黄土高原一年生作物饲草生产模式及其潜力的研究

发布时间：2017-05-22 14:09

  本文关键词：黄土高原一年生作物饲草生产模式及其潜力的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：甘肃庆阳地处黄土高原西部,传统农业系统以冬小麦单作种植模式为主,资源利用效率低下,农民收入不高。随着农业可持续发展和提高农民收入的现实需求的加大,草畜产业已成为黄土高原地区农业系统的一部分,该地区畜牧产值已上升到11.8亿元,但优质饲草季节性供应不足仍然是制约高效优质畜牧业品生产的瓶颈。一年生饲用作物由于相对高产优质,可有效补充季节性饲草短缺,目前对于一年生作物饲用潜力研究尚未大面积开展。本研究在陇东黄土高原地区,通过4年的定位研究,在春播和夏播条件下观测了一年生作物玉米(Zea mays)、苏丹草(Sorghum sudanense)、谷子(Setaria italica)、糜子(Panicum milliaceum)、大豆(Glycine max)、豌豆(Pisum sativum)、箭{H豌豆(Vicia sativa)、燕麦(Avenasativa)和春小麦(Triticum aestivum)的饲草干物质产量动态、营养品质和土壤水分等；以干物质产量(DM)、粗蛋白含量(CP)、中性洗涤纤维含量(NDF)、酸性洗涤纤维含量(ADF)、干物质消化率(DDM)、干物质采食量(DMI)、相对饲喂价值(RFV)和水分利用效率(WUE)为指标,构建了灰色关联度分析综合评价模型；采用农业系统模型APSIM模拟和分析了玉米、糜子、燕麦和春小麦在不同情景下的生产潜力。主要研究结果如下：1.2009年—2010年,春播条件下,春小麦出苗后42 d干物质产量可达3 thm-2,显著高于其他饲草作物(P0.05),玉米和苏丹草在出苗后105 d干物质产量最高,分别为11 t hm-2和9 thm-2、C3作物春小麦和燕麦两年间干物质产量的差异分别达1.6thm-2和2.3 thm-2。从干物质产量的角度选择,最佳的一年生饲草是春小麦、玉米和苏丹草。2个生长季内,在整个生育期,大豆、箭{H豌豆和豌豆的粗蛋白含量高、中性和酸性洗涤纤维含量低,从营养价值的角度选择,最佳的一年生饲草作物是大豆、豌豆和箭{H豌豆；玉米的干物质水分利用效率(WUEDM)可达40kghm-2 mm-1,显著高于其他饲草作物(P0.05),其次为苏丹草,2个生长季内,大豆的蛋白质水分利用效率(WUEcp)最高,其次是玉米,以玉米的饲喂价值水分利用效率(WUERFV)最高,其次为苏丹草。从水分利用效率的角度选择,最佳的一年生饲草是玉米、苏丹草和大豆。根据Logistic模型,玉米、苏丹草、谷子、糜子、大豆、箭{H豌豆、豌豆、燕麦和春小麦的生长旺盛期分别是出苗后的第84 d、75 d、83 d、75 d、83 d、62 d、58 d、63 d和62 d。4月中旬春播条件下,一年生作物最佳饲草生产模式为：5月春小麦拔节期利用,9月玉米成熟期或苏丹草花期利用。2.2012年—2013年,夏播条件下,苏丹草在出苗后84 d干物质产量最高,两年间平均可达8.3 t hm-2,显著高于其他饲草作物(P0.05),其次是豌豆。燕麦、春小麦、豌豆和箭{H豌豆的干物质产量对降雨量的年际变动敏感,有较大的年际差异,春小麦和燕麦两年间的干物质产量差异分别为1.6 thm-2和1.7 thm-2。从干物质产量角度选择,最佳的一年生饲草作物是苏丹草和豌豆。苏丹草的WUEDM、燕麦的WUEcP和豌豆的WUERFV分别显著居8种饲用作物各指标之首(P0.05)。从水分利用效率角度选择,最佳的一年生饲草作物是燕麦、苏丹草和豌豆。根据Logistic模型,苏丹草、谷子、糜子、大豆、箭{H豌豆、豌豆、燕麦和春小麦生长旺盛期分别是出苗后的第51 d、66 d、49 d、55 d、59 d、39d、57 d和61 d。7月中旬夏播条件下,一年生作物最佳饲草生产模式为：8月燕麦拔节期利用,9月苏丹草和豌豆花期利用。3.基于灰色系统理论,采用熵权法计算了各指标的权重值。无论春播还是夏播,干物质消化率的权重值最高,其次是酸性洗涤纤维,干物质产量的权重值最低。春播条件下,最佳的一年饲用作物是大豆和玉米。夏播条件下,则为豌豆、大豆和苏丹草。春播条件下和夏播条件下,等权关联度和加权关联度得到的结果基本一致,且相关性均达到显著水平(P0.05)。关注饲草品质对保证优质家畜生产中的重要,有助于突破传统上仅关注产量的生产模式理念。4.基于APSIM模型的模拟结果表明,土壤水分含量和4种一年生饲草生物量的模拟值和实测值均呈显著正相关关系,通过归一化均方根误差有效性检验,APSIM能够准确描述玉米的土壤水分和产量动态,对燕麦生长阶段的结果描述准确性有待改进。若水、氮充足条件下,玉米、糜子、燕麦和春小麦的潜在饲草产量分别可达152t hm-2、8.6thm-2、9.8 t hm-2和11.2 t hm-2,比在传统种植模式下分别提高33.6%、37.3%、117%和169%,说明改变作物管理要素,对于发挥饲草生产潜力有巨大作用。以上结果区分了在春播和夏播条件下一年生饲用作物最佳的利用时期以及对降水变异的响应。首次提出了蛋白质产量水分利用效率和相对饲喂价值产量水分利用效率,综合评价了一年生饲草作物的综合生产性能,耦合了饲草产量性能与品质性能,提出了基于APSIM模型的陇东黄土高原地区一年生饲用作物的生产模式及潜力,结果对促进当地草牧业发展,实现农民增产增收和提高资源利用效率有重要的意义。
【关键词】：一年生饲草 生产力 营养品质 水分利用效率 生产潜力
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S54
【目录】：

