半干旱雨养区覆盖种植冬麦田土壤水热效应

发布时间：2017-05-22 08:52

  本文关键词：半干旱雨养区覆盖种植冬麦田土壤水热效应，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：覆盖栽培是西北旱作区主要抗旱栽培技术,以往有关覆盖栽培的研究更加注重其保墒效果,而对覆盖在栽培下水温互作关系不够重视,本研究在突出覆盖保墒作用的同时,考虑以温调水、降温抑蒸,在此基础上设计出玉米整秆带状覆盖技术。2012-2014年在西北半干旱雨养条件下,以旱地冬小麦为对象,研究了玉米整秆带状覆盖(T1)、小麦碎秆均匀覆盖(T2)、地膜覆盖(T3)和无覆盖露地种植(CK)4个处理的土壤水分、土壤温度、产量及产量结构因素等重要农艺指标的差异及差异机制,得出主要结论如下:1.覆膜(T3)和秸秆覆盖(T1、T2)都较CK显著增产,其中T1较CK增产37.1%~51.8%,T1和T3产量相近。覆盖增产的原因主要是提高单位面积穗数20.0%以上,同时千粒重和穗粒数也有一定增加,其中T1可实现单位面积穗数、千粒重及穗粒数的协同增长。覆盖显著提高群体茎蘖数、成穗数、群体干物质积累、单株干重、单株粒重,同时提高花后干物质积累量和相对生长速率,促进成熟期干物质向籽粒的分配。以T1花后干物质积累量和相对生长速率最高,且T1最利于成熟期干物质向籽粒分配。2.与CK相比,秸秆覆盖和覆膜均具有增温和降温的双重效应,增温主要表现在拔节前,降温只要表现在拔节后;增温效应覆膜大于秸秆覆盖,以T3增温最效应明显,较CK高0.86~0.94℃;降温效应则秸秆覆盖大于覆膜,以T1降温效应最明显,较CK低1.8~2.7℃。此外,覆盖通过调节土壤热量传导性能,可平抑各生育期土壤温度的剧烈波动,以T1土壤温度波动最小。3.T1在各时期、各土层含水量普遍高于CK,全生育期0~200 cm含水量提高34.8~49.6 mm;T2和T3可改善抽穗前0~200 cm土壤墒情,但抽穗后0~200 cm土壤墒情逐渐不如CK。T1和T3全生育期耗水量分别较CK增加13.0~51.2 mm和19.2~63.0 mm。同时,覆盖能提高拔节至成熟阶段的耗水量,促进对深层土壤水分的利用,最终提高成熟期的生物量和产量。虽然生育期耗水增加,但水分利用效率也提高,T1、T2和T3水分利用效率分别较CK提高25.2%~31.9%、19.4%~25.7%和27.2%~33.6%。产量与生育期耗水量显著正相关(r=0.954*~0.975*)。覆盖的高产建立在高耗水基础上,但覆盖能够促进休闲期土壤水分的补充与恢复,覆盖茬0~200 cm土壤水分在秋播前能恢复到露地水平,以T1播前底墒最充足。4.覆盖能改善植株水分状况,以T1植株含水量最高。植株水分与土壤含水量呈显著正相关,且受90 cm以下土壤水分影响最明显,而与土壤温度呈显著负相关。从出苗至成熟,T2和T3较CK土壤呼吸平均速率分别高56.9%和217.3%,CO2排放量分别增加69.5%和248.3%;而T1与CK差异不显著。土壤温度和水分对土壤呼吸速率的解释分别为50.2%~77.1%和3.2%~36.4%,各处理土壤呼吸对土壤温度较敏感,对土壤水分不敏感。4种处理下土壤呼吸的温度敏感系数Q10值在3.24~6.04之间,大小依次为CKT1T2T3。可见,西北旱作区不同覆盖方式下冬麦田土壤呼吸主要受耕层土壤温度的控制,玉米整秆带状覆盖能抑制土壤呼吸,利于农业可持续发展。5.覆膜和秸秆覆盖均是提高旱地冬小麦水分利用效率的有效途径。T1和T3可显著提高拔节期至成熟期WUEET?B,而T2能显著提高开花后WUEET?B。全生育期WUEET?B,T1、T2和T3分别较CK提高25.4%~33.5%、20.2%~28.9%和34.3%~51.9%。覆盖的WUEET?Y也显著高于CK,以T3最高,T1与T3无显著差异。WUEET?Y与开花期至成熟期WUEET?B呈极显著正相关。播种至返青期,开花期至成熟期以及全生育期WUEET?B与对应的耗水量均呈显著负相关。全生育期WUEET?B和产量WUEET?Y均与0~20 cm土壤含水量呈显著正相关,而与0~25 cm土壤温度相关不显著。总体来看,玉米整秆带状覆盖首先是保持播种~拔节期0~25 cm土壤平均温度并增大拔节期前土壤温度梯度,显著改善拔节期前0~200 cm土壤水分条件,保证幼苗建成和安全越冬,为增产打下群体基础;在冬小麦生育中后期,玉米整秆带状覆盖显著降温效应可减少土壤水分无效蒸发,为小麦生长创造较适宜的水温环境,花后群体干物质积累量和相对生长速率明显较高,尤其是灌浆期,促进生育后期光合产物向籽粒转移,促进籽粒灌浆,在对光热水资源更好利用的基础上,单位面积穗数、穗粒数及千粒重均显著增加,最终产量和水分利用效率与覆膜相当。玉米整秆带状覆盖的高产建立在高耗水基础上,但玉米整秆带状覆盖能够促进休闲期土壤水分的补充与恢复,0~200 cm土壤水分在秋播前能恢复到露地水平,且收获时仍显著高于CK。此外,玉米整秆带状覆盖能抑制土壤呼吸,减少农田CO2排放量。因此,玉米整秆带状覆盖是一种高产高效,且利于西北旱作农业可持续发展的种植方式。
【关键词】：旱地冬小麦 覆盖方式 玉米整秆带状覆盖 土壤水温 水分利用效率 产量形成
【学位授予单位】：甘肃农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S512.11
【目录】：

