华北南部两熟区不同种植模式下自然资源的利用与评价

发布时间：2020-04-28 01:48

【摘要】：目前华北平原南部农业生产中小麦-玉米复种连作一年两熟的种植模式非常普遍,但同时在局部地区也逐渐显现出部分土壤养分失衡、化肥投入量偏大等问题。为了探寻华北平原南部适宜的种植模式,本研究选择了在该区域有一定种植面积的4种一年两熟的种植模式:小麦-玉米、小麦-大豆、小麦-花生、小麦-甘薯,通过调查不同种植模式下自然资源的周年分布,计算其光、热、水、肥资源利用效率,并通过生产力、生产潜力与生态系统服务价值的分析对不同种植模式进行评价,得出主要结论如下:1.不同种植模式下全生育期内自然资源分布不同。小麦-玉米、小麦-大豆、小麦-花生3种种植模式下光资源积累相当,而小麦-甘薯模式在小麦季其冠层的光合有效辐射截获率因前茬甘薯晚收呈现最低,但在甘薯生长后期则显著高于其他3种模式,从而使得总的光资源积累呈现最高,故小麦-甘薯种植模式的小麦产量与甘薯产量分别为当季的最低与最高。对作物光能利用效率来说,小麦-甘薯模式最高,小麦-玉米与小麦-花生模式屈居其后。此外,小麦季土壤温度始终以小麦-甘薯模式最高,秋粮作物前期各模式温度差异不大,后期以小麦-花生与小麦甘薯模式的土壤温度较高。作物的热能利用效率与光能利用效率呈现出相同的趋势,即在4种种植模式中,小麦-甘薯模式对热能利用最充分,其次为小麦-玉米与小麦-花生,小麦-大豆最低。作物耗水量与水分利用效率以相反的结果呈现,小麦-玉米与小麦-甘薯模式作物耗水量较低,水分利用效率较高;小麦-大豆模式作物耗水量最高,而水分利用效率最低。对肥料利用效率来说,以小麦-甘薯模式最高,其次为小麦-玉米模式,小麦-大豆模式最低。总的来说,在4种种植模式中,作物对光、温、水、肥利用效率均表现为小麦-甘薯模式最高,其次为小麦-玉米与小麦花生,小麦-大豆模式的自然资源利用效率均为最低;且自然资源利用效率与作物产量密切相关。2.经对不同种植模式下作物生产力分析发现,在4种种植模式中,小麦-甘薯模式下作物周年籽实总产量最高,秸秆总产量最低,但因其投入最高,甘薯市场价值较低,故净产值与产投比最低;小麦-玉米模式下作物周年籽实总产量在4种模式中排第二位,秸秆总产量较低,因其投入较低,作物市场价值较高,故净产值与产投比最高;小麦-大豆模式下作物周年籽实总产量最低,秸秆总产量较高,但其成本最低,净产值与产投比较高。对不同种植模式的生产潜力估算结果表明,土地生产潜力以小麦-花生种植模式最高,其次为小麦-大豆与小麦-玉米,而小麦-甘薯最低。3.对4种种植模式进行生态系统服务价值评估的结果显示,在直接价值方面,小麦-花生与小麦-玉米模式具有较高的农产品经济效益;而小麦-大豆模式作物产量最低,但其市场价格最高,从而使其经济效益也较高。而对不同种植模式农田生态系统服务价值的间接价值来说,小麦-玉米、小麦-大豆与小麦-花生模式均有很高的积累有机质功能价值、涵养水分功能价值与气候调节功能价值,因此它们不仅能够为土壤积累较多有机质,还能起到保持水土、调节气候的作用;而小麦-甘薯模式的经济效益与维持生态系统可持续发展的能力则均为最低。综上所述,在这几种华北平原南部农业生产中常见的种植模式中,小麦-玉米的种植模式不仅具有较高的自然资源利用效率,而且能产出较高的经济效益,同时还提高了土壤养分含量和持水量,调节了农田气候,是华北平原南部两熟区适宜的种植模式。小麦-花生与小麦-大豆模式,因其具有较高的经济效益,且有利于农田生态系统的可持续发展,为在该区域小麦-玉米模式的替代种植模式。
【图文】：

图 2-1 试验期间日平均气温与日降水量变化Fig.2-1 Changes of daily mean temperature and daily precipitation during the experime本试验的麦-玉、麦-豆、麦-花、麦-薯 4 个处理，前茬作物分别为玉米、大生与甘薯，，其中前茬玉米、大豆和花生于 2016 年 10 月 4 日收获，小麦于 2016 12 日播种，播量为 187.5 kg/hm2；前茬甘薯于 2016 年 11 月 4 日收获，小麦于11 月 5 日播种，播量为 187.5 kg/hm2；各小区小麦均于 2017 年 6 月 5 日收获。

图 3-1 不同种植模式下作物 IPAR 变化Fig.3-1 Changes of the IPAR in different planting patterns（2）净光合速率（Pn）周年不同模式下作物叶片净光合速率如图 3-2。小麦季，净光合速率高低随着小麦生育期推进先升高后降低，表现为开花期＞灌浆期＞拔节期＞成熟期。拔节期，叶片净光合速率大小为麦-豆＞麦-花＞麦-玉＞麦-薯；其中麦-玉、麦-豆与麦-花间差异均不显著，但三个模式显著高于麦-薯。开花期，四个模式叶片净光合速率表现为麦-花＞麦薯＞麦-玉＞麦-豆；其中麦-花与麦-薯间差异不显著，但麦-花显著高于麦-玉与麦-豆；麦-薯模式与麦-玉模式间差异不显著，却显著高于麦-豆模式；麦-玉模式则显著高于麦豆模式。灌浆期，叶片净光合速率表现为麦-薯＞麦-豆＞麦-花＞麦-玉；其中，麦-薯显著高于其他三种模式，而麦-玉、麦-豆、麦-花间差异均为达到显著。成熟期，叶片净光合速率大小表现为麦-花＞麦-玉＞麦-薯＞麦-豆；麦-薯模式与其他各模式间差异均达到显著水平，但其他模式间差异均未达到显著。
【学位授予单位】：河南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S31

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本文编号：2642911