全膜覆土穴播对春小麦水分利用、产量和碳氮磷计量的影响

发布时间：2018-02-14 09:29

本文关键词： 全膜覆土穴播春小麦化学计量特征光合作用需水规律产量水分利用效率　出处：《甘肃农业大学》2017年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：目前针对全膜覆土穴播增产机制的研究主要集中在土壤水热过程—干物质积累—产量构成方面,而对全膜覆土穴播春小麦的需水规律和耗水特性缺乏研究;另外,从土壤养分的化学计量特征—叶片化学计量特征—光合功能—产量形成关系的角度,对全膜覆土穴播小麦的生态生理响应机制缺乏探讨。针对上述问题,本研究布设两个大田定位试验,研究全膜覆土穴播春小麦的需耗水特征及其对产量和水分利用的影响,分析旗叶和土壤C/N、C/P、N/P等化学计量特征、水分利用、光合生理特性和产量构成因子的关系,为探索资源高效、作物增产的技术途径提供理论依据。主要取得以下结果:西北黄土高原半干旱区全膜覆土穴播春小麦全生育期总耗水量为439.9 mm,在播种—拔节、拔节—抽穗、抽穗—灌浆和灌浆—成熟期的需水量分别为159.5,115.0,47.7和117.7 mm。播种—拔节期,PMS的耗水强度较CK增加5.8%—20.0%,但灌浆期降低14.1%—26.4%。PMS和SM收后0—100 cm的土壤贮水量均高于CK,100—300 cm的土壤贮水量均低于CK,而且PMS在100—300 cm土层土壤贮水量收后较播前减少52.2 mm—66.2 mm。因此,全膜覆土穴播可促进小麦对土壤深层水分的利用,以满足小麦生长的水分需求,并调节不同降水年型的春小麦耗水进程,使得营养生长期的耗水模系数和耗水强度增加,促进“源”的建成,在灌浆期耗水量降低的条件下提高产量和WUE。受土壤水分和作物生长的共同作用,PMS、SM和CK的土壤C、N、P浓度的变化关系在不同土层和小麦生育期差异明显。三者之间的有机碳总体变化较小,而PMS在0—30 cm土层速效磷浓度较CK低,速效氮浓度在较为充分降雨后明显高于SM和CK,而在干旱季表现相反。表明全膜覆土后促进了湿润条件下氮的矿化,这对充分提高水肥利用效率有利。土壤化学计量特征参数C/N、C/P和N/P在30 cm以上的土层较50 cm以下土层的变化更为剧烈。如PMS在0—20cm土层的N/P值在挑旗期高于CK,而在抽穗期则明显较低。其主要原因一方面是因为PMS的小麦冠层大,对速效氮的吸收利用在抽穗期达到峰值;另外是由于挑旗期降雨达到80 mm,土壤氮的矿化加强,速效氮浓度较高。所以,土壤化学计量特征受环境因素和作物发育的共同作用,而这一作用不仅对小麦的养分吸收利用有重要影响,并将由此通过改变叶片化学计量特征来影响光合碳同化和水分利用。在土壤C、N、P浓度及其计量特征以及降水的共同影响下,小麦旗叶的生态化学计量特征在处理间有显著差异,而且因生育期有明显变化。PMS、SM和CK旗叶全氮浓度均值分别为32.6 g/kg、30.3 g/kg和33.5 g/kg,旗叶全磷浓度为2.73 g/kg、2.78 g/kg和2.72 g/kg,旗叶全碳浓度为436.9 g/kg、451.8 g/kg和432.1g/kg。SM的C/N值最高,CK最低;PMS旗叶C/P值在挑旗期显著高于CK;N/P值在抽穗期高于CK。证明随着小麦生长和降水等条件变化,限制小麦生长的元素随之发生变化,而且对不同处理的限制程度不同。一般地,PMS在干旱条件下主要为氮素限制,但这一限制作用与CK无差异,有效降水后N、P对PMS处理的小麦生长限制作用减弱。因此,采用全膜覆土穴播种植方式能够缓解N、P对小麦生长的限制,并在降水充足的条件下快速减轻这一限制作用。PMS的SPAD值在各生育时期均最高,CK最低,可见PMS能增强小麦对土壤N的吸收利用,且促进氮素向叶绿素分配。春小麦生育前期PMS和SM的水分条件优于CK,所以净光合速率和气孔导度均显著高于CK,但干旱条件下光合速率和气孔导度均低于CK。PMS的非气孔限制作用弱于CK,但干旱条件下的气孔限制作用强于CK。结合叶片化学计量特征的研究结果,认为光合作用的非气孔限制主要来自于P的限制,即光合磷酸化受阻限制了光合速率的提高,这主要是土壤N/P值和土壤贮水量较低共同作用所致。受气孔限制、叶片化学计量特征以及土壤水分的共同作用,平水年PMS叶片瞬时水分利用效率除在扬花期显著低于CK外,其余生育期均显著高于CK;欠水年PMS叶片瞬时水分利用效率在挑旗期显著高于CK,其余生育期均显著低于CK。在PMS处理下,由于土壤水分得以改善和土壤速效氮浓度升高,改变了土壤化学计量特征;在土壤化学计量特征和水分的共同作用下,小麦旗叶的化学计量特征对生长的限制作用减弱,并促进更多的氮素向叶绿素分配,提高旗叶的光能利用能力,使光合作用的非气孔限制减弱,光合速率升高,叶片水分利用效率增加,叶面积指数显著提高而冠层温度明显下降。在以上因素的协同作用下,PMS的穗粒数和穗粒重等较SM和CK显著增加,并在平水年分别较SM高6.9%和13.8%,在干旱年高11.1%和24.7%。因此,基于对土壤水热条件的优化和深层水分的利用,PMS优化了土壤的化学计量特征,减轻了干旱条件下旗叶的元素限制而增强光合作用,使得小麦产量和水分利用效率显著升高,尤其较SM在干旱年份更能增产和提高WUE。
[Abstract]:......
【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】：S512.12

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