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《山西农业大学》 2018年
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旱地春玉米水分高效利用技术调控及增产潜力研究

梁改梅  
【摘要】:随着全球气候的变暖、干旱的加剧、水资源的严重短缺,旱地农业对保障未来全球粮食可持续发展具有十分重要的战略地位。能否实现对自然降水的有效保持和高效利用就成为旱地农业可持续发展的关键。如何通过保水、蓄水、用水来提高旱地作物产量和农田水分生产效率,有着十分重要的科学意义与实践价值。本研究通过田间定位试验,于2013-2017年先后在黄土高原中部山西旱作农田开展集雨覆盖保水、耕作增容蓄水、群体调控用水等多种水分调控模式,以探讨减蒸保水、耕作蓄水及作物用水与作物生长发育、产量和水分利用效率的关系。并对不同水分调控模式作物增产增效机理进行了分析。具体研究结果如下:1.通过对旱地玉米田集雨覆盖保水调控研究,表明窄膜+秸秆二元覆盖(MS)显著提高0-160cm 土层土壤水平和垂直含水量,三年平均提高30.8mm,提高10.1%。覆盖有效调节了土温,窄膜+秸秆二元覆盖、宽膜覆盖和窄膜覆盖处理0-15cm 土层平均地温较对照分别增加0.91℃、0.64℃和0.63℃,全生育期土壤积温较对照也相应提高12.5%、6.4%和7.9%。覆盖改善了耕层土壤水分和温度,促进了玉米地上、地下部的生长发育。覆盖减少了生育期耗水量,在同一试验年份,窄膜+秸秆二元覆盖的ET值总是低于其他两个覆膜处理。窄膜+秸秆二元覆盖(MS)比露地平作(CK)增产21.3%,三年平均水分利用效率(WUE=30.9 kg ha-1mm-1)较CK提高30.4%。尤其干旱和正常年份,MS处理WUE提高显著。窄膜+秸秆二元覆盖鉴于秸秆和地膜的组合效应优于单一的覆膜效应,保墒、蓄墒效果显著,是旱地农业有效的覆盖保水调控措施。2.合理耕作及秸秆还田能改善土壤结构,增加土壤蓄水。研究表明,免耕和深松提高了 0-200cm的土壤水平及垂直含水量,增加了土壤有效库容。免耕秸秆还田和深松秸秆还田提高休闲期土壤贮水量69.12mm和68.89mm,分别提高16.6%和17.0%,玉米生育期平均0-200cm的土壤贮水量也表现较好的贮水效果。研究进一步对日降雨量与日蓄水量变化拟合可知,当日降雨量5mm时,免耕处理可拦截有效降雨,使降雨就地入渗。而深松增加了土壤孔隙度,可有效收集5mm的无效降雨。从土壤日耗水与产量相关性分析表明,免耕秸秆还田和深松秸秆还田处理的耗水规律更有利于玉米籽粒产量的提高。不同耕作及还田组合各处理水分利用效率差异显著(p0.05)。免耕秸秆还田和深松秸秆还田改善了土壤结构、增加了水分的入渗、保持,提高了 WUE,是旱地蓄水保墒的最佳耕作组合模式。3.适宜的群体密度和补灌也可有效调控土壤水分。研究表明,充分灌溉和有限灌溉玉米籽粒产量均高于不灌溉,其增产幅度为4.83~11.88%。但不同补灌水平下产量未达显著差异。不同补灌和密度处理间WUE存在明显差异。从不同补灌水平对WUE效应看,有限补灌提高了土壤深层水分的利用,减少了土壤日耗水量,提高了水分利用效率。从不同群体密度对WUE效应看,密度6.0万株/hm2时水分利用效率(WUE=28.46 kg/hm2.mm)最高,分别较4.5万株/hm2、7.5万株/hm2、9.0万株/hm2提高了 9.4%、2.7%和9.1%。因此,在干旱半干旱地区,在充分灌溉难以实现的条件下,在保证种植密度为6.0万株/hm2时实施有限补灌是提高作物产量和WUE的有效途径。4.产量潜力的提高也是实现WUE提高的前提。研究表明,优化模式与常规模式产量差为3549.9 kg/hm2,且产量潜力受不同年际间降雨和栽培环境因素的影响变异较大,试验区5年产量年际变幅在27.4%~39.8%。各因子对产量的量化分析表明,覆膜、密度因子对产量的贡献较大,是限制产量提升的关键,而氮肥因子贡献最小。优化模式较常规模式提高了玉米产量和WUE。
【学位授予单位】:山西农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:S513

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