本文關鍵詞：黑土區(qū)秸稈覆蓋耕作技術保墑機理及生態(tài)效益研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：松嫩平原位于黑龍江省的西南部,土質肥沃,氣候溫和,主要盛產玉米、大豆、小麥、亞麻等作物,是重要的商品糧生產基地。由于該地區(qū)位于中緯度地區(qū),溫帶大陸性季風氣候,該地區(qū)的種植主要依靠雨水給養(yǎng)。近些年來,由于生態(tài)環(huán)境的日益惡化,地下水位下降,年內降水分配不均勻,導致該地區(qū)在春季播種期極易出現春旱的現象。秸稈覆蓋技術作為一種較為高效的農田栽培模式,由于其具有蓄水保墑,改善農田土壤環(huán)境的理化性質以及土壤的水熱效應,在國內外的農業(yè)生產中得到了大量的探究與驗證。我國對于秸稈覆蓋的種植模式也進行了相關的研究,大多數試驗是針對于西北干旱地區(qū),解決了區(qū)域性的農業(yè)水土資源高效合理利用問題,但是,這些研究限于作物品種的差異和植物生長區(qū)的氣候差異,相同的覆蓋措施會有不同的作用效果,因此,尋求適合于北方松嫩平原黑土地區(qū)的覆蓋栽培模式,合理利用黑土資源,提高土壤水分利用效率,提高糧食產量是亟需解決的問題。本文以松嫩平原腹地的哈爾濱香坊農場為試驗地點,選用適宜北方地區(qū)生長的玉米“東農254”作為試驗品種,分別設置了對照組、裸土留茬、條帶留茬、碎桿覆蓋和整桿覆蓋五種不同的覆蓋處理模式,探討了不同處理方式以及秸稈覆蓋量的差異對于該地區(qū)的玉米土壤水熱狀況和玉米植株產量的影響。通過分析農田生態(tài)環(huán)境指標的差異、植株長勢的異同以及土壤水分利用效率的對比,并且采用農田SPAC土壤水分傳輸模型對不同覆蓋條件下土壤水分的運移狀況進行了模擬,分析結果對于提高松嫩平原黑土地區(qū)的水土資源利用率和發(fā)展高效的栽培種植模式提供實踐指導意義。主要成果如下：(1)在5種不同覆蓋處理條件下,土壤溫度整體會隨著環(huán)境溫度的升降而發(fā)生不同幅度的波動。由于對照組無秸稈覆蓋,因此該處理條件下的土壤溫度變幅較大,土壤溫度的變化范圍為13.9-28.1℃,隨著秸稈覆蓋量的增加,裸土留茬處理區(qū)域的土壤溫度的變化范圍為15.2-26.1℃,而碎桿覆蓋區(qū)域的土壤溫度變化范圍則為15.6-25.3℃,體現為土壤溫度隨著覆蓋量的增加而變幅降低,同時,秸稈覆蓋區(qū)域的土壤溫度在植株生長各生育期內土壤溫度處于一個相對較高的水平。對于土壤中的含水率,在0-30cm土層之間的變化程度最為明顯,在玉米植株生長過程中,土壤含水率整體體現出先降低后增加的趨勢,由于秸稈的存在抑制了無效水的蒸發(fā),因此,在不同生育時期內,秸稈覆蓋條件下的土壤含水率高于對照組。在7月中旬,玉米處于生長最旺盛的時期,此時裸土留茬處理條件下的土壤含水率為24.3%,帶留茬處理條件下的土壤含水率為23.1%,碎桿覆蓋和整桿覆蓋處理條件下的含水率分別為25.7%和25.9%,分別相對于對照組提升了1.6%、0.4%、3.0%和3.2%,隨著秸稈覆蓋量的增加,對于土壤的保水效果越優(yōu)越。(2)從作物的生長發(fā)育進程來看,首先,秸稈的覆蓋影響了作物幼苗的萌發(fā),由于水分和熱量的綜合效應影響,在5種不同的覆蓋處理條件下,條帶留茬和整桿覆蓋處理兩種處理條件下的出苗狀況要弱于其他三種處理情況。