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论文不同耕作措施对农田水分调控效应研究
不同耕作措施对农田水分调控效应研究
齐其朋(农学院农学专业)
摘要:
为探究不同耕作措施对夏玉米田的蓄水保墒效果以及对作物产量的影响,在大田条件下以夏玉米为主要研究对象,针对其不同生育时期,测定了深耕、深松和免耕3个不同处理的土壤含水量以及玉米光合等。
结果表明:
在夏玉米生长前期,不同处理之间0-80cm土壤水分相差较大,而后期则差异减小,且大致呈“S”型,苗期土壤0-80cm土壤水分表现为:
深松>深耕>免耕,80-100cm的则相反;免耕较深松能显著提高0-120cm土壤贮水量,另外还能显著提高夏玉米灌浆中期单叶水分利用率;不同处理的产量表现为:
深松>深耕>免耕,但不存在显著性差异。
总之,免耕处理夏玉米前期光合速率较高,且能显著提高土壤贮水量,因此,在该试验地区,实施免耕的保护性耕作既有利于提高作物产量,也有助于提高水分利用率。
关键词:
夏玉米;耕作措施;土壤水分;产量
TheEffectsofDifferentTillageRegimesonSoilMoistureDistributionanditsRegulation
QIQi-peng(Agriculture2009-1ofAgronomyCollege)
Abstract:
Afieldexperimenthasbeenconductedtoexploretheeffectofdifferenttillageregimesonthesoilwaterretentionandtheyieldofsummermaize.Soilmoisture,photosynthetictraitsandwateruseefficiencyweremeasuredindifferentgrowthstagesofthemaizeunderdeeptillage,deepscarificationandno-tillage.Theresultsshowedthattillagetreatmentssignificantlyaffectedthesoilmoisturecontentin0-80cmlayerinearlygrowthstageofsummermaize,whilethedifferenceofsoilwatercontentamongthreetillagetreatmentdecreasedwithan“S”shape.Soilwatercontentof0-80cmlayerinearlygrowthstagewasfollowedtheorder:
deepscarification>deeptillage>no-tillagewhereasareversedorderin80-100cmsoillayer.No-tillagecansignificantlyincrease0-120cmsoilwaterstorageinthewholegrowthseasonandwateruseefficiencyofleafinmiddlegrainfillingstagethandeepscarification.Yieldofdifferenttreatmentsshoweddeepscarification>deeptillage>no-tillagewithoutsignificantdifference.Insummary,no-tillagewouldnotonlyimprovemaizeyieldandwateruseefficiency,butcanalsoimprovethesustainabledevelopmentofagricultureinthisregioninthelong-term.
Keywords:
summermaize;tillageregime;soilmoisture;yield
【本研究的重要意义】土壤耕作是农业生产活动的一项主要内容,研究表明,农业生产劳动量中约有60%从事于不同的土壤耕作活动,农业生产资金中约有1/3消耗于土壤耕作[1-3]。
因此,本研究针对大田作物不同的耕作措施,通过测定不同的耕作措施下作物的光合以及土壤水分等,研究耕作措施对夏玉米生长及产量的影响。
通过此项研究,对于提高农田工作效率、增加作物产量以及保证粮食安全具有重要的意义。
