發(fā)布時(shí)間：2017-12-08 18:20

  本文關(guān)鍵詞：覆膜滴灌對大棚作物根區(qū)土壤微環(huán)境及作物生長的影響

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【摘要】：“土壤—根系—微生物及酶”根區(qū)土壤微環(huán)境是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng),各因素相互作用共同決定了土壤與地面植株之間的物質(zhì)交換和能量流動,最終影響作物的生長發(fā)育與產(chǎn)量。在一定的肥力、氣候、土壤基質(zhì)條件下,特別是在干旱、半干旱缺水地區(qū)的大棚作物種植中,灌溉方式對土壤根區(qū)微環(huán)境變化具有不可忽視的影響,因此,研究不同覆膜滴灌模式條件下土壤微環(huán)境的變化過程,可揭示根區(qū)“土壤—根系—微生物及酶”的作用機(jī)理,為大棚作物合理配置灌溉技術(shù)與管理模式提供理論基礎(chǔ)。本研究以大棚甜瓜和番茄根區(qū)土壤為對象,設(shè)置了不同的覆膜滴灌布設(shè)方式(覆膜方式、滴灌毛管密度、灌水下限)和滴灌供水方式(地上滴灌、地下滴灌、交替滴灌)等控制措施,應(yīng)用高通量測序技術(shù)和傳統(tǒng)微生物培養(yǎng)相結(jié)合的方法,研究了根區(qū)土壤微生物、細(xì)菌群落結(jié)構(gòu),以及根區(qū)土壤微生物、土壤酶、作物根系三者交互作用對根區(qū)土壤水熱環(huán)境變化的響應(yīng),分析了根區(qū)“土壤—根系—微生物及酶”動態(tài)變化對土壤氮、磷等養(yǎng)分活化和吸收、作物生長、光合產(chǎn)物分配、產(chǎn)量和品質(zhì)、土壤溫室氣體排放等的影響,探討了大棚覆膜滴灌影響作物產(chǎn)量和品質(zhì)的土壤內(nèi)在機(jī)理,主要取得以下結(jié)論:(1)半膜覆蓋可以提高土壤養(yǎng)分活性,促進(jìn)作物生長,提高產(chǎn)量。半膜覆蓋顯著促進(jìn)作物全生育期內(nèi)根區(qū)土壤細(xì)菌、放線菌增長,保持較高根系活力,顯著提高土壤酶活性,地上植株鮮質(zhì)量和干質(zhì)量分別比無膜覆蓋顯著提高12.45%和7.57%,根鮮質(zhì)量分別比無膜和全膜覆蓋顯著高22.77%和10.83%,根冠比分別比無膜和全膜覆蓋顯著提高14.36%和16.92%。半膜覆蓋有利于光合產(chǎn)物向果實(shí)分配,植株重比分別比無膜和全膜覆蓋降低11.03%和8.34%,果實(shí)重比分別比無膜和全膜覆蓋提高4.79%和3.31%,氮肥偏生產(chǎn)力比無膜和全膜覆蓋顯著提高22.64%和7.4%,甜瓜產(chǎn)量分別比無膜和全膜覆蓋高29.26%和7.99%。(2)灌水量下限顯著影響光合產(chǎn)物分配。60%F(Field capacity,F)根區(qū)土壤處在一定的干旱脅迫下,使光合產(chǎn)物更有利于向根系和植株分配,根重比分別比70%F和80%F顯著增加13.74%和9.5%,植株重比比70%F顯著增加13.92%,果實(shí)重比比70%F顯著減少5.18%,氮肥偏生產(chǎn)力分別比70%F和80%F顯著降低18.42%和16.45%;80%F根區(qū)土壤較高的土壤含水率使光合產(chǎn)物更多向植株分配,80%F植株重比比70%F顯著增加13.12%;70%F根區(qū)土壤適中的土壤含水率,促進(jìn)土壤養(yǎng)分活化利用,土壤全氮和有機(jī)質(zhì)消耗比80%F顯著增加151.8%和9.7%,使光合產(chǎn)物更多分配到果實(shí),果實(shí)重比比80%F顯著增加4.96%,甜瓜產(chǎn)量分別比60%和80%F顯著高22.58%和2.42%。(3)毛管密度過大限制產(chǎn)量提升。3管4行毛管布設(shè)顯著提高了甜瓜生育期根區(qū)土壤脲酶活性,促進(jìn)根系生長,根冠比分別比1管2行和1管1行高17.75%和48.72%,光合產(chǎn)物更多向果實(shí)分配,果實(shí)重比比1管1行顯著增加14.20%,甜瓜產(chǎn)量分別比1管2行和1管1行高3.37%和8.56%;1管2行毛管布設(shè)的開花坐果期根區(qū)土壤脲酶活性比3管4行顯著高17.14%,果實(shí)膨大期和成熟期的根區(qū)土壤磷酸酶比3管4行分別高31.99%和15.06%,根冠比僅次于3管4行,也促進(jìn)了光合產(chǎn)物向果實(shí)分配,果實(shí)重比比1管1行顯著增加12.29%,甜瓜產(chǎn)量和氮肥偏生產(chǎn)力與3管4行無顯著差異;1管1行毛管布設(shè)的根面積和根體積顯著低于3管4行,根系活力劣于1管2行,甜瓜產(chǎn)量和氮肥偏生產(chǎn)力最低。