而對于植株的個體生長長勢、葉面積指數、莖粗和根系密度等植株性狀進行衡量可知,對照組的植株株高為261.2cm,裸土留茬、條帶留茬、碎桿覆蓋和整桿覆蓋處理條件下的植株株高分別為267.3cm、259.4cm、267.7cm和258.7cm,其中覆蓋條件中的碎桿覆蓋和裸土留茬處理條件的玉米株高優(yōu)勢較為明顯。對于莖粗、葉面積植株體現出同樣的變化規(guī)律。分析植株根系密度以及根系的分布狀況可知,植株的根系主要分布于土壤表層的10-20cm之間,水平方向12.5-25cm范圍之內,該區(qū)域的根系的分布律達到90%以上,同時,隨著生育期的進行,植株的根系不斷向下延伸,隨著秸稈覆蓋量的增加,在不同土層處,植株的根系密度有了一定程度的增加,表明覆蓋使得植株的地下和地上部分都體現出較強的生長優(yōu)勢。(3)在玉米種子的播種前和秋收后,土壤中的養(yǎng)分會出現不同程度的變化,其中,土壤的容重在植株生育的末期要低于播種前的狀況,原因是植株的生長過程消耗了土壤中的大量的有機和無機物質。而在不同覆蓋處理條件下,土壤的容重差異也存在著一定的差異,在4種覆蓋處理條件中,碎桿覆蓋和裸土留茬兩種條件下,土壤的干容重變化差異較大,說明這兩種土壤環(huán)境較為適合植株的生長發(fā)育,對于土壤養(yǎng)分的運輸能力較強。另外,在全氮、速效磷、速效鉀的吸收過程中,隨著秸稈覆蓋量的增加,元素的消耗量逐漸的增大,植株對元素的吸收能力越強。(4)收集不同試驗地塊的玉米果實,統(tǒng)計其玉米穗部性狀中的穗長、穗粗、禿頂長、行粒數、穗粒數以及百粒重等特性指標,進而求算每公頃面積的玉米產量,其中對照組的經濟產量為9131.3kg·hm2,而裸土留茬、條帶留茬、碎桿覆蓋和整桿覆蓋處理條件下的作物經濟產量分別為10126.52kg·hm2、10010.94kg·hm2、10416.28kg·hm2和9383.34kg·hm2,分別相對于對照組提升了10.89%、9.62%、14.07%和2.76%。在研究玉米穗部性狀中影響產量的重要因素可知,行粒數與產量的相關關系最為密切,二者的相關系數為0.8845。另外,根據植株的干物質積累推算出不同覆蓋處理條件下玉米植株地上部分和地下部分的相對生長率和凈同化率,經對比可知,在植株生育的各個時期內,植株地上部分相對生長率要高于地下部分的相對生長速率,同時覆蓋條件的植株生長狀況要優(yōu)于對照組。而在經濟效益的角度來分析不同覆蓋處理條件的差異性效果可知,對照樣地的糧食純收入為9396.83元,裸土留茬、條帶留茬、碎桿覆蓋和整桿覆蓋處理條件的純收益分別為10811.93元、10615元、11217.05元和9532.34元,其中,裸土留茬和碎桿覆蓋處理條件的產投比相對較高,經濟效益顯著。從節(jié)水效益的角度分析,在4中秸稈覆蓋處理條件下,同等含水量增產量分別為1312.0kg、1209.2kg、1720.3kg和852.57kg,節(jié)水效益分別為138.24元、127.26元、172.56元和27.36元,從經濟效益的角度來看,碎桿覆蓋處理條件為最適宜該地區(qū)推廣的栽培生產模式。(5)通過SPAC水分運移傳輸模型,利用MATLAB語言對該模型進行了運行求解,以三種不同覆蓋條件作為不同的邊界條件,模擬降雨條件下覆蓋條件下土壤水分運移過程,并將模擬結果與實際的測量值進行了對比分析,在不同覆蓋處理條件下,實測值于模擬值之間的誤差均控制在10%以內,模擬精度結果符合規(guī)定的允許的誤差范圍之內。結果可知,該模型較適用于松嫩平原黑土地區(qū)的土壤水分運移過程模擬,并且可以進一步的預測土壤的墑情。研究結果對不同覆蓋耕作模式在黑龍江省松嫩平原的實際應用提供理論基礎。結合不同的覆蓋條件建立了二維土壤水分運移模型,用以模擬降雨過后,土壤田間水分動態(tài)變化趨勢。結合大田試驗測得的數據進行分析,為該地區(qū)的農業(yè)水土資源高效、節(jié)能及可持續(xù)發(fā)展提供理論支撐,為尋求適宜北方干旱地區(qū)的經濟農業(yè)生產模式打下堅實基礎。
