秸秆覆盖的土壤温度效应及其影响小麦生长的机理研究

【摘要】： 秸秆覆盖技术是当前世界旱农地区广泛推广的一项耕作技术。在我国,秸秆覆盖在传统农业中早有利用,近些年来在北方旱农地区迅速发展,成为少耕、免耕法的一个重要组成部分。作物正常的生长发育是地上部光合与地下部根群吸收水分、养分相统一的系统过程。土壤温度是重要的生态因子之一,它对植物生长发育的影响既是重要的农林问题,也是重要的理论问题。关于秸秆覆盖的土壤温度效应已有不少研究,但结果存在很多矛盾。覆盖条件下作物到底是增产还是减产?土壤温度是不是造成秸秆覆盖条件下小麦减产的主要原因?其作用机制又如何?对于这些问题尚未有合理的解释。本研究通过一个大田试验和两个水培试验,探讨了秸秆覆盖条件下的土壤温度效应及作物生长对根区温度的响应,获得了以下主要结论: (1)根据土壤日均温的变化特点,冬小麦田秸秆覆盖后至小麦收获之间的6个月可以分为4个阶段:冬前和越冬前期——土壤温度迅速下降阶段,越冬中期——土壤温度最低阶段,越冬后期至返青期——土壤温度缓慢上升阶段,拔节期至小麦生长后期——土壤温度持续上升阶段。秸秆覆盖使冬麦田昼夜平均温度显著升高,从冬前至返青期阶段,覆盖与无覆盖土壤昼夜平均温度差异越来越小,返青期后覆盖的增温效果则越来越明显:10 cm土壤温度最高可增加2.52℃,20 cm土壤温度最高可增加1.65℃。土壤10 cm温度从最低上升到最高需要6～9个小时,秸秆覆盖与无覆盖没有明显差异,拔节前秸秆覆盖显著降低了土壤温度日振幅,因此,秸秆覆盖土壤的升温速率和降温速率显著低于无覆盖土壤;拔节期至小麦生长后期秸秆覆盖的土壤温度日振幅显著高于无覆盖土壤,因此,秸秆覆盖的土壤升温和降温速率也都显著高于无覆盖土壤。冬前至返青期土壤20 cm昼夜平均温度均显著高于10 cm土壤,秸秆覆盖对其差异无显著影响;拔节期至小麦生长后期土壤20 cm昼夜平均温度则低于10 cm土壤,秸秆覆盖的差异显著高于无覆盖的差异。秸秆覆盖土壤最低温和最高温出现的时间与无覆盖一致。 (2)与作为对照的常温处理相比,越冬前、越冬期和返青期低温和高温处理均在一定程度上影响了小麦的生长发育及养分吸收。越冬前低温处理对小麦根长没有显著影响,越冬期和返青期低温则抑制根长的增加;越冬前和越冬期高温均能促进根长增加,但返青期高温则不利于根长增加。与常温相比,越冬前低温抑制小麦生长,其中对地上部的影响大于对根系的影响;越冬前高温促进根系生长而不利于地上部干物质累积。越冬期低温也不利于小麦根系和地上部的生长;越冬期高温显著提高根系体积,对小麦地上部生长没有显著影响。返青期低温同样明显抑制小麦生长,对根系的影响稍大于地上部;高温主要影响小麦根系生长。三个时期内低温处理均明显抑制小麦整体对养分的吸收;越冬前高温降低了小麦的养分吸收量,越冬期高温也在一定程度上不利于养分吸收,返青期高温则有提高小麦地上部养分吸收的趋势。 (3)越冬期常温条件下,1/2N水平处理(6 mmol·L-1)小麦根长高于正常N水平(12 mmol·L-1);低温条件下二者差异不大;高温条件下,1/2N水平处理小麦根长则略低于正常N水平。本水培试验条件下,氮素供应对小麦根系和地上部的生长影响不大。1/2N水平条件下,低温趋于减小根系干重、根系体积和地上部干重;高温则趋于促进小麦根系和地上部的生长。常温条件下,供氮水平降低对小麦的养分吸收没有明显影响。低温和高温条件下,供氮水平降低均显著影响小麦对养分的吸收。不论供氮水平如何,低温均显著降低小麦的养分吸收量,高温则显著提高养分的吸收量。不论供氮水平如何,高温可显著提高硝酸还原酶活性(NRA)。供氮水平降低对细胞间隙CO2浓度(Ci)、蒸腾速率(E)及气孔导度(Gs)没有显著影响,对光合速率(Pn)和水分利用效率(WUEL)的影响则与根区温度有关。常温条件下,1/2N对光合速率的影响具有时段性;低温条件下,1/2N处理光合速率呈高于正常N处理的趋势;高温条件下,1/2N光合速率较低。常温和高温条件下,1/2N处理水分利用效率与正常N处理差异不明显,低温条件下,1/2N处理水分利用效率高于正常N处理。 【关键词】：土壤温度 秸秆覆盖 冬小麦 生长发育
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：S512.1
【目录】：