【前人研究进展】保护性耕作是一项现代农业生产技术,其目的在尽可能多地保持作物残茬覆盖地表,增加土壤肥力和蓄水纳墒能力,持续提高农业综合生产水平[4]。
甘作勋、丛日凡自1993-1999年通过研究玉米的传统耕作和不同作物轮作,利用土壤质量指数和土壤无机碳含量可比较土地利用和耕作措施对土壤的影响,如CTCC的土壤质量指数最小。
加入水分研究分析的文献NTCC和CTCC的土壤质量指数差异显著,但NTCC和CTCC的土壤无机碳含量差异不显著[5]。
丁昆仑、M.J.Hann通过夏玉米田间试验研究了不同耕作措施及秸秆覆盖对土壤特性、水分状况、作物产量及水分利用效率的影响。
其结果表明秸秆覆盖可以提高土壤蓄水量及水分利用率;深松可以增加根重、根深、根长,提高水分利用率和作物产量;免耕可以提高早起田间土壤含水率,保持相同产量[6]。
王春虎、王文平进一步研究了不同耕作措施对玉米磷含量的影响,表明深旋耕的植株穗磷含量比免耕的高0.43g/kg,提高15.58%[7-8]。
代快、王燕等进一步通过不同耕作措施对旱作春玉米农田土壤呼吸影响的研究,通过呼吸速率均值证实了免耕C658mg/(m2.d)、少耕C650mg/(m2.d),比传统耕作高0.1%和1.4%[9]。
李艳、黄冠华也研究了不同耕作措施对土壤水分和青贮夏玉米水分生产率的影响,得到了覆盖免耕比翻耕和燃茬免耕产量提高11%和9%,青贮夏玉米水分生产率分别提高了11.7%和14.8%[10]。
所有前人研究中都是针对不同耕作措施对作物的不同方面,尤其是土壤方面进行了研究,很少有对于植株生长的全生育期进行系统的测量,缺少系统的全方位的研究。
【拟解决的关键问题】因此本研究通过大区试验,对夏玉米进行了系统的深松、深耕、免耕处理。
旨在通过研究不同耕作措施对作物不同生育期的水分、产量等各方面的影响,以探究不同的耕作措施对土壤、作物的影响,为提高土壤的保水蓄墒能力、增加作物产量提高理论依据和技术支撑。
1材料与方法
1.1试验地概况
本试验于2012年6月-2012年10月在中国农业科学院新乡灌溉所商丘实验站(北纬34°35.222′,东经115°34.515′)进行,多年平均降水量为708mm,年蒸发量为1735mm,年平均气温13.9℃,≥0℃积温在4723℃以上,无霜期在206d左右。
全年可照时数4430.8h,实照时数2508.8h,日照率为55%。
太阳总辐射量达4823MJ·m-2·a-1。
该试验地为冬小麦-夏玉米轮作。
土壤为潮土,土壤基础肥力如下表:
表1不同耕作处理土壤基础肥力
Table1Soilfertilityofdifferenttreatments
深松
深耕
免耕
0-20
20-40
0-20
20-40
0-20
20-40
碱解氮
11.84
12.94
12.84
18.17
13.84
19.57
速效磷
16.46
6.30
9.96
5.46
10.38
9.02
速效钾
220.5
120
118.5
126
97.5
157.5
1.2试验设计
1.2.1前期处理
冬小麦成熟后机械化收获秸秆还田,试验采用大区试验设计,深耕处理用大型拖拉机携带铧式犁耕翻土壤,耕深30cm,用旋耕耙耙平;深松处理用西安大洋现代农业机械装备有限公司制造的深松机,间隔60cm,深度为35cm。
收获后各处理统一浇地,然后种植播种,夏玉米全部采用免耕技术播种。
1.2.2田间设计
试验采用等行距种植,株距22.2cm,行距60cm,密度5000株/亩。
试验设置深耕、深松和免耕三种耕作方式处理,采用单因素大区试验设计,4次重复,共12个小区,小区面积为12m×20m,小区间无隔离带,试验区周围留2米保护行。
6月10日进行整地处理。
还田免耕1
2
3
4
还田深松1
2
3
4
还田深耕1
2
3
4
保护行
图1种植示意图
Fig1Schematicdiagramofplanting
1.3试验材料
夏玉米品种为农华101,全部生育期用大象牌中美合资复合肥(N-P2O5-K2O:
30-6-0),施肥量为20kg/亩纯氮。
3叶间苗,5叶定苗,小喇叭口期一次施入大象牌中美合资复合肥(N-P2O5-K2O:
30-6-0)14kg/亩纯氮,在生长期间土壤不缺水一般不浇灌,若遇到降雨较少年型,可酌情进行补灌,每次补灌水40m3/亩。
病虫杂草防治等按高产田进行管理。
1.4测定指标及所用仪器
1.4.1测定指标
①记载各处理夏玉米的生育期和生育时期(播种期、出苗期、拔节期、大口期、抽雄期、吐丝期、乳熟期和成熟期(生育时期记载以小区50%以上为植株为准));
