耕作方式与秸秆还田对冬小麦-夏玉米光合特性及周年产量形成的影响

摘要

本试验于2014-2016年在山东农业大学农学试验站进行，基于12年长期保护性耕作定位试验（始于2002年），系统测定了2014-2015和2015-2016年度冬小麦和夏玉米生长季的各项光合参数、荧光参数、干物质积累量和产量。试验采用裂区设计，主区设秸秆还田（S）和不还田（0）两种方式，副区为传统翻耕（CT）、免耕（NT）和深松（ST）3种耕作方式。通过分析秸秆还田和不同耕作方式对冬小麦和夏玉米光合特性、叶绿素荧光特性和干物质积累与分配的影响，从光合生理角度和干物质积累与分配角度分析对产量及其构成因素的影响。主要试验结果如下：
　　1.耕作方式与秸秆还田对冬小麦和夏玉米叶面积指数的影响
　　随着生育期的推进，冬小麦和夏玉米群体叶面积指数呈现先升高后降低的趋势，冬小麦在挑旗期达到最大值，夏玉米在开花期达到最大值。深松可以显著提高冬小麦各生育时期叶面积指数，免耕可以显著提高冬小麦的灌浆期和成熟期群体叶面积指数，秸秆还田也可显著提高冬小麦各生育时期叶面积指数。免耕和深松在夏玉米各生育时期均可显著提高叶面积指数，2015年拔节期、大喇叭口期、开花期和灌浆期深松较传统翻耕分别提高了34.9％，30.8%，9.4%和16.3%，2016年分别提高22.5%，22.0%，12.5%和20.8%。2015年夏玉米生育期内，秸秆还田条件下深松、免耕和传统翻耕分别较无秸秆还田处理平均提高15.1%，16.8%和5.7%，2016年分别平均提高13.1%，9.8%和7.2%。免耕、深松和秸秆还田可有效增加光合面积，提高光能利用率。
　　2.耕作方式与秸秆还田对冬小麦和夏玉米光合特性的影响
　　两年中各处理冬小麦旗叶和夏玉米穗位叶光合速率、气孔导度和蒸腾速率表现出相同的规律，均在开花期达到最大值，开花后随着生殖生长和籽粒灌浆的进行，光合速率开始下降。在冬小麦和夏玉米生育进程中胞间CO2浓度变化趋势与光合速率和气孔导度相反，说明在冬小麦和夏玉米各生育时期影响光合作用的因素为非气孔因素，深松、免耕和秸秆还田在各生育时期提高光合速率的原因是其降低了非气孔限制。
　　深松和免耕均可显著提高冬小麦和夏玉米生育后期的光合性能。2014-2015年冬小麦灌浆后期深松和免耕光合速率平均提高63.2%和47.7%，气孔导度平均提高55.4%和39.8%，蒸腾速率平均提高30.7%和23.4%；2015-2016年光合速率分别提高38.8%和26.3%，气孔导度提高70.7%和37.1%，蒸腾速率提高23.8%和11.1%。2015年和2016年夏玉米灌浆期深松和免耕均可显著提高光合速率，2015年气孔导度分别提高49.1%和36.0%，蒸腾速率分别提高40.1%和19.0%，2016年气孔导度分别提高46.1%和31.3%，蒸腾速率分别提高40.4%和18.4%。开花后各生育时期深松的光合性能均优于免耕。
　　秸秆还田也可显著提高冬小麦和夏玉米生育后期的光合性能。2014-2015年度秸秆还田处理冬小麦旗叶光合速率、气孔导度和蒸腾速率分别平均提高13.6%，18.0%和12.2%，2015-2016年度分别平均提高11.3%，25.7%和12.1%；2015年夏玉米平均提高9.1%，7.1%和13.9%，2016年平均提高9.6%，6.9%和10.5%。
　　深松和秸秆还田均可显著提高冬小麦和夏玉米灌浆期表观量子效率，提高弱光下的光合能力，延长光合时间，还可达到较高的光饱和点和光合速率，提高光合效率。
　　3.耕作方式与秸秆还田对冬小麦和夏玉米叶绿素荧光特性的影响
　　深松、免耕和秸秆还田均可显著提高冬小麦和夏玉米灌浆后期叶绿素含量，维持功能叶光合强度一直处于较高水平。2014-2015年度冬小麦灌浆后期，深松和免耕分别提高101.5%和72.0%，2015-2016年度分别提高120.6%和67.1%。2015年夏玉米灌浆期深松和免耕处理叶绿素含量分别提高30.8%和16.3%，秸秆还田平均提高13.7%；2016年深松、免耕和秸秆还田分别提高26.2%，13.7%和15.0%。后期较高的叶绿素含量提高了作物的保绿性，有助于后期干物质积累，并为籽粒灌浆提供充足的原料。
　　不同耕作方式和有无秸秆还田处理间在花后各生育时期Fv/Fm差异不显著，说明不同耕作方式和秸秆还田并未形成胁迫环境。2015年和2016年冬小麦灌浆后期深松处理ΦPSII分别提高48.2%和43.1%，秸秆还田处理分别提高19.7%和17.0%；夏玉米灌浆期分别提高90.0%和90.9%，秸秆还田处理分别提高27.3%和26.8%。2014-2015年冬小麦灌浆后期旗叶ETR深松和免耕较传统翻耕提高63.1%和20.9%；2015-2016年分别平均提高63.2%和20.7%。开花后各生育时期深松的效果均优于免耕。
　　4.耕作方式与秸秆还田对冬小麦和夏玉米叶干物质积累和分配的影响
　　深松和免耕处理冬小麦和夏玉米各生育时期干物质积累量均显著高于传统翻耕，深松也显著高于免耕。秸秆还田也可显著提高冬小麦生育期内的干物质积累量。深松、免耕和秸秆还田均可显著提高成熟期干物质在籽粒中的分配量，为高产提供生理基础。深松和免耕处理开花后干物质积累对籽粒的贡献率高于传统翻耕，秸秆还田高于无秸秆还田处理。深松、免耕和秸秆还田均可提高花后干物质积累与再分配能力，有利于花后同化物向籽粒分配，为高产提供了生理基础。
　　5.耕作方式与秸秆还田对冬小麦和夏玉米产量及其构成因素的影响
　　从产量构成来看，2014-2015年度和2015-2016年度深松和免耕均显著提高了冬小麦的穗粒数和千粒重，最终获得产量的提高。两年中深松和免耕处理的穗粒数平均提高14.9%和9.9%，千粒重平均提高15.5%和7.2%，产量平均提高12.0%和5.6%。秸秆还田均可平均提高穗数、穗粒数和千粒重，分别提高7.5%，7.6%和9.2%，从而提高产量，平均提高6.5%。两年中深松处理夏玉米穗粒数和千粒重分别平均提高7.9%和18.4%，产量平均提高18.9%；免耕穗粒数和千粒重分别平均提高4.5%和12.8%，产量平均提高9.9%。两年中秸秆还田处理均提高夏玉米穗数和穗粒数，分别平均提高3.0%和3.5%，产量平均提高10.9%。
　　综上所述，深松、免耕和秸秆还田均可以提高冬小麦和夏玉米各生育时期尤其是生育后期叶面积指数，光合速率、气孔导度和蒸腾速率等光合性能，叶绿素含量、ΦPSII和ETR等叶绿素荧光活性，提高胞间CO2利用能力，降低非气孔限制，增强花后干物质积累能力，增加花后同化物对籽粒的贡献率，协调产量构成因素的关系，提高单季和周年产量，其中深松秸秆还田效果最佳，免耕秸秆还田次之。