• 摘要2-4
• SUMMARY4-10
• 引言10-12
• 第一章 国内外研究现状及动态12-23
• 1.1 干旱与旱作农业12-13
• 1.2 覆盖栽培与旱作农业13-14
• 1.3 覆盖对土壤水分的影响14-17
• 1.4 覆盖对土壤温度的影响17-18
• 1.5 覆盖对作物生长及产量的影响18-19
• 1.6 覆盖栽培对农业可持续发展的影响19-20
• 1.7 西北旱地小麦生产现状20-23
• 第二章 研究思路与试验设计23-29
• 2.1 研究目标23
• 2.2 研究内容23-24
• 2.3 技术路线24-25
• 2.4 材料与方法25-29
• 第三章 覆盖对旱地冬小麦产量及产量形成的影响29-43
• 3.1 覆盖对籽粒产量的影响30-32
• 3.2 覆盖对个体农艺指标的影响32-33
• 3.3 覆盖对群体总茎数的影响33-35
• 3.4 覆盖对出苗及分蘖成穗的影响35-37
• 3.5 覆盖对干物质积累的影响37-38
• 3.6 覆盖对成熟期干物质在各器官中分配的影响38
• 3.7 覆盖对开花后干物质转移和积累的影响38-40
• 3.8 小结与讨论40-43
• 第四章 覆盖对土壤温度的影响43-58
• 4.1 覆盖对土壤平均温度的影响44-45
• 4.2 覆盖对不同土层和生育时期土壤温度的影响45-48
• 4.3 覆盖对不同生育阶段土壤温度日变化的影响48-49
• 4.4 覆盖对各土层温度日变化的影响49-50
• 4.5 覆盖对土壤温度变异系数的影响50-51
• 4.6 覆盖对土壤温度梯度的影响51-52
• 4.7 覆盖对生育期土壤有效积温的影响52-54
• 4.8 冬小麦生长进程对地温变化的响应54-55
• 4.9 小结与讨论55-58
• 第五章 覆盖对土壤水分的影响58-74
• 5.1 覆盖对生育期土壤贮水量的影响58-59
• 5.2 覆盖对不同土层和生育时期土壤水分的影响59-62
• 5.3 覆盖对播前、收获后土壤贮水量的影响62-63
• 5.4 覆盖对麦田总耗水量的影响63-64
• 5.5 覆盖对各阶段耗水的影响64-66
• 5.6 覆盖对土壤水分年际变化的影响66-67
• 5.7 耕层（0～20 CM）土壤含水量与土壤温度的关系67-68
• 5.8 覆盖对植株水分的影响68-71
• 5.9 小结与讨论71-74
• 第六章 覆盖对土壤呼吸的影响74-80
• 6.1 覆盖对土壤呼吸的影响74-76
• 6.2 土壤呼吸与土壤温度的关系76-77
• 6.3 土壤呼吸与土壤水分的关系77
• 6.4 土壤呼吸与土壤水热的关系77-78
• 6.5 小结与讨论78-80
• 第七章 覆盖冬麦田土壤水热特征与产量形成的关系80-90
• 7.1 覆盖对阶段干物质水分利用效率（WUE_(ET?B)）的影响81-83
• 7.2 覆盖对水分利用效率（WUE_(ET?Y)）的影响83-84
• 7.3 水分利用效率与耗水量的关系84-85
• 7.4 基于产量WUE_(ET?Y)与基于干物质WUE_(ET?B)的关系85-86
• 7.5 土壤水热特征与耗水量、籽粒产量及水分利用效率的关系86-87
• 7.6 小结与讨论87-90
• 第八章 结论与展望90-94
• 8.1 主要结论90-92
• 8.2 问题与展望92-94
• 参考文献94-106
• 致谢106-107
• 个人简介107-109
• 导师简介109-110

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 张德奇,廖允成,贾志宽;旱区地膜覆盖技术的研究进展及发展前景[J];干旱地区农业研究;2005年01期

2 陶炳炎 ,汤志成,张定琪,朱益安;积温对冬小麦茎、叶及生物学产量形成的影响[J];南京气象学院学报;1987年03期

3 陈继康;李素娟;张宇;陈阜;张海林;;不同耕作方式麦田土壤温度及其对气温的响应特征——土壤温度日变化及其对气温的响应[J];中国农业科学;2009年07期

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本文编号：385167