②植株测定:
5叶定苗后,在每个小区标记生长一致20棵苗挂牌。
在苗期(5叶)、拔节期、喇叭口期、抽雄期、灌浆期、收获期,重复3次测定以下项目:
a绿叶叶面积:
每小区确定3株,定株测定,待叶片完全展开后,用长宽系数法(LA=L×W×0.75,式中0.75为校正系数,L表示叶片中脉长度,W表示叶片最大宽度,单株叶面积为全株展开叶叶面积之和)测定不同叶位展开叶的绿叶叶面积,并标记出叶序(展开叶时期);
b单叶光合参数:
用LI-6400光合仪测顶部第一片展开叶,抽雄后测定穗位叶;(WUE=Pn/Tr,WUE:
单叶水分利用率,Pn:
净光合速率,Tr:
蒸腾速率);
C在成熟期每个处理的每个重复小区收获3m双行,籽粒脱离后晒干(含水量13%)用于测定产量,每小区取5个单株进行考种(穗长、穗粗、秃尖长、穗行数、行粒数)。
③土壤测定:
A播种前取0-40cm耕层土壤用于测定基础肥力速效氮(碱解扩散法)、速效钾(火焰光度法)、速效磷(钼锑抗分光光度法);
B土壤水分动态:
在播种后,各个关键时期0-120cm每间隔20cm土层取土测定土壤质量含水量(m%)(烘干法);
C与土壤水分动态测定同步计算土壤贮水量
土壤蓄水量计算公式:
W=h×p×b%×10
式中:
W为土壤蓄水量(mm);h为土层深度(cm);p为土壤容重(g.cm-3);b%为土壤质量含水量。
④整个生育期的玉米长势,各个处理的长势,现场拍照素材。
1.5数据分析
数据基本处理和作图使用MicrosoftOfficeExcel2007,显著性分析使用SAS统计软件。
2结果与分析
2.1不同耕作措施对夏玉米不同生育时期土壤水分的影响
由图可知,在夏玉米的整个生育时期0-120cm土壤含水量都较高,质量含水量保持在在18%-29%,拔节期及其之后质量含水量都在20%以上。
苗期土壤0-80cm土壤水分表现为:
深松>深耕>免耕,而80-100cm则表现为:
免耕>深耕>深松,并且深松处理60-100cm土壤含水量与其他两处理差异较大;拔节期0-80cm三个处理的土壤水分相差较大,而80-100cm的几乎相同;灌浆期和收获期不同处理0-120cm土壤水分相差都不大,且含量较高。
图2不同耕作措施对夏玉米不同生育时期土壤水分的影响
Fig2Effectsofdifferenttillageregimesonsoilmoistureduring
Summer-maizegrowthstages
2.2不同耕作措施对夏玉米不同生育时期土壤贮水量的影响
由表可以看出,在夏玉米的不同生育时期,免耕处理的0-120cm的土壤贮水量均显著高于深松处理;在灌浆期和收获期,免耕处理的显著高于深耕处理,其他两个时期不显著;而深松和深耕处理只在苗期存在显著性差异,拔节-收获期则差异均不显著。
这说明了免耕处理对夏玉米田0-120cm土壤贮水量影响显著,对土壤需水保墒效果明显。
而深耕和深松处理没有显著的表现差异。
表2不同耕作措施对夏玉米不同生育时期0-120cm土壤贮水量的影响
Table2Effectsofdifferenttillageregimesontotalsoilwatercontentof0~120cm
soilprofileinsummermaizegrowthperiod
耕作
处理
苗期
(mm)
拔节期
(mm)
灌浆期(mm)
收获期
(mm)
深耕
363.84a
416.69ab
432.11b
429.42b
深松
341.47b
412.43b
433.81b
433.07b
免耕
382.31a
444.68a
466.26a
468.76a
2.3不同耕作措施对作物光合参数及单叶水分利用率的影响
由表可知,在夏玉米小喇叭口期,免耕处理的净光合速率均显著大于深松处理,与深耕处理间不存在显著性差异,而各处理夏玉米单叶水分利用率均不存在显著性差异;灌浆中期,各处理光合速率没有显著性差异,深耕处理的气孔导度和蒸腾速率均显著大于深松和免耕处理,而单叶水分利用率显著低于免耕处理。
这说明了,免耕处理有利于玉米前期的光合作用,提高后期的单叶水分利用率;深耕处理在玉米生长后期能显著提高其光合作用;深松处理没有明显的优势表现。
表3不同耕作处理对夏玉米光和参数及单叶水分利用率的影响
Table3Effectsofdifferenttillageregimesonphotosynthesisandwateruseefficiency
ofsummer-maizeleaf
处
理
小喇叭口期
灌浆中期
Pn
Gs
Tr
