本文關鍵詞：西北旱區(qū)覆膜對農(nóng)田雨水分布格局及玉米產(chǎn)量的影響

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【摘要】：因全膜雙壟溝播種植技術(簡稱覆膜溝壟)的集雨保墑保溫等作用,玉米產(chǎn)量大幅度提高。但在將這種模式推廣使用過程中,有些增產(chǎn)機理不甚清楚,如覆膜溝壟如何匯聚雨水,且如何將雨水重新分配和導流到玉米根區(qū)?爾后,入滲進入土壤的水分在土壤剖面中如何運移和分布?這些物理過程的掌握對進一步提高水肥利用率具有重要意義。另外,覆膜和氮肥添加如何影響玉米產(chǎn)量?為此本論文通過設計3個實驗來探討覆膜溝壟玉米種植模式中雨水分布特點,土壤水分運移行為,氮素水平和玉米產(chǎn)量的關系。實驗1于2013年4月10日在甘肅農(nóng)業(yè)大學李家堡實驗站采用染色示蹤法研究覆膜對農(nóng)田降雨在土壤中分布的實驗。種植模式設計為三種,如平地無覆膜、溝壟無覆膜和溝壟覆膜。方法是將染色水分通過降雨模擬器噴灑在這三種種植模式的土壤表面。在完成模擬降雨后的第24小時開挖剖面和拍照記錄染色格局。實驗2于2013年10月5日在民勤縣農(nóng)機中心實驗農(nóng)場采用染色法和地統(tǒng)計法展開水分在土壤中運移和分布的實驗。選擇相隔10 m的兩塊樣地,第一塊樣地從2003年到2013年一直免耕,作物種植為苜蓿(Medicago sativa L.),第二塊樣地從2003年到2008年種植苜蓿(免耕)但從2008年到2013年采用常規(guī)耕作模式,作物種植為玉米(Zea mays L.)。采用染色示蹤法將水分分布和路徑可視化,同時采用地統(tǒng)計技術對水分進行半變異分析。實驗3從2012到2014年在民勤綠洲開展無覆膜和覆膜的種植模式中4個氮素水平(N0、N207、N311和N414)對玉米產(chǎn)量的影響。平地無覆膜模式中的土壤被均勻染色；溝壟無覆膜模式中除了壟上土壤被染色外,溝里土壤染色較深；覆膜溝壟模式只有溝區(qū)土壤被染色。從垂直于作物種植線的剖面來觀測,盡管3種模式的土壤染色面積相等,但最大染色深度在溝壟無覆膜和溝壟覆膜模式中分別增加了47—72%和129—156%,且雨水分布區(qū)域在溝壟覆膜模式中收斂后與玉米根系密集區(qū)緊密重疊,而這一疊加效應在平地無覆膜和溝壟無覆膜模式中很少。另外,和平地無覆膜或溝壟無覆膜相比,覆膜溝壟顯著增加染色區(qū)域的土壤含水量。該結果證明覆膜溝壟模式具有比其他兩種模式使雨水被作物利用的最大程度。盡管苜蓿和玉米地中均有普遍的大孔隙流,但水分路徑和分布特點不同。在苜蓿地中,孔隙發(fā)育良好,從地表到15cm處具有高水分含量的帶狀區(qū)域表明大孔隙流路徑。在玉米地中,水分含量高的點狀分布說明大孔隙流方向的不確定性。大孔隙流在苜蓿地中要弱于玉米地中的。由犁底層誘發(fā)的側(cè)流在玉米地中更加明顯,并且側(cè)流對水分空間分布具有重要作用。向下運移的水分被玉米地中壓實的犁底層阻擋,所以部分水分會儲存在疏松多孔的土壤中。水分交互現(xiàn)象在兩塊樣地中均有發(fā)生,但大孔隙和基質(zhì)之間的交互作用的程度在苜蓿地中要強于玉米地中的。水分空間相關尺度表明苜蓿地具有更大的變異程度(空間相關尺度在苜蓿和玉米地中分別為23.08 cm和10.52 cm)。此外,入滲格局中的水分分布在兩塊樣地中均具有強的空間相關性。因此,我們的實驗證明土壤從苜蓿輪作為玉米時,大孔隙流、側(cè)流和交互現(xiàn)象均有改變。與無覆膜相比,覆膜對土壤溫度的作用是在白天起吸收和保持熱量而在晚上保持熱量。從每年的4月19日到6月20日,因玉米株苗和覆蓋度小,所以在覆膜模式中水分消耗以植物蒸騰為主。而在無覆膜模式中玉米植株蒸騰雖小但土壤蒸發(fā)大,即這段時間里地膜覆蓋具有保墑功能,且在5月份最明顯。如在5月5日,和無覆膜相比,覆膜使0-40 cm土層土壤水分保持38%--51%。從7月5日到10月5日,兩種模式的水分消耗以植物蒸騰為主,且在8月份最明顯。地膜的保墑功能在這段時間不明顯。所以和無覆膜處理相比,覆膜提供的良好水溫微環(huán)境促進玉米出苗期大約提前6--8天。這導致玉米生長發(fā)育較快,所以玉米株高、莖粗和地上生物量的最大增長幅度在覆膜處理中較無覆膜處理提前一個月。且在整個生育期內(nèi),玉米的株高、莖粗和地上生物量在覆膜處理中高于無覆膜的。氮肥添加及時補充玉米生長對氮的需求。所以玉米株高、莖粗和地上生物量在高氮水平中更高、更粗和更重。地膜覆蓋、氮肥和實驗年份的三因子互作顯著影響玉米籽粒產(chǎn)量。地膜覆蓋顯著促進玉米籽粒產(chǎn)量的增加。相對于無覆膜處理,各氮素水平下覆膜促使玉米產(chǎn)量增加的范圍在2012年為42%--62%,在2013年為45%--57%,在2014年為55%--70%。氮肥添加顯著影響玉米籽粒產(chǎn)量。在不覆膜處理下,與N0相比,N207、N311和N414增加玉米產(chǎn)量的幅度在2012年分別是70%、88%和98%,在2013年分別是63%、76%和89%,在2014年分別是58%、138%和195%。而在覆膜處理下,這一增加幅度在2012年分別是54%、66%和73%,在2013年分別是70%、91%和102%,在2014年分別是62%、132%和174%。該研究結果對旱區(qū)玉米種植采用覆膜溝壟模式和擴大種植面積提供理論依據(jù)。
【學位授予單位】：蘭州大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：S513

【參考文獻】

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本文編號：1295433