目录

声明

符 号 说 明

1 前言

1.1 研究目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 保护性耕作国内外研究现状

1.2.2 耕作方式与秸秆还田对作物群体叶面积指数的影响

1.2.3耕作方式与秸秆还田对作物光合生理特性的影响

1.2.4 耕作方式与秸秆还田对植物叶绿素荧光特性的影响

1.2.5 耕作方式与秸秆还田对作物光响应曲线的影响

1.2.6 耕作方式与秸秆还田对冬小麦—夏玉米干物质积累、转运与分配的影响

1.2.7 耕作方式与秸秆还田对冬小麦—夏玉米产量及其构成因素的影响

2 研究方法

2.1 研究区域概况

2.2 试验设计

2.3 测定项目与方法

2.3.2 光合参数测定

2.3.3 叶绿素含量测定

2.3.4 叶绿素荧光参数测定

2.3.5 光响应曲线测定

2.3.6 干物质积累、分配与转运的测定与计算

2.3.7 产量测定

2.4 数据统计

3 结果与分析

3.1 耕作方式与秸秆还田对冬小麦光合特性及产量形成的影响

3.1.1 冬小麦叶面积指数

3.1.2 冬小麦叶绿素含量

3.1.3 冬小麦光合参数

3.1.4 冬小麦荧光参数

3.1.5 冬小麦灌浆期旗叶光响应曲线

3.1.6 冬小麦干物质积累与分配

3.1.7 冬小麦产量及其构成因素

3.1.8秸秆方式、耕作还田及其交互作用对冬小麦花后干物质分配和产量的影响

3.2 耕作方式与秸秆还田对夏玉米光合特性及产量形成的影响

3.2.1 夏玉米叶面积指数

3.2.2 夏玉米叶绿素含量

3.2.3 夏玉米光合参数

3.2.4 夏玉米荧光参数

3.2.5 夏玉米光响应曲线

3.2.6 夏玉米干物质积累与分配

3.2.7 夏玉米产量及其构成

3.2.8耕作方式、秸秆还田及其交互作用对夏玉米花后干物质分配和产量的影响

4 讨论

4.1 耕作方式与秸秆还田对冬小麦-夏玉米群体叶面积指数的影响

4.2 耕作方式与秸秆还田对冬小麦-夏玉米光合特性的影响

4.3 耕作方式与秸秆还田对冬小麦-夏玉米叶绿素荧光特性的影响

4.4 耕作方式与秸秆还田对冬小麦-夏玉米功能叶光响应曲线的影响

4.5 耕作方式与秸秆还田对冬小麦-夏玉米干物质积累、转运与分配的影响

4.6 耕作方式与秸秆还田对冬小麦-夏玉米产量的影响

5 结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表论文情况