• 中文摘要5-7
• 英文摘要7-12
• 第一章 文献综述12-23
• 1.1 秸秆覆盖的土壤温度效应12-17
• 1.1.1 秸秆覆盖技术的发展12-13
• 1.1.2 秸秆覆盖技术的生物学意义13-15
• 1.1.3 秸秆覆盖的土壤温度效应15-17
• 1.2 土壤温度对作物的影响17-20
• 1.2.1 土壤温度对种子发芽出苗的影响18
• 1.2.2 土壤温度对根系生长的影响18-19
• 1.2.3 土壤温度对植物营养和生殖生长的影响19
• 1.2.4 土壤温度对作物生理过程的影响19-20
• 1.2.5 土壤温度对植物病害的影响20
• 1.3 作物生长对温度、养分胁迫的响应20-21
• 1.3.1 作物生长对温度胁迫的响应20
• 1.3.2 作物生长对养分胁迫的响应20-21
• 1.4 研究展望21-23
• 第二章 覆盖栽培的土壤温度效应23-32
• 2.1 材料与方法24-25
• 2.1.1 试验设计24-25
• 2.1.2 测定项目和方法25
• 2.1.3 数据处理25
• 2.2 结果与分析25-31
• 2.2.1 冬小麦生长期间土壤温度与气温的动态变化25-27
• 2.2.2 秸秆覆盖条件下土壤温度的昼夜变化27-29
• 2.2.3 秸秆覆盖条件下热量在土壤中的垂直传递29
• 2.2.4 秸秆覆盖条件下土壤的升温与降温速率29-31
• 2.3 结论31-32
• 第三章 不同根区温度对小麦生长及其生理特性的影响32-38
• 3.1 材料与方法33-34
• 3.1.1 试验设计33
• 3.1.2 水培试验过程33-34
• 3.1.3 测定项目和分析方法34
• 3.1.4 数据处理34
• 3.2 结果与分析34-37
• 3.2.1 不同根区温度对小麦根长的影响34-35
• 3.2.2 不同根区温度对小麦植株发育的影响35-36
• 3.2.3 不同根区温度对小麦N、P、K 养分吸收量的影响36-37
• 3.3 结论37-38
• 第四章 不同根区温度和供氮水平对小麦生长及其生理特性的影响38-46
• 4.1 材料与方法39-40
• 4.1.1 试验设计39
• 4.1.2 培养过程39-40
• 4.1.3 测定项目和分析方法40
• 4.1.4 数据处理40
• 4.2 结果与分析40-44
• 4.2.1 不同根区温度和供氮水平对小麦根长的影响40-41
• 4.2.2 不同根区温度和供氮水平对小麦植株生长发育的影响41
• 4.2.3 不同根区温度和供氮水平对小麦N、P、K 养分吸收量的影响41-42
• 4.2.4 不同根区温度和供氮水平对小麦叶片硝酸还原酶活性（NRA）的影响42-43
• 4.2.5 不同氮肥和根区温度冬小麦气体交换参数日变化的特征43-44
• 4.3 结论44-46
• 参考文献46-56
• 致谢56-57
• 作者简介57

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