秸秆覆盖节水效应研究

【摘要】：本试验于2002~2003年在中国科学院地理所禹城综合试验站完成,研究了秸秆覆盖节水效应及极度干旱条件下底墒差异对夏玉米耗水特性和光能利用的影响,结果如下: 1秸秆覆盖与灌溉条件下冬小麦——夏玉米一年两熟农田的耗水特性 在冬小麦和夏玉米生育期间分别降水222.2和326.9mm的情况下,若冬小麦生育期间灌水量相同,则覆盖与不覆盖处理间总耗水量差异不大,但阶段耗水量差异较大。秸秆覆盖具有明显抑制棵间蒸发的作用,在冬小麦播种——返青期间效果最明显,覆盖处理比不覆盖处理少蒸散52.25mm。自3月份以后,覆盖处理冬小麦的叶面积增长迅速,蒸腾量迅速增加,最终各处理总耗水量差异不大。在土壤含水量较高条件下,秸秆覆盖抑制无效蒸发的效果更为明显。秸秆覆盖能增强土壤水的入渗能力,灌水后3天能影响到地面以下80cm,而不覆盖处理只能影响到60cm。秸秆覆盖具有降低SMBS供水能力的作用。 灌溉具有增加农田耗水量,延迟冬小麦耗水强度峰值,降低冬小麦对SMBS利用的作用。 2 覆盖和灌溉相结合对冬小麦——夏玉米一年两熟农田产量和WUE的影响 通过本试验发现,秸秆覆盖能够降低冬小麦的产量和WUE,这主要是通过秸秆覆盖影响冬小麦的基本苗、冬前分蘖和春后分蘖,最终导致极显著降低穗数而引起的。秸秆覆盖和灌溉显著增加冬小麦的穗粒数,对千粒重影响不显著。在不覆盖条件下,夏玉米的产量随前茬冬小麦灌溉量的增加及灌水时期后移而增加;在覆盖条件下,前茬冬小麦不灌溉处理产量反而最高。总体上看,秸秆覆盖能够提高夏玉米的产量和WUE。 3 秸秆覆盖和灌溉对冬小麦农田小气候效应的影响 在大气温度极低条件下,秸秆覆盖能够提高土壤温度,大气温度越低,保温效果越好。自2月份开始,覆盖处理在14:00时的土壤温度明显低于不覆盖处理。一天中,随着大气温度的升高,覆盖处理土壤温度升温较慢,明显低于不覆盖处理。秸秆覆盖具有降低近地层空气湿度的作用,在土壤湿度较大条件下其效果更加明显。覆盖能够提高近地面空气温度,灌溉后 WP=10 其作用更为突出。覆盖和灌溉能减少冠层反射率和底层漏射率,从而增加PAR在各层次的截获率。秸杆覆盖提高冬小麦总光能利用率和茎叶光能利用率,但降低籽粒光能利用率。 4 极度干旱条件下底墒差异对夏玉米耗水及光能利用特性的影响 土壤体积含水率随深度的增加而逐渐趋向稳定,但底墒影响各层次的水分含量和夏玉米的耗水深度。若夏玉米生育期间不进行补充灌溉且土壤体积含水率小于27%时,夏玉米的主要供水层在60~90cm范围内,冬小麦生育期间不灌水的夏玉米开始利用深层水,底墒相对充足的夏玉米利用的深度可达1.1 m土深。在冬小麦生育期间灌两水(120mm)条件下,对夏玉米进行补充灌溉可显著提高产量,但在冬小麦生育期间灌一水(60mm)条件下再进行补充灌溉,其增产作用不及充足的SMBS。 本试验同时表明,在冬小麦——夏玉米一年两熟种植制度下,冬小麦生育期间的灌溉制度明显影响夏玉米的SMBS,SMBS充足的处理夏玉米叶面积增长较快,显著提高夏玉米穗部叶片的PAR截获率,同时穗位叶的光合速率和光合势也相应提高,最终产量增加,经济系数提高。由于光能的截获率和转化率都得到了改善,导致光能利用率提高。本实验同时表明,研究作物的水分问题应与特定的种植制度相结合。 5 覆盖和灌溉对冬小麦——夏玉米一年两熟农田耕层土壤养分含量及主要土壤酶活性的影响 秸秆覆盖对提高土壤有机质含量有重要作用。不覆盖农田中,灌溉可降低有机质含量,而覆盖农田中,这种降低作用不明显。随土壤深度的增加,土壤全氮含量逐渐降低,冬小麦生育期间灌溉能够降低全氮含量,进而影响土壤的供氮水平。在冬小麦生育期间,灌溉可使碱解氮的含量下降,覆盖处理下降的程度更大。秸秆覆盖并没有明显提高耕层全磷的含量,但秸秆覆盖可明显提高速效磷的含量,灌溉可使其含量进一步增加。覆盖和灌溉对全钾含量没有明显影响,但秸秆覆盖可明显提高耕层内速效钾的含量,夏玉米生育期间,灌溉处理速效钾含量升高。 耕层内土壤脲酶和过氧化氢酶均以5~10cm处含量最高,其次是0~5cm,再次是10~20cm。这两种酶的活性均与外界大气温度呈负相关关系。 【关键词】：冬小麦 夏玉米 秸秆覆盖 节水效应
【学位授予单位】：山东农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：S34
