【摘要】：能源作為社會(huì)發(fā)展的重要驅(qū)動(dòng)力,對(duì)現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)社會(huì)高速發(fā)展起著巨大推動(dòng)作用,伴隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的高速發(fā)展,造成對(duì)能源大量消耗,由此引發(fā)的化石能源危機(jī)、環(huán)境污染等一系列問題引起了人們對(duì)能源發(fā)展戰(zhàn)略高度重視和深度思考,并推動(dòng)了可再生能源的迅速發(fā)展,而在可再生能源原料體系中能源植物的發(fā)展尤為突出。在確保國家糧食安全前提下,在邊際土地上規(guī)模化種植適宜的非糧能源植物是獲取大量可再生能源原料的理想選擇,而菊芋便是其中的典型代表之一,菊芋除具備優(yōu)良的能源屬性和高抗逆性外,其在食品、飼草、醫(yī)藥、生態(tài)修復(fù)等領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用,然而由于其高產(chǎn)優(yōu)良品種匱乏,且豐產(chǎn)栽培措施不足嚴(yán)重制約著菊芋產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此,本研究基于前期對(duì)其播種、種植密度、水肥調(diào)控等栽培措施研究的基礎(chǔ)上,通過系統(tǒng)分析15個(gè)不同產(chǎn)量特性菊芋品系光合、生長等特征變化和覆膜對(duì)菊芋產(chǎn)量的影響,較為全面地探討了其高產(chǎn)形成的生理生態(tài)機(jī)制和覆膜對(duì)菊芋產(chǎn)量影響的機(jī)理,以期為半干旱雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)菊芋高產(chǎn)栽培措施優(yōu)化提供一定的理論依據(jù)和技術(shù)支撐,主要結(jié)果如下:1.菊芋高產(chǎn)品系的葉面積指數(shù)、株高、基莖顯著高于低產(chǎn)品系,其地上生物量達(dá)8.28 t ha~(-1),為低產(chǎn)品系的2.43倍;同時(shí)高產(chǎn)品系的光合特性得到改善,其暗呼吸速率、光補(bǔ)償點(diǎn)和光飽和點(diǎn)僅為低產(chǎn)品系的49.19%、43.28%和81.2%,降低光合產(chǎn)物消耗提高對(duì)弱光利用能力;且其有性生殖能力較低,低產(chǎn)品系結(jié)實(shí)率達(dá)16.19%,而高產(chǎn)品系結(jié)實(shí)率僅3.74%。高的葉面積指數(shù)、株高、基莖和低的暗呼吸速率、光補(bǔ)償點(diǎn)、光飽和點(diǎn)以及營養(yǎng)生長期延長等性狀與其高產(chǎn)密切相關(guān)。在菊芋產(chǎn)量構(gòu)成因素中相比單個(gè)塊莖重,高產(chǎn)品系中單株塊莖數(shù)的增加更有利于塊莖產(chǎn)量提高,且其菊糖含量和總糖含量也呈增加的趨勢(shì)。2.覆膜的引入可以顯著地改善菊芋生長早期的表層土壤溫度,且全覆膜要優(yōu)于半覆膜,最高增幅達(dá)6.75℃,使菊芋出苗提前約1-2周,但對(duì)其最終出苗率和成熟期沒有影響。與不覆膜處理相比,覆膜顯著提高了菊芋的株高、基莖、葉面積指數(shù)等指標(biāo),其最高增幅達(dá)17.65%、39.07%、52.88%。同時(shí)覆膜明顯提高了單株塊莖數(shù)和塊莖產(chǎn)量,尤其是在全覆膜條件下,且在干旱年份要優(yōu)于濕潤年份,如干旱的2016年全覆膜和半覆膜處理下塊莖產(chǎn)量最高分別達(dá)48.66 t ha~(-1)和38.1 t ha~(-1),而濕潤的2018年塊莖產(chǎn)量最高分別僅為44.15 t ha~(-1)和35.64 t ha~(-1)。此外,雖全覆膜可明顯提高塊莖產(chǎn)量,但其高產(chǎn)的獲得是以對(duì)土壤水分的大量消耗為代價(jià)的,而這種過度消耗在濕潤年份可以得到緩解。3.全覆膜顯著提高了菊芋塊莖產(chǎn)量,且從出苗開始菊芋在各生長階段的長勢(shì)均優(yōu)于不覆膜處理,其增溫效應(yīng)主要表現(xiàn)在覆膜后的前2個(gè)月,之后增溫效應(yīng)基本消失,而在不種植菊芋處理下其增溫效應(yīng)貫穿于整個(gè)生長季,總體上覆膜改善了表層土壤溫度。在全覆膜種植菊芋處理下其生長季平均土壤溫度為16.22℃,而在不覆膜種植菊芋處理下其生長季平均土壤溫度僅為14.14℃,在全覆膜不種植菊芋處理下其生長季平均土壤溫度達(dá)18.93℃,而在不覆膜不種植菊芋處理下其生長季平均土壤溫度為15.34℃,且在不種植菊芋處理下其土壤溫度相對(duì)變化趨勢(shì)與大氣溫度的變化趨勢(shì)基本一致。全覆膜對(duì)降雨和土壤水分表現(xiàn)出良好的收集保存效果,甚至出現(xiàn)土壤水分向更深層的滲漏,而不覆膜處理下前3個(gè)月基本實(shí)現(xiàn)了土壤水分的平衡,由于8月份的大幅度降雨,土壤水分開始出現(xiàn)富集,其整個(gè)生長季200 cm土層儲(chǔ)水增加了66.9 mm,但其變化特征在有菊芋種植時(shí)受其生長發(fā)育影響較大,雖然生長季降雨較多,不覆膜種植菊芋時(shí)基本實(shí)現(xiàn)了200 cm土層土壤水分的平衡,但全覆膜處理下整個(gè)生長季其200 cm土層儲(chǔ)水大幅下降達(dá)56.7 mm,充分體現(xiàn)了菊芋高產(chǎn)對(duì)水分的大量需求。綜上,本研究明確了菊芋高產(chǎn)形成的生理生態(tài)機(jī)制和覆膜尤其是全覆膜在半干旱雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)菊芋豐產(chǎn)栽培中的重要性,并進(jìn)一步從土壤水熱狀況變化角度揭示了全膜覆蓋提高菊芋產(chǎn)量的作用機(jī)理,以上結(jié)果為半干旱區(qū)菊芋高產(chǎn)品系選育和豐產(chǎn)栽培提供了一定的理論依據(jù)和技術(shù)支撐。
【圖文】：

