带、地埋式喷灌、渗灌管，创新了北方旱区集雨节灌设施配套路子；④总结优化了地膜小麦、地膜玉米、果、菜等高效农业的补灌制度。地膜冬小麦在拔节、抽穗期为最佳补灌期，每次补灌10～20毫米，亩增产82千克。地膜玉米在拔节期和大喇叭口期补灌10～20毫米，亩增产76千克。地膜谷子在孕穗期补灌22毫米，亩增产120千克。
示范点累计示范推广集雨节灌面积2200亩，全县建成集雨水窖1.78万眼，辐射推广集雨节灌面积3.56万亩，补灌粮食单产由102.1千克增加到179.1千克，其中地膜小麦补灌田最高单产298千克，平均亩增纯收入86元；地膜玉米补灌田最高单产686千克，平均亩增纯收入120元。累计新增粮食283.2万千克，新增纯收入249.2万元。建成配套微滴、渗灌设备的节能日光温室12座，塑料大棚10座，使干旱山区梯田高效栽培模式初具规模。先后培训农民1.2万人（次）、培训乡（镇）干部40多期（次），印发技术资料1300余份，迎接山西、陕西、宁夏等省（区）考察团200多人（次）。尹岔村被甘肃省人民政府命名为全省实现集雨节灌“第一村”。
该项目于1999年获平凉地区科技成果推广二等奖区。
（三）全膜双垄沟集水技术下降水的集流效果研究。2011—2013年，由甘肃省科技厅下达，周广业、李利利等采用田间集水模拟试验法，在平凉市农科院高平试验场实施。结果表明：①全膜双垄沟集水种植技术，降雨强度小，降水集蓄效果最好，可以使无效降水变为有效降水。在降水量大于500毫米的陇东地区，全膜双垄沟种植技术可以显著地提高10毫米以下无效降水的利用率。在玉米生育期总降水362.8毫米的情况下，平均降水集流率为68%。②全膜双垄沟种植时，玉米生育期0～200米剖面土层水分呈S型波动变化，40～160厘米土壤水分补给不足，呈亏缺状态。采用高粱—冬油菜—糯玉米轮作模式，高粱和冬油菜种植密度大，降水再分布的速率较高，且高粱对深层土壤水分的消耗较玉米少，增加了140厘米土层以下土壤蓄水保水能力。可见，全膜双垄沟种植技术对降水向作物根际的再分布有一定影响，可以促进水分向根际再分布，达到深层土壤蓄水保水的能力。不同作物栽培中，第一茬玉米收获后，50～160厘米土层土壤含水率呈亏缺状态，这和集水模拟试验结果相吻合。采取糯玉米—冬油菜—糯玉米或高粱—冬油菜—糯玉米的少免耕轮作模式，覆一次地膜，两年种植三季作物，增加集流面积，促进了降水向作物根际的再分布，提高了降水生产效率。
（四）陇东旱塬黑垆土集雨补灌和肥料试验研究。1999—2002年，周广业、孙志强、曹亚风实施，取得良好的效果。研究结果表明：在黄土旱塬区集雨补灌技术有效地解决了作物生长与自然降水不同步的矛盾，冬小麦拔节期补灌225米3/亩水或拔节、孕穗期各补灌水225米3/亩，增产42.8%和80.2%；玉米以大喇叭口期补灌最优，谷子以孕穗期补灌225米3/亩为最好，水分利用效率达3.43千克/毫米，果树在干旱时补灌水一次不仅促进树体生长，而且可以提前挂果。在施肥量相等时，低肥力地块补灌较高肥力地块增产的绝对量大，供水效率也高；冬小麦、玉米、谷子施用长效尿素增产效果最好。氮磷肥配合，有机无机肥配合是快速培肥旱地土壤的有效途径。调整种植业结构过程中，适当压缩粮田面积，扩大果树面积；在粮食作物中压缩冬小麦播种面积，扩大谷子播种面积，充分发挥集雨补灌高效农艺措施的优势。