【關鍵詞】：秸稈覆蓋 含水率 植株性狀 產量 經濟效益 水分運移模型
【學位授予單位】：東北林業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：S318
【目錄】：

• 摘要3-6
• Abstract6-16
• 1 緒論16-26
• 1.1 研究目的16-17
• 1.2 研究意義17-19
• 1.3 秸稈覆蓋還田技術研究概況19-24
• 1.3.1 秸稈覆蓋技術國內外研究進展19-20
• 1.3.2 秸稈覆蓋對農田小氣候影響20-21
• 1.3.3 秸稈覆蓋對土壤供水能力的影響21-22
• 1.3.4 秸稈覆蓋對土壤環(huán)境狀況的影響22-23
• 1.3.5 秸稈覆蓋對作物生長和產量的影響23-24
• 1.4 秸稈覆蓋存在的問題24-26
• 1.4.1 秸稈覆蓋量問題24-25
• 1.4.2 秸稈覆蓋“保水效應”問題25
• 1.4.3 秸稈覆蓋仍需解決的問題25-26
• 2 試驗材料與方法26-35
• 2.1 試驗設計26-28
• 2.1.1 試驗區(qū)概況26-27
• 2.1.2 試驗布置27-28
• 2.1.3 樣品采集28
• 2.2 研究方法28-33
• 2.2.1 土壤溫度測定28
• 2.2.2 土壤水分測定28-30
• 2.2.3 土壤容重測定30-31
• 2.2.4 土壤養(yǎng)分的測定31
• 2.2.5 植株長勢測定31
• 2.2.6 植株根密度的測定31-32
• 2.2.7 植株玉米產量測定32
• 2.2.8 植株干物質積累量測定32
• 2.2.9 植株相對生長率和凈生長率的測定32-33
• 2.3 研究內容與技術路線圖33-34
• 2.3.1 研究內容33-34
• 2.3.2 技術路線圖34
• 2.4 數據處理與統(tǒng)計分析34-35
• 3 秸稈覆蓋對于土壤水熱效應及蒸發(fā)作用的影響35-59
• 3.1 秸稈覆蓋區(qū)氣象條件35-36
• 3.1.1 秸稈覆蓋區(qū)降水情況35
• 3.1.2 秸稈覆蓋區(qū)大氣溫度和濕度變化35-36
• 3.2 秸稈覆蓋對土壤溫度的影響36-44
• 3.2.1 全生育期不同土層地溫變化規(guī)律37-39
• 3.2.2 不同生育期的地溫變化規(guī)律39-41
• 3.2.3 不同生育期地溫的日變化規(guī)律41-44
• 3.3 秸稈覆蓋對土壤含水量的影響44-51
• 3.3.1 全生育期不同土層含水率變化狀況45-47
• 3.3.2 全生育期土壤含水率變異狀況47-51
• 3.4 秸稈覆蓋對于農田水分利用狀況的影響51-55
• 3.4.1 秸稈覆蓋對玉米耗水量的影響51-52
• 3.4.2 秸稈覆蓋對于土壤儲水量的影響52-55
• 3.5 秸稈覆蓋對于土壤蒸發(fā)及植株蒸騰強度的影響55-57
• 3.5.1 秸稈覆蓋對土壤蒸發(fā)強度的影響55-57