【目录】：

• 摘 要9-12
• Abstract12-16
• 1 前言16-24
• 1.1 节水效应的国内外研究进展17-24
• 1.1.1 WUE的研究17-18
• 1.1.1.1 叶片水平WUE17
• 1.1.1.2 产量水平WUE17-18
• 1.1.1.3 群体水平WUE18
• 1.1.2 耗水量和耗水规律的研究18-19
• 1.1.3 水分对作物产量的影响19-20
• 1.1.4 水分胁迫对作物生理生化特性的影响20-21
• 1.1.5 农艺节水措施研究21-23
• 1.1.5.1 秸秆覆盖条件下的耗水特性研究21-22
• 1.1.5.2 秸秆覆盖对土壤的影响22-23
• 1.1.5.2.1 秸秆覆盖对土壤物理性状的影响22
• 1.1.5.2.2 秸秆覆盖对土壤肥力的影响22
• 1.1.5.2.3 秸秆覆盖对土壤酶活性及微生物生物量的影响22-23
• 1.1.5.3 秸秆覆盖具有提高作物产量的作用23
• 1.1.5.4 秸秆覆盖农田的小气候特征研究23
• 1.1.6 模型的应用23-24
• 2 材料与方法24-29
• 2.1 供试材料与实验设计24-26
• 2.2 测定项目及方法26-29
• 3 结果与分析29-74
• 3.1 冬小麦和夏玉米生育期间的气象条件29-31
• 3.1.1 冬小麦和夏玉米生育期间的降雨情况29-30
• 3.1.2 冬小麦和夏玉米生育期间的潜在蒸发量30
• 3.1.3 冬小麦和夏玉米生育期间的大气温度和湿度30-31
• 3.2 覆盖与灌溉对一年两熟农田耗水规律的影响31-45
• 3.2.1 覆盖与灌溉对一年两熟农田植株蒸腾的影响31-32
• 3.2.2 覆盖与灌溉对一年两熟农田土壤蒸发的影响32
• 3.2.3 一年两熟农田0~120cm土壤贮水量全年变化情况32-33
• 3.2.4 覆盖和灌溉对冬小麦--夏玉米一年两熟农田不同层次耗水特性的影响33-36
• 3.2.4.1 0~30cm土壤体积水分含量的变化33-34
• 3.2.4.2 30~60cm土壤体积水分含量的变化34-35
• 3.2.4.3 60~90cm土壤体积水分含量的变化35
• 3.2.4.4 90~120cm土壤体积水分含量的变化35-36
• 3.2.5 秸秆覆盖对灌溉水在土壤中运动的影响36
• 3.2.6 秸秆覆盖与灌溉对冬小麦农田SMBS利用的影响36-37
• 3.2.6.1 覆盖和灌溉对冬小麦农田SMBS利用效率的影响36-37
• 3.2.6.2 覆盖和灌溉对SMBS供水深度的影响37
• 3.2.7 覆盖和灌溉对冬小麦不同生育期耗水量的影响37-38
• 3.2.8 覆盖和灌溉对冬小麦不同生育期耗水强度的影响38-39
• 3.2.9 覆盖和灌溉对冬小麦耗水模系数的影响39-40
• 3.2.10 极度干旱条件下冬小麦灌溉制度对夏玉米SMBS的影响40-44
• 3.2.10.1 夏玉米播种时的SMBS含量40
• 3.2.10.2 底墒差异对夏玉米耗水深度的影响40-44
• 3.2.10.2.1 底墒差异对0~30m土层耗水的影响40-41
• 3.2.10.2.2 底墒差异对30~60cm土层耗水的影响41
• 3.2.10.2.3 底墒差异对60~90cm土层耗水的影响41-42
• 3.2.10.2.4 底墒差异对90~120cm土层耗水的影响42-43
• 3.2.10.2.5 极度干旱条件下底墒差异对夏玉米耗水量和WUE的影响43-44
• 3.2.11 覆盖与灌溉对一年两熟农田全年耗水量的影响44-45
• 3.2.11.1 冬小麦生育期间的耗水量44
• 3.2.11.2 夏玉米生育期间的耗水量44-45
• 3.3 覆盖和灌溉对全年WUE的影响45-53
• 3.3.1 覆盖和灌溉对产量水平WUE的影响45-50
• 3.3.1.1 覆盖和灌溉对冬小麦和夏玉米产量的影响45-47
• 3.3.1.1.1 覆盖和灌溉对冬小麦产量的影响45-46
• 3.3.1.1.2 秸秆覆盖对夏玉米产量的影响46-47
• 3.3.1.2 覆盖和灌溉对全年粮食产量水平WUE的影响47-50
• 3.3.1.2.1 覆盖和灌溉对冬小麦产量水平WUE的影响47-48