• 中文摘要4-7
• ABSTRACT7-15
• 引言15-17
• 1. 研究背景15
• 2. 研究目的和意义15-17
• 第一章 国内外研究进展17-33
• 1.1 黄土高原农业系统17-19
• 1.2 黄土高原地区饲草生产模式以及利用方式19
• 1.3 饲草需求和供应19-21
• 1.4 影响饲用作物产量和品质的主要因素21-23
• 1.4.1 降水21-22
• 1.4.2 光照22
• 1.4.3 生长发育阶段22
• 1.4.4 播种季节22-23
• 1.4.5 土壤肥力状况23
• 1.5 饲草生产效益综合评价23-27
• 1.5.1 概略养分分析方法24-25
• 1.5.2 能量利用效率25
• 1.5.3 指数评价25-27
• 1.5.3.1 相对饲喂价值(RFV)25
• 1.5.3.2 相对饲喂质量(RFQ)25-26
• 1.5.3.3 粗饲料分级指数(GI)26-27
• 1.6 生产潜力分析27-31
• 1.6.1 作物生产潜力研究进展27-28
• 1.6.2 作物模型及APSIM模型的应用现状及进展28-31
• 1.6.2.1 作物模型的研究进展28-29
• 1.6.2.2 APSIM模型的进展及应用现状29-31
• 1.7 解决的科学问题31
• 1.8 研究内容31-32
• 1.8.1 春播条件下一年生饲用作物饲草生产模式31
• 1.8.2 夏播条件下一年生饲用作物饲草生产模式31
• 1.8.3 一年生饲用作物生产模式的综合评价体系研究31-32
• 1.8.4 应用APSIM模型模拟和情景分析32
• 1.9 研究思路和技术路线32-33
• 第二章 春播条件下一年生饲用作物生产模式33-60
• 2.1 引言33-34
• 2.2 材料与方法34-39
• 2.2.1 试验地概况34-36
• 2.2.2 试验材料与设计36
• 2.2.3 大田管理36-37
• 2.2.4 观测指标与计算37-39
• 2.2.4.1 有效积温37
• 2.2.4.2 干物质产量(DM)37
• 2.2.4.3 营养品质37-38
• 2.2.4.4 土壤水分38
• 2.2.4.5 水分利用效率及其组分的计算38-39
• 2.2.5 气象数据39
• 2.2.6 数据统计分析39
• 2.3 结果与分析39-56
• 2.3.1 生长季气候特征39-40
• 2.3.2 有效积温40-41
• 2.3.3 干物质产量(DM)41-44
• 2.3.4 营养品质44-52
• 2.3.5 水分亏缺值(SWD)和水分利用效率(WUE)52-55
• 2.3.6 干物质产量累积的Logistic模型55-56
• 2.4 讨论56-58
• 2.4.1 干物质产量56-57
• 2.4.2 土壤水分亏缺57
• 2.4.3 水分利用效率57-58
• 2.4.4 一年生饲用作物对农业系统的贡献58
• 2.5 小结58-60
• 第三章 夏播条件下一年生饲用作物生产模式60-82
• 3.1 引言60-61
• 3.2 材料与方法61-62
• 3.2.1 研究区概况61
• 3.2.2 试验材料与设计61
• 3.2.3 大田管理61-62
• 3.2.4 观测指标与计算62
