生育前期揭除地膜对棉花生长发育及棉田生态的影响机制

发布时间：2020-08-09 06:50

【摘要】：目的:在棉花蕾期揭除地膜可以起到控制残膜污染增量的作用,但揭除地膜后必然会使土壤微生态环境发生改变,从而影响棉花生长。探索揭膜后土壤微环境变化、根系发育动态和空间构型变化以及地上部响应机制,深入揭示揭膜对棉花生理生态与根系形态的调控机理,可以为滴灌棉田揭膜后水肥调控措施提供理论依据。方法:本研究于2015-2017年在石河子地区新疆农垦科学院2轮试验地(44.3108°N、85.986°E,海拔460 m)进行,以陆地棉(Gosspium hirsutum L.)品种新陆早42号和新陆早45号为试验材料。采用裂区试验设计,主区为品种,副区为不同时期揭膜处理,其中揭膜处理采用随机区组试验设计,,以全生育期覆膜作为对照(CK),设3个揭膜时期处理,分别为自出苗后第一次灌溉(2015-2017年分别为出苗后30天、35天、43天)前10天(T10)、前1天(T1)和第二次灌溉前1天(E1)揭除地膜,上述4个处理每次灌水量相同。此外,在T1处理的基础上设两个灌水量处理,即每次滴水较T1增加10%(W1)和30%(W3)的灌水量,研究不同时期揭膜对土壤水分、温度及养分时空变化规律、棉花根系空间构型、养分吸收、群体生理参数、光合特性、冠层结构和产量、品质的影响;研究不同灌水量对揭膜条件下棉花生长发育、产量形成及水分利用效率的影响。结果:1.揭膜条件下土壤温度、水分、盐分变化在出苗后1-50d内,揭膜处理各土层土壤温度均比CK低,之后差距逐渐缩小,直至高于CK处理;揭膜在降雨较多年份(2016年5-9月降雨量120.2mm)对土壤水分影响不明显,而在正常年份(2017年5-9月降雨量96.5mm)则降低了0-60cm土层的土壤水分含量。揭膜在多雨年份促进土壤盐分的累积,而在正常年份,则有抑制盐分累积的作用,且越在生育后期这种趋势越明显。2.揭膜对土壤养分变化及棉花养分吸收的影响揭膜处理在生育期末增加了土壤有机质、全磷及速效钾含量,增加了表层(0-10cm)土壤水解性氮和全氮及深层(40-50cm)土壤全氮含量。揭膜处理在降雨正常(2017年)及多雨年份(2016年)棉株氮磷养分积累高峰后移,但养分快速积累的时间长,养分最大积累量大,在干旱年份(2015年)情况则相反。多雨年份(2016年)也促进了钾积累高峰后移及增加钾的积累量。2015-2016年间氮磷钾及2017年钾积累速率均是揭膜处理比CK低。在正常年份,揭膜处理不利于各器官中氮、磷、钾的积累,在多雨年份(2016年),揭膜处理增加了根系和花铃的氮素、磷素、钾素的积累以及叶片中的磷素和钾素的积累。多雨年份较正常年份相比不利于棉花对磷的吸收。3.揭膜条件下棉花根系构型与干物质积累在初花期,揭膜处理提高了棉花根长密度(RLD)、表面积密度(RSD)、根体积密度(RVD);在10cm以下土层,揭膜处理根干重密度(RDWD)基本上显著的高于CK,甚至达到极显著的差异水平;除了2015年花铃期外,直径1.0mm以下的毛细根总长占总根长的比例在两年间均是E1处理最高;初花期以后,棉花根冠比(R/T)基本呈现下降趋势,揭膜处理的R/T高于CK;在干旱年份,揭膜不利于根系干物质积累。4.揭膜对棉花光合生理的影响揭膜能提高棉花开花后期的净光合速率,提高开花中后期的蒸腾速率。揭膜处理提高了棉花光系统间实际电子传递速率(ETR)及最大电子传递速率(ETRmax),提高PSⅡ电子传递活性(2016年开花后期除外)。揭膜处理提高2016年棉花开花中前期和2017年开花后期、降低2017年开花初期光能转换效率;适期揭膜(雨水偏多年份在第一次灌水前揭膜,而在降雨较正常年份,则在第二次灌溉前揭除地膜)可以提高植株对强光的耐受能力,尤其是在多雨年份开花初期,这种趋势更明显。揭膜降低了叶面积指数(LAI)和光合势(LAD),提高了大部分时期的净同化率(NAR);揭膜处理平均叶倾角(MTA)和冠层开度(DIFN)变大,导致阳光漏射率(LLR)较高,总光截获率(LIR)较低。除了干旱年份(2015年),揭膜处理干物质最大积累量最高。揭膜条件下干物质积累速率达到最高值的时间(Tmax)和直线积累开始的时间(t1)出现时间早,直线积累起(t)较长,直线积累期间干物质积累量大。揭膜在正常年份可以促进干物质往生殖器官分配。揭膜提高了生育后期棉花叶片中脯氨酸(Pro)含量及超氧化物歧化酶(SOD)活性。5.揭膜后增加灌水量对棉花生长的影响揭膜后增加灌水量可以改善冠层结构,提高光能截获率。在降雨正常年份,可以提高LAI,减少DIFN,显著提高NAR,降低LAD,提高生育后期的光合性能,降低瞬时水分利用效率(WUE),提高开花初期的潜在水分利用效率(WUEi)和气孔限制值(Ls)。在正常年份可以增加各器官干物质的积累量,减少了同化产物往生殖器官分配的比例。6.揭膜对棉花产量及品质的影响揭膜在干旱年份降低了皮棉产量,在其余年份则增加产量。揭膜可以在一定程度上提高纤维的品质,且揭膜时间越早,这种趋势越明显。揭膜后增加灌溉造成了减产,灌溉水利用效率显著降低。降低了上半部平均长度,但提高了马克隆值和伸长率;揭膜后适当增加灌溉量(W1处理)在正常年份可以提高断裂比强度及整齐度指数,降低短纤维指数。结论:棉花在出苗后对地膜覆盖的增温保湿作用最少需维持50d,在此之前,揭除地膜会严重影响棉花生长发育,在此之后,根据每年气候不同,在出苗后第一次或第二次灌溉前揭除地膜,棉花经过前期的胁迫锻炼,有利于根系的构建和后期光合作用,将光合产物更多的分配到生殖器官中,提高棉花产量。揭膜后增加灌溉量冠层结构得以改善,但产量及灌溉水利用效率并没提高。
【学位授予单位】：石河子大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S562
【图文】：

