黄土旱塬区不同覆盖措施对冬小麦农田土壤呼吸及作物水分利用效率的影响

论文摘要

通过土壤呼吸作用向大气释放CO2是导致全球气候变化的关键性生态学过程,土壤呼吸作用的微小变动将对全球碳循环产生显著影响。作为人为干扰最强烈的陆地生态系统类型,农田生态系统可以在较短的时间尺度上对碳库起调节作用。因此,深入理解农田生态系统土壤CO2的释放规律及其控制机理对我国准确估算碳收支、制定全球变化应对策略和CO2减排措施具有重要的指导意义。黄土高原为我国典型的雨养农业区和生态脆弱区,该区降水分布不均,土壤水分亏缺一方面限制了农田生产力的提高,另一方面也是影响农田土壤CO2释放的关键因素。地表覆盖措施（覆盖秸秆或者地膜）可以有效蓄水抑蒸保墒,增加土壤有机质,提高作物产量和水分利用效率,已经成为旱地农业的一项重要栽培技术措施。有关旱作农田覆盖措施的相关研究较多,但针对旱作农田地表覆盖后土壤呼吸变化特征及其水热控制机理的研究尚待深入。本文以设立于黄土旱塬区不同覆盖试验为平台,以冬小麦为研究对象,于2008-2010年,研究了不同覆盖措施下土壤呼吸速率日变化和季节变化特征,以及不同覆盖措施对土壤水分和作物水分利用效率的影响。研究共选取了4个处理：作物生育期秸秆覆盖600kg·hm-2（M600）、秸秆覆盖300kg·hm-2（M300）、地膜覆盖（PM）和无覆盖处理（CK）。主要结果如下：2009-2010年,冬小麦农田土壤呼吸速率从播种（2009年9月）至返青之前呈下降趋势,且处理间没有显著差异；越冬后土壤呼吸速率迅速提高,至拔节期最高。与CK相比,3个覆盖处理在越冬至成熟期间均显著促进了土壤CO2的释放,其中PM与其他处理间的差异达到极显著水平。全生育期M600和M300处理土壤呼吸速率平均分别为1.47和1.52umol CO2·m-2·S-1,较CK （1.38 umol CO2·m-2·S-1）分别提高了6.6%和10.2%；PM处理土壤呼吸速率平均为3.63 umol CO2·m-2·S-1,较CK提高了163%。CK处理土壤呼吸日变化呈单峰曲线,峰值出现在12：00左右,秸秆覆盖后峰值时间推迟到14：00左右；PM处理土壤呼吸日变化特征在拔节期与对照相似,在成熟期则呈双峰曲线,峰值分别出现在12：00和16：00左右。土壤呼吸速率与土壤温度和土壤水分分别呈指数和抛物线式相关,其中0-5cm层的土壤温度与土壤呼吸的相关性高于0～10cm土层,而土壤含水量与土壤呼吸的拟合0-10cm土层的拟合度更好。覆盖后第一年（2008-2009年）,各处理0-1m和0-2m土层土壤贮水量变化趋势一致。与对照相比,秸秆覆盖处理对0-1m和0-2m土层土壤贮水量均没有显著影响。对产量而言,CK的产量在数值上最高,其次是M600处理,最后是M300处理,但各处理对产量的影响不明显。第二年（2009-2010年）,秸秆覆盖后的0-1 m和0-2m土层土壤贮水量都高于不覆盖,秸秆覆盖处理的水分利用效率和降雨利用效率也均高于对照,但均未达显著性水平。对于产量而言,M600处理较CK提高了7%,M300处理较CK提高了8%,秸秆覆盖处理虽然在表象上提高了产量,但差异不显著。与对照相比,地膜覆盖的水分利用效率和产量均与对照差异不显著。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 综述
• 1.1 研究背景及意义
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 目的意义
• 1.2 国内外研究进展
• 1.2.1 土壤呼吸及其影响因素
• 1.2.2 不同覆盖措施对产量、土壤环境、土壤呼吸速率的影响
• 1.2.3 存在问题
• 1.3 本文研究内容与技术路线
• 1.3.1 本文研究内容
• 1.3.2 本文技术路线图如下
• 第二章 研究区域和研究方法
• 2.1 研究区域概况
• 2.1.1 试验区概况
• 2.1.2 不同覆盖试验的布置
• 2.2 测定方法
• 2.2.1 土壤呼吸的测定
• 2.2.2 土壤水分监测
• 2.2.3 土壤温度的测定
• 2.2.4 植物生理指标的测定
• 2.2.5 土壤贮水量的计算
• 2.3 数据处理
• 第三章 不同覆盖措施对冬小麦农田土壤呼吸的影响
• 3.1 不同覆盖措施下土壤呼吸速率的季节变化
• 3.2 不同覆盖措施下土壤呼吸速率的日变化
• 3.3 土壤水温对土壤呼吸的影响
• 3.3.1 土壤温度对土壤呼吸的影响
• 3.3.2 土壤含水量对土壤呼吸的影响
• 3.4 讨论
• 3.4.1 不同覆盖措施下土壤呼吸速率的季节变化特征和秸秆覆盖量对土壤呼吸速率的影响
• 3.4.2 不同覆盖措施下土壤呼吸速率日变化特征
• 3.4.3 不同覆盖措施下土壤水热因子的变化
• 3.5 小结
• 第四章 不同覆盖措施对冬小麦产量及水分利用效率的影响
• 4.1 降雨及不同覆盖方式对冬小麦生育期内土壤水分变化的影响
• 4.2 冬小麦生长期内土壤水分的阶段性变化
• 4.3 不同覆盖方式对冬小麦生长状况的影响
• 4.4 不同覆盖措施下的产量状况及水分利用效率
• 4.5 讨论
• 4.5.1 秸秆覆盖量与产量的关系
• 4.5.2 地膜覆盖对产量的影响
• 4.6 小结
• 第五章 结论
• 5.1 结论
• 5.2 创新点
• 参考文献
• 致谢