旱地麦田夏闲期覆盖及绿肥种植对土壤水分、养分及后作冬小麦生长的影响

发布时间：2020-10-17 10:29

　　 水资源的短缺是全球农业面临的问题。我国黄土高原旱作区是典型的雨养农业区,水资源的短缺和贫瘠的土壤是限制该地区农业生产的重要因素。发展旱区农业,提高雨养地区的作物生产可以缓解水资源的短缺,并且能够保障粮食安全。本研究拟在旱地小麦收获后至下茬小麦播种前的半季(3个月)休闲期,(1)通过薄膜覆盖,探讨夏闲期覆盖对土壤水分变化规律及后作小麦产量的影响,(2)通过夏闲期不同的轮耕模式,探讨轮耕对夏闲期土壤水分及土壤微生物群落的影响,(3)通过夏闲期绿肥种植,探讨绿肥季及后作小麦季土壤水分、养分、酶活性等的变化规律以及对后作小麦产量的影响,以期为旱作区的小麦生产提供理论和实践指导。夏闲期小麦收获后利用山西省农科院研制的塑料薄膜对土壤进行不同时间、不同面积的覆盖,试验为双因素随机区组设计,从2010年7月至2012年6月,两年的田间试验在黄土高原旱地开展,为了研究夏闲期不同的覆盖时间和覆盖面积对土壤蓄水量、蒸散量、水分利用效率及产量的影响。试验设置了 6个处理:(1)早覆盖+全覆盖(早覆盖是指小麦收获后30天开始覆盖),(2)早覆盖+半覆盖,(3)早覆盖+不覆盖,(4)迟覆盖+全覆盖(迟覆盖是指小麦收获后60天开始覆盖),(5)迟覆盖+半覆盖,(6)迟覆盖+不覆盖。结果表明:早覆盖+全覆盖在两年的休闲期提高了降水储存效率,分别提高了 18.4%和17.8%。从小麦收获60天开始到小麦孕穗期,早覆盖+全覆盖增加了土壤蓄水量,比迟覆盖+不覆盖在两年分别提高了 13.8%和20.9%的土壤蓄水量。与迟覆盖+不覆盖相比,早復盖+全覆盖两年分别增加了每公顷的穗数达13.8%和20.9%。,早覆盖+全覆盖两年分别增加了籽粒产量达11.7%和17.4%。但是,与迟覆盖+不覆盖相比,早覆盖+全覆盖降低了水分利用效率。本研究的所有结果表明,在我国的黄土高原地区,早覆盖+全覆盖是增加旱地小麦产量的一项有效措施。夏闲期不同轮耕处理中,在8月12日,8月30和9月25日三个取样时期,当年进行深松或深翻的处理(L2,L3,L5,L6)比免耕(L1,L4)处理能够更好的蓄保降水,尤其是深松-深翻-深松(L5)。在三个取样时期,细菌群落在门水平的组成上,L4(深翻-深翻-免耕)和L5(深松-深翻-深松)的变形菌门比例较高,L1(免耕-免耕-免耕)和L4(深翻-深翻-免耕)的放线菌门比例较高。在多重比较中,表层土壤的细菌群落多样性显著高于耕层土壤的多样性。在多重比较中,9月25日的真菌群落丰富度显著高于8月12日和8月30日的丰富度;L1(免耕-免耕-免耕)和L4(深翻-深翻-免耕)的真菌群落丰富度显著高于L5(深松-深翻-深松)和L6(深松-深松-深松)的丰富度。在细菌和真菌群落中,代表群落丰富度的指数(Chaol和ACE)与代表群落多样性的指数(Shannon和Simpson)之间的相关性都达到了显著水平(P0.05)。土壤水分与真菌群落的多样性指数(Shannon)的相关性达到了显著水平(P=0.02470.05)。在绿肥苗期、开花期和成熟期,细菌和真菌群落在门水平上表层和耕层不同轮作处理中的比例也不同。细菌和真菌的Alpha多样性指数在绿肥不同生育时期的轮作处理中有较高的趋势,但是与裸地(L6)相比差异不显著。在小麦各个时期的单株农艺性状上,裸地(L6)在各生育期的农艺性状基本最好。在小麦各生育期的群体动态方面,裸地(L6)在开花期的分蘖数有较高的趋势。在小麦越冬期和返青期,绿肥处理普遍降低了地上部的干物质量平均达80%。在拔节期和成熟期,绿肥处理降低了大部分处理的叶片干物质量。夏闲期种植绿肥没有提高冬小麦的产量,反而降低了冬小麦的千粒重8.52%-13.62%,和产量9.04%-42.07%。绿肥种植提高了后茬小麦籽粒的淀粉含量和可溶性总糖含量。夏闲期种植绿肥作物,在小麦生育期间没有显著提高小麦叶片、茎秆、根以及成熟期籽粒的氮含量、磷含量和钾含量。夏闲期种植绿肥显著降低了土壤含水量,在小麦播种前(即绿肥成熟期)裸地(L6)的土壤含水量为最高,L6的土壤含水量优势一直持续到了成熟期。夏闲期种植大豆对小麦生育期0-100 cm 土壤速效氮和全氮含量有提高的趋势;种植油菜对小麦生育期0-100cm土壤速效磷和全磷有提高的趋势;夏闲期轮作并翻压绿肥作物对小麦生育期土壤速效钾和有机质没有提高的趋势。在绿肥生长期间,在0-100 cm的五个土层中,油菜播量最大的处理(G3)的磷酸酶、蔗糖酶、脲酶和蛋白酶含量高于裸地(L6);在小麦越冬期、拔节期和开花期,在0-100cm的5个土层中,油菜全量还田的处理(R6)的磷酸酶、蔗糖酶、脲酶、蛋白酶和过氧化氢酶含量显著高于裸地(L6)。小麦开花期表层土壤的脲酶活性与产量呈显著正相关,耕层土壤的有机质含量与产量呈显著正相关。总之,夏闲期种植并翻压绿肥有提高土壤养分和酶活性的趋势,但是由于显著减少了小麦播种前的土壤含水量,从而减少了千粒重和产量。
【学位单位】：山西农业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S512.11
【文章目录】：
摘要
第一章 文献综述
    1 地膜覆盖研究进展
    2 绿肥的栽培模式与适应区域
