黑土區(qū)秸稈覆蓋耕作技術(shù)保墑機(jī)理及生態(tài)效益研究.pdf

1、松嫩平原位于黑龍江省的西南部，土質(zhì)肥沃，氣候溫和，主要盛產(chǎn)玉米、大豆、小麥、亞麻等作物，是重要的商品糧生產(chǎn)基地。由于該地區(qū)位于中緯度地區(qū)，溫帶大陸性季風(fēng)氣候，該地區(qū)的種植主要依靠雨水給養(yǎng)。近些年來，由于生態(tài)環(huán)境的日益惡化，地下水位下降，年內(nèi)降水分配不均勻，導(dǎo)致該地區(qū)在春季播種期極易出現(xiàn)春旱的現(xiàn)象。秸稈覆蓋技術(shù)作為一種較為高效的農(nóng)田栽培模式，由于其具有蓄水保墑，改善農(nóng)田土壤環(huán)境的理化性質(zhì)以及土壤的水熱效應(yīng)，在國內(nèi)外的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到了大量的

2、探究與驗(yàn)證。我國對于秸稈覆蓋的種植模式也進(jìn)行了相關(guān)的研究，大多數(shù)試驗(yàn)是針對于西北干旱地區(qū)，解決了區(qū)域性的農(nóng)業(yè)水土資源高效合理利用問題，但是，這些研究限于作物品種的差異和植物生長區(qū)的氣候差異，相同的覆蓋措施會有不同的作用效果，因此，尋求適合于北方松嫩平原黑土地區(qū)的覆蓋栽培模式，合理利用黑土資源，提高土壤水分利用效率，提高糧食產(chǎn)量是亟需解決的問題。
　　本文以松嫩平原腹地的哈爾濱香坊農(nóng)場為試驗(yàn)地點(diǎn)，選用適宜北方地區(qū)生長的玉米“東農(nóng)25

3、4”作為試驗(yàn)品種，分別設(shè)置了對照組、裸土留茬、條帶留茬、碎桿覆蓋和整桿覆蓋五種不同的覆蓋處理模式，探討了不同處理方式以及秸稈覆蓋量的差異對于該地區(qū)的玉米土壤水熱狀況和玉米植株產(chǎn)量的影響。通過分析農(nóng)田生態(tài)環(huán)境指標(biāo)的差異、植株長勢的異同以及土壤水分利用效率的對比，并且采用農(nóng)田SPAC土壤水分傳輸模型對不同覆蓋條件下土壤水分的運(yùn)移狀況進(jìn)行了模擬，分析結(jié)果對于提高松嫩平原黑土地區(qū)的水土資源利用率和發(fā)展高效的栽培種植模式提供實(shí)踐指導(dǎo)意義。主要成果

4、如下：
　　(1)在5種不同覆蓋處理?xiàng)l件下，土壤溫度整體會隨著環(huán)境溫度的升降而發(fā)生不同幅度的波動。由于對照組無秸稈覆蓋，因此該處理?xiàng)l件下的土壤溫度變幅較大，土壤溫度的變化范圍為13.9～28.1℃，隨著秸稈覆蓋量的增加，裸土留茬處理區(qū)域的土壤溫度的變化范圍為15.2～26.1℃，而碎桿覆蓋區(qū)域的土壤溫度變化范圍則為15.6～25.3℃，體現(xiàn)為土壤溫度隨著覆蓋量的增加而變幅降低，同時(shí)，秸稈覆蓋區(qū)域的土壤溫度在植株生長各生育期內(nèi)土壤溫

5、度處于一個(gè)相對較高的水平。對于土壤中的含水率，在0-30cm土層之間的變化程度最為明顯，在玉米植株生長過程中，土壤含水率整體體現(xiàn)出先降低后增加的趨勢，由于秸稈的存在抑制了無效水的蒸發(fā)，因此，在不同生育時(shí)期內(nèi)，秸稈覆蓋條件下的土壤含水率高于對照組。在7月中旬，玉米處于生長最旺盛的時(shí)期，此時(shí)裸土留茬處理?xiàng)l件下的土壤含水率為24.3％，帶留茬處理?xiàng)l件下的土壤含水率為23.1％，碎桿覆蓋和整桿覆蓋處理?xiàng)l件下的含水率分別為25.7％和25.9％，

6、分別相對于對照組提升了1.6％、0.4％、3.0％和3.2％，隨著秸稈覆蓋量的增加，對于土壤的保水效果越優(yōu)越。
　　(2)從作物的生長發(fā)育進(jìn)程來看，首先，秸稈的覆蓋影響了作物幼苗的萌發(fā)，由于水分和熱量的綜合效應(yīng)影響，在5種不同的覆蓋處理?xiàng)l件下，條帶留茬和整桿覆蓋處理兩種處理?xiàng)l件下的出苗狀況要弱于其他三種處理情況。而對于植株的個(gè)體生長長勢、葉面積指數(shù)、莖粗和根系密度等植株性狀進(jìn)行衡量可知，對照組的植株株高為261.2cm，裸土留茬、

