渭北旱原不同量秸秆覆盖对农田环境及春玉米生理生态的影响

【摘要】：渭北旱原地处黄土高原中南部,属典型的雨养农业区。受自然降水量少及年际波动大的影响,作物产量长期低而不稳,已严重影响了该区的粮食安全和农业可持续发展。本研究在合阳旱农试验站通过连续4年定位试验,以传统不覆盖为对照,全面、系统和深入地探讨了2种覆盖方式(全程秸秆覆盖和生育期秸秆覆盖)和3个水平秸秆覆盖量(4500、9000和13500kg/hm~2)对农田环境及春玉米生理生态的影响,主要结论如下: 1.不同量秸秆覆盖改善了土壤结构。与CK相比,S1、S2和S3处理0~20cm土层的容重分别降低0.76%、2.29%和3.05%,土壤孔隙度分别提高0.18%、1.67%和2.32%。干筛法取得土壤团聚体表明,全程覆盖处理0.25mm的土壤团聚体含量在0~10cm和10~20cm土层均大于对照(CK),尤以S2最高,较CK分别提高5.57%和8.57%.湿筛法取得土壤团聚体表明,全程覆盖处理0.25mm土壤水稳性团聚体含量在0~10cm和10~20cm土层均小于对照,而在30~40cm土层大于对照。生育期覆盖处理土壤容重、土壤孔隙度和土壤团聚体变化趋势和全程覆盖处理一致,但后者整体优于前者。 2.不同量秸秆覆盖明显降低了春玉米不同土层的土壤温度。全程秸秆覆盖处理S1 (4500)、S2 (9000)和S3 (13500 kg/hm~2)土壤温度的日变化,以早上8:00地温最低,差异亦最小;中午14:00地温最高,差异最大;下午18:00地温仅次于中午。3个处理0—15cm土层2年平均地温,与CK相比,苗期分别降低2.6、3.2和3.9℃;播后60d分别降低了2.2、3.6和4.2℃;播后90d差异逐渐减小;全生育期平均分别降低0.9、1.6和1.9℃。春玉米播后0—30d,3个处理5cm土层土壤温度2年(2009—2010)平均值,较CK分别显著(P0.05)降低3.4、4.4和4.8℃,10cm土层次之,15—25cm土层各处理间无明显差异。生育期秸秆覆盖处理S4 (4500)、S5 (9000)和S6 (13500 kg/hm~2)土壤温度的时空变化规律与全程秸秆覆盖处理趋势一致。 3.不同量秸秆覆盖有效调控了土壤水分。冬闲末,全程覆盖处理对土壤水分的保墒效应,在2009—2010年度效果最好,2008—2009年度次之,2007—2008年度最低。S1、S2和S3处理2m土层3个年度平均土壤贮水量,较CK分别增加9.14、20.71和26.04mm,差异均达显著水平(P0.05)。而生育期覆盖各处理2m土层土壤贮水量和CK无显著差异。不同降水年份,全程覆盖和生育期覆盖处理0—60cm土层土壤贮水量,均表现出播后0—60d较CK增幅较大,随着时间推移逐渐缩小的趋势。S1、S2和S3全生育期0—60cm土层4年平均土壤贮水量,较CK分别增加4.40、8.45 (P0.05)和10.75mm(P0.05),其中,以2010年(正常年份)增幅最大,2008年(干旱年)次之,2009年(丰水年)最差。生育期覆盖与全程覆盖处理0—60cm土壤贮水量的变化趋势相同,但整体低于后者,S4、S5和S6处理4年0—60cm平均土壤贮水量较CK分别增加2.60、6.17和8.78 mm. 4.不同量秸秆覆盖提高了土壤养分含量和土壤酶活性。其中,全程覆盖处理整体高于生育期覆盖处理。S4、S5和S6处理收获期0~20cm土层4年平均全氮(TN)质量分数较CK分别增加9.01%、17.12%和19.82%,差异均达显著水平(P0.05);S1、S2和S3处理3年平均全氮(TN)质量分数较CK分别增加17.12%、25.23%和21.62%,差异亦均达显著水平(P0.05)。S4、S5和S6处理TN质量分数在全生育期均呈单峰曲线波动,峰值在播后60d(较CK滞后30d),2009年全生育期平均TN质量分数,在0~20cm土层较CK分别提高7.32%、9.76%和9.76%。 S1、S2和S3全生育期蔗糖酶活性较CK分别提高10.16%、25.85%和20.14%,S4、S5和S6分别提高4.63%、16.58%和10.52%。其中,S2、S3、S5和S6均显著高于CK,但S2与S3、S5与S6间均无显著差异;全程覆盖与生育期覆盖各处理脲酶活性整个生育期均呈“N”形曲线变化,S1、S2和S3处理全生育期脲酶活性较CK分别提高2.19%、5.58%和3.78%,S4、S5和S6较CK分别增加0.40%、2.39%和1.39%;全程覆盖和生育期覆盖处理磷酸酶活性在生育期呈“M”形曲线波动,峰值分别在播后90和120d。S1、S2和S3全生育期磷酸酶活性较CK分别提高6.35%、13.76%和11.11%,S4、S5和S6较CK分别提高了4.23%、11.51%和8.86%;S1、S2、S3、S4、S5和S6全生育期过氧化氢酶活性较CK分别提高1.02%、2.65%、2.35%、0.94%、1.93%和1.78%,均与CK无显著差异。 