        2.1 我国目前的绿肥种植模式
        2.2 绿肥种植模式的适应性
    3 绿肥种植对土壤、作物作用研究进展
        3.1 绿肥种植对作物产量的影响
        3.2 绿肥种植对土壤水分的影响
        3.3 绿肥种植对土壤有机质的提高
        3.4 绿肥种植能够改善土壤的物理性状
        3.5 绿肥种植能够促进土壤微生物的活动
        3.6 绿肥种植能够转化土壤中的难溶养分,促进植物的吸收利用
        3.7 绿肥种植能够促进畜牧业的发展
        3.8 绿肥种植能够保护土壤,美化环境
        3.9 绿肥种植能够缓解农田及果园的病虫害
    4 本研究的目的与意义
第二章 旱地麦田夏闲期薄膜覆盖对土壤水分及后作小麦产量的影响
    1 前言
    2 材料和方法
        2.1 试验地概况
        2.2 试验设计和大田管理
        2.3 取样和测量
        2.4 数据分析
    3 结果
        3.1 小麦播种期及各生育时期的土壤蓄水量
        3.2 休闲期覆盖对水分消耗的影响
        3.3 休闲期覆盖对产量和产量三要素的影响
        3.4 休闲期覆盖对降水利用效率的影响
        3.5 小麦播种期土壤含水率及产量三要素与产量的回归关系
    4 讨论
    5 结论
第三章 旱地麦田夏闲期不同轮耕对土壤水分及微生物群落结构的影响
    1 引言
    2 材料和方法
        2.1 试验区概况
        2.2 试验设计
        2.3 测定项目及方法
    3 结果与分析
        3.1 夏闲期轮耕对土壤水分的影响
        3.2 夏闲期轮耕对土壤细菌群落结构及多样性的影响
            3.2.1 夏闲期轮耕对土壤细菌群落门组成的影响
            3.2.2 夏闲期轮耕对土壤细菌群落Alpha多样性指数的影响
            3.2.3 不同轮耕处理的细菌群落在不同取样时间的热图分析
            3.2.3 不同轮耕处理相同时间同—土层的细菌主成分分析
            3.2.4 不同轮耕处理在不同取样时间细菌群落的代谢功能预测
        3.3 夏闲期轮耕对土壤真菌群落结构及多样性的影响
            3.3.1 夏闲期轮耕对土壤真菌群落门组成的影响
            3.3.2 夏闲期轮耕对土壤真菌群落Alpha多样性指数的影响
            3.3.3 不同轮耕处理的真菌群落在不同取样时间的热图分析
            3.3.4 不同轮耕处理相同时间同—土层的真菌主成分分析
        3.4 轮耕处理细菌真菌群落的Alpha多样性指数及水分的相关性
    4 讨论
    5 结论
第四章 旱地麦田夏闲期绿肥轮作对土壤水分、养分、酶活性及后作小麦产量的影响
    1 引言
    2 材料与方法
        2.1 试验区概况
        2.2 试验设计
        2.3 测定项目及方法
            磷酸酶测定方法
            蔗糖酶测定方法
            脲酶的测定方法
            蛋白酶测定方法
            过氧化氢酶测定方法
    3 结果与分析
        3.1 夏闲期轮作对绿肥作物地上部性状和土壤理化性状的影响
            3.1.1 夏闲期绿肥作物农艺性状的变化
            3.1.2 夏闲期绿肥作物植株氮磷钾含量的变化
            3.1.3 夏闲期绿肥轮作对0-100cm土壤相对含水量的影响
            3.1.4 夏闲期绿肥轮作对0-100cm土壤养分的影响
            3.1.5 夏闲期绿肥轮作对0-100cm土壤酶活性的影响
            3.1.6 夏闲期绿肥轮作对土壤细菌群落的影响
            3.1.7 夏闲期绿肥轮作对土壤真菌群落的影响
        3.2 夏闲期轮作对后作小麦地上部性状和土壤理化指标的影响
            3.2.1 夏闲期轮作对后作小麦生育期单株农艺性状的影响
            3.2.2 夏闲期轮作对后作小麦生育期群体动态的影响
            3.2.3 夏闲期轮作对后作小麦生育期干物质量积累的影响
            3.2.4 夏闲期轮作对后作小麦产量三要素和籽粒品质的影响
            3.2.5 夏闲期轮作对后作小麦生育期植株氮磷钾含量的影响
            3.2.6 夏闲期轮作对后作小麦生育期土壤水分含量的影响
            3.2.8 夏闲期轮作对后作小麦生育期土壤酶活性的影响
        3.3 小麦播种前、越冬期、拔节期、开花期表层和耕层土壤的理化指标与产量的逐步回归关系
    4 讨论
    5 结论
参考文献
Abstract
致谢
攻读博士研究生期间科研总结


本文编号：2844660