麦棉周年秸秆还田影响转基因抗虫棉产量形成的钾素替代效应

摘要

我国转基因抗虫棉约占棉花种植总面积的70％以上，转基因抗虫棉载铃多，产量高，但易发生钾因性早衰，导致棉花产量降低。我国是缺钾国家，钾肥大量依靠进口，钾肥价格高，农民施钾积极性不高。作物秸秆中含有大量钾素，还田后可以补充土壤钾素。本研究于2011年4月开始在江苏省南京市(118°50′E，32°02′N)（粘土）和江苏省大丰市(120°28′E，33°12′N)（砂壤土）进行麦棉两熟制周年秸秆还田定位试验，选用转基因抗虫棉泗杂3号，在棉花季设置小麦秸秆全量还田、半量还田和不还田，即9000、4500、0 kg·hm-23个水平(W9000、W4500、W0)，在小麦季设置棉花秸秆全量还田、半量还田和不还田，即7500、3750、0 kg·hm-23个水平(C7500、C3750、C0)，共形成9个周年秸秆还田处理组合，同时设2个钾肥施用量处理300和150 kgK2O·hm-2。研究长江下游地区麦棉周年秸秆还田对转基因抗虫棉产量形成、棉田土壤理化性质和土壤微生物活性的影响，以及在不同土壤类型条件下的差异，并通过与钾肥处理的比较，研究秸秆钾对化肥钾的替代效应，旨在为麦棉两熟周年秸秆还田影响转基因抗虫棉产量形成的生态效应奠定理论基础，为麦棉两熟棉田合理施钾量与施钾方式的确定提供理论依据。
　　1、麦棉周年秸秆还田对转基因抗虫棉产量的影响主要是通过影响土壤速效钾含量来实现
　　麦棉周年秸秆还田与施钾均能够显著提高转基因抗虫棉皮棉产量及铃数、铃重，对衣分影响较小。麦棉周年秸秆还田能提高土壤水溶性有机碳、速效钾含量，降低土壤硝态氮、铵态氮含量，对土壤有机质、全氮、有效磷含量影响不显著，而施钾处理能显著提高速效钾含量，对水溶性有机碳、有效磷含量无显著影响。通过相关性分析表明，麦棉周年秸秆还田处理与施钾处理产量的增量与土壤速效钾含量变化呈极显著正相关，且棉花皮棉产量随着植株总钾吸收量的增加而增加。由此，可知麦棉周年秸秆还田影响棉花产量主要是通过影响土壤钾素来实现。
　　2、麦棉周年秸秆还田能够促进土壤-作物钾素表观平衡，减少土壤钾素亏缺
　　棉花秸秆还田可以显著提高小麦产量、总生物量、钾吸收量，小麦秸秆还田与施钾均能显著提高棉花籽棉产量、总生物量、钾吸收量，且试验处理差异逐年增大。通过秸秆还田处理与施钾处理对产量影响的比较，麦棉周年秸秆还田处理(W9000C7500)可以达到或接近K300处理水平。2年土壤-作物钾素表观平衡表现为南京（粘土）试点W9000C7500处理实现钾素表观盈余，大丰（砂壤土）试点秸秆还田处理与施钾处理均出现钾素亏缺，但W9000C7500处理土壤钾素亏缺量最低。因此，麦棉两熟种植系统中周年全量秸秆还田可以有效补充土壤钾素，减少土壤钾素亏缺，促进土壤-作物钾素表观平衡。
　　3、麦棉周年秸秆还田显著提高棉田土壤不同形态钾含量，提高非交换性钾释放能力，降低土壤钾素固定量
　　小麦秸秆还田可以显著提高棉田土壤不同形态钾素含量、减少土壤钾素固定量，提高土壤非交换性钾释放能力，小麦秸秆还田对土壤钾素状况的影响比棉花秸秆还田显著。施钾肥可以显著改善土壤钾素状况。秸秆还田处理与施钾处理比较，W9000C7500与K150、K300处理改善土壤钾素状况效果相当。基于土壤速效钾含量变化，麦棉周年秸秆还田可以起到替代或部分替代钾肥的效果。
　　4、麦棉周年秸秆还田显著提高土壤中参与养分循环的不同功能生理菌群数量、土壤酶活性与土壤微生物生物量含量
　　麦棉周年秸秆还田处理与施钾处理相比，对参与土壤养分循环的土壤功能微生物数量、相关土壤酶活性的影响更为显著。不同作物秸秆还田的效果不尽一致，小麦秸秆还田均能显著提高参与土壤中碳、氮、磷、钾元素的功能微生物数量与相关酶活性，棉花秸秆还田对参与碳、氮、钾元素的功能微生物数量与土壤酶活性起到促进作用，但对有机磷分解菌数量与磷酸酶活性表现出抑制作用。总的来讲，麦棉两熟周年秸秆还田能提高土壤微生物活性，促进有机质分解，提高有效态养分在全量养分中所占比例，提高土壤对作物的养分供应能力。
　　因此，在不同土壤类型的两试点，麦棉周年秸秆还田实现了对化学钾肥的替代或部分替代的效果，提高了土壤钾含量，促进植株钾吸收量的升高，进而提高了转基因抗虫棉产量。另外，麦棉周年秸秆还田通过影响土壤微生物活性，提高了土壤中有效态养分在全量养分中的比例。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1 研究背景