5.不同量秸秆覆盖还田强化了土壤有机质的积累,改善了土壤碳库组分。0—20cm土层,与CK相比,S1、S2和S3总有机碳(TOC)质量分数分别提高5.08%、14.12%和28.03 % (P0.05);活性有机碳(LOC)质量分数分别提高19.20%、44.02%和23.50%,差异均达显著水平(P0.05);碳库管理指数(CMI)分别高出20.94%、46.86%和50.21%,差异亦均达显著水平(P0.05)。此外,春玉米产量与LOC和CMI分别显著(P0.05)和极显著相关(P0.01),而与TOC则无显著相关性。 6.不同量秸秆覆盖改善了农田小气候,降低了春玉米冠气温差(CATD)、提高了叶片水势(LW),尤以中午13:00~15:00效果最为明显。全程覆盖处理以S2综合表现最优,其14:00及日平均CATD,分别达到-0.20℃和0.79℃,较CK分别显著(P0.05)降低111.4%和75.8%,其15:00的LWP为-1.58MPa,较CK升高7.06% (P0.05);S3处理14:00及日平均的CATD较S2降低,但两者无显著差异。此外,全程覆盖处理冠气温差与秸秆覆盖量、土壤贮水量均显著负相关(P0.05)。 7.不同量秸秆覆盖延缓了春玉米的生长发育。两种覆盖方式对春玉米苗期、拔节期和成熟期的生长发育影响较大,其它生育阶段则影响较小。4年结果表明,S1、S2、S3、S4、S5和S6较CK出苗分别推迟4、5、7、3、4和7d,三叶期分别推迟0、1、3、0、1和3d,拔节分别推迟3、3、3、1、2和3d,成熟期分别推迟2、4、5、0、2和4d。 8.不同量秸秆覆盖增强了春玉米的光和作用,提高了PS II潜在活性。S1和CK群体平均净光合速率2008和2009年均呈“单峰型”曲线变化,峰值在拔节期;S2和S3处理2年均呈“双峰型”曲线变化,峰值分别在拔节期和孕穗期,且前者高于后者。不同量覆盖处理的净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、叶片瞬时水分利用效率(WUE瞬时)较CK均明显增加,光系统II (PS II)的最大光化学量子产量(F_v/F_m)、PS II潜在活性(Fv/F0)和光化学猝灭系数(qP)较CK亦明显提高。 9.不同量秸秆覆盖不同程度地提高了作物产量。全程覆盖方式下,以S2和S3产量最高(S2和S3无显著差异),S1最低。S1、S2和S3处理3年平均籽粒产量较CK分别增产6.24%、14.02% (P0.05)和14.46% (P0.05)。生育期覆盖方式下,S4、S5和S6处理4年平均籽粒产量较CK分别增产1.76%、9.42% (P0.05)和10.34% (P0.05)。覆盖处理生物产量的变化趋势与籽粒产量增长趋势一致,但前者的增幅低于后者。 春玉米产量因其特征值不同而存在较大差异。产量构成三要素中,各覆盖处理以行粒数与CK差异最大,百粒重其次,穗行数差异最小,表明不同处理间产量的差异主要是由于行粒数不同造成。 10.不同量秸秆覆盖量提高了春玉米的的水分利用效率(WUE)。2008年较CK增幅最大,2010年次之,2009年最低。S1、S2和S3处理3年平均WUE较CK分别提高1.08%、6.45%和5.38%,3年平均PUE分别提高13.07%、21.59%和21.59%;S4、S5和S6处理4年平均WUE较CK分别提高0.54%、8.06%和7.53%,4年平均PUE分别提高2.27%、10.23%和11.36%。2种覆盖方式、不同量秸秆覆盖处理的耗水系数基本接近。 11.全程覆盖处理春玉米各器官N素累积量整体高于生育期覆盖,且随覆盖量的递增而逐步增加(籽粒N素累积量除外),各器官N素累积量高低次序为:籽粒穗叶茎鞘穗轴苞叶。不同覆盖方式均以9000kg/hm~2覆盖量处理的N素利用效率、N肥利用率和N肥农学效率表现最优。 12.全程覆盖各处理纯收益不同年份存在较大差异,以正常年份(2011年)最高,干旱年份(2008年)次之,丰水年份(2009年)最低。S1、S2和S3处理3年平均纯收益,较CK分别增加6.61%、18.87%和17.39%;3年平均产投比分别提高1.21%、5.45%和3.64%。生育期覆盖各处理整体低于全程覆盖处理。 本研究表明,全程覆盖和生育期覆盖方式下不同量秸秆覆盖处理水、温、肥效应、春玉米产量、WUE及节水效益均明显高于CK,且全程覆盖整体高于生育期覆盖,不同量秸秆覆盖量处理以S2综合表现最优。鉴此,渭北旱原及同类生态区春玉米进行秸秆覆盖时,推荐选择全程覆盖方式,且以9 000 kg/hm~2覆盖量为宜。 【关键词】：渭北旱原 全程秸秆覆盖 生育期秸秆覆盖 覆盖量 农田环境 春玉米 生理生态
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：S513
【目录】：

