黄土塬区旱作春玉米蒸腾与农田蒸散过程及其对地膜覆盖的响应

发布时间：2020-07-31 08:15

【摘要】：本研究通过盆栽试验由称重法测定的玉米蒸腾速率对包裹式茎流计测定的玉米茎流速率进行标定,进而藉由标定方程,在田间条件下用包裹式茎流计连续监测旱作玉米蒸腾速率(T),并由土壤水量平衡法测算农田蒸散量(ET),结合作物生长过程、土壤水热条件及气象要素的测定,分析旱作春玉米蒸腾、农田蒸散的时程变化规律及其比例(T/ET)关系;在此基础上,通过观测和比较地膜覆盖对旱作春玉米生长过程、产量和WUE的影响,及其与T/ET的关系,揭示玉米田覆膜节水增产作用机理。研究结果表明:(1)与称重法测定的蒸腾值相对比,包裹式茎流计测定的茎流值存在一定的偏差,因此标定茎流计从而提高其测量精度是十分必要的。在日变化尺度上,由于土壤—植物—大气系统水流的非稳态性,叶片蒸腾速率与茎流速率表现出不同步,取日平均值为测定值,对二者进行回归分析,得出线性标定方程:y=0.764x+4.944(R2=0.97**);y=0.839x(过坐标原点,R2=0.96**)。(2)传统平作大田玉米茎流量的日变化一般表现为单峰或者双峰型曲线。玉米蒸腾累积量呈S型曲线。不同天气条件下,玉米蒸腾速率存在显著差异。玉米蒸腾速率与太阳总辐射、光合有效辐射、空气温度及饱和水汽压差有显著的正相关性。与相对湿度有显著的负相关性。黄土塬区玉米生长中后期T/ET为63.3%,全生育期的T/ET为53%;且T/ET与LAI呈线性函数关系。为减少传统种植方式的无效土壤蒸发,应采用适应性的保墒措施。(3)玉米田覆膜处理对比表明,由于提高土壤温度,覆膜玉米的出苗率显著高于露地玉米,分别为98.1%和80.2%,覆膜提早玉米各生育阶段的时间平均为1.6 d,全生育期缩短14 d。覆膜能显著地促进玉米出苗并加快玉米生育进程,是有效的抗旱保苗种植方式。2013年在抽雄吐丝期后,株高和LAI基本达到全生育期的最大值,覆膜玉米的株高和LAI比露地的分别高40.3%和17.13%;在成熟期,覆膜玉米的生物量比露地的多40.1%。2015年覆膜处理LAI在播种2个月后比露地处理高92%。覆膜促进了玉米的生长,使玉米在生育前期干物质迅速累积。(4)覆膜玉米植株的蒸腾速率始终高于露地玉米,蒸腾速率日变化的峰值显著地高于露地玉米。两年不覆膜旱作玉米生长中后期的T/ET分别为68.1%和61.6%,覆膜玉米的T/ET分别为85.5%和85.9%。T/ET随LAI的增加而呈对数函数形式上升。当LAI由1增加到3.5时,覆膜处理的T/ET由47.9%迅速增大到84.1%,不覆膜处理的T/ET也迅速的由29.6%增至68.8%。相同的LAI下,覆膜处理的T/ET均大于不覆膜处理。将本研究实测所得的T/ET值与通过康绍忠公式计算得出的T/ET值相比较,二者接近,变化趋势基本相同。(5)覆膜与露地处理下的玉米行粒数差异不显著,但覆膜处理的玉米穗粒数、单穗重及百粒重等显著大于露地处理的。覆膜玉米的产量、生物量及收获指数明显高于露地(P0.05)。两年覆膜玉米全生育期的蒸腾量分别为299.1和303.4 mm,显著高于不覆盖处理的224.7和235.0 mm;同时,两年的T/ET分别为73.0%和74.7%,显著高于不覆膜处理的55.1%和54.0%。两年的覆膜玉米WUE_(ET)为35.5 kg ha~(-1) mm~(-1)和30.6 kg ha~(-1)mm~(-1),也显著高于不覆膜玉米的18.7 kg ha~(-1) mm~(-1)和20.9 kg ha~(-1) mm~(-1)。(6)地膜覆盖对土壤温度的作用主要表现为增温。在早8:00时刻,覆膜的温度在5 cm和10 cm土层显著地高于不覆膜处理,且略高于无作物种植的裸地,降低了玉米土壤的昼夜温差。与不覆膜处理相比,覆膜早期使土壤温度提高1-4℃。覆膜条件下各个土层各个时刻的土壤温度均高于不覆膜处理。由于玉米植株的叶片对土壤遮阴作用明显,7月中旬至8月初,覆膜对土壤的增温效果没有生育前期大。(7)从玉米播种至7月初,覆膜处理下的土壤贮水量(0-300 cm)持续高于不覆膜处理,然而随后,覆膜处理在0-40 cm土层的贮水量比露地的高;在40-140cm土层,随着玉米的蒸腾耗水增大,覆膜的土壤含水量小于露地,使得不覆膜处理的土壤贮水量反而高于覆膜处理的。因此,覆膜显著提高了玉米在营养生长阶段保蓄的土壤水分,促进了其后期的生殖生长;同时,覆膜条件下旺盛生长的玉米植株也增加了玉米对土壤深层水分的利用。(8)地膜覆盖的效应是温度和水分综合影响的结果,其为玉米的生长发育提供了有利的水热条件。与露地玉米比较,覆膜玉米的表层土壤温度的增加,显著地促进了植株的生长发育,增加了生物量和LAI,强化了蒸腾耗水T;同时,覆膜增加了土壤水库中的可利用水分含量,调节了土壤对玉米的水分供给,降低了作物无效蒸腾E,从而增加了T/ET比例。(9)土壤—春玉米系统水分运移的研究结果表明,从土壤到叶片的水势差表现为早晨和傍晚小,中午较大。蒸腾(茎流)速率随着土壤水势的降低,峰值逐渐降低,日蒸腾(茎流)量逐渐减小。土壤—春玉米系统水流阻力的日变化表现为上午较小,下午较大。土壤水势对系统水流阻力有显著影响,随着土壤水势降低,系统水流阻力显著增加。系统水容的日变化为上午较小,下午较大。系统水流阻力与水容密切相关,即当水流阻力降低时,系统水容升高。当土壤水势降低时,时间“常数‖增加。
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S513
【图文】：