士學(xué)位論文 半干旱區(qū)非糧能源植物菊芋高產(chǎn)形成機(jī)制及豐產(chǎn)栽第二章 材料與方法高產(chǎn)形成機(jī)制研究地概況于 2016-2017 年每年 4 月至 11 月份在蘭州大學(xué)榆中校區(qū)56′ N, 104°09′ E, 1750 m asl）實(shí)驗(yàn)樣地中進(jìn)行，根據(jù)位于站的多年記錄，其年均溫、年均降雨量以及大于 0℃的、371 mm 和 2310℃。該地 2016 年 4 月至 2017 年 11 月如圖 2.1 所示。實(shí)驗(yàn)地土壤類型為黃綿土，其耕作層（0機(jī)碳、全氮、礦化氮、速效磷、容重分別為 7.68、12.6 g mg kg-1、23 mg kg-1和 1.25 g cm-3。

9 月份為 2016 年對(duì)應(yīng)月總降雨量的 4.43 倍和 2.20 倍，，而在 2018 年生長季的前期（5 月份）平均溫度達(dá)到 11.9℃較 2016 年的高 1.6℃，而其降雨僅為 2016 年的 68.93%，至 6月份其溫度與 2016 年類似但是其降雨量為 2016年的 2.36倍，在 2018 年生長季的末期（10 月）其月均溫與 2016 年的類似，僅較其低 0.58℃，其月總降雨量僅 8.48 mm 約為 2016年對(duì)應(yīng)值的五分之一。采用環(huán)刀法測定土壤容重，實(shí)驗(yàn)樣地 0-200 cm 的綜合平均容重為 1.20 g cm-3。土壤溫度采用全自動(dòng)溫度采集器（GS3, Decagon, USA）于 10 cm 深度，以半小時(shí)為間隔進(jìn)行土壤溫度的自動(dòng)采集。作物蒸散量為生長季降雨量與土壤儲(chǔ)水量（播種時(shí) 200 cm 土層儲(chǔ)水量與收獲時(shí)其對(duì)應(yīng)儲(chǔ)水量之差）之和，該區(qū)為黃土高原典型的雨養(yǎng)旱農(nóng)區(qū)，整個(gè)生長期無地表徑流，降水向 200 cm 以下土層的入滲可以忽略，作物水分利用效率為塊莖產(chǎn)量（干重）與生長季蒸散量之比。作物產(chǎn)量、地上和根生物量以及株高、基莖等形態(tài)指標(biāo)的測定與實(shí)驗(yàn) 2.1 中的類似，并在播種后 10 天、20天、35 天和 50 天統(tǒng)計(jì)各處理下的出苗數(shù)并計(jì)算出苗率，且以地上部 80%以上枯黃為標(biāo)準(zhǔn)確定其成熟期。
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：S578

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本文編號(hào)：2677908