黃土高原半干旱區(qū)土壤改良和耕作措施對玉米產(chǎn)量和品質(zhì)的影響及機(jī)理
發(fā)布時間:2017-12-14 11:26
本文關(guān)鍵詞:黃土高原半干旱區(qū)土壤改良和耕作措施對玉米產(chǎn)量和品質(zhì)的影響及機(jī)理
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【摘要】:中國對玉米的需求正在日益增加,特別是近年來畜牧業(yè)快速發(fā)展導(dǎo)致糧飼兼用玉米需求劇增。近年來全膜雙壟溝播技術(shù)的成功應(yīng)用使得黃土高原半干旱雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)成為了北方玉米主產(chǎn)區(qū)之一。大量玉米及秸稈飼料化為畜牧業(yè)發(fā)展帶來了新的機(jī)遇,也使得提高玉米籽粒和秸稈品質(zhì)成為一個新的重要研究課題。農(nóng)藝措施的改進(jìn)是提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)的主要途徑,而農(nóng)藝措施對土壤碳排放的影響也是氣候變化背景下不容忽視的熱點(diǎn)問題。為此,本研究通過設(shè)置施氮水平、不同土壤改良劑和耕作方式三個試驗,旨在通過優(yōu)化土壤改良和耕作措施來提高糧飼兼用玉米籽粒和飼料產(chǎn)量,改善品質(zhì),同時提高碳排放效率,并探究其高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、可持續(xù)的機(jī)理。施氮水平試驗包括:N_0:0 kg ha~(-1),N_(100):100 kg ha~(-1),N_(200):200 kg ha~(-1),N_(300):300 kg ha~(-1)四個主處理,副處理為兩類施肥時期,即?基肥+?開花期(T1)和?基肥+?開花期+?灌漿期(T2)。土壤改良試驗包括無改良劑(NA)、豬糞(SM)、玉米秸稈(MS)和豬糞與化肥相結(jié)合(SC)四個處理。耕作方式試驗包括傳統(tǒng)耕作(CT)、旋耕(RT)、深松耕(SS)和免耕(NT)四個處理。以上三個試驗均始于2012年,本研究在2014、2015和2016三年完成,主要結(jié)果如下:1.N_(300)處理下玉米產(chǎn)量分別較N_0、N_(100)、N_(200)提高了79%、56%和8%,并且T1處理較T2增加了8%。土壤改良試驗中,豬糞與化肥結(jié)合(SC)處理的籽粒和飼草產(chǎn)量比NA增加了69%和65%。深松耕(SS)處理的籽粒和飼料產(chǎn)量較CT增加了20%和24%。因此,氮肥用量300 kg ha~(-1),分1/3基肥和2/3開花期兩次施,豬糞與化肥相結(jié)合施用,深松最有利于提高糧飼兼用玉米的產(chǎn)量。2.隨著玉米的成熟,其粗蛋白(CP)含量在降低,酸性洗滌纖維(ADF)和中性洗滌纖維(NDF)含量在增加,相對飼料價值降低。整個生育期內(nèi),N_(300)處理的CP含量分別比N_0,N_(100)和N_(200)提高了42%,19%和3%;,N_(100)、N_(200)、N_(300)處理ADF和NDF含量相比N_0處理增加。SC處理粗蛋白比SM和MS平均提高了6%。與NA相比,不同的土壤改良處理具有較低的酸性洗滌纖維和中性洗滌纖維含量,因而飼用價值較高。不同耕作方式對粗蛋白、酸性洗滌纖維和中性洗滌纖維無顯著影響。因此,氮肥用量300 kg ha~(-1),豬糞與化肥相結(jié)合施用有利于改善糧飼兼用玉米籽粒和飼料品質(zhì),但耕作措施對玉米品質(zhì)無作用。3.不同氮肥用量中N_(300)碳排放量最高,但因其產(chǎn)量也最高,所以碳排放效率比N_0提高了53%。類似地,不同的土壤改良措施中,SC處理碳排放效率最高。與傳統(tǒng)耕作相比,深松耕、免耕和旋耕降低了碳排放,增加了產(chǎn)量,因此各處理碳排放效率分別提高了54%,33%和12%。高產(chǎn)處理耗水量也多,但籽粒水分利用效率也高。氮肥用量300 kg ha~(-1),豬糞與化肥相結(jié)合施用,以及深松提高了籽粒水分利用效率。4.施氮量、土壤改良劑和耕作方式對不同處理土壤含水量有顯著影響。個氮肥用量中,N_(300)處理全生育期0-110cm平均土壤含水量最高,但灌漿期和成熟期0-30 cm土壤含水量低于N_0。土壤改良處理中,SC處理全生育期0-110cm土壤含水量最高,其次為SM,MS處理最低,但NA處理花期(播種后90天)和灌漿期(播種后120天)0-30cm的土壤含水量高于其它處理。此外,少耕改善了土壤物理和化學(xué)性狀,與傳統(tǒng)耕作相比,深松耕下的容重增加了9%、飽和導(dǎo)水率增加了23%,土壤孔隙度增加14%,MWD增加了31%;而免耕處理較傳統(tǒng)耕作的土壤碳、氮含量明顯增加。因此,氮肥用量300 kg ha~(-1),豬糞與化肥相結(jié)合施用,可以提高全生育期0-110cm土壤含水量,深松改善淺層土壤物理質(zhì)量。5.與N_0相比,N_(300)具有較高的葉面積指數(shù)、葉綠素含量、葉水勢;氣孔導(dǎo)度(gs)、光合速率(PN)、蒸騰速率(E)分別比N_0提高了59%、80%和85%。T1處理gs、PN、E分別比T2提高了15%、19%和13%。SC相對于NA顯著增加了玉米葉面積指數(shù)(33%)、葉綠素含量(12%)和葉水勢(17%)。SS處理光合作用加強(qiáng)的主要原因是其較高的土壤含水量。因此,氮肥用量300 kg ha~(-1),豬糞與化肥相結(jié)合施用以及深松可以提高葉面積指數(shù)、葉綠素含量、葉水勢,促進(jìn)玉米光合作用。6.土壤含水量與gs,PN,E,籽粒產(chǎn)量,飼料產(chǎn)量以及籽粒水分利用效率高度顯著正相關(guān),表明不同土壤改良和耕作措施提高了土壤含水量,從而改善了玉米光合作用,提高了糧飼兼用玉米產(chǎn)量和品質(zhì)。綜上所述,氮肥用量300 kg ha、豬糞與化肥相結(jié)合和深松耕通過增加土壤含水量、改良土壤物理性狀,改善作物光合作用,從而增加糧飼兼用玉米產(chǎn)量和水分利用效率,改善其品質(zhì)。因為品質(zhì)指標(biāo)改善,糧飼兼用玉米飼料相對價值也提高了。深松也可以提高產(chǎn)量和水分利用效率,但對品質(zhì)無作用。氮肥用量300 kg ha~(-1)、豬糞與化肥相結(jié)合增加土壤碳排放,但因其高產(chǎn),所以碳排放效率提高。深松耕可以減少碳排放、提高碳排放效率。因此,提高氮肥用量,豬糞與化肥相結(jié)合和深松耕是有利于半干旱黃土高原糧飼兼用玉米高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)并提高碳排放效率的土壤改良和耕作措施。
【學(xué)位授予單位】:甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】:博士
【學(xué)位授予年份】:2017
【分類號】:S513
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本文編號:1287733
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