WUE
Pn
Gs
Tr
WUE
μmolm-2s-1
molm-2s-1
mmolm-2s-1
(%)
μmolm-2s-1
molm-2s-1
mmolm-2s-1
(%)
SG
26.36ab
0.18a
4.34ab
6.05a
34.53a
0.40a
8.78a
3.92b
SS
21.84b
0.12b
3.57b
6.12a
30.53a
0.28ab
6.75ab
4.68ab
MG
28.40a
0.18a
4.79a
5.95a
30.87a
0.16b
4.21b
8.34a
2.4不同耕作措施对作物产量的影响
由表可知,深松处理的夏玉米穗长和行粒数显著大于免耕处理,与深耕处理之间差异不显著,而秃尖长则显著小于深耕和免耕处理;不同处理之间的穗粗、穗行数、百粒重及产量之间均不存在显著性差异,其中产量结果表现为:
深松处理>深耕处理>免耕处理。
表4不同的耕作处理对夏玉米产量及穗部形态的影响
Table4Effectsofdifferenttillageregimesonyieldandearmorphology
ofsummer-maize
耕作
处理
穗粗(mm)
穗长(cm)
秃尖长(cm)
穗行数
行粒数
百粒重(g)
实测产量(kg/亩)
SG
49.49a
17.88ab
1.74a
12.53a
35.40ab
30.04a
516.30a
SS
49.69a
18.57a
0.61b
12.80a
38.20a
30.41a
533.81a
MG
47.85a
16.79b
1.82a
12.53a
33.20b
29.58a
433.19a
3讨论
3.1通过本试验,验证了丁昆仑、M.J.Hann的研究:
免耕可以提高土壤早期的土壤含水率和水分利用效率[6]。
验证了李艳、黄冠华的不同耕作措施对土壤水分和青贮夏玉米水分生产率的影响[10]。
免耕处理可以保持土壤水分,从而促进玉米对土壤水分的吸收,也提高了前期玉米光合作用和单叶水分利用率。
由于跟前人相比研究的范围有所不同,正如代快、王燕等通过不同耕作措施对旱作春玉米农田土壤呼吸影响的研究验证了免耕比传统耕作提高了0.1%[9]。
深松处理在苗期土壤水分上表现突出,对土壤水分保持具有重要意义;在产量表现上有优势,尤其是行粒数和穗长表现尤其明显。
深耕处理在灌浆中期气孔导度和蒸腾速率均比免耕和深松处理高。
总之,免耕处理通过各个方面提高了作物的水分利用效率,对大田作物栽培具有一定的指导意义。
3.2本试验较前人试验对比,从多个方面,更全面,更系统的进行了不同耕作实验的处理,对于前人的研究是一个更深的研究。
尤其是在不同耕作措施,从土壤水分、土壤贮水、光合参数、单叶利用率和考种多个方面,多个层次获得了突破性的进展。
3.3经过此试验,我深深的感受到做科学,不可以单一的去考虑,大田作物受到各方面的影响,因此需要多方面,多层次的去考虑问题。
由于前期水分浇灌和天气的影响,水分的处理不是很理想。
还需要后人继续关注,控制好各个因素,从而达到玉米理想的生长环境。
做出更好的研究结果,应用到实际的生产生活之中。
4结论
本试验,从玉米生长的各个时期及其不同指标(土壤不同土层的水分分析、土壤贮水分析、光合参数、单叶利用率等)的研究,单从这一年的试验来看,免耕处理对于夏玉米的蓄水保墒、水分利用率具有很大的促进作用,而深松处理的产量具有明显的优势。
总之,免耕处理对于夏玉米的蓄水保墒,水分利用具有很好的作用。
本试验验结合前人的研究,综合各项指标对玉米的生长做了一个系统化的研究。
总之,免耕处理:
(1)、在玉米生长的关键时期(拔节期、灌浆期)有显著的蓄水保墒作用;
(2)、对夏玉米田0-120cm土壤贮水量影响显著,对土壤需水保墒效果明显;(3)、有利用玉米前期的光合作用,提高后期的单叶水分利用率。
深耕处理在玉米生长后期能显著提高其光合作用。
深松处理在玉米的产量表现上有很大的优势。
当然这个还需要进一步的实验,从而获得更可靠的试验数据。
5致谢
整个实习过程中,感谢王老师对我的鼓励和指导,才让我学会了那么多,才让我深化了专业知识,开阔了自己的视野。
认识到做农业的不容易,特向那些一直为农业事业奋斗的人致敬。
感谢李小艳、齐爽师姐对我实习的不断指导,对我成长的帮助。
从她们身上学习到做事情要有严谨的态度,要有奉献的精神。
感谢我们一起实习的兄弟姐妹,一起走过,一起学习,感谢他们对我的帮助!
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