秸秆还田与地膜覆盖耦合对玉米产量及土壤有机质平衡的影响

【摘要】：目前,在我国黄土高原半干旱半湿润地区,地膜覆盖种植模式已成为实现作物增产的重要途径。其中,全膜双垄集雨沟播技术因其集垄沟播种、覆盖抑蒸、集雨保温为一体,在黄土高原雨养农业区作物种植中增产效果显著而被大面积推广,但在提高养分转化和利用效率的同时,地膜覆盖降低了土壤有机质含量,造成地力下降。秸秆因其含有丰富的有机物质,可被作为再生生物资源输入土壤,即可培肥地力,又可改善环境,是旱农可持续发展的良好选择之一。为了进一步加强土地的用养结合和发展生态农业,本试验2008-2012年分别在甘肃省宁县、崇信县、会宁县、通渭县及榆中县进行大田试验,将秸秆还田与地膜覆盖相结合,研究秸秆还田与覆膜耦合对土壤肥力、玉米生长发育及其产量的影响,来评价将秸秆还田引入目前普遍实施的全膜覆盖集雨沟播玉米栽培体系的可行性。试验设四个处理：不还田不覆膜(CK),不还田覆膜(M),还田不覆膜(S),还田覆膜(S+M),三次重复,随机排列。除榆中外,均为秋季秸秆还田,秋季覆膜,次年收获后作物地上部分继续还田,重新覆膜。连续四年(宁县为三年,2011年结束)对作物产量和土壤养分转化进行分析,得出以下结果： 1.秸秆田量为300-500kg/mu(干重),秸秆含水量为60-80%,还田效果较好,对玉米的生长发育及其产量没有不利影响。 2.全膜覆盖对玉米的增产效果显著,还田影响较小。从四年平均产量来看,S+M, M, S处理籽粒产量较CK分别高44-137%、34-129%、12-22%,总生物量较CK处理分别高47-88%、38-80%、10-14%。覆膜条件下,半湿润区的宁县、崇信籽粒增产为34-75%,半干旱区的会宁、通渭、榆中籽粒增产为95-137%,说明覆膜在半干旱区比半湿润区增产效果更显著, 3.覆膜条件下,在玉米生育期前期显著提高土壤温度,特别是0-5cm土层,较不覆膜CK日均增温2.4-5.8℃,提高土壤水分利用效率30-122%；还田条件下,对土壤温度的影响不明显,提高土壤水分利用效率10-15%。 4.秸秆还田与全膜覆盖均提高养分吸收量。S+M、M和S处理较CK提高N吸收量分别为47-101%、41-92%、10-18%；提高P吸收量分别为44-113%、35-103%、11-19%。覆膜提高养分利用效率,其中提高N利用效率5.3-24.0%,P利用效率5.2-15.5%；而秸秆还田对养分利用效率没有显著影响。 5.经过四年玉米栽培,秸秆还田较CK增加了土壤有机碳、全氮、轻组碳、颗粒碳含量,其中,增加有机碳2.4-2.9%、全氮4.5-4.9%、轻组碳25.7-40.4%、颗粒碳5.4-11.7%,随年限有增加趋势；从第二季开始,秸秆还田对碳水化合物有显著影响,作物收获时S较CK增加11-36%。地膜覆盖较CK则降低了土壤有机碳、全氮、颗粒碳和轻组碳含量,分别为1.3-2.3%、5.7-7.3%、8.9-13.2%和3.1-5.3%,年份之间没有显著影响；覆膜对碳水化合物没有显著影响。 6.表层土壤培养10天后,覆膜M土壤呼吸量比CK高7-12%；还田S比CK高2-19%；覆膜和还田均提高了土壤微生物量碳、p-葡萄糖苷酶、碱性磷酸酶和脲酶活性,且秸秆还田对酶活性的显著影响大于地膜覆盖。 7.覆膜提高了土壤无机氮含量,其中,较CK提高0-15em土层无机氮3-22倍；秸秆还田降低了土壤无机氮含量,但处理间没有显著性差异。覆膜和还田均提高了土壤氮的矿化速率：表层土壤培养10天后,覆膜条件下,土壤氮的矿化量较CK提高12-54%；还田条件下,土壤氮的矿化量较CK提高13-39%。 以上结果说明地膜覆盖能够保水保温、促进有机质矿化、提高水分利用效率和养分利用效率,进而达到增产的效果,但同时降低了土壤有机质含量。另一方面,秸秆还田能够刺激微生物活性,增进矿化速率,提高土壤有机质含量,在一定程度上可以弥补由覆膜造成的土壤有机质损失,但在水温调控和有效利用方面不太理想。若将二者有机结合,将会是旱地农业栽培技术中一个全新的种植模式。 【关键词】：秸秆还田 地膜覆盖 玉米 养分利用效率 水分利用效率 土壤有机碳 土壤酶活性 土壤矿化速率
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：S513;S158
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-11