• 摘要6-10
• ABSTRACT10-19
• 第一章 文献综述19-41
• 1.1 研究目的及意义19-20
• 1.2 国内外不同秸秆覆盖量研究进展20-22
• 1.3 不同秸秆覆盖量对农田环境的影响22-32
• 1.3.1 对土壤物理状况的影响22
• 1.3.2 对土壤温度状况的影响22-24
• 1.3.3 对土壤水分状况的影响24-26
• 1.3.4 对土壤养分状况的影响26-27
• 1.3.5 对土壤有机碳库的影响27-28
• 1.3.6 对土壤酶活性的影响28
• 1.3.7 对土壤生物结构的影响28-29
• 1.3.8 对农田小气候的影响29-30
• 1.3.9 对田间杂草病虫的影响30-31
• 1.3.10 对农田水保性能的影响31-32
• 1.4 秸秆不同覆盖量对作物生长发育的影响32-34
• 1.4.1 对作物发芽、出苗的影响32-33
• 1.4.2 对作物生长发育的影响33-34
• 1.4.3 对作物光合特性的影响34
• 1.5 秸秆不同覆盖量对作物产量的影响34-36
• 1.5.1 对作物产量构成的影响34
• 1.5.2 对作物产量的影响34-36
• 1.6 秸秆不同覆盖量对作物水分利用效率的影响36
• 1.7 秸秆覆盖存在问题与改进意见36-41
• 1.7.1 秸秆覆盖量问题36-37
• 1.7.2 秸秆覆盖的覆盖时期问题37
• 1.7.3 秸秆覆盖的“低温效应”问题37-38
• 1.7.4 秸秆覆盖的“他感效应”问题38-39
• 1.7.5 秸秆覆盖的增施氮肥问题39
• 1.7.6 秸秆覆盖的机具配套问题39
• 1.7.7 秸秆覆盖的有待研究问题39-41
• 第二章 研究内容与方法41-51
• 2.1 试验区概况41-43
• 2.2 试验设计43
• 2.3 试验方法43
• 2.4 研究内容43-44
• 2.4.1 不同秸秆覆盖量对农田环境的影响44
• 2.4.2 不同秸秆覆盖量对春玉米生长发育的影响44
• 2.4.3 不同秸秆覆盖量对春玉米产量及水、肥利用效率的影响44
• 2.4.4 不同秸秆覆盖量的经济效益和节水效益分析44
• 2.5 技术路线44-45
• 2.6 测定项目和方法45-50
• 2.6.1 土壤物理性状指标测定45-47
• 2.6.2 土壤化学性状指标测定47-48
• 2.6.3 春玉米生理性状指标测定48-49
• 2.6.4 春玉米农艺性状指标测定49
• 2.6.5 春玉米产量测定49
• 2.6.6 春玉米农艺性状指标测定49
• 2.6.7 计算公式49-50
• 2.7 数据处理与统计分析50-51
• 第三章 不同秸秆覆盖量对土壤结构的影响51-56
• 3.1 土壤容重51
• 3.2 土壤孔隙度51-52
• 3.3 土壤团聚体52-55
• 3.3.1 机械稳定性团聚体53-54
• 3.3.2 水稳定性团聚体54-55
• 3.4 讨论和结论55-56
• 第四章 不同秸秆覆盖量的温度效应56-61
• 4.1 土壤温度59-60
• 4.1.1 不同土层的地温变化规律59
• 4.1.2 不同生育时期的地温变化规律59
• 4.1.3 地温的日变化规律59-60
• 4.2 讨论和结论60-61
• 第五章 不同秸秆覆盖量的水分效应61-67
• 5.1 土壤蒸发及蒸腾强度61-62
• 5.1.1 蒸发强度61-62
• 5.1.2 蒸腾强度62
• 5.2 土壤水分62-65
• 5.2.1 土壤贮水量时间变化62-64
• 5.2.2 土壤含水率空间变化64-65
• 5.3 讨论和结论65-67
