【摘要】：2011年和2012年連續(xù)2年,在甘肅省水利科學(xué)研究院民勤試驗(yàn)站布置了碎麥秸墊式膜上灌大田試驗(yàn),試驗(yàn)系統(tǒng)研究了碎麥秸墊式膜上灌在西北旱區(qū)高效用水機(jī)理、對(duì)西北旱區(qū)特色經(jīng)濟(jì)作物的生長(zhǎng)、產(chǎn)量、土壤環(huán)境的影響機(jī)制。試驗(yàn)選擇覆蓋方式和灌水定額兩個(gè)控制因素,采用雙因素完全隨機(jī)試驗(yàn)設(shè)計(jì)。覆蓋方式設(shè)有四個(gè)水平：無(wú)覆蓋(N),秸稈覆蓋(S),地膜覆蓋(F),碎麥秸墊膜覆蓋(SF)；灌水定額設(shè)有高(H)、中(M)、低(L)三個(gè)水平,即：H:900n3/hm2,M:750m3/hm2,L:600,3/hm2;共形成4x3=12個(gè)處理水平,重復(fù)3次。通過(guò)連續(xù)兩年的田間試驗(yàn),主要得出以下主要結(jié)論： (1)覆蓋方式對(duì)作物出苗率的影響極顯著(P0.01)。2011年向日葵試驗(yàn)結(jié)果表明,碎麥秸墊膜覆蓋(SF)的出苗率比S的提高了14.33%,比無(wú)覆蓋(N)處理提高了49.32%。2012年玉米試驗(yàn)結(jié)果表明,碎麥秸墊膜覆蓋(SF)的玉米出苗率比秸稈覆蓋(S)的提高了49.50%,比無(wú)覆蓋(N)的提高了21.36%。總之,碎麥秸墊膜覆蓋(SF)對(duì)出苗率的影響接近地膜覆蓋(F)的,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于秸稈覆蓋(S)和無(wú)覆蓋的(N)。故在西北干旱區(qū)利用碎麥秸墊膜覆蓋(SF)技術(shù)可以解決保護(hù)性耕作技術(shù)中秸稈覆蓋(S)的由于土壤溫度過(guò)低導(dǎo)致的“出苗率低”等問(wèn)題。 (2)覆蓋方式對(duì)2011年向日葵株高、莖粗、產(chǎn)量及其構(gòu)成因素、產(chǎn)量性狀、收獲指數(shù)的影響極其顯著(P0.01)。其中碎麥秸墊膜覆蓋(SF)的莖粗、百粒重最高,地膜覆蓋(F)次之；地膜覆蓋(F)的株高、冠干重、莖干重、葉干重、單株生物量、單株粒重、生物產(chǎn)量、籽粒產(chǎn)量最優(yōu),碎麥秸墊膜覆蓋(SF)的次之。灌水定額對(duì)株高、莖粗的主效應(yīng)在一水灌溉前不顯著；一水灌溉后顯著；對(duì)產(chǎn)量及構(gòu)成要素、產(chǎn)量性狀、收獲指數(shù)的影響差異不顯著。不同的覆蓋方式與不同的灌水定額的組合的交互作用對(duì)產(chǎn)量及構(gòu)成要素、產(chǎn)量性狀都不顯著(P0.05),對(duì)收獲指數(shù)的影響顯著(P0.05)。從向日葵株高、莖粗、產(chǎn)量及其構(gòu)成因素、產(chǎn)量性狀、收獲指數(shù)的影響結(jié)果考慮,FM.SFM為最佳組合,即地膜覆蓋與灌水定額為M、碎麥秸墊膜覆蓋與灌水定額為M的組合為最佳組合。 (3)覆蓋方式對(duì)玉米株高、莖粗、產(chǎn)量及其構(gòu)成因素、產(chǎn)量性狀、收獲指數(shù)的主效應(yīng)極顯著(P0.01)。覆蓋方式各水平上的莖粗均值差異極顯著(P0.01),大小次序是：SFSFN,SF的莖粗比N、S、F分別增加2.20mm、0.26mm、0.93mm.SF與N、S之間差異極顯著(P0.01),比N、S的籽粒產(chǎn)量分別高3444.72kg/hm2、4415.79kg/hm2。覆蓋方式對(duì)穗長(zhǎng)、禿頂長(zhǎng)的主效應(yīng)顯著(P0.05),對(duì)玉米收獲期穗粗、穗行數(shù)、穗粒重的主效應(yīng)不顯著(P0.05)�？梢�(jiàn),碎麥秸墊膜覆蓋(SF)與地膜覆蓋(F)對(duì)玉米產(chǎn)量及構(gòu)成要素的影響無(wú)差異。灌水定額對(duì)玉米株高、莖粗、產(chǎn)量及其構(gòu)成因素、產(chǎn)量性狀、收獲指數(shù)的主效應(yīng)不顯著(P0.05)。覆蓋方式與灌水定額的交互作用對(duì)玉米株高、莖粗、產(chǎn)量及其構(gòu)成因素、產(chǎn)量性狀、收獲指數(shù)有一定的顯著度。