• 3.3.1.2.2 冬小麦产量构成因素和耗水量间的关系48-49
• 3.3.1.2.3 秸秆覆盖对夏玉米产量水平WUE的影响49-50
• 3.3.2 覆盖和灌溉对冬小麦叶片水平WUE的影响50-53
• 3.3.2.1 光合速率、蒸腾速率和土壤含水量间的关系50
• 3.3.2.2 光合速率和蒸腾速率对气孔导度的响应50-52
• 3.3.2.2.1 土壤水分含量与气孔导度间的关系50-51
• 3.3.2.2.2 光合速率和蒸腾速率对气孔导度的响应51-52
• 3.3.2.3 不同土壤水分条件下胞内CO2浓度变化特点52-53
• 3.4 覆盖和灌溉对冬小麦农田小气候效应的影响53-64
• 3.4.1 覆盖和灌溉对土壤温度的影响53-55
• 3.4.1.1 覆盖和灌溉对5cm土壤温度日变化的影响53
• 3.4.1.2 覆盖和灌溉对冬小麦不同层次土壤温度的影响53-54
• 3.4.1.3 覆盖和灌溉对冬小麦整个生育期土壤温度的影响54-55
• 3.4.2 覆盖和灌溉对空气湿度的影响55-56
• 3.4.3 覆盖和灌溉对空气温度的影响56-57
• 3.4.4 覆盖和灌溉对冬小麦群体PAR截获的影响57-61
• 3.4.4.1 覆盖和灌溉对冬小麦单茎数的影响57-58
• 3.4.4.2 覆盖和灌溉对冬小麦群体叶面积指数的影响58-59
• 3.4.4.3 覆盖和灌溉对冬小麦生育后期PAR截获率日变化的影响59
• 3.4.4.4 覆盖和灌溉对冬小麦群体PAR漏射率与反射率日变化的影响59-60
• 3.4.4.5 覆盖和灌溉对冬小麦不同高度PAR截获率的影响60-61
• 3.4.4.6 覆盖和灌溉对冬小麦光能利用率的影响61
• 3.4.5 极度干旱条件下底墒差异对夏玉米PAR利用的影响61-64
• 3.4.5.1 底墒差异对夏玉米叶面积的影响61-62
• 3.4.5.2 底墒差异对PAR截获率的影响62-63
• 3.4.5.3 底墒差异对夏玉米群体内PAR截获率的影响63-64
• 3.4.5.4 底墒差异对夏玉米光能转化的影响64
• 3.5 覆盖和灌溉对冬小麦--夏玉米一年两熟农田土壤肥力指标的影响64-70
• 3.5.1 覆盖和灌溉对耕层有机质的影响64-65
• 3.5.2 覆盖和灌溉对土壤全氮含量的影响65-66
• 3.5.3 覆盖和灌溉对土壤全磷含量的影响66-67
• 3.5.4 覆盖和灌溉对土壤全钾含量的影响67-68
• 3.5.5 覆盖和灌溉对碱解氮的影响68-69
• 3.5.6 覆盖和灌溉对速效磷的影响69
• 3.5.7 覆盖和灌溉对速效钾的影响69-70
• 3.6 覆盖和灌溉对土壤主要酶活性的影响70-74
• 3.6.1 覆盖和灌溉对脲酶活性的影响71-72
• 3.6.1.1 覆盖和灌溉对5~10cm脲酶活性的影响71
• 3.6.1.2 不同层次脲酶活性研究71-72
• 3.6.2 覆盖和灌溉对过氧化氢酶活性的影响72-74
• 3.6.2.1 覆盖和灌溉对5~10cm过氧化氢酶活性的影响72-73
• 3.6.2.2 不同层次过氧化氢酶活性研究73-74
• 4 讨论74-79
• 4.1 秸秆覆盖与粮食产量74
• 4.2 秸秆覆盖对土壤温度的影响74-75
• 4.3 秸秆覆盖对冬小麦农田小气候效应的影响75
• 4.4 在冬小麦--夏玉米一年两熟种植制度中，覆盖与灌溉相结合可消耗更多的N素75-76
• 4.5 叶片水平WUE与节水农业76
• 4.6 覆盖与灌溉相结合条件下土壤肥力、土壤酶活性和土壤微生物生物量之间的关系76-78
• 4.7 节水灌溉的理论和实践应与特定的种植制度相结合78-79
• 5 结论79-81
• 5.1 秸秆覆盖的保墒效果79
• 5.2 秸秆覆盖对作物产量的影响79
• 5.3 覆盖和灌溉对冬小麦农田小气候效应的影响79
• 5.4 覆盖与灌溉对冬小麦--夏玉米一年两熟农田养分含量及主要土壤酶活性的影响79-80
• 5.5 极度干旱条件下底墒差异对夏玉米耗水特性及光能利用的影响80-81
• 参考文献81-92
• 致 谢92-93
• 攻读学位期间发表论文情况93

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