“旱三熟”种植区保护性耕作的效应及模式研究

摘要

保护性耕作技术自20世纪60年代传入我国后，国内科研工作者开展了大量关于保护性耕作的研究工作。但现有研究、示范大多是在我国北方干旱、半干旱地区开展，其研究对象通常是一年一熟制或者一年两熟制为主，且耕作措施较为单一。而针对西南旱三熟种植区农田配套保护性耕作模式的研究尚少，对该区保护性耕作条件下的土壤养分、农田生态、水分时空分布、作物生长发育响应以及水分利用率规律的认识也较为缺乏。有鉴与此，本研究于2007年11月～2009年11月在重庆市北碚区西南大学教学实验农场开展，试验以西南地区的“小麦/玉米/甘薯”和“马铃薯/玉米/甘薯”农作制度下旱作农田为研究对象，探明保护性耕作条件下农田养分、生态、水分的变化规律以及作物对保护性耕作措施响应特征。以当地气象和试验数据为基础，借助SPSS和DPS统计软件，对不同保护性耕作模式进行比较分析，为西南旱作区保护性耕作技术推广应用提供科学依据。主要研究结果如下：
　　 1、在土壤养分方面，五种保护性耕作模式均改善了土壤养分的供应状况。RSD(垄作+秸秆覆盖+腐熟剂)、TSD(平作+秸秆覆盖+腐熟剂)、RS(垄作+秸秆覆盖)、TS(平作+秸秆覆盖)处理较对照T有机质提高率分别为：28.27％、21.30％、16.54％、19.16％，容重分别下降了3.33％、3.00％、4.00％、2.67％，显著增加了全钾、全氮、碱解氮在土壤中的含量。而R(垄作)处理除了提高有机质含量，其他指标与传统对照无显著差异。针对土壤养分含量的动态变化情况，由于每一种耕作模式都包括不同的保护性耕作措施，农田耕层土壤养分含量的动态变化复杂，与单一的秸秆覆盖处理不尽相同。
　　 2、在农田生态环境方面，有秸秆覆盖的处理RSD、TSD、RS、TS无论从蚯蚓数量还是从生物量上均比无秸秆覆盖CK与R高，但是总体上看，RS与TS的效果要比RSD与TSD好。同时，RSD、TSD、RS、TS模式显著降低了7月份5cm与10cm土层的在14：00时的温度，缓解了高温对玉米生长后期造成伤害，而垄作措施对此影响不大。在杂草控制方面，秸秆覆盖相处理对于无秸秆覆盖处理无论从杂草高度、密度、还是生物量上都具有极显著效果，而起垄与平作两种措施没有出现显著差异，控制效果从高到低的顺序为：RS＞TS＞TSD＞RSD＞T(CK)＞R。
　　 3、在农田土壤水分方面，连续两年大田试验表明各个处理均提高了0～80cm土层土壤贮水量，其顺序从高到低依次为RSD＞RS＞TSD＞TS＞R＞T(CK)；在土壤水分的垂直动态变化方面，0～40cm土壤含水变化剧烈在21.45％～30.78％之间，40～60cm土层变幅相对较小，60～80cm土层相对比较稳定。这说明了保护性耕作有利于提高土壤贮水量，增加土壤水库库存量，同时对0～40cm土层土壤水分影响要明显大于40～80cm土层。
　　 4、在作物生长发育和生理特性方面，与传统耕作相比，保护性耕作处理显著提高了小麦成熟期时旗叶和倒数第二叶的叶面积，净光合速率也提高了2.90％～5.74％。整个灌浆-成熟过程(4.17～5.12)中，分配指数增加了238.46％～242.31％。在连续两年玉米苗期根系发育状况考察中，与传统耕作相比，保护性耕作处理增加了玉米苗期的根长、根表面积，显著增加了直径1.0～2.5 mm范围内的根长；苗期玉米根系活力分别提高19.12％～27.46％，根冠比分别提高36.72％～37.50％，根系生物量分别提高62.53％～77.37％。这说明了保护性耕作措施不但有利于作物根系发育，也促进了作物地上部分的生长发育，从而提高叶的净光合速率与植株的分配指数。
　　 5、在粮食产量和水分利用效率方面，各模式的两年系统平均粮食产量排列顺序为：RSD＞RS＞TSD＞TS＞R＞T(CK)。垄作处理包括RSD、RS、R能显著增加薯类作物的产量，处理R、TS、RS、TSD、RSD的耗水量比T(CK)均有减少的趋势。各个处理水分利用效率与降水生产效由高到低的顺序均为：RSD＞RS＞TSD＞TS＞R＞T(CK)。
　　 6、在经济效益比较分析方面，与对照传统耕作(T)相比，其他各处理的产出、纯收入均显著提高，其中产出提高了4.41％～17.40％、纯收入提高了5.36％～15.37％；产投比提高了3.84％～19.21％，排列顺序由高到低为RS＞RSD＞R＞T(CK)＞TSD＞TS。
　　 通过本试验研究发现，针对旱三熟种植区，以上五种保护耕作模式对土壤养分和土壤水分具有良好的调节作用，能够调节土温、控制杂草和促进蚯蚓生长，使农田生态环境处于良好的自我动态调节状态，显著增加了作物产量与效益，提高了水分利用率，其中以RSD、RS的综合效果最好，值得在西南旱三熟种植区大力推广。

