黄土高原半干旱区土壤改良和耕作措施对玉米产量和品质的影响及机理

发布时间：2017-12-14 11:26

  本文关键词：黄土高原半干旱区土壤改良和耕作措施对玉米产量和品质的影响及机理

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【摘要】：中国对玉米的需求正在日益增加,特别是近年来畜牧业快速发展导致粮饲兼用玉米需求剧增。近年来全膜双垄沟播技术的成功应用使得黄土高原半干旱雨养农业区成为了北方玉米主产区之一。大量玉米及秸秆饲料化为畜牧业发展带来了新的机遇,也使得提高玉米籽粒和秸秆品质成为一个新的重要研究课题。农艺措施的改进是提高作物产量和品质的主要途径,而农艺措施对土壤碳排放的影响也是气候变化背景下不容忽视的热点问题。为此,本研究通过设置施氮水平、不同土壤改良剂和耕作方式三个试验,旨在通过优化土壤改良和耕作措施来提高粮饲兼用玉米籽粒和饲料产量,改善品质,同时提高碳排放效率,并探究其高产、优质、可持续的机理。施氮水平试验包括:N_0:0 kg ha~(-1),N_(100):100 kg ha~(-1),N_(200):200 kg ha~(-1),N_(300):300 kg ha~(-1)四个主处理,副处理为两类施肥时期,即?基肥+?开花期(T1)和?基肥+?开花期+?灌浆期(T2)。土壤改良试验包括无改良剂(NA)、猪粪(SM)、玉米秸秆(MS)和猪粪与化肥相结合(SC)四个处理。耕作方式试验包括传统耕作(CT)、旋耕(RT)、深松耕(SS)和免耕(NT)四个处理。以上三个试验均始于2012年,本研究在2014、2015和2016三年完成,主要结果如下:1.N_(300)处理下玉米产量分别较N_0、N_(100)、N_(200)提高了79%、56%和8%,并且T1处理较T2增加了8%。土壤改良试验中,猪粪与化肥结合(SC)处理的籽粒和饲草产量比NA增加了69%和65%。深松耕(SS)处理的籽粒和饲料产量较CT增加了20%和24%。因此,氮肥用量300 kg ha~(-1),分1/3基肥和2/3开花期两次施,猪粪与化肥相结合施用,深松最有利于提高粮饲兼用玉米的产量。2.随着玉米的成熟,其粗蛋白(CP)含量在降低,酸性洗涤纤维(ADF)和中性洗涤纤维(NDF)含量在增加,相对饲料价值降低。整个生育期内,N_(300)处理的CP含量分别比N_0,N_(100)和N_(200)提高了42%,19%和3%;,N_(100)、N_(200)、N_(300)处理ADF和NDF含量相比N_0处理增加。SC处理粗蛋白比SM和MS平均提高了6%。与NA相比,不同的土壤改良处理具有较低的酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维含量,因而饲用价值较高。不同耕作方式对粗蛋白、酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维无显著影响。因此,氮肥用量300 kg ha~(-1),猪粪与化肥相结合施用有利于改善粮饲兼用玉米籽粒和饲料品质,但耕作措施对玉米品质无作用。3.不同氮肥用量中N_(300)碳排放量最高,但因其产量也最高,所以碳排放效率比N_0提高了53%。类似地,不同的土壤改良措施中,SC处理碳排放效率最高。与传统耕作相比,深松耕、免耕和旋耕降低了碳排放,增加了产量,因此各处理碳排放效率分别提高了54%,33%和12%。高产处理耗水量也多,但籽粒水分利用效率也高。氮肥用量300 kg ha~(-1),猪粪与化肥相结合施用,以及深松提高了籽粒水分利用效率。4.施氮量、土壤改良剂和耕作方式对不同处理土壤含水量有显著影响。个氮肥用量中,N_(300)处理全生育期0-110cm平均土壤含水量最高,但灌浆期和成熟期0-30 cm土壤含水量低于N_0。土壤改良处理中,SC处理全生育期0-110cm土壤含水量最高,其次为SM,MS处理最低,但NA处理花期(播种后90天)和灌浆期(播种后120天)0-30cm的土壤含水量高于其它处理。此外,少耕改善了土壤物理和化学性状,与传统耕作相比,深松耕下的容重增加了9%、饱和导水率增加了23%,土壤孔隙度增加14%,MWD增加了31%;而免耕处理较传统耕作的土壤碳、氮含量明显增加。因此,氮肥用量300 kg ha~(-1),猪粪与化肥相结合施用,可以提高全生育期0-110cm土壤含水量,深松改善浅层土壤物理质量。5.与N_0相比,N_(300)具有较高的叶面积指数、叶绿素含量、叶水势;气孔导度(gs)、光合速率(PN)、蒸腾速率(E)分别比N_0提高了59%、80%和85%。T1处理gs、PN、E分别比T2提高了15%、19%和13%。SC相对于NA显著增加了玉米叶面积指数(33%)、叶绿素含量(12%)和叶水势(17%)。SS处理光合作用加强的主要原因是其较高的土壤含水量。因此,氮肥用量300 kg ha~(-1),猪粪与化肥相结合施用以及深松可以提高叶面积指数、叶绿素含量、叶水势,促进玉米光合作用。6.土壤含水量与gs,PN,E,籽粒产量,饲料产量以及籽粒水分利用效率高度显著正相关,表明不同土壤改良和耕作措施提高了土壤含水量,从而改善了玉米光合作用,提高了粮饲兼用玉米产量和品质。综上所述,氮肥用量300 kg ha、猪粪与化肥相结合和深松耕通过增加土壤含水量、改良土壤物理性状,改善作物光合作用,从而增加粮饲兼用玉米产量和水分利用效率,改善其品质。因为品质指标改善,粮饲兼用玉米饲料相对价值也提高了。深松也可以提高产量和水分利用效率,但对品质无作用。氮肥用量300 kg ha~(-1)、猪粪与化肥相结合增加土壤碳排放,但因其高产,所以碳排放效率提高。深松耕可以减少碳排放、提高碳排放效率。因此,提高氮肥用量,猪粪与化肥相结合和深松耕是有利于半干旱黄土高原粮饲兼用玉米高产、优质并提高碳排放效率的土壤改良和耕作措施。
【学位授予单位】：甘肃农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S513
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本文编号：1287733