免耕下不同轮作系统的作物生产力及土壤环境效应

论文摘要

黄土高原丘陵沟壑区是我国乃至世界水土流失的严重区域之一。其脆弱的生态系统结构使之成为全球变化响应的敏感区域,合理、永续利用土地,防止水土流失、风蚀成为人们关注的焦点,特别是面临巨大的人口、资源压力,这种严峻形式决定了陕北需要有自己特色的保护性耕作模式,如何固土、蓄水、保墒、遏制沙尘和提高作物生产力就成为黄土高原丘陵沟壑区近年来研究的热点问题。本论文基于免耕具有蓄水、保墒、固土等作用,分别以玉米品种沈玉17号,大豆品种晋豆20号,红小豆品种龙小豆2号和马铃薯品种中薯5号为供试材料,采用大田小区随机区组试验,以传统翻耕为对照,结合化肥、有机肥、无肥三个肥料水平,两个轮作系统（玉米-大豆;红小豆-马铃薯）的控制和观测,研究了不同轮作系统下作物叶片保护酶、光合作用及作物生产力对免耕施肥的响应;农田土壤杂草种子库、土壤酶活性对免耕施肥及作物的土壤环境效应,在此基础上确立了具有较高生产力及较优土壤环境效应的耕作模式。研究获得以下主要结论:1.试验证实了免耕能降低陕北黄土丘陵区玉米灌浆期、大豆鼓粒期叶片膜脂过氧化作用,提高叶绿素含量,延缓叶片的衰老,从而有利于干物质的生产、积累和分配,为免耕下作物具有较高的生产力准备了光合作用的器官基础。免耕施肥（纯N[尿素46%]230kg/hm2,P2O5150 kg/hm2）能有效延缓大豆鼓粒期叶片的衰老,提高叶绿素含量,增强作物抗旱能力。2.发现了免耕有机肥、免耕化肥对提高大豆净光合速率有明显的促进作用,免耕化肥、免耕有机肥能提高大豆盛花期瞬时水分利用效率,中午高峰期免耕化肥达到了11.9μmol（CO2）?mmol-1（H2O）,免耕有机肥达到了11.2μmol（CO2）?mmol-1（H2O）。其中,气孔导度、蒸腾速率、叶温、光合有效辐射及基于叶温的蒸汽压亏缺是大豆光合作用的促进因子;细胞间CO2浓度、空气中CO2、空气相对湿度为主要的限制因子。这为免耕下作物具有较高的生产力准备了光合生理基础。3.试验进一步确证了在免耕下四种作物均表现出较高的生产力。如在安塞2008年降雨比多年降雨的平均值低33%条件下,玉米产量免耕化肥比翻耕化肥提高了10%,大豆提高了3%,红小豆提高了36%,马铃薯提高了12.9%。马铃薯、红小豆、玉米等免耕化肥下生产力较高,大豆免耕有机肥下生产力较高。低于这个月均降雨值,免耕对作物生产力的影响较小。4.试验证明了玉米、大豆是黄土丘陵沟壑旱作农区免耕下农田抑制杂草较为适宜的作物,其土壤杂草种子库密度分别为1734.3粒·m- 2和2069.7粒·m-2。发现了翻免耕化肥下农田土壤种子库相似性的异向变化趋势〔免耕化肥的土壤种子库相似性较高（0.67～0.92）,翻耕化肥相似性较低（0～0.63）〕,翻免耕有机肥、无肥相似性的同向变化趋势〔翻免耕有机肥、无肥的变化趋势基本一致（0.5～0.8）〕。玉米免耕有机肥、大豆免耕化肥和免耕有机肥分别是黄土丘陵区免耕下农田抑制杂草较为适宜的耕作管理方式,其农田生态效应是能够竞争性抑制杂草的蔓延,优化土壤环境,杂草的多样性高且比较均衡,杂草的种子库密度低,原有生态系统比较稳定。5.试验发现玉米、大豆、红小豆免耕施肥,马铃薯翻免耕有机肥农田土壤脲酶、蔗糖酶田间响应为:在作物生长期活性比较高,收获后活性很快降低。这种响应有利于提高作物生长期土壤肥效,减少作物收获后温室气体的排放。6.确定了具有较高农田生产力和土壤环境生态效益的黄土丘陵沟壑区一种耕作模式为玉米-大豆轮作系统,玉米为免耕化肥,大豆为免耕有机肥。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 选题的意义
• 1.1.1 耕作方式的演变及特点
• 1.1.2 选题的背景
• 1.2 选题的目的
• 1.3 选题的依据
