石漠化治理区抗旱性牧草筛选种植技术与示范

摘要

由于降水的时空分布不均和近几年极端干旱天气频发，干旱已经成为影响贵州喀斯特石漠化地区农牧业发展和植被恢复的最主要的限制性因素。再叠加上石漠化地区地表支离破碎，独特的二元结构，降水极易下渗，植被覆盖率低、地表水资源匮乏，利用困难、土层薄，土壤保水性和蓄水性差，更加放大了干旱灾害所造成的损失。而在喀斯特石漠化地区种植牧草既可以获得生态效益，防治石漠化发生和蔓延，又可使当地群众获得经济效益。所以通过研究喀斯特地区牧草的抗旱性筛选适合喀斯特石漠化地区干旱环境的抗旱性牧草；研发抗旱性牧草种植技术既可以为恢复石漠化地区的植被、修复生态环境提供理论和技术支持，又可以减轻干旱灾害给石漠化地区农牧业造成的经济损失。
　　本研究利用逆境生理学理论、生物多样性理论、生物多样性理论、可持续发展理论以及循环经济理论等理论作为理论依据，通过2013年在贵州师范大学小麦遗传研究所和贵州省植物生理重点实验室做的室内盆栽控水干旱胁迫生理实验，结合在毕节撒拉溪示范区做的田间旱棚验证实验的方法对遭受干旱胁迫下的9种牧草的各项抗旱指标进行监测，筛选出适合喀斯特石漠化地区大规模种植的抗旱性较强的牧草。而且针对喀斯特石漠化地区季节性和工程性干旱较为严重的情况，研发了7种抗旱保墒牧草种植技术。并选择具有典型性代表性的毕节撒拉溪喀斯特高原山地潜在-轻度石漠化治理示范区和花江喀斯特高原峡谷中度-强度石漠化治理示范区为研究对象，通过对关键支撑技术的研发和应用，构建了以抗旱性牧草种植为主的立体农业模式，进行了田间实验和示范。得出的主要结论如下：
　　1、9种草种的生理指标对干旱胁迫的响应
　　在盆栽控水试验中9种草种的叶绿素含量随着干旱胁迫程度的加剧，都呈下降趋势。在重度干旱胁迫下，多年生黑麦的叶绿素含量下降幅度最大，鸭茅的叶绿素含量下降幅度最小；随着干旱胁迫的加剧各草种光合生理指标也出现了不同的变化，在重度干旱胁迫下9种草种的净光合速率都较对照组出现了下降，其值最高的为鸭茅；重度干旱胁迫下各草种的蒸腾速率，最高的是白三叶，其次为高羊茅。
　　在重度干旱胁迫下，各草种的叶片相对含水量都达到了最低值，叶片含水量最高的分别是红三叶、高羊茅和白三叶；相对电导率值多年生黑麦草＞画眉草＞糠稷＞高羊茅＞鸭茅＞荩草＞白三叶＞红三叶＞紫花苜蓿，说明紫花苜蓿和红三叶的叶片细胞膜系统具有较强的耐受性，抗旱能力较强。而多年生黑麦和画眉草的叶片在遭受到干旱胁迫后细胞膜透性系统的伤害最大，膜透性增强，抗旱能力弱；叶片MDA含量紫花苜蓿＞鸭茅＞高羊茅＞荩草＞画眉草＞白三叶＞糠稷＞红三叶＞多年生黑麦草；脯氨酸含量由高到低为：紫花苜蓿＞高羊茅＞红三叶＞多年生黑麦草＞画眉草＞鸭茅＞荩草＞糠稷＞白三叶。
　　以上结果说明各种牧草在遭受干旱胁迫时，光合指标和生理指标都会随着干旱胁迫程度的不同，出现不同趋势和程度的变化，具体变化程度和趋势与植物所遭受的干旱胁迫程度以及植物种类不同有关。盆栽控水干旱胁迫实验和生理实验、光合实验可以作为研究筛选牧草抗旱性能的实验方法，净光合速率、蒸腾速率等光合指标和相对电导率、脯氨酸含量等生理生化指标作为抗旱性鉴定指标能够如实反映牧草的抗旱性能的差异。
　　2、通过隶属函数法对9种牧草抗旱性的综合评价结果
　　通过运用隶属函数(反隶属函数)法对9个草种的光合生理指标和生理生化指标进行抗旱性的综合性评价，抗旱能力从大到小排序为：高羊茅＞白三叶＞红三叶＞荩草＞鸭茅＞紫花苜蓿＞画眉草＞糠稷＞多年生黑麦草；说明相比其他牧草，高羊茅和白三叶具有比较强的综合抗旱能力；所以在干旱较严重的地区种植高羊茅和白三叶比种植其他牧草能够更好地适应干旱缺水的环境，更好的实现当地的植被恢复，同时可以减少由于干旱灾害造成的减产。因此，具有较高抗旱性能的高羊茅和白三叶具有在干旱缺水的地区进行大规模推广种植的潜力和必要。
　　3、对牧草抗旱性的田间验证结果