• 3.2.4.1 有效积温62
• 3.2.4.2 干物质产量(DM)62
• 3.2.4.3 营养品质62
• 3.2.4.4 土壤水分62
• 3.2.4.5 水分利用效率及其组分计算62
• 3.2.5 气象数据62
• 3.2.6 数据统计分析62
• 3.3 结果与分析62-79
• 3.3.1 生长季气候特征62-63
• 3.3.2 有效积温63-64
• 3.3.3 干物质产量(DM)64-67
• 3.3.4 营养品质67-75
• 3.3.5 水分亏缺值(SWD)和水分利用效率(WUE)75-78
• 3.3.6 干物质产量累积的Logistic模型78-79
• 3.4 讨论79-80
• 3.4.1 干物质产量79
• 3.4.2 土壤水分亏缺79-80
• 3.4.3 水分利用效率80
• 3.4.4 一年生饲用作物对农业系统的贡献80
• 3.5 小结80-82
• 第四章 一年生饲用作物生产模式的综合评价82-92
• 4.1 引言82-83
• 4.2 综合指标的构建以及权重的确定83
• 4.3 灰色关联度计算过程83-84
• 4.3.1 参考数据列的选取83
• 4.3.2 评价指标的无量纲区间化83
• 4.3.3 关联系数83-84
• 4.3.4 灰色关联度计算84
• 4.4 结果与分析84-90
• 4.4.1 春播条件下各评价指标的权重84
• 4.4.2 夏播条件下各评价指标的权重84-86
• 4.4.3 春播条件下一年生饲用作物生产性能综合评价86-88
• 4.4.4 夏播条件下一年生饲用作物生产性能综合评价88-90
• 4.5 讨论90-91
• 4.6 小结91-92
• 第五章 APSIM模型模拟和情景预测分析92-104
• 5.1 引言92-93
• 5.2 材料与方法93
• 5.2.1 研究区概况93
• 5.3 APSIM模型模拟参数的设定93-94
• 5.3.1 气象模块参数93-94
• 5.3.2 土壤模块参数94
• 5.3.3 作物模块参数94
• 5.3.4 管理参数模块94
• 5.4 APSIM模型检验94
• 5.5 模型模拟情景假设94-95
• 5.6 结果分析95-102
• 5.6.1 APSIM模型输出结果95-99
• 5.6.1.1 土壤水分含量95-97
• 5.6.1.2 一年生饲草作物生物量97-99
• 5.6.2 水、氮充足条件下一年生饲草生产潜力99-101
• 5.6.3 春季降水变化情景下的饲草产量101-102
• 5.7 讨论102-103
• 5.8 小结103-104
• 第六章 结论、创新点及展望104-107
• 6.1 主要结果和结论104-105
• 6.1.1 明确了一年生饲用作物用于饲草的生产模式104
• 6.1.2 提出了饲草供应与饲用价值的评价体系104
• 6.1.3 提出了降水变化情景下一年生饲用作物的饲草生产潜力104-105
• 6.2 创新点105
• 6.3 展望105-107
• 参考文献107-119
• 在学期间研究成果119-121
• 致谢121

【参考文献】

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