论文摘要
依据系统的田间定位试验数据,对关中平原常见的粮食作物小麦、玉米和蔬菜作物大蒜、辣椒、茄子、芹菜组成的不同轮作体系的经济产值、土地当量比、生物产量、经济系数、速效养分、土壤酶、农田杂草、土壤呼吸特征以及环境因子的响应进行了分析。综合探讨不同轮作体系的生产效益和环境效应,选择较优的轮作组合,为关中平原地区探索、选择优化合理的农田轮作组合以及在“商品经济”背景下以提高农民收入为目的的农业结构与作物布局调整提供参考。试验结果表明:1.不同轮作体系的生产效益就经济效益和土地产出效率而言,小麦和玉米组成的粮-粮轮作体系经济效益和土地产出效率是7种轮作体系中最低的,而由大蒜和辣椒、茄子、芹菜组成的蔬菜—蔬菜体系效益和土地产出效率最佳。从生态学角度分析,大蒜和辣椒、茄子、芹菜组成的各个蔬菜—蔬菜体系生物产量较高,其次是小麦和玉米组成的粮—粮轮作体系,小麦和辣椒、茄子、芹菜组成的各个粮食—蔬菜体系生物产量较低。蔬菜—蔬菜轮作体系的有机物向人类所需品的转化率相对较高,其次是粮食—蔬菜轮作体系,小麦玉米粮-粮轮作体系转化率相对较低。大蒜茬的辣椒净光合速率、水分利用率均大于小麦茬的辣椒,这表明对于辣椒而言,大蒜茬比小麦茬更容易提高其生产能力;而小麦茬的茄子和芹菜的净光合速率、水分利用率均大于大蒜茬,这表明小麦茬对提高芹菜和茄子的光合效率比大蒜茬更有优势。在品质方面:小麦前茬更有利于提高辣椒中辣椒素的含量,小麦茬较大蒜茬更有利于提高辣椒和茄子的VC含量,大蒜茬较小麦茬更有利于辣椒和茄子蛋白质含量的提高。2.不同轮作体系的环境效应不同轮作体系的土壤有机质、有效磷含量随着作物生长有先增后减再增的变化趋势;在各轮作生长期大蒜—芹菜轮作的土壤有机质、有效磷含量相对较高,而小麦—玉米轮作的有机质、有效磷含量相对较低。不同轮作体系碱解氮含量随作物生长有增长的趋势。在轮作前期大蒜—芹菜轮作的碱解氮含量相对较高,而小麦—玉米轮作的碱解氮含量相对较低;在中后期小麦—茄子轮作的碱解氮含量相对较高,而小麦—玉米轮作的碱解氮含量相对较低。不同轮作体系速效钾含量随着作物生长有增长的趋势。大蒜—芹菜轮作的速效钾含量在轮作前期相对较高,而大蒜—辣椒轮作的速效钾含量相对较低;在中后期大蒜—芹菜轮作的速效钾含量相对较高,而小麦—玉米轮作的速效钾含量相对较低。小麦—玉米轮作体系土壤脲酶水解尿素的能力要强于其他体系,小麦—茄子轮作体系水解尿素的能力相对最弱。整个生长期内土壤蔗糖酶的活性呈现先降低后升高的趋势。小麦前茬的轮作体系土壤蔗糖酶总体高于大蒜前茬。不同轮作体系土壤过氧化氢酶活性在整个轮作期呈降低趋势。三个不同时期大蒜—茄子轮作体系土壤过氧化氢酶活性最强,小麦—辣椒轮作体系土壤过氧化氢酶活性相对最弱。在轮作前期也就是小麦和大蒜生长期杂草发生的种类和数量较多。中期各轮作体系发生的杂草种类和数量远远低于第一阶段。轮作后期各轮作体系发生的杂草种类和数量相对较少。芹菜组成的几个轮作体系的杂草发生率均高于其他几个轮作体系,大蒜组成轮作系统的杂草发生率要高于小麦组成的轮作体系。3.不同轮作体系的土壤呼吸特征、环境效应及农田碳平衡轮作体系田CO2平均排放速率表现为:大蒜—辣椒体系>大蒜—茄子体系>小麦—辣椒体系>小麦—芹菜体系>大蒜—芹菜体系>小麦—玉米体系>小麦—茄子体系。各轮作体系土壤呼吸速率在轮作期呈先减后增波浪式循环趋势。有效磷,速效钾,土壤脲酶,土壤温度,土壤水分对土壤呼吸变化的贡献较大,为主要影响因子。通过计算不同轮作体系前茬和后茬作物生长季碳平衡,几种不同轮作体系农田表现为大气碳排放的“汇”,碳“汇”的强度表现:大蒜—辣椒体系>小麦—茄子体系>小麦—芹菜体系>小麦—玉米体系>大蒜—芹菜体系>大蒜—茄子体系>小麦—芹菜体系。依据不同轮作的生产效益、环境效应以及农田碳平衡的各项指标综合评价,粮食—蔬菜轮作模式适宜引入大田生产。本研究中小麦—辣椒轮作和小麦——茄子轮作在提高生产效益和保持地力、改善农田环境方面有较高优势,种植前景较好。
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