• 1.3.1 理论依据
• 1.3.2 技术依据
• 1.4 国内外研究概况
• 1.4.1 保护性耕作的起源
• 1.4.2 保护性耕作技术的发展
• 1.4.3 保护性耕作的理论研究
• 1.4.3.1 保护性耕作对土壤化学性质影响
• 1.4.3.2 保护性耕作对土壤物理性质影响
• 1.4.3.3 保护性耕作对环境的影响
• 1.4.3.4 保护性耕作对土壤生物的影响
• 1.4.3.5 保护性耕作对作物产量的影响
• 1.5 中国保护性耕作发展中存在的问题与对策
• 1.5.1 中国保护性耕作发展中存在的问题
• 1.5.2 发展保护性耕作的对策及建议
• 1.6 研究目标、内容与技术路线
• 1.6.1 研究目标
• 1.6.2 研究内容
• 1.6.3 技术路线
• 第二章 试验区概况与试验设计
• 2.1 试验区概况
• 2.2 试验设计
• 第三章 作物生理与产量
• 3.1 免耕下灌浆期玉米、鼓粒期大豆叶片过氧化作用和脯氨酸含量的变化
• 3.1.1 测定与分析方法
• 3.1.1.1 测定方法
• 3.1.1.2 数据分析
• 3.1.2 结果与分析
• 3.1.2.1 免耕施肥对灌浆期玉米、鼓粒期大豆叶片 POD 活性的影响
• 3.1.2.2 免耕施肥对灌浆期玉米、鼓粒期大豆叶片 MDA 含量的影响
• 3.1.2.3 免耕施肥对灌浆期玉米、鼓粒期大豆叶片Pro 含量的影响
• 3.1.2.4 免耕施肥对灌浆期玉米、鼓粒期大豆叶片叶绿素含量的影响
• 3.1.3 讨论
• 3.1.4 结论
• 3.2 免耕施肥对盛花期大豆光合生理的影响
• 3.2.1 测定与分析方法
• 3.2.1.1 测定方法及指标
• 3.2.1.2 数据分析
• 3.2.2 结果与分析
• 3.2.2.1 免耕施肥对盛花期大豆光合特性日变化的影响
• 3.2.2.2 免耕施肥对盛花期大豆水分利用效率的影响
• 3.2.2.3 大豆净光合速率与各影响因子日变化的相关分析
• 3.2.3 结果与讨论
• 3.3 免耕施肥下两个轮作系统的生产力及水分利用效率
• 3.3.1 测定指标与方法
• 3.3.2 数据分析与处理
• 3.3.2.1 经济产量及经济效益
• 3.3.2.2 水分利用效率
• 3.3.2.3 数据分析
• 3.3.3 结果与分析
• 3.3.3.1 试验地2007-2008 年降水特征
• 3.3.3.2 免耕施肥对不同作物经济产量的影响
• 3.3.3.3 免耕施肥对不同作物年均经济效率的影响
• 3.3.3.4 免耕施肥对不同作物水分利用效率的影响
• 3.3.4 讨论与结论
• 第四章 免耕施肥下农田土壤种子库特征
• 4.1 土壤种子库的取样与萌发
• 4.2 数据分析与处理
• 4.2.1 土壤种子库密度
• 4.2.2 数据分析
• 4.2.3 物种多样性
• 4.2.4 相似性系数
• 4.3 结果
• 4.3.1 不同作物及处理对土壤种子库的物种组成的影响
• 4.3.2 不同作物及处理对土壤种子库密度分布的影响
• 4.3.3 不同作物及处理对土壤种子库的多样性的影响
• 4.3.4 不同作物及处理对土壤种子库的相似性的影响
• 4.4 讨论
• 第五章 免耕下两种土壤酶活性的变化
• 5.1 测定方法与分析
• 5.1.1 土壤取样
• 5.1.2 测定与数据分析
• 5.2 结果与分析
• 5.2.1 不同作物及处理对土壤脲酶活性的影响
• 5.2.2 不同作物及处理对土壤蔗糖活性的影响
• 5.2.3 四种作物的不同处理对土壤脲酶活性的影响
• 5.2.4 四种作物的不同处理对土壤蔗糖酶活性的影响
• 5.3 讨论与结论
• 第六章 主要结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介