　　为了筛选适合石漠化缺水地区种植的抗旱性强，产量高的优良牧草，在毕节撒拉溪示范区进行了田间旱棚干旱试验对盆栽控水实验的结果进行野外验证，结果表明各草种的净光合速率和WUE最高的为白三叶，最低的为多年生黑麦草；在遭受干旱胁迫时各牧草的生物量最高的为高羊茅最低的也为多年生黑麦草；说明室内盆栽控水干旱胁迫实验得出的结论和田间干旱验证试验的结论是一致的，盆栽控水干旱胁迫实验可以作为一种抗旱草种筛选的实验方法；高羊茅和白三叶在遭受干旱胁迫时抗旱性能最好，减产最少；所以在喀斯特石漠化治理区推广种植白三叶和高羊茅能够更好的适应石漠化地区干旱缺水的环境，更有利于恢复石漠化地区的植被，在遭受到干旱灾害时，减产幅度小。
　　4、适合喀斯特石漠化地区的抗旱保墒牧草种植技术
　　通过实验和对各项指标的监测，通过和对照处理的对比分析，研究了传统覆膜种植技术、鱼鳞坑种植技术、水平沟种植技术、W型覆膜集水技术、V型覆膜种植技术、保水剂种植技术、以及深施磷肥钾肥技术等技术的抗旱保墒性能。发现各抗旱保墒牧草种植技术的保墒性都比对照组好，其中抗旱保墒性能最好的技术是：传统覆膜技术、W型覆膜集水技术以及保水剂种植技术。但是由于喀斯特石漠化地区一般以山地为主，而且不同区域石漠化等级和土壤厚度，坡度等存在较大的差异，所以在进行抗旱保墒性牧草种植技术的选择时，应该根据不同实际情况，因地制宜地选择最适合的技术。一般在坡度较小、无石漠化和轻度石漠化地区，由于土层较厚适合应用W型覆膜技术和传统覆膜技术进行牧草种植；在中等坡度和中度石漠化地区，由于土层较薄，适合运用保水剂种植技术和在种植期间和生长期施加磷肥、钾肥的种植技术进行牧草种植；在坡度较大的地区和重度石漠化地区可以在运用免耕牧草种植技术后追加磷肥、钾肥的技术，以及借用工程措施修建鱼鳞坑，既能保水又可以有效防止水土流失。
　　5、适合喀斯特石漠化地区的牧草种植模式构建
　　通过结合实际情况，研究发现毕节撒拉溪喀斯特高原山地潜在-轻度石漠化综合治理示范区适合发展“窖－乔(核桃)－灌(刺梨)－草(高羊茅、鸭茅、白三叶混播)－牛(羊)－蚯蚓－鸡－沼－肥”立体生态农业模式；该模式是乔灌草结合的立体分层农业，可以有效利用光、热、水、土，而且是符合生态系统之间的能量循环的高效利用系统。该模式不但可以在毕节撒拉溪示范区进行示范利用，而且可以通过结合别的石漠化区域进行适当的改进，可以在广大潜在-轻度石漠化治理区进行推广。
　　结合花江高原峡谷中度-强度石漠化治理示范区的地理环境特点和石漠化等级，研究发现在当地适合发展“水窖－火龙果－牧草（豆科+禾本科）－羊(牛)－鸡－沼－肥”立体生态农业模式，既可以有效利用水、光、和有限的土壤，又可以获取较高的土地产出。
　　在石漠化治理区进行石漠化治理模式构建充分考虑各区域的地理条件和石漠化程度的不同，构建最适宜的治理模式。在模式规划过程中要既考虑到经济效益，又考虑生态效益，同时要符合生态系统的能量运作，这样，该模式才能实现高效运作并可以在条件相同的石漠化区域进行推广改进使用。
　　6、喀斯特石漠化地区种植抗旱性牧草的效益评价
　　通过运用植物样方法调查在不同土地利用形式下植物的多样性指数、物种丰富度指数和均匀度指数以及土壤理化性质进行监测和计算，发现：物种丰富度最高的土地利用形式是抗旱性混播旱作草地，Simpson多样性指数，Shannon-Wiener和Pielou指数抗旱性混播旱作草地也较高；抗旱性人工混播草地的有机质含量、全氮、全磷含量均高于乔灌林、灌木林和耕地，全钾含量仅比耕地低，人工草地的土壤容量仅低于乔灌林、土壤田间持水量也仅低于耕地，土壤孔隙度最低。
　　综上所述，在喀斯特石漠化地区建植抗旱性混播人工草地，既可以丰富当地生物多样性，又可有效改善石漠化地区的土壤理化性质。所以在石漠化地区广泛种植抗旱性人工混播草地在取得较好的经济效益的同时，也可以获得比其他土地利用方式较高的生态效益。