• 3.5.2 秸稈覆蓋對植株蒸騰強度的影響57
• 3.6 本章小結57-59
• 4 秸稈覆蓋對旱作玉米生長性狀及土壤理化性質的影響59-75
• 4.1 秸稈覆蓋對于玉米生長發(fā)育及農藝性狀的影響59-67
• 4.1.1 秸稈覆蓋對玉米生育進程的影響59-60
• 4.1.2 秸稈覆蓋對玉米株高的影響60-61
• 4.1.3 秸稈覆蓋對玉米莖粗的影響61-63
• 4.1.4 秸稈覆蓋對玉米葉面積指數的影響63-64
• 4.1.5 秸稈覆蓋對玉米根系狀況的影響64-67
• 4.2 秸稈覆蓋對于土壤理化性質的影響67-73
• 4.2.1 秸稈覆蓋對土壤容重的影響67-68
• 4.2.2 秸稈覆蓋對土壤機械組成的影響68-71
• 4.2.3 秸稈覆蓋處理對于土壤保肥效果的影響71-73
• 4.3 本章小結73-75
• 5 秸稈覆蓋對玉米產量及經濟效益的影響75-89
• 5.1 秸稈覆蓋對玉米產量和穗部性狀的影響75-81
• 5.1.1 秸稈覆蓋對于玉米產量和水分利用效率的影響75-76
• 5.1.2 秸稈覆蓋對于玉米單葉水分利用效率的影響76-79
• 5.1.3 秸稈覆蓋對于玉米穗部性狀的影響79-81
• 5.2 秸稈覆蓋對玉米生育規(guī)律的影響81-85
• 5.2.1 秸稈覆蓋對于作物個體干物質積累的影響81-82
• 5.2.2 秸稈覆蓋對于作物相對生長率(RGR)和凈同化率(NAR)的分析82-85
• 5.3 效益分析85-87
• 5.3.1 經濟效益85-87
• 5.3.2 節(jié)水效益87
• 5.4 本章小結87-89
• 6 覆蓋條件下SPAC系統(tǒng)二維水分傳輸特征與數值模擬89-103
• 6.1 SPAC系統(tǒng)二維土壤水分傳輸特性89-90
• 6.2 模型建立90-93
• 6.2.1 物理過程描述90-91
• 6.2.2 數學模擬模型91-93
• 6.3 模型求解93-100
• 6.3.1 定解條件確定93-95
• 6.3.2 有限差分求解模型95-99
• 6.3.3 SPAC水分傳輸模型的模擬程序框架99-100
• 6.4 覆蓋條件下SPAC系統(tǒng)土壤水分傳輸模型驗證100-102
• 6.5 本章小結102-103
• 7 結論與討論103-107
• 7.1 秸稈覆蓋對土壤水熱的保蓄作用103-104
• 7.2 秸稈覆蓋對土壤理化性狀的影響104-105
• 7.3 秸稈覆蓋對作物生長與產量的影響105
• 7.4 SPAC系統(tǒng)水分傳輸模擬105-106
• 7.5 研究展望106-107
• 參考文獻107-119
• 攻讀學位期間發(fā)表的學術論文119-120
• 致謝120-121

【引證文獻】

中國重要會議論文全文數據庫 前2條

1 臧英;高煥文;;保護性耕作風蝕預測模型的初步研究[A];農業(yè)工程科技創(chuàng)新與建設現代農業(yè)——2005年中國農業(yè)工程學會學術年會論文集第一分冊[C];2005年

2 祖艷群;楊靜;李元;湛方棟;李博;;秸稈覆蓋對玉米和青花生長特征、生物量和產量的影響[A];2014中國環(huán)境科學學會學術年會（第十二章）[C];2014年

  本文關鍵詞：黑土區(qū)秸稈覆蓋耕作技術保墑機理及生態(tài)效益研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：310828