綜合考慮以上因素,最佳組合SFM,FM次之。 (4)覆蓋方式和灌水定額對(duì)0～120cm土壤含水量的主效應(yīng)在一水灌溉前不顯著,在一水灌溉后顯著。碎麥秸墊膜覆蓋(SF)中的土壤含水量總體優(yōu)于地膜覆蓋的(F)；SF的初始值稍低于F的,播種后25天時(shí)田間土壤含水量顯示SF中土壤水分最高,在播種前低于F到現(xiàn)在高于F,保墑效果優(yōu)于F和S,是因?yàn)榫哂械啬�、秸稈雙重保墑作用。灌水定額較高(H)的處理土壤水分較高,灌水定額中等(M)的處理次之,灌水定額較低(L)的土壤水分含量最小。這主要是因?yàn)楣嗨畷r(shí)灌水定額不同所導(dǎo)致的。故從土壤保墑效果來(lái)看,組合SFH的效果最佳,SFM次之。 (5)從橫向時(shí)間軸來(lái)看,各覆蓋方式的0-25cm土壤溫度和氣溫日變化都呈現(xiàn)出隨深度增加而逐漸滯后的趨勢(shì)。無(wú)論哪種覆蓋方式,峰值均出現(xiàn)在地表處。地膜覆蓋(F)有增溫作用,使得其峰值出現(xiàn)的時(shí)間較無(wú)覆蓋處理提前1h,而碎麥秸墊膜覆蓋(SF)和秸稈覆蓋(S)中的秸稈具有降溫作用,導(dǎo)致其峰值滯后1h出現(xiàn)。而碎麥秸墊膜覆蓋(SF)中的地膜又具有增溫效應(yīng),使其峰值比秸稈覆蓋(S)的高出7℃。從溫度變化范圍上來(lái)看,同峰值的出現(xiàn)一樣,各個(gè)覆蓋方式的溫域的最寬值都出現(xiàn)在地表處。各覆蓋方式中,地膜覆蓋(F)的增溫效應(yīng)導(dǎo)致地膜覆蓋后溫域比無(wú)覆蓋處理(N)的寬,碎麥秸墊膜覆蓋(SF)和秸稈覆蓋(S)的減溫效應(yīng)使其溫域變窄。碎麥秸墊膜覆蓋(SF)中地膜的增溫作用又使得其溫域比秸稈覆蓋(S)寬7℃。從深度上來(lái)看,溫度的變化有早、中、晚三種類型：早晨(6：00-7：00),土壤溫度隨著深度的增加而增加,表層低、底層高呈地底輻射型；中午(8：00～16：00),土壤溫度在地表處最高,屬地表輻射型；傍晚(17：00～20：00),土壤溫度的峰值出現(xiàn)在5cm或10cm處,為中間輻射型。在同一天內(nèi),土壤溫度呈現(xiàn)出低——高——低的單峰循環(huán)規(guī)律。0-25cm深度的土壤溫度自作物播種后開(kāi)始到6月中旬都表現(xiàn)出上升的趨勢(shì),6月中旬以后各個(gè)深度層次的土壤溫度都趨于穩(wěn)定。碎麥秸墊膜覆蓋(SF)與無(wú)覆蓋處理(N)、地膜覆蓋(F)的相比,秸稈阻隔了太陽(yáng)的直接輻射,具有秸稈覆蓋(S)的降溫效應(yīng)；與秸稈覆蓋(S)相比,又具有地膜的升溫作用。 (6)在作物生育期期,各覆蓋方式都具有改善0-40cm土層的土壤容重的作用。N、S、SF具有降低0-10cm土層的土壤容重、增加土壤總孔度的作用,而F具有增加0-10cm土層的土壤容重、減小土壤總孔度的作用。在土壤耕層(0-40cm)范圍內(nèi),與N相比,SF具有土壤容重小、總孔度大的特點(diǎn),而F、S具有容重大、總孔度小的特點(diǎn)。說(shuō)明在碎麥秸墊式膜上灌條件下能改善土壤結(jié)構(gòu)和孔隙度,有利于作物的根系生長(zhǎng)。 (7)2011年向日葵田間,各覆蓋方式的0～120cm土壤pH值隨著土壤層次的加深有遞減的趨勢(shì),SF具有降低0-30cm土壤pH值的作用,SF的0-30cm土層的土壤pH值比N、S、F分別降低了3.51%、2.15%、3.69%。2012年玉米田間,各覆蓋方式的0-120cm的平均土壤pH值隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)呈現(xiàn)出明顯降低的趨勢(shì)。有覆蓋處理中,SF的pH值最小,F的最大,這是因?yàn)镾F中的碎秸稈的降解過(guò)程和根系的分泌物使得土壤pH值降低。這說(shuō)明碎麥秸墊式膜上灌可明顯降低表層土壤的pH值,防止土壤次生鹽堿化,使得灌區(qū)土地荒漠化得到遏制,土壤環(huán)境進(jìn)一步得到改善。在向日葵和玉米苗期,由于田間土壤裸露多,蒸發(fā)強(qiáng)烈,各覆蓋方式的土壤鹽分都存在不同程度的表聚現(xiàn)象,0-5cm處地膜覆蓋(F)的土壤鹽分表聚最明顯。