黄土旱塬田间管理措施对土壤理化性状及作物产量影响

摘要

黄土旱塬地区是我国西北地区重要的粮食产地，位于干旱与半干旱区域，属雨养农业区，不具备灌溉条件，水分是限制当地农业发展的主要因素，同时，该区降水时空分布不均匀，年际之间差异大，地表蒸发量高等气候特征限制了该区域的农业持续发展。因此，在有限的水资源条件下，提高水分利用效率，促进作物生长，增加粮食产量及其稳定性，对促进农业生产发展至关重要。为了研究该区农业生产中不同田间管理措施对土壤水、热等理化性状及作物产量的影响，选取位于黄土高原地区的陕西省长武县王东沟小流域开展田间定位试验。研究黄土塬区不同田间管理措施对冬小麦田土壤物理、化学性质及其产量的影响。主要测定的土壤的物理指标有：土壤容重（ρb），土壤总孔隙度（?），土壤紧实度（SC），土壤温度（T），土壤水分（θm，θv），土壤饱和导水率（Ks）等；土壤化学指标有：全氮（TN），硝态氮（NO3--N），铵态氮（NH4+-N），全磷（TP），速效磷（AP），速效钾（AK），酸碱度（pH）。冬小麦的植株相关指标有：株高（H），叶面积指数（LAI），生物量（Biomass），籽粒产量（Y），产量构成要素（Yield component）等，计算的指标有：蒸散量（ET），经济收益（EB），最佳指数（BI），降水收获（RH），贮水量（SWS），水分利用效率（WUE），降水利用效率（PUE）等。研究结果表明： 1. 传统耕作（施氮磷肥）处理 与长期不施肥对照处理（CK）相比，其土壤物理性状中，土壤紧实度显著降低，值为1074.9±28.6 kPa cm-2，土壤饱和导水率（0.026 cm min-1）较CK（0.016 cm min-1）提高了62.5%。此外，土壤养分含量发生显著变化，有机质、全氮、硝态氮、铵态氮、全磷和速效磷均显著增加，且分别较对照提高了16.9%、11.1%、114.4%、55.1%、141.2%；而速效钾含量显著降低，值为112.9±9.6g kg-1。同时，冬小麦的株高和叶面积指数显著提高，水分利用效率和降水利用效率也显著提高，连续三年冬小麦籽粒产量比CK提高了1倍以上。 2. 地膜覆盖组处理（施氮磷肥基础上） 与传统耕作处理（NP）相比，不同的地膜覆盖对土壤理化性质和冬小麦农艺性状的影响有所差异。生育期覆盖组（GM）和夏闲期覆盖组（SM）对土壤容重和总孔隙度的影响均未达到显著水平，但全年覆盖组（WM）中的地膜全年全覆盖处理（NPFWT）会显著增加土壤容重，降低土壤总孔隙度。所有覆盖处理均降低土壤饱和导水率，其中生育期地膜全覆盖处理（NPFGT)饱和导水率为0.013±0.001 cm min-1，受影响程度最大，较NP降低了50%。另外，不同时期地 膜覆盖组处理又分为两种覆盖模式，分别是地膜半覆盖（HM）和地膜全覆盖（TM），地膜覆盖组下的养分含量呈现出的基本规律是：半覆盖 > 全覆盖。所有覆盖处理中仅有夏闲期地膜半覆盖（NPFFH）会显著降低土壤pH。 2013年所有覆盖处理对冬小麦籽粒产量均有积极影响，NPFWT、NPFGH和NPFFH产量显著增加（P< 0.05）。2014年冬小麦在灌浆期受冰雹自然灾害的影响，使得产量大幅下降，半覆盖处理组受影响严重，特别是NPFGH和NPFWH，在2015年所有覆盖处理的产量均增加，NPFWH（5270.3 kg ha-1）比NP（3684.6 kg ha-1）平均提高43.0％（P＜0.05）。 除NPFWT以外，覆膜处理0~300 cm土壤剖面贮水量均呈增加趋势，NPFGT和NPFWH均达到显著水平（P< 0.05）。2015-2016年地膜覆盖方式显著影响了ET（P＜0.05）。不同处理下的ET分别是：NPFGT（574.6 mm）和NPFWH（517.3 mm）比NP（458.3 mm）高25.4%和12.9％。此外，WUE也受到地膜覆盖方式的影响，但仅对NPFGH，NPFWH和NPFWT的影响达到显著水平（P< 0.05）。除NPFFH外，所有处理PUE都显著增加（P< 0.05）。 3. 生物炭处理（施氮磷肥基础上） 与传统耕作处理（NP)相比，生物炭处理（NPB)显著增加土壤紧实度（1362.2±175.4 kPa cm-2）（26.7%）和土壤饱和导水率（0.049cm min-1）（88.5%），显著增加土壤孔隙度（56.2%），降低土壤容重（1.16±0.06 g cm-3）。除了速效钾外，其他土壤养分含量均显著增加。水分利用效率和降水利用效率均显著增加，连续三年冬小麦籽粒产量分别增加了13.6%、9.8%和12.0%。 4. 不同处理下的土壤水热动态变化过程 表层土壤水分连续监测表明，不同处理下0-10 cm土层体积含水量（θV 0-10 cm）受到降水控制，NPFWT处理对降水的敏感度最高，可对较小的降水量（< 10 mm）做出响应，θV 0-10 cm的总体规律是NPFWT > NPFFH > NP > NPB。土壤5 cm处温度（T5 cm）与空气温度和表土温度呈现出极显著的相关关系，且在冬小麦不同生育期不同天气条件下，不同处理对T5 cm的影响有所差异。地膜覆盖可以调节温度变化，起到缓冲的作用，降低昼夜温差。生物炭处理则会增加土壤的最高温度，降低最低温度，增加昼夜温差。300 cm剖面水分消耗和补给深度也有显著差异，NPFWT处理会增加土壤水分消耗深度，同时也增加了更深层土壤干燥化程度；而NPFFH可以增加水分补给深度。

目录

声明

第一章 文献综述

1.1 研究背景

1.2 国内外研究综述

第二章 研究内容与试验方法

2.1 研究目标和内容

2.2 试验方法

2.3 相关参数计算方法

2.4 数据处理与分析

2.5 研究技术路线

第三章 氮磷钾肥配合生育期地膜半覆盖是提高黄土旱塬耕层土壤理化性质和冬小麦产量的适宜措施

3.1 试验材料与方法

3.2 结果与分析

3.3 讨论

3.4 本章小结

第四章 地膜覆盖形式对旱塬地区土壤理化性状与冬小麦产量的影响

4.1 试验材料与方法

4.2 结果与分析

4.3 讨论

4.4 本章小结

第五章 不同田间管理措施对冬小麦田土壤水、热条件的影响

5.1 材料与方法

5.2 结果与分析

5.3 讨论

5.4 本章小结

第六章 结论及展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

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