目录

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声明

第1章 绪论

1.1保护性耕作的含义

1.1.1保护性耕作的定义与原理

1.1.2保护性耕作的技术内容

1.2国外保护性耕作的研究进展

1.3国内保护性耕作的研究进展

1.4保护性耕作的综合作用

1.4.1改善土壤结构，提高土壤肥力

1.4.2调节土壤养分供给

1.4.3促进土壤微生物生长，提高土壤酶活性

1.4.4增强土壤水分保蓄能力，提高水分利用效率

1.4.5优化农田生态环境，丰富农田生物群落

1.4.6抑制杂草与控制病虫害

1.4.7促进作物生长发育

1.4.8减少侵蚀，抑制水土流失

1.4.9减少能耗，提高经济效益

1.5目前保护性耕作在研究和应用中存在的问题

1.6本研究目的与意义

第2章试验设计及研究方法

2.1试验地概况

2.2试验阶段降水变异

2.3试验设计

2.4各项指标及测定方法

2.5数据统计分析

第3章结果与分析

3.1不同保护性耕作模式对农田土壤养分的影响

3.1.1不同保护性耕作模式下耕层土壤改良效果

3.1.2不同保护性耕作模式下耕层土壤碱解氮含量的动态变化

3.1.3不同保护性耕作模式下耕层土壤速效钾含量的动态变化

3.1.4不同保护性耕作模式下耕层土壤速效磷含量的动态变化

3.1.5不同保护性耕作模式下耕层土壤全氮含量的动态变化

3.1.6不同保护性耕作模式下耕层土壤全钾含量的动态变化

3.1.7不同保护性耕作模式下耕层土壤全磷含量的动态变化

3.1.8不同保护性耕作模式下耕层土壤有机质含量的动态变化

3.1.9不同保护性耕作模式下耕层土壤pH值的动态变化

3.2不同保护性耕作模式对农田生态环境的影响

3.2.1不同保护性耕作模式下耕层土壤蚯蚓数量与生物量的动态变化

3.2.2不同保护性耕作模式下农田杂草的动态变化

3.2.3不同保护性耕作模式下耕层土壤温度的的调节作用

3.3不同保护性耕作模式对农田土壤水分的影响

3.3.1不同保护性耕作模式下0～80cm土层土壤贮水量动态变化

3.3.2不同保护性耕作模式下不同作物生育期0～80cm土壤水分的垂直动态变化

3.4不同保护性耕作模式对作物生长发育与生理特性的影响

3.4.1不同保护性耕作模式对小麦叶面积指数和旗叶净光合速率的影响

3.4.2不同保护性耕作模式对小麦生长后期株高的影响

3.4.3不同保护性耕作模式对小麦灌浆期干物质分配指数的影响

3.4.4不同保护性耕作模式对玉米苗期根系形态的影响

3.4.5不同保护性耕作模式对玉米苗期根系活力的影响

3.4.6不同保护性耕作模式对玉米苗期根冠比和根系生物量的影响

3.5不同保护性耕作模式对粮食产量和水分利用效率的影响

3.6不同保护性耕作模式的经济效益分析

第4章讨论

4.1不同保护性耕作模式对农田土壤养分的影响

4.2不同保护性耕作模式对农田生态环境的影响

4.3不同保护性耕作模式对农田土壤水分的影响

4.4不同保护性耕作模式对作物生长发育与生理特性的影响

4.5不同保护性耕作模式对粮食产量和水分利用效率的影响

4.6不同保护性耕作模式的经济效益分析

第5章结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文和参与的科研项目