• 第一章 文献综述11-25
• 1.1 黄土高原旱作农业的环境特点11-12
• 1.2 保护性耕作体系的现状与前景12-23
• 1.2.1 国外保护性耕作的应用与发展12-13
• 1.2.2 国内保护性耕作技术体系的发展13-15
• 1.2.2.1 黄土高原保护性耕作面临的问题14
• 1.2.2.2 黄土高原保护性耕作的改进措施14-15
• 1.2.3 地膜覆盖技术的应用与发展15-20
• 1.2.3.1 地膜覆盖技术的应用机理与效果15-18
• 1.2.3.2 地膜覆盖技术的缺点18-20
• 1.2.4 秸秆还田技术体系的应用与发展20-23
• 1.2.4.1 秸秆还田技术的方式及效益20-21
• 1.2.4.2 秸秆还田技术对土壤质量的影响21-23
• 1.3 研究意义与目的23-25
• 第二章 材料与方法25-34
• 2.1 试验点地理概况25-26
• 2.2 材料与设计26-29
• 2.2.1 试验设计26
• 2.2.2 秸秆还田方法26
• 2.2.3 地膜覆盖技术26
• 2.2.4 试验布置与实施26-29
• 2.3 采样与处理29
• 2.3.1 土壤的采集与处理29
• 2.3.2 植物样的采集与处理29
• 2.4 样品分析29-33
• 2.4.1 土壤温度测定29
• 2.4.2 土壤水分测定29-30
• 2.4.3 土壤化学指标测定30-32
• 2.4.4 其他指标测定32
• 2.4.5 植物样品测定32-33
• 2.4.5.1 作物生物量32
• 2.4.5.2 植物样全氮、全磷32
• 2.4.5.3 养分利用效率32-33
• 2.5 统计分析33
• 2.6 辅助试验33-34
• 第三章 秸秆还田与地膜覆盖耦合对土壤水温及作物生物量的影响34-80
• 3.1 结果与分析34-77
• 3.1.1 土壤水分、温度34-46
• 3.1.1.1 生育期降雨量34
• 3.1.1.2 土壤水分34-45
• 3.1.1.2.1 播种与收获时土壤水分剖面分布34-38
• 3.1.1.2.2 土壤水分动态38-45
• 3.1.1.3 土壤温度45-46
• 3.1.2 籽粒产量、生物量46-56
• 3.1.3 养分含量、养分吸收量56-68
• 3.1.3.1 养分含量56-58
• 3.1.3.2 养分吸收量58-68
• 3.1.4 养分利用效率、水分利用效率68-77
• 3.1.4.1 养分利用效率68-73
• 3.1.4.2 水分利用效率73-77
• 3.1.4.3 水分利用效率与养分利用效率相关性77
• 3.2 讨论77-79
• 3.2.1 水分、温度77-78
• 3.2.2 产量78-79
• 3.2.3 水分利用效率、养分利用效率79
• 3.3 小结79-80
• 第四章 秸秆还田与地膜覆盖耦合对土壤有机碳库的影响80-93
• 4.1 秸秆与分析80-89
• 4.1.1 土壤有机碳、全氮80-82
• 4.1.2 轻组碳、颗粒碳82-86
• 4.1.3 收获时碳水化合物86-87
• 4.1.4 秸秆分解率87-89
• 4.2 讨论89-92
• 4.3 小结92-93
• 第五章 秸秆还田与地膜覆盖耦合对土壤微生物活性的影响93-104
• 5.1 结果与分析93-102
• 5.1.1 土壤呼吸93
• 5.1.2 微生物量碳93-96
• 5.1.3 酶活性96-102
• 5.2 讨论102-103
• 5.3 小结103-104
• 第六章 秸秆还田与地膜覆盖耦合对土壤矿化氮的影响104-118
• 6.1 结果与分析104-116
• 6.1.1 播种与收获时土壤表层无机氮104-107
• 6.1.2 表层土壤无机氮动态变化107
• 6.1.3 播种和收获时土壤无机氮剖面分布107-110
• 6.1.4 表层土壤硝态氮、铵态氮含量动态变化110-113
• 6.1.5 矿化氮113-116
• 6.2 讨论116-117
• 6.3 小结117-118
• 第七章 主要结论118-119
• 参考文献119-126
• 在学期间的研究成果126-127
• 致谢127

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