2 秸秆还田对作物产量形成的影响

2．1 秸秆还田对作物生长发育的影响

2．2 秸秆还田对作物产量的影响

3 秸秆还田对土壤微生态的影响

3．1 秸秆还田对农田土壤微生物的影响

3．2 秸秆还田对土壤微生物生物量的影响

3．3 秸秆还田对土壤酶活性的影响

4 秸秆还田对土壤理化性质的影响

4．1 秸秆还田对土壤物理性质的影响

4．2 秸秆还田对土壤化学性质的影响

5 研究目的与意义及技术路线

5．1 研究目的与意义

5．2 技术路线

参考文献

第二章 麦棉周年秸秆还田对转基因抗虫棉产量与棉田土壤养分的影响

1 材料与方法

1．1 试验设计

1．2 测定内容与方法

1．3 数据统计与分析方法

1．4 气象资料

2 结果与分析

2．1 麦棉周年秸秆还田对转基因抗虫棉产量及产量构成的影响

2．2 麦棉周年秸秆还田对土壤养分的影响

2．3 麦棉周年秸秆还田对棉花钾吸收的影响

3 结论

参考文献

第三章 麦棉周年秸秆还田对土壤-作物钾素表观平衡的影响

1 材料与方法

1．1 试验设计

1．2 测定内容与方法

1．3 数据统计与分析方法

1．4 气象数据

2 结果与分析

2．1 麦棉周年秸秆还田对作物产量与总生物量的影响

2．2 麦棉周年秸秆还田对作物钾吸收的影响

2．3 麦棉周年秸秆还田对作物钾素利用率的影响

2．4 麦棉周年秸秆还田对土壤-作物钾素表观平衡的影响

3 结论

参考文献

第四章 麦棉周年秸秆还田对棉田土壤钾素形态、钾素固定与非交换性钾释放特征的影响

1 材料与方法

1．1 试验设计

1．2 测定内容与方法

1．3 数据统计与分析方法

2 结果与分析

2．1 麦棉周年秸秆还田对土壤不同形态钾素含量的影响

2．2 麦棉周年秸秆对土壤钾素固定特征的影响

2．3 麦棉周年秸秆还田对土壤钾素释放特征的影响

2．4 麦棉周年秸秆还田下秸秆钾素替代钾肥效果分析

3 结论

参考文献

第五章 麦棉周年秸秆还田对棉田土壤微生物活性的影响

1 材料与方法

1．1 试验设计

1．2 测定内容与方法

1．3 数据统计与分析方法

2 结果分析

2．1 麦棉周年秸秆还田对与碳循环相关土壤微生物活性的影响

2．2 麦棉周年秸秆还田对与氮循环相关土壤微生物活性的影响

2．3 麦棉周年秸秆还田对与磷循环相关土壤微生物活性的影响

2．4 麦棉周年秸秆还田对与钾循环相关土壤微生物活性的影响

3 结论

3．1 麦棉周年秸秆还田对与碳循环相关土壤微生物活性的影响

3．2 麦棉周年秸秆还田对与氮循环相关土壤微生物活性的影响

3．3 麦棉周年秸秆还田对与磷循环相关土壤微生物活性的影响

3．4 麦棉周年秸秆还田对与钾循环相关土壤微生物活性的影响

参考文献

第六章 讨论与结论

1 讨论

1．1 麦棉周年秸秆还田对转基因抗虫棉产量与土壤养分状况的影响

1．2 麦棉周年秸秆还田对土壤-作物钾素表观平衡的影响

1．3 麦棉周年秸秆还田对棉田土壤钾素状况的影响

1．4 麦棉周年秸秆还田对棉田土壤微生物活性的影响

2 结论

3 本研究的创新之处

4 研究展望

参考文献

附录

致谢

攻读博士学位期间发表、已录用和已投稿文章