• 第六章 不同秸秆覆盖量对土壤养分及酶活性的影响67-76
• 6.1 总有机碳(TOC)67-69
• 6.1.1 收获期TOC 的变化规律(0—60cm 土层)67-68
• 6.1.2 全生育期TOC 的动态变化规律(0—60cm 土层)68-69
• 6.2 活性有机碳(LOC)69
• 6.3 土壤全氮(TN)含量69-71
• 6.3.1 收获期TN 含量变化(0—60cm 土层)69-70
• 6.3.2 全氮(TN)含量动态变化(0—60cm 土层)70-71
• 6.4 硝（铵）态氮71-72
• 6.5 土壤酶72-74
• 6.5.1 蔗糖酶72
• 6.5.2 脲酶72-73
• 6.5.3 磷酸酶73-74
• 6.5.4 过氧化氢酶74
• 6.6 讨论和结论74-76
• 第七章 不同秸秆覆盖量对土壤活性有机碳及碳库管理指数的影响76-82
• 7.1 不同处理土壤TOC 的剖面分布76
• 7.2 不同处理0~20cm 土层LOC 差异76-77
• 7.3 不同处理对土壤碳库组分和CMI 的影响77-78
• 7.4 不同处理下0~20cm 土层LOC 和CMI 与土壤化学性质的相关分析78-79
• 7.5 不同处理下LOC、TOC、CMI 和作物产量的相关性79-80
• 7.6 讨论和结论80-82
• 第八章 不同秸秆覆盖量对春玉米生产力的影响82-89
• 8.1 对玉米生育时期的影响82-83
• 8.2 春玉米Logistic 生长模型83-85
• 8.3 不同覆盖量对春玉米叶面积指数的影响85-86
• 8.4 灌浆期不同处理功能叶叶面积比较86
• 8.5 不同覆盖量对春玉米干物质的影响86-87
• 8.6 讨论87-88
• 8.7 结论88-89
• 第九章 不同秸秆覆盖量对玉米光合生理生态特性的影响89-94
• 9.1 春玉米光合生理参数变化特征89-92
• 9.1.1 群体净光合速率89
• 9.1.2 蒸腾速率89-90
• 9.1.3 气孔导度90-91
• 9.1.4 叶片瞬时水分利用效率(WUE瞬时)91
• 9.1.5 叶绿素荧光参数91-92
• 9.2 讨论和结论92-94
• 第十章 不同秸秆覆盖量对春玉米冠气温差和叶水势日变化的影响94-99
• 10.1 作物冠层温度(CT)、冠层温度与气温差值(CATD)的日变化94-95
• 10.2 叶片水势(LWP)的日变化95
• 10.3 冠气温差(CATD)与秸秆覆盖量的相关性95-96
• 10.4 冠气温差(CATD)与土壤水分的相关性96
• 10.5 讨论96-97
• 10.6 结论97-99
• 第十一章 不同秸秆覆盖量对春玉米产量、水、肥利用效率和经济效益的影响99-109
• 11.1 产量99-101
• 11.2 水分利用效率(WUE)101-103
• 11.3 氮肥利用效率103-104
• 11.3.1 植株地上部不同部位氮素累积量103
• 11.3.2 肥料利用效率103-104
• 11.4 效益分析104-107
• 11.4.1 经济效益104-105
• 11.4.2 节水效益105-107
• 11.5 讨论和结论107-109
• 第十二章 结论和建议109-113
• 12.1 对农田环境的影响109-110
• 12.2 对春玉米生理生态的影响110
• 12.3 对春玉米产量及水、肥利用效率的影响110-111
• 12.4 研究特色111
• 12.5 研究展望111-113
• 参考文献113-121
• 致谢121-123
• 作者简介123