在整個(gè)生育期內(nèi),鹽分的表聚現(xiàn)象隨著生育期的推進(jìn)逐漸減弱；碎麥秸墊膜覆蓋(SF)較明顯地抑制了0-5cm的土壤鹽分積聚,地膜覆蓋(F)卻明顯使得表層土壤的累積鹽分增加。從整個(gè)剖面上看,0-120cm土壤的含鹽結(jié)構(gòu)變化顯著,地膜覆蓋(F)具有增加土壤鹽分含量的作用,碎麥秸墊膜覆蓋(SF)具有脫鹽的作用。這是由于播種時(shí)灌水后,SF的保墑效果好,表層土壤的含水量大,土層中的鹽分隨水分向下運(yùn)動(dòng)的多,下層內(nèi)的鹽分沖洗量則因水分的減少而減少。這樣鹽分離開(kāi)作物主要根系層,有利于作物根系的生長(zhǎng)。故碎麥秸墊式膜上灌條件下種植食用向日葵和玉米可以明顯抑制表層土壤水溶性總鹽的積聚,使得農(nóng)田土壤環(huán)境進(jìn)一步得到改善,灌區(qū)的荒漠化防治得到更有效的控制。 (8)向日葵田間0～120cm剖面上HCO3含量呈“中間大、兩頭小的趨勢(shì)”。碎麥秸墊式(SF)膜上灌可以降低耕層(0-30cm)土壤中HC03含量,增加深層土壤(60～100cm)中HC03含量。在向日葵苗期,N、S、F在0-5cm土層內(nèi)Cl、SO4含量有積聚現(xiàn)象,尤其是F的表聚現(xiàn)象最明顯；而SF具有抑制Cl、SO42在表層積聚的作用。麥秸墊膜式膜上灌可以降低耕層Cl、SO42含量、增加中下層Cl、SO42含量,這主要是SF的雙重保墑作用使得上層土壤中的Cl、SO42被往中下層淋洗的結(jié)果。 (9)隨著向日葵生育期的推進(jìn),各覆蓋方式的0～120cm土層中Ca2+、Mg2+含量基本呈下降趨勢(shì)；F具有加速耕層(0-40cm)土壤中Ca2+、Mg2+流失的作用,而S、SF具有抑制耕層土壤中Ca2+、Mg2+含量降低的作用�？赡茉蚴墙斩捀采w、碎麥秸墊膜覆蓋后由于作物根系呼吸、根系分泌物以及碎麥秸和收獲后作物根系的腐爛分解,使得pH值降低,抑制了固定態(tài)鈣、鎂溶解性降低。SF的30-60cm土壤Ca2+含量表現(xiàn)出在苗期至開(kāi)花期下降緩慢、開(kāi)花至收獲期回升快的趨勢(shì)；而F表現(xiàn)出下降速度快、回升慢的特征。向日葵田間0～120cm土壤剖面中,K+含量特別少。在0～10cm土層內(nèi)有積聚現(xiàn)象,尤其是S、SF中0-5cm土層較明顯。在向日葵苗期,N、S、F中0-5cm土壤Na+含量有明顯積聚現(xiàn)象,尤其是F處理,而SF卻抑制了土壤Na+含量在表層積聚；SF處理的40-60cm土壤中Na+含量明顯增加,這是SF將表層和耕層土壤Na+向下淋洗的緣故。到開(kāi)花期和收獲期時(shí),60～120cm土壤Na+含量明顯上升,是因?yàn)镾F的淋洗效果更為明顯。SF并沒(méi)有大幅度降低Na+含量而是調(diào)整了Na+在土壤剖面上的分布。從土壤深度方向來(lái)看,0-30cm的土壤SAR較小,中間層30-60cm的土壤SAR最大,深層(60～120cm)的介于前兩者之間。這一方面是由于上層Na+淋溶到中下層而使中下層Na+含量增加,另一方面是中下層Ca2+和Mg2+含量下降的結(jié)果。碎麥秸墊式膜上灌(SF)條件下,土壤表層(0-5cm)和耕層(0-30cm)土壤SAR較其他處理明顯減低。這是因?yàn)镾F中0-5cm土壤中可溶性Na+的比例下降,同時(shí)Ca2+和Mg2+的比例則升高。而SF中30～120cm土壤SAR有增大的趨勢(shì),說(shuō)明中下層土壤中可溶性Na+的比例增加了,而Ca2+和Mg2+的比例則相應(yīng)降低了。由此可以看出,碎麥秸墊式膜上灌(SF)會(huì)使陽(yáng)離子的組成在整個(gè)剖面上發(fā)生了改變,使得有益于作物的鹽分離子積聚、有害于作物的鹽分離子被淋洗,這會(huì)為西北旱區(qū)土壤環(huán)境改善、土壤鹽堿化和灌區(qū)荒漠化防治起到一定的積極作用。
【學(xué)位授予單位】：甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：S156

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2678903