7、條帶留茬、碎桿覆蓋和整桿覆蓋處理?xiàng)l件下的植株株高分別為267.3cm、259.4cm、267.7cm和258.7cm，其中覆蓋條件中的碎桿覆蓋和裸土留茬處理?xiàng)l件的玉米株高優(yōu)勢較為明顯。對于莖粗、葉面積植株體現(xiàn)出同樣的變化規(guī)律。分析植株根系密度以及根系的分布狀況可知，植株的根系主要分布于土壤表層的10-20cm之間，水平方向12.5-25cm范圍之內(nèi)，該區(qū)域的根系的分布律達(dá)到90％以上，同時(shí)，隨著生育期的進(jìn)行，植株的根系不斷向下延伸，隨著

8、秸稈覆蓋量的增加，在不同土層處，植株的根系密度有了一定程度的增加，表明覆蓋使得植株的地下和地上部分都體現(xiàn)出較強(qiáng)的生長優(yōu)勢。
　　(3)在玉米種子的播種前和秋收后，土壤中的養(yǎng)分會出現(xiàn)不同程度的變化，其中，土壤的容重在植株生育的末期要低于播種前的狀況，原因是植株的生長過程消耗了土壤中的大量的有機(jī)和無機(jī)物質(zhì)。而在不同覆蓋處理?xiàng)l件下，土壤的容重差異也存在著一定的差異，在4種覆蓋處理?xiàng)l件中，碎桿覆蓋和裸土留茬兩種條件下，土壤的干容重變化差異

9、較大，說明這兩種土壤環(huán)境較為適合植株的生長發(fā)育，對于土壤養(yǎng)分的運(yùn)輸能力較強(qiáng)。另外，在全氮、速效磷、速效鉀的吸收過程中，隨著秸稈覆蓋量的增加，元素的消耗量逐漸的增大，植株對元素的吸收能力越強(qiáng)。
　　(4)收集不同試驗(yàn)地塊的玉米果實(shí)，統(tǒng)計(jì)其玉米穗部性狀中的穗長、穗粗、禿頂長、行粒數(shù)、穗粒數(shù)以及百粒重等特性指標(biāo)，進(jìn)而求算每公頃面積的玉米產(chǎn)量，其中對照組的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量為9131.3kg·hm2，而裸土留茬、條帶留茬、碎桿覆蓋和整桿覆蓋處理?xiàng)l件

10、下的作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量分別為10126.52kg·hm2、10010.94kg·hm2、10416.28kg·hm2和9383.34kg·hm2，分別相對于對照組提升了10.89％、9.62％、14.07％和2.76％。在研究玉米穗部性狀中影響產(chǎn)量的重要因素可知，行粒數(shù)與產(chǎn)量的相關(guān)關(guān)系最為密切，二者的相關(guān)系數(shù)為0.8845。另外，根據(jù)植株的干物質(zhì)積累推算出不同覆蓋處理?xiàng)l件下玉米植株地上部分和地下部分的相對生長率和凈同化率，經(jīng)對比可知，在植株生

11、育的各個(gè)時(shí)期內(nèi)，植株地上部分相對生長率要高于地下部分的相對生長速率，同時(shí)覆蓋條件的植株生長狀況要優(yōu)于對照組。而在經(jīng)濟(jì)效益的角度來分析不同覆蓋處理?xiàng)l件的差異性效果可知，對照樣地的糧食純收入為9396.83元，裸土留茬、條帶留茬、碎桿覆蓋和整桿覆蓋處理?xiàng)l件的純收益分別為10811.93元、10615元、11217.05元和9532.34元，其中，裸土留茬和碎桿覆蓋處理?xiàng)l件的產(chǎn)投比相對較高，經(jīng)濟(jì)效益顯著。從節(jié)水效益的角度分析，在4中秸稈覆蓋處

12、理?xiàng)l件下，同等含水量增產(chǎn)量分別為1312.0kg、1209.2kg、1720.3kg和852.57kg，節(jié)水效益分別為138.24元、127.26元、172.56元和27.36元，從經(jīng)濟(jì)效益的角度來看，碎桿覆蓋處理?xiàng)l件為最適宜該地區(qū)推廣的栽培生產(chǎn)模式。
　　(5)通過SPAC水分運(yùn)移傳輸模型，利用MATLAB語言對該模型進(jìn)行了運(yùn)行求解，以三種不同覆蓋條件作為不同的邊界條件，模擬降雨條件下覆蓋條件下土壤水分運(yùn)移過程，并將模擬結(jié)果與實(shí)

13、際的測量值進(jìn)行了對比分析，在不同覆蓋處理?xiàng)l件下，實(shí)測值于模擬值之間的誤差均控制在10％以內(nèi)，模擬精度結(jié)果符合規(guī)定的允許的誤差范圍之內(nèi)。結(jié)果可知，該模型較適用于松嫩平原黑土地區(qū)的土壤水分運(yùn)移過程模擬，并且可以進(jìn)一步的預(yù)測土壤的墑情。
　　研究結(jié)果對不同覆蓋耕作模式在黑龍江省松嫩平原的實(shí)際應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。結(jié)合不同的覆蓋條件建立了二維土壤水分運(yùn)移模型，用以模擬降雨過后，土壤田間水分動態(tài)變化趨勢。結(jié)合大田試驗(yàn)測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，為該地區(qū)