玉米垄沟覆盖栽培系统在巴基斯坦半干旱区的试验验证及生理生态机理

摘要

众所周知，垄沟覆盖在中国半干旱地区取得了非常显著性的成果，并得到了大面积的推广和应用，另外实验室成员在非洲肯尼亚半干旱地区进行垄沟覆盖的研究和技术推广工作，取得了比较满意的成果。但是，在巴基斯坦半干旱地区应用垄沟覆盖栽培系统是否也有普适度？是否也可以增加玉米产量和改善土壤性质？是否可以提高水分资源的利用率？因此在巴基斯坦萨果达地区进行垄沟覆盖试验的研究和盆栽验证试验。
　　一）巴基斯坦垄沟覆盖试验是指：在两个生长季（2015.8-2015.12和2016.10-2017.3）中，通过四种玉米品种富农、方玉、Champion和High11corn plus，在六种不同的种植方式1）垄沟黑膜全覆盖沟播种植方式（RB）；2）垄沟透明膜全覆盖沟播种植方式（RT）；3）垄沟禾草全覆盖沟播种植方式（RG）；4）垄沟透明膜半覆盖沟播种植方式（RTR）；5）垄沟不覆盖沟播种植（R）；6）对照组（CK），即平地种植的处理下，对巴基斯坦萨果达地区的玉米株高、茎粗、叶面积、籽粒产量、生物量和水分利用效率，以及土壤温度、土壤贮水量和理化性质进行研究，以改善巴基斯坦传统的种植方式和提高粮食产量。主要结果如下：
　　（1）垄沟覆盖对玉米株高、茎粗和叶面积有显著性的影响。在第一生长季中，垄沟覆盖对试验玉米的株高、茎粗和叶面积影响不显著，并且RT由于在高温条件下，依然提高土壤的温度，从而出现副效应。但在第二生长季中，垄沟覆盖方式技术的玉米的株高、茎粗和叶面积表现出明显提高的优势，其中RT、RB和RG显著性提高的优势最大。
　　（2）在两个生长季中，垄沟覆盖对提高玉米籽粒产量、生物量和水分利用效率都有显著性的影响。在第一生长季中，RB、RT、RG、RTR和R的生物量比CK平均分别提高了75.3％、35.7%、45.4%、48.7%和25.5%。RB、RT、RG、RTR和R的籽粒产量比CK平均分别提高了63.5%、53.7%、49.5%、40.1%和25.1%。RB、RT、RG、RTR和R的生物量水分利用率比CK平均分别提高了115.0%、62.4%、61.8%、72.8%和39.7%。RB、RT、RG、RTR和R的籽粒产量水分利用率比CK平均分别提高了102.6%、83.0%、65.9%、62.3%和38.4%。在第二生长季中，RB、RT、RG、RTR和R的生物量比CK平均分别提高了82.0%、93.3%、56.6%、45.6%和38.7%。RB、RT、RG、RTR和R的籽粒产量比CK平均分别提高了87.3%、91.8%、65.1%、24.8%和11.5%。RB、RT、RG、RTR和R的生物量水分利用率比CK平均分别提高了114.2%、157.8%、71.0%、62.1%和42.2%。RB、RT、RG、RTR和R的籽粒产量水分利用率比CK平均分别提高了124.7%、154.0%、82.8%、41.6%和16.4%。并且发现在温度比较低的第二生长季中，垄沟覆盖下的生物量、籽粒产量，及其水分利用率的提高的幅度比第一生长季要高。第一生长季比第二生长季降雨量要高，但第二生长季的水分利用率要高于第一生长季。
　　（3）结合两个生长季的结果，发现垄沟覆盖栽培系统对提高玉米籽粒产量、生物量和水分利用效率有显著性的影响。RB、RT、RG、RTR、R和CK的生物量分别为22218.3Kg/ha、20292.9Kg/ha、18762.7Kg/ha、18328.4Kg/ha、16407.5Kg/ha和12447.9Kg/ha。RB、RT、RG、RTR和R的生物量比CK平均分别提高了78.5%、63.0%、50.7%、47.2%和31.8%。RB、RT、RG、RTR、R和CK的籽粒产量分别为6251.0Kg/ha、6149.9Kg/ha、5610.0Kg/ha、4736.7Kg/ha、4231.3Kg/ha和3569.9Kg/ha。RB、RT、RG、RTR和R的籽粒产量比CK平均分别提高了75.1%、72.3%、57.1%、32.7%和18.5%。RB、RT、RG、RTR和R的生物量水分利用率比CK平均分别提高了114.6%、116.2%、67.0%、66.8%和41.2%。RB、RT、RG、RTR和R的籽粒产量水分利用率比CK平均分别提高了115.4%、123.9%、75.7%、50.4%和25.8%。
　　（4）垄沟覆盖可以缩短生育期，从而导致在相同时间点下，各个种植方式下的叶片全氮和全磷也受到一定的影响。研究表明随着玉米作物的生长，六种不同的种植方式下的叶片全氮量都出现不断减小的趋势，在第一生长季期间中，RG的叶片全氮和全磷小于其他组；在第二生长季期间，RT和RB的叶片全磷和全氮小于其他组。