试验站,黄土高原,地理位置,降水量

第二章研究方法和数据处理2.1 试验地概况试验布设于中国科学院长武黄土高原农业生态试验站综合观测场内（图 2-1）。试验地地理坐标为 107°41′E，35°14′N，海拔 1220 m，位于长武塬塬面，属暖温带半湿润大陆性季风气候。当地年均降水量 584 mm，4-9 月（玉米生育期）年均降水量为 466.4mm，年均气温 9.1 C，无霜期 171 天，地下水位 50-80 m，年蒸发量高达 940mm，属典型的旱作农业区。该地区地貌属高原沟壑区，塬面与沟壑分别占 35%和 65%，地带性土壤为黑垆土，母质是深厚的中壤质马兰黄土，具有良好的土壤水库‖效应（李玉山 1983），平均土壤容重为 1.3g cm-3，田间持水量为 22±2%，萎蔫系数为 6±2%。图 2-2 为进行试验的 2012、2013 和 2015 年降水量及多年降水量分布。2012 年全年降水量 480.8mm，4-9 月的降水量为 440.0mm，2013 年全年降水量 576.8mm，4-9 月的降水量为 520.2mm，2015 年全年降水量 578.2mm，4-9 月的降水量为 454.1mm，与多年比较更为集中。且 2013年 7 月降水为 237mm，而 2015 年 7 月降水仅为 33.3mm。

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图 2-4 玉米全膜双垄沟种植方式示意图Figure 2-4 Sketch of double ridges and furrows with mulched目及方法茎流日变化采用美国 Dynamax 公司生产的包裹式茎流计测选择具有代表性的春玉米，将茎流传感器包裹在第二茎节。、均匀地涂抹一层导热硅胶，然后将探头固定在植株上，最箔用来防雨和阻隔阳光的照射）。本试验采用的茎流计，数据每小时自动记录一次，单位时间内个体水平的茎流速率算出其日茎流量，其单位为（g d-1）。大田每个小区安装 3 直径逐渐变粗，再加上探头的加热作用会影响玉米生长，所重新安装包裹式探头。式塞流计探头差异性检验栽试验不同探头间测量值的差异，将包裹式茎流计探头安装

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第二章研究方法和数据处理株直径范围为 13-23mm，其中 76%的植株直径范围在 19-21mm 之间性植株直径范围为 20-32mm，其中 80%的植株直径范围在 28-30mm15 年不覆膜处理的代表性植株直径范围为 14-24mm，其中 75%的植1mm 之间；覆膜处理的代表性植株直径范围为 22-32mm，其中 78% 27-29mm 之间（图 2-7）。因此，我们将此范围的植株作为代表性植。

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