小麦、玉米一年两熟农田保护性耕作节水机理及效应的研究

论文摘要

华北平原耕作制度以冬小麦—夏玉米一年两熟制为主,而从全年降雨来看,79月份降水集中,冬春季降水稀少,小麦生育期干旱频繁发生,水资源短缺且分配不均成为华北地区农业持续发展的重要限制因子,因此,通过一定的技术措施,对天然降雨进行高效、永续利用,是解决农业水资源瓶颈的途径之一。具有保水作用的保护性耕作作为实现上述目标的一种手段而越来越受到人们的关注。与传统耕作相比,保护性耕作具有减少水土流失,增加水分入渗,提高土壤含水量等效果。但是这些研究多以土壤为对象,将土壤、作物作为一个连续体的研究成果鲜见报道。并且他们将耕作与秸秆作为一个整体进行研究,而未有分别对少免耕措施与秸秆因素的主效应进行研究。因此,本试验在半湿润地区,系统探讨了保护性耕作对土壤-作物连续体水分动态的影响,为当地保护性耕作技术的推广提供一定的理论依据和技术支持。1.保护性耕作对土壤物理性状的影响实验结果表明,在0-30cm土层中,PZ的容重大,孔隙度小。PS的容重较小,孔隙度较高,在冬小麦收获期表现尤为明显。PH、PR随着土层的加深,容重增高,通气孔隙减少,与耕深有关。在土壤蒸发、叶片蒸腾、地下入渗中PS最高,在地表径流中PS最低,这与PS的孔隙度有关。在冬小麦播种到拔节前,土壤含水量变化主要由蒸发与灌水引起的,以PR、PH的保墒效果最好。从冬小麦拔节到收获,土壤含水量变化主要由蒸腾和降雨引起的,以PR、PZ的土壤含水量较高,PS、PH、PC较低。在灌浆末期有一次强降雨,PS、PZ、PH的集雨效果好。进入夏玉米生长季节,由于土壤含水量受频繁降雨和蒸腾的影响,各处理对的土壤含水量产生了不定向的影响。耕作措施对土壤容重、孔隙度、土壤含水量直接影响因素有显著的影响,占主导地位。对于土壤含水量而言,在冬小麦拔节前,秸秆因素对土壤含水量起主导作用。在冬小麦进入迅速生长季节时,耕作措施对土壤含水量起主导作用。其中,对于强降雨后的土壤含水量,秸秆因素起主导作用。当进入玉米生长发育阶段,秸秆因素与耕作因素对土壤含水量都有显著的影响。2.作物对保护性耕作的响应研究结果表明,PS处理的伤流量最大,PR、PZ低于对照,表明PS的根系具有较强的吸水能力。在灌浆期内,PS的叶片饱和亏最低,PR、PZ的叶片饱和亏均高于对照。PS、PH的叶片水势高于对照。PZ、PR低于对照。从光合速率、荧光动力学参数、产量方面来看, PS、PH的光合电子传递能力强,光合速率高,产量高。且耕作措施在各项指标中占主导作用。从叶片相关干旱指标方面来看,其规律与土壤含水量规律并不一致,而与根系伤流量的规律一致,表明根系的吸水能力直接影响到作物对水分利用。在本课题组研究的基础上,仅从保护性耕作对土壤物理性状的影响及作物对保护性耕作的响应方面来看,在三年周期内,PS在各项指标中具有很好的优势,因此在三年周期内, PS可以取代常规耕作在本地推广应用,但其长期效应有待于进一步研究。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 文献综述
• 1.1 研究目的、意义
• 1.2 国内外保护性耕作分析
• 1.2.1 保护性耕作现状
• 1.2.2 保护性耕作研究进展
• 1.2.2.1 保护性耕作对土壤含水量的影响
• 1.2.2.1.1 秸秆覆盖对土壤含水量的影响
• 1.2.2.1.2 不同的土壤耕作方式对土壤含水量的影响
• 1.2.2.2 保护性耕作对土壤蒸发的影响
• 1.2.2.3 保护性耕作对地表径流的影响
• 1.2.2.4 保护性耕作对土壤渗透性能的影响
• 1.2.2.5 保护性耕作对土壤容重的影响
• 1.2.2.6 保护性耕作对产量的影响
• 2 材料与方法
• 2.1 供试材料及试验设计
• 2.2 测定项目及方法
• 2.2.1 土壤容重、孔隙度的测定
• 2.2.2 土壤蒸发的测定
• 2.2.3 地表径流的测定
• 2.2.4 饱和导水率的测定
• 2.2.5 土壤水分含量的测定
• 2.2.6 叶片蒸腾的测定
• 2.2.7 根系伤流的测定
• 2.2.8 土壤水势的测定
• 2.2.9 旗叶相关生理参数的测定
• 2.2.10 产量及其构成因素的测定
• 2.2.11 资料统计与分析
• 3 结果与分析
• 3.1 保护性耕作对土壤结构的影响
• 3.1.1 保护性耕作对土壤容重周年的影响
• 3.1.2 保护性耕作对土壤总孔隙度周年变化的影响
• 3.1.3 保护性耕作对土壤毛管孔隙及非毛管孔隙的影响
• 3.1.4 保护性耕作措施对土壤容重及孔隙度的作用力分析
• 3.2 保护性耕作条件下土壤水分直接影响因素的分析
• 3.2.1 保护性耕作对土表蒸发的影响
• 3.2.2 保护性耕作对叶片蒸腾量的影响
• 3.2.3 保护性耕作对地表径流的影响
• 3.2.4 保护性耕作对地表饱和导水率的影响
• 3.2.5 单项保护性耕作措施对土壤水分直接影响因素的作用力分析
• 3.3 保护性耕作条件下土壤水分的分析
• 3.3.1 保护性耕作对土壤含水量的周年变化的影响
• 3.3.2 保护性耕作对土壤含水量的作用力分析
• 3.4 保护性耕作条件下根系伤流量的分析
• 3.4.1 保护性耕作对根系伤流量的影响
• 3.4.2 保护性耕作措施对根系伤流的作用力分析
• 3.5 保护性耕作措施下叶片相关干旱指标的研究
• 3.5.1 保护性耕作对叶片饱和亏的影响
• 3.5.2 保护性耕作对叶片水势的影响
• 3.5.3 保护性耕作对叶片相关干旱指标作用力分析
• 3.6 保护性耕作措施下叶片光合特性的研究
• 3.6.1 保护性耕作对花后叶片光合速率的影响
• 3.6.2 保护性耕作对花后叶片荧光动力学参数的影响
• 3.6.3 保护性耕作对叶片光合特性的作用力分析
• 3.7 保护性耕作条件下产量及构成因素的研究
• 3.7.1 保护性耕作对冬小麦产量及构成因素的影响
• 3.7.2 保护性耕作对夏玉米产量及构成因素的影响
• 3.7.3 保护性耕作措施对产量及产量构成因素的作用力分析
• 4 结论
• 5 讨论
• 5.1 保护性耕作对土壤容重、孔隙度的影响
• 5.2 保护性耕作条件下对影响土壤水分直接因素的研究
• 5.3 保护性耕作对土壤水分含量的影响
• 5.4 保护性耕作对根系伤流的影响
• 5.5 保护性耕作对叶片相关干旱指标的影响
• 5.6 保护性耕作对叶片光合特性的影响
• 5.7 保护性耕作对产量及产量构成因素的影响
• 5.8 保护性耕作的整体效应分析
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表论文情况