目录

封面

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中文摘要

英文摘要

前言

1 选题背景

2 立题依据

3 研究的理论意义

4 研究的现实意义

一 、研究现状

1 抗旱性牧草选育和种植技术

2 喀斯特石漠化环境抗旱性牧草选育和种植

3 研究进展与展望

二、研究设计

1 研究目标与内容

2 技术路线与方法

3 研究区选择与代表性

4 材料数据获取与可信度分析

三、各牧草的光合和生理指标对干旱胁迫的响应

1 牧草叶绿素含量和光合作用对干旱胁迫的响应

2 牧草生理生化学指标对干旱胁迫的响应

3 抗旱性综合评价

4 田间验证实验

四、喀斯特石漠化地区抗旱性草地模式构建

1 模式构建的理论依据

2 模式构建的边界条件

3 模式构成的技术体系

4 模式的结构与功能特性

5 模式的结构与功能对比分析

五、 喀斯特石漠化地区牧草抗旱性种植技术研究

1 石漠化地区牧草抗旱种植技术研究的必要性和实用性

2 石漠化地区抗旱性牧草的筛选标准

3 石漠化地区提高牧草抗旱性的主要技术

4 不同坡度和石漠化等级下牧草种植技术对比

六 、喀斯特石漠化地区抗旱性草地建植技术示范

1示范点布局与范围

2 毕节撒拉溪喀斯特高原山地潜在-轻度石漠化示范点建设与效果

3 贞丰-花江喀斯特高原峡谷中-强度石漠化示范点建设与效果

4 示范建设成效对比分析

七 、石漠化地区建植抗旱性混播草地和不同抗旱性牧草种植技术的监测评价

1评价方法与指标体系

2监测布局与监测点

3监测过程与实验过程

4数据分析与计算结果

5 效益监测评价对比分析

八、抗旱性牧草种植和草地建植模式在喀斯特石漠化地区的推广运用

1 模式存在问题与优化

2 模式推广适宜性分析

3 模式推广应用范围

4 模式推广应用保障措施

九、结论与讨论

1 9种草种的生理指标对干旱胁迫的响应

2 通过隶属函数法对9种牧草抗旱性的综合评价结果

3 对9种牧草抗旱性的田间验证结果

4 适合喀斯特石漠化地区的抗旱保墒牧草种植技术

5 适合喀斯特石漠化地区的牧草种植模式构建

6 喀斯特石漠化地区种植抗旱性牧草的效益评价

参考文献

附录1：

攻读学位期间科研成果

致谢

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