科尔沁沙地南缘仁用杏作物间作对农田生产力和水分利用的影响

发布时间：2019-03-03 20:01

【摘要】：本研究依托辽宁省现代农业园区“章古台高效现代生态农业示范区”多年农林复合系统定位试验研究基础，开展了仁用杏与花生、谷子、甘薯间作系统的产量、土地生产力、作物响应、水分利用效率、水分生产力、水分空间分布、模型构建及验证等方面的研究。以期为科尔沁沙地南缘农林复合系统不同间作模式的增产机理、水资源高效利用和农业可持续发展提供理论参考和技术支撑。得到如下结论：(1)仁用杏与作物间作能够提高土地生产力，其中仁用杏与谷子间作土地当量比(LER)最大，提高的机理主要是系统光能利用效率的提高。仁用杏作物间作作物产量与单作差异显著，间作仁用杏与单作仁用杏产量差异不显著，说明在仁用杏与花生、谷子、甘薯间作中仁用杏是优势作物，产量并未受到影响，而3种作物是劣势作物，间作对作物产量影响明显。其中谷子产量减少最少，花生次之，甘薯减产最多，作物产量降低的主要原因是边行产量受到影响。但3种间作系统却具有明显的间作优势，土地当量比均大于1.00，其中仁用杏谷子间作系统土地当量比3年间变幅范围为1.35-1.52，平均值为1.43，在3种间作模式中优势明显。通过对提高土地生产能力的机理研究发现，3种间作系统的光能利用效率比单作提高41.27%～53.39%，说明仁用杏与作物间作能够提高光能利用效率。仁用杏谷子间作系统光能利用效率最大，比仁用杏花生间作、仁用杏甘薯间作提高106.18%、33.94%，由此表明，仁用杏谷子间作系统较高的光能利用效率，为提高谷子产量和土地生产能力奠定了基础。采用国际上最通用的干物质积累动态方程对作物生长发育情况进行了模拟，从3种间作系统看，仁用杏谷子间作在4个参数(W_(max)、t_m、t_e、C_m)中均表现出了优势，这也是仁用杏谷子间作表现出较高土地当量比的原因之一。仁用杏谷子间作的叶面积指数、SPAD值均受间作影响较小，也为该系统提高光能利用效率和提高土地当量比提供了基础。(2)仁用杏与作物间作能够提高水分生产能力，其中仁用杏与谷子的水分当量比(WER)最大，提高的主要原因是间作系统仁用杏与作物水分空间分布错位导致水分利用互补性增强。仁用杏作物间作系统的水分当量比(LER)显著提高，3种间作系统水分当量比均大于1，仁用杏花生间作、仁用杏谷子间作、仁用杏甘薯间作分别达到了1.34、1.45和1.32，其中仁用杏谷子间作的水分当量比最高，与土地当量比表现一致。仁用杏谷子间作的实际蒸散量最低，为493mm，单作甘薯的实际蒸散量最高，为528mm，这可能与谷子自身耐旱性强、甘薯自身耗水量较大有关。利用Surfer软件对仁用杏作物生长关键时期的土壤含水量空间分布插值分析结果表明，作物前期水分能够满足种子萌发，，仁用杏与作物间作尚未产生水分竞争，间作花生0-20cm土壤含水量较低，可能与花生种子萌发需要较多含水量有关；作物生长发育旺盛期由于作物叶片封垄，地表蒸发较小，这个阶段仁用杏与作物间作水分虽然有一定竞争，但由于降雨量较大，竞争并不明显；作物生殖生长时期由于累积降雨量较少，加上作物这个阶段自身蓄水量较大，导致水分竞争明显。综上所述，3种间作模式中仁用杏谷子间作和仁用杏花生间作模式的水分互作表现为促进，而仁用杏甘薯间作模式的水分互作为竞争，且不同模式间促进和竞争的具体空间位置不同。(3)FST模型能够很好的模拟农林复合系统的光截获率、蒸腾作用、土壤水分动态变化、水分胁迫系数等指标，为实现区域农林复合系统模型模拟提供了理论参考。基于FST模型模拟的仁用杏与谷子间作光水结果较好，仁用杏与谷子间作系统的累计光截获量显著高于作物单作和仁用杏单作，这说明间作系统在光截获上表现出明显的优势，而这种优势也是间作系统较高生产力的一个主要原因。蒸腾作用随着作物叶片以及根系的生长而增加，在作物生长初期蒸腾作用比较低，随着叶片及根系的生长，蒸腾量增加。且作物的蒸腾量与土壤水分有很大的相关性，在作物生长初期由于较低的叶面积指数以及较小的根系，需水量比较小，水分供给充足，作物受到的水分胁迫轻，甚至没有受到水分胁迫作用，水分胁迫系数保持在1左右，实际蒸腾与潜在蒸腾之间的差距很小。随着作物的生长需水量增加，降水不能完全满足对水分的需求，土壤水分很快降低，作物根系受到的水分胁迫逐渐加重，吸水速率受到影响，蒸腾也会降低。在实际蒸腾量的模拟中，可以明显看到降雨情况，降水后的作物受到的水分胁迫作用得到很大程度上的缓解，蒸腾量都迅速增加。
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【学位授予单位】：沈阳农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S662.2;S344.2

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