(4)適宜灌水下限的交替滴灌促進(jìn)根系生長,優(yōu)化土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)、促進(jìn)土壤養(yǎng)分吸收,顯著提高產(chǎn)量。60%f交替滴灌的根長、根面積和根分叉數(shù)分別為地面滴灌的1.41、1.33和2.26倍,根系活力顯著提高45.81%;70%f交替滴灌根長、根面積和根分叉數(shù)分別為地面滴灌的1.27、1.29和2.86倍,根系活力顯著提高48.60%。根系活力、根分叉數(shù)的提高顯著增加了氮磷代謝等相關(guān)細(xì)菌豐度,優(yōu)化了土壤細(xì)菌群落組成,促進(jìn)土壤氮磷等養(yǎng)分活化和吸收,60%f、70%f交替滴灌的土壤速效氮分別是地面滴灌的2.19、1.91倍,土壤速效磷分別是地面滴灌的1.65、2.91倍,番茄根系全氮含量分別是地面滴灌的1.07、1.14倍,根系全磷含量分別是地面滴灌1.94、1.59倍,莖中全氮含量分別是地面滴灌的1.21、1.12倍,莖中全磷含量分別是地面滴灌的1.75、2.84倍,番茄單株產(chǎn)量分別比地面滴灌高12.77%、24.23%。(5)適中毛管埋深的地下滴灌改善土壤孔隙度,促進(jìn)根系生長,提高土壤氮磷代謝、干物質(zhì)累積和產(chǎn)量。毛管埋深20cm地下滴灌0-40cm土層內(nèi)土壤孔隙度顯著增加,毛管埋深30cm的0-10cm土壤孔隙度顯著增加。土壤結(jié)構(gòu)的改善,促進(jìn)了作物根系生長,毛管埋深20cm的根長、根面積比地面滴灌顯著高43.21%、20.82%,根分叉數(shù)為地面滴灌的2.76倍;毛管埋深30cm的根長比地面滴灌顯著高46.10%,根分叉數(shù)為地面滴灌的2.22倍。根系生長提高土壤養(yǎng)分吸收利用,毛管埋深20cm、30cm的土壤速效氮分別是地面滴灌的2.28、1.54倍,土壤速效磷分別是地面滴灌的1.49、1.38倍,番茄根系全氮含量分別是地面滴灌的1.18、1.19倍,根系全磷含量分別是地面滴灌的1.47、1.20倍,莖中全氮含量分別是地面的1.11、1.03倍,莖中全磷含量分別是地面滴灌的1.66、1.07倍。土壤養(yǎng)分吸收的增加最終影響植株干物質(zhì)累積、光合產(chǎn)物分配和產(chǎn)量提高,毛管埋深20cm的番茄莖干重、產(chǎn)量比地面滴灌顯著高11.13%、22.35%。毛管埋深30cm的番茄干物質(zhì)量、莖干重、葉干重、產(chǎn)量分別比地面滴灌顯著高50.73%、92.67%、57.54%和19.53%。(6)適宜覆膜滴灌提高水分利用效率和改善果實(shí)品質(zhì)。全膜和半膜覆蓋處理的水分利用效率(iwue)分別比無膜高57.21%和56.41%,3管4行處理的iwue分別比1管1行和1管2行高3.54%和0.80%;半膜覆蓋處理的甜瓜糖酸比分別為全膜和無膜覆蓋的1.72和1.74倍,80%F處理的甜瓜糖酸比分別為60%F和70%F的1.61和2.08倍,1管2行處理的甜瓜糖酸比分別為1管1行和3管4行的1.57和1.5倍。70%F交替滴灌水分利用效率比地面滴灌顯著提高17.05%,番茄果實(shí)有機(jī)酸顯著降低43.75%、糖酸比為其1.97倍。60%F交替滴灌水分利用效率比地面滴灌顯著提高19.54%,番茄果實(shí)可溶性糖、可溶性固形物、可溶性蛋白、番茄紅素、糖酸比分別是地面滴灌的2.06、1.26、1.61、1.4、3.2倍。毛管埋深20 cm地下滴灌水分利用效率比地面滴灌顯著高35.91%,番茄果實(shí)可溶性固形物、可溶性蛋白、維生素C、番茄紅素含量及糖酸比分別顯著提高10.86%、32.34%、35.66%、33.97%、53.01%。不同的覆膜方式、毛管布設(shè)密度、灌水量下限、滴灌供水方式(常規(guī)地面滴灌、地下滴灌、交替滴灌)顯著改變了根區(qū)“土壤—根系—微生物及酶”,進(jìn)而顯著影響了作物生長。綜合考慮土壤水分利用效率、土壤養(yǎng)分有效性、作物植株生長、果實(shí)產(chǎn)量及品質(zhì)等因素,大棚種植覆膜滴灌設(shè)置中,半膜覆蓋、1管2行毛管密度布設(shè)為適宜的布設(shè)方式,滴灌供水方式為常規(guī)地面滴灌,灌水下限采用苗期70%F、其他生育階段80%F。交替滴灌顯著促進(jìn)根系生長,灌水下限60%F顯著增加干物質(zhì)累積、提高產(chǎn)量、改善果實(shí)品質(zhì),是可供選擇的適宜灌水下限。毛管埋深20 cm、灌水下限60%F地下滴灌提高產(chǎn)量、改善品質(zhì),顯著提高水分利用效率,也值得推薦。
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：S275.6
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本文編號：1267375