　　（5）垄沟覆盖对提高土壤温度有显著性的影响。其中RT和RB表现得最为明显。在第一生长季高温阶段，RT和RB的土壤温度比CK分别提高了1.98℃和-0.98℃。但在第二生长季阶段，在该阶段气温相对比较的低，RT和RB的土壤温度比CK分别提高了3.1℃和2.1℃。
　　（6）垄沟覆盖对提高土壤贮水量有显著性的影响。在巴基斯坦萨果达地区第一生长季中的降雨量为230ml和第二生长季中的降雨量为172ml，在两个生长季的土壤贮水量由高到低出现RT-RB-RG-RTR-R-CK的次序。RB、RT、RG、RTR和R的土壤贮水量比CK平均高出31.4mm、36.2mm、20.5mm、18.1mm和10.9mm。
　　（7）垄沟覆盖对减缓土壤有机碳、全氮和全磷的消耗，以及对其比例关系也有一定的影响。随着玉米种植次数的增加，土壤有机碳、全氮和全磷的也随之减少，但全氮和全磷减少的速率不断减小。在第一生长季期间，出现RTR和CK的有机碳较高的现象，在第二生长季期间的有机碳含量由高到低出现RB-RT-RG-RTR-R-CK的顺序，RB、RT、RG、RTR和R的有机碳比CK平均分别增加了1.37g/kg、1.28g/kg、0.97g/kg、0.89g/kg和0.48g/kg。在第一生长季结束期间，CK和R的土壤全氮高于其他组，但在第二生长季结束期间，RG和RB的土壤全氮高于其他组，分别比CK高0.18g/kg和0.11g/kg。对于土壤全磷来说，在两个生长季中都出现CK和R高于其他组。不同的起垄地膜覆盖方式可以改变减缓土壤的有机碳和全氮的损失，但对与全磷效果不明显。并且覆盖秸秆的方式可以增加土壤的养分。
　　二）盆栽验证试验是指：通过富农和方玉两种玉米品种，分别在玉米苗期、拔节期、扬花期和收产期进行5种不同的水分处理(充分供水、3天干旱后复水、6天干旱后复水、9天干旱后复水和12天干旱后复水)，并且每株玉米只进行一次干旱复水处理，复水后一直充分供水，直到该玉米生长结束。研究干旱复水对玉米形态指标和生理指标的影响，了解玉米作物在干旱复水下，其形态和生理两方面是如何相互影响的，以验证大田试验。主要结果如下：
　　（8）在苗期和拔节期，通过干旱复水处理，各处理组的耗水量、株高、茎粗、叶重、叶面积、子粒产量、单株玉米地下和地上生物量都出现显著性不断减少的趋势，但在收获期，其指标没有显著差异。
　　（9）对于扬花期，通过不同的干旱复水处理，耗水量没有明显的变化。而在该时期，通过干旱复水处理，玉米籽粒产量出现先增加后减小的现象，在6days出现最大值。对于方玉品种来说，3天、6天、9天和12天的籽粒产量比CK平均分别提高了2.55%、10.59%、-1.40%和-11.47%，在3天时籽粒产量的水分利用率达到最大，3天、6天、9天和12天干旱处理的籽粒产量水分利用效率比CK分别提高了0.22g/kg、0.3g/kg、0.28g/kg和-0.08g/kg。而对于富农品种来说，3天、6天、9天和12天的籽粒产量比CK平均分别提高了4.87%、1.91%、5.76%和1.00%，3天、6天、9天和12days干旱处理的生物量水分利用效率比CK分别提高了12.64g/kg、52.49g/kg、-6.92g/kg和-56.86g/kg。在扬花期，出现耗水量不断减少的趋势。
　　（10）在干旱复水处理下，对于可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、游离脯氨酸含量、ABA含量、POD、SOD和CAT的活性，相对于复水前，其含量或活性都出现减少的情况。但对于不同时期，以及不同时间的干旱处理，其结果不尽相同。

目录

声明

第一章 文献综述

1.1 巴基斯坦垄沟覆盖概况

1.2垄沟覆盖栽培系统介绍

1.3 垄沟覆盖研究进展

1.4 本研究目的和意义

第二章 材料和方法

2.1巴基斯坦垄沟覆盖栽培系统研究—材料与方法

2.2 干旱复水对盆栽玉米的影响—材料与方法

2.3 数据分析

第三章 垄沟覆盖对巴基斯坦玉米生长和水分利用效率的影响

3.1结果与分析

3.2 讨论

第四章 垄沟覆盖栽培系统对巴基斯坦土壤土壤有机碳、土壤全P和土壤全N的影响

4.1结果与分析

4.2讨论

第五章 垄沟覆盖栽培系统对巴基斯坦土壤贮水量和温度的影响

5.1结果与分析

5.2讨论

第六章 干旱复水对盆栽玉米形态指标的影响

6.1结果与分析

6.2 讨论

第七章 干旱复水对盆栽玉米生理指标的影响

7.1结果与分析

7.2 讨论

第八章 结论与展望

8.1巴基斯坦垄沟覆盖研究

8.2干旱复水对盆栽玉米的影响

参考文献

在学期间研究成果

致谢