黄土高原双垄覆膜和地槽集水技术对土壤水温、土壤养分及作物产量的影响

论文摘要

针对黄土高原半干旱地区的自然特点,为了提高降水的利用率和作物产量,从收集田间最大的雨水量和控制雨水就地入渗这两个角度出发,将不同覆膜方式和集水方式相结合,在榆中北山进行了两个不同的集雨实验。实验一在2006年设3个不同处理:（1）不覆膜的常规平作（CK）;（2）条膜起垄覆盖（RM）:（3）新型覆膜方式——双垄全膜覆盖沟播（DRM）。在2007年除了与2006年相同的处理（1）、（2）、（3）外,增加了处理:（4）条膜平铺覆盖（NM）和（5）全膜平铺覆盖（WM）。实验二从2005年进行到2008年,设5个不同处理:（1）不覆膜的常规平作（CK）;（2）平地起垄,垄上不覆膜（M0C0）;（3）平地起垄,垄上不覆膜,在垄与垄之间设置地槽（M0C）;（4）平地起垄,垄上覆膜（MC0）;（5）平地起垄,垄上覆膜,在垄与垄之间设置地槽（MC）。通过对土壤含水量、土壤温度、作物产量及土壤养分的结果进行分析,获得以下结果:（1）2006年和2007年DRM较其他传统的覆膜方式收集到更多的降水,表层土壤水分含量分别达到最高10.5%和22.6%。DRM在所有处理中使表层土壤温度增加最多,2006年4月到9月的平均地温比CK高5.8℃,比RM高4.9℃。尤其在2007年作物出苗的关键时期,最高温可以高出对照CK6.1℃,解决了当地由于积温不足,在大田中不能种植玉米的问题。（2）DRM处理可以大大提高作物产量及水分利用效率。2006年DRM处理下的玉米产量分别是RM和CK处理的103%和676%,水分利用效率（WUE）是CK的6倍,比RM高9.98%。2007年DRM处理的产量较RM,NM,WM和CK分别提高了64.8%,32.1%,21.9%和1043.7%,WUE是CK的11倍,分别比RM,NM和WM处理高出67.7%,26.7%和9.2%。DRM处理的经济收益是WM的1.19倍,RM的1.67倍,NM的1.3倍,CK的10.2倍,是黄土高原半干旱区一项有效的增产和提高农民经济收入的措施。（3）DRM,RM,NM和WM处理提高了土壤微生物活性,降低了土壤有机碳（SOC）的含量,增加了土壤微生物碳（MBC）的含量,降低了土壤轻组有机碳（LFOC）的含量。MBC与SOC呈极显著负相关关系(R2=0.84,P=7*10-4),MBC与MN呈显著负相关关系(R2=0.78,P=6.97*10-4),MBC与AP呈正相关关系R2=0.56,P=0.01)。DRM处理下的土壤SOC最低,MBC最高,土壤MN含量和C/N最低,C/P最高,对土壤养分损耗最大。（4）地槽和垄上覆膜相结合的处理MC其作物产量在4年当中最高,2005年较CK,M0C0,M0C和MC0处理产量分别提高271%,90.5%,89.2%和77.4%,2006年较CK,M0C0,M0C和MC0处理产量分别提高529%,220%,138.6%和66.5%;2007年较CK,M0C0,M0C和MC0处理产量分别提高128%,85.5%,43.8%和1.4%;2008年较CK,M0C0,M0C和MC0处理产量分别提高77.5%,55.1%,41.8%和19.7%。地槽设置和垄上覆膜分别对产量有显著影响,强于两者交互作用对产量的影响。（5）在丰水年,地槽有利于土壤在0-40cm土层收集降水,提高耕层土壤水分的贮存量。在干旱年情况相反,地槽中的土壤水分蒸发量大于收集量,降低了耕层土壤水分含量,不利于土壤水分的恢复。（6）地槽可增加槽内土壤的有机碳含量和土壤C/N比,但是不利于活化土壤磷。由此可见双垄全膜覆盖DRM处理是通过大幅改善表层土壤水温来提高作物产量,进而提高经济收益。但是在带来高产的同时也对土壤质量产生了负面影响。当地槽与垄上覆膜相结合时可大大提高作物产量,地槽内的土壤碳含量优于其他处理。

论文目录

• 缩写
• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 干旱与水
• 1.1.1 干旱的定义与划分
• 1.1.2 全球干旱化趋势
• 1.2 黄土高原半干旱地区农业系统的环境特点
• 1.3 生态农业的现状与发展
• 1.4 集水农业的历史与前景
• 1.4.1 集水农业的定义
• 1.4.2 集水农业的历史
• 1.4.3 集水农业的前景
• 1.5 土壤质量
• 1.5.1 土壤质量的定义
• 1.5.2 土壤质量指标
• 1.6 研究内容与目的
• 1.6.1 研究的理论依据
• 1.6.2 研究目的
• 第二章 材料与方法
• 2.1 实验地概况
• 2.2 材料和实验设计
• 2.2.1 实验一的材料与设计
• 2.2.2 实验二的材料设计及地槽设计
• 2.2.2.1 材料与设计
• 2.2.2.2 贮水地槽的设计方法
• 2.3 采样与测定
• 2.3.1 土壤水分含量的测定
• 2.3.2 土壤温度的测定
• 2.3.3 土壤容重的测定
• 2.3.4 作物生物量及生物性状的测定
• 2.3.5 土壤化学指标的采样和测定
• 2.3.5.1 土壤有机碳和土壤全氮的测定
• 2.3.5.2 土壤轻组有机碳的分组预测定
• 2.3.5.3 土壤矿物氮的测定
• 2.3.5.4 土壤全磷和速效磷的测定
• 2.3.6 土壤微生物指标的采样和测定
• 2.4 数据统计分析
• 第三章 结果与分析
• 3.1 实验一的结果与分析
• 3.1.1 验期间的降雨量
• 3.1.2 作物产量及产量组成
• 3.1.3 土壤温度
• 3.1.4 土壤水分
• 3.1.4.1 种前和收后0-200cm土层的土壤水分剖面
• 3.1.4.2 土壤水分动态
• 3.1.4.3 水分利用效率
• 3.1.5 不同处理对土壤化学和生物指标的影响
• 3.1.5.1 土壤有机C、微生物C和轻组C
• 3.1.5.2 土壤有机C与土壤微生物C的关系
• 3.1.5.3 土壤全N和矿化N
• 3.1.5.4 土壤微生物C（MBC）与土壤矿化N（MN）之间的关系
• 3.1.5.5 土壤全P与速效P
• 3.1.5.6 土壤微生物C（MBC）与土壤速效磷（AP）之间的关系
• 3.1.5.7 C/N和C/P
• 3.1.5.8 产量与土壤水温、土壤养分的关系
• 3.1.5.9 不同处理的经济收益
• 3.1.6 讨论
• 3.1.7 小结
• 3.2 实验二的结果与分析
• 3.2.1 实验期间降雨量与作物生长时期
• 3.2.2 作物产量
• 3.2.3 土壤温度
• 3.2.4 土壤水分
• 3.2.4.1 土壤贮水量的动态变化
• 3.2.4.2 土壤水分恢复
• 3.2.4.3 水分利用效率
• 3.2.5 土壤容重
• 3.2.6 不同处理对土壤化学指标的外影响
• 3.2.6.1 土壤有机碳含量
• 3.2.6.2 土壤C/N比
• 3.2.6.3 土壤AP和C/P比
• 3.2.7 讨论
• 3.2.8 小结
• 第四章 主要结论
• 参考文献
• 攻读博士期间发表的论文
• 致谢