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农田秸秆覆盖条件下冬小麦增产的水氮条件    高亚军;郑险峰;李世清;田霄鸿;王朝辉;李生秀;杜建军;

“秸秆覆盖在农业生产上的试验研究”对农业增产具有重要意义    本刊记者;

覆盖措施下非充分灌溉春玉米水分利用效率研究    景明;

利用秸秆覆盖减少鸡舍氨气排放和恶臭效果研究    耿爱莲;闫玉良;王海宏;张剑;初芹;刘华贵;

覆盖免耕对棉田土壤物理性质及棉花生理特性的影响    郑曙峰;王维;徐道青;屈磊;

秸秆与地膜覆盖春玉米和春小麦耕层土壤碳氮动态    卜玉山;邵海林;王建程;苗果园;

超高产春玉米冠层结构及生理特性的研究    张玉芹;杨恒山;高聚林;张瑞富;王志刚;徐寿军;范秀艳;杨升辉;

不同覆盖条件下春玉米农田耗水特征及提高水分利用率研究    樊向阳;齐学斌;高胜国;赵辉;王景雷;

密度对超高产春玉米花后不同层位叶片荧光参数的影响    王志刚;高聚林;孙继颖;武向良;苏志军;

滴灌带埋深对春玉米同化物累积和水氮利用效率的影响    李蓓;李久生;

不同覆盖措施对春玉米产量和土壤肥力的影响    杨晓;郝明德;王缠军;

秸秆覆盖非充分灌溉稻作农田生态环境效应研究    周明耀;钱晓晴;

禄加镇早争主动种旱粮    特约记者 郭成钧

春玉米合理施肥若干问题（二）    

适时播种春玉米 高产稳产有保证    省气象科研所 陆魁东 省农业厅粮油处 吴玉林

播种春玉米 严把五道关    玉田县农村经济局 李荣胜 王文敏

种植“春玉米”收入高    定兴县农业技术中心 崔洪生

春玉米双膜覆盖栽培技术    

春玉米高产栽培技术    张润辛 刘小峰

吉林春玉米雨养百亩吨良田    记者 张兆军通讯员 郑原驰 王柏涛

延庆春玉米播种不再扬沙    胡玖梅　张海荣

长春玉米工业区项目启动    金英子 记者 宋丽华 王英 李季玲

渭北旱原不同量秸秆覆盖对农田环境及春玉米生理生态的影响    蔡太义

秸秆覆盖保护性种植的土壤养分效应和作物生理生化响应机制研究    薛兰兰

超高产春玉米根冠特性及钾素养分调控效应的研究    张玉芹

我国玉米种植分布与气候关系研究    何奇瑾

我国玉米种植分布与气候关系研究    何奇瑾

农田水肥效应及其生理机制研究    高亚军

华北春玉米土壤N_2O减排措施研究    刘运通

超高产春玉米氮磷营养特性及养分调控技术研究    曹国军

黄土高原农田综合地力及碳汇特征对连续多年玉米秸秆全量还田的响应    慕平

不同氮素营养水平下春玉米碳氮代谢机理的研究    赵宏伟

不同秸秆覆盖量对宁南旱作农田土壤水肥及作物产量的影响    高飞

华北地区秸秆覆盖下农田降雨转化过程模拟研究    王兆伟

宁南旱区秸秆覆盖条件下的农田生态效应研究    李玉鹏

秋覆盖对土壤环境及春玉米生长发育的影响    张惠

渭北旱塬秸秆覆盖对土壤性状及冬小麦产量的影响    刘婷

保护性耕作措施对作物产量及土壤肥力的影响    王缠军

小麦调亏灌溉及蒸发蒸腾量的试验研究    孟毅

关中农田氮肥利用及NO_3~--N淋移特点    尹晓芳

河北省夏玉米秸秆覆盖水热传输模型与高效用水技术研究    脱云飞

保定平原区农田提覆盖提高土壤水资源利用量的研究    孟霄