技术路线图,土壤微环境,产量形成,水盐运移

第一章前言测定，分析根系生长发育规律与土壤水盐运移、养分分布的关系；并在此基础上研究土壤微环境改变对棉花根系构建及产量形成(养分在各器官转运分配、群体生理参数、光合特性、冠层结构和产量、品质、水分利用效率的变化等)的影响；从生产成本、机械化操作难易程度、产量水平、经济效益等方面综合评定以确定最佳的揭膜时间，并在此基础上确定最优的灌水水平。结合上述研究成果，明确揭膜对土壤微环境的影响程度及影响规律，揭示棉花根系构建及产量形成对上述变化的响应机制。

示意图,种植模式,示意图,播幅

93 种植模式及田间管理采用1膜6行45cm+20cm宽窄行种植模式(图2-1)，地膜宽205cm，每个播幅1条膜，宽2.1 m，膜间行距60cm，株距10 cm，种植密度26×104株 ha-1，一膜铺设3条滴灌带

温度分布,种植模式,温度计,土壤

研究不同时期揭膜棉田土壤温度分布特征及变化规律，明确最佳揭膜时间，对于调控棉花生长具有重要意义。本文通过重点研究棉花生育前期不同时间揭除地膜条件下棉田土壤平均温度、温差及典型生育期土壤温度日变化及温度在土层内的三维分布规律，旨在揭示不同时期揭膜对棉田土壤温度的影响，为中国干旱半干旱区棉花高产栽培及残膜污染治理提供科学依据和理论指导。1 材料与方法1.1 样品采集与测定2015-2016 年播种后将 MicroLab Lite U 盘式温度计（Fourier, USA）分别埋设于棉花宽行和窄行中间位置，埋深为 10cm、20cm、30cm（图 1）。参考杨相昆（2015）的方法，每小时记录 1 次温度，将 0 点到 23 点的 24 个整点温度取平均值作为该天土壤平均温度，并根据陈军胜（2005）的方法计算土壤累积温度、土壤温差、土壤累积温差。将各个时期不同层次土壤的日平均温度累加，得到各个时期土壤累积温度，类似于气温的积温；土壤温差是指土壤日最高温度与最低温度的差值，土壤累积温差是指某一阶段土壤每天温差的累加，土壤日平均温差是指某一阶段土壤累积温差的日平均值。

【参考文献】