秸秆覆盖和种植密度对夏玉米农田水碳利用的影响

摘要

全球气候变暖、粮食安全和水资源短缺等问题对华北地区的农业碳排放和节水增产提出了严格的限制和更高的要求。为探索实现抑制农田碳排放和节水增产的有效措施，于2012和2013年在山东农业大学农学实验站进行试验，设0(N)、0.6(M)kg m-2两种覆盖条件为主处理，100000(1)、75000(2)、55000(3)株hm-2三种种植密度为副处理。通过测定农田土壤水分含量、农田蒸散量、光合有效辐射（PAR）截获率、籽粒产量、土壤碳排放量、土壤微生物碳量、土壤微生物活性等指标，采取影响因子通径分析的方法，对农田水碳利用机制进行了深入研究。试验结果表明:
　　各种植密度条件下，秸秆覆盖处理能够提高土壤水分含量，对不同土壤层次保墒效果不同。然而，秸秆覆盖对农田蒸散量无显著影响.
　　通过秸秆覆盖和适宜种植密度相结合的方法可以实现夏玉米节水高产。中密度处理下，秸秆覆盖处理可以提高穗位叶的光合有效辐射(PAR)，对穗位叶上三叶的PAR截获率提高作用尤为明显。千粒重、穗数和穗行数对产量的直接作用是相关的主要原因，千粒重对产量的直接贡献最大。千粒重和穗数共同对产量的决定程度最大，穗数和穗行数共同对产量的决定程度次之。
　　秸秆覆盖能够显著降低土壤呼吸速率，减少累积CO2排放量，显著提高碳汇量和产量碳利用效率、0-10 cm土壤层次的土壤微生物量碳和土壤微生物活性。空气温度、空气湿度、土壤温度均与土壤呼吸速率呈极显著正相关。空气湿度对土壤呼吸速率的直接作用最大，土壤温度次之。通过土壤温度进行直接选择效果较好空气湿度和土壤温度共同对土壤呼吸速率的相对决定程度最大。
　　通过蒸散量、产量碳利用效率、碳排放量对水分利用效率(WUE)通径分析发现，提高产量碳利用效率能直接提高WUE，蒸散量和碳排放量虽然是影响WUE的重要因子，但它们对水分利用作用的影响主要体现在其他因子的间接作用。秸秆覆盖处理能够有效抑制土壤碳排放，通过提高产量碳利用效率，直接实现WUE的提高。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 研究目的和意义

1．2 国内外研究现状

1．3 研究技术路线

1．4 创新点

2 材料与方法

2．1 试验地概况

2．2 试验设计

2．3 测定项目与方法

2．3．1 夏玉米农田水分指标

2．3．2 夏玉米生长发育指标

2．3．3 水分利用效率

2．3．4 碳吸收排放指标

2．3．5 土壤微生物活性和微生物量碳

2．3．6 其他资料的收集

2．4 数据处理与统计分析

3 结果与分析

3．1 秸秆覆盖和种植密度对夏玉米农田水分运移的影响

3．1．1 试验期间降雨情况

3．1．2 夏玉米生育期不同层次土壤水分含量变化

3．1．3 不同处理下蒸散量分析

3．1．4 夏玉米农田水分运移动态变化

3．2 秸秆覆盖和种植密度对夏玉米干物质形成的影响

3．2．1 夏玉米群体光合有效辐射(PAR)截获率

3．2．2 秸秆覆盖和种植密度对干物质的影响

3．2．3 产量及产量构成因素影响分析

3．3 秸秆覆盖和种植密度对农田碳排放的影响

3．3．1 不同时期夏玉米农田土壤呼吸速率

3．3．2 基于通径分析的土壤呼吸速率影响因子分析

3．3．3 CO2-C累积排放量动态变化

3．3．4 单位籽粒产量需要向大气排放CO2的数量

3．3．5 土壤微生物活性和土壤微生物碳分析

3．3．6 夏玉米生育期碳汇量分析

3．4 水分利用效率分析

3．4．1 不同种植密度和秸秆覆盖处理下的水分利用效率

3．4．2 基于通径分析原理的水利用效率影响指标分析

4 讨论

4．1 秸秆覆盖和种植密度对农田水分运移的影响

4．2 秸秆覆盖和种植密度对产量形成的影响

4．3 秸秆覆盖和种植密度对水碳利用